Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
29 ApostilA QUÍMiCA Exemplos: Ligações Químicas Na química orgânica os compostos são formados basicamente por C, H, O, N, F, Cl, Br, I etc. Ou seja, os elementos eletronegativos, logo, as ligações químicas que ocorrem predominantemente são as covalentes que de acordo com a superposição entre os orbitais podem ser classificada como em sigma (σ) e pi (π). Observe algumas características das ligações: Ligação Sigma (σ): São formadas pela superposição frontal dos orbitais sendo por este motivo uma ligação forte muito estável e com um pequeno poder energético. Ligação Pi (π): São formadas quando entre os átomos ligantes já existente uma ligação sigma, logo, a superposição dos orbitais, sempre do tipo p, ocorre lateralmente, dando origem à uma ligação fraca, pouca estável e muito energética: Vejamos o exemplo abaixo: Identificação das Ligações Covalentes Como a primeira ligação covalente a ser formada entre dois os átomos é sempre a sigma e as demais são sempre pi, podemos prever que: Ligação entre dois Átomos Tipos de Ligação Covalente Ligação Simples 1 Ligação Sigma Ligação Dupla 1 Sigma e 1 Pi Ligação Tripla 1 Sigma e 2 Pi OBS: Valência (número de ligações). - Hidrogênio - (1 ligação - monovalente) - Oxigênio - (2 ligações - bivalente) - Nitrogênio - (3 ligações – trivalente) - Carbono - (4 ligações – tetravalente) Classificação das Cadeias Carbônicas Para que a linguagem entre os químicos fosse universal, fez-se necessário descrever a maneira como os átomos estão ligados em uma cadeia carbônica. Segundo IUPAC a classificação das cadeias carbônicas são as seguintes: 1°) Quanto à presença de extremidades livres: 1.1) Aberta ou Acíclica: Possui extremidades livres. 1.2) Fechada ou Cíclica: Não possui extremidades livres. 2°) Quanto à natureza dos átomos: 2.1) Homogênea ou Homocíclica: Não possui heteroátomo. 2.2) Heterogênea ou Heterocíclica: Possui heteroátomo. 3°) Quanto ao número de extremidades livres: 3.1) Cadeia Normal ou Reta: Possui 2 extremidades livres: 3.2) Cadeia Ramificada: Possui mais de duas extremidades livres. 30 4°) Quanto à presença de anel benzênico: 4.1)Cadeia Aromática: Possui o Anel Benzênico. 4.2) Cadeia Alicíclica ou Não Aromática ou Alifática: Não possui Anel Benzênico. 5°) Quanto ao tipo de ligação entre carbonos ou saturação: 5.1) Cadeia Saturada: Somente ligações simples entre carbonos. 5.2) Cadeia Insaturada: Possui ligações duplas ou triplas. 6°) Quanto ao número de ciclos ou núcleos: 6.1) Monocíclica ou Mononucleada: Possui apenas um núcleo ou ciclo (cadeias fechadas). 6.2)Policíclica ou Polinucleada: Possui mais de um ciclo ou núcleo. NOTA: O anel benzênico possui 6 elétrons pi em movimento formando uma nuvem eletrônica pi acima e abaixo da cadeia aromática. Este fenômeno é conhecido como ressonância. Hibridação ou Hibridização do Carbono Como foi dito anteriormente o carbono e capaz de fazer quatro ligações covalentes. No entanto, no estado fundamental, o carbono possui apenas dois orbitais semi-preenchidos, o que teoricamente o tornaria bivalente. Para explicar a tetravalência do carbono considera-se que um elétron do orbital 2s absorva energia e é promovido para o orbital 2p vazio esta seria a Teoria do Estado Ativado. A Teoria do Estado Ativado explica satisfatoriamente a tetravalência do carbono, porém não explica o fato do carbono poder formar 4 ligações sigmas ou 3 ligações sigmas e 1 ligação pi e etc, para explicar este fatos surge a Teoria dos Estado Hibrido, em que os orbitais puros, 2s e 2p, “cruzam” entre si para originar orbitais híbridos: sp3, sp2 e sp. Pela Teoria de Hibridação dos orbitais podemos prever que as ligações sigmas são formados pelos orbitais híbridos do carbono, enquanto que as ligações pi são formados pelos orbitais puros do tipo 2p. Ainda podemos afirmar que: 1°) Carbono sp3: (1 orbital s e 3 orbitais p originando 4 orbitais híbridos sp3); Saturado (4 ligações simples) ligações σ, ângulo de ligação 109° 28’ e geometria tetraédrica: CH4 2°) Carbono sp2: (1 orbital s e 3 orbitais p originando 3 orbitais híbridos sp2 e um orbital puro p); Insaturado (1 dupla e 2 simples), 3 ligações σ e 1 ligação π , ângulo de ligação 120 ° e geometria trigonal plana ou triangular. CH2O 3°) Carbono sp: Insaturado (1 tripla e 1 simples ou 2 duplas), 2 ligações σ e 2 ligações π, ângulo de ligação180 ° e geometria linear. 31 ApostilA QUÍMiCA TESTES DE VESTIBULARES 1. (FUVEST) - As amidas são compostos derivados de ácidos carboxílicos. Considerando- se a N-isopropilpropanamida, representada abaixo, podemos considerar que a classificação de sua cadeia carbônica é: a) aberta, ramificada, heterogênea e saturada. b) aberta, normal, heterogênea e saturada. c) aberta, normal, homogênea e saturada. d) aberta, normal, heterogênea e insaturada. e) aberta, ramificada, heterogênea e insaturada. 2. (PUC/SP) - O citral, composto de fórmula é empregado em alimentos para dar sabor e aroma cítricos. Sua cadeia carbônica é classificada como: a) homogênea, insaturada e ramificada. b) homogênea, saturada e normal. c) homogênea, insaturada e aromática. d) heterogênea, insaturada e ramificada. e) heterogênea, saturada e aromática. 3. (FUVEST) - A cafeína, um estimulante bastante comum no café, chá, guaraná, etc., tem a fórmula estrutural indicada abaixo. Podemos afirmar corretamente que a fórmula molecular da cafeína é: a) C5H9N4O2 b) C6H10N4O2 c) C6H9N4O2 d) C3H9N4O2 e) C8H10N4O2 4. (FUVEST) - A “nicotina” pode ser representada pela fórmula abaixo: Quantos átomos de carbono e quantos hidrogênios existem em uma molécula desse composto ? a) 10 e 13. b) 10 e 14. c) 9 e 12. d) 8 e 14. e) 7 e 8. 5. (UFRGS/05) - O limoneno é um composto orgânico existente na casca do limão e da laranja. Sua molécula está representada abaixo: Sobre essa molécula, é correto afirmar que ela: a) é aromática. b) apresenta fórmula molecular C10H15 c) possui cadeia carbônica insaturada, mista e homogênea. d) apresenta 2 carbonos quaternários. e) possui somente 2 ligações duplas e 8 ligações simples. 6. (UFRGS/04) – Observe a molécula representada abaixo: Em relação a essa molécula, são feitas as seguintes afirmações: I- O ângulo de ligação entre os carbonos 1, 2 e 3 é de 109,5º. II- O comprimento da ligação entre os carbonos 1 e 2 é maior que o existente entre os carbonos 3 e 4. III- A molécula não é planar. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas I e II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 7. UFRGS/01) - Na molécula representada abaixo 32 a menor distância interatômica ocorre entre os carbonos de número: a) 1 e 2. b) 2 e 3. c) 3 e 4. d) 4 e 5. e) 5 e 6. 8. (UFRGS) – O hidrocarboneto que apresenta todos os átomos de carbono com orientação espacial tetraédrica é o: 9. (UFRGS) – A morfina, alcalóide do ópio, extraído da papoula, pode ser sintetizada em laboratório, tendo como um de seus precursores o composto com a seguinte estrutura: A geometria dos carbonos com números 1, 2 e 3 é, respectivamente: a) tetraédrica, trigonal, linear. b) linear, tetraédrica, trigonal. c) tetraédrica, linear, trigonal. d) trigonal, tetraédrica, linear. e) linear, trigonal, tetraédrica. 10. (UFRGS) - O número de elétrons pi que participa de uma ligação tripla entre átomos de carbono é igual a a)2 b)3 c)4 d)6 e)8 11. (UFRGS) – O composto butenodióico apresenta a fórmula HOOC – CH = CH – COOH Em sua molécula existem ao todo: a) 3 ligações σ. b) 1 ligação π. c) 5 ligações σ e 1 ligação π. d) 8 ligações σ e 3 ligações π. e) 11 ligações σ e 3 ligações π. 12. (ITA) – Em relação à moléculaesquematizada a seguir, são feitas as seguintes afirmações: H2C = CH – CH3 12 3 I. Entre os átomos de carbono 1 e 2 existe uma ligação σ. II. Entre os átomos de carbono 1 e 2 existe uma ligação π. III. Entre os átomos de carbono 1 e 2 existem duas ligações σ. IV. Entre os átomos de carbono 1 e 2 existem duas ligações π. V. Todas as ligações entre os átomos de carbono e hidrogênio são ligações σ. Dentre as afirmações feitas estão corretas apenas: a) I e II b) I e III c) I, II e III d) I, II e V. e) II, IV e V. 13. (Mackenzie/SP) – O inseticida dicloro-difenil- tricloroetano, DDT, cuja fórmula estrutural é: Apresenta: a)três carbonos terciários. b)somente carbono secundários. c)um carbono quaternário. d)somente carbonos primários. e)somente um carbono terciário. 14. (UFRGS) O fosfato de oseltamivir foi desenvolvido e produzido pelos laboratórios Roche sob o nome comerciai de Tamiflu e tem sido amplamente utilizado na pandemia de gripe A (H1N1). Trata-se de um pró- fármaco, pois não possui atividade viral. No organismo, ele é biotransformado em carboxilato de oseltamivir, que é ativo contra os vírus influenza A e B. A estrutura do fosfato de oseltamivir está representada abaixo. 33 ApostilA QUÍMiCA A respeito do fosfato de oseltamivir, é correto afirmar que ele: a) contém em sua estrutura os grupos metiIa, etila e sec- butila. b) apresenta carbonos assimétricos. c) apresenta um anel aromático tetrassubstituído. d) tem estrutura inteiramente planar. e) não é hidrossolúvel, devido à presença do grupo fosfato. Funções Orgânicas Hidrcarbonetos (HC) Conceito e Nomenclaturas O conjunto de substâncias que apresentam algum comportamento químico semelhante é denominado de FUNÇÃO QUÍMICA. Essa semelhança no comportamento químico é reconhecida nas fórmulas por alguma característica comum. Em 1892, os químicos, reunidos no congresso de Genebra, resolveram criar uma nomenclatura sistemática para os compostos orgânicos. Essa nomenclatura vem constantemente discutida e reformulada, sendo conhecida atualmente como Nomenclatura Oficial ou simplesmente IUPAC, da sigla “International Union of Pure and Applied Chemistry”, ou seja, União Internacional de Química Pura e Aplicada. Hidrocarbonetos (HC) São compostos orgânicos binários formados exclusivamente por carbono e hidrogênio. Os hidrocarbonetos são obtidos industrialmente pela destilação fracionada do petróleo. De acordo com o tipo de cadeia e o tipo de ligação entre carbonos, os HC podem ser classificados em: ALIFÁTICOS: - Alcano: só ligações simples entre carbonos. -Alceno: 1 ligação dupla entre carbonos. - Alcino: 1 ligação tripla entre carbonos. - Alcadieno: 2 ligações duplas entre carbonos. CÍCLICOS: - Ciclano: só ligações simples entre carbonos. - Cicleno: 1 ligação dupla entre carbonos. -Aromático: possuem o Anel Benzênico. HC Alcanos ou Parafinas São hidrocarbonetos, saturados, ou seja, possuem cadeia abertas e apresentam apenas ligações simples entre carbonos. Exemplo: CH3 – CH2 – CH2 - CH3 Nomenclatura IUPAC para Alcanos Normais PREFIXO + INFIXO + SUFIXO 1°) Prefixo: Corresponde ao número de carbonos. 2°) Infixo: Corresponde ao tipo de ligação entre carbonos. TIPO DE LIGAÇÃO INFIXO Ligação Simples AN Ligação Dupla EN Ligação Tripla IN 3°) Sufixo: Corresponde a uma terminação especifica para cada uma das funções orgânicas. HIDROCARBONETO: SUFIXO = O Vejamos alguns exemplos: CH3 – CH3 → etano CH3 – CH2 – CH3 → propano Fórmula geral dos alcanos Note que os alcanos seguem a FÓRMULA GERAL: CnH2n + 2. Ou seja, a quantidade de hidrogênios é sempre o dobro da quantidade de carbono. Comprove com exemplos acima. (n é o número de carbonos). Radicais Alquilas ou Alcoilas (R) São derivados monovalentes de alcanos pela retirada de 1 átomo de hidrogênio: NOMENCLATURA: PREFIXO + IL(A) 34 Ou seja: CH4 CH3 - (metil) OBS1: normal (n): Indica que a cadeia é normal e a valência livre no carbono primário. OBS2: secundário(sec): Indica que a cadeia é normal e a valência livre está no carbono secundário. OBS3: terciário (terc ou tercio): Indica que a cadeia é ramificada e a valência livre está no carbono terciário. OBS4: iso: Indica que a cadeia possui uma ramificação metil no penúltimo carbono e a valência livre está no primeiro carbono. Nomenclatura IUPAC para os Alcanos Ramificados 1°) Escolhe-se a cadeia principal a qual deve possui a maior quantidade de carbonos e de ramificações. 2°) Numera-se a cadeia principal de modo a que as ramificações fiquem com os menores números possíveis. 3°) Coloca-se a posição e o nome das ramificações em ordem alfabética, não levando em consideração os prefixos n- , sec - , terc -, di, tri etc. OBS: Os prefixos iso e neo são levados em consideração na ordem alfabética. Exemplo: CH3 CH3 – CH2 – CH – CH3 4 3 2 1 (Me) Nome Oficial: 2 - Metil – hexano. Estados físicos dos alcanos: Estado Físico Gasoso Líquido Sólido N° de carbonos 1 a 4 5 a 17 Em diante Hidrocarabonetos Alifáticos Insaturados São HC de cadeia aberta com ligações duplas e / ou triplas. Os principais são; Alcenos, Alcinos e Alcadienos. Exemplo: CH2 = CH – CH2 – CH3 → HC. Alceno CH2 = C = CH – CH3 → HC. Alcadieno. CH3 – CH2 – C = CH → HC. Alcino. Fórmula Geral: Cn H2 n - 2 → ALCINOS Cn H2 n → ALCENOS Cn H2 n - 2 → ALCADIENOS Nomenclatura IUPAC 1°) Escolhe-se a cadeia principal a qual deve possui a maior quantidade instaurações, de carbonos e de ramificações. 2°) Numera-se a cadeia principal a partir da extremidade mais próxima das instaurações depois das ramificações. 3°) Coloca-se a posição e o nome das ramificações em ordem alfabética. 4°) Faz-se o nome da cadeia principal: PREFIXO + INFIXO + SUFIXO(O) Antecedendo ao nome da cadeia a posição da insaturação. -H Metil Isopropil (I-Pro) Metil Etil 35 ApostilA QUÍMiCA Nome IUPAC: 4 – Etil – 3 – isopropil – 5 – metil – 1- hexino Hidrocarbonetos Aliciclicos São HC de CADEIA FECHADA SEM O ANEL BENZÊNICO, que se diferenciam pelo tipo de ligação entre carbonos, os principais são os ciclanos (Cicloparafinas) e os ciclenos. Nomenclatura IUPAC CICLO + PREFIXO + INFIXO + SUFIXO(O) Exemplos: Regras para Nomenclatura: 1°) Se somente um radical está presente, não é necessário designar a posição. 2°)Quando dois ou mais radicais estão presentes, numeramos o ciclo com base na ordem alfabética. 3°) Quando temos a dupla a numeração é feita a partir do carbono da dupla ligação, de modo que a dupla ligação fique entre os carbonos 1 e 2. A numeração segue no sentido dos menores números para os radicais. Exemplos: Me Et CH3 CH3C2H5 Hidrocarbonetos Aromáticos São hidrocarbonetos de CADEIA FECHADA COM ANEL BENZÊNICO, os principais exemplos são o benzeno, naftaleno, antraceno e fenantreno cujo formulas estruturais estão abaixo. Nota: Sabe-se por experiências em ratos, que alguns desses compostos principalmente os hidrocarbonetos contendo anéis aromáticos condensados são cancerígenos ou carcinogênicos, isto é, dão origem ao câncer. Nomenclatura IUPAC NOME DAS RAMIFICAÇÕES + NOME DO HC AROMÁTICO Exemplos: CH3 CH2= CH3 Et Me Posições no Benzeno Benzeno (C6H6) Naftaleno ou Naftalina (C10H8) Metil- benzeno (Tolueno) Vinil- benzeno (Estireno) Antraceno (C14H10) Fenantreno (C14H10) 36 FUNÇÕES OXIGENADAS Todos os compostos orgânicos que apresentam oxigênio são pertencem às funçõeschamadas oxigenadas. Dentre elas veremos: álcool, fenol, aldeído, cetona, ácido e seus derivados e éter. Álcoois São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO FUNCIONAL HIDROXILA (-OH) ligado ao carbono de hibridação sp3. R - OH Exemplos: H3C – CH2 – OH H3C – CH2 – CH2 – OH CLASSIFICAÇÃO DOS ÁLCOOIS a) Quanto ao número de hidroxilas: Nº de hidroxilas 1 OH 2 OH 3 OH Classificação Monol Diol Triol Exemplos: Obs1: GLICOL é denominado de DIOL VICINAL. CH2 – CH2 | | OH OH b) Quanto ao tipo de Carbono: Os monoálcoois ou monol são ainda classificados em relação ao tipo de carbonos que a hidroxila está ligada. Álcool Primário: OH ligado em carbono primário. Exemplo: H3C – CH2 – CH2 – OH Álcool Secundário: OH ligado a carbono secundário. Exemplo: H3C – CH2 – CH3 | OH ASSUNTO 21 FUNÇÕES ORGâNICAS Álcool Terciário: OH ligado em carbono terciário. CH3 Exemplo: | H3C – CH2 – CH3 | OH NOMENCLATURA IUPAC 1) Escolha a cadeia principal, a qual deve possuir a maior quantidade de carbono de hidroxilas (OH) ligadas a ela, de instaurações de carbonos e de ramificações. 2) Numera-se a cadeia principal a partir da extremidade mais próxima das hidroxilas (Grupo Funcional). 3) Coloca-se a posição e o nome das ramificações em ordem alfabética. 4) Faz-se o nome da CADEIA PRINCIPAL: PREFIXO + INFIXO + SUFIXO(OL) Veja alguns exemplois de nomes oficiais: COMPOSTOS CARBONÍLICOS Os compostos que iremos estudar a seguir são considerados carbonílicos ou carbolnilados por conter grupos funcionais em que o oxigênio está ligado duplamente a um átomo de carbono: O GRUPO CARBONILA. Aldeído: São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO CARBOLINA PRIMÁRIA. 37 ApostilA QUÍMiCA R O H C O H Ar CR COHOU OU Cetonas: São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO CARBOLINA SECUNDÁRIA. O ArAr CR RCOR R O C Ácidos Carboxílicos: São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO FUNCIONAL CARBOXILA. Esse grupo formalmente uma combinação de uma carbonila e um grupo hidroxila, representa o estado de oxidação de um carbono primário acima de um aldeído. O resultado mais visível da combinação de dois grupos é o grande aumento da acidez da hidroxila. R COOHR C OH O OU OU R-CO2H NOMENCLATURA IUPAC: Os nomes dos aldeídos são formados substituindo-se a terminação – o dos hidrocarbonetos pelo sufixo Al, ONA, ÓICO. E o carbono aldeído e ácido carboxílico é sempre o carbono 1. PREFIXO + INFIXO + SUFIXO (AL/ONA/ÓICO) NOTA:No entanto, se a cetona for alifática a apresentar mais de quatro átomos de carbono, é necessário indicar a posição do grupo funcional, iniciando-se a numeração pela extremidade mais próxima da carbonila. Éteres: São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO FUNCIONAL OXI. o u o u R O R ArOR Ar O Ar Exemplos: Metoximetano a) → etóxi-etano b) O → etóxi-2-metil-propano c) O → etóxi-pentano Ésteres Orgânicos. São compostos orgânicos ternários oxigenados (C, H, O) que possuem como GRUPO FUNCIONAL A CARBO – ALCOXILA. NOMENCLATURA IUPAC: NOME DO ACILATO + DE + NOME DO R’ Lembrando: ACILATO: PREFIXO + INFIXO + (OATO). Logo temos: Usual: Ácido Acético Usual: Acetato de Etila. (Essência de maçã) Oficial: Ácido etanóico Oficial: Etanoato de Etila Fenóis São compostos orgânicos ternários oxigenados, que possuem como grupo funcional a hidroxila (-OH) ligada em “C” do ANEL AROMÁTICO (AR – OH). Hidroxibenzeno ou Fenol O hidroxibenzeno, também é conhecido como fenol, fenol comum ou ácido fênico é o mais simples. ou ou 38 NOMENCLATURA IUPAC: HIDRÓXI + NOME DOS RADICAIS + BENZENO Obs: A palavra hidroxi não necessariamente vai iniciar o nome do composto, sendo organizada em ordem alfabética com os radicais. NOTA: O fenol é o nome especifico para hidroxibenzeno, e é o nome geral para a família de compostos derivados do hidroxibenzeno, logo é comum dar nome para os fenóis da seguinte forma: NOME DOS RADICAIS + FENOL. FUNÇÕES NITROGENADAS AMINAS, AMIDAS E NITROCOMPOSTO Todos os compostos orgânicos que apresentam nitrogênio pertencem a funções chamadas nitrogenadas. Dentre elas iremos estudar: Aminas, amidas e nitrocomposto. Aminas São compostos orgânicos que possuem o nitrogênio ligado a um átomo de carbono, são ternários formados por C, N e O sendo derivados da amônia (NH3) pela substituição de um ou mais hidrogênios por radicais orgânicos alquilas ou arilas. Nomenclatura Usual: Uma nomenclatura usual das aminas obedece ao seguinte esquema como alquilaminas: NOME DO RADICAL + AMINA Veja os exemplos: NOMENCLATURA IUPAC: Alternativamente, a NOMENCLATURA OFICIAL das aminas pode ser dada pela substituição do sufixo(O) do hidrocarboneto de origem da palavra amina. PREFIXO + INFIXO + SUFIXO (AMINA). Exemplos: Determine a nomenclatura IUPAC para as substâncias abaixo: a) CH3 – CH2 – NH2 → etanamina b) Ar – NH2 → benzamina No caso das aminas secundárias e terciárias, devemos isolar uma cadeia principal e indicar o nome dos ligantes por ordem alfabética, colocando o N na frente do nome do radical e o nome da cadeia principal, como no caso das aminas primárias. Observe e complete com os nomes oficiais: → → → N-metil-etanamina Benzamina N-etil-N-metil-banzamina N-etil-N-metil-5-etil-6-metil-3-octenamina 39 ApostilA QUÍMiCA Amidas São compostos orgânicos quaternários oxi - nitrogenados (C, H, N e O) que possuem como GRUPO FUNCIONAL CARBOAMIDA. NOMENCLATURA IUPAC: PREFIXO + INFIXO + SUFIXO (AMIDA) Veja exemplo: Butanamida Nas amidas primárias que apresentam hidrocarbonetoscorrespondentesinsaturados e/ou ramificados, a numeração da cadeiaprincipal é feita a parir do carbono do grupo amida. C O NH2 1 As posições de eventuais radicais e instaurações são indicadas de acordo com as regras já vistas. Nitrocomposto Compostos orgânicos quaternários oxi–nitrogenados que apresentam o grupo funcional Grupo Nitro. NOMENCLATURA IUPAC: Os nitro-composto obedecem as mesmas de nomenclatura IUPAC dos HC sendo o grupo (-NO2) considerando como um substituinte da cadeia principal. Veja alguns exemplos: TNT (2,4,6 – trinitro – tolueno) Você certamente já ouviu falar em TNT. Trata-se de um explosivo muito potente. Quimicamente falando, o TNT pertence à classe de compostos conhecidos como Nitrocomposto. Os explosivos como o TNT possuem várias aplicações pacíficas, como é o caso de sua utilização na extração de minérios. Haletos Orgânicos ou Derivados Halogenados Haletos Orgânicos ou derivados halogenados são compostos ternários halogenados dos HC pela substituição de “um” hidrogênio por um halogênio. Os haletos podem ser representados por: R – X ou Ar – X (X = F, Cl, Br ou I). NOMENCLATURA IUPAC Os haletos orgânicos obedecem às mesmas regras da nomenclatura IUPAC dos HC, sendo os Halogênios considerados substituintes comuns como os radicais alcoilas. NOME DO HALOGÊNIO + NOME DO HIDROCARBONETO N-etil-N-metil- propanamida Cl 40 Exemplos: Determine a nomenclatura IUPAC para as substâncias abaixo: 2 – Cloro - butano 3-etil-2-iodo-pentano Funções Mistas Existem, na natureza, muitos compostos orgânicosque apresentam em sua fórmula estrutural vários grupos funcionais de funções orgânicas diferentes. Esses compostos são chamados de Compostos de Função Mista. TESTES DE VESTIBULARES 1. (UFRGS/05) – Entre as muitas drogas utilizadas no tratamento da AIDS, destaca-se o flavopiridol (estrutura abaixo), que é capaz de impedir a atuação da enzima de transcrição no processo de replicação viral. Nessa molécula estão presentes as funções orgânicas a) amina, éster, cetona e fenol. b) amina, éter, halogeneto de arila e álcool. c) éster, cetona, halogeneto de arila e álcool. d) éter, amina, halogeneto de alquila e fenol. e) éter, halogeneto de arila, fenol e cetona. 2. (UFRGS/04) – O aspartame, representado abaixo, é um adoçante artificial usado em muitos refrigerantes ealimentos de baixa caloria. O grupo enquadrado na figura é característico da função orgânica a) éster b) amida c) aminoácido d) amina e) carboidrato 3. (UFRGS/03) – Considerando as regras de nomenclatura química (IUPAC e usual) para os compostos orgânicos, relacione a coluna da esquerda com a da direita. Associando-se adequadamente as duas colunas, a seqüência de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) 7 – 6 – 5 – 3 – 4 b) 4 – 2 – 5 – 7 – 6 c) 5 – 2 – 1 – 7 – 3 d) 1 – 6 – 7 – 5 – 4 e) 1 – 4 – 3 – 6 – 2 4. (UFRGS/02) - Considere as seguintes afirmações referentes aos álcoois, hidrocarbonetos e aminas. I- As aminas alifáticas são compostos orgânicos que apresentam maior basicidade do que os correspondentes aos álcoois alifáticos. II- A trietilamina é um exemplo de amina terciária. III- Os álcoois alifáticos apresentam pontos de fusão e ebulição menores do que os hidrocarbonetos alifáticos correspondentes. IV- Sais de aminas alifáticas R - NH3 +X- são menos solúveis em água do que as correspondentes aminas livres R - NH2. V- Anilina é um exemplo de amina aromática. Quais estão corretas ? a) Apenas I e III. b) Apenas I e IV. c) Apenas II e IV. d) Apenas I, II e V. e)Apenas III, IV e V. 5. (UFRGS/01) - A Nandrolona é um hormônio androgênico utilizado pela indústria farmacêutica para → 41 ApostilA QUÍMiCA a produção de derivados de esteróides anabólicos. Ácidos carboxílicos são utilizados para a produção de derivados esterificados deste fármaco. Estes compostos, que aumentam a massa muscular dos atletas, são considerados doping e proibidos pelo Comitê Olímpico Internacional. Em que posição da estrutura abaixo representada é possível ocorrer uma reação de esterificação? a) apenas na posição 3. b) apenas na posição 4. c) apenas na posição 17. d) nas posições 3 e 4 e) nas posições 3 e 17. 6. (UFRGS/00) - Considere a fórmula abaixo. Ela corresponde ao medicamento de nome propanolol, indicado para o tratamento de doenças do coração. Em sua estrutura estão presentes as funções orgânicas a) éter aromático, álcool e amina alifática. b) fenol, éter, álcool e amina aromática. c) éster, fenol e amina. d) éster alifático, álcool e amina. e) éter alifático, fenol e amina. 7. (UFRGS) - Na análise de uma amostra de manteiga rançosa, foram encontrados compostos com fórmulas moleculares C3H6O e C4H8O2 . Sabendo-se que estes compostos apresentam cadeias carbônicas acíclicas, normais e saturadas, é possível prever que se trata de: a) aldeídos,cetonas e ácidos carboxílicos. . b) aldeídos, álcoois e éteres. c) álcoois, éteres e ésteres. d) ácidos carboxílicos, cetonas e álcoois. e) ésteres, aldeídos e éteres. 8. UFRGS) - Na reação de esterificação os nomes dos compostos I, II e III são respectivamente, a) ácido etanóico, propanal e metanoato de isopropila. b) etanal, propanol-1 e propanoato de etila. c) ácido etanóico, propanol-1 e etanoato de n-propila. d) etanal, ácido propanóico e metanoato de n-propila. e) ácido metanóico, propanal e etanoato de n-propila. 9. (UFRGS) – Ligando o radical acetila CH3 – C = O aos grupos | - OH, - CH3 , - O - CH3 e NH2, os compostos assim formados denominam-se, respectivamente, a) etanal, propanona, etanoato de metila e etilamina. b ácido etanóico, propanal, metanoato de etila e etanoamida. c) etanal, propanona, ácido propanóico e etilamina. d) ácido etanóico, propanona, etanoato de metila e etanoamida. e) ácido etanóico, propanal, ácido propanóico e metilamina. 10. (UFRGS) – Os compostos 1, 2, 3 e 4 representados pelas fórmulas recebem, respectivamente, as denominações: a) ácidoetanóico, etanol, ácido etanóico e etilamina. b) etanal, etanol, ácido metanóico e metilamina. c) metanal, etanol, ácido metanóico e metilamina. d) metanal, etanol, ácido metanóico e etanoamida. e) metanal, metanol, ácido etanóico e metilamina. 11. (UFRGS) - O composto utilizado com essência de amêndoas possui as funções: a) anidrido e hidrocarboneto aromático b) aldeído e hidrocarboneto aromático c) cetona e hidrocarboneto aromático d) éster e hidrocarboneto alicíclico. e) ácido e hidrocarboneto alicíclico. 12. (UFRGS) - Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas na seguinte afirmação: Os compostos da fração do petróleo correspondente à gasolina, predominantemente, são ________________ de cadeia _______________ e ______________. a) hidrocarbonetos - saturada - heterogênea b) ésteres - insaturada - heterogênea. c) hidrocarbonetos - insaturada - homogênea d) éteres - saturada - heterogênea e) hidrocarbonetos - saturada - homogênea. 42 13. (UFRGS) – O composto HCOOCH2CH3, essência artificial de rum, pode ser obtido por reação, pode ser obtido por reação, em meio ácido, entre: a) ácido metanóico e etanol b) ácido etanóico e metanol. c) metanal e etanol. d) ácido metanóico e etanal. e) ácido etanóico e etano. 14. (UFRGS) – O composto conhecido como “aspirina” apresenta a estrutura: Nesse composto aparecem as funções: a) éter, cetona e álcool. b) éster e álcool. c) fenol e cetona. d) ácido carboxílico e éter. e) éster e ácido carboxílico. 15. (UFRGS) – O álcool, a acetona, a gasolina, o fenol e a anilina são produtos de uso cotidiano. A seguir estão três fórmulas: Elas identificam substâncias que ocorrem, respectivamente, a) na gasolina, no álcool e na anilina. b) no álcool, no fenol e na gasolina. c) no fenol, no álcool e na gasolina. d) na gasolina, na acetona e na anilina. e) na anilina, na acetona e na gasolina. 16. (UFRGS) – A função orgânica que não pode apresentar cadeia heterogênea é: a) amina b) éster de ácido carboxílico c) anidrido de ácido carboxílico d) éter e) cetona 17. (UERGS) – As fórmulas abaixo representam os princípios ativos de inúmeros medicamentos utilizados como analgésicos. Pode-se identificar o grupo funcional característico dos fenóis a) apenas no AAS. b) na dipirona sódica e no paracetamol. c) no acetaminofen e no AAS. d) no paracetamol e no acetaminofen. e) na dipirona sódica e no acetaminofen. 18. (PUC) – A adrenalina, substância secretada em nosso organismo em momentos de tensão, pode ser representada por: As funções presentes na estrutura da adrenalina são: a) fenol, aldeído e éter. b) fenol, álcool e amina. c) amida, álcool e éster. d) álcool, ácido carboxílico e éter. e) cetona, aldeído e enol. 19. (PUC) – As adegas são construídas de modo a permitir que as garrafas fiquem em repouso. Ao deitar a garrafa de vinho, a rolha é umedecida pelo líquido e incha, impedindo a entrada do oxigênio do ar. Evita-se assim a reação: É correto afirmar que o carbono assinalado em negrito nos compostos sofreria uma ___________ alterando o nox de _______ para ________. a)oxidação +1 +3 d)redução +4 -2 b)redução +1 -4 e)oxidação +1 -3 c)oxidação -4 +2 43 ApostilA QUÍMiCA PROPRIEDADES FÍSICAS Polaridade das Moléculas Você apreendeu em químicageral que uma molécula pode ser polar ou apolar, dependendo de dois fatores: Diferença de Eletronegatividade e geometria molecular. Vamos lembrar: DIFERENÇA DE ELETRONEGATIVIDADE: Quando os átomos com diferentes eletronegatividades se ligam por covalência os elétrons ficam mais próximos do elemento mais eletronegativo. Isso dá origem a um “dipolo”, isto é, um pólo positivo e um negativo. Um dipolo é representado por um vetor chamado de Vetor momento Dipolo ( ). FILA DE ELETRONEGATIVIDADE DE LINUS PAULING F > O > N, Cl > Br > I , S , C > P > H 4,0 > 3,5 > 3,0=3,0 > 2,8 > 2,5=2,5=2,5 > 2,1 =2,1 Veja alguns exemplos: Nota: Lembre que podemos ter moléculas com ligações covalentes polares, entretanto, ser uma molécula apolar. Ex: CO2, BH3. Geometria Molecular Dependo da geometria da molécula, o vetor momento dipolo resultante pode ser nulo ou não. Se ele for nulo ( = 0), a molécula é apolar e, caso contrário ( ≠ 0), ela é polar: ASSUNTO 22 PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS ORGâNICOS Nas moléculas orgânicas podemos aplicar estes mesmos princípios apesar de, em geral, elas possuírem estruturas mais complicadas. → Ligação Covalente polar e Molécula Polar → Ligação Covalente Apolar e Molécula Apolar Os dipolos das ligações se can- celam. Gás carbônico é Apolar. Etileno é Apolar. Tetracloreto de Carbono é Apolar. Metanol é Polar. Éter Metílico é Polar. Benzeno é Apolar. Os dipolos das ligações não se cancelam. Água é Polar. Acetileno é Apolar. Metano é Apolar. 44 Os últimos quatro exemplos são hidrocarbonetos em que ( = 0). Em hidrocarbonetos com moléculas maiores a análise torna-se mais complicada. Podemos então considerar que todo hidrocarboneto como sendo resultado da junção de várias moléculas desses hidrocarbonetos apolares. Assim afirmamos que: todo hidrocarboneto é apolar. No entanto, a substituição de átomos de hidrogênio por grupos funcionais, origina estruturas moleculares assimétricas o que determina uma polarização da estrutura resultante. Logo podemos considerar que os compostos pertencentes a outras funções, são de maneira geral polares. Porém, de acordo com geometria molecular, existem compostos orgânicos que apesar de possuirem grupos funcionais polares, a molécula é apolar. Vejamos alguns exemplos: Solubilidade “Semelhante dissolve semelhante” Experimentalmente pode – se comprovar que substâncias polares são solúveis em solventes também polares, e substâncias apolares são solúveis em solventes apolares, por exemplo, água (polar) é solúvel em álcool (polar) e insolúvel em gasolina (derivado do petróleo o mesmo constituído fundamentalmente por hidrocarbonetos logo a gasolina é apolar). No entanto, o álcool é solúvel na gasolina, como explicar isso? A molécula do álcool etílico é formada por um grupo altamente polar, a hidroxila (grupo hidrofílico), que possui afinidade com a água e um grupo pouco polar o etil (grupo hidrofóbico) que possui afinidade com a gasolina. Ver abaixo: O que podemos levar em conta ao analisarmos a solubilidade de compostos orgânicos, é que de modo geral estes compostos são formados por: 1º) por grupos funcionais que possuem elementos mais eletronegativos que o carbono (O,N,F,Cl,I,Br) : em geral polares e hidrofílicos. 2º) pela cadeia carbônica apolar (pouco polar) hidrofóbicas. Em suma o tamanho da cadeia e a quantidade de grupos hidrofílicos é que vai determinar à maior ou menor solubilidade do composto em determinado solvente. Forças Intermoleculares Quando uma substância está no estado sólido ou líquido, as moléculas estão mais próximas uma das outras, se comparadas com o estado gasoso. O que mantém as moléculas unidas são as forças (ou interações ou ligações) intermoleculares, que podem ser de três tipos: ponte (ou ligação) de hidrogênio, dipolo- dipolo (ou dipolo permanente) e dipolo induzido dipolo- dipolo induzido (ou força de Van der Waals). São elas que definem várias propriedades físicas como: ponto de fusão, ponto de ebulição e solubilidade. Interações dipolo-dipolo ou dipolo permanente-dipolo permanente É conseqüência da atração entre os pólos de sinais opostos de duas moléculas vizinhas, que sejam polares. Interações tipo ponte ou ligação de hidrogênio É um exemplo extremo da interação dipolo-dipolo, por ser muito mais intensa. Esse tipo de interação de intermolecular ocorre mais comumente em moléculas que apresentam átomos de hidrogênio a átomos de flúor, oxigênio e nitrogênio, que são altamente eletronegativos criando pólos muito acentuados. Vejamos alguns exemplos: Legenda: (----) ponte de hidrogênio. para – dicloro - Benzeno é Apolar orto – dicloro - Benzeno é Polar 45 ApostilA QUÍMiCA Interações dipolo-instantâneo dipolo induzido Também são conhecidas por dipolo induzido-dipolo induzido ou forças de Van der Waals ou também forças de dispersão de London. São conseqüên- cia da dispersão instantânea da nuvem eletrônica criando um dipolo instantâneo (que dura frações de segundos). O pólo positivo dessa molécula atrai os elétrons da molécula vizinha provocando nela outro dipolo (dipolo induzido). Assim a atração do dipolo instantâneo edo dipolo induzido mantém as molé- culas unidas, bem como uma intensidade menor do que os outros dois tipos de forças intermoleculares. Na verdade, as interações dipolo instantâneo acontece em todas as substâncias polares e apolares. Porém, são de grande nas substâncias apolares, pois apesar de fra- cas é o único tipo de interação intermolecular que ocorre entre suas moléculas. Ex: Hidrocarbonetos. Forças de Van der Waals Dipolo-dipolo Ponte de hidrogênio Aumento da intensidade das forças intermoleculares Pontos de Fusão e Ebulição Quando fervemos uma substância, estamos rompendo as ligações intermoleculares. Fatores que influenciam nos pontos de Fusão e Ebulição: 1°)MASSA MOLECULAR: Quanto maior for a massa mo- lecular mais será fazer a molécula se desprender da fase líquida e passar para fase gasosa, portanto maior temperatura necessária para a fervura (maior ponto de ebulição). 2°)FORÇAS INTERMOLECULARES: Quanto mais fortes forem as interações entre as moléculas, mais unidas elas estarão e, naturalmente, mais difícil será ferver a subs- tância (maior o ponto de ebulição). Logo: com o mesmo tipo de interação intermolecular, a que possui maior M.M maior será seu P.E. Substâncias com M.M próximas, a que possui forças intermolecula- res mais intensas possuirá maior PE. ACIDEZ E BASICIDADE NA QUIMICA ORGâNICA Forças dos ácidos e das bases Podemos medir, experimentalmente, a força de um ácido ou uma base, através de suas constantes de ionização (Ki), sendo que se medirmos a constante de ionização de um ácido daremos a ela o nome de CONSTANTE DE ACIDEZ (Ka), se for uma base denominaremos CONS- TANTE DE BASICIDADE(Kb). Estas constantes são di- retamente proporcionais ao caráter ácido ou básico, respectivamente, do composto, e são calculadas da se- guinte forma. Para uma solução aquosa diluída de ácido acético, a 25 °C e 1atm, a constante de acidez é calculada pela ex- pressão abaixo: Repare que a molécula de ÁGUA em NEGRITO, é capaz de fazer 3 pontes de hidrogênio com as moléculas vizi- nhas. Note também, que três molécu- las de água fazendo pontes de hidro- gênio entre si formam um hexágono é esta estrutura que hexagonal que explica a dilatação anômala da água solidificada. A molécula do ÁLCOOL é capaz de fazer 2 pontes de hidrogênio com as moléculas vizinhas. Nos FENÓIS, ocorre à mesma conformação, a úni- ca diferença é que cadeia dos fenóis é aromática. (Ar - OH). Note que cada ÁCIDO CARBOXÍLICO é capaz de fazer 3 pontes de hidrogê-nio com as moléculas vizinhas. As aminas primárias formam 3 pontes de hidrogênio com as moléculas vizinhas. As aminas secundárias, fazem 2 pontes de hidrogênio com as moléculas vizinhas. 46 (Ionização: Ácido de Arrhenius) Os ácidos carboxílicos, fenóis e álcoois podem liberar H+. Podemos comparar as tendências para essas ionizações acontecerem, usando os valores de Ka do ácido acético (acima), fenol comum, água e etanol. Nota: O Ka da água na verdade é denominado como produto iônico da água (Kw). Quanto maior for o Ka mais deslocado para direita estará esse equilíbrio, ou seja, maior será a tendência de o ácido sofrer ionização, liberando H+. Assim, podemos dizer que um ácido é tanto mais forte quanto maior sua constante de ionização Ka. Os valores mostram que os compostos seguem a seguinte ordem crescente de acidez: Ar - COOH> R – COOH > Ar – OH > H2O> R - OH Na química orgânica, como já sabemos que as aminas são derivadas da amônia substituindo um, dois ou três dos átomos de hidrogênio por grupos orgânicos. Dessa forma também apresenta caráter básico tal qual a amônia. De acordo com o conceito ácido – base de Bronsted e Lowry, podemos classificar a água como ácido [pois doou H+ (Próton)] e Metanamina como base [pois recebeu H+ (Próton)]. De forma análoga, podemos calcular a constante de ba- sicidade para uma solução aquosa diluída de Metanami- da, a 25 ° C e 1 atm. É comum expressarmos a acidez e basicidade de um composto pelos seus potenciais da constante de acidez (pKa) e basicidade (pKb). Observe as seguintes fórmulas abaixo. pKb= - log Kb pKa= - log Ka TESTES DE VESTIBULARES 1. (UFRGS) - O dietil éter (CH3CH2OCH2CH3) possui ponto de ebulição 36oC, enquanto o butanol-1 (CH3CH2CH2CH2OH) possui ponto de ebulição 111 oC. O butanol-1 possui ponto de ebulição maior porque a) possui maior densidade. b) apresenta maior massa molar. c) forma pontes de hidrogênio intermoleculares. d) apresenta maior cadeia carbônica. e) as forças intermoleculares predominantes são do tipo van der Waals. 2. (UFRGS) -Considere as fórmulas dos compostos orgânicos a seguir, numerados de 1 a 4. No quadro abaixo são apresentados pontos de ebulição, densidade e solubilidade de três dessas substâncias. PE (ºC) Densidade g/cm3 Solubilidade g/litro água ( ) 36,3 0,630 0,36 ( ) 118,1 1,049 ( ) 56,5 0,792 Relacionado as substâncias com as respectivas propriedades, obtém-se, nos parênteses, a seguinte seqüência, de cima para baixo: a) 3 – 2 - 1 b) 2 – 1 – 3 c) 4 – 1 – 3 d) 3 – 1 – 2 e) 4 – 2 – 1 47 ApostilA QUÍMiCA 3. (UFRGS) – Uma substância, quando em solução aquosa pode ou não alterar o pH dessa solução. Assim, quando cada uma das substâncias mencionadas nas alternativas estiver em solução aquosa, quais as que têm o pH da solução indicado corretamente? pH < 7 pH = 7 pH > 7 a) etanóico etanal etanol b) Éter etílico propanona etilamina c) acetato de etila propanóico acetamida d) fenol etanol anilina e) octano benzeno metil amida 4. (UFRGS/01) – Um frasco contém uma solução orgânica constituída de uma mistura de dietilamina, pentanol, ácido benzóico e hexano. Essa mistura foi tratada primeiramente com solução aquosa de ácido clorídrico, separando-se a fração aquosa no frasco 1. A seguir a mistura remanescente foi tratada com solução aquosa de hidróxido de sódio, separando-se essa fração aquosa no frasco 2. As substâncias separadas nos frascos 1 e 2 são, respectivamente, a)dietilamina e ácido benzóico. b)pentanol e ácido benzóico. c)hexano e pentanol. d)pentanol e ácido benzóico. e)dietilamina e pentanol. 5. (UFRGS) – A destilação fracionada é um processo de separação de líquidos com pontos de ebulição diferentes. Num experimento, a mistura dos solventes propanol, pentano e acetato de metila é destilada. A ordem de obtenção desses solventes através da destilação da mistura é: a)propanol – pentano – acetato de metila b)pentano – acetato de metila – propanol c)acetato de metila – pentano – propanol d)pentano – propanol – acetato de metila e)propanol – acetato de metila – pentano 6. (UFRGS) – Numa aula de química, o professor colocou num copo de Becker 50 mL do solvente X, 50 mL do solvente Y e 200 mg do composto Z. Após agitação vigorosa, foi obtido o sistema bifásico representado a seguir. O composto Z havia sido retirado de uma prateleira em que só havia como reagentes químicos o benzoato de sódio (C6H5COONa) e o benzoato de etila (C6H5COOCH2CH3). A tabela abaixo mostra duas propriedades de solventes disponíveis que poderiam ter sido utilizados nesse experimento. Propriedades Solventes Clorofórmio Etanol Hexano água Miscibilidade em água Praticamente imiscível Totalmente miscível Imiscível - Densidade (g/mL) 1,48 0,71 0,66 1,00 Considerando-se os dados da tabela, os solventes X e Y e o composto Z utilizados no experimento foram, respectivamente, a) hexano, água e benzoato de etila. b) água, hexano e benzoato de sódio. c) clorofórmio, água e benzoato de sódio. d) água, clorofórmio e benzoato de etila. e) etanol, água e benzoato de sódio. 7. (Uff 2012) – Em pesquisas recentes, zonas do cérebro se mostraram mais ativadas em pessoas apaixonadas. São zonas ricas em dopamina e endorfina. São neurotransmissores, sendo que a endorfina tem efeito semelhante ao da morfina. Estimulam os circuitos de recompensa, os mesmos que nos proporcionam prazer em comer quando sentimos fome, e em beber quando temos sede. Estar em contato com a alma gêmea, mesmo que por telefone ou e-mail, resultará na liberação de mais endorfina e dopamina, ou seja, de mais e mais prazer (Superinteressante, 2006). Observando as estruturas da dopamina e da morfina, pode-se afirmar que a) são quirais. b) são aminas primárias. c) são amidas primárias. d) apresentam propriedades alcalinas. e) apresentam o mesmo percentual de nitrogênio. 8. (Ita 2011) – Assinale a opção que apresenta o ácido mais forte, considerando que todos se encontram nas 48 mesmas condições de concentração, temperatura e pressão. a) CH3COOH b) CH3CH2COOH c) (CH3)3CCOOH d) ClCH2COOH e) Cl3CCOOH 9. (Fuvest 2011) – Um sólido branco apresenta as seguintes propriedades: I. É solúvel em água. II. Sua solução aquosa é condutora de corrente elétrica. III. Quando puro, o sólido não conduz corrente elétrica. IV. Quando fundido, o líquido puro resultante não conduz corrente elétrica. Considerando essas informações, o sólido em questão pode ser a) sulfato de potássio. b) hidróxido de bário. c) platina. d) ácido cis-butenodioico. e) polietileno. 10. (Ufu 2011) – Antigamente era mais comum entre as famílias armazenar óleos usados em frituras para fabricação de sabão. Além do óleo, utilizam-se também água e soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH), que eram aquecidos até que a mistura adquirisse a consistência do sabão desejado. A respeito dessa reação assinale a alternativa incorreta. a) O óleo é um tipo de lipídio imiscível em água. b) O sabão remove gorduras e, ao mesmo tempo, dissolve-se em água, pois parte de sua cadeia é polar e parte apolar. c) O hidróxido de sódio possui características básicas. d) A reação de formação do sabão é chamada de esterificação. 11. (Enem 2ª aplicação 2010) – Vários materiais, quando queimados, podem levar à formação de dioxinas, um composto do grupo dos organoclorados. Mesmo quando a queima ocorre em incineradores, há liberação de substâncias derivadas da dioxina no meio ambiente. Tais compostos são produzidos em baixas concentrações, como resíduos da queima de matéria orgânica em presença de produtos que contenham cloro. Como consequência de seu amplo espalhamento no meio ambiente, bemcomo de suas propriedades estruturais, as dioxinas sofrem magnificação trófica na cadeia alimentar. Mais de 90% da exposição humana às dioxinas é atribuída aos alimentos contaminados ingeridos. A estrutura típica de uma dioxina está apresentada a seguir: A molécula do 2,3,7,8 - TCDD é popularmente conhecida pelo nome ‘dioxina’, sendo a mais tóxica dos 75 isômeros de compostos clorados de dibenzo-p-dioxina existentes. FADINI, P. S.; FADINI, A. A. B. Lixo: desafios e compromissos.Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, São Paulo, n. 1, maio 2001 (adaptado). Com base no texto e na estrutura apresentada, as propriedades químicas das dioxinas que permitem sua bioacumulação nos organismos estão relacionadas ao seu caráter a) básico, pois a eliminação de materiais alcalinos é mais lenta do que a dos ácidos. b) ácido, pois a eliminação de materiais ácidos é mais lenta do que a dos alcalinos. c) redutor, pois a eliminação de materiais redutores é mais lenta do que a dos oxidantes. d) lipofílico, pois a eliminação de materiais lipossolúveis é mais lenta do que a dos hidrossolúveis. e) hidrofílico, pois a eliminação de materiais hidrossolúveis é mais lenta do que a dos lipossolúveis. 12. (Fgv 2009) – Considere os seguintes compostos orgânicos: I. CH3CH2OH II. CH3COOH III. CH3CH2COOH IV. CH3CH2NH2 V. O composto orgânico que apresenta maior caráter básico está representado em: a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. 13. (Pucsp 2008) – Algumas características de determinada substância estão descritas a seguir. - Por meio da sua redução, obtém-se um álcool; - A sua oxidação branda origina um ácido carboxílico; - É solúvel em água; - A sua combustão completa produz o mesmo número de moléculas de gás carbônico e de água. A substância que apresenta essas propriedades é: a) propanal c) ácido propiônico e) acetato de etila b) butanona d) 1-propanol 49 ApostilA QUÍMiCA ISOMERISMO: ISOMERIA PLANA ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS O Isomerismo: definição Conceitualmente podemos definir ISOMERIA como o fenômeno em que substâncias orgânicas diferentes apresentam a mesma formula molecular (bruta). A isomeria está dividida de acordo as diferenças entre os isômeros, ou seja, se os dois isômeros diferem na sua fórmula estrutural plana, trata-se de um caso de ISOMERIA PLANA OU ESTRUTURAL. No entanto, se a diferença for na disposição espacial de seus átomos (fórmula espacial), temos um caso de ISOMERIA ESPACIAL. Isomeria Plana ou Estrutural Também chamados de isômeros constitucionais, diferem por que seus átomos estão conectados em uma ordem diferente. Eles são ditos terem uma conectividade diferente. Ou seja, em outras palavras são isômeros que diferem em suas fórmulas estruturais plana. Tipos de Isomeria Plana 1°) ISOMERIA PLANA DE POSIÇÃO: É aquela em que os isômeros pertencem à mesma função o mesmo tipo de cadeia, porém diferem na posição de uma insaturação, ou de um grupo funcional, ou deu uma ramificação. Vejamos alguns exemplos: → C4H8: CH2 = CH – CH2 – CH3 e CH3 – CH = CH - CH3 ASSUNTO 23 ISOMERIA → C3H8O: 2°) ISOMERIA DE CADEIA OU NÚCLEO: É aquela em que os isômeros pertencem à mesma função orgânica, porém apresentam diferentes tipos de cadeia. Vejamos alguns exemplos: → C4H10: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 3°) ISOMERIA PLANA DE FUNÇÃO: É aquela em que os isômeros pertencem a funções orgânicas diferentes. Vejamos alguns exemplos: → C4H8O: → C7H8O: → C2H6O: CH3 – CH2 – OH e CH3 – O – CH3 → C3H6O: Isômero de Álcool Éter 50 ApostilA QUÍMiCA 4°) ISOMERIA PLANA DE COMPENSAÇÃO: É aquela em que os isômeros pertencem a mesma função orgânica, apresentando heteroátomo e se diferenciam pela localização desse heteroátomo na cadeia. Vejamos alguns exemplos: → C4H10O: CH3 – O – CH2 – CH2 – CH3 e CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 5°) TAUTOMERIA OU ISOMERIA DINÂMICA: É um tipo de isomeria plana em que os compostos isômeros (tautômeros), cujo suas estruturas diferem consideravelmente uma da outra, coexistem em um equilíbrio dinâmico. Par que haja Tautomeria é necessário que haja a presença de: Grupo Enol ou de Carbonila α Hidrogenada TAUTOMELRIA ALDO - ENÓLICA: é aquela em que os tautômeros são um Aldeído e um Enol primário. (OH ligada em Csp2 primário). TAUTOMELRIA CETO - ENÓLICA: é aquela em que os tautômeros são um Aldeído e um Enol secundário. (OH ligada em Csp2 secundário). ISOMERIA ESPACIAL OU ESTEREOISOMERIA GEOMETRICA CIS E TRANS Os Estereoisomeros Os estereoisomeros não são isômeros constitucionais – eles têm seus átomos constituintes conectados na mesma seqüencia, ou seja, mesma fórmula estrutural. ESTEREOISOMEROS (isômeros espaciais) diferem apenas no arranjo de seus átomos no espaço. Isomeria Geométrica ou Cis e Trans É a isomeria em que os estereoisomeros possuem geometria molecular diferente devido ao mesmo apresentarem rotação impedidas ligações entre carbonos. Isomeria Geométrica em Compostos Alifáticos Este tipo de isomeria ocorre em compostos orgânicos com as duplas ligações entre carbonos, sendo que os carbonos da dupla devem estar ligados a radicais diferentes. E a Dupla ligação, entre os carbonos que torna a rotação impedida sobre elas: Tipos de Isômeros Geométricos: a) ISÔMERO CIS: É aquele em que ligantes idênticos, de cada carbono da dupla, estão ligados NO MESMO LADO da molécula. b) ISÔMERO TRANS: É aquele em que os ligantes idênticos, de cada carbono da dupla ligação, estão EM LADOS OPOSTOS da molécula. Vejamos alguns exemplos: Isomeria Geométrica em Compostos Cíclicos Baeryana É um tipo de isomeria CIS – TRAS que ocorre em compostos cíclicos em que dois carbonos do anel estejam ligados a dois radicais diferentes. 51 ApostilA QUÍMiCA Propriedades dos Estereoisômeros Geométricos De uma maneira geral os isômeros geométricos possuem propriedades químicas semelhantes, já que pertencem a mesma função orgânica, e propriedades físicas diferentes, devido à geometria molecular diferente dos isômeros, isto interfere principalmente na polaridade e no volume da molécula, veja um quadro comparativo entre os isômeros do 1,2 - dicloro - eteno. Isômero Cis-1,2-dicloro- -eteno Trans-1,2-dicloro- -eteno P.F -80°C -50°C P.E 60°C 48°C Densidade 1,284g/mL 1,265g/mL LEITURA COMPLEMENTAR “A VISÃO E A ISOMERIZAÇÃO CIS – TRANS” O fenomeno da visão pode ser explicado como uma reação de isomerização Cis –Trans, ou seja, nossa retina existe um pigmento sensível à luz, constituindo pela associação do 11 – cis – retinal à uma proteina. Este pigmento quando em contato com a luz visivel, tranformando – se em seu isomero 11 - trans – retinal. Esse processo leva mudanças na conformação da proteina do fotoreceptor que, em última isntância, gera um impulso nervoso, que é trasnmitido pelo nervo óptico ao cérebro. Neste mesmo isntante uma enzima, a retinal-isomerase, converte a forma trans na forma cis possibilitando novos impulsos. Abaixo temos um esquema simplificado do mecanismo da visão, observe os hidrogênios em negrito, é nessa dupla que ocorrerá a ISOMERIZAÇÃO CIS-TRANS. Isomeria Z – E Atualmente a nomenclatura CIS-TRANS está caindo em desuso, devido a ela dar margem a interpretações ambíguas, quando três ou todos os ligantes, aos carbonos da dupla, são diferentes. Por exemplo, para estruturas abaixo fica difícil nomear com exatidão os isômeros CIS e TRANS. Para resolver estas questões, Três químicos Cahn, Ingold e Prelog, criaram o sistema de nomenclatura E-Z para substituir o antigo sistema CIS-TRANS. Neste caso E (do alemão entgegen, oposto) Z (do alemão zuzammen, junto)são reconhecidos da seguinte forma: NOTA: A ordem de prioridade baseia-se fundamentalmente NÚMERO ATÔMICO, em caso de empate segue-se a mesma regra para os átomos ligados diretamente ao primeiro elemento ligado ao carbono da dupla, e assim sucessivamente. ISOMERIA ESPACIAL OU ESTEREOISOMERIA Introdução É a isomeria espacial que ocorre com moléculas que desviam o plano da luz polarizada (vibra em apenas uma direção). Esta capacidade é denominado de ATIVIDADE ÓPTICA. Esses compostos devem possuir assimetria molecular. Antes de estudarmos este tipo de isomeria, vamos primeiramente, ver alguns conceitos importantes. E- Ligantes de maior prioridade em planos opostos. Z- Ligantes de maior prioridade no mesmo plano. 52 ApostilA QUÍMiCA LUZ NATURAL: LUZ PLANO - POLARIZADA: Obs: O prisma de Nicol corresponde a dois cristais de Espato de Islândia (uma variedade cristalinas de CaCO3), colocados por resina orgânica chamada de Bálsamo do Canadá. Condição para uma molécula ser assimétrica Para que este fenômeno ocorra é necessário a presença de carbono assimétrico (Quiral) na molécula. Ou seja, em moléculas que possuem CARBONO ASSIMÉTRICO OU QUIRAL OU CENTRO QUIRAL OU CENTRO ESTERIOGÊNICO (C*) o qual é hibridado sp3 e está ligado a 4 ligantes diferentes, que acarretará na ASSIMETRIA MOLECULAR. Categorias Gerais de Estereoisômeros ENANCIOMEROS OU ENANTIÔMEROS: Chamamos de enanciomeros a dois estereoisomeros que são imagens especulares, ou seja, um é a imagem refletida do outro. No entanto, eles não são superponíveis, devido possuírem ASSIMETRIA MOLECULAR. Um exemplo disso são as mãos, direita e esquerda. Uma é É uma onda eletromag- nética que se propaga no vácuo e nos mate- riais. Um feixe de luz é constituído por dois campos oscilantes mutuamente perpen- diculares um campo elétrico oscilante é um campo magnético oscilante. Quando a luz ordiná- ria passa por um po- larizador (prisma de Nicol), este interage com o campo elétri- co de modo que o campo elétrico da luz emergente (e o campo magnético perpendicu- lar ao campo elétrico) oscila somente num plano. Esta é uma luz plano-polarizada. Feixe de Luz natural (não-polarizada) representando o campo elétrico perpendicular ao campo magnético oscilando em todos os planos Feixe de Luz plano-polarizada oscilando em apenas um plano. Representação para a luz natural. Representação para a Luz Plano-Polarizada ONDE: R1 ≠ R2 ≠ R3 ≠ R4 53 ApostilA QUÍMiCA a imagem da outra, mas não são superponíveis. Tente verificar este fato com suas mãos, coloque uma na frente da outra. (Uma será a imagem da outra). Agora tente colocar uma sobre a outra. (As mãos não são superponíveis, ou seja, os dedos polegares não ficam um sobre o outro). Veja os exemplos: Moléculas Assimétricas são aquelas que não possuem um plano de simetria. As moléculas não sobreponíveis às respectivas imagens especulares chamam-se QUIRAIS ( Grego: Chei = mão) para haver quiralidade é necessário que haja ASSIMETRIA MOLECULAR como foi dito antes, isto é a molécula cortada em qualquer plano sempre produz duas partes diferentes. DIASTERESOMEROS: São estereoisomeros cujas moléculas não são imagens especulares uma das outras. Desvio do plano da Luz Polarizada Quando a substância não desvia o plano da luz polarizada, então se trata de uma substância opticamente inativa. Se pelo contrario, a substância desviar o plano da luz polarizada, trata-se de uma substância OPTICAMENTE ATIVA. Caso a rotação do plano de polarização da luz for para DIREITA a substância chama-se DEXTRÓGERA (Lat. Dexter = direita), se a rotação for para ESQUERDA, o isômero chama-se LEVÓGERO (Lat. Laevus = esquerda). São representados por + e – ou por d e l. * ATIVOS: 2n → onde n = n o de carbonos assimétricos. Veja os exemplos de estruturas com 1 Carbono assimétrico. EXEMPLO 01: ácido láctico, cuja fórmula estrutural está abaixo, possui um carbono assimétrico. Fazendo as projeções de Fischer encontraremos dois enanciomeros um dextrógero e outro levógero EXEMPLO 02: O 3 – Bromo-2-butanol, cuja fórmula estrutural possui dois carbonos assimétricos diferentes. No exemplo acima os compostos I e II são enanciomeros, assim como os compostos III e IV. No entanto os pares I e III; I e IV;II e II e IV, são isômeros ópticos, porém não são imagens especulares entre si , a estes pares de compostos chamamos diastereoisômeros (ou Diasterômeros). Atualmente considera-se um par de estereoisomeros que não são imagens especulares entre si, logo são diastereoisômeros, logo os isômeros CIS e TRANS são diastereoisômeros. NOTA: Existem na natureza, também produzido em laboratório, misturas em partes iguais de um par enanciomeros (dextrógiro e Levógiro), que devido a uma compensação intermolecular, esta mistura é OPTICAMENTE INATIVA denominado mistura racêmica (dl) ou Racemato. Veja os exemplos de estruturas com 2 Carbonos Assimétrico Iguais. FORMULA DE VANT’ HOF: Vant’ Hof observou que a quantidade de isômeros óticos guarda entre si uma progressão geométrica de razão 2, logo o n° de isômeros ativos é igual a 2n, em que n representa a quantidade de carbonos assimétricos diferentes. Projeções de Fischer 54 ApostilA QUÍMiCA Observe a fórmula estrutural plana que representa a molécula do 2,3-Dicloro-butano, possui dois carbonos assimétricos iguais mostraremos suas fórmulas estruturais e suas projeções de Fischer: Projeções de Fischer No exemplo acima, nota-se que as duas últimas estruturas na verdade correspondem, apenas eido as estruturas serem simétricas, ou seja, não há quiralidade. OBS: Estruturas Mesógiras ou Meso-Isômero ou Mesômero: são isômeros oticamente inativos devido possuírem simetria molecular, para que um composto orgânico possa formar um Mesômero basta possuir carbonos assimétricos em quantidades pares e iguais. APLICANDO A FÓRMULA DE VANT’ HOF PARA MISTURA RACÊMICA ISOMERIA ÓPTICA EM COMPOSTOS CÍCLICOS Os compostos cíclicos, desde que possuem Assimetria Molecular, podem apresentar isômeros ópticos. Por exemplo, o 3-metil-ciclo–buteno possui um carbono assimétrico e um par de enanciomeros, como veremos a seguir. Outro exemplo interessante é o 1,2-di-cloro-ciclopropono que possui dois carbonos assimétricos iguais (carbonos 1 e 2), sendo assim o isômero CIS possui simetria molecular, logo é oticamente inativo, enquanto que os isômeros TRANS são assimétricos e oticamente ativos. TESTES DE VESTIBULARES 1. (UFRGS) – Assinale a alternativa que relaciona corretamente o par de isômeros dados com o tipo de isomeria que apresenta: Composto1 Composto 2 isomeria 2. (UFRGS) – A sarcomicina, cuja estrutura química está desenhada abaixo, é um antibiótico que apresenta ação contra tumores. Quantos isômeros opticamente ativos são possíveis para a sarcomicina? a)Um b)Dois c)Três d)Quatro e)Nenhum NOTA: Existem na natureza, também produzido em laboratório, misturas em partes iguais de um par enanciomeros (dextrógiro e Levógiro), que devido a uma compensação intermolecular, esta mistura é OPTICAMENTE INATIVA denominado mistura racêmica (dl) ou Racemato. A MISTURA RACÊMICA É OPTICAMENTE INATIVA! (50% d+ +50% l - ). 55 ApostilA QUÍMiCA 3. (UFRGS) - O disparlure é o ferormônio sexual da mariposa cigana (Lymantriadispar L.), a qual é classificada como uma das pragas florestais mais graves no cultivo e manejo de florestas. O ferormônio tem sido usado no programa de manejo integrado de controle biológico de pragas. Com relação ao disparlure, são feitas as afirmações seguintes. I - Apresenta isomerismo geométrico cis-trans.II - Pertence à função orgânica éster. III - Contém dois carbonos quirais. IV - Contém três carbonos terciários. Quais estão corretas ? a) Apenas I e III. b) Apenas I e IV. c) Apenas II e III. d) Apenas II, III e IV e) I, II, III e IV 4. (UFRGS) - Dados os seguintes compostos orgânicos: assinale a afirmativa correta. a) O composto II apresenta isomeria geométrica e o composto IV, isomeria óptica. b) Apenas os compostos II e III apresentam isomeria geométrica. c) Apenas o composto IV apresenta isomeria geométrica. d) Todos os compostos apresentam isomeria geométrica. e) Os compostos I e IV apresentam isomeria óptica. 5. (UFRGS) - Na natureza existem produtos que, pela modificação da disposição relativa dos ligantes de um centro quiral (carbono assimétrico), apresentam propriedades organolépticas diferentes. Um exemplo é observado no limoneno, encontrado em óleos essenciais, onde um dos isômeros apresenta sabor de laranja e o outro de limão. Pode-se afirmar que estes compostos são isômeros a) geométricos b) ópticos c) de posição d) de cadeia e) de função 6. (UFRGS) - Com a fórmula molecular C4H11N, são representados os seguintes pares de compostos: . Os pares I, II e III são, respectivamente, a) isômeros de posição, metâmeros e isômeros de cadeia. b) isômeros de posição, tautômeros e isômeros funcionais. c) isômeros de cadeia, metâmeros e isômeros de posição. d) isômeros funcionais, isômeros de posição e isômeros de cadeia. e) isômeros de cadeia, isômeros de posição e isômeros de cadeia. 7. (UFRGS) - Na fórmula da adrenalina que é um hormônio e neurotransmissor, o carbono responsável pela isomeria óptica é o de número a)1 b)2 c)3 d)4 e)5 8. (UFRGS) - Durante um exercício físico, grande parte da energia necessária para a movimentação dos 56 ApostilA QUÍMiCA músculos provém da conversão anaeróbica de glicose em ácido láctico, cuja fórmula se encontra abaixo. Sobre esse composto, podemos afirmar que ele a) contém somente átomos de carbono que apresentam geometria tetraédrica. b) apresenta isomeria geométrica. c) pode existir em duas configurações espaciais diferentes. d) é um composto cíclico saturado. e) é um ácido β-hidróxi- carboxílico. 9. (UFRGS) - Em 1887, Wislicenus determinou experimentalmente a existência de dois isômeros com fórmula estrutural plana: HOOC - CH = CH - COOH. O isômero cis foi denominado de ácido maléico e o isômero trans de ácido fumárico. Sobre estes ácidos é correto afirmar que: a) ambos desviam a luz polarizada, porém em sentidos opostos. b) ambos têm o mesmo ponto de fusão. c) os ácidos maléico e fumárico não sofrem reação de desidratação. d) formam um par de antípodas ópticos. e) por adição de H2, em presença de catalisador, ambos produzem o ácido butanodióico. 10. (UFRGS) - Tanto o éter metílico como o álcool etílico têm a mesma fórmula molecular: C2H6O. Isso significa que a) são isômeros. b) têm as mesmas propriedades químicas. c) são líquidos a 25ºC. d) podem ser usados como anestésico. e) podem ser queimados na ausência de oxigênio, pois este já ocorre na molécula. 11. (UFSM/03) - O butanol e o éter dietílico possuem a fórmula molecular C4H10O, portanto são _____________. Entretanto, entre as moléculas do álcool, existem interações moleculares por ______________________. Isso explica por que o éter possui o ponto de ebulição bem ________________ do que o do álcool. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas. a) isômeros - pontes de hidrogênio - menor b) estereoisômeros - forças de Van der Waals - menor. c) diastereoisômeros - atração dipolo-dipolo - maior d) isômeros de função - ligação covalentes - maior e) tautômeros - atração iônica - maior 12. (UCS/97) – O tipo de isomeria plana existente entre os pares de compostos: 2-buteno e ciclobutano; etanoato de metila e metanoato de etila; propanal e propanona é respectivamente: a)função, cadeia e compensação. b)cadeia, compensação e função. c)cadeia, função e compensação. d)função, compensação e cadeia. e)cadeia, posição e função. 13. (PUC/01-2) – Responder à questão relacionando os compostos orgânicos da colunada esquerda com seus respectivos isômeros, apresentados na coluna da direita: 1 – metilpropano ( ) propanona 2- ciclobutano ( ) metilciclopropano 3 -propanal ( ) butano 4 -dietilamina ( ) metilpropilamina A numeração correta da coluna da direita de cima para baixo, é a)2 - 3 – 4 – 1 b)3 – 4 – 2 – 1 c)3 – 2 – 1 – 4 d)4 – 1 – 3 – 2 e)1 – 4 – 2 – 3 14. (UFSM/03) – Observe a reação de adição de água ao fenil-acetileno: Os produtos A e B são: a) tautômeros de uma cetona. b) aldeídos isômeros de posição. c) álcoois isômeros de posição. d) tautômeros de um aldeído. e) um aldeído e uma cetona, respectivamente. 15. (FGV-SP) - Dados os compostos a seguir: podemos afirmar que entre elas existe um caso de isomeria plana de: a) cadeia b) função c) compensação 57 ApostilA QUÍMiCA d)posição e)tautomeria 16. (FUVEST/SP) – A substância Ana presença de luz solar, transforma-se na substância B, que, por sua vez, no escuro se transforma em A. Pelo esquema acima, pode-se afirmar que: a) há uma interconversão de isômeros. b) a transformação de A em B libera energia. c) a luz converte uma cetona em um aldeído. d) na ausência da luz, o caráter aromático é destruído. e) no escuro, um ácido carboxílico é reduzido a uma cetona. 17. (CESGRANRIO) – Considere os compostos: I) 2-buteno II) 1-penteno III) 1,2-dimetilciclopropano IV) Ciclobutano Em relação à possibilidade de isomeria cis-trans pode- se afirmar que: a)aparece apenas no composto I. b)ocorre em todos. c)ocorre somente nos compostos II e IV. d)aparece somente nos compostos I e III. e)só não ocorre no composto I. 18. (UERJ) – O ano de 1995 assinalou o centenário da morte de Louis Pasteur, cientista francês, que, dentre vários trabalhos, isolou moléculas enantiômeras (isômeros ópticos) de sais de sódio e amônio do ácido tartárico. Das substâncias abaixo, aquela que apresenta moléculas enantiômeras é: a)2-penteno b)2-pentanol c)2-pentanona d)2-metilpentano 19. (FUVEST) – O neurotransmissor serotonina é sintetizado no organismo humano a partir do triptofano. As fórmulas estruturais do triptofano e da serotonina são fornecidas a seguir. respeito a essas moléculas, pode-se afirmar que a) apenas a molécula do triptofano apresenta atividade óptica. b) ambas são aminoácidos. c) a serotonina é obtida apenas por hidroxilação do anel benzênico do triptofano. d)elas são isômeras. e)as duas moléculas apresentam a função fenol.
Compartilhar