Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Química Orgânica Professor : Thiago Menezes thimenezes2010@hotmail.com A Química dos Compostos de Carbono Nas cadeias carbônicas podem aparecer quatro tipos de átomo de carbono: Carbono Primário: aquele que se liga a um outro átomo de carbono; Carbono Secundário: aquele que se liga a dois outros átomos de carbono; Carbono Terciário: aquele que se liga a três outros átomos de carbono; Carbono Quaternário: aquele que se liga a quatro outros átomos de carbono. Classificação das Cadeias Carbônicas É importante lembrar que uma cadeia carbônica pode apresentar, além de átomos de carbono, átomos de outros elementos químicos, desde que estes estejam entre os átomos de carbono. Ou seja, façam parte de uma cadeia chamada de Cadeia Carbônica Principal. Os elementos são: O, N, S, P. que são denominados heteroátomos. Desta forma, a cadeia carbônica pode ser classificada em Homogênea ou Heterogênea. No primeiro caso (homogênea) sua formação é feita somente por átomos de carbono e hidrogênio e no segundo caso (heterogênea) sua formação é feita por átomos de carbono, átomos de hidrogênio e heteroátomos. Podemos então definir como Cadeia Carbônica, o conjunto de todos os átomos de carbono, hidrogênio e heteroátomos que constituem a molécula de qualquer composto orgânico. Para estudar as cadeias carbônicas, teremos uma divisão em três grandes grupos: a) Cadeia aberta, acíclica ou alifática = são todas as cadeias que apresentam pelo menos duas extremidades (pontas) e nenhum ciclo ou anel. b) Cadeia fechada ou cíclica = é aquela que não apresenta extremidades (pontas); os átomos se unem, originando um ou mais ciclos (anéis). c) Cadeia mista = é aquela que apresenta pelo menos um ciclo e uma extremidade. Principais Regras da Nomenclatura IUPAC Conhecendo o nome dos principais grupos, as regras já expostas e algumas regras complementares, temos já condições de nomear um grande número de compostos orgânicos, segundo a IUPAC. (International Union of Pure and Applied Chemistry). 1) Escolha da cadeia principal: Determina-se a cadeia principal, que é aquela que além de possuir o maior número de átomos de carbono, contém também as ligações duplas, triplas e o grupo funcional. Quando houver duas ou mais possibilidades, escolhe-se como cadeia principal a que contiver maior número de grupos laterais (cadeia mais ramificada); 2) Indicação da posição dos grupos: Deve-se numerar a cadeia principal de forma a localizar os grupos em função do número recebido pelos carbonos a que estão ligados; a numeração deve começar pela extremidade em que resulta a menor soma desses números (Regra dos Menores Números); Os nomes formam-se colocando os nomes dos grupos correspondentes às cadeias laterais diante do nome do composto correspondente à cadeia principal; localizam-se as cadeias laterais pelo número do carbono a que estão ligados na cadeia principal. Cada grupo (cadeia lateral) deve ser antecedido por um número indicativo de sua posição, usando-se os prefixos di, tri, etc. quando o mesmo grupo aparecer mais de uma vez. Os números devem ser separados entre si por vírgulas; números e nomes e nomes e nomes devem ser separados entre si por hífen. 3) Elaboração final do nome: Os grupos precedem os nomes da cadeia principal; a seqüência dos grupos obedece à ordem alfabética, sem levar em consideração os prefixos designativos de quantidade (di, tri, tetra, etc.). Estudo das Cadeias Abertas As cadeias abertas podem ser classificadas de acordo com três critérios: I – Quanto à disposição dos átomos de carbono; II – Quanto ao tipo de ligação entre os átomos de carbono; III - Quanto à natureza dos átomos que compõem a cadeia. Primeiro Caso: Disposição dos átomos de carbono a) Cadeia normal, reta ou linear = é a cadeia aberta que apresenta somente duas extremidades, ou seja, todos os átomos que compõem a cadeia estão em uma única seqüência. É importante registrar que uma cadeia reta, normal ou linear não precisa apresentar todos os seus átomos representados numa mesma linha. Repara-se que só possuem carbonos primários e secundários. b) Cadeia ramificada = é a cadeia aberta que apresenta no mínimo três extremidades; seus átomos de carbono não estão dispostos segundo uma única seqüência, isto é, apresentam ramificações. Possuem algum carbono terciário ou quaternário. Além da definição dada, nas cadeias ramificadas, distinguem-se: - Cadeia principal: é uma cadeia constituída pelo maior número de átomos de carbono ligados sucessivamente; - Cadeias laterais: são ligadas aos carbonos terciários ou quaternários da cadeia principal. Segundo Caso: Ligação entre os átomos de carbono a) Saturadas = só possuem simples ligação entre átomos de carbono (ligação do tipo ). b) Insaturadas = possuem duplas e triplas ligações entre os átomos de Carbono (ligações do tipo e do tipo ). Terceiro Caso: Natureza dos átomos de carbono a) Homogêneas = só possuem átomos de Carbono e Hidrogênio. b) Heterogêneas = possuem além dos átomos de Carbono e Hidrogênio, heteroátomos (O, N, S, P). Estudo das Cadeias Fechadas As cadeias fechadas estão divididas em dois grupos: I – Alicíclicas = sem anel benzênico; II - Aromáticas = possuem anel benzênico. CADEIAS ALICÍCLICAS (não-aromáticas) São as cadeias fechadas que não apresentam o núcleo aromático ou benzênico. Para classificar esse tipo de cadeia, utilizam-se os seguintes critérios: a) O tipo de ligação entre os átomos de carbono: i. Simples ligação = saturada ii. Dupla ou tripla ligação = insaturada b) A natureza dos átomos que compõem a cadeia: i. Homocíclica = é aquela composta apenas por átomos de carbono; ii. Heterocíclica = é aquela que apresenta pelo menos um heteroátomo entre os átomos de carbono que formam a cadeia principal. OBS: Outro critério que poderá ser utilizado para classificar as cadeias fechadas, sejam elas aromáticas ou não aromáticas, está relacionado com a quantidade de anéis ou ciclos. Podemos então classificar em monocíclicas, para apenas um ciclo ou policíclicas, para dois ou mais ciclos. CADEIAS AROMÁTICAS Basicamente, são consideradas cadeias aromáticas aquelas que apresentam, em sua estrutura, pelo menos um núcleo benzênico. O anel benzênico apresenta simples e duplas ligações alternadas na sua estrutura, permitindo uma forma hexagonal regular. OBS: podemos classificar um aromático da seguinte forma: i Um anel = benzeno; ii Dois anéis = naftaleno; iii Três anéis = antraceno. Hidrocarbonetos Hidrocarboneto é qualquer composto binário de carbono e hidrogênio. Os hidrocarbonetos são classificados de acordo com a sua cadeia carbônica. Estamos destacando inicialmente essa função porque, além de ser básica para o estudo das demais, ela tem uma característica particular: a ausência de um grupamento funcional específico. Isso quer dizer que os hidrocarbonetos apresentam somente os elementos essenciais dos compostos orgânicos – Carbono e Hidrogênio. Não podemos falar de hidrocarbonetos, se não falamos um pouco sobre o petróleo. Vejamos abaixo, algumas particularidades sobre essa fonte de energia: DESTILAÇÃO FRACIONADA DO PETRÓLEO Fração Intervalo (aprox.) de temperatura em que destilam (°C) Principais componentes Gás de petróleo CH4 C2H6 C3H8 C4H10 Gasolina ou benzina ou nafta até 200 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 Querosene 150 a 250 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30C15H32 Gás óleo ou óleo diesel 250 a 350 hidrocarbonetos superiores Óleos combustíveis 300 a 400 hidrocarbonetos superiores Óleos lubrificantes hidrocarbonetos superiores Resíduo hidrocarbonetos superiores Cracking ou craqueamento catalítico do petróleo Consiste em aquecer o petróleo a alta temperatura (500°C), na presença de catalisadores, provocando ruptura da cadeia carbônica dos hidrocarbonetos, dando origem a outros compostos com menor cadeia carbônica, constituinte da gasolina. Gasolina de polimerização No cracking formam-se grandes quantidades de hidrocarbonetos gasosos, a partir dos quais, por um processo inverso, consegue-se obter os hidrocarbonetos médios (C5 a C8) constituintes da gasolina. Índice de octanos (octanagem) de uma gasolina Uma gasolina de octanagem n é aquela que se comporta como se fosse uma mistura contendo n% de isooctano e (100 - n)% de n.heptano. Por convenção, o isooctano puro tem octanagem 100 e o n.heptano puro tem octanagem zero. Xisto betuminoso É constituído por rochas sedimentares impregnadas de um material oleoso muito parecido com o petróleo. O vinagre de madeira (ácido pirolenhoso) é uma solução aquosa cujos principais componentes são: ácido acético (7 a 10%), metanol (1 a 3%), acetona (1%) e água (85 a 90%). Antes de iniciarmos um estudo mais detalhado dos hidrocarbonetos, vamos ter uma idéia geral sobre esses compostos orgânicos, através do quadro a seguir: Classe Tipo de cadeia carbônica Exemplo ALCANO ou PARAFINA alifática saturada CH3CH2CH2CH3 butano ALCENO ou ALQUENO ou OLEFINA alifática insaturada etênica com um CH3CH=CHCH3 2-buteno H2C=CHCH2CH3 1-buteno ALCADIENO ou DIOLEFINA alifática insaturada etênica com 2 H2C=C=CHCH3 1,2-butadieno H2C=CHCH=CH2 1,3-butadieno ALCINO ou ALQUINO alifática insaturada etínica com um H3CCCCH3 2-butino HCCCH2CH3 1-butino ALCENINO ou ALQUENINO alifática insaturada etenínica com um e um H2C=CHCCH butenino CICLOALCANO ou CICLANO ou CICLOPARAFINA alicíclica saturada H2 C C H2 | | H2 C C H2 ciclobutano CICLOALQUENO ou CICLOALCENO ou CICLENO ou CICLOOLEFINA alicíclica insaturada etênica com um H2 C C H2 | | H C C H ciclobuteno ARENO ou HIDROCARBONETO AROMÁTICO cadeia aromática benzeno Além dos compostos apresentados acima, temos também uma preocupação especial com alguns radicais que são muito importantes no nosso estudo. Desta forma, apresentamos a seguir uma sinopse de alguns radicais, onde são apresentadas cadeias abertas e fechadas (ciclos). Não há necessidade de decorar todos os radicais. Mas, é primordial saber entende-los. A base de formação de cada um deles é justificada pelo tipo de ligação e natureza dos elementos que o compõe. RADICAIS MAIS IMPORTANTES H3C metil H3CCH2 etil H3CCH2 CH2 n.propil | H3C C HCH3 isopropil H3CCH2CH2CH2 n.butil | H3CCH2 C HCH3 sec.butil H3C C HCH2 | C H3 isobutil | H3C C CH3 | C H3 terciobutil benzil fenil -naftil -naftil ortotoluil metatoluil H2 C | metileno H2 C C H2 | | etileno H3C C H | etilideno | H3C C | etilidino ESTUDO DOS ALCANOS São hidrocarbonetos alifáticos saturados, ou seja, apresentam cadeia aberta com simples ligações apenas. O termo parafinas vem do latim parum = pequena + affinis = afinidade, e significa, então, pouco reativas. Como definição mais simples, chamamos de ALCANOS, todos os hidrocarbonetos que apresentam somente ligações do tipo simples entre os átomos de carbono. E são identificados pela partícula AN. Para dar continuidade ao estudo dos hidrocarbonetos, utilizaremos a nomenclatura da IUPAC, que é uma nomenclatura oficial que leva em consideração o número carbonos, os tipos de ligações entre eles e a função a que pertencem as substâncias. Assim, o nome de uma cadeia aberta normal, por exemplo, é constituído de três partes: um prefixo, um nome intermediário e um sufixo. n Raiz + sufixo n Raiz + sufixo n Raiz + sufixo 1 Metano 16 Hexadecano 31 Hentriacontano 2 Etano 17 Heptadecano 32 Dotriacontano 3 Propano 18 Octadecano 33 Tritriacontano 4 Butano 19 Nonadecano 34 Tretratriacontano 5 Pentano 20 Eicosano 35 Pentatriacontano 6 Hexano 21 Heneicosano 36 Hexatriacontano 7 Heptano 22 Docosano 37 Heptatriacontano 8 Octano 23 Tricosano 40 Tetracontano 9 Nonano 24 Tetracosano 50 Pentacontano 10 Decano 25 Pentacosano 60 Hexacontano 11 Undecano 26 Hexacosano 70 Heptacontano 12 Dodecano 27 Heptacosano 80 Octacontano 13 Tridecano 28 Octacosano 90 Nonacontano 14 Tetradecano 29 Nonacosano 100 Hectano 15 Pentadecano 30 Triacontano 132 Dotriacontahectano Repare que todos os nomes acima possuem, antes do sufixo, a partícula AN, que é a identificação de um alcano. O sufixo utilizado na tabela acima é (O) que caracteriza um hidrocarboneto. No entanto, esse sufixo deverá ser substituído para as demais funções orgânicas que serão as seguintes: Hidrocarbonetos = O Álcool = OL Fenol = HIDROXI Aldeído = AL Cetona = ONA Ácido Carboxílico = OICO Sal Orgânico = OATO Amina = AMINA Amida = AMIDA Éter = OXI O número de carbonos e de hidrogênios que formam um alcano pode ser facilmente determinado com a utilização da seguinte fórmula geral: CnH2n + 2 Onde o valor de n é o número de carbonos presentes na molécula. As moléculas dos alcanos são apolares. Conseqüentemente, são insolúveis na água e solúveis nos solventes orgânicos, como benzeno e gasolina. Os alcanos são importantes como combustíveis, fazendo parte do petróleo (mistura de pentano e hexano), da gasolina (mistura composta principalmente por hexano, heptano e octano), do querosene (mistura de hidrocarbonetos com 10 a 16 átomos de carbono) e do gás de cozinha (mistura de metano, etano, propano e butano). As parafinas líquidas são usadas como solventes de graxas, ceras, tintas e vernizes. As parafinas superiores (cadeias maiores) são usadas como óleos lubrificantes. Generalizando, podemos dizer que para os alcanos de cadeia normal, há um aumento gradativo dos pontos de fusão e de ebulição com o aumento do número de carbonos. Na condição ambiente padronizada, verifica-se o seguinte: Os quatros primeiros alcanos são gasosos; De 5 a 17 carbonos, são líquidos; Com 18 ou mais carbonos, todos são sólidos. ESTUDO DOS ALCENOS Os alcenos são hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma dupla ligação. Podem ser chamados também de alquenos ou olefinas. A principal fonte industrial dos alcenos é o cracking do petróleo. Os alcenos apresentam como fórmula geral: CnH2n Os alcenos têm propriedades físicas semelhantes às dos alcanos, isto é, são insolúveis em água e solúveis nos solventes orgânicos. O alceno mais simples é o etileno, de fórmula C2H4, que é um gás incolor. O etileno é o composto orgânico mais importante na produção industrial, pois constitui a matéria-prima fundamental para a obtenção de inúmeras substâncias, graças à reatividade da dupla ligação. Os principais produtos derivados do etileno são: os plásticos (como o polietileno e o PVC), o cloreto de etila (anestésicoempregado na medicina), o etilenoglicol ou 1,2-etanodiol (usado como anticongelante) e o etanol. Além de ser obtido do cracking do petróleo, o C2H4 é um produto natural do metabolismo dos vegetais. O etano produzido pelas plantas controla o amadurecimento das frutas, a germinação das sementes e o desabrochar das flores. Por isso, atmosferas ricas em etileno são usadas para acelerar artificialmente o amadurecimento de frutas. Nomenclatura segundo a IUPAC: É muito semelhante à utilizada para os alcanos. Trocamos a terminação ANO do alcano correspondente por ENO. A partir do buteno, enumera-se a cadeia, começando-se pelo carbono da extremidade mais próxima da ligação dupla. A posição da dupla é indicada por um número antes do nome. Existe ainda uma nomenclatura antiga que usa a terminação ILENO para os alcenos mais simples. Exemplos: ETILENO PROPILENO BUTILENO METIL-ETILENO DIMETIL-ETILENO SIMÉTRICO DIMETIL-ETILENO ASSIMÉTRICO ESTUDO DOS ALCINOS São hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma tripla ligação entre os átomos de carbono. São também chamados de alquinos ou acetilenos. A fórmula geral dos alcinos é dada por: CnH2n-2 Devemos nos lembrar que n 2. Desta forma, o C2H2 (acetileno) é o mais simples constituinte dessa série. A tripla ligação é o grupamento funcional de um Alcino, ou seja, é nela que vão acontecer as reações químicas que caracterizam os alcinos e fazem deles substâncias bastante reativas. Para estudar os alcinos, costumamos dividi-los em dois tipos: ALCINOS VERDADEIROS; ALCINOS FALSOS. Os alcinos verdadeiros são os que possuem a tripla ligação na extremidade da cadeia carbônica, conseqüentemente, têm Hidrogênio ligado ao Carbono da tripla ligação. Os alcinos falsos são os que não apresentam Hidrogênio ligado à tripla ligação. Exemplos: H – C C – H Alcino duplamente verdadeiro R – C C – H Alcino verdadeiro H3C – C C – CH3 Alcino falso O Alcino é um gás um pouco menos denso que o ar. O acetileno tem grande importância na preparação de outras substâncias, muitas delas por sua vez, matérias- primas de outros produtos, como o etileno, etano, benzeno, etanal e os polímeros (fibras sintéticas), plásticos (PVC e o PVA) e a borracha sintética. O sistema IUPAC emprega a terminação INO. As regras de enumeração da cadeia principal (maior cadeia que contém a tripla ligação), de localização da ligação tripla e dos grupos substituintes são as mesmas que já foram aplicadas aos alcenos. Muitos alquinos são comumente nomeados como se fossem derivados do acetileno: ACETILENO = ETINO ETIL-ACETILENO = 1-BUTINO METIL-ACETILENO = PROPINO ESTUDO DOS ALCADIENOS São hidrocarbonetos alifáticos insaturados por duas duplas ligações. A nomenclatura dos alcadienos segue a mesma regra vista para os outros hidrocarbonetos insaturados. Nesse caso, como existem duas duplas ligações na cadeia, o seu nome é precedido de dois números, quando necessário. Como a fórmula geral dos dienos é a mesma dos alcinos, esses dois grupos de hidrocarbonetos são isômeros e cadeia. Observe que a fórmula C3H4 tem duas possibilidades de fórmula estrutural: H2C C CH2 PROPADIENO HC C –CH3 PROPINO A posição das duplas ligações determina o comportamento químico dos dienos. Por isso, costuma-se classifica-los em três tipos: DIENOS COM DUPLAS ACUMULADAS – as duas duplas estão no mesmo carbono; H2C = C = CH2 DIENOS COM DUPLAS CONJUGADAS – nesse caso, há uma simples ligação entre duas duplas; . . . CH = CH – CH = CH . . . DIENOS COM DUPLAS ISOLADAS – nesse caso, há duas ou mais simples ligações entre as duplas. . . . CH = CH - . . . – CH = CH . . . ESTUDO DOS CICLOALCANOS Os Cicloalcanos, ciclanos ou cicloparafinas são hidrocarbonetos, cíclicos saturados, ou seja, apresentam uma cadeia fechada formada somente por simples ligações. Sua nomenclatura segue as mesmas regras utilizadas para os alcanos, sendo precedida pela palavra ciclo, que indica a existência de cadeia fechada. A fórmula geral dos cicloalcanos é a seguinte: CnH2n Sendo que o valor de n 3. Conseqüentemente, os cicloalcanos são isômeros de cadeia dos alcenos. Para estabelecer a nomenclatura de cicloalcanos ramificados, deve-se estabelecer a quantidade e a posição dos radicais: a) Com um radical: Nesse caso não há a necessidade de indicar a posição do radical, pois o composto sempre será o mesmo, qualquer que seja o carbono do ciclo onde o radical for representado. b) Com mais de um radical: A numeração do carbono do ciclo deve começar pelo carbono que apresenta a maior quantidade de radicais, de modo a se obterem os menores números possíveis para os carbonos nos quais existam outros radicais. Um ciclano que é muito conhecido é o ciclopropano, que é usado como anestésico em operações cirúrgicas. Há um tipo de petróleo que, além de alcanos, apresenta teores de até 20% de cicloalcanos. O petróleo da Califórnia (EUA) e o russo servem de exemplos dessa ocorrência natural de cicloalcanos. OBS: Para tornar mais prática a representação de compostos orgânicos cíclicos, freqüentemente adota-se polígonos regulares para indicar anéis carbônicos. Por esse motivo, cuidado pra não esquecer dos átomos de hidrogênio que ficam implícitos nesse tipo de representação. ESTUDO DOS CICLOALCENOS Hidrocarbonetos alicíclicos etênicos ou etilênicos são hidrocarbonetos, com cadeia carbônica cíclica ou fechada com uma ou mais ligações duplas. Os hidrocarbonetos desta classe com apenas uma ligação dupla na molécula são chamados de cicloalquenos, ou cicloalcenos, ou ciclenos, ou cicloolefinas. A fórmula geral dos cicloalcenos é a seguinte: CnH2n-2 Sendo que o valor de n 3. A nomenclatura é semelhante à dos cicloalcanos. A numeração inicia-se em um dos Carbonos da dupla ligação e passa necessariamente por ela, já que a insaturação ocupa sempre a posição de número 1. É preciso ficar atento à Regra dos Menores Números. ESTUDO DOS AROMÁTICOS São hidrocarbonetos cujas moléculas possuem um ou mais anéis benzênicos. São conhecidos também como arenos. A cadeia carbônica do benzeno é chamada núcleo benzênico ou núcleo aromático. Os hidrocarbonetos aromáticos ou arenos são os que apresentam um ou mais núcleos benzênicos. Na nomenclatura dos derivados 1-2, 1-3 e 1-4 do benzeno, empregam-se os prefixos orto, meta e para, respectivamente. Quando a cadeia principal apresentar apenas um anel benzênico, esta poderá ainda apresentar um ou mais radicais: Com um radical, o nome do radical precede o nome da cadeia principal; Com dois ou mais radicais, a numeração dos carbonos deve começar por um dos carbonos ramificados e prosseguir de tal forma que os radicais estejam situados nos carbonos de menor número possível. O termo aromático teve origem no fato de uma série de substâncias naturais, entre as quais estão incluídos alguns desses hidrocarbonetos, terem cheiro agradável. O mais simples desses hidrocarbonetos é o benzeno (C6H6), cujas moléculas contém apenas um anel benzênico. Antigamente o BENZENO era chamado de benzol, termo hoje reservado ao líquido vendido no comércio que é o C6H6 impuro. O termo benzina não tem relação com o benzeno: é uma mistura de hidrocarbonetos, uma das frações extraídas do petróleo. O naftaleno é vendido no comércio com o nome de naftalina, que é muito usada para combater as traças. O tolueno (metilbenzeno) é empregado como solventee na obtenção de diversas substâncias, como o explosivo TNT.
Compartilhar