AULA DE QUIMICA ORGÂNICA - funções nitrogenadas [1]

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 Aula de Química Orgânica - funções nitrogenadas 
POLÍCIA MILITAR DA BAHIA
COLÉGIO DA POLÍCIA MILITAR
		DENDEZEIROS
Professor: Themístocles. Data: 09/12/2007 (domingo). 
Destinação: todas as turmas do Pré-vestibular. 
AS PRINCIPAIS CLASSES FUNCIONAIS NITROGENADAS
1. Aminas
 As aminas podem ser obtidas a partir da AMÔNIA.
Amina é todo composto orgânico derivado da amônia, NH3, pela troca de um, dois ou três hidrogênios por substituintes orgânicos.
 1.1 Grupo funcional:
 
 −NH2 ou −NH ou −N− ou
 ‌ │ │
 oo 
 N 
 ∕ │ \ ∕ 
 H H C ou 
 ∕ \
 
 oo 
 N 
 \ ∕ │ \ ∕ 
 C H C ou 
 ∕ \ ∕ \
 oo 
 N 
 \ ∕ │ \ ∕ 
 C C C 
 ∕ \ ∕ │ \ ∕ \
O nome oficial de uma amina segue o esquema:
	Nome do(s) substituintes com
terminação il + amina
 Substituintes iguais são indicados só UMA VEZ, precedidos pelos prefixos di ou tri. 
 Observem os exemplos a seguir:
Exs.: 
 oo 
 N 
 ∕ │ \ 
 H H CH3 metilamina 
 
 
 oo 
 N 
 ∕ │ \ 
 H3C CH3 C − CH3 etil-dimetilamina 
 H2 
1.2 Classificação das aminas
 As aminas são classificadas segundo critérios:
 Primeiro: substituinte(s) ligado(s) ao nitrogênio.
* Amina ALIFÁTICA: nenhum dos substituintes ligados ao nitrogênio tem um núcleo ou anel aromático.
Ex.: 
 
 oo 
 N 
 ∕ │ \ H
 H3C CH3 C − C− CH3 dimetil-isobutilamina 
 H2 │ 
 CH3 
* Amina aromática: pelo menos um dos substituintes ligados ao nitrogênio tem um núcleo aromático.
Ex.: 
 
 oo 
 N 
 ∕ │ \ 
 H3C CH3 C6H5 fenil-dimetilamina 
 
 Segundo: pelo número de hidrogênios substituídos por radicais.
* Amina primária: apenas 1 (um) hidrogênio foi substituído.
Exs.: metilamina, n-propilamina, benzilamina. 
* Amina secundária: 2 (dois) hidrogênios foram substituídos.
Exs.: etil-metilamina, dietilamina. 
* Amina terciária: 3 (três) hidrogênios foram substituídos.
Exs.: trimetilamina, etil-metil-n-butilamina. 
1.3 Nomenclatura das aminas
 
 A IUPAC recomenda dar nome às aminas primárias considerando-se o grupo amino, ─NH2, ligado a uma cadeia carbônica qualquer.
 Nesse caso, o nome usual é dado pelo esquema:
	Localização do grupo amino + amino +
 prefixo + infixo + o
 Ex.: o composto abaixo, cujo nome oficial é: 
 isopropilamina ou 2-aminopropano. 
 (propan-2-amina)
 oo 
 N 
 ∕ │ \ H H
 H H C − CH3 H3C − C − CH3 
 │ │ 
 CH3 NH2
1.4 Propriedades físicas e químicas das aminas
* Forças de interação molecular
 As moléculas de aminas primárias e secundárias podem fazer pontes de hidrogênio entre si. As moléculas de aminas terciárias são apenas POLARES e não realizam pontes de hidrogênio.	
* Pontos de fusão e ebulição
 São mais elevados que os dos compostos APOLARES e mais baixos que os dos álcoois e que os dos ácidos carboxílicos (para compostos de massa molar próxima).
* Fase de agregação
 As que possuem de 1 a 3 substituintes metil e também a etilamina são gases. Da propilamina à dodecilamina, são líquidos; daí pra frente, as aminas são sólidas.
* Densidade
 As ALIFÁTICAS mais simples são menos densas que a água. As aromáticas são mais densas.
* Solubilidade
 As que possuem até 5 carbonos na molécula	são solúveis em meio aquoso e alcoólico. Com 6 carbonos ou mais são praticamente insolúveis em água, mas são solúveis em éter, álcool etílico e benzeno.
* Propriedades organolépticas
 As metilaminas e as etilaminas possuem um cheiro semelhante ao da amônia; as demais, em geral, cheiram a peixe. As aminas aromáticas são muito tóxicas.
* Reatividade
 A reatividade das aminas aumenta, na mesma proporção em que aumenta o caráter básico desses compostos. Considerando R um substituinte orgânico ALIFÁTICO e Ar um substituinte orgânico aromático, teremos, em ordem decrescente de caráter básico (Lewis):
	R2NH > R ─ NH2 > R3N > NH3 > Ar─NH2 > Ar2NH > Ar3N
 
* Aplicações práticas
 São usadas na síntese de compostos orgânicos, na fabricação de certos tipos de sabões e na vulcanização da borracha. Aminas aromáticas, como a fenilamina (anilina), são usadas na fabricação de corantes.
2. Amidas 
 As amidas pertencem à classe dos compostos carbonílicos. 
Amida é todo composto orgânico que possui o nitrogênio ligado diretamente a um grupo carbonila.
 2.1 Grupo funcional:
 O 
 ∕∕
 − C
 \ ∕
 N
 \
Conforme o nitrogênio estabeleça ou não outras ligações com carbono, as amidas podem ser divididas em três grupos:
 
* Amida não substituída: apresenta 2 hidrogênios ligados ao nitrogênio.
* Amida monossubstituída: apresenta 1 hidrogênio substituído por um radical (cadeia carbônica).
* Amida dissubstituída: apresenta 2 hidrogênios substituídos por dois radicais iguais ou diferentes.
2.2 O nome oficial de uma AMIDA não substituída (que são as mais estudadas) segue o esquema:
	prefixo + infixo + amida
 Observem os exemplos a seguir:
Exs.: 
 O 
 ∕∕
 H3C − C etanamida (ou acetamida)
 \
 NH2
 H H O 
 │ │ ∕∕
 H3C − C − C − C 3-metilbutanamida
 │ │ \
 H3C H NH2
2.3 Propriedades físicas e químicas das amidas 
* Forças de interação molecular
 Cada duas moléculas de amidas primárias podem fazer até três pontes de hidrogênio entre si.	
* Pontos de fusão e ebulição
 São muito elevados, até mais que os dos ácidos carboxílicos de massa molar correspondente.
* Fase de agregação
 Apenas a metanamida é líquida em condições ambientes; as demais amidas são sólidos cristalinos.
* Densidade
 São mais densas que a água.* Solubilidade
 Os ALIFÁTICOS que de 1 a 4 carbonos	são solúveis em água, e os que possuem 5 carbonos são parcialmente solúveis. Os demais são praticamente INSOLÚVEIS. São solúveis em éter dietílico, álcool etílico e benzeno.
* Propriedades organolépticas
 As mais simples são solúveis em água e pouco solúveis em solventes APOLARES como o n-hexano. Em geral, todas são solúveis em álcool e éter.
* Reatividade
 São compostos reativos, obtidos a partir da reação entre ÁCIDO CARBOXÍLICO e AMÔNIO (amida não substituída) ou entre ÁCIDO CARBOXÍLICO e AMINA PRIMÁRIA ou SECUNDÁRIA (amida substituída). Possuem um caráter básico muito fraco (mais fraco que o da água), pois o oxigênio atrai os elétrons do nitrogênio para si.
* Aplicações práticas
 São usadas na síntese de outros compostos e como intermediárias na preparação de medicamentos.
 
3. Nitrilos 
 Os nitrilos também são conhecidos por cianetos de alquila. 
Denominam-se nitrilo todo composto orgânico derivado do cianeto de hidrogênio, ou ácido cianídrico, HCN, pela troca do hidrogênio por um substituinte de hidrocarboneto.
 3.1 Grupo funcional:
 
 \ \ 
 − C − C ≡ N ou − C − CN
 ∕ ∕ 
3.2 O nome oficial (IUPAC) de um nitrilo segue o esquema: 	
	Prefixo + infixo + o + nitrilo ou nitrila
 Exs.: 
 H H 
 │ │ 
 H3C − C − C − CN 3-metilbutano nitrilo(a)
 │ │ 
 H3C H 
 H
 C 
 ∕ \\ 
 HC C− CN fenilmetano nitrilo(a)
 ││ │ 
 HC CH
 \ ∕ ∕ 
 C
 H
 Note que, de acordo com essa nomenclatura, o cianeto de hidrogênio, HCN, pode ser considerado o nitrilo mais simples e denominado de metano nitrilo(a).
3.3 Reações de hidrólise dos nitrilos
 A hidrólise (quebra pela água) de nitrilos fornece produtos diferentes conforme a acidez ou basicidade do meio.
 * A hidrólise de nitrilos em meio ácido produz ácidos carboxílicos.
 Ex.: a hidrólise do etano nitrilo na presença de HCl(aq) produz ácido etanóico e cloreto de amônio.
 O
 ∕∕
 H3C − C ≡ N + 2 HOH + HCl → H3C − C + NH4Cl
 \
 OH
 
 * A hidrólise de nitrilos em meio básico produz sais de ácidos carboxílicos.
 Ex.: a hidrólise do etano nitrilo na presença de NaOH(aq) produz etanoato de sódio e amônia.
 O
 ∕∕
 H3C − C ≡ N + HOH + NaOH → H3C − C + NH3
 \
 ONa
3.4 Propriedades dos nitrilos
* Forças de interação molecular
 São compostos POLARES, unidos por forças de dipolo permanente.	
* Pontos de fusão e ebulição
 Elevados em comparação aos demais compostos orgânicos de massa molar aproximada.
* Fase de agregação
 Em condições ambientes, os nitrilos que possuem de 2 a 14 carbonos na molécula são líquidos; os que possuem 15 ou mais são sólidos.
* Densidade
 Em geral, são menos densos que a água.
* Solubilidade
 São praticamente INSOLÚVEIS em água.
* Propriedades organolépticas
 Todos são tóxicos, embora menos do que o HCN (metano nitrilo, considerado o nitrilo mais simples). Esse gás foi usado em 1939, na II Guerra Mundial, pelos nazistas no campo de concentração de Auschwitz, na Polônia, para dizimar a comunidade judaica. O HCN(g) era obtido in loco, nas câmaras de gás, pela reação entre cianeto de potássio, KCN(aq), ou cianeto de sódio, NaCN(aq), e ácido sulfúrico, H2SO4(aq).
* Reatividade
 São bastante reativos e estáveis.
* Aplicações práticas
 O mais importante propeno nitrilo ou acrilonitrilo, que industrialmente é obtido a partir do acetileno.
 Δ, CuCl2 H
 H − C ≡ C −H + H − C ≡ N ------- > H2C = C − C ≡ N
 ACETILENO METANO NITRILO NH3 ACRILONITRILO 
 
O acrilonitrilo é amplamente usado na indústria, na produção de borracha sintética de alta qualidade. 	
 
4. Nitrocompostos
 São derivados orgânicos do ácido nítrico, HNO3. 
Os nitrocompostos apresentam o grupo nitro, −NO2, ligado a uma cadeia carbônica. 
 4.1 Grupo funcional:
 O
 ↑
 \ o o
 − C − N = O
 ∕ 
 4.2 O nome oficial (IUPAC) segue o esquema:
	Nitro + prefixo + infixo + o
Exs.: 
H3C − C − C − C − NO2 nitrobutano
 H2 H2 H2 
 
 H
 C 
 ∕ \\ 
 HC C ─ NO2 nitrobenzeno 
 ││ │ 
 HC CH 
 \ ∕ ∕
 C
 H
4.3 Propriedades químicas e físicas dos nitrocompostos
* Forças de interação molecular
 São muito POLARES, unidos por forças de dipolo permanente.	
* Pontos de fusão e ebulição
 Bastante elevados em comparação com outros compostos orgânicos de massa molar aproximada.
* Fase de agregação
 Com o aumento da massa molar os nitroalcanos passam de líquidos fluidos a líquidos viscosos.
* Densidade
 São mais densos que a água.
* Solubilidade
 O nitrometano e o nitroetano são muito pouco solúveis em água; os demais são INSOLÚVEIS em água.
* Propriedades organolépticas
 Os ALIFÁTICOS, em geral, possuem cheiro agradável e NÃO são venenosos; já os aromáticos possuem odor desagradável e SÃO TÓXICOS.
* Reatividade
 São compostos bastante reativos.
* Aplicações práticas
 O nitrobenzeno é muito usado como solvente; o dinitrobenzeno e o trinitrobenzeno são sólidos usados como explosivos.
5. Sais de amônio quaternário 
 
 A parte orgânica de um sal de amônio quaternário é o cátion:
Teoricamente, o cátion de um sal de amônio quaternário é derivado do íon amônio, NH4+, pela substituição dos 4 HIDROGÊNIOS por 4 radicais (alquila ou arila). 
 
 5.1 Grupo funcional:
 │ 
 − C −
 \ │ ∕ 
 C − N1+− C ou 
 ∕ \ │ ∕ \
 − C −
 │ │ 
 − C −
 \ │ ∕ 1+( C − N − C ) 
 ∕ \ │ ∕ \
 − C −
 │
 
5.2 O nome oficial (IUPAC) segue o esquema:
	Nome do ânion + de + nome dos substituintes + amônio
Exs.: 
 
 CH3
 ↑ 1+
 (H3C − (H2C)14 − C − N − CH3) Cl-1 
 H2 │ 
 CH3
 
Cloreto de hexadecil-trimetilamônio 
(ou cloreto de cetil-trimetilamônio)
 H
 CH3 C
 ↑ ∕ \\ 1+
 (H3C − (H2C)16 − C − N − C − C CH) Cl-1 
 H2 │ H2 ││ │
 CH3 HC CH
 \ ∕ ∕ 
 C
 H 
 
Cloreto de benzil-octadecil-dimetilamônio 
(ou cloreto de benzil-estearil-dimetilamônio)
 
 
5.3 Propriedades químicas e físicas 
* Forças de interação molecular
 São compostos iônicos. Os compostos que possuem pelo menos um substituinte com cadeia longa têm uma parte altamente POLAR (iônica) e outra praticamente APOLAR referente à cadeia carbônica (covalente).
* Pontos de fusão e ebulição
 Normalmente, a temperatura necessária para a fusão de um sal de amônio quaternário é tão alta que, antes de ser atingida, as ligações carbono−carbono se rompem e a molécula se decompõe.
* Fase de agregação
 São sólidos cristalinos e não-voláteis.
* Densidade
 Em geral, são mais densos que a água. 
* Solubilidade
 Os halogenetos de amônio quaternário (cloreto, brometo e iodeto), os mais utilizados, são SOLÚVEIS em água e álcool etílico e INSOLÚVEIS em solventes apolares como o benzeno.
* Propriedades organolépticas
 Como os sais não são voláteis, esses compostos são inodoros. Apresentam sabor característico.
* Reatividade
 O cátion de um sal de amônio quaternário não apresenta propriedades básicas, porque o par de elétrons do nitrogênio não está mais disponível (ao contrário do que ocorre nas AMINAS). Suas reações são semelhantes às dos sais de Arrhenius. Podem reagir com base forte como o NaOH, por exemplo, formando hidróxidos de amônio quaternário, R4N1+OH1-, que são tão básicos quanto o hidróxido de amônio, NH4OH. Assim, as propriedades químicas dos sais de amônio quaternário estão mais relacionadas às dos sais de ácido carboxílico que às das aminas.
* Aplicações práticas
 Os sais de amônio quaternário que apresentam pelo menos um radical de cadeia longa são classificados como tensoativos catiônicos, pois neutralizam as cargas negativas deixadas pelos tensoativos aniônicos (sabão ou xampu).
A ação dos tensoativos aniônicos deixa as fibras das roupas e os fios de cabelo carregados negativamente. As fibras (ou os fios) repelem-se mutuamente e na tentativa de afastarem-se acabam se embaraçando, o que dá ao tecido ou ao cabelo um aspecto áspero e arrepiado.
O amaciante de roupa e o condicionador de cabelo contêm um sal de amônio quaternário (tensoativo catiônico) que possui ação antiestática, neutralizando as cargas negativas e permitindo que as fibras ou os fios se desembaracem uns dos outros.
Essas substâncias também são usadas como EMULSIONANTES na fabricação de lubrificantes, loções e cosméticos em geral. 	 
EXERCÍCIOS
1ª Questão ─ Existem no mercado alguns xampus que lavam e desembaraçam os cabelos ao mesmo tempo.
 O CH3 O
 ║ │1+ ∕∕
 H3C − (H2C)10 − C − N − C − C 
 │ H2 \
 CH3 O-1
Esses produtos são chamados 2 em 1 porque possuem em sua formulação um tensoativo anfótero, ou seja, que faz simultaneamente o papel de tensoativo aniônico e de tensoativo catiônico. A função dos tensoativos aniônicos ou sabões é emulsificar a gordura limpando os cabelos. A função dos tensoativos catiônicos é neutralizar as cargas negativas deixadas pelo tensoativo aniônico permitindo desembaraçar os fios.
O tensoativo anfótero ─ como o anfótero betaínico, ou coco-betaína, esquematizado acima ─ possui em sua fórmula as duas cargas, negativa e positiva, e, portanto, faz simultaneamente os dois papéis. Em relação a esse assunto, indique o grupo funcional mais comum dos tensoativos relacionados abaixo e por que eles são classificados dessa maneira.
a) Tensoativo aniônico
b) Tensoativo catiônico
c) Tensoativo não-iônico 
Resolução:
a) São sais de ácidos graxos. O composto possui uma extremidade praticamente APOLAR, que dissolve a gordura, e outra POLAR ─ um ânion ─, que se dissolve na água. 
b) São sais de amônio quaternário. A parte ativa do composto (que neutraliza as cargas negativas deixadas pelo tensoativo aniônico) é um cátion.
c) São álcoois de cadeia carbônica longa. A molécula possui uma extremidade praticamente APOLAR, que dissolve a gordura, e outra POLAR, que estabelece pontes de hidrogênio com a água. O composto age como emulsificante, porém não sofre ionização.
2ª Questão ─ Forneça o nome das aminas abaixo e classifique-as em primária, secundária ou terciária e também em alifática ou aromática.
 H
a) H3C − C − N − C − CH3
 H2 │ │ 
 H3C CH3 
 H
b) H3C − C − C − NH2
 H2 │ 
 CH3 
c) H
 C 
 ∕ \\ 
 H3C − C − N − C CH 
 H2 │ ││ │ 
 H3C HC CH
 \ ∕ ∕ 
 C
 H
 CH3
d) H │
 H3C − C − C − N− C − CH3
 │ H2 │ │ 
 CH3 H CH3
e) H H
 C H C 
 ∕ \\ │ ∕ \\ 
 HC C − N − C − C CH 
 ││ │ H2 ││ │ 
 HC CH HC CH
 \ ∕ ∕ \ ∕ ∕ 
 C C
∕ H
 H3C
Resolução:
a) Terciária e alifática: etil-metil_isopropilamina. 
b) Primária e alifática: s-butilamina.
c) Terciária e aromática: eti-fenil-metilamina.
d) Secundária e alifática: isobutil-t-butilamina.
e) Secundária e aromática: benzil-m-toluilamina.
3ª Questão─ (UnB-DF) O acetoaminofen é uma substância que tem propriedades analgésicas e antipiréticas.
Ela é comercializada com o nome de Tilenol e sua fórmula estrutural é:
 OH
 │
 C 
 ∕ \\ 
 HC CH 
 ││ │ 
 HC CH
 \ ∕ ∕ 
 C
 │
 NHCOOCH3
Assinale as alternativas corretas em relação ao acetoaminofen.
Justifique sua resposta.
Pertence à classe dos fenóis.
Contém também a função amida.
Tem a fórmula C8H9NO3. 
Pertence à classe das substâncias aromáticas devido à presença do anel benzênico.
Resolução:
 Todas as alternativas são verdadeiras. 
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