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Fórmula geral: CxHy Os compostos pertencentes a esta função são constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio. Os hidrocarbonetos são muito importantes porque formam o "esqueleto" das demais funções orgânicas. Estão divididos em várias classes, destacando-se: HIDROCARBONETOS Alcanos, alcenos, alcinos, alcadienos, cicloalcanos, cicloalcenos e os hidrocarbonetos aromáticos Hidrocarbonetos Acíclicos (cadeia aberta) Cíclicos (cadeia fechada) ALCANOS HIDROCARBONETOS SATURADOS DE CADEIA ABERTA FÓRMULA GERAL: CnH2n+2 SÉRIE HOMÓLOGA: É uma sequência de compostos, pertencentes à mesma função orgânica, e que diferem entre si por um ou mais grupos CH2 OCORRÊNCIA: SÃO ESPALHADOS TANTO NA TERRA COMO EM OUTROS PLANETAS. A atmosfera de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno contêm grandes quantidades de metano. A cor azul de Urano e Netuno são devidas à presença de metano em suas atmosfera ALCANOS OCORRÊNCIA: TERRA MAIORES FONTES DE ALCANO: PETRÓLEO, GÁS NATURAL, XISTO COSTUMA-SE DIZER QUE PETRÓLEO É UMA MISTURA DE HIDROCARBONETOS NOS TRÊS ESTADOS FÍSICOS Geralmente, eles também são chamados de alifáticos, derivado do grego (aleiphas = gordura). Para se ter uma ideia, as gorduras de origem animal contêm longas cadeias de átomos de carbono de forma semelhante às dos alcanos. Os alcanos podem ser chamados de parafinas, uma palavra derivada do latim, parum affinis, que significa “pouca afinidade”. Os alcanos possuem pouca afinidade química por outras substâncias e são quimicamente inertes para com a maioria dos reagentes encontrados no laboratório. Entretanto, os alcanos reagem com o oxigênio, halogênios e algumas poucas substâncias sob condições apropriadas. Por que os alcanos são uma classe pouco reativa? Os alcanos possuem apenas ligações fortes. Os átomos de carbono e hidrogênio têm aproximadamente a mesma eletronegatividade, os elétrons nas ligações C-H e C-C são compartilhados igualmente pelo átomos que estão ligados. Não possuem elétrons não compartilhados Nem orbitais vazios CONSEQUÊNCIA: NÃO POSSUEM CARGA SIGNIFICATIVA ELETRÓFILOS E NUCLEÓFILOS NÃO SÃO ATRAÍDOS POR ELES Propriedades físicas Nas condições ambientais os quatro primeiros alcanos são gasosos; os de 5 a 17 átomos de carbono são líquidos; e os demais sólidos. O PE dos alcanos de cadeia normal é diretamente proporcional ao número de átomos de carbono. O ponto de fusão também se eleva com o aumento da cadeia, porém não com a regularidade observada para o ponto de ebulição; a variação do ponto de fusão é maior quando se passa de uma substância com número ímpar de carbonos para uma parafina com termo par. Também a densidade cresce com o massa molecular, mantendo-se sempre inferior a um. As parafinas são insolúveis em água, mas dissolvem-se em diversos líquidos orgânicos. CONSTITUCIONAIS ESTEREOISÔMEROS ENANCIÔMEROS ISÔMEROS DIASTEREOISÔMEROS CONFÔRMEROS São compostos diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular. A origem da palavra é grega e é formada por iso (igual) e meros (partes). Os isômeros se dividem em duas classes gerais: nos isômeros constitucionas (ou planares) e nos estereoisômeros (isômeros espaciais). ISÔMEROSISÔMEROS ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS (antigo isômeros estruturais) TAUTOMERIA- formação de enol por transferência de próton. Enol- en + ol Cetona ou aldeído ESTEREOISÔMEROS (ISÔMEROS ESPACIAIS) Apresentam a mesma formula molecular, a mesma sequência de ligação covalente de seus átomos, mas diferem pela orientação espacial de seus átomos, por isto são chamados de estereoisômeros. OS ESTEREOISÔMEROS SÃO DIVIDIDOS EM DUAS CLASSES PRINCIPAIS: (A) ISÔMEROS CONFORMACIONAIS são aqueles que se interconvertem facilmente à temperatura ambiente, por meio de ligações simples. (B) ISÔMEROS CONFIGURACIONAIS são aqueles que se interconvertem somente com muita dificuldade sobre as condições normais. Eles podem ser isolados. obs: A interconversão de isômeros configuracionais geralmente envolve quebra de ligações. Os estereoisômeros também são divididos em: enanciômeros e em diastereoisômeros (os isômeros conformacionais estão incluídos aqui). ISOMERIA CONFORMACIONAL Vimos que a rotação da ligação simples carbono-carbono, em uma molécula de cadeia aberta, como o etano, ocorre livremente mudando constantemente a rotação geométrica dos hidrogênios sobre um carbono com aqueles sobre o outro carbono. Os diferentes isômeros conformacionais têm as mesmas conexões de átomos e não podem, geralmente, ser isolados porque eles se convertem muito rapidamente. REPRESENTAÇÃO DAS MOLÉCULAS TRIDIMENSIONAIS Para uma boa compreensão da estereoisomeria, em certas ocasiões torna se necessário a utilização de modelos moleculares. Entretanto, estes são dispensáveis a partir do momento em que se consegue visualizar as moléculas por meio de modelos (ou notações) em duas dimensões que nos dão uma visão mais “espacial” (tridimensional). A) FÓRMULAS EM PERSPECTIVA. C C H H H H H H Visualização mostrando todas as ligações C-H para frente do plano do papel ligações que entram no plano do papel (para trás do plano) B) PROJEÇÃO EM CAVALETE É usada em livros textos, porém é desaconselhável. Ex.: etano CICLO-ALCANOS FÓRMULA MOLECULAR: CnH2n Possuem hibridização sp3, é reatividade química é igual ao dos alcanos (as vezes são chamados de “alcanos de anéis fechados”). Na natureza os ciclo-alcanos se apresentam majoritariamente como ciclopentanos e, principalmente, como ciclo-hexanos. Os ciclos pequenos (ciclobutano e propano) e os muito grandes são mais raros e difíceis de serem sintetizados em laboratórios. Portanto: Os ciclo com seis e cinco carbonos devem ser mais estáveis, enquanto que os outros devem ser mais instáveis Qual seria a explicação para esta maior estabilidade? CICLO-ALCANOS: PLANARES OU NÃO PLANARES CICLOPROPANO O menor ciclo-alcano é ciclopropano. Este composto é o mais instável de sua classe, pois, como todos os carbonos possuem hibridização sp3, os ângulos entre as ligações C-C deveriam ser 109,50. Em 1885, o químico alemão Adolf von Bayer propôs que a instabilidade deste composto deveria ser devido a uma tensão angular, devido a uma “preferência” pela geometria tetraédrica, com ângulos próximos a 109,50, já que os carbonos destes ciclos possuem hibridização sp3. Os ângulos em um triângulo equilátero são de 600. Portanto, os ângulos de ligação do ciclopropano são comprimidos a partir do ângulo ideal de 109,50 para 600, tendo um desvio de 49,50. O ciclobutano é o segundo cicloalcano mais instável, já que seus ângulos de ligação são comprimidos a partir do ângulo ideal de 109,50 para 900. Obs: Na verdade o ciclobutano não é totalmente planar. Os ângulos de ligação carbono-carbono são de 88. Essa redução do ângulo resulta num aumento da estabilidade do ciclobutano em relação à estrutura plana (neste caso, o ângulo deveria ser de 90), pois permite uma redução na tensão torcional. CICLOBUTANO Bayer previu que: o ciclopentano deveria ser o mais estável, porque os ângulos de suas ligações, de 1080, eram o mais próximo do ângulo ideal tetraédrico 109,50. o cicloexano deveria ser planar e ter angulo de 1200, devendo ser menos estável, e que a medida que o número de lados de um cicloalcano aumentasse, sua estabilidade deveria diminuir. A previsão de Bayer estava errada, pois o cicloexano é o mais estável de todos, pois ele não é planar. E os ângulos de ligação dos anéis maiores não diferem muito dos alcanos. SEGUNDO BAYER: A previsão de Bayer estava errada, pois o cicloexano é o mais estável de todos, pois ele não é planar. E os ângulos de ligação dos anéis maiores não diferem muito dos alcanos.PORTANTO: Em todos cicloalcanos (menos no ciclo-propano que é planar), os átomos se dispõem no espaço, afastando-se da forma plana e adotando conformações diversas, de modo que os ângulos das ligações carbono- carbono se aproximem o máximo possível do tetraédrico (109,47). EM RESUMO, OS CICLOALCANOS ADOTAM SUA CONFORMAÇÃO DE ENERGIA MÍNIMA POR 3 RAZÕES: TENSÃO ANGULAR – tensão provocada pela expansão ou compressão dos ângulos de ligação. TENSÃO DE TORÇÃO – tensão provocada pela interação de ligações sobre átomos vizinhos. Formação eclipsada C 109,47º IMPEDIMENTO ESTÉRICO – tensão provocada pelas interações repulsivas quando átomo se aproxima muito um do outro. H CH3 H H H3C H Conformação Gauche Repulsão dos grupamentos metila PORTANTO: O ciclopentano para satisfazer as três condições que levam a uma energia minima assume a seguinte forma: envelope CICLOEXANO Os cicloexanos substituídos são os cicloalcanos mais comuns em razão de sua larga ocorrência na natureza. Estão presentes em um grande número de compostos como os esteróides, terpenos e numerosos agentes farmacêuticos. colesterol Os dados de combustão (calorias) revelam que o cicloexano é livre de tensão, com nenhuma tensão angular nem tensão de torção. Como pode ser isso se o ideal é ângulo de 109,47 ? A resposta foi sugerida por Ernst Mohr e Hermam Sachse, propondo que a molécula de cicloexano não era plana, mas que possuia uma conformação tridimensional que libera as tensões. Os ângulos C- C- C do cicloexano podem alcançar o valor do tetraedro livre de tensão (109,47) se o anel adota uma conformação do tipo cadeira ou bote. A conformação cadeira é mais estável que o bote devido a um impedimento estérico entre os átomos de hidrogênio. FATORES QUE AFETAM A DISPONIBILIDADE DE FATORES QUE AFETAM A DISPONIBILIDADE DE ELÉTRONS EM LIGAÇÕES E EM ÁTOMOS INDIVIDUAISELÉTRONS EM LIGAÇÕES E EM ÁTOMOS INDIVIDUAIS A- TIPOS DE ESPÉCIES: OS INTERMEDIÁRIOS REACIONAIS Quando uma reação orgânica ocorre algumas ligações covalentes devem quebrar e novas devem ser formadas. Quando as ligações quebram, espécies instáveis com um pequeno tempo de vida são formadas. Homolítica R. (radical livre) R- X R- Heterolítica íons R+ R+- carbocátion R- - carbânion C H H H Cl CH3. CH3+ CH3- CADA ESPÉCIE É INSTÁVEL POR UMA OU AMBAS DAS SEGUINTES RAZÕES: a partícula é carregada a partícula não tem octeto completo (carbocátion e radical) C.1.2- REAÇÃO DE ADIÇÃO Soma de um composto em outro. Pode ser nucleofílica, eletrofílica ou radicalar. Característico de compostos com ligações múltiplas. C H H C H H + Br2 CCl4 C H H C H H BrBr Eteno Bromo 1,2-Dibromoetano C.1.3- REAÇÃO DE ELIMINAÇÃO É o oposto da reação de adição. Método de preparo de substâncias com de dupla ou tripla ligação. C H H C H H BrH KOH C H C H HH HBr+ A molécula sofre uma reorganização de seus átomos. H3C C CH3 CH3 C H CH2 H+ C H3C H3C C CH3 CH3 C.1.4- REAÇÃO DE ISOMERIZAÇÃO OU REARRANJO C.1.4- REAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO CnH2n+2 3n + 12 O2 nCO2+ + (n + 1)H2O + Energia (55 kJ por grama de hidrocarboneto) Radicais Ocorrem em moléculas apolares ou com baixa diferença de eletronegatividade; São eletronicamente neutros; Muito reativos; As reações radicalares não são muito comuns quando comparado a reações polares. Reação em Cadeia 1. Iniciação da Cadeia (radicais são criados) Cl2 2 Cl calor ou luz 2. Propagação da Cadeia (radical geral radical) CH4 + Cl CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl 3. Finalização da Cadeia Possíveis etapas de finalização CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3CH3 Cl2Cl + Cl Formação de halometanos -CLORAÇÃO DO METANO CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl (+ CH2Cl2, CHCl3 e CCl4)
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