Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
QUÍMICA ORGÂNICA I Prof. Dr. Leandro Ferreira Pedrosa UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE Departamento de Química – Volta Redonda 1 Reações Radicalares Bruice, P.Y. - Química Orgânica, 4ª ed., Vol. 1. Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2006. BIBLIOGRAFIA McMurry, J. - Química Orgânica, 7ª ed., Vol. 1 Editora Thomson Pioneira, São Paulo, 2011; Solomons, T. W. G. e Fryhle, C. B. - Química Orgânica, 10ª ed., Vol. 1. Editora Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 2012; Carey, F. A. - Química Orgânica, 7ª ed., Vol. 1 Editora Bookman, Porto Alegre, 2011. 2 Química Orgânica: a Química dos Compostos de Carbono 3 A VIDA E A QUÍMICA DOS COMPOSTOS DE CARBONO 4 • Nos seres vivos: Aminoácidos levógiros (L); Açúcares dextrógiros (D) Não existe uma resposta definitiva para essa questão. • Duas categorias diferentes de substâncias químicas: Os compostos “orgânicos”, provenientes dos seres vivos Os compostos “inorgânicos”, provenientes dos minerais. • Químicos podiam transformar um composto orgânico em outro, mas acreditava-se que não seria possível preparar um composto orgânico a partir de materiais exclusivamente inorgânicos. Química Orgânica: a Química dos Compostos de Carbono 5 • Wöhler (1828) obteve uréia, composto orgânico, por aquecimento de uma solução aquosa de cianato de amônio, um composto reconhecidamente inorgânico. Química Orgânica: a Química dos Compostos de Carbono 6 • A maioria esmagadora de compostos presentes nos seres vivos contêm o elemento carbono. • Os químicos preferiram manter a divisão, definindo agora a “química orgânica” como a química dos compostos de carbono. 7 Enzima HMG-CoA redutase, catalisa um passo crucial na síntese do colesterol. • Considerar uma divisão muito assimétrica: de um lado, os compostos de carbono, e de outro lado os compostos de todos os outros elementos. • A assimetria se desfaz quando verificamos que existe um número muito maior de compostos que contêm carbono. • É capaz de formar uma imensa diversidade de compostos, do simples metano, com um átomo de carbono, para o DNA que pode conter mais de 100 milhões de carbonos. 8 • Isto se deve a propriedades que somente o carbono apresenta: Seus átomos podem ligar-se uns aos outros formando cadeias de comprimento aparentemente ilimitado; As cadeias podem ramificar-se e formar ciclos em números e tamanhos variados; Podem conter outros elementos inseridos entre carbonos; O carbono é tetravalente, mesmo usando duas ou três valências para ligar-se a outros carbonos, ainda sobram valências em vários átomos de carbono para formar ligações com outros elementos. 9 • A divisão entre química orgânica e química inorgânica são divisões artificiais e arbitrárias. • Alguns compostos de carbono (como CO, CO2, ácido carbônico, carbonatos e bicarbonatos metálicos, cianetos, cianatos, etc.) são geralmente considerados como compostos inorgânicos. • Essas pequenas exceções são irrelevantes e existem por razões históricas, práticas, etc. 10 • Outros elementos comumente encontrados em compostos orgânicos e as cores tipicamente usadas para representá- los. 11 Química Orgânica - Uma Aprendizagem Baseada em Solução de Problemas Capítulo 1 Representação de estruturas em bastão Versão: Prof. Leandro Ferreira Pedrosa Universidade Federal Fluminense Química Orgânica I 2018 12 • As moléculas podem ser representadas de muitas maneiras. Por exemplo, a seguir estão três maneiras diferentes de representar a mesma molécula: Química Orgânica Representação de estruturas em bastão 13 • A última estrutura (estrutura em bastão) é a mais rápida de representar, a mais rápida de ler e a melhor maneira de comunicar. • As representações de estrutura em bastão mostram o esqueleto de carbono juntamente com quaisquer grupos funcionais que estão ligados, como –OH ou –Br. • As linhas são traçadas em formato de zigue-zague, no qual cada vértice ou ponto final representa um átomo de carbono. • Por exemplo, o composto visto a seguir possui sete átomos de carbono: Como ler representações de estrutura em bastão 14 • Um erro comum é esquecer que as extremidades das linhas também representam átomos de carbono. • Por exemplo, a molécula vista a seguir possui seis átomos de carbono: Como ler representações de estrutura em bastão 15 • As ligações duplas são representadas com duas linhas e as ligações triplas são representadas com três linhas: • Ao representar ligações triplas, tenha certeza de representá-las em uma linha reta em vez de zigue-zague, porque as ligações triplas são lineares. Como ler representações de estrutura em bastão 16 • Os dois átomos de carbono da ligação tripla e os dois carbonos ligados a eles são representados em linha reta. Todas as outras ligações são representadas em zigue- zague: EXERCÍCIO 1.1: Conte o número de átomos de carbono em cada uma das representações vistas a seguir: Como ler representações de estrutura em bastão 17 Como ler representações de estrutura em bastão 18 PROBLEMAS: Conte o número de átomos de carbono em cada uma das representações vistas a seguir. Como ler representações de estrutura em bastão 19 • A maioria dos átomos de hidrogênio não são mostrados e, então, as estruturas em bastão podem ser traçadas muito rapidamente. • Os átomos de hidrogênio ligados a átomos diferentes do carbono (como nitrogênio ou oxigênio) têm que ser representados: Como ler representações de estrutura em bastão 20 • Supõe-se que há mais duas ligações com os átomos de hidrogênio (dando um total de quatro ligações). • Porém, átomos de hidrogênio ligados ao carbono não são representados. A regra para determinar o número de átomos de hidrogênio que estão ligados a cada átomo de carbono é: átomos de carbono neutros têm um total de quatro ligações. Como ler representações de estrutura em bastão 21 EXERCÍCIO 1.12: A molécula vista a seguir tem nove átomos de carbono. Conte o número de átomos de hidrogênio ligados a cada um dos átomos de carbono. Como ler representações de estrutura em bastão 22 PROBLEMAS: Para cada uma das moléculas vistas a seguir, conte o número de átomos de hidrogênio ligados a cada um dos átomos de carbono. Como ler representações de estrutura em bastão 23 • Economizamos tempo não representando cada C e H. • Maior facilidade no entendimento das reações. • Nesta reação estamos convertendo uma ligação dupla em uma ligação simples pela adição de dois átomos de hidrogênio à ligação dupla. Como representar estruturas em bastão 24 Algumas sugestões podem ser úteis antes de resolver alguns problemas: 1. Não se esqueça que átomos de carbono em uma cadeia reta são representados em zigue-zague: 2. Quando representar ligações duplas, tente desenhar as outras ligações o mais distante possível da ligação dupla: Como representar estruturas em bastão 25 3. Quando desenhar zigue-zagues, não importa em que direção está desenhando: PROBLEMAS: Para cada estrutura vista a seguir, faça a respectiva representação de estrutura em bastão no boxe ao lado. Como representar estruturas em bastão 26 Erros que devem ser evitados 27 1. Nunca represente um átomo de carbono com mais de quatro ligações. Osátomos de carbono só têm quatro orbitais; assim, os átomos de carbono podem formar apenas quatro ligações 2. Ou mostra todos os H e todos os C ou faz uma representação de estrutura em bastão. Você não pode desenhar os C sem também desenhar os H. Erros que devem ser evitados 28 3. Quando desenhar cada um dos átomos de carbono em zigue-zague, tente desenhar todas as ligações o mais distante possível uma da outra. Identificação de cargas formais 29 • Cargas formais são cargas (positivas ou negativas) que devemos frequentemente incluir nas representações. • Se não indicar onde uma carga formal deveria ser colocada, então, sua representação estará incompleta e errada. • Uma carga formal é uma carga associada a um átomo que não apresenta o número esperado de elétrons de valência. • Ao calcular a carga formal em um átomo, é necessário inicialmente saber o número de elétrons de valência que o átomo deveria ter. • Em seguida, precisamos saber quantos elétrons o átomo realmente tem na representação. Identificação de cargas formais 30 • Considere o átomo de carbono central no composto visto a seguir: • Cada ligação representa dois elétrons sendo compartilhados entre dois átomos. Comece separando cada ligação, colocando um elétron neste átomo central e um elétron no outro átomo. • Conte o número de elétrons que envolvem o átomo de carbono central. Há quatro elétrons. Este é o número de elétrons que o átomo realmente tem. Como estes números são iguais, o átomo de carbono não tem carga formal. Identificação de cargas formais 31 • Em certos casos, haverá uma diferença entre o número de elétrons que o átomo deveria ter e o número de elétrons que o átomo realmente tem. Nestes casos, haverá uma carga formal • Considere o átomo de oxigênio na estrutura vista a seguir: • Determine o número de elétrons de valência que o oxigênio deveria ter (seis elétrons de valência). • Quantos elétrons de valência ele realmente tem? Redesenhamos a estrutura separando a ligação C—O Identificação de cargas formais 32 • Além do elétron do oxigênio vindo da ligação C—O, o oxigênio também tem três pares isolados. • Os pares isolados são representados como dois pontos em um átomo, e o oxigênio anterior tem três desses pares isolados. • Verificamos que o átomo de oxigênio na realidade tem sete elétrons, ou seja, um elétron a mais do que ele deveria ter. Portanto, ele terá uma carga negativa. Identificação de cargas formais 33 • EXERCÍCIO 1.33: Considere o átomo de nitrogênio na estrutura a seguir e determine se ele tem uma carga formal: Resposta: O nitrogênio está na Coluna 5A da tabela periódica, então, deveria ter cinco elétrons. Agora contamos quantos elétrons ele realmente tem. Ele só tem quatro elétrons. Então, ele tem um elétron a menos do que deveria ter. Portanto, este átomo de nitrogênio tem uma carga positiva. Identificação de cargas formais 34 • PROBLEMAS: Para cada uma das estruturas vistas a seguir determine se o átomo de oxigênio ou de nitrogênio tem carga formal. Se houver carga formal, indique-a. Identificação de cargas formais 35 • O carbono sempre tem quatro ligações. Isto nos permite ignorar os átomos de hidrogênio ao representar estruturas em bastão. • Todas essas considerações dizem respeito a átomos de carbono sem cargas formais. • Se o carbono possui carga formal, então não podemos simplesmente supor que o carbono forme quatro ligações. • Na verdade, ele forma apenas três. • Consideremos, em primeiro lugar, o C+ e, então, passamos para o C–. Identificação de cargas formais 36 • Se o carbono tem uma carga formal positiva, então ele tem apenas três elétrons. • Como ele só tem três elétrons, ele pode formar apenas três ligações. • Então, um carbono com uma carga formal positiva terá apenas três ligações e você deve ter isto em mente ao contar os átomos de hidrogênio. Identificação de cargas formais 37 • O que acontece quando temos um átomo de carbono com carga formal negativa? A razão para ele ter uma carga formal negativa se deve ao fato de ele ter um elétron a mais do que deveria ter. Portanto, ele tem cinco elétrons. Dois deles formam um par isolado e os outros três elétrons são utilizados para formar ligações. Identificação de cargas formais 38 • O par isolado aparece porque não podemos utilizar cada um dos cinco elétrons para formar uma ligação. O carbono nunca pode formar cinco ligações. Por que não? Os elétrons existem em regiões do espaço chamadas de orbitais. Estes orbitais podem ou se superpor a orbitais de outros átomos formando ligações ou podem conter dois elétrons (o que é chamado de par isolado). O carbono possui apenas quatro orbitais, então, não há como ele formar cinco ligações — ele não tem cinco orbitais para serem usados na formação dessas ligações. Determinação dos pares isolados que não são representados 39 • Considere o caso a seguir, com o átomo de nitrogênio mostrado: • Se os pares isolados estivessem representados, então, poderíamos descobrir a carga (dois pares isolados significariam uma carga negativa e um par isolado significaria uma carga positiva). • De maneira similar, se a carga formal estivesse indicada, poderíamos descobrir quantos são os pares isolados. Determinação dos pares isolados que não são representados 40 • As representações devem incluir pares isolados ou cargas formais. • A convenção é sempre mostrar cargas formais e omitir os pares isolados. • O átomo de oxigênio tem uma ligação, o que significa que ele está utilizando um dos sete elétrons para formar uma ligação. Os outros seis devem estar em pares isolados. Como cada par isolado tem dois elétrons, isto deve significar que há três pares isolados: Determinação dos pares isolados que não são representados 41 1. Conte o número de elétrons que o átomo deveria ter segundo a tabela periódica. 2. Leve em consideração a carga formal. Uma carga negativa significa um elétron a mais, e uma carga positiva significa um elétron a menos. 3. Agora você sabe o número de elétrons que o átomo realmente tem. Use este número para descobrir quantos são os pares isolados. Determinação dos pares isolados que não são representados 42 • Quando o oxigênio não tem carga formal, ele terá duas ligações e dois pares isolados: Determinação dos pares isolados que não são representados 43 • Se o oxigênio tem uma carga formal negativa, então deve ter uma ligação e três pares isolados. • Se oxigênio tem uma carga positiva, então ele deve ter três ligações e um par isolado. Determinação dos pares isolados que não são representados 44 PROBLEMAS: Para cada uma das estruturas vistas a seguir, represente todos os pares isolados. Tente reconhecer quantos pares isolados existem sem ter de contar. Determinação dos pares isolados que não são representados 45 • Quando o nitrogênio não tem carga formal, terá três ligações e um par isolado. Determinação dos pares isolados que não são representados 46 • Se o nitrogênio tem uma carga positiva, então ele deve ter quatro ligações e nenhum par isolado. • Se o nitrogênio tem uma carga formal negativa, então ele deve ter duas ligações e dois pares isolados. Determinação dos paresisolados que não são representados 47 PROBLEMAS: Para cada uma das estruturas vistas a seguir, represente todos os pares isolados. Tente reconhecer quantos pares isolados existem sem ter de contar. PROBLEMAS ADICIONAIS: Para cada uma das estruturas vistas a seguir, represente todos os pares isolados. Determinação dos pares isolados que não são representados 48 FIM
Compartilhar