RESUMO DE QUIMICA ORGANICA

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ESTUDO DOS ALCANOS E CICLOALCANOS
Introdução
Prezados colegas, o conteúdo deste pequeno Manual ou brochura foi extraído de brochuras disponibilizadas pelo docente da cadeira de Química orgânica I, o Mestre: Tibúrcio da Gracinda Chembeze. O conteúdo desta brochura sobre alcanos e cicloalcanos não está completo, é apenas um resumo daquilo que se foi estudado durante as primeiras aulas do tema dos alcanos e cicloalcanos. A bibliografia patente na presente brochura foi extraída do primeiro Slide da matéria sobre alcanos e outros slides. Os conteúdos não estão sequenciados logicamente, mas cabe aos prezado colegas selecionarem de forma lógica possível a uma boa percepção e assimilação dos conteúdos patentes. Sugestão esta bem vinda, para o melhoramento das próximas vezes Sem mais assuntos desejo aos prezados colegas uma boa leitura da brochura e Bons estudos.
Índice 
Introdução	2
ALCANOS	3
Estrutura	5
Regras de Nomenclatura	6
Conformação X tipo de actividade biológica	16
Mecanismo	17
Reações radicalares e camada de Ozono	19
Isomeria E-Z	26
Efeitos Eletrônicos	28
Isomeria	30
ALCANOS
Os alcanos são hidrocarbonetos acíclicos e saturados, ou seja, são compostos formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio, de cadeia aberta e com somente ligações simples entre seus carbonos. Sua fórmula é: CnH2n+2
Principais características
· Compostos orgânicos constituídos apenas por átomos	de
carbono e hidrogênio, desprovidos de insaturação. Ex: CH4 (Metano), CH3––CH3 (Etano),
· Alcanos de 1 a 4 carbonos apresentam-se no estado gasoso. 
· Alcanos de 5 a 17 carbonos apresentam-se no estado líquido e 
· Alcanos de 18 carbonos para adiante apresentam-se no estado sólido. 
· 4C - 3C - 2C - 1C 
Frações constituintes do petróleo 
	Fração
	T.E. (oC)
	No de átomos C
	Gás
	<20
	C1-C4
	Éter de petróleo
	20-100
	C5-C7
	Gasolina natural
	40-205
	C5-C10 e cicloalcanos
	Querosene
	175-325
	C12-C18 e aromáticos
	Óleo combustível
	275-400
	C12-C25
	Óleo lubrificante
	400-500
	C25-C35
	Asfalto
	Sólidos
	Compostos Policíclicos
· O	nome	dos	alcanos	 varia	de	acordo	com	o	número	de
átomos de C presentes na cadeia.
· Na tabela apresentada, cada membro difere do próximo membro por um grupo CH2 (uma unidade constante). Isso é chamado de série homóloga.
· Os membros de uma série homóloga são chamados de homólogos.
 Estrutura
· Cada átomo de	carbono	em	um	alcano	e	em	um cicloalcano faz 4 ligações covalente simples.
· Cada átomo de C tem orbitais hibridizados sp3.
· A teoria de	RPENV	prevê	que	cada	átomo	de	C	é tetraédrico.
· É fácil girar em torno da ligação C-C nos alcanos.
Nomenclatura dos alcanos
Nomes de alguns grupos alquila
Regras de Nomenclatura
1 - Determine a cadeia principal de carbonos. O nome deriva do número de carbonos.
2 – Numere os substituintes, de modo que recebam o menor número possível.
5-Etil-3-metiloctano e não 4-Etil-6-metiloctano
3 – Liste os substituintes em ordem alfabética.
4– Separe os numerous e as palavras usando hífen; os numerous de números usando vírgula.
5 – Os prefixos di-, tri-, tetra, sec e terc são ignorados na ordem alfabética. Mas os prefixos iso, neo e ciclo não são ignorados na ordem alfabética.
 5-isopropil-2-metiloctano
6- Quando os substituintes receberem o mesmo número, a Escolha é para o menor número par ao máximo de substituintes.
	
8 - Se o comprimento da cadeia é o mesmo em duas possibilidades, será escolhida aquela que resulta em maior número de substituintes.
3-etil-2-meti-lhexano (dois substituintes) Não 3-isopropil-hexano (um 
 substituinte)
Os cicloalcanos ou ciclanos são hidrocarbonetos (formados somente por átomos de carbono e hidrogénio) de cadeia fechada que apresentam somente ligações simples entre os carbonos.A fórmula geral dos cicloalcanos é dada por CnH2n. em que “n” é um número inteiro igual ou maior que 3. Por exemplo, se n é igual 3, a fórmula molecular é C3H6 e sua fórmula estrutural é dicíclica. 
3- NOMENCLATURA DE CICLOALCANOS
Ciclopropano Ciclobutano Ciclopenatno Ciclohexano
2 – Cicloalcano com um substituinte alquila:
· Se houver apenas ums ubstituinte no anel, não se deve numerá-lo.
· O grupo alquila éconsiderad osubstituinte se tiver menor número de carbonos que o anel.
Metilciclopentano Etilcicloexano 1-ciclobutilpentano
3 – Cicloalcano com dois substituintes alquila
· Menor numeração possível;
· Ordem alfabética.
1-metil-2-propilciclopentano 1-etil-3-metilciclopentano 1,3-dimetilcicloexano
	
5 – Análise Conformacional de alcanos
· Ligações Sigma e Rotação de Ligação:
i) Grupos ligados por apenas uma ligação sigma podem sofrer rotações em torno daquela ligação.
ii) Qualquer arranjo tridimensional de átomos que resulta da rotação em torno de uma ligação simples é chamado de conformação.
iii) Cada estrutura possível é chamada de confôrmero.
iv) Uma análise da variação de energia que a molécula sofre com grupos girando em torno de uma ligação simples é chamada de análise conformacional.
Objectivo Principal: Enteneder como as forças intramoleculares tornam alguns arranjos espaciais mais favoráveis energeticamente do que outros.
Modos de Representar Molcéulas Orgânicas 
De acordo com o ângulo diedro, os grupos podem ser classificados como:
Análise Conformacional do Etano
i) Conformação mais estável é a conformação alternada. Ocorre a máxima separação possível dos pares de elétrons das seis ligações C-H.
ii) 	Conformação menos estável é a conformação eclipsada. Requer a interação repulsiva máxima entre os elétrons das seis ligações C-H. Tensão de torção.
Diferença de energia entre as duas conformçoes do etano: 3 Kcal/mol (12 KJ/mol). Energia torsional
 Graus de rotação
· Tensão estérica: repulsão entre as nuvens eletrónicas de átomos ou grupos de átomos.
Conformação X tipo de actividade biológica
· A temperatura ambiente,	os	alcanos	não	reagem	com ácidos, bases ou agentes oxidantes fortes.
· As ligações C-C e C-H são muito fortes. Conseqüentemente, os alcanos são muito pouco reativos.
REAÇÕES VIA RADICAIS
Clivagem homolítica da ligação covalente – Homólise
· Os radicais são muito reativos e, em geral, não são isolados. Eles ocorrem, entretanto, em baixa concentração como intermediários não observados em muitas reações.
· As quebras homolíticas podem ser observadas em solventes apolares ou em fase aquosa.
Estabilidade relativa dos radicais alquila
Terciário > Secundário > Primário > Metílico
Combustão
Halogenação
– Converte Alcanos e cicloalcanos em haloalcanos (composto mais reativo).
Mecanismo
O mecanismo envolve 3 etapas.
Iniciação: ocorre a quebra homolítica da ligação X-X, sendo formado o radical.
Propagação: um radical gera outro radical
Finalização: dois radicais se ligam.
Reações radicalares e camada de Ozono
Métodos de Obtenção dos Alcanos 
Hidrogenação de Alcenos e Alcinos
Bibliografia
SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. Química Orgânica, vol. 1, 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.
BRUICE, P. Química Orgânica, vol.1, 4 ed. São Paulo, Pearson, 2006.
Reactividade dos Alcanos
Uma reação de substituição em alcanos é aquela em que pelo menos um átomo ou um grupo de átomos de hidrogênio ligados ao carbono é substituído por um átomo ou grupo de átomos.
Genericamente, a reação é representada da seguinte maneira:
Onde R-H representa um alcano.
As principais reações de substituição são: halogenação, nitração e sulfonação. Vejamos cada uma delas:
*Halogenação: Ocorre quando uma ou mais moléculas de halogênios reage com o alcano, conforme mostrado abaixo na reação de obtenção do cloreto de metila, ou clorometano:
Estareação pode continuar substituindo os outros hidrogênios do metano pelo elemento cloro, se introduzirmos calor e luz ultravioleta. Agora, se a molécula do alcano for mais complexa e houver diferentes carbonos, a substituição mais fácil seguirá a seguinte ordem de classificação dos carbonos ligados ao hidrogênio que será substituído:
A substituição em moléculas complexas de alcanos é mais fácil em hidrogênios de carbonos terciários, seguidos dos secundários e, por último, os primários
 
Embora os halogênios sejam o flúor, cloro, bromo e o iodo, normalmente essas reações se restringem apenas ao Cl2 (cloração) e ao Br2 (bromação). Isso ocorre porque o flúor (F2) é muito reativo, assim, ele reage tão violentamente que acaba destruindo a substância orgânica. Veja a seguir:
CH4 + F2 → C + 4HF
Já o iodo é pouquíssimo reativo; na realidade, ele nem chega a reagir.
Além disso, em razão de os alcanos, assim como os demais hidrocarbonetos, serem pouco reativos, estas reações normalmente são difíceis e lentas, só ocorrendo com o auxílio da introdução de luz ou calor.
Nitração: É a substituição de um ou mais átomos de hidrogênio de um alcano por um ou mais grupos nitro – NO2, em presença de ácido nítrico, concentrado e a quente.
Na reação acima foi formado o nitrometano, que é usado para combustível de automóveis ou de aeromodelos e automodelos. Em toda reação de nitração são formados nitroalcanos e água.
Sulfonação: Corresponde à substituição de um ou mais átomos de hidrogénio de um alcano por um ou mais grupos sulfônicos (-SO3H). Neste caso, só é possível que o alcano reaja como ácido sulfúrico se ele tiver mais de 6 carbonos:
Regra de Markovnikov - Alcenos
A regra de Markovnikov diz que, em reacções de hidro-halogenação e de hidratação, o hidrogênio liga-se ao carbono mais hidrogenado da dupla ligação.
Reactividade dos Alcenos
Uma das reações orgânicas de grande aplicação é a reação de adição de haletos de hidrogênio a alcenos, alcinos e alcadienos. Essas reações são importantes principalmente porque originam compostos que são usados na produção de muitos polímeros sintéticos importantes, como o PVC (policloreto de vinila).
Nessas reações, a ligação pi da molécula orgânica é rompida e os átomos do haleto de hidrogênio, que pode ser o cloreto de hidrogênio (HCl), o brometo de hidrogênio (Hbr) ou o iodeto de hidrogênio (HI), ligam-se aos carbonos que antes realizavam a ligação dupla.
Veja um exemplo de como isso ocorre no caso da hidro-halogenação do eteno:
H2C ═ CH2 + H ─ Cl → H2C ─ CH2
│	│
H Cl
Outro tipo de reação de adição importante é a reação de hidratação, em que uma molécula de água se adiciona ao hidrocarboneto em meio ácido, produzindo álcoois. Veja a formação do etanol por meio da hidratação do eteno:
H2C ═ CH2 + H2O → H2C ─ CH2
│ │
H OH
O eteno é uma molécula simétrica, então, não faz diferença em qual carbono da dupla o hidrogênio, o halogênio (Cl, Br ou I) e a hidroxila (OH) ligam-se. Mas e se essas reações ocorressem com moléculas assimétricas, como o propeno?
Observe a seguir que se formariam moléculas diferentes, dependendo do carbono em que os átomos estivessem ligados:
H2C ═ CH ─ CH3 + H ─ Cl → H2C ─ CH ─ CH3 ou H2C ─ CH ─ CH3
│ │ │ │
H Cl Cl H
E agora? Qual das duas moléculas se forma em maior quantidade?
O químico russo Vladimir Vasilyevich Markovnikov (1838-1904) passou a estudar algumas reações de adição de haletos de hidrogênio a alcenos e alcinos em 1869. Ele chegou à regra que leva o seu nome e que nos ajuda a determinar qual produto será formado em maior quantidade na prática. A regra de Markovnikov pode ser enunciada assim:
“Na adição de um haleto de hidrogênio a um alceno, o hidrogênio do haleto liga-se ao átomo de carbono mais hidrogenado da dupla, ou seja, ao átomo que possui mais ligações com o hidrogênio.”
Isso significa que no exemplo acima o produto principal será:
H2C ═ CH ─ CH3 + H ─ Cl → H2C ─ CH ─ CH3
│	│
H Cl
Observe que o hidrogênio do HCl liga-se ao carbono 1 (que é o da extremidade) porque ele é o carbono mais hidrogenado. Ele está ligado a dois hidrogênios, enquanto o outro carbono da dupla está ligado somente a um hidrogênio. Por isso, o cloro liga-se a ele.
Essa regra também se aplica no caso da adição da água. Veja:
H2C ═ CH ─ CH3 + H2O → H2C ─ CH ─ CH3
│	│
H	OH
Os outros produtos também se formam, mas em uma quantidade inferior, por isso são produtos secundários.
Mas por que isso acontece?
Bem, tanto a molécula de água quanto as moléculas dos haletos de hidrogênio são polares. O hidrogênio fica com uma carga parcial positiva:
Hδ+ ─ Cl δ- e Hδ+ ─ OH δ-
Assim, esse hidrogênio terá a tendência de ligar-se ao carbono da dupla que estiver com o caráter negativo maior. Visto que o carbono é mais eletronegativo que o hidrogênio, quanto mais átomos de hidrogênio estiverem ligados ao carbono da dupla, mais negativo ele ficará. Por outro lado, se ele estiver ligado a outro carbono, eles possuirão a mesma eletronegatividade e o resultado será uma carga nula.
O carbono mais hidrogenado possui maior caráter negativo e, por isso, o hidrogênio liga-se a ele
Se formos mais à fundo na regioquímica dessa reacção, veremos que ela passa, na verdade, por duas etapas, uma lenta e uma rápida. A etapa determinante da reação é a etapa lenta, em que o alceno doa um par de elétrons que estava sendo compartilhado na ligação pi para o próton (H+) do haleto, formando um
Carbocatião, que é uma molécula eletropositiva, e também um ânion do halogénio:
Formação do Carbocatião na etapa lenta da reacção Por ter uma energia de ativação muito alta, essa etapa é lenta e é considerada determinante para a reacção.
No caso do propeno, dois carbocatiões poderiam ser formados, que seria um primário e um secundário: 
Etapa lenta da reação de hidro-halogenação do propeno O carbocatião secundário, em que a valência livre fica no carbono secundário ou no menos hidrogenado, é o mais estável, além de ser formado mais rapidamente. Isso ocorre porque a energia livre de ativação desse intermediário da reacção é mais baixa, por isso, ele é formado preferencialmente.
Assim, na etapa rápida, o anião haleto, que no exemplo acima é o Br-, liga-se ao carbono secundário, formando nosso produto majoritário:
Etapa rápida da reação de hidro-halogenação do propeno Assim, o carbocatião mais estável fornece o produto mais estável, que será o produto principal da reação. Vendo por esse ângulo dos mecanismos das reações, a regra de Markovnikov pode ser enunciada mais corretamente da seguinte forma:
“A parte positiva do reagente liga-se por si só a um átomo de carbono da ligação dupla de tal forma que produza o carbocátião mais estável como um intermediário”.
Isomeria E-Z
O sistema de isomeria E-Z é usado no lugar da nomenclatura cis-trans em alcenos cujos átomos de carbono da dupla possuem em conjunto mais que dois ligantes diferentes.
A isomeria geométrica cis-trans é um tipo de isomeria espacial ou estereoisomeria que ocorre em compostos de cadeia aberta que possuem uma dupla ligação entre carbonos e ligantes de átomos de carbono da dupla diferentes entre si, mas semelhantes aos do outro carbono. Se os isômeros estiverem do mesmo lado do plano, teremos o isômero cis, mas se eles estiverem em lado oposto do plano, então, teremos o isômero trans. Exemplo:
No entanto, imagine que tenhamos um alceno que apresente os ligantes dos carbonos da dupla todos diferentes entre si, como o caso apresentado logo a seguir do 1-cloro-2-flúor-1-iodoeteno:
Fórmulas do 1-cloro-2-flúor-1-iodoeteno
Observe que, nesse caso, o sistema de nomenclatura cis-trans para indicar o tipo de isomeria geométrica que ocorre poderia causar certa ambiguidade e dúvidas, pois não teríamos grupos de ligantes iguais para determinar se eles estão do mesmo lado do plano ou se estão em lados opostos.
Assim, em casos como esse ou quando temospelo menos dois ligantes em conjunto, incluindo os dois carbonos da dupla, diferentes, aplicamos outro tipo de nomenclatura no lugar da cis-trans: o sistema E-Z.
O sistema de isomeria E-Z foi desenvolvido pelos químicos Chistopher Kelk Ingold (1893-1970), Vladimir Prelog (1906-1998) e colaboradores Nessa nomenclatura, consideramos como átomos ou grupos de átomos ligantes “iguais” os que apresentam maior numero atômico A letra E vem da palavra alemã entgegen, que significa “opostos”, e Z vem da palavra alemã zusammen, que quer dizer “juntos”. Desse modo, vamos observar novamente as moléculas do 1-cloro-2- flúor-1-iodoeteno e determinar qual é o ligante de cada carbono da dupla que possui maior número atômico:
Análise dos ligantes do 1-cloro-2-flúor-1-iodoeteno
Consultando uma tabela periódica, conseguimos determinar que, entre os ligantes do carbono x, o de maior número atômico é o F (Z = 9), enquanto entre os ligantes do carbono y, o de maior número atômico é o I (Z = 53). Assim, na molécula à esquerda, os ligantes considerados de prioridade estão do mesmo lado do plano, sendo esse o isômero “Z”; mas na estrutura à direita, os ligantes de maior número atômico estão em lados opostos do plano, constituindo o isômero “E”.
Isômeros E-Z do 1-cloro-2-flúor-1-iodoeteno
 O isômero (Z)-9-tricoseno é a feromona da mosca doméstica que atrai os machos. Já o isômero (E)-9- tricoseno não possui nenhum efeito.
Efeitos Eletrônicos
Os efeitos eletrónicos provocam deslocamento, ou uma distribuição desigual, de electrões no interior da molécula, gerando regiões de maiores e menores densidades eletrônicas (δ).
Isso pode facilitar ou dificultar a quebra (ou ruptura) de ligações químicas, provocando um aumento ou diminuição a velocidade de determinada reação química.
· Maior densidade eletrônica (δ–).
I. Efeito Indutivo (𝐈𝐈𝐒𝐒)
É a atração ou repulsão de pares de electrões sigma (ligação simples). Está relacionado à diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos na ligação simples.
A) Efeito indutivo po𝐒𝐒 sitivo (𝐈𝐈+): 
· Provocado por espécies electrões-repelentes;
· Repelem ou afastam o par de e– sigma em direção oposta a eles.
B) Efeito indutivo ne𝐒𝐒gativo (𝐈𝐈–):
-Provocado por espécies electrões-atraentes;
-Atraem ou aproximam o par de e– sigma em sua direção.
 
Nos compostos orgânicos, a intensidade dos efeitos indutivos diminui ao longo da cadeia, à medida que aumenta a distância do átomo ou grupo que o provoca.
 
II. Efeito Mesomérico (M)
É a atração ou repulsão de pares de electrões pi, portanto, está relacionado, em geral, a compostos insaturados que apresentam ligações pi conjugadas ou alternadas. Efeito diretamente relacionado à ressonância.
Efeito mesomérico positivo (M+) :
· Provocado por espécies elétron-repelentes;
· Repelem ou afastam o par de e– pi em direção oposta a eles.
Efeito mesomérico negativo (M–) :
· Provocado por espécies elétron-atraentes;
· Atraem ou aproximam o par de e– pi sua direção.
 
III. Caráter ácido
Segundo a teoria de Arrhenius, os ácidos carboxílicos se ionizam originando ioes H+ ou H3O+.
Todos os ácidos carboxílicos sofrem ionização, mas, não com a mesma intensidade, dependendo da estrutura do mesmo. Quanto maior o grau de ionização, ou seja, sua facilidade em liberar H+ ou H3O+, maior será a sua constante de ionização (Ka ou Ki) e, portanto, maior sua força.
EX:1 EX:2 
Exemplo 1: ácido cloroacético Exemplo 2: ácido acético
Isomeria
Visto que existem milhares de compostos orgânicos, o fenômeno da isomeria pode se dar de diversas formas. Por isso, a isomeria pode ser classificada basicamente em dois tipos: isomeria plana ou constitucional e isomeria espacial ou esteroisomeria. Cada tipo citado pode ser subdividido, como mostra o esquema a seguir:
Isomeria plana ou constitucional: Os isômeros desse tipo possuem a mesma fórmula molecular e se diferenciam pelas fórmulas estruturais planas. Existem cinco casos de isomeria plana: função, cadeia, posição, metameria e tautomeria.
Isomeria de função ou funcional: A diferença entre os isômeros está no grupo funcional.
Exemplo: Fórmula molecular C3H6O
Nota-se que a propanona é do grupo das cetonas e o propanal é do grupo dos aldeídos.
Isomeria de cadeia ou esqueletal: A diferença entre os isômeros está no tipo de cadeia. Por exemplo, um isômero é de cadeia aberta e o outro de cadeia fechada, ou um é de cadeia
normal e o outro de cadeia ramificada, ou então, um tem cadeia homogênea e o outro possui cadeia heterogênea.
Exemplo: Fórmula molecular C4H10
 
Isomeria de posição ou posicional: A diferença está na posição de uma insaturação, de um grupo funcional, de um heteroátomo ou de um substituinte.
Exemplo: Fórmula molecular C4H6
1.4.Isomeria de Compensação ou Metameria: É um tipo especial de isomeria de posição, em que a diferença consiste na posição do heteroátomo.
Exemplo:Fórmula molecular C4H10O
Isomeria Dinâmica ou Tautomeria: É um tipo especial de isomeria de função, em que os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em solução. Os dois principais tipos de tautomeria são entre uma cetona e um enol (equilíbrio cetoenólico) e entre um aldeído e um enol (E equilíbrio aldoenólico).
Exemplo: Fórmula molecular C3H6O
Isomeria Espacial ou Esteroisomeria: Nesse caso, a diferença entre os isômeros só pode ser visualizada por meio da orientação de seus átomos no espaço. Existem dois tipos de esteroisomeria: isomeria geométrica e isomeria óptica.
Isomeria geométrica ou cis-trans: A diferença é que o isômero denominado como cis possui os ligantes iguais do carbono de uma dupla ligação ou em compostos cíclicos, no mesmo lado do plano. Já os ligantes do isômero trans estão em lados opostos.
Exemplo: Fórmula molecular C2H2Cl2
Esses compostos são chamados de estereoisómeros.
2.2.Isomeria óptica: Ocorre quando os isômeros conseguem desviar um feixe de luz polarizada. Se desviar o feixe de luz polarizada para a esquerda, é um isômero levogiro, mas se desviar para a direita é denominado dextrogiro.
Exemplo:
Moléculas assimétricas como as mostradas acima, que são a imagem especular uma da outra e que não são sobreponíveis, são chamadas de enantiômeros.
Bibliografia
Atkins, P.W., Physical Chemistry, 5º edição, Editora Oxford, 1994.
Barbosa, L.C.A., Química Orgânica, uma introdução para as ciências agrárias e biológicas, Editora UFV, 2003.
BRUICE, P. Química Orgânica, vol.1, 4 ed. São Paulo, Pearson, 2006.
McMurry, J., Química Orgânica, vol. 1 e 2, 6º edição, Editora Thomson, 2005. 
Morrison, R.T., Boyd, R.N., Química Orgânica, 11º edição, Editora Fundação Calouste Gulbenkian, 1994. 
SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. Química Orgânica, vol. 1, 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.
Solomons, T.W.G., Fryhle, C.B., Química Orgânica, vol. 1 e 2, 7º edição, Editora LTC, 2000.