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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO DE QUÍMICA Prof. LUIZ MELLO DA ROSA Fevereiro de 2021 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 1.1. Histórico...........................................................................................................................................5 1.2. Elementos organógenos...................................................................................................................5 1.3. Os postulados de Kekulé..................................................................................................................5 1.4. O átomo de carbono.........................................................................................................................6 1.4.1. Hibridação tetraédrica ou sp3................................................................................................6 1.4.2. Hibridação trigonal ou sp2 ...................................................................................................7 1.4.3. Hibridação linear ou sp.........................................................................................................8 1.4.4. As ligações do carbono.........................................................................................................8 1.5. Fórmulas químicas...........................................................................................................................9 1.5.1. Fórmula molecular................................................................................................................9 1.5.2. Fórmula eletrônica................................................................................................................9 1.5.3. Fórmula estrutural plana.......................................................................................................9 1.5.4. Fórmula de linha de ligação................................................................................................10 1.5.5. Fórmula tridimensional.......................................................................................................10 1.6. Cadeias carbônicas.........................................................................................................................11 1.6.1. Classificação dos carbonos na cadeia.................................................................................11 1.6.2. Classificação das cadeias carbônicas..................................................................................11 1.6.3. Quadro resumo....................................................................................................................13 2. NOMENCLATURA OFICIAL DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS – IUPAC 2.1. Compostos orgânicos de cadeia normal.......................................................................................14 2.1.1. Localização do grupo funcional e das insaturações.............................................................15 2.2. Compostos orgânicos de cadeia ramificada..................................................................................16 2.2.1. Cadeia principal....................................................................................................................16 2.2.2. Ramificações........................................................................................................................16 2.2.3. Localização dos grupos substituintes orgânicos na cadeia principal...................................19 3. FUNÇÕES ORGÂNICAS 3.1. Hidrocarbonetos............................................................................................................................20 3.1.1. Alcanos ou parafinas..........................................................................................................20 3.1.2. Alcenos, alquenos ou olefinas............................................................................................21 3.1.3. Alcadienos ou dienos..........................................................................................................21 3.1.4. Alcinos ou alquinos............................................................................................................22 3.1.5. Cicloalcanos, ciclanos ou cicloparafinas............................................................................23 3.1.6. Cicloalcenos, ciclenos ou ciclolefinas................................................................................24 3.1.7. Aromáticos.........................................................................................................................24 3.2. Haletos orgânicos...........................................................................................................................27 3.3. Álcoois...........................................................................................................................................28 3.4. Enóis..............................................................................................................................................30 3.5. Fenóis............................................................................................................... ..............................30 3.6. Éteres..............................................................................................................................................31 3.7. Peróxidos orgânicos.......................................................................................................................32 3.8. Aldeídos.........................................................................................................................................32 3.9. Cetonas...........................................................................................................................................33 3.10. Ácidos carboxílicos.....................................................................................................................34 3.11. Halogenetos de acila...................................................................................................................37 3.12. Sais orgânicos.............................................................................................................................37 3.13. Ésteres.........................................................................................................................................37 3.14. Anidridos....................................................................................................................................38 3.15. Aminas........................................................................................................................................39 3.16. Amidas........................................................................................................................................41 3.17. Nitrocompostos...........................................................................................................................42 3.18. Nitrilas ou cianetos de alquila....................................................................................................43 3.19. Isonitrilas ou isocianetos ou carbilaminas..................................................................................43 3.20. Azocompostos............................................................................................................................43 3 3.21. Tioálcoois ou mercaptanas.........................................................................................................44 3.22. Tioamidas...................................................................................................................................44 3.23. Tioéteres ou sulfetos...................................................................................................................443.24. Ácidos sulfônicos.......................................................................................................................44 3.25. Compostos de Grignard..............................................................................................................45 3.26. Compostos de Frankland............................................................................................................45 3.27. Compostos plúmbicos................................................................................................................45 3.28. Compostos com funções mistas.................................................................................................45 3.29. Séries orgânicas.........................................................................................................................46 3.29.1. Séries homólogas............................................................................................................46 3.29.2. Séries isólogas.................................................................................................................46 3.29.3. Séries heterólogas............................................................................................................47 4. ISOMERIA 4.1. Isomeria plana................................................................................................................................48 4.1.1. Isomeria de esqueleto.........................................................................................................48 4.1.2. Isomeria de posição............................................................................................................49 4.1.3. Isomeria de função ou funcional........................................................................................50 4.1.4. Isomeria de compensação ou metameria............................................................................50 4.1.5. Isomeria dinâmica ou tautomeria.......................................................................................51 4.2. Isomeria espacial ou estereoisomeria............................................................................................51 4.2.1. Isomeria espacial geométrica.............................................................................................51 4.2.1.1. Isomeria CIS/TRANS.............................................................................................51 4.2.1.2. Isomeria E e Z.........................................................................................................53 4.2.2. Isomeria óptica...................................................................................................................54 4.2.2.1. Luz natural...............................................................................................................54 4.2.2.2. Polarização da luz......................................................................................................55 4.2.2.3. Atividade óptica.........................................................................................................55 4.2.2.4. Sistema R-S, ou sistema Cohn-Ingold-Prelog...........................................................58 4.2.3. Principais conceitos referentes à isomeria óptica...............................................................58 5. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS 5.1. Ponto de fusão e ponto de ebulição..............................................................................................60 5.2. Solubilidade..................................................................................................................................61 5.3. Densidade......................................................................................................................................61 6. REAÇÕES ORGÂNICAS 6.1. Reações de adição.........................................................................................................................62 6.2. Reações de substituição.................................................................................................................62 6.3. Reações de eliminação..................................................................................................................62 7. OBTENÇÕES E PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS HIDROCARBONETOS 7.1. Alcanos..........................................................................................................................................63 7.1.1. Processos de obtenção........................................................................................................63 7.1.1.1. Método de SABATIER-SENDERENS...................................................................63 7.1.1.2. Método de BERTHELOT........................................................................................63 7.1.1.3. Método de GRIGNARD..........................................................................................63 7.1.1.4. Síntese de GRIGNARD...........................................................................................64 7.1.1.5. Síntese de WURTZ..................................................................................................64 7.1.1.6. Síntese de KOLBE...................................................................................................64 7.1.1.7. Método de DUMAS.................................................................................................65 7.1.1.8. Obtenção de matérias primas...................................................................................65 7.1.2. Propriedades químicas.........................................................................................................65 7.1.2.1. Combustão................................................................................................................65 7.1.2.2. Halogenação.............................................................................................................66 4 7.1.2.3. Nitração....................................................................................................................66 7.1.2.4. Sulfonação................................................................................................................66 7.1.2.5. Craqueamento ou “Craking” ...................................................................................67 7.2. Alcenos...........................................................................................................................................67 7.2.1. Processos de obtenção.........................................................................................................67 7.2.1.1. Craqueamento de alcanos.........................................................................................67 7.2.1.2. Desidratação de alcoóis............................................................................................68 7.2.1.3. Desalogenação de haletos de alquila........................................................................68 7.2.1.4. Método de Frankland................................................................................................68 7.2.1.5. Método de Sabatier-Senderens.................................................................................68 7.2.1.6. Síntese de Grignard..................................................................................................68 7.2.2. Propriedades químicas.........................................................................................................68 7.2.2.1. Reações de adição....................................................................................................69 7.2.2.1.1. Adição de Hidrogênio (Método de Sabatier-Senderens) .............................69 7.2.2.1.2. Adição de halogênios (X2) ...........................................................................697.2.2.1.3. Adição de ácidos halogenídricos (HX).........................................................69 7.2.2.1.4. Adição de água.............................................................................................70 7.2.2.2. Reações de oxidação................................................................................................70 7.2.2.2.1. Combustão....................................................................................................70 7.2.2.2.2. Oxidação com KMnO4.................................................................................70 7.2.2.2.3. Ozonólise.....................................................................................................71 7.2.2.3. Polimerização..........................................................................................................72 7.3. Alcinos...........................................................................................................................................73 7.3.1. Processos de obtenção........................................................................................................73 7.3.1.1. Desalogenação de dialetos......................................................................................73 7.3.1.2. Desalogenação de tetraletos....................................................................................73 7.3.1.3. Desidratação de diálcoois........................................................................................73 7.3.1.4. Síntese de Grignard.................................................................................................73 7.3.1.5. Reação de alcinetos de Na ou K e halogenetos de alcoíla.......................................73 7.3.1.6. Hidrólise do carbureto de cálcio..............................................................................73 7.3.2. Propriedades químicas........................................................................................................74 7.3.2.1. Reações de adição...................................................................................................74 7.3.2.1.1. Adição de Hidrogênio (Método de Sabatier-Senderens) ............................74 7.3.2.1.2. Adição de halogênios (X2) ..........................................................................74 7.3.2.1.3. Adição de ácidos halogenídricos (HX)........................................................74 7.3.2.1.4. Adição de ácido cianídrico (HCN)..............................................................75 7.3.2.1.5. Adição de água............................................................................................75 7.3.2.2. Reações de oxidação...............................................................................................75 7.3.2.2.1. Combustão...................................................................................................75 7.3.2.2.2. Oxidação com KMnO4................................................................................75 7.3.2.3. Polimerização.........................................................................................................77 7.3.2.4. Reação com metais leves........................................................................................77 7.3.2.5. Reação com sais de metais pesados........................................................................77 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................78 5 1. INTRODUÇÃO 1.1. Histórico O conhecimento, a respeito dos compostos orgânicos, data de há muito tempo em virtude de seu emprego na vida prática. Os povos antigos já sabiam fermentar o suco da uva e produzir o vinho; produziam o vinagre pela fermentação do vinho, extraíam a gordura e o azeite dos animais e vegetais, utilizavam corantes, etc. Em 1777 o químico sueco Torben Olof Bergman (1735-1784) classificou os compostos em or- gânicos e inorgânicos. Os compostos orgânicos eram aqueles obtidos direta ou indiretamente dos seres vivos e os inorgânicos eram de origem mineral. No início do século XIX nascia uma idéia errada, segundo a qual as substâncias extraídas de organismos vivos não podiam ser produzidas em laboratório, pois só poderiam ser formadas com a interferência de uma força vital, existente apenas nos organismos vivos. Isto justificava, na épo- ca, a incapacidade de produzir compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos. Essa idéia ficou conhecida como Teoria da Força Vital, defendida ardorosamente pelo célebre químico sue- co Jöns Jakob Berzelius (1779-1848). Não concordando com a Teoria da Força Vital, o químico alemão Friedrich Wöhler (1800- 1882), que era discípulo de Berzélius, conseguiu, em laboratório, sintetizar um composto orgâni- co a partir de um composto inorgânico. Foi a famosa síntese da uréia, obtida pelo aquecimento do cianato de amônio. NH4CNO CO NH2 NH2 A partir dessa reação histórica iniciou-se uma verdadeira corrida às sínteses orgânicas. Hoje cada dia que passa, novas sínteses e novos compostos orgânicos são descobertos. As análises dos compostos orgânicos revelam a presença do elemento carbono. Por isso, em 1848, Leopold Gmelin (1788-1853) reconheceu que o carbono é o elemento fundamental dos compostos orgânicos, e em 1858, Friedrich August Kekulé (1829-1896) definiu a Química Orgâ- nica como sendo a química dos compostos de carbono, o que se conserva até hoje, pois atualmen- te a Química Orgânica é definida como o ramo da Química que estuda os compostos do carbono. Embora a crosta terrestre, os oceanos e a atmosfera contenham menos de 0,1% de carbono, sendo este elemento o 12º na lista dos mais abundantes, o número de compostos orgânicos co- nhecidos excede em muito ao número de todos os compostos inorgânicos. 1.2. Elementos organógenos Elementos organógenos são os elementos químicos que podem ser encontrados em compostos orgânicos. Os principais são: C (carbono), H (hidrogênio), O (oxigênio) e N (nitrogênio). Também aparecem com bem menos frequência, os elementos S (enxofre) e P (fósforo), e todos os elementos da família 17: F (flúor), Cl (cloro), Br (bromo), I (iodo) e At (astato). 1.3. Postulados de Kekulé Estudando o átomo do carbono, August Kekulé, em 1858, lançou três postulados que constitu- em as bases fundamentais da Química Orgânica. 1º postulado: O carbono é tetravalente. 2º postulado: As valências do carbono são iguais entre si. 3º postulado: Os átomos de carbono podem ligar-se entre si formando cadeias. http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/fosforo/ http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/iodo/ http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/astato/ 6 1.4. O átomo de carbono O elemento carbono (C) tem número atômico igual a seis e está localizado no grupo 14 e no 2º período da Tabela Periódica. Pela sua posição na Tabela Periódica, conclui-se que ele é um ele- mento de caráter eletropositivo e eletronegativo pouco acentuado. Conseqüentemente, ele não forma cátion e nem ânion, sendo suas ligações essencialmente covalentes. Nos compostos orgânicos, a valência observada para o carbono é 4, devendo este átomo apre- sentar 4 elétrons desemparelhados para a formação destes compostos. Isto acontece porque o car- bono ao reagir quimicamente, passa do estado fundamental (1s2 2s2 2px 1 2py 1 2pz 0) para o estado excitado, energeticamente mais rico (1s2 2s1 2px 1 2py 1 2pz 1). Se a excitação do átomo de carbono explica a sua tetravalência, mostra, ao mesmo tempo, que estas valências, por se situarem em níveis energéticos diferentes (2s1 e 2p3) devem ter capacidade energética diferente, isto é, as 4 valências não têm a mesma energia de ligação. Isto, no entanto, contraria a experiência, pois se sabe que no CH4 as 4 ligações são todas idênticas, apresentando a mesma energiae o mesmo comprimento. Para explicar este e outros fatos semelhantes, Linus Pauling e Slater introduziram na Química o conceito de hibridização (hibridação). A hibridação consiste em uma mistura de orbitais de um mesmo átomo, com energias muito próximas, produzindo novos orbitais de mesma energia e comprimento e com estabilidade maior do que a daqueles que lhes deram origem. Existem três estados híbridos do átomo de carbono. 1.4.1. Hibridação tetraédrica ou sp3 A mistura do orbital 2s do átomo de carbono com seus três orbitais 2p origina quatro novos orbitais híbridos sp3 (s + px + py + pz = sp 3 sp3 sp3 sp3 ). 2p 2s 1s Carbono no estado normal 2p 2s 1s Carbono no estado ativado 2p 2s 1s Carbono no estado normal 2p 2s 1s Carbono no estado ativado 2sp3 1s Carbono no estado híbrido sp3 7 Os quatro orbitais híbridos sp3, energeticamente, são iguais entre si. Apresentam forma geomé- trica diferente dos orbitais que os originaram, estando dirigidos aos vértices de um tetraedro regu- lar, com ângulo de 109° e 28’ entre si. 1.4.2. Hibridação trigonal ou sp2 O orbital 2s e dois orbitais 2p do carbono formam três novos orbitais híbridos sp2 (s + px + py = sp 2 sp2 sp2 ). O orbital p puro que não participa da hibridização trigonal coloca-se perpendicularmente ao plano formado pelos três orbitais híbridos sp2. Os três orbitais sp2 são equivalentes em energia e em forma, formando entre si ângulos de 120°. 2p 2s 1s Carbono no estado normal 2p 2s 1s Carbono no estado ativado 2p 2sp2 1s Carbono no estado híbrido sp2 8 1.4.3. Hibridação linear ou sp O orbital 2s e um orbital 2p do carbono formam dois novos orbitais híbridos sp(s + px = sp sp). Os orbitais híbridos situam-se sobre um mesmo eixo, apresentando um ângulo de 180° entre si. O átomo de carbono ficará, então, com dois orbitais atômicos p puros, não hibridizados, que são perpendiculares entre si e perpendiculares ao eixo formado pelos dois orbitais híbridos sp. 1.4.4. As ligações do carbono O carbono pode estabelecer ligações de três maneiras diferentes: a) O carbono pode fazer 4 ligações simples do tipo (sigma). b) O carbono pode fazer duas ligações simples e uma ligação dupla, 3 e 1. Neste caso, teremos: - hibridação: sp2 - ângulo entre as ligações: 120° - geometria: trigonal plana Ex.: CH2 = CH2 C 2p 2s 1s Carbono no estado ativado 2p 2sp 1s Carbono no estado híbrido sp C Neste caso teremos: - hibridação: sp3 - ângulo entre as ligações: 109°28’ - geometria: tetraédrica Ex.: CH4, CH3 ⎯ CH3, CH3Cl 2p 2s 1s Carbono no estado normal 9 c) O carbono pode fazer 2 ligações duplas ou 1 ligação simples e uma ligação tripla, 2 e 2. ou C C Ex.: CH2 = C = CH2 HC CH 1.5. Fórmulas químicas A representação do número e dos tipos de átomos que formam uma molécula é feita através de uma fórmula química. Existem diferentes tipos de fórmulas: molecular, eletrônica, estrutural pla- na, etc. 1.5.1. Fórmula molecular É a representação mais simples e indica apenas quantos átomos de cada elemento químico formam a molécula. Ex.: CH4 C2H6 C2H6O 1.5.2. Fórmula eletrônica Também conhecida por fórmula de Lewis, mostra, além dos elementos e da atomicidade, os elétrons da camada de valência de cada átomo e a formação dos pares eletrônicos. Ex.: H H H H H : : : : : · · H · ·C · · H H · · C · · C · · C · · C · · O · · H : : : : : · · H H H H H 1.5.3. Fórmula estrutural plana Também conhecida por fórmula estrutural de Couper, mostra as ligações entre os elementos, sendo que cada par de elétrons entre dois átomos é representado por um traço. Ex.: H H H H H H ⎯ C ⎯ H H ⎯ C ⎯ C⎯ C ⎯ C ⎯ O ⎯ H H H H H H Neste caso, teremos: - hibridação: sp - ângulo entre as ligações: 180° - geometria: linear 10 Às vezes a fórmula estrutural plana de um composto orgânico pode se tornar muito grande e complexa se representadas todas as ligações entre os átomos. Por essa razão, é comum não re- presentar algumas ligações, colocando-se apenas um átomo ao lado do outro. Ex.: H3C ⎯ CH2⎯ CH3 H3C ⎯ CH2⎯ CH2⎯ CH2 ⎯ OH ou H3C ⎯ C ⎯ CH3 H3C ⎯ C ⎯ C⎯ C ⎯ OH ou H2 H2 H2 H2 H3CCH2CH3 H3CCH2CH2CH2OH ou H3C(CH2)3OH 1.5.4. Fórmula de linha de ligação Também é possível representar a cadeia carbônica por linhas em zigue-zague formando vérti- ces. Cada vértice indica um átomo de carbono. Apenas os átomos diferentes de carbono e hidro- gênio são representados pelos seus símbolos e são ligados à cadeia carbônica por uma linha me- nor do que aquela que forma o zigue-zague. Os átomos de hidrogênio que se encontram ligados aos átomos de carbono não são representados, pois fica implícito que as ligações do carbono que estiverem faltando estão sendo feitas com hidrogênio. Ex.: OH Em compostos cuja molécula apresenta cadeia cíclica (fechada), pode-se desenhar apenas a forma geométrica da cadeia, representando-se os átomos ou grupos de átomos diferentes de carbono e hidrogênio por suas respectivas ligações. O 1.5.5. Fórmula tridimensional Nessa representação, as ligações que se projetam para cima e para fora do plano do papel são indicadas por uma cunha, aquelas que estão atrás do plano são indicadas por cunhas tracejadas e aquelas ligações que estão no plano da página são indicadas por uma linha. ou C H H H H C H H H H metano C Br H H H C Br HH H C H H H Br ou ou bromometano As ligações duplas e triplas são representadas normalmente. ↔ ou Estruturas de ressonância. Representação do híbrido de ressonância. 11 1.6. Cadeias carbônicas 1.6.1. Classificação dos carbonos na cadeia Uma das propriedades mais importantes do carbono, senão a principal, é a de que um átomo de carbono é capaz de se combinar com outros átomos de carbono, formando cadeias. Assim, um átomo de carbono pode se ligar a 1, 2, 3 ou 4 outros átomos de carbono. Conforme a posição em que se encontram na cadeia, os carbonos classificam-se em: 1.6.2. Classificação das cadeias carbônicas A existência de uma grande variedade de cadeias carbônicas faz com que as mesmas sejam classificadas de acordo com vários critérios: a) Quanto ao fechamento da cadeia:• carbono primário: quando está ligado a um outro átomo de carbono. ⎯ C1 ⎯ C2 ⎯ C3 ⎯ C4 ⎯ Ex.: carbonos 1 e 4 • carbono secundário: quando está ligado a dois outros átomos de carbono. ⎯ C1 ⎯ C2 ⎯ C3 ⎯ C4 ⎯ Ex.: carbonos 2 e 3 • carbono terciário: quando está ligado a três outros átomos de carbono. ⎯ C1 ⎯ C2 ⎯ C3 ⎯ ⎯ C4 ⎯ Ex.: carbono 2 • carbono quaternário: quando está liga- do a quatro outros átomos de carbono. ⎯ C4 ⎯ ⎯ C1 ⎯ C2 ⎯ C3 ⎯ ⎯ C5 ⎯ Ex.: carbono 2 CADEIAS ABERTAS, ACÍCLICAS ou ALIFÁTICAS: São aquelas que apresentam os átomos de carbono ligados entre si em seqüência ininterrupta, tendo as extremida- des livres. ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ CADEIAS FECHADAS ou CÍCLICAS: São aquelas em que os átomos de carbo- no se unem formando um ciclo. C CC C CADEIAS MISTAS: São aquelas que apresentam uma parte fechada e outra parte aberta. C C C C C C 12 b) Quanto à disposição dos átomos de carbono: c) Quanto aos tipos de ligações entre os átomos de carbono: d) à natureza dos átomos componentes da cadeia: As cadeias fechadas ou cíclicas classificam-se em AROMÁTICAS e ALICÍCLICAS: As cadeias aromáticas podem ser mononucleadas ou polinucleadas: CADEIAS NORMAIS: São aquelas cadeias que apresentam somente duas extremidades com átomos de carbono. C C C C CADEIAS RAMIFICADAS: São cadeias que apresentam mais de duas extremidades com átomos de carbono. C C C C C CADEIAS SATURADAS: Apresentam somente ligações simples entre todos os átomos de carbono da cadeia. C C C C C CADEIAS INSATURADAS: Apresentam, pelo menos uma, dupla ou tripla ligação entre dois átomos de carbono da cadeia. C CCC ou C C C C CADEIAS HOMOGÊNEAS (quando ca- deias abertas) ou HOMOCÍCLICAS (quando cadeias fechadas): São aquelas que apresentam somente átomos de carbo- no entre átomos de carbono. C C C C CADEIAS HETEROGÊNEAS (quando cadeias abertas) ou HETEROCÍCLICAS (quando ca- deias fechadas): São aquelas que apresentam pelo menos um átomo diferente de carbono (apresentam heteroátomo) entre os átomos de carbono da cadeia. C C S C ou C C C S AROMÁTICAS: São aquelas que apresentam anel benzênico, ou anel aromático (6 átomos de carbono unidos entre si por 3 ligações simples e 3 ligações duplas alternadamente). C C C C C C ALICÍCLICAS: São todas as cadeias homocíclicas não aro- máticas. Mononucleadas: apresentam apenas um anel benzênico. Polinucleadas: apresentam mais de um anel benzênico, podendo ser de núcleos isolados ou de núcleos condensa- dos. núcleos condensados núcleos isolados 13 1.6.3. Quadro resumo Quanto à NORMAIS disposição dos átomos RAMIFICADAS ABERTAS Quanto aos SATURADAS ACÍCLICAS OU Tipos de ALIFÁTICAS ligações INSATURADAS Quanto à HOMOGÊNEAS natureza dos átomos HETEROGÊNEAS Quanto aos SATURADAS tipos de ligações INSATURADAS CADEIAS CARBÔ- ALICÍCLICAS Quanto à natureza HOMOCÍCLICAS NICAS dos átomos HETEROCÍCLICAS FECHADAS OU CÍCLICAS MONONUCLEADAS AROMÁTICAS COM NÚCLEOS ISOLADOS POLINUCLEADAS COM NÚCLEOS CONDENSADOS MISTAS 14 2. NOMENCLATURA OFICIAL DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS - IUPAC A IUPAC vem aperfeiçoando um sistema de nomenclatura para compostos orgânicos des- de 1892. A proposta atual tem o mesmo princípio básico do início, que se resume em 2 pontos: • Cada composto orgânico deve ter um nome diferente. • A partir do nome deve ser possível desenhar a fórmula estrutural do composto orgânico e vi- ce-versa. Para atingir esses objetivos, criou-se uma série de regras básicas, que, para serem funcionais, precisavam satisfazer às seguintes exigências: serem simples, de fácil memorização e o mais abrangente possível. Com essas regras pode ser dado nome, relacionado à fórmula estrutural, a um número muito grande de compostos orgânicos. 2.1. Compostos orgânicos de cadeia normal O nome do composto orgânico é dividido em três partes: Prefixo infixo sufixo 1ª 2ª 3ª Prefixo: O prefixo indica o número de átomos de carbono presentes na cadeia principal. Número de átomos de C Prefixo Número de átomos de C Prefixo 1 met 14 tetradec 2 et prefixos 15 pentadec 3 prop empíricos 16 hexadec 4 but 17 heptadec prefixos 5 pent 18 octadec gregos 6 hex 19 nonadec 7 hept 20 eicos 8 oct 21 heneicos 9 non 30 triacont 10 dec prefixos 31 heneitriacont 11 undec gregos 40 tetracont 12 dodec 100 hect Infixo: O infixo indica o tipo de ligação entre os carbonos. Cadeia carbônica com: Exemplo Infixo apenas ligações simples entre carbonos C C C C an 1 única ligação dupla entre carbonos C C C C en 1 única ligação tripla entre carbonos C C C C in 2 ligações duplas entre carbonos ⎯ C ⎯ C = C ⎯ C = C ⎯ dien 1 ligação dupla e uma ligação tripla ⎯ C C ⎯ C ⎯ C = C ⎯ enin 15 Sufixo: O sufixo indica o grupo funcional a que pertence o composto orgânico. Função Grupo funcional Exemplo Sufixo Hidrocar- boneto Constituído exclusivamente por átomos de carbono e de hidrogênio (C e H). C C o Álcool Grupo hidroxila (OH) ligado a carbono saturado. C C OH ol Aldeído Grupo carbonila ( C O H) na extremidade da cadeia carbônica, ligado a hidrogênio. C O H al Cetona Grupo carbonila ( C O ) entre dois carbonos. C O C C ona Ácido carboxílico Grupo carboxílico ( C O OH). C O OH óico Haleto de ácido Derivado do ácido carboxílico, onde o grupo OH foi substituído por um halogênio X (F, Cl, Br ou I). C O X oíla Anidrido de ácido carboxílico Obtido pela retirada de 1 molécula de água de dois grupos carboxilas, com simultânea união desses grupos. C O O C O óico 2.1.1. Localização do grupo funcional e das insaturações Sempre que a cadeia carbônica permitir mais de uma possibilidade para a localização do grupo funcional e/ou das insaturações, será necessário numerar os carbonos para indicar a posição exata do grupo funcional e/ou insaturações na cadeia. Essa numeração deve ser feita de acordo com as regras básicas seguintes: a) A numeração deve começar pela extremidade da cadeia carbônica mais próxima do grupo fun- cional ou da insaturação (grupo funcional insaturação). b) A numeração deve seguir a regra dos menores números. A soma dos números dos carbonos que efetivamente indicam a localização do grupo funcional e/ou das insaturações deve ser a menor possível. A IUPAC recomenda a seguinte padronização na maneira de escrever esses números: • Escrever o número preferencialmente antes daquiloque ele indica. • Separar os números entre si por vírgulas e os números das palavras por hífens. Exemplos: H3C CH2 CH2 CH2 OH butan-1-ol H2C CH CH2 CH2 CH2 OH pent-4-en-1-ol H3C CH2 CH2 Cl 1-cloropropano H3C C O CH2 CH2 CH3 pentan-2-ona 16 2.2. Compostos orgânicos de cadeia ramificada Se a cadeia possuir pelo menos 1 carbono terciário ou quaternário, ela será ramificada (uma cadeia principal e uma ou mais cadeias secundárias). 2.2.1. Cadeia principal •A cadeia principal deve possuir: - o grupo funcional; - o maior número de insaturações; - a seqüência mais longa de átomos de carbono. • Caso no composto orgânico haja duas ou mais possibilidades de escolha de cadeia principal com o mesmo número de carbonos, deve ser escolhida como principal aquela que tiver o maior número de ramificações. • Quando a cadeia é mista, considera-se preferencialmente como principal a parte alicíclica ou aromática. 2.2.2. Ramificações Uma vez escolhida a cadeia principal, as demais cadeias secundárias serão consideradas rami- ficações. As ramificações são grupos substituintes orgânicos ou simplesmente grupos orgânicos ou apenas substituintes, que se constituem de átomos ou agrupamentos de átomos eletricamente neutros que apresentam pelo menos um elétron não-emparelhado (valência livre); podem ser re- presentados genericamente por R⎯. Grupos substituintes alquilas ou alcoílas: São grupos monovalentes (possuem uma única va- lência livre) e saturados. Derivam dos alcanos. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre metil(a) H3C etil(a) H3C CH2 propil(a) H3C CH2 CH2 Valência livre localizada no carbono primário. sec-propil(a), s-propil(a) ou isopropil(a) H3C CH CH3 Valência livre localizada no carbono secundário. (sec = secundário) butil(a) H3C CH2 CH2 CH2 Valência livre localizada no carbono primário da cadeia normal. sec-butil(a) ou s-butil(a) CHH3C CH2 CH3 Valência livre localizada no carbono secundário. tercio-butil(a) ou terc-butil(a) ou t-butil(a) CH3C CH3 CH3 Valência livre localizada no carbono terciário. (tércio = terciário) isobutil(a) H3C CH CH3 CH2 Valência livre localizada no carbono primário da cadeia ramificada. pentil(a) ou amil(a) H3C CH2 CH2 CH2 CH2 Valência livre localizada no carbono primário da cadeia normal. isopentil(a) ou isoamil(a) H3C CH CH2 CH2 CH3 Valência livre localizada no carbono primário da cadeia ramificada. 17 neopentil(a) H3C C CH3 CH3 CH2 Valência livre localizada no carbono primário da cadeia ramificada. Grupos substituintes alquenilas: São substituintes monovalentes com o elétron livre em carbono que apresenta uma ligação dupla. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre etenil(a) ou vinil(a) CHH2C 1-propenil(a) H3C CH CH Valência livre no carbono da ponta da insaturação 2-propenil(a) ou isopropenil(a) C CH2H3C Valência livre no carbono central 3-propenil(a) ou alil(a) H2C CH CH2 Valência livre no carbono da ponta oposta à insaturação Grupos substituintes alquinilas: São substituintes monovalentes com o elétron livre em carbono que apresenta uma ligação tripla. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre etinil(a) HC C 1-propinil(a) C CH3C Valência livre no carbono da ligação tripla 3-propinil(a) ou propargil(a) HC C CH2 Valência livre no carbono da ponta oposta à ligação tripla Grupos substituintes alquilenos: São substituintes bivalentes com os elétrons livres em carbonos distintos e saturados. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre etileno CH2H2C 1,2-propileno CH3H2C CH Valências livres nos carbonos 1 e 2 1,3-propileno H2C CH2 CH2 Valência livre nos carbonos 1 e 3 Grupos substituintes alquilidenos: São substituintes bivalentes com os elétrons livres em um mesmo carbono. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre etilideno H3C CH propilideno CH2H3C CH Valências livres no carbono da ponta isopropilideno CH3CH3C Valências livres no carbono do meio 18 Grupos substituintes arilas: São substituintes monovalentes, cuja valência livre encontra-se num carbono pertencente a um núcleo aromático. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre fenil(a) (o nome fenil deriva de feno = benzeno em alemão) Valência livre localizada em qual- quer um dos carbonos do núcleo aromático. orto-toluil(a) CH3 Valência livre localizada no carbono 2 em relação ao substituinte metil. meta-toluil(a) CH3 Valência livre localizada no carbono 3 em relação ao substituinte metil. para-toluil(a) CH3 Valência livre localizada no carbono 4 em relação ao substituinte metil. -naftil(a) Valência livre localizada em uma das posições alfa. -naftil(a) Valência livre localizada em uma das posições beta. Grupos substituintes arilenos: São substituintes bivalentes com os elétrons livres em carbonos distintos do núcleo benzênico. Nome Grupo orgânico (Substituinte) Localização da valência livre orto-fenileno ou o-fenileno Valências livres nos carbonos 1 e 2 meta-fenileno ou m-fenileno Valências livres nos carbonos 1 e 3 para-fenileno ou p-fenileno Valências livres nos carbonos 1 e 4 Um grupo orgânico muito importante é o benzil(a), que não se enquadra em nenhum dos gru- pos vistos, devido a suas características especiais, ou seja, possui um núcleo aromático ligado a um carbono, no qual se localiza a valência livre. CH2 benzil(a) São importantes, também, os grupos orgânicos: H2C CH metileno benzilideno 19 2.2.3. Localização dos grupos substituintes orgânicos na cadeia principal A localização dos grupos orgânicos deve ser dada pela numeração dos carbonos da cadeia principal, segundo as regras já estudadas. a) Iniciar pela extremidade mais próxima do grupo funcional ou da insaturação ou do grupo or- gânico (grupo funcional insaturação grupo orgânico). b) A numeração deve seguir a regra dos menores números possíveis. c) Se, após as regras anteriores, ainda restar mais de uma possibilidade, iniciar a numeração pela extremidade mais próxima do grupo orgânico que vier primeiro na ordem alfabética. d) Em caso de dois ou mais grupos orgânicos iguais na mesma cadeia, usar os seguintes prefixos multiplicadores para indicar a quantidade, ligados ao nome dos grupos substituintes orgâni- cos: di (2 grupos orgânicos iguais), tri (3 grupos orgânicos iguais), tetra (4 grupos orgânicos iguais). e) Os grupos substituintes orgânicos devem ser mencionados em ordem alfabética. Não conside- rar para efeito da ordem alfabética os prefixos multiplicadores como di, tri, etc., nem os prefi- xos definidores da estrutura, que estão separados dos nomes por hífen como sec, terc, etc. OBS.: O prefixo iso é considerado na ordem alfabética. Para dar nome a um composto com cadeia ramificada seguem-se os seguintes passos: 1. Determinar cadeia principal e seu nome. 2. Numerar os carbonos da cadeia principal. 3. Identificar o(s) grupo(s) substituinte(s) orgânico(s) e sua(s) localização(ões). OBS.: Quando a cadeia principal tem um substituinte halo e um substituinte alquila ligados a ela, numerar a ca- deia a partir da extremidade mais próxima do primeiro substituinte, independentemente de ele ser o halo ou o alqui- la. Exemplos: 654321 CHCH CH3 CH3 CH3CH2 CH2H3C CH2 5 4 3 2 1 CH CH3 CH3 C OH CH3CH2H3C 4–etil–2–metil–hexano 4,4-dimetil-pentan-2-ol 5 4 3 2 1 CHCH CH3 CH3H3C CH25 4 3 2 1 CHCH CH3CH3 C OHCH2H3C 4-metil-pent-2-eno 3,4–dimetil-pent-2-en-1-ol 4 3 2 1 CH3 CH3C C CH3 Cl 21 CHCH CH3 CH3CH2H3C Cl 3 4 5 2-cloro-3-metil-but-2-eno 3-cloro-2-metil-pentano 20 3. FUNÇÕES ORGÂNICAS Função química é o conjunto de compostos que apresentam comportamento químico seme- lhante, em conseqüência da existência de um grupo funcional. Os compostos orgânicos, de acordo com a suas estruturas e, conseqüentemente, seus compor- tamentos químicos, são agrupados em muitas funções. 3.1. Hidrocarbonetos São compostos orgânicos cujas moléculas são formadas exclusivamente por átomos de carbo- no e de hidrogênio. Esta função é considerada, na Química Orgânica, a função fundamental, pois a partir dela são, teoricamente, derivadas todas as outras funções. Costuma-se subdividir a função hidrocarbonetos em sub-funções, de acordo com o tipo de ca- deia, aberta ou fechada, e quanto ao tipo de ligação entre carbonos, em: 3.1.1. Alcanos ou parafinas São hidrocarbonetos alifáticos saturados, ou seja, apresentam cadeia aberta com simples liga- ções apenas. O termo parafinas vem do latim parum = pequena + affinis = afinidade, e significa, então, pouco reativas. Fórmula geral: Cn H2n + 2 Nomenclatura: Os alcanos têm seus nomes constituídos pelas três partes sugeridas pelas re- gras básicas propostas pela IUPAC, que são: prefixos MET, ET, PROP, BUT, PENT, etc. (indi- cando o n° de átomos de carbono), infixo AN (indicando a existência de apenas ligações simples entre os carbonos) e sufixo O (característico dos hidrocarbonetos). CH4 ; CH3H3C ; CH3CH2H3C ; CH3CH2CH2H3C ; metano etano propano butano; CH3 CH CH3H3C ; CH3 CH CH3CH2H3C ; CH3CH3 CHCH CH3H3C ; metilpropano metilbutano; 2,3-dimetilbutano CH3 CH CH3CH2 CH2 CH2H3C etilpentano Ocorrência: Os alcanos ocorrem, em grandes quantidades no gás natural, no petróleo e no xis- to betuminoso. Características: Os alcanos são incolores, menos densos que a água, insolúveis nesta, mas so- lúveis entre si e nos solventes orgânicos (álcool, éter, etc.) Em condições ambientes os alcanos de 1 a 4 C são gasosos; de 5 a 17 C são líquidos e acima de 17 C são sólidos. Quanto maior o seu peso molecular maior será o seu ponto de ebulição. Empregos: Um dos empregos mais importantes dos alcanos é como combustível (gasolina, querosene, óleo diesel, gás de cozinha, etc.) 21 3.1.2. Alcenos, alquenos ou olefinas São hidrocarbonetos alifáticos insaturados que apresentam uma dupla ligação. O termo olefinas vem do latim oleum = óleo + affins = afinidade, pois eles originam substân- cias com aspecto oleoso. Fórmula geral: Cn H2n Nomenclatura: Como os alcanos, os alcenos têm seus nomes constituídos pelas três partes su- geridas pelas regras básicas propostas pela IUPAC, que são: prefixos ET, PROP, BUT, PENT, etc. (indicando o n° de átomos de carbono), infixo EN (indicando a existência de uma dupla liga- ção entre os carbonos) e sufixo O (característico dos hidrocarbonetos). CH2CH2 CH CH3CH2 eteno (etileno); propeno (propileno); CH CH3CH2CH2 CH CH CH3H3C but-1-eno (butileno); but-2-eno; C CH3 CH3CH2 C CH3 CH3CH2CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 C metilpropeno (isobutileno); 2-metilbut-1-eno; etilbut-1-eno Ocorrência: Os alcenos, ao contrário dos alcanos, são muito raros na natureza. Características: São praticamente insolúveis em água e facilmente solúveis nos solventes or- gânicos. Os três primeiros termos são gasosos nas condições ambiente; o estado físico de C4 de- pende da forma isomérica; do penteno ao pentadeceno são líquidos e os demais são sólidos. Empregos: São empregados na indústria petroquímica. A partir deles são obtidos plásticos, borrachas sintéticas, corantes, explosivos, tecidos sintéticos, etc. 3.1.3. Alcadienos ou dienos São hidrocarbonetos alifáticos insaturados por duas duplas ligações. Fórmula geral: Cn H2n – 2 Nomenclatura: Os alcadienos têm seus nomes constituídos pelas três partes sugeridas pelas regras básicas propostas pela IUPAC, que são: prefixos ET, PROP, BUT, PENT, etc. (indicando o n° de átomos de carbono), infixo DIEN (indicando a existência de duas duplas ligações entre os carbonos) e sufixo O (característico dos hidrocarbonetos). Classificação: Conforme a localização das ligações duplas na cadeia, os alcadienos classifi- cam-se em: acumulados, isolados e conjugados. Acumulados ou alênicos: quando as ligações duplas estão em carbonos vizinhos (carbonos vicinais). Exemplos: C CH2CH2 C CH CH3CH2 propadieno (aleno) buta-1,2-dieno C CH CH3CH2CH2 CCH3 CH CH CH3 penta-1,2-dieno penta-2,3-dieno 22 Conjugados ou eritrênicos: quando as ligações duplas estão alternadas, isto é, separadas por apenas uma ligação simples entre carbonos. Exemplos: CHCH CH2CH2 CCH2 CH2CH CH3 buta-1,3-dieno (eritreno) 2-metil-buta-1,3-dieno (isopreno) Isolados: quando as ligações duplas estão separadas entre si por pelo menos um carbono satu- rado (ou duas ligações simples). Exemplos: CHCH CH2CH2 CH2 penta-1,4-dieno Ocorência: Os hidrocarbonetos com duas duplas ligações não são comuns na natureza. Empregos: A maior importância industrial dos dienos reside na produção de borrachas sintéti- cas. 3.1.4. Alcinos ou alquinos São hidrocarbonetos alifáticos insaturados por uma tripla ligação. Fórmula geral: Cn H2n – 2 Nomenclatura: Como os alcanos e os alcenos, os alcinos têm seus nomes constituídos pelas três partes sugeridas pelas regras básicas propostas pela IUPAC, que são: prefixos ET, PROP, BUT, PENT, etc. (indicando o n° de átomos de carbono), infixo IN (indicando a existência de uma tripla ligação entre os carbonos) e sufixo O (característico dos hidrocarbonetos). HC CH ; HC C CH3 ; HC C CH3CH2 etino (acetileno); propino (alileno); but-1-ino; HC C CH3 CH3 CH HC C CH3 CH3 CH CH2 3-metil-but-1-ino; 3-metil-pent-1-ino Classificação: A presença de H no carbono da tripla ligação faz com que os alcinos tenham propriedades diferentes dos que não apresentam H no carbono da tripla ligação. Alcinos verdadeiros: apresentam H no carbono da tripla ligação. Exemplo: HC C CH3 propino (alileno) Alcinos falsos: não possuem H no carbono da ligação tripla. Exemplo: H3C C CH3C but-2-ino Ocorrência: Os alcinos não são encontrados na natureza. 23 Características: São pouco solúveis em água, porém são solúveis nos solventes orgânicos (especialmente em acetona). Os três primeiros termos são gasosos à temperatura ambiente. De 4 a 14 C são líquidos, e os demais são sólidos. Empregos: Do ponto de vista industrial, a importância dos alcinos se concentra no etino, a partir do qual obtém-se solventes não inflamáveis, borrachas sintéticas, plásticos (PVC, PVA), fios têxteis, etc. 3.1.5. Cicloalcanos, ciclanos ou cicloparafinas São hidrocarbonetos cíclicos saturados, ou seja, sua estrutura apresenta uma cadeia fechada com simples ligações apenas. Fórmula geral: CnH2n Nomenclatura: Os nomes dos cicloalcanos são feitos de forma idêntica aos dos alcanos, acrescentando-se o termo ciclo (que indica a cadeia cíclica) ao nome do composto. H2C CH2 CH2 H2C CH CH3 CH2 ciclopropano; metilciclopropano; H2C H2C CH2 CH2 ciclo-butano; ciclopentano; ciclo-hexano CH3CH2 CH3CH2 CH3 etil-ciclo-hexano; 1-etil-2-metilciclopentano Ocorrência: Ciclopentano, ciclo-hexanoe sues derivados ramificados são encontrados em cer- tos petróleos, chamados de petróleos de base naftênica. Características: Os ciclanos são insolúveis em água (solvente polar), mas, dissolvem-se em solventes apolares ou fracamente polares como o tetracloreto de carbono e o éter. Os pontos de ebulição dos ciclanos são ligeiramente mais altos (10° C a 20° C) que os dos al- canos normais com igual número de átomos de carbono. Os dois primeiros termos da série (C3 e C4) são gasosos. Do C5 ao C9 são líquidos, e do C10 em diante são sólidos. Empregos: O ciclo-hexano é usado como solvente para tintas e vernizes, na extração de óleos essenciais dos vegetais e, principalmente, na produção de ácido adípico CH2CH2CH2 COOHHOOC CH2 , e da hexametilenodiamina NH2H2N CH2CH2CH2 CH2 CH2CH2 que são matérias-primas na fabricação do nái- lon. 24 3.1.6. Cicloalcenos, ciclenos ou ciclolefinas São hidrocarbonetos cíclicos insaturados por uma dupla ligação. Fórmula geral: CnH2n – 2 Nomenclatura: Os nomes dos cicloalcenos são feitos de forma idêntica aos dos alcenos, acrescentando-se o termo ciclo (que indica a cadeia cíclica) ao nome do composto. HC CH CH2 HC H2C CH CH2 HC H2C C CH3 CH2 ciclopropeno; ciclobuteno; 1-metilciclobuteno; HC H2C CH CH CH3 CH3CH2 CH3 3-metilciclobuteno; ciclopenteno; 3-etil-4-metilciclopenteno Características: Os ciclenos de 3 a 5 carbonos são compostos instáveis devido à elevada ten- são no ângulo de ligação entre os átomos de carbono. Já os ciclenos com 6 ou mais átomos de carbono não possuem estrutura plana, mas sim espaci- al, tendo molécula estável. 3.1.7. Aromáticos São hidrocarbonetos que apresentam pelo menos um anel benzênico ou aromático em sua es- trutura. benzeno naftaleno (naftalina) OBS. Os hidrocarbonetos aromáticos que contêm apenas um anel benzênico e cadeia lateral saturada e aberta são denominados hidrocarbonetos benzênicos. CH3 metilbenzeno CH3 CH3 1,2-dimetilbenzeno Classificação: Os hidrocarbonetos aromáticos podem ser classificados, quanto ao número de anéis benzênicos na molécula em: Mononucleares: CH3 CH3 CH3 benzeno metilbenzeno 1,2-dimetilbenzeno (benzol) (tolueno) orto-dimetilbenzeno (orto-xileno) 25 Polinuclares: • Núcleos isolados: CH2 difenilo difenilmetano • Núcleos condensados: naftaleno antraceno fenantreno benzopireno (naftalina) (antracenol) (fenantrol) Nomenclatura: Compostos com um hidrogênio substituído: Neste caso o nome BENZENO será sempre precedido pelo nome do substituinte. CH3 CH2 CH3 CH CH2 H3C CH CH3 metilbenzeno etilbenzeno vinilbenzeno isopropilbenzeno (tolueno) (estireno) (cumeno) Vários grupos orgânicos ligados ao anel benzênico: Numera-se o anel aromático a partir do grupo referencial, aquele que dará o nome principal do composto; escrevem-se os nomes dos de- mais grupos em ordem alfabética, indicados pelos menores números possíveis. • Quando se tem dois grupos orgânicos ligados ao anel benzênico, a posição 1,2 pode ser de- signada pelo prefixo orto (o), a posição 1,3 pode ser designada pelo prefixo meta (m) e a po- sição 1,4 pode ser designada pelo prefixo para (p). CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 1,2-dimetilbenzeno 1,3-dimetilbenzeno 1,4-dimetilbenzeno orto-dimetilbenzeno meta-dimetilbenzeno para-dimetilbenzeno o-dimetilbenzeno m-dimetilbenzeno p-dimetilbenzeno (orto-xileno) (meta-xileno) (para-xileno) • Quando se têm três grupos orgânicos ligados ao anel benzênico as posições 1, 2, 3 podem ser indicadas pelo prefixo vic (vicinal), as posições 1, 2, 4 pelo prefixo as (assimétrica) e as posi- ções 1, 3, 5 pelo prefixo sim (simétrica). CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 1,2,3-trimetilbenzeno 1,2,4-trimetilbenzeno 1,3,5-trimetilbenzeno (vic-trimetilbenzeno) (as-trimetilbenzeno) (sim-trimetilbenzeno) 26 • Quando se tem quatro grupos orgânicos no benzeno, as posições 1,2,3,4 serão vicinais, 1,2,3,5 assimétricas e 1,2,4,5 simétricas. CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 CH3 H3C H3C CH3 CH3 1,2,3,4- tetrametilbenzeno 1,2,3,5-tetrametilbenzeno 1,2,4,5-tetrametilbenzeno (vic-tetrametilbenzeno) (as-tetrametilbnezeno) (sim-tetrametilbenzeno) Compostos aromáticos com vários anéis benzênicos: Os aromáticos polinucleados possuem nomes particulares, tais como: naftaleno antraceno fenantreno tetraceno pireno benzopireno Numera-se os átomos de carbono no naftaleno ou usam-se as letras gregas e : 8 7 6 5 4 3 2 1 Exemplos: CH3 CH3 1-metilnaftaleno 2-metilnaftaleno -metilnaftaleno -metilnaftaleno Quando os núcleos aromáticos são isolados eles são considerados grupos orgânicos. Exemplos: CH2 CHCH difenilo difenilmetano 1,2-difenileteno Ocorrência: Os aromáticos existem na natureza, de onde podem ser extraídos e purificados. As principais fontes desses compostos são a hulha e o petróleo. Características: Estes hidrocarbonetos podem se apresentar, em condições ambientes, nas fa- ses líquida e sólida. Assim, os primeiros membros são líquidos e os superiores são sólidos. Empregos: São de essencial importância na indústria de inseticidas, corantes, solventes, de- tergentes, explosivos, etc. 27 3.2. Haletos orgânicos São compostos que resultam da substituição de um ou mais hidrogênios, de um hidrocarbone- to, por átomos de halogênios (F, Cl, Br, I). Nomenclatura: A nomenclatura oficial (IUPAC) cita o halogênio seguido do nome do hidro- carboneto. O halogênio é considerado como ramificação e não como grupo funcional para efeito de numeração da cadeia. Na nomenclatura usual o nome do haleto (fluoreto, cloreto, brometo, iodeto) seguido da prepo- sição “de” precede o nome do grupo orgânico. ClCH2H3C Br CH3CHH3C cloroetano 2-bromopropano (cloreto de etila) (brometo de isopropila) CH3 I C CH3H3C I FCH3 2-iodo-metilpropano flúormetano (iodeto de terc-butila) (fluoreto de metila) ClHC I Cl Cl H2C ClCH triclorometano cloroeteno (clorofórmio) (cloreto de vinila) H2C Cl Cl I C I BrCH2 1,1-dicloroeteno iodobenzeno bromo-fenilmetano (cloreto de vinilideno) (iodeto de fenila) (brometo de benzila) Alguns haletos orgânicos comuns: Cl Cl Cl Cl I C CH Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl dicloro-difenil-tricloroetano 1,2,3,4,5,6-hexacloro-ciclo-hexano (DDT) (Benzeno-Hexa-Clorado) (BHC) O O Cl Cl Cl Cl Dioxina (O clorado mais tóxico que se conhece.) 28 Funções oxigenadas 3.3. Álcoois São compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional hidroxila ou oxidrila (OH−) liga- do a átomo de carbono saturado. Fórmula geral: Cn H2n + 2O Classificação: Os álcoois podem ser classificados: Pela posição da hidroxila na molécula: • Álcool primário: a hidroxila está ligada a carbono primário. CH2H3C OHCH2 CH2 • Álcool secundário: a hidroxila ligada a carbono secundário. CHCH2 OH H3C CH3 • Álcool terciário: a hidroxila se liga a carbono terciário. CCH2 OH H3C CH3 CH3 Pelo número de hidroxilas presentes na molécula: • Monoálcool: tem apenas uma hidroxila na molécula. CHCH2 OH H3C CH3 • Diálcool ou diol: tem duas hidroxilas na molécula. CH OH CH3CH OH H3C • Triálcool ou triol:tem três hidroxilas na molécula. H2C OH CH CH2 OHOH Pela cadeia carbônica: • Álcool acíclico saturado: tem cadeia aberta saturada. H3C CH2 CH2 CH2 OH • Álcool acíclico insaturado: tem cadeia aberta insaturada. CH2 CH CH2 OH • Álcool alicíclico: tem cadeia cíclica saturada. OH • Álcool aromático: tem cadeia aromática. OHCH2 29 Nomenclatura oficial (IUPAC): O nome do álcool é formado pelo sufixo OL (que designa o grupo funcional –OH) ligado à raiz do nome do hidrocarboneto genitor, isto é, ao nome do hidrocarboneto menos o O final. No caso de diálcool, triálcool, etc., acrescenta-se as terminações diol, triol, etc., ao nome do hidrocarboneto de origem. Exemplos: OHCH3 OHCH2CH3 H3C CH2 CH2 OH metanol etanol propan-1-ol H3C CH OH CH3 CH CH2 OH CH3 H3C H3C CH CH3 CH OH CH3 propan-2-ol metilpropan-1-ol 3-metilbutan-2-ol OHH2C CH2CH CH2 C CH3H3C C H3C CH CH3 OH but-3-en-1-ol 3,4-dimetilpent-3-en-2-ol H2C OH CH2 OH H2C CH CH2 OH OHOH OH CH3CH2 CH2 CH OH CH2 etano-1,2-diol propano-1,2,3-triol pentano-1,3-diol (glicerina) OH CH2 OH ciclopentanol fenilmetanol Nomenclatura usual: Leva-se em consideração o nome do grupo orgânico ao qual está ligado o grupo (-OH), de acordo com o seguinte esquema: Álcool + nome do grupo orgânico + ico Essa nomenclatura é normalmente usada para monoálcoois. OHCH3 OHCH2CH3 H3C CH2 CH2 OH álcool metílico álcool etílico álcool propílico H3C CH OH CH3 H3C CH2 CH OH CH3 CH2 OH álcool isopropílico álcool séc-butílico álcool benzílico Nomenclatura de Kolbe (pouco utilizada): Designa-se o grupo ( OHCH3 ) por carbinol e o nome do composto é dado pela indicação dos nomes dos grupos orgânicos ligados a esse grupo, em ordem crescente de complexidade, seguidos da palavra carbinol. OHCH3 OHCH2CH3 H3C CH2 CH2 OH 30 carbinol metilcarbinol etilcarbinol H3C CH OH CH3 H3C CH2 CH OH CH3 CH2 OH dimetilcarbinol metil-etilcarbinol fenilcarbinol Características: Os álcoois mais simples (metanol, etanol e propanol) são líquidos, incolores, voláteis, de cheiro característico, e totalmente solúveis na água. Com o aumento da cadeia carbô- nica, os álcoois tornam-se mais viscosos, menos voláteis e menos solúveis em água, até chegarem a álcoois de massa molecular elevada que são sólidos e insolúveis em água. Empregos: Os álcoois mais simples são usados como solventes (na indústria e no laboratório); em mistura de baixo ponto de solidificação (anti-freezer); como matéria prima no preparo de inúmeras outras substâncias orgânicas; como combustível de automóveis. Entre os álcoois mais importantes estão o metanol, o etanol e a glicerina. 3.4. Enóis São compostos derivados da substituição de hidrogênio de um carbono que contém dupla liga- ção (hidrocarboneto insaturado) por OH−. Nomenclatura: Os enóis são designados como os alquenos, colocando-se o sufixo OL. H2C CH OH CH3C CH2 OH CH3CCHH3C OH CH2 etenol propen-2-ol pent-2-en-3-ol (álcool vinílico) Observação: Os enóis são compostos instáveis e facilmente se transformam em aldeídos ou cetonas. Essa instabi- lidade dos enóis impede que eles sejam amplamente estudados, tanto em nível de propriedades quando em nível de aplicações práticas. 3.5. Fenóis São compostos orgânicos que possuem um ou mais grupos (-OH) hidroxila ou oxidrila ligados diretamente a anel aromático. Nomenclatura: Na nomenclatura oficial (IUPAC), o grupo (OH−) é denominado hidróxi e vem seguido do nome do hidrocarboneto aromático. OH hidróxi-benzeno (fenol comum ou ácido fênico) CH3 OH CH3 OH OH CH3 1-hidróxi-2-metilbenzeno 1-hidróxi-3-metilbenzeno 1-hidróxi-4-metilbenzeno orto-hidróxi-metilbenzeno meta-hidróxi-metilbenzeno para-hidróxi-metilbenzeno (ortocresol) (metacresol) (paracresol) (2-metilfenol) (3-metilfenol) (4-metilfenol) (orto-metilfenol) (meta-metilfenol) (para-metilfenol) 31 OH OH 1-hidróxi-naftaleno ou 2-hidróxi-naftaleno ou α-hidróxi-naftaleno β-hidróxi-naftaleno (α-naftol) (β-naftol) Difenóis: OH OH OH OH OH OH 1,2-di-hidróxi-benzeno 1,3-di-hidróxi-benzeno 1,4-di-hidróxi-benzeno orto-di-hidróxi-benzeno meta-di-hidróxi-benzeno para-di-hidróxi-benzeno (catecol) (resorcinol) (hidroquinona) Trifenóis: OH OH OH HO OH OH 1,2,3-tri-hidróxi-benzeno 1,3,5-tri-hidróxi-benzeno (pirogalol) (floroglucinol) 3.6. Éteres São compostos orgânicos que apresentam um átomo de oxigênio diretamente ligado a dois substituintes orgânicos derivados de hidrocarbonetos. Nomenclatura: A nomenclatura oficial (IUPAC) é obtida segundo o esquema: H3C O CH3 O CH3H3C CH2 H3C CH2 O CH2 CH3 metóxi-metano metóxi-etano etóxi-etano O CH2 CH3 OH3C O etóxi-cilclopentano metóxi-benzeno β-fenóxi-naftaleno ou 2-fenóxi-naftaleno Prefixo que indica o número de carbonos do menor substituinte + OXI + Nome do hidrocarboneto correspondente ao maior substituinte 32 Na nomenclatura usual segue-se o esquema: H3C O CH3 O CH3H3C CH2 H3C CH2 O CH2 CH3 éter dimetílico éter metiletílico éter dietílico éter metílico éter etílico OH3C O éter metilfenílico éter-difenílico éter fenílico Os éteres cíclicos recebem o nome EPÓXI seguido do nome do hidrocarboneto corresponden- te. O O O epóxi-propano epóxi-butano epóxi-pentano Os compostos cíclicos que apresentam a estrutura a seguir são denominados epóxidos. O O CH3 epóxi-etano 1,2-epóxi-propano (óxido de etileno) (óxido de propileno) 3.7. Peróxidos orgânicos São compostos que apresentam o grupo funcional peróxido O O( ) ligado a dois substi- tuintes orgânicos. Nomenclatura: Na nomenclatura oficial cita-se a palavra peróxido seguida do nome dos substi- tuintes em ordem alfabética. A nomenclatura usual não obedece regras. O OCH3 CH2 CH3 O OCCH3 CH3 CH3 C CH3 CH3 CH3 peróxido de etilmetila peróxido de terc-butila 3.8. Aldeídos Os aldeídos apresentam o grupo funcional ( H O C ) denominado aldoxila, formila ou metano- íla. Nomenclatura: De acordo com a IUPAC o nome do aldeído acrescendo-se o sufixo al ao no- me do hidrocarboneto respectivo. O nome usual é derivado do ácido que o aldeído produzirá por ÉTER + Nome do menor substituinte Nome do maior substituinte + + ICO 33 oxidação, citando-se a palavra aldeído antes ou após o nome do produto onde este aldeído se en- contra ou foi estudado. H O C H H O C H3C H O C CH2H3C metanal etanal propanal (aldeído fórmico) (aldeído acético) (aldeído propiônico) (formaldeído) (acetaldeído) (propanaldeído) CH2 CH H O C H O C propenal fenil-metanal (aldeído acrílico) (acroleína) (aldeído benzoico) (benzaldeído) H O C CH2H3C CH2 H O C CH2CH CH3 H3C butanal 3-metil-butanal (aldeído butírico) (butiraldeído) H O C H C O H C O CH2 H O C etanodial propanodial (aldeído oxálico) (oxaldeído) (aldeído malônico) (maloaldeído) H O C CH2 CH2 H C O H O C CHCH H C O butanodial butenodial (aldeído succínico) (aldeído maleico/aldeído fumárico) (succinaldeído)3.9. Cetonas: As cetonas são substâncias orgânicas que apresentam o grupo carbonila ( O C ) entre car- bonos. Nomenclatura: A nomenclatura oficial IUPAC é feita com a terminação ONA. A nomencla- tura usual é formada pelos nomes dos dois grupos orgânicos que estão ligados à carbonila e mais a palavra cetona. Na nomenclatura usual citam-se os substituintes orgânicos em ordem crescente de complexidade seguidos da palavra cetona. O CH3C CH3 H3C O C CH2 CH3 H3C CH2 O C CH2 CH3 propanona butanona pentan-3-ona (dimetilcetona) (metil-etilcetona) (dietilcetona) (acetona) 34 H3C CH CH O C CH3 H3C CH2 O C O C CH3 pent-3-en-2-ona pentano-2,3-diona (metil-propenilcetona) O O ciclobutanona ciclopentanona O C CH3 O C O C CH2 CH2 CH3 feniletanona difenilmetanona fenilbutan-1-ona (metil-fenilcetona) (difenilcetona) (propil-fenilcetona) 3.10. Ácidos carboxílicos Os ácidos carboxílicos são compostos que apresentam o grupo carboxila ( O C OH ) na molé- cula. Classificação: De acordo com o número de carboxilas existentes na cadeia. • monocarboxílicos: • dicarboxílicos: • tricarboxílicos O C OH H3C HO C O O C OH OHO CC CH2C OHO OH C O CH2 OH ácido etanóico ácido etanodióico ácido 2-hidróxi-propano-tricarboxílico (ácido acético) (ácido oxálico) (ácido cítrico) De acordo com a cadeia em que está ligada a carboxila: • alifáticos: • alicíclicos: • aromáticos: O C OH CH3 O C OH O C OH De acordo com a saturação ou não da cadeia carbônica: • saturados: • insaturados: O C OH CH3 O C OH CHH2C De acordo com a presença ou não de outras funções: • simples • de função mista O C OH CH3 O C OH CHCH2 OH 35 Nomenclatura: De acordo com a IUPAC, a nomenclatura dos ácidos carboxílicos utiliza o su- fixo ÓICO. A nomenclatura usual procura lembrar os produtos naturais (vegetais ou animais) onde os ácidos ou seus derivados são encontrados. O C OH H O C OH H3C ácido metanóico ácido etanóico (ácido fórmico, encontrado nas formigas) (ácido acético, acetum = vinagre) O C OH CH2H3C O C OH CH2CH2H3C ácido propanóico ácido butanóico (ácido propiônico, propion = gordura) (ácido butírico, butter = manteiga) O C OH ) CH2 3( H3C O C OH CH2CHH3C CH3 ácido pentanóico ácido 3-metil-butanóico (ácido valérico, obtido de (ácido isovalérico) uma planta de gênero valeriana) O C OH CHH2C O C OH CHC ácido propenóico ácido propinóico (ácido acrílico) (ácido propargílico) O C OH COOH COOH ácido benzenocarboxílico ácido benzeno-1,2-dicarboxílico (ácido benzóico) (ácido orto-ftálico) COOH COOH COOH COOH H2C ácido etanodióico ácido propanodióico (ácido oxálico) (ácido malônico) H2C COOH COOHH2C CH COOH COOHCH ácido butanodióico ácido butenodióico (ácido succínico) COOHCH2 OH CH COOH OH H3C ácido hidróxi-etanóico ácido 2-hidróxi-propanóico (ácido glicólico) (ácido lático, do leite) CH COOHCH2 OH HOOC CHHOOC CH COOH OHOH ácido hidróxi-butanodióico ácido di-hidróxi-butanodióico (ácido málico, da maçã) (ácido tartárico, da uva) 36 COOH CH2H2C C HOOC COOH OH CH3 COOH O O C ácido 2-hidróxi-propano-tricarboxílico ácido 2-etanoato-benzenocarboxílico (ácido cítrico) (ácido acetilsalicílico - aspirina) Os ácidos monocarboxílicos, alifáticos de cadeia reta (saturados ou não) que apresentam nú- mero par de carbonos são chamados de ácidos graxos. São os ácidos que aparecem nas gorduras animais ou vegetais. CH3 ( CH2 ) C2 O OH CH3 ( CH2 ) C O OH 4 ácido butanóico ácido hexanóico (ácido butírico, butter = manteiga) (ácido capróico, produzido pelas cabras = caper em Latim) CH3 ( CH2 ) C O OH 6 CH3 ( CH2 ) C O OH 8 ácido octanóico ácido decanóico (ácido caprílico) (ácido cáprico) CH3 ( CH2 ) C O OH 10 CH3 ( CH2 ) C O OH 12 ácido dodecanóico ácido tetradecanóico (ácido láurico, “laur” da planta louro) (ácido mirístico) CH3 ( CH2 ) C O OH 14 CH3 ( CH2 ) C O OH 16 ácido hexadecanóico ácido octadecanóico (ácido palmítico, “palm” = planta (ácido esteárico ou estearina, éster: da que se faz o óleo de dendê) devido ao aspecto de cera desse ácido) CH3 ( CH2 ) 7 CH CH CH2( ) 7 C O OH ácido octadec-9-enóico (ácido oleico) Os ácidos de cadeia ramificada ou cíclica, os policarboxílicos e os de número ímpar de carbonos são denominados de ácidos não graxos. O C OH CH2H3C O C OH ácido propanóico ácido benzenocarboxílico (ácido propiônico) (ácido benzóico) CH COOH COOHCH O C OH CH2CHH3C CH3 ácido butenodióico ácido 3-metilbutanóico (ácido isovalérico) 37 Derivados de ácidos carboxílicos 3.11. Halogenetos de acila São compostos que apresentam um halogênio ligado a um substituinte acila. R C O X X = F, Cl, Br e I Nomenclatura: Tanto a nomenclatura oficial quanto a usual empregam a terminação ILA para o radical R C O . Cl H3C C O C O I cloreto de etanoíla iodeto de fenilmetanoíla (cloreto de acetila) (iodeto de benzoíla) 3.12. Sais orgânicos São compostos derivados dos ácidos orgânicos pela substituição de seus hidrogênios ionizá- veis por igual número de cátions metálicos ou pólo amônio. Nomenclatura: A nomenclatura oficial dos sais é feita a partir do nome do ácido correspon- dente, trocando a terminação, seguida da preposição “de” e do nome do cátion. Na H3C O O C 2 ( )H3C O O C Ca etanoato de sódio etanoato de cálcio (acetato de sódio) (acetato de cálcio) O C ONa CH3 CH OH O C O NH4 benzenocarboxilato de sódio 2-hidróxi-propanoato de amônio (benzoato de sódio) (lactato de amônio) 3.13. Ésteres Os ésteres são compostos derivados da substituição dos hidrogênios ionizáveis de um ácido, por grupos (ou substituintes) orgânicos. R' R O O C Os grupos R e R' não necessitam ser iguais. Nomenclatura: A nomenclatura oficial pode ser obtida substituindo-se a terminação ICO do nome do ácido de origem por ATO e acrescentando-se o nome do grupo orgânico que substitui o hidrogênio ionizável do ácido. 38 Ex. CH3 H3C O O C CH3 H3C O O C CH2 etanoato de metila etanoato de etila (acetato de metila) (acetato de etila) CH2 O O C H3C CH3 CH2H3C O O C CH2 CH CH3 propanoato de fenila 3-metilbutanoato de etila (propionato de fenila) (isovaleriato de etila) OO O O C C CH3 CH3 etanodioato de dimetila (oxalato de dimetila) 3.14. Anidridos Os anidridos são compostos que apresentam dois substituintes acilas interligados por um áto- mo de oxigênio. Resultam da desidratação de ácidos. H3C O C OH O C OH H3C H3C O O C H3C O C + H2O Nomenclatura: Tanto a nomenclatura oficial quanto a usual são idênticas às dos ácidos, tro- cando-se a palavra “ácido” pela palavra “anidrido”. Ex. H3C O O C H3C O C H3C O C O O C CH2H3C anidrido etanóico anidrido etanóico-propanóico (anidrido acético) (anidrido acético-propiônico) O O C CH2 O C CH2 O C O C O anidrido butanodióico anidrido benzeno-1,2-dicarboxílico(anidrido succínico) (anidrido orto-ftálico) 39 Funções nitrogenadas 3.15. Aminas São compostos derivados da amônia (NH3) pela substituição de seus hidrogênios por igual número de substituintes derivados de hidrocarbonetos. Ex. H HNCH3 ou NH2CH3 metanamina Classificação: As aminas podem ser classificadas de acordo com os seguintes critérios: 1º) Quanto ao número de substituintes ligados ao nitrogênio: Aminas primárias Aminas secundárias Aminas terciárias Apresentam somente um substi- tuinte ligado ao nitrogênio. Apresentam dois substituintes ligados ao nitrogênio. Apresentam três substituintes ligados ao nitrogênio. NH2CH3 NH2 CH3 CH3 NH CH3 CH3 N CH3 2º) Quanto ao número de grupos funcionais: Monoaminas Diaminas Triaminas Apresentam um grupo funci- onal. Apresentam dois grupos fun- cionais. Apresentam três grupos fun- cionais. NH2CH3 CH3 CH3 NH NH2 CHCH2 CH3 NH2 NH2NH2 CH CH2CH2 NH2 3º) Quanto à cadeia carbônica: Amina alifática Amina alicíclica Amina aromática Apresentam cadeia aberta. Apresentam cadeia fechada. Apresentam cadeia carbônica com anel benzênico. NH2CH3 NH2 CHCH2 CH3 NH2 NH2 NH2 Nomenclatura: A nomenclatura oficial (IUPAC) para as aminas primárias usa-se o nome do hidrocarboneto seguido da palavra AMINA, ou a palavra AMINO seguida do nome do hidrocar- boneto. Na nomenclatura usual cita-se o substituinte seguido da palavra amina. NH2CH3 NH2CH2CH3 NH2CH2CH2CH3 metanamina etanamina propan-1-amina aminometano aminoetano 1-aminopropano (metilamina) (etilamina) (propilamina) 40 NH2 NH2 CH CH3CH CH CH3 CH3 NH2CH3 ciclopentanamina benzenamina 3,4-dimetil-pentan-2-amina aminociclopentano aminobenzeno 2-amino-3,4-dimetilpentano (ciclopentilamina) (fenilamina ou anilina) CH3 NH2 NH2 CH3 NH2 CH3 2-metil-benzenamina 3-metil-benzenamina 4-metil-benzenamina 1-amino-2-metilbenzeno 1-amino-3-metilbenzeno 1-amino-4-metilbenzeno (orto-metil-fenilamina) (meta-metil-fenilamina) (para-metil-fenilamina) (orto-toluidina) (meta-toluidina) (para-toluidina) Para as aminas secundárias e terciárias na nomenclatura IUPAC utiliza-se o localizador N para designar os substituintes ligados a um átomo de nitrogênio, sendo considerada cadeia princi- pal a mais longa. Já na nomenclatura usual citam-se os substituintes em ordem alfabética seguido da palavra amina. CH3 CH3 NH CH3 CH3 N CH3 NHCH2H3C CH3 metil-metanamina dimetil-metanamina metil-etanamina (dimetilamina) (trimetilamina) (etil-metilamina) CH3CH CH3 N CH3 CH2H3C CH3CH2NH N-etil-N-metil-propano-2-amina N-etil-benzenamina (etil-isopropil-metilamina) (etil-fenilamina) As aminas são compostos que se fazem presentes nos seres vivos. Elas se formam também na decomposição de animais mortos. CH3 CH3 N CH3 NH2NH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2NH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 dimetilmetanamina butano-1,4-diamina pentano-1,5-diamina (trimetilamina) 1,4-diaminobutano 1,5-diaminopentano (putrescina) (cadaverina) Aminas heterocíclicas aparecem nos alcalóides, que são de origem vegetal mas possuem ação sobre o organismo humano. nicotina N CH2 CH2 CH CH2 N CH3 cafeína N C C C N C CH NC C N CH3 O O CH3H3C 41 3.16. Amidas São compostos orgânicos nitrogenados e derivados da amônia (NH3) pela substituição dos hi- drogênios por igual número de substituintes acila ( CO ). Classificação: As amidas podem ser classificadas conforme os seguintes critérios: 1º) Número de substituintes acila ligados ao nitrogênio. Amidas primárias Amidas secundárias Amidas terciárias Somente um substituinte acila ligado ao nitrogênio. Dois substituintes acila liga- dos ao nitrogênio Três substituintes acila liga- dos ao nitrogênio. H3C NH2 O C NH H3C O C O C H3C CH3 N O C O C O C H3C H3C 2º) Número de grupos funcionais. Monoamidas Diamidas Triamidas Apresentam somente um grupo funcional. Apresentam dois grupos funci- onais apresentam três grupos funcionais H3C NH2 O C C O CH2 CH2 O C NH2H2N C O NH2 CH O C NH2 CH2C O H2N 3º) Cadeia carbônica. Amida alifática Amida aromática Cadeia aberta Cadeia com anel benzênico H3C NH2 O C NH2 O C Nomenclatura: •Para amidas primárias: troca-se a terminação “óico” (oficial IUPAC) ou “ico” (usual) do ácido correspondente pela palavra “amida”. H3C NH2 O C CH2 NH2 O C H3C CH2 O C NH2 CH CH3 H3C etanamida propanamida 3-metilbutanamida (acetamida) (propionamida) CO NH2 NH2 NH2 O C metanodiamida benzenocarboxilamida (formadiamida) ou (uréia) (benzamida) 42 •Para amidas N-substituídas (apresentam um ou dois hidrogênios da amônia substituídos por substituintes não acilados): escreve-se a letra N, seguida dos nomes dos grupos orgânicos, e completa-se o nome da amida primária correspondente. NH H3C O C CH2 CH3 CH2 NH O C CH3 H3C N-etil-etanamida N-metil-propanamida (N-etil-acetamida) (N-metil-propionamida) CH2 N O C H3C CH3 CH2 CH3 N-etil-N-metil-propanamida •Para amidas secundárias e terciárias: NHC O O C HH NH H3C O C O C H3C dimetanamida dietanamida (diformamida) (diacetamida) N H3C O C CH2 CH2 CH3 O C O C CH2H3C butanoíla-etanoíla-propanamida 3.17. Nitrocompostos São substâncias que contêm um ou mais grupos -NO2 na molécula. Nomenclatura: Os nomes são obtidos com o prefixo NITRO. CH3 NO2 NO2 H3C CH CH2 CH2 CH3 nitrometano 2-nitropentano NO2 O2N NO2 CH3 NO2 O2N NO2 NO2 OH nitrobenzeno 2-metil-1,3,5-trinitro-benzeno 1-hidróxi-2,4,6-trinitrobenzeno (2,4,6-trinitrotolueno) (2,4,6-trinitrofenol) (TNT) (ácido pícrico) Obs. As amidas secundárias e terciárias não são muito comuns. 43 3.18. Nitrilas ou cianetos de alquila São compostos que apresentam o grupo funcional NC . Nomenclatura: Os nomes são feitos com a terminação nitrila. H NC H3C NC NCCH2H3C metanonitrila etanonitrila propanonitrila (cianeto de hidrogênio) (cianeto de metila) (cianeto de etila) CH2 CH C N C N propenonitrila fenilmetanonitrila (acrilonitrila) (benzonitrila) 3.19. Isonitrilas ou isocianetos ou carbilaminas São compostos contendo o grupo funcional CN . Nomenclatura: Os nomes são feitos com a terminação CARBILAMINA. H CN H3C CN CH2 CNH3C carbilamina metilcarbilamina etilcarbilamina (isocianeto de hidrogênio) (isocianeto de metila) (isocianeto de etila) CH2 CH CN etenilcarbilamina ou vinilcarbilamina (isocianeto de vinila) 3.20. Azocompostos São compostos que apresentam o grupo funcional diazônio N N ligado a dois substi- tuintes derivados de hidrocarbonetos. Nomenclatura: cita-se o nome do menor substituinte seguido da palavra AZO seguido do nome do hidrocarboneto correspondente ao maior substituinte. N N N N CH3 CH3 fenil-azo-β-naftaleno metil-azo-o-tolueno N N N CH3 CH3 SO3Na 4-[p-(dimetil-amino)-fenil-azo]-benzeno-sulfonato de sódio (metilorange) 44 Compostos sulfurados 3.21. Tioálcoois ou mercaptanas Apresentam o grupo funcional sulfidrila ( R SH ) ligado a umsubstituinte derivado de hidro- carboneto. Nomenclatura: Na nomenclatura oficial (IUPAC) acrescenta-se o sufixo “tiol” ao nome do hidrocarboneto correspondente. Na nomenclatura usual cita-se o nome do substituinte seguido da palavra mercaptana. SHH3C SHCH2H3C CH2 CH CH2 SH SH SH metanotiol etanotiol propano-1,2,3-tritiol (metilmercaptana) (etilmercaptana) (tioglicerina) 3.22. Tioamidas São compostos teoricamente derivados das amidas pela substituição do oxigênio da carbonila por um átomo de enxofre. Nomenclatura: cita-se o prefixo TIO seguido do nome oficial ou usual da amida. H3C NH2 C S C NH2 NH2 S tioetanamida tiometanodiamida (tioacetamida) (tioformadiamida ou tiouréia) 3.23. Tioéteres ou sulfetos Obedecem à fórmula geral R'SR . Nomenclatura: SH3C CH3 SH3C CH2 CH3 metil-tio-metano metil-tio-etano (sulfeto de metila) (sulfeto de etil e metila) 3.24. Ácidos sulfônicos Obedecem à fórmula geral SO3H . Nomenclatura: SO3HH3C SO3H H3C ácido metano-sulfônico ácido 4-metil-benzeno-sulfônico (ácido metil-sulfônico) (ácido p-tolueno-sulfônico) SO3H ) 11 CH2(H3C ácido p-dodecil-benzeno-sulfônico (ácido sulfônico) 45 Compostos organometálicos São compostos que apresentam metal ligado diretamente ao carbono. 3.25. Compostos de Grignard Apresentam magnésio, um átomo de halogênio (X = Cl, Br ou I) e um grupo orgânico alcoil ou aril. Fórmula Geral: X Mg R Nomencltura: Br Mg CH3CH2 ClMg brometo de etilmagnésio cloreto de fenilmagnésio 3.26. Compostos de Frankland São compostos que possuem o metal zinco na molécula. Fórmula Geral: Nomencltura: Zn R' R Zn CH3 CH3 Zn CH3 dimetilzinco fenil-metilzinco 3.27. Compostos plúmbicos Apresentam o metal chumbo na molécula. Fórmula Geral: Nomenclatura: R R R R Pb H5C2 H5C2 C2H5 C2H5 Pb tetraetilchumbo (chumbotetraetila) 3.28. Compostos com funções mistas São compostos que apresentam duas ou mais funções diferentes (e, portanto, dois ou mais gru- pos funcionais diferentes). Ex. CH COOH OH H3C ácido 2-hidróxi-propanóico (ácido lático) Nomenclatura: Nesse tipo de composto, somente uma das funções presentes será considerada como função principal e somente o sufixo que a caracteriza fará parte do nome. Todas as demais funções serão indicadas por prefixos. 46 Segundo a IUPAC, a ordem de preferência na escolha da função principal é a seguinte: ácido carboxílico > aldeído > cetona > amina > álcool > haleto NH2 COOHCHCH2H3C ácido 2-aminobutanóico ou ácido -aminobutanóico OHH3C O C CH2 CH2 4-hidróxi-butan-2-ona 3.29. Séries orgânicas A classificação dos compostos orgânicos em funções facilita o estudo da Química Orgânica; porém, o número elevado de compostos orgânicos exige a criação de outras subdivisões, como, por exemplo, as séries orgânicas. Um conjunto de compostos orgânicos constitui uma série orgânica quando a diferença entre dois compostos consecutivos é dada por um termo constante. 3.29.1. Séries homólogas São seqüências de compostos pertencentes à mesma função orgânica e que diferem entre dois compostos consecutivos por um grupo CH2. Exemplos: Série homóloga dos alcanos: CH4 + CH2 = C2H6 + CH2 = C3H8 + CH2 = C4H10 F.G.: CnH2n + 2 Série homóloga dos alcenos: C2H4 + CH2 = C3H6 + CH2 = C4H8 + CH2 = C5H10 F.G.: CnH2n Série homóloga dos alcinos: C2H2 + CH2 = C3H4 + CH2 = C4H6 + CH2 = C5H8 F.G.: CnH2n – 2 Série homóloga dos ácidos carboxílicos: CH2O2 + CH2 = C2H4O2 + CH2 = C3H6O2 + CH2 = C4H8O2 F.G.: CnH2nO2 Os compostos formadores de uma série homóloga são denominados HOMÓLOGOS entre si; suas propriedades químicas são semelhantes, pois pertencem à mesma função química, e suas propriedades físicas vão variando gradativamente à medida que aumenta o tamanho da cadeia carbônica. 3.29.2. Séries isólogas São sequências de compostos que diferem entre dois compostos consecutivos por um ou mais H2. Exemplos: C4H10 - H2 = C4H8 - H2 = C4H6 ou C2H2 + H2 = C2H4 + H2 = C2H6 47 Os isólogos formadores de uma série isóloga são denominados ISÓLOGOS entre si. Eles dife- rem pela saturação ou pela ciclização. Em geral suas propriedades físicas são semelhantes, pois as massas moleculares são próximas. Suas propriedades químicas, porém, são bem diferentes, pois a estrutura molecular vai mudando. 3.29.3. Séries heterólogas São conjuntos de compostos de funções diferentes contendo, porém, o mesmo número de áto- mos de carbono. Exemplos: C2H6 hidrocarboneto etano C2H6O álcool etanol C2H4O aldeído etanal C2H4O2 ácido carboxílico ácido etanóico As propriedades físicas e químicas dos compostos são diferentes. 48 4. ISOMERIA (do grego: isos = igual; meros = partes) A isomeria é o fenômeno pelo qual, compostos de mesma fórmula molecular apresentam pro- priedades diferentes, devido a diferentes arranjos dos átomos na formação da molécula. Ex. C2H6O que é a fórmula molecular do etanol (álcool) e do metóxi-metano (éter). OHH3C CH2 etanol O CH3H3C metóxi-metano O etanol (álcool etílico) é um líquido que ferve a 78 °C, enquanto que o metóxi-metano (éter metílico) é um gás que se liquefaz a – 24 °C. Existem diversos tipos de isomeria, conforme o quadro: - cadeia - de esqueleto - núcleo PLANA - de posição - de função ou química - de compensação ou metameria ISOMERIA - tautomeria ou isomeria dinâmica - cis - trans - geométrica ESPACIAL ou - baeyeriana ESTEREOISOMERIA - óptica 4.1. Isomeria plana É aquela em que os compostos isômeros diferem entre si pelas suas fórmulas estruturais pla- nas. 4.1.1. Isomeria de esqueleto É o caso de isomeria plana na qual os compostos isômeros pertencem à mesma função quími- ca, mas apresentam cadeias carbônicas (cadeia principal) diferentes. No caso de compostos cícli- cos, a isomeria pode ser chamada de isomeria de núcleo. A isomeria de cadeia aparece em todas as funções químicas. Ex. isomeria de cadeia C4H8O H3C H O C CH2CH2 H O C CH CH3 H3C butanal metilpropanal C5H10O2 H3C O C OH CH2CH2CH2 CH O C OH CH3 CH2H3C O C OH C CH3 CH3 H3C ácido pentanóico ácido 2-metil-butanóico ácido dimetilpropanóico 49 C4H10 CH3CH2CH2H3C H3C CH CH3 CH3 butano metilpropano Ex. isomeria de núcleo C4H8 H2C H2C CH2 CH2 H2C CH CH3 CH2 ciclobutano metilciclopropano 4.1.2. Isomeria de posição Ocorre quando os isômeros têm a mesma cadeia carbônica (cadeia principal), mas diferem pe- la posição de radicais, grupos funcionais ou ligações duplas ou triplas. Nesse tipo de isomeria, os isômeros também pertencem sempre à mesma função química. Ex. C6H14 H3C CH CH3 CH2 CH2 CH3 H3C CH2 CH CH3 CH2 CH3 2-metilpentano 3-metilpentano C3H8O CH2 OH CH2 CH3 H3C CH OH CH3 propan-1-ol propan-2-ol C4H6Cl2Cl Cl CH2H2C CHHC Cl Cl CH2 H2C CH HC 1,2-diclorociclobutano 1,3-diclorociclobutano C4H8 CHH2C CH2 CH3 CH CH CH3H3C but-1-eno but-2-eno 50 4.1.3. Isomeria de função ou funcional Ocorre quando os isômeros pertencem a funções químicas diferentes. Os casos mais comuns de isomeria de função ocorrem entre: álcoois e éteres; aldeídos e cetonas; ácidos carboxílicos e ésteres; álcoois aromáticos, éteres aromáticos e fenóis. Ex. C2H6O OHCH2H3C CH3H3C O etanol (álcool) metóxi-metano (éter) C3H6O H CH2H3C O C O CH3C CH3 propanal (aldeído) propanona (cetona) C3H6O2 OH O C CH2H3C O H3C O C CH3 ácido propanóico (ácido carboxílico) acetato de metila (éster) C7H8O CH2 OH CH3O CH3 OH fenilmetanol metóxi-benzeno 1-hidroxi-2-metilbenzeno (álcool) (éter) (fenol) 4.1.4. Isomeria de compensação ou metameria (meta = mudança + meros = partes) É o caso de isomeria em que os isômeros pertencem à mesma função e apresentam o mesmo tipo de cadeia, mas apresentam diferença na posição de um heteroátomo. A metameria pode ser considerada um caso particular de isomeria de posição. Ex. C4H10O CH3H3C CH2OCH2 CH2O CH2H3C CH3 etóxi-etano metóxi-propano (éter etílico) (éter metilpropílico) C4H8O2 CH3O CH2 H3C O C CH3O CH2H3C O C etanoato de etila propanoato de metila (acetato de etila) (propionato de metila) C4H11N NH CH3H3C CH2CH2 NH CH3H3C CH2CH2 N-etiletanamina N-metilpropanamina (dietilamina) (metilpropilamina) 51 4.1.5. Isomeria dinâmica ou tautomeria (tautos = dois de si mesmo) Esse é um caso particular de isomeria de função, onde os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em solução. A tautomeria pode ser considerada um caso especial de isomeria funcional, já que os isômeros pertencem a funções químicas diferentes. Os isômeros em equilíbrio denomi- nam-se tautômeros e o fenômeno de transformação de um isômero no outro recebe o nome de tautomerização, já a solução que contém os dois isômeros chama-se alelotrópica. Os principais casos de tautomeria envolvem compostos carbonílicos. Ex. Ao preparar uma solução de aldeído acético, uma pequena parte se transforma em etenol que, por sua vez regenera o aldeído, estabelecendo um equilíbrio dinâmico. C2H4O C H H H H H H CC O OH H C etanal etenol (aldeído) (enol) Uma vez atingido o equilíbrio, a quantidade de aldeído é muito superior à quantidade de enol. Nesse exemplo, o equilíbrio é chamado de aldo-enólico, pois aconteceu entre um aldeído e um enol, mas existem também equilíbrios chamados ceto-enólicos, que ocorrem entre uma cetona e um enol. C3H6O C H H H H CC O CH3CH3 OH H C propanona prop-2-en-2-ol (isopropenol) (cetona) (enol) 4.2. Isomeria espacial ou estereoisomeria É a isomeria em que os compostos apresentam a mesma fórmula molecular e a mesma fórmu- la estrutural plana, diferindo entre si por suas fórmulas espaciais, ou seja, diferem no modo como os átomos estão orientados no espaço. A isomeria espacial pode ser geométrica ou óptica. 4.2.1. Isomeria geométrica: é um tipo de isomeria espacial que avalia e compara a posição no espaço dos ligantes de dois átomos de carbono em uma cadeia. 4.2.1.1. CIS – TRANS: O nome desta modalidade de isomeria provém das preposições lati- nas CIS e TRANS, que significam, respectivamente, “para cá de” e “para lá de”. Este caso de isomeria ocorre entre os isômeros que apresentam uma dupla ligação ou cadeia cíclica. • Presença de uma dupla ligação: Uma característica muito importante das ligações duplas é a falta de rotação livre. A ligação (responsável pela dupla ligação) impede a rotação dos átomos de C. Este impedimento de rotação produz duas fórmulas espaciais diferentes quando os átomos de carbono da dupla estão ligados a átomos ou grupos de átomos diferentes. 52 Ex. O C2H2Cl2 que pode formar o 1,2-dicloro-eteno, cuja fórmula estrutural plana é C H ClCl C H As duas estruturas são diferentes, embora possuam a mesma fórmula plana. Convencionou-se que a estrutura espacial que apresenta os ligantes iguais do mesmo lado do plano que contém os carbonos da dupla, chama-se CIS. Caso os ligantes iguais estejam em lados opostos, em relação ao plano que contém os carbonos da dupla, a estrutura espacial chama-se TRANS. Esquematicamente, pode-se representar as estruturas CIS e TRANS: H HCl Cl C C plano plano C C Cl ClH H CIS-1,2-dicloroeteno TRANS-1,2-dicloroeteno Ex. 2) O C4H8 que pode formar o but-2-eno, cuja fórmula estrutural plana é: CH3CH CHH3C Na prática, verifica-se que existem dois compostos diferentes com essa mesma fórmula estrutural plana: CH3 CH3 plano C C H H CH3 CH3 plano C C H H CIS-but-2-eno TRANS-but-2-eno • Cadeia cíclica: Os compostos cíclicos apresentam uma estrutura rígida (os átomos de car- bono não fazem rotação completa em torno dos seus eixos sem que haja rompimento do ciclo). Assim, se pelo menos dois átomos de carbono do ciclo possuírem ligantes diferentes entre si e iguais aos de um outro átomo de carbono, ocorrerá isomeria geométrica (também chamada iso- meria baeyeriana, em homenagem a Adolf von Baeyer). Os critérios para a determinação das formas CIS e TRANS são os mesmos aplicados para o caso em que ocorre uma dupla ligação. Ex. 1) O composto 1,2-diclorociclopropano. Na prática, verifica-se que existem dois compostos diferentes com essa mesma fórmula estrutural plana: um composto apresenta P. F. igual a – 80 °C e P. E. igual a 60 °C e o outro tem P. F. de –50 °C e P. E. de 48 °C. 53 H Cl H C CC Cl H H Cl H Cl H C CC H H CIS-1,2-diclorociclopropano TRANS-1,2-diclorociclopropano Ex. 2) O composto 1,2-dimetilciclopentano: H H CH3H3C C C C C H3C H CH3 H CIS-1,2-dimetilciclopentano TRANS-1,2-dimetilciclopentano 4.2.1.2. Isomeria E e Z: Nos casos em que pelo menos três dos quatro ligantes dos carbonos da dupla ligação são diferentes entre si é mais correto usar o sistema de nomenclatura E-Z, pois os termos CIS e TRANS podem se tornar ambíguos. As letras E e Z vêm das palavras alemãs ENTGEGEN (que significa opostos) e ZUSAMMEN (que significa juntos), respectivamente. No sistema E-Z os dois grupos ligados a cada carbono da dupla ligação são colocados em or- dem de prioridade. Terá maior prioridade o ligante cujo átomo imediatamente ligado ao carbono da dupla tiver maior número atômico. Ex. O composto 2-clorobut-2-eno ba CC Cl H H3C CH3 No caso do C(a), o grupo de maior prioridade é o Cl, já no C(b) é o CH3. Dessa forma, a estrutura que apresentar estes grupos do mesmo lado do plano será o isômero Z e o que apresentá-las em lados opostos será o isômero E. Cl plano C C H CH3 H3C Cl plano C C H CH3 CH3 Z-2-clorobut-2-eno E-2-clorobut-2-eno Ex. 3-metilpent-2-eno CH3 Z do C = 6 C(a) grupos ligantes Cl Z do Cl = 17 C(b) grupos ligantes CH3 Z do C = 6 H Z do H = 1 C(a) grupos ligantes CH3 Z do C = 6, mas ligado a H que tem Z = 1 H Z do H = 1 C(b) grupos ligantes CH3 Z do C = 6 54 CH2 ba CC H H3C CH3 CH3 Assim: plano C C H CH3 H3C CH 2 CH3 H3C plano C C H H3C CH2 CH3 Z-3-metilpent-2-eno E-3-metilpent-2-eno Isomeria E e Z em compostos cíclicos: O sistema de nomenclatura E-Z também pode ser apli-cado em compostos de cadeia fechada. Ex. O composto 1-cloro-1-etil-2-metilciclobutano H Cl C C ba CH3 CH3CH2 ClH C C ba CH3 CH3CH2 Z-1-cloro-1-etil-2-metilciclobutano E-1-cloro-1-etil-2-metilciclobutano No átomo de C(a) o ligante de maior prioridade é o metil, já que o carbono possui número atô- mico 6, maior que o número atômico do hidrogênio, que é 1. No átomo de C(b) o ligante de maior prioridade é o cloro, que possui número atômico 17, por- tanto, maior que o número atômico do carbono (do radical etil), que é 6. 4.2.2. Isomeria óptica: Trata-se de um caso de isomeria espacial (os isômeros possuem a mesma fórmula plana) onde os isômeros apresentam diferentes capacidades para desviar o plano de vibração da luz polarizada quando esta atravessa as moléculas da substância isômera. 4.2.2.1. Luz natural: Segundo o modelo ondulatório, a luz natural é composta de ondas ele- tromagnéticas que vibram em infinitos planos perpendiculares à direção de propagação da luz. Na luz natural as vibrações se dão em todos os planos que contém o eixo xy que representa a direção de um raio luminoso. 55 4.2.2.2. Polarização da luz: Pode-se obter luz polarizada fazendo-se a luz natural atravessar um polarizador como, por exemplo, uma lente polaróide ou um prisma de Nicol. A luz polarizada é um conjunto de ondas eletromagnéticas que vibram ao longo de um único plano, denominado plano de polarização. 4.2.2.3. Atividade óptica: Substâncias opticamente ativas são aquelas que têm a propriedade de desviar o plano de vibração da luz polarizada. As que desviam esse plano para a direita (senti- do horário) são chamadas DEXTRÓGIRAS; as que desviam para a esquerda (sentido anti- horário) são chamadas LEVÓGIRAS. A atividade óptica pode ser causada por assimetria cristalina ou por assimetria molecular. Na Química Orgânica só interessa a atividade óptica causada pela assimetria molecular. Um modo de se verificar se a molécula de determinado composto orgânico é assimétrica – e, portanto, se possui atividade óptica – é observar se essa molécula possui átomo de carbono assi- métrico ou quiral (do grego cheiral = mão). Um átomo de carbono é considerado assimétrico quando apresentar quatro grupos ligantes di- ferentes entre si. Na fórmula estrutural, tal fato é indicado por um asterístico (*). Exemplo: carbono assimétrico no 3-metil-hexano CH3 H CH3CH2CH2C*CH2H3C Ligantes do átomo de carbono C*: etil metil n-propil hidrogênio ▪ Isomeria óptica com 1 átomo de carbono assimétrico (1 C*): Todo composto cuja molécu- la contém um C* é assimétrica e, apresenta três isômeros ópticos – um dextrógiro, um levógiro e um racêmico. Os isômeros dextrógiro e levógiro, constituem um par de antípodas ópticos, ou enantiomorfos, cujas moléculas se comportam como objeto e imagem ao espelho plano. O isôme- ro racêmico, ou racemado, é opticamente inativo (inativo por compensação externa), isto é, não desvia o plano de vibração da luz polarizada, porque, é formado de quantidades equimolares dos dois antípodas ópticos cujas moléculas provocam desvios contrários na luz polarizada sendo o desvio final nulo, pois uma molécula cancela o desvio da outra. A luz natural ao atravessar um prisma de Nicol fica polarizada. Na luz polarizada as vibrações se dão num único plano. Substâncias dextrógiras e levógiras desviam o plano de vibração da luz polarizada para a direita e para a esquerda, respectiva mente. 56 Um isômero dextrógiro é representado pela letra (d) ou sinal (+) anteposto ao nome do com- posto; o levógiro pela letra (l) ou sinal (-) e o racêmico pelas letras (dl) ou sinal (). Ex. Ácido lático OH OH H C*H3C O C Assim, tem-se os três isômeros do ácido lático: (d) ácido lático (l) ácido lático (dl) ácido lático Os isômeros ópticos são quimicamente e fisicamente iguais, mas apresentam diferenças em suas propriedades fisiológicas. PF Densidade Constante de ionização Ângulo de desvio (d)ácido lático 52 °C 1.25 g/cm3 1,4.10-4 + 2,6° (l)ácido lático 52 °C 1.25 g/cm3 1,4.10-4 - 2,6° Obs. A única maneira de se saber se um isômero é dextrógiro (d) ou levógiro (l) consiste em utilizar um polarí- metro. É impossível obter tal informação pela simples análise da fórmula estrutural do isômero. ▪ Isomeria óptica com 2 átomos de carbono assimétricos diferentes (2C*): Num composto com 2C* diferentes na molécula tem-se quatro possibilidades diferentes de ligação entre eles, dando origem a quatro isômeros opticamente ativos. Ex. 3-clorobutan-2-ol ClOH HH CH3H3C C* C* Tem-se as seguintes fórmulas espaciais: (d1) (l1) (d2) (l2) (I) (II) (III) (IV) Sendo e os ângulos de desvio do plano de vibração da luz polarizada correspondentes a cada C*, e representando-se pelo sinal (+) o desvio para a direita, e pelo sinal (-) o desvio para a Representando-se por C1 e C2 esses 2C* diferentes, tem- se dois pares de antípodas ópticos: C1(d)– C2(d) e C1(l)– C2(l) C1(d)– C2(l) e C1(l)– C2(d) (I) (II) (III) (IV) 1º par 2º par 57 esquerda, os ângulos de desvio do plano de vibração da luz polarizada produzidos pelos 4 isôme- ros opticamente ativos são: + - + - + - - + + (+) - (+) + ( - ) - ( - ) Conclusão: Os compostos com 2C* na molécula apresentam 4 isômeros opticamente ativos formando dois pares de antípodas ópticos. Existem dois isômeros dextrógiros (d1 e d2), dois levó- giros (l1 e l2) e os dois racêmicos (d1 l1 e d2 l2). ▪ Isomeria óptica com “n” átomos de carbono assimétricos (n C*): O número de isômeros pela fórmula de Van’t Hoff: Nº de isômeros opticamente ativos: i = 2n Nº de isômeros racêmicos: i = 2n - 1 Sendo: n = número de C* diferentes e i = número de isômeros possíveis. Exemplo: Um composto com 4C* terá: Isômeros opticamente ativos: i = 24 → i = 16 Isômeros racêmicos: i = 24 – 1 → i = 8 Total: → 24 isômeros Pares de isômeros opticamente ativos que, quando misturados em quantidades iguais, não ori- ginam uma mistura racêmica são chamados diastereoisômeros. No caso de um composto com 2C* diferentes na molécula, o isômero d1 é enanteomorfo do isômero l1, e diastereoisômero dos isômeros d2 e l2; o isômero l1 é enanteomorfo do isômero d1, e diastereoisômero dos isômeros d2 e l2; o isômero d2 é enanteomorfo do isômero l2, e diastereoi- sômero dos isômeros d1 e l1, o isômero l2 é enanteomorfo do isômero d2, e diastereoisômero dos isômeros d1 e l1. ▪ Isomeria óptica com C* equivalentes: Os carbonos assimétricos equivalentes possuem os 4 radicais 2 a 2 iguais. Exemplo: ácido tartárico (di-hidróxi-succínico) Assim, tem-se as seguintes possibilidades de desvio total provocado pela ação simultânea dos 2 C*: + - + - + - - + +2 -2 0 0 antípodas ópticos iguais (opticamente inativos) (MESO) Compostos com 2 C* iguais na molécula apresentam 4 isômeros ópticos, dois opticamente ativos (dextrógiro elevógiro) e dois opticamente inativos; um desses é o racêmico (d,l) e o outro é o chamado MESO. O isômero racêmico é opticamente inativo por compensação externa, ou intermolecular, o isômero MESO é opticamente inativo por compensação interna ou intramolecular. Como os C* são iguais, ou seja, apresentam os mesmos grupos ligantes, o ângulo de desvio da luz polarizada que cada um dos carbonos assimétricos provoca é o mesmo: . 58 4.2.2.4. Sistema R-S, ou sistema Cohn-Ingold-Prelog, de nomenclatura para os isômeros ópti- cos: Arepresentação das fórmulas estruturais dos isômeros d e l é imprópria, pois só se pode sa- ber se uma estrutura corresponde ao isômero d ou l utilizando um polarímetro. Para superar esta inadequação, três químicos – Cohn, Ingold e Prelog – propuseram, em 1960, uma nova nomenclatura. Nesta, os isômeros são representados por dois símbolos, R (do latim rectus = direita) e S (do latim sinister = esquerda). Estas notações são precisas, não dando mar- gem a dúvidas na representação das fórmulas estruturais de cada isômero, e estão baseadas na chamada escala de prioridade dos grupos ligantes. Nesta escala cada grupo ligado a um carbono quiral (C*) recebe um número de prioridade de 1 a 4. A prioridade é definida primeiro pelo nú- mero atômico do átomo que está ligado diretamente ao carbono quiral. Exemplo: ácido láctico OH OH H C*H3C O C Quando uma indicação de prioridade não pode ser feita baseada no número atômico dos áto- mos diretamente unidos ao carbono quiral, então o próximo conjunto de átomos nos grupos é examinado e este processo é aplicado sucessivamente até que se possa tomar uma decisão. Para compostos contendo ligações duplas ou triplas, a prioridade é dada como se ambos os átomos fossem duplicados ou triplicados. De acordo com o sistema R-S, deve ser representada a face do tetraedro que apresenta os três grupos com maiores prioridades, ficando o grupo de menor prioridade colocado atrás do triângulo determinado pelos outros ligantes. Ácido (S)-láticoÁcido (R)-lático OH CH3HOOC H3C COOH OH 4.2.3. Principais conceitos referentes à isomeria óptica 01. Isomeria Óptica: É um caso de isomeria espacial (os isômeros possuem a mesma fórmula plana), onde os isômeros apresentam diferentes capacidades para desviar o plano da luz pola- rizada, quando esta atravessa as moléculas da substância isômera. 02. Luz natural: É aquela cujas ondas eletromagnéticas se propagam em infinitos planos de vibra- ção. Ex. lâmpada incandescente, luz solar, etc. 03. Luz polarizada: É aquela que emerge pela passagem da luz natural através de um polarizador. Possui apenas um único plano de vibração. 04. Polarímetro: Aparelho utilizado para medir os desvios do plano de luz polarizada. Ordem de prioridade dos grupos ligados ao C*: OH COOH CH3 H É designada pela letra R a es- trutura que apresenta a ordem de- crescente de prioridade no sentido horário, sendo a outra estrutura designada S. 59 05. Polarizador: Meio utilizado para transformar a luz natural em luz polarizada. Ex. Prisma de Nicol, que é constituído de 2 cristais de carbonato de cálcio transparente (calcita ou espato-de- Islância), unidos por uma resina conhecida por bálsamo-do-Canadá. 06. Substâncias opticamente ativas: São aquelas capazes de produzir desvios no plano de vibra- ção da luz polarizada (o oposto de inativas). 07. Carbono assimétrico (carbono quiral) C*: É aquele que possui 4 ligantes, todos diferentes entre si. Entende-se por ligantes as 4 estruturas completas ligadas ao carbono e não apenas os 4 átoms diretamente ligados. 08. Molécula assimétrica ou quiral: É aquela que não se consegue dividir em partes iguais, isto é, não possui nenhum plano de simetria. Possui atividade óptica (o oposto de simétrica). 09. Substância dextrógira: É uma substância opticamente ativa que gira o plano de luz polarizada para a direita (sentido horário). Convenção: d ou (+). 10. Substância levógira: É uma substância opticamente ativa que gira o plano de luz polarizada para a esquerda (sentido anti-horário). Convenção: l ou (-). 11. Enantiomorfos (antípodas ópticos ou moléculas quirais): Pares de isômeros ópticos que giram o plano de vibração da luz polarizada de um mesmo ângulo, só que em sentidos opostos. São imagens especulares um do outro e não são sobreponíveis. 12. Mistura racêmica: Mistura de partes iguais de 2 enantiomorfos. É opticamente inativa por compensação externa. Convenção d, l. 13. Diastereômeros (diastereoisômeros): Isômeros ópticos que giram o plano de vibração da luz polarizada em ângulos diferentes e não são imagens especulares um do outro. 14. Isômero meso: Isômero opticamente inativo por compensação interna. Ocorre quando a molé- cula possui 2 carbonos assimétricos e iguais. 60 5. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS 5.1. Ponto de fusão e ponto de ebulição dos compostos orgânicos A temperatura de fusão, a temperatura de ebulição e a consequente fase de agregação de um composto orgânico dependem fundamentalmente de dois fatores: - das forças intermoleculares existentes entre as moléculas do composto; - do tamanho (massa molecular) das moléculas do composto. Os hidrocarbonetos tanto alifáticos (alcanos, alcenos, alcinos, ciclanos, ciclenos e alcadienos) quanto aromáticos são apolares ou pouco polares, interagindo-se por meio das forças de Van der Waals. Devido à pequena atração entre suas moléculas, apresentam pontos de fusão e ebulição baixos. Comparando hidrocarbonetos de cadeia normal, de uma mesma classe, observa-se que os pontos de fusão (não de forma tão regular) e de ebulição aumentam com o aumento da massa molar do composto. Esse aumento nos P.F. e P.E. ocorrem em razão do aumento das forças intermoleculares, que tendem a aumentar do metano para o hexano, pois há um aumento do tamanho e das superfícies das moléculas, o que permite mais pontos de contato entre elas, aumentando as forças intermoleculares e, consequentemente, provocando um aumento das temperaturas de fusão e ebulição. Comparando-se hidrocarbonetos de cadeia normal e de cadeia ramificada com a mesma massa molar (isômeros), observa-se que os compostos de cadeia normal têm pontos de fusão e ebuli- ção mais elevados que os de cadeia ramificada. Isso acontece porque entre cadeias normais há mais pontos de atração (pontos de aplicação das forças de Van der Waals) que facilitam a atração recíproca, ao contrário do que acontece entre cadeias ramificadas que são mais compactas. Um exemplo importante de substâncias polares é o da série homóloga dos haletos orgânicos, cujas moléculas são polares, devido à maior eletronegatividade dos halogênios em relação ao carbono. Desse modo as moléculas dos haletos se atraem com mais força (é a força dipolo-dipolo), o que influi consideravel- mente nas propriedades físicas e químicas dos haletos. Assim, por exemplo, seus pontos de fusão e ebulição são mais altos do que o dos hidrocarbonetos correspondentes. Nota-se também que o ponto de ebulição aumenta rapidamente com aumento da massa atômi- ca do halogênio. Esse mesmo comportamento se verifica em outras funções, cujas moléculas sejam polares, como, por exemplo, os aldeídos e as cetonas. Já as moléculas dos alcoóis unem-se entre si por meio de pontes de hidrogênio, que representam as forças mais intensas que podem unir as moléculas. Em virtude desse tipo de ligação os alcoóis apresen- tam pontos de fusão e ebulição bem superiores, por exemplo, aos dos alcanos correspondentes. Fatos idênticos ocorrem com outras funções que apresentam pontes de hidrogênio entre suas moléculas. Um caso interessante é o que ocorre nos ácidos carboxílicos, que formam pontes de hidrogênio duplas entre duas moléculas, dando Nome Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) metano -183,3 -161,5 etano -172 -88,6 propano -188 -42,1 butano -138 0 pentano -130 36,1 hexano -95 68,7 Nome Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) butano -138 0 isobutano -159 -12 pentano -130 36,1 isopentano -160 27,7 Nome Ponto de ebulição (°C) metano -161,5 fluormetano -78,2 clorometano -23,8 bromometano 4,5 iodometano 42,4 Álcool Ponto de ebulição (°C) Alcano Ponto de ebulição (°C) metanol 64,8 metano -161,5 etanol 78,5 etano -88,6propan-1-ol 97,4 propano -42,1 butan-1-ol 117,3 butano -0,5 pentan-1-ol 138,1 pentano 36,1 hexan-1-ol 157,2 hexano 69,2 Ácido Ponto de ebulição (°C) Álcool Ponto de ebulição (°C) metanóico 100,6 metanol 64,8 etanóico 118,2 etanol 78,5 propanóico 141,8 propan-1-ol 97,4 61 origem a um dímero. Por esse motivo, os pontos de ebulição dos ácidos carboxílicos são ainda mais altos do que os dos alcoóis correspondentes. 5.2. Solubilidade dos compostos orgânicos A solubilidade de um sólido em um líquido ou a miscibilidade entre líquidos depende princi- palmente das forças intermoleculares existentes. Assim: Substâncias polares se dissolvem em líquidos polares; Substâncias apolares se dissolvem em líquidos apolares. Ou seja: “semelhante dissolve semelhante”. Como consequência, verifica-se que a maioria das substâncias orgânicas (que são apolares) não se dissolve na água (que é um líquido polar). Pelo contrário, as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis nos solventes orgânicos, como hidrocarbonetos, éteres, haletos, etc. que são apola- res ou pouco polares. Um caso interessante trata-se dos alcoóis. Os monoálcoois mais simples são totalmente miscí- veis com a água. A solubilidade é devida, neste caso, às pontes de hidrogênio formadas entre as molé- culas do álcool e as da água. No entanto, à medida que aumenta a cadeia carbônica, os monoálcoois saturados tornam-se líquidos viscosos e cada vez menos solúveis em água e mais solúveis em solventes orgânicos. 5.3. Densidade dos compostos orgânicos A densidade das substâncias depende principalmente de suas massas moleculares. Os alcanos líquidos são menos densos que a água. Uma explicação para esse fato é que os al- canos são formados por átomos mais leves – carbono (massa atômica 12) e hidrogênio (massa atômica 1) – e suas moléculas estão mais espaçadas devido às fracas forças de Van der Waals. A água, pelo contrário, é formada por um átomo mais pesado – oxigênio (massa atômica 16) – além do hidrogênio, e suas moléculas estão menos espaçadas devido às pontes de hidrogênio. Outras funções orgânicas, formadas apenas por carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, continuam sendo, em geral, menos densas que a água. Um caso interessante é o dos haletos orgâ- nicos que são mais densos que a água. Isso se deve ao fato das massas atômicas do flúor (19), cloro (35,5), bromo (80) e iodo (127) serem bem maiores que as massas do carbono e hidrogênio. Como consequência, os haletos líquidos são mais densos do que á água. ÁLCOOL Solubilidade em água (g/100g de H2O) CH3OH ilimitada CH3CH2OH ilimitada CH3CH2CH2OH ilimitada CH3CH2CH2CH2OH 8,0 CH3CH2CH2CH2CH2OH 2,2 CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 0,6 62 6. REAÇÕES ORGÂNICAS As reações orgânicas podem ser classificadas de várias formas; mas alguns dos tipos princi- pais são adição, substituição e eliminação. 6.1. Reações de adição Duas ou mais moléculas se associam, originando uma única molécula. As reações de adição são características de compostos insaturados, isto é, que possuem ligações duplas ou triplas entre carbonos, como os alcinos, os alcenos e os alcadienos. Nesses casos a ligação pi (л), que é mais fraca, é rompida, permitindo assim que os elétrons que eram compartilhados entre os átomos de carbono passem a ser compartilhados com átomos de outros elementos “adicionados” à molécula, numa ligação simples. Podem-se adicionar ao composto orgânico, hidrogênio, halogênios, haletos de hidrogênio, água, cianeto de hidrogênio. H2C CH2 + HCl CH3 CH2 Cl H3C C N + 2H2 H3C CH2 NH2 H3C C O H + HCN H3C C CN OH H cianidrina 6.2. Reações de substituição Nesse tipo de reação ocorre a troca de um átomo (ou grupo de átomos) que faz parte do composto orgânico por outro átomo (ou grupo de átomos), ou seja, um grupo ligado a um átomo de carbono é removido e outro toma o seu lugar. Não há variação no grau de insaturação, isto é, o número de ligantes em torno do átomo de carbono não se altera. Ocorre geralmente em alcanos, aromáticos, derivados do benzeno e em haletos orgânicos. Alguns exemplos de substituição são a halogenação, a nitração, a sulfonação, a alquilação e a acilação. H3C CH2 Br + NaOH H3C CH2 OH + NaBr CH3 CH CH3 CH3 + HNO3 NO2 150 ºC CH3 C CH3 NO2 CH3 + H2O 6.3. Reações de eliminação Nesse tipo de reação ocorre a saída de ligantes de uma molécula sem que aconteça a substi- tuição desses ligantes por outros, dando origem a ligações duplas ou triplas. Partindo-se de um composto orgânico, obtêm-se outros dois, um orgânico e um inorgânico. Pode ser uma reação de eliminação intramolecular (intra = dentro), ou seja, a própria molécula elimina alguns de seus átomos; ou intermolecular (inter= entre, no meio), onde duas moléculas do composto orgânico interagem unindo-se e eliminando determinado grupo de átomos. H2C OH CH2 H + Al2O3 H2C CH2 + H2O H3C CH Br C H CH3 CH3 OH - H3C CH C CH3 CH3 + HBr 63 7. OBTENÇÕES E PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS HIDROCARBONETOS 7.1. Alcanos 7.1.1. Processos de obtenção de alcanos Os alcanos, até o n-pentano e o isopentano podem ser obtidos diretamente pela destilação fra- cionada do petróleo e do gás natural. O neopentano não ocorre naturalmente e o número elevado de isômeros existentes em alcanos com seis ou mais átomos de C dificulta a separação individual dos alcanos. Por esse motivo esses alcanos são sintetizados através de métodos de laboratório. • Métodos que mantém a cadeia carbônica: 7.1.1.1. Método de SABATIER-SENDERENS: Os cientistas Paul Sabatier (1854 – 1941), químico francês, e seu compatriota e colaborador Jean Baptiste Senderens (1856 – 1917) elabora- ram, em 1897, o processo de obtenção de alcanos que consiste na hidrogenação catalítica de alce- nos ou alcinos na presença de catalisador (Ni ou Pt). Essa reação ocorre com os reagentes na fase gasosa e aquecidos entre 150 ºC e 200 ºC. O catalisador é usado pulverizado e adsorve as molé- culas do H2 e do alceno ou do alcino, enfraquecendo as suas ligações π e facilitando a formação do alcano. Se o reagente for um alcino a reação ocorre em etapas, primeiro quebrando uma liga- ção π formando alceno e após quebrando a outra ligação π formando alcano. H3C CH CH CH2 CH3 + H2 Ni CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH CH2 + H2 Pt H3C CH CH3 H3C CH CH3 CH2 CH3 7.1.1.2. Método de BERTHELOT: O químico francês Pierre Eugene Marcelin Berthelot (1827 – 1907) elaborou em 1870, o processo de obtenção de alcanos que consiste no tratamento, em condições enérgicas (pressão e temperatura elevados), de haletos de alcoíla, alcoóis e ácidos carboxílicos pela solução concentrada de HI. O HI provoca a redução do composto com o qual reage, daí ser conhecido como redutor de Berthelot. CH3–CH2–CH2–I + HI(conc ∆ P CH3–CH2–CH3 + I2 C OH O + 6HI (conc.) PH3C CH2 H3C CH2 CH3 + 2H2O + 3I2 7.1.1.3. Método de GRIGNARD: O químico francês Victor Grignard (1871 – 1935) elaborou o processo para a obtenção de alcanos que consiste na hidrólise (reação com água) de compostos de Grignard alifáticos e saturados. H3C CH2 MgCl + H2O H3C CH3 + MgOHCl H3C CH2 CH CH3 BrMg + H2O H3C CH2 CH2 CH3 + MgOHBr CH 3 CH 2 OH + HI 2 (conc. ) P H 3 C CH 2 CH 2 H 3 C CH 2 CH 2 + H 2 O + I 2 C C CH 3 + 2H 2 Pt H 3 C CH 2 CH 2 H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 64 • Métodos que aumentam a cadeia carbônica: 7.1.1.4. Síntese de GRIGNARD: Este processo de obtenção de alcanos também foi elaborado por Victor Grignard e consiste na reação entre um composto de Grignard e um haleto orgânico, ambos saturados e alifáticos. H3C CH2 MgCl + CH3 Cl éter H3C CH2 CH3 + MgCl2 H3C CH2 CH2 MgBr + CH3 Br éter H3C CH2 CH2 CH3 + MgBr2 7.1.1.5. Síntese de WURTZ: O químico francês Charles Adolphe Wurtz (1817 – 1884) elabo- rou, em 1855, o processopara obtenção de alcanos que consiste na reação de um haleto orgânico alifático saturado com sódio metálico em meio anidro. Este processo limita-se à obtenção de al- canos simétricos, pois para obtenção de alcanos com número ímpar de carbonos são necessários dois haletos diferentes, o que resulta numa mistura de produtos cuja separação não é fácil. Cl + 2Na éterH3C CH2 H3C CH2 CH2 CH3 + 2NaCl2 éter Br + 2NaH3C CH2 CH CH3 H3C CH2 CH CH3 CH CH3 CH2 CH3 + 2NaBr2 7.1.1.6. Síntese de KOLBE: O cientista alemão Adolf Wilhelm Hermann Kolbe (1818-1884) elaborou, em 1848, um processo de obtenção de alcanos baseado no fenômeno eletrolítico, ou seja, submetem-se soluções aquosas diluídas de monossais alcalinos alifáticos saturados à eletró- lise. Ex. H2O2 2H + + OH2 - H2O H3C CH22 C O O Na+ - +2 (aquoso) (aquoso) H3C CH22 C O ONa Cátodo: 2H + + 2e- H2 Ânodo: H3C CH22 C O O - H3C CH2 CH2 CH3 + 2CO2 + 2e - Equação global: H3C CH22 C O ONa + H2O2 c. e. H3C CH2 CH2 CH3 + NaOH2 + H2 + 2CO2 65 • Métodos que diminuem a cadeia carbônica: 7.1.1.7. Método de DUMAS: O químico francês Jean Baptista André Dumas (1800-1884) elaborou, em 1840, um processo de obtenção de alcanos que consiste na fusão de uma mistura de sal orgânico de ácido alifático saturado com cal sodada (mistura de hidróxido de sódio com óxido de cálcio). Observa-se que durante a fusão o sal sofre uma descarboxilação e, assim, o número de átomos de carbono do alcano será sempre menor do que o número de átomos de carbono do sal (método degenerativo). A presença do CaO tem por objetivo moderar a ação corrosiva do NaOH pois este ataca o vidro da aparelhagem. H3C CH2 C O ONa + NaOH CaO H3C CH3 Na2CO3+ 7.1.1.8. Obtenção de matérias primas a) Os compostos de Grignard são obtidos pela reação dos haletos de alquila com Mg. + Mg éter H3C CH2 MgH3C CH2 Cl Cl + Mg éterH3C CH2 CH CH3 Br H3C CH2 CH CH3 BrMg b) Os sais podem ser obtidos pela reação de ácidos carboxílicos com bases. + NaOHCH3 C O OH CH3 C O ONa + H2O c) Os haletos de alcoíla podem ser obtidos pela reação de alcoóis com tri-haletos de fósforo. OH + PCl3H3C CH23 H3C CH23 Cl + H3PO3 7.1.2. Propriedades químicas dos alcanos Os alcanos possuem baixíssima reatividade porque as ligações simples C-H e C-C são relati- vamente estáveis, difíceis de quebrar e são apolares. Eles não reagem com ácidos, bases, metais ou agentes oxidantes. Pode parecer surpreendente, mas o petróleo (em que o octano é um dos principais componentes) não reage com ácido sulfúrico concentrado, metal sódio ou manganato de potássio. Esta neutralidade é a origem do termo parafinas (do Latim para+affinis, que signifi- ca "pouca afinidade"). 7.1.2.1. Combustão: Os alcanos sofrem combustão, isto é, queimam com muita facilidade. A reação de combustão é uma reação de oxirredução, na qual o alcano é o redutor (aqui chamado de combustível) e o oxigênio do ar é oxidante (chamado de comburente). Provocada por uma chama ou faísca (que fornece a energia de ativação), a combustão é fácil, rápida e, às vezes, vio- lentamente explosiva. Essa facilidade é, em parte, justificada pela quantidade elevada de energia liberada na reação – fortemente exotérmica. A combustão é completa quando se forma somente CO2 e H2O e incompleta quando se forma fuligem C e CO além do gás carbônico e da água. Completa: H3C CH2 CH3 + 5O2 CO23 + 4H2O Incompleta: H3C CH2 CH32 + O27 2C + 2CO + 2CO2 + H2O8 66 7.1.2.2. Halogenação: Visto que os alcanos são pouco reativos, as suas reações de halogena- ção só se processam na presença de luz solar (λ), ultravioleta ou forte aquecimento. A halogena- ção de um alcano se dá por substituição de um átomo de hidrogênio por um halogênio, resultando em um haleto de alquila. Na cloração do metano e do etano os produtos são, respectivamente, cloro metano e cloro etano. CH4 + Cl2 λ CH3 Cl + HCl CH3 + Cl2 λ H3C H3C CH2 Cl + HCl Para alcanos com mais de dois carbonos existe mais de uma possibilidade para o halogênio se posicionar, tendo-se no final uma mistura de diferentes compostos substituídos. O produto da reação será uma mistura de isômeros de posição. Entretanto, as quantidades dos isômeros forma- dos diferem-se na mistura e será proporcional à seguinte ordem de facilidade com que o hidrogê- nio é liberado na molécula: H ligado a C terciário > H ligado a C secundário > H ligado a C primário. (A reação é de substituição e obedece a 1ª regra de Markownicoff que diz: nas reações de substituição é removido o hidrogênio do carbono menos hidrogenado). H3C CH2 CH3 + Br2 λ CH3 CH Br CH3 + HBr Obs.: 1) O flúor é muito reativo, e suas reações são explosivas e difíceis de controlar, chegando até mesmo a destruir a matéria orgânica. Já as reações com o iodo são extremamente lentas. 2) Se houver halogênio em excesso, essa reação continua processando, efetuando-se a substituição de to- dos os hidrogênios do alcano. CH44 + 10Cl2 λ CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 + 10HCl 7.1.2.3. 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. • Em alcanos de cadeia ramifica ocorre reação de substituição em temperatura de 150 ºC (obedece a 1ª regra de Markownicoff). Obs. Os alcanos de cadeia normal não reagem nestas condições. • Em temperatura de 420 ºC ocorre ruptura da cadeia carbônica formando uma mistura de nitrocompostos. ou 7.1.2.4. Sulfonação: Nessas reações um ou mais átomos de hidrogênio ligados a um dos car- bonos da cadeia carbônica são substituídos por um ou mais grupos sulfônicos (─ SO3H) do ácido sulfúrico concentrado e a quente (obedece a 1ª regra de Markownicoff), resultando uma mistura de vários isômeros de ácido sulfônico. H 3 C CH CH 3 CH 3 + HNO3 NO2 150 ºC H 3 C CH C NO 2 CH 3 CH 3 + H 2 O + NO 2 2 CH 3 NO 2 + NO 2 CH 2 CH 3 CH 3 H 3 C CH 2 HNO 3 420 ºC 2 CH 3 H 3 C CH 2 + 4 NO 2 HNO 3 420 ºC CH 3 NO 2 + NO 2 CH 2 NO 2 67 Ex. Monossulfonação do hexano: + H2SO4 SO3CH2 H3C CH2H3C CH2 CHCH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 SO3H + H2O + H2SO4 SO3CH2H3C CH2 CHCH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 SO3H + H2OH3C CH2 CH2+ H2SO4 SO3CH2H3C CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH3 SO3H + H2OCH2H2C em menor proporção 7.1.2.5. Craqueamento ou “Craking”: Consiste no aquecimento de alcanos, na ausência de O2, em temperaturas entre 500 ºC e 800 ºC, ocorrendo ruptura da cadeia carbônica originando uma mistura de hidrocarbonetos mais simples. CH2 CH2 CH3CH2H3C CH2 H3C CH2CH3 + CH2 CH CH3 + CH2 CH2 + CH3 CH2 CH2 CH3 2 CH2 CH2CH4 + + CH2 CH CH3 CH4 + CH CH + CH2CH3 CH3 CH2 CH2 CH3CH2H3C CH22 + CH2 CH2 CH3CH2H3C CH22 CH2 CH2 CH3CH2H3C CH2 7.2. Alcenos 7.2.1. Processos de obtenção de alcenos: Os alcenos raramente ocorrem na natureza. O mais comum é o eteno, produzido durante o amadurecimento das frutas. Os alcenos mais simples, até cinco átomos de carbono, podem ser obtidos em forma pura na indústria do petróleo. Os demais são produzidos artificialmente em laboratório ou em processos industriais. 7.2.1.1. Craqueamento de alcanos: Os alcanos, quando convenientemente aquecidos, sofrem ruptura homolítica na cadeia, resultando outros alcanos e alcenos de cadeias menores. Essa rea- ção é muito usada para se obter gasolina (mistura de octanos) a partir de querosene e óleo diesel (alcanos com mais de 16 carbonos). O alcano passa através de uma câmara aquecida à cerca de 500 a 800o C, utilizando geralmente um catalisador formado por óxidos metálicos. CH2 CH2 CH3CH2H3C CH2 H3C CH2 CH3 + CH2 CH CH3 CH2 CH2 CH3CH2H3C CH2 H3C CH2CH3 + CH2 CH CH3 + CH2 CH2 + CH3 CH2 CH2 CH3 2 CH2 CH2CH4 + + CH2 CH CH3 CH4 + CH CH + CH2CH3 CH3 CH2 CH2 CH3CH2H3C CH22 + CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 H 3C CH 2 H 3 C CH 2 CH 3 + CH 2 CH CH 3 68 7.2.1.2. Desidratação de alcoóis: Os álcoois podem ser desidratados com H2SO4 (ácido sulfú- rico) concentrado a quente ou com Al2O3 (alumina). Havendo várias possibilidades para a retira- da de um H, de preferência é removido o H do carbono menos hidrogenado vizinho ao grupo OH, ou seja, deve se formar o alceno mais ramificado (regra de SAYTZEFF). a) Com alumina (Al2O3) a quente (método de IPATIEV): b) Com ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado a 170 ºC: 1ª etapa: esterificação + H2SO4H3C CH2 CH3CH OH H3C CH2 CH3CH SO4H + H2O 2ª etapa: eliminação Equação global: 7.2.1.3. Desalogenação de haletos de alquila: Tratando-se os hidrocarbonetos halogenados com KOH em solução alcoólica ocorre a eliminação de HX. De preferência é removido o H do carbono menos hidrogenado vizinho ao halogênio, ou seja, deve se formar o alceno mais ramificado (regra de SAYTZEFF). CH3CH3 CH2CH KOH+ + H2O KCl álcool CH3 CH CH CH3 + Cl 7.2.1.4. Método de Frankland: Consiste na reação do Zn em pó em meio alcoólico ou em meio acético (ácido acético glacial) a quente sobre di-halogenetos vicinais, ocorrendo a elimina- ção do halogênio (X2). 7.2.1.5. Método de Sabatier-Senderens: Consiste na hidrogenação catalítica parcial de alcinos. 7.2.1.6. Síntese de Grignard: A reação entre um haleto de alquila e o composto de Grignard produz alceno. Um dos reagentes deve ter cadeia carbônica com ligação dupla. CH3 CH3CH2CH2 CH2CH CHMgI MgI2I + +CH2 7.2.2. Propriedades químicas dos alcenos: Os alcenos são bem reativos, normalmente com a quebra da ligação dupla e formação de novas ligações, sendo estas chamadas reações de adição. Talvez a mais importante reação destes compostos seja a polimerização, onde a ligação dupla dá origem a duas ligações com outras moléculas e assim por diante, formando grande parte dos plásticos usados no mundo. H SO 4 H 3 C CH 2 CH 3 CH SO 4 H + H C CH CH CH 2 3 3 170 ºC H 2 O H 3 C CH 2 CH 3 CH OH H2 SO4 170 ºC + H 3 C CH CH CH 3 H 3 C Al 2 O 3 CH 2 CH 3 CH OH H 3 C CH CH CH 3 + H 2 O CH 3 CH 2 CH Cl Zn Cl + álcool CH 3 CH CH 2 + ZnCl 2 CH 3 C CH H 2 Pd d P CH 3 CH CH 2 + 69 7.2.2.1. Reações de adição: 7.2.2.1.1. Adição de Hidrogênio (Método de Sabatier-Senderens): Essa reação ocorre com os reagentes na fase gasosa e aquecidos entre 150 ºC e 200 ºC. O catalisador é usado pulverizado e adsorve as moléculas do H2 e do alqueno, enfraquecendo as suas ligações π (pi) e facilitando a formação do alcano. H3C CH CH CH2 CH3 + H2 Ni CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH CH2 + H2 Pt H3C CH CH3 H3C CH CH3 CH2 CH3 7.2.2.1.2. Adição de halogênios (X2): a) Em meio inerte: Ocorre em temperatura ambiente e forma dialetos vicinais. CH2 CH2 Br2 CH2 CH2 BrBr CCl4 + b) Em solução aquosa: forma mistura de álcool halogenado (haloidrina) e haleto. HBrHBrO+Br2 H2O + CH2CH2 CH2 CH2 Br OH + HBrO CH3 Br +CH2 CH2HBrCH2 CH3 CH3 CH3CH3 CH3 CH3CH CHC C OH Br HBrO+ Obs.: a ordem de reatividade dos halogênios é: Cl2 > Br2 > I2. 7.2.2.1.3. Adição de ácidos halogenídricos (HX): a) Na ausência de peróxidos: obedece a 2ª regra de Markownikoff, que diz: “o hidrogênio do ácido halogenídrico é adicionado ao carbono insaturado mais hidrogenado”. Essa reação ocor- re quando se faz passar o hidrácido halogenado gasoso seco sobre o alceno. CH3 CH3CH CH+ CH3CH2 HBr Br b) Na presença de peróxidos: obedece a regra de Karash, que diz: “o hidrogênio de ácido halogenídrico é adicionado ao carbono insaturado menos hidrogenado” (adição anti- Markownikoff). Essa reação só ocorre quando se adiciona HBr ao alceno, não acontecendo nas adições de HCl ou HI. CH CH3 CH2CH2 HBr BrCH3 CH2+ H2O2 70 7.2.2.1.4. Adição de água: 1ª etapa: na presença de ácido sulfúrico concentrado, produz éster-ácido mineral. O hidrogê- nio é adicionado ao carbono insaturado mais hidrogenado (2ª regra de Markownikoff). CH3+CH3 CH3CH2 CHCH H2SO4(conc.) SO4H 2ª etapa: o composto formado, na presença de água sofre hidrólise, produzindo álcool e rege- nerando o ácido sulfúrico. CH3 CH3 CH3 CH3CH CH OH H2O H2SO4 SO4H + + Reação global: CH2 +CH3 CH3 CH3CH CH OH H2O H2SO4 7.2.2.2. Reações de oxidação: 7.2.2.2.1. Combustão: a) Combustão completa: formação de CO2 e H2O. CH2═CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O b) Combustão incompleta: formação de CO e H2O ou C e H2O e CO2. CH2═CH2 + 2O2 → 2CO + 2H2O CH2═CH2 + O2 → 2C + 2H2O 7.2.2.2.2. Oxidação com KMnO4: a) Oxidação branda: a reação a frio com solução diluída de KMnO4 em meio básico produz diálcool vicinal. Este teste é conhecido como teste de BAEYER. O KMnO4 diluído, frio e neutro ou fraca- mente alcalino é chamado de reagente de Baeyer. O teste de Baeyer é usado na prática para inves- tigar se o composto tem ligação múltipla e é visualizado pelo desaparecimento da cor vermelho vinho e aparecimento de um p.p.t. marrom. Obs.: O [O] é produzido pela decomposição do KMnO4 em meio básico. Reação global: + 2KMnO 4 + H2O OH- 2 MnO2↓ 2 KOH O + 3 vermelho vinho ppt marrom CH 2 CH 2 + 3 CH 3 CH CH O 3 3 H O 2 + 3CH 3 OH OH CH 2 CH 2 + + OH - CH 3 CH CH 2KMnO 4 2MnO 2 2KOH 4H 2 O 3CH 3 OH OH + + vermelho vinho p.p.t. marrom 3 71 b) Oxidação enérgica: a reação a quente com solução concentrada de KMnO4 em meio áci- do rompe a cadeia carbônica na ligação dupla. Os produtos formados dependem do tipo de carbo- no presente na ligação dupla. Carbono primário → CO2 e H2O (resultante da decomposição do ácido carbônico) Carbono secundário → ácido carboxílico Carbono terciário → cetona O [O] é produzido pela decomposição do KMnO4 em meio ácido. 2KMnO4 + 3H2SO4 ∆ 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + 5[O] CH3 CH3CH C CH2 O5 O + ++ KMnO4(conc) + H OH CO2 H2O Reação Global: A reação é visualizada na prática pelo desaparecimento da cor vermelho vinho. Quando houver carbono primário no alceno pode ser com- provada pelo desprendimento de gás. O carbono terciário forma cetona: 2KMnO4 + 3H2SO4 ∆ 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + 5[O] CH3 CH3 CH3 O3+C CH CH3 KMnO4(conc) + H + C O CH3 CH3 OHC O Reescrevendo a primeira equação multiplicada por 3 e a segunda equação multiplicada por 5, tem-se: 6KMnO4 + 9H2SO4 ∆ 6MnSO4 + 3K2SO4 + 9H2O + 15[O] Somando-se as duas equações, tem-se a seguinte equação global: 5CH3-C=CH-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 CH3 5CH3-C-CH3 + 5CH3-COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 9H2O O 7.2.2.2.3. Ozonólise: Os alcenos adicionam ozônio, com formação de um produto intermedi- ário denominado ozoneto, que por hidrólise produz cetonas ou aldeídos. Carbono primário → aldeído Carbono secundário → aldeído Carbono terciário → cetona H 3 C CH CH 2 + 2KMnO 4 + + + + 3 H2SO4 CH 3 C O OH 2MnSO 4 K 2 SO 4 4H 2 O + = + + + + + CO2 72 Ex.1: Com carbonos primários e secundários 1ª etapa: formação do ozoneto 2ª etapa: hidrólise Reação global: Ex. 2: Com carbono terciário 1ª etapa: formação do ozoneto 2ª etapa: hidrólise + H2O H2O2+CH3 O O O C C CH3 CH3 CH3 CH3 C O CH32 Reação global: +O3H3C C C CH3 CH3 CH3 + H2O H2O2+CH3 C O CH32 7.2.2.3. Polimerização: Os alcenos se adicionam a si mesmos, na presença de catalisadores, aquecimento e pressão, produzindo polímeros. H2C CH2n H2C CH2 nP cat + H 3 C CH CH 2 O 3 + + H 2 O CH 3 C H O C H O H + H 2 O 2 P cat H 3 C CH 2 n CH 2 C CH 3 n CH 73 7.3. Alcinos 7.3.1. Processos de obtenção de alcinos Os alcinos não são encontrados na natureza. Em laboratório pode-se prepararalcinos por meio de vários métodos. 7.3.1.1. Desalogenação de dialetos: Este método consiste em submeter um dialeto geminado ou dialeto vicinal à ação de potassa alcoólica. a) Dialeto gêmeo: Os halogênios se ligam no mesmo carbono. b) Dialeto vicinal: Os halogênios se ligam em carbonos vizinhos. 7.3.1.2. Desalogenação de tetraletos: Este método consiste em aquecer tetraletos duplamente geminados e vicinais na presença de zinco. 7.3.1.3. Desidratação de diálcoois: Este método consiste no tratamento de diálcoois vicinais com desidratantes enérgicos como ácido sulfúrico concentrado ou alumina (Al2O3) a quente. 7.3.1.4. Síntese de Grignard: Este método consiste na reação entre um haleto de alquila e o composto de Grignard que tenha ligação tripla. Obs.: Compostos de Grignard com ligação tripla são obtidos pela reação entre alcinos verdadeiros e compostos de Grignard saturados. 7.3.1.5. Reação entre alcinetos de sódio ou potássio com halogenetos de alcoíla: Trata-se de uma reação de síntese que aumenta o número de carbonos na cadeia. Obs.: Os alcinetos de sódio ou potássio são obtidos pela reação entre alcinos verdadeiros e o Na ou o K em meio etéreo. 7.3.1.6. Hidrólise do carbureto de cálcio: o acetileno pode ser obtido pela reação: 74 7.3.2. Propriedades químicas dos alcinos Os alcinos são compostos muito mais reativos que os alcenos e os alcanos. As propriedades químicas são essencialmente regidas pela ligação tripla, sendo algumas comuns aos alcinos em geral e outras próprias aos alcinos verdadeiros. Reações comuns aos alcinos verdadeiros e falsos: 7.3.2.1. Reações de adição: Os alcinos, devido à presença de duas ligações π, dão reações de dupla adição. Entretanto, o rompimento das ligações π se dá de modo sucessivo, ou seja, rompe- se primeiramente uma ligação π e, certo intervalo após, rompe-se a segunda. 7.3.2.1.1. Adição de Hidrogênio (Método de Sabatier-Senderens): Os alcinos adicionam hi- drogênio na presença de catalisador, produzindo alcenos (hidrogenação parcial) e alcanos (hidro- genação total). Na prática, para ocorrer hidrogenação parcial ou total, deve-se fazer o controle com a mudança do catalisador. Com catalisador Pd/BaSO4 ocorre hidrogenação parcial e com Ni ou Pt ocorre hidrogenação total. Adição parcial: CH3 CH3 CH2CHCHC H2+ Pd Adição total: 7.3.2.1.2. Adição de halogênios (X2): Os alcinos adicionam halogênios (especialmente Cl2 e Br2), produzindo tetraletos. Essa adição ocorre em duas etapas: primeiramente adiciona uma mo- lécula de halogênio, produzindo um dialeto insaturado, o qual adiciona mais uma molécula, pro- duzindo tetraleto. Adição parcial: Adição total: 7.3.2.1.3. Adição de ácidos halogenídricos (HX): Os alcinos adicionam halogenidretos (HI, HBr e HCl) originando dialetos geminados. Essa adição se dá em obediência à 2ª regra de Markownikoff, que diz: “o H do ácido halogenídrico é adicionado ao carbono insaturado mais hidrogenado”. Adição parcial: Adição total: 2H2 Ni Pt CH3 CH3 CH2CHC + CH3 ou 75 7.3.2.1.4. Adição de ácido cianídrico (HCN): Os alcinos adicionam, também, cianidreto, ori- ginando cianetos (nitrilos) insaturados. Essa adição também obedece à 2ª regra de Markownikoff. 7.3.2.1.5. Adição de água: Os alcinos tratados com ácido sulfúrico diluído, na presença de sul- fato de mercúrio II, a quente, como catalisador, adicionam água, originando enóis que se tauto- merizam, estabelecendo-se um equilíbrio aldo-enólico (quando o alcino é o acetileno) e ceto- enólico (com qualquer outro alcino). Equilíbrio aldo-enólico: Equilíbrio ceto-enólico: 7.3.2.2. Reações de oxidação 7.3.2.2.1. Combustão a) Combustão completa: formação de CO2 e H2O. CO2+H3C CH O2 H2O+3C 24 b) Combustão incompleta: formação de CO e H2O ou C e H2O. CO+H3C CH O2 H2O+3C 25/2 +H3C CH O2 H2O+3CC 2 7.3.2.2.2. Oxidação com KMnO4: a) Oxidação branda: Os alcinos sofrem oxidação branda quando tratados com o reativo de Baeyer (solução diluída, neutra ou levemente básica de KMnO4). Nessa reação ocorre rom- pimento das duas ligações π, e forma-se um tetraol, que se decompõe em dicetona (se for alci- no falso). Os alcinos verdadeiros dão compostos de função mista cetona-aldeído. 2 KMnO4 + H2O 2MnO2 + 2KOH + 3 [O] OH _ HC CH 2 [O] + 2 H2O+ HC CH OH OH OH OH 76 Multiplicando a primeira e a segunda equações por 2 e por 3, respectivamente, tem-se: 4KMnO4 + 2 H2O 4 MnO2 + 4 KOH + 6[O]OH _ HC CH +3 6[O] + 6 H2O substância instável HC CH OH OH OH OH 3 + 6H2O substância instável HC CH OH OH OH OH 3 3HC CH O O Somando as equações, tem-se: +3 4KMnO4 + 2 H2O 4MnO2 + 4KOHHC CH OH _ +3HC CH O O OBS.: O aldeído continuando no meio é oxidado a ácido carboxílico. CH3 C CH3 CCC [O] OH O O O O H + b) Oxidação enérgica: Esta oxidação ocorre quando os alcinos são tratados com solução ácida concentrada e a quente de KMnO4. Nessa reação ocorre a quebra da cadeia carbônica na tripla ligação, pois o oxidante rompe as duas ligações π e também a ligação σ(sp-sp), com a forma- ção de ácidos carboxílicos e CO2, de acordo com o tipo de carbono que contém a ligação tripla. C primário → CO2 C secundário → ácido carboxílico Assim, os alcinos falsos dão duas moléculas de ácido carboxílico, enquanto que os alcinos verdadeiros dão ácido carboxílico e CO2. 2KMnO4 + 3H2SO4 ∆ 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + 5[O] CO24[O] OH O CH3 C CH + CH3 C + Multiplicando a primeira equação por 4 e a segunda por 5, tem-se: 8KMnO4 + 12H2SO4 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O + 20[O] CO2OH O CH3 C CH + CH3 C +5 20[O] 5 5 Somando as duas equações tem-se a equação global: CH3 C CH +5 8KMnO4 + 12H2SO4 CO2OH O CH3 C +5 5 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O 77 7.3.2.3. Polimerização: Os alcinos sofrem reações de polimerização com relativa facilida- de, devido ao seu alto grau de insaturação. a) Trimerização do acetileno: Em 1865, Berthelot, passando vapores de etino em tubos de ferro aquecidos a 600 °C, obteve o benzeno. Assim, pode-se dizer que o benzeno é um trímero do etino. b) Dimerização do acetileno: O etino, na presença de cloreto cuproso (CuCl), sofre dimeri- zação, na qual se obtém um composto chamado vinil-acetileno. Reações apenas de alcinos verdadeiros: Essas reações servem de diferenciação entre alcinos verdadeiros e falsos, pois apenas os verda- deiros reagem. O átomo de hidrogênio ligado a carbono de tripla ligação é mais polarizado que o ligado a car- bono de dupla ou carbono de simples ligação. Assim, o hidrogênio terminal dos alcinos é polari- zado, isto é, tem características ácidas, e por isso pode ser substituído por metal alcalino, metal alcalino-terroso, prata, cobre, mercúrio, magnésio, etc. originando compostos chamados alcinetos ou acetiletos. 7.3.2.4. Reação com metais leves: O hidrogênio dos alcinos verdadeiros pode ser substituído por metais alcalinos ou alcalino-terrosos dissolvidos em amoníaco líquido, formando-se acetileto do metal. Esses acetiletos são iônicos. A reação se dá entre o alcino e o amideto do metal alcalino oriundo da reação entre o metal al calino e o amoníaco líquido. Na + NH3 NaNH2 H21/2+ NaNH2CH3 C CH CH3 C CNa NH3+ + Reação global: Os acetiletos de metal leve reagem com a água e sofrem hidrólise regenerando o alcino. CH3 C CH +C CNa +CH3 H2O NaOH 7.3.2.5. Reação com sais de metais pesados: O hidrogênio dos alcinos verdadeiros pode ser substituído por metal pesado (Ag, Cu, Hg, etc.) em solução aquosa de amônia (ou seja, na pre- sença de NH4OH), formando acetileto do metal. Esses acetiletos são compostos moleculares que não são obtidos pela reação direta do alcino com o metal, mas sim com uma soluçãoaquosa amo- niacal de um sal do metal. CH3 CHC + + NH4OHCuCl CH3 C CCu amarelo NH4Cl H2O+ + Os acetiletos de metais pesados não reagem com a água, pois são insolúveis, e não se hidroli- sam. Para que haja a regeneração do alcino o acetileto de metal pesado deve ser tratado com ácido mineral. CH3 C CH +C +CH3 CAg HCl AgCl C + + H 3 C CH C Na a NH 3 líquido H C C Na H 2 1/2 aç ão 3 78 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AICHINGER, E.C., MANGE, G.C. Química 2 (orgânica). 2ª ed., São Paulo, EPU, 1982. CARVALHO, Geraldo Camargo de. Aulas de Química: Atomística e Química Orgânica. vol 3, São Paulo, Livraria Nobel S.A., 1983. CARVALHO, Geraldo Camargo de. 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