Universidade de Caxias do Sul - UCS Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas – CCET

1. Universidade de Caxias do Sul - UCS Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas – CCET Departamento de Física e Química - DEFQ Ministrante: Emiliano Chemello Mini-Curso de Química Orgânica naeq@ucs.br http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq

2. O estudo do carbono A estrutura dos compostos orgânicos começou a ser desvendada a partir da segunda metade do século XIX, com as idéias de Couper e Kekulé sobre o comportamento químico do carbono. Dentre essas idéias, hoje conhecidas como postulados de couper-kekulé, três são fundamentais: 01) O átomo de carbono é tetravalente (estado hibridizado) 02) As unidades de valência do carbono são iguais entre si 03) Átomos de carbono ligam-se diretamente ente si, formando estruturas denominadas cadeias carbônicas.

3. Na ligação signa (), a interpenetração de orbitais é frontal, segundo um mesmo eixo. É uma ligação forte, difícil de ser rompida. Ocorre entre vários orbitais, tais como s, o p ou os híbridos.

4. Na ligação pi (), a interpenetração de orbitais é lateral, segundo eixos paralelos. É uma ligação fraca, mas fácil de ser rompida. Ocorre apenas entre orbitais do tipo p “puro”.

5. No estado fundamental, o carbono (Z=6) possui apenas 2 elétrons desemparelhados e, desse modo, só poderia fazer 2 ligações covalentes comuns: 1s², 2s², 2p² No entanto, o carbono é tetravalente. Para explicar esse fato utilizamos a teoria da hibridação de orbitais resumida abaixo:

7. É comum classificarmos um determinado átomo de carbono na cadeia de um composto orgânico pelo número de átomos de carbono que está(ão) diretamente ligado(s) a ele, independente do tipo de ligação (simples, dupla, tripla). Essa classificação é importante para o estudo das reações orgânicas.

8. Cadeias carbônicas – Classificação em resumo

9. Cadeias carbônicas – Exemplos

10. Radicais Orgânicos: Radicais Alquilas ou alcoílas: Derivam dos alcanos (saturados) e possuem uma única valência livre (elétron desemparelhado). Estrutura do nome: prefixo + il ou ila

11. Radicais Alquenilas:derivam dos alcenos (ligação dupla) e possuem uma única valência livre. Estrutura do nome: Prefixo+infixo+il ou ila Radiais Alquinilas:derivam dos alcinos (ligação tripla) e possuem uma única valência livre. Estrutura do nome: Prefixo+infixo+il ou ila

12. Radicais Cíclicos:derivam dos ciclanos (saturados) e possuem uma única valência livre. Estrutura do nome: ciclo + prefixo+il ou ila Radical Benzil: não se enquadra em nenhum grupo. Possui um núcleo aromático ligado a um carbono, no qual se localiza a valência livre.

13. Radiais Arila:derivam dos aromáticos e possuem uma única valência livre. Estrutura do nome: prefixo + il ou ila. Observação: o nome fenil deriva do feno (benzeno em alemão).

14. Introdução: Os alcanos, também chamados de hidrocarbonetos parafínicos ou parafinas, são compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio e formam uma série homóloga (de mesma função porém diferem pelo número de átomos de carbono da cadeia principal) de fórmula geral Cn H2n + 2, cujo menor representante é o metano (CH4). Alcanos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), saturada e homogênea.  Isomeria de cadeia: Número de isomeros ópticos = 2n, sendo n = número de carbonos assimétricos Isomeria Óptica 

15. 1C = met 2C = et 3C = prop 4C = but 5C = pent 06C = hex 07C = hept 08C = oct 09C = non 10C = dec 11C = undec 12C = dodec 13C = tridec 14C = tetradec 15C = pentadec 16C = hexadec 17C = heptadec 18C = octadec 19C = nonadec 20C = eicos 21C = heneicos Nomenclatura: 1C  Met CH4 Ligação simples  an Terminação: o Metano 2C  Et H3C - CH3 Ligação simples  an Terminação: o Etano

16. Dicas: Para os alcanos isômeros, os pontos de fusão e ebulição decrescem à medida que a cadeia se ramifica. Aumento da ramificação Diminuição do PF e PE

17. Questão sobre alcanos: (ITA-SP) A(s) Ligação(ções) carbono – hidrogênio existente(s) na molécula de metano (CH4) pode(m) ser interpretada(s) como sendo formada(s) pela interação frontal dos orbitais atômicos s do átomo de hidrogênio, com os seguintes orbitais atômicos do átomo de carbono: a) Quatro orbitais p b) Quatro orbitais híbridos sp3 c) Um orbital híbrido sp3 d) Um orbital s e três orbitais p e) Um orbital p e três orbitais sp2

18. Introdução: Os alcenos, também chamados hidrocarbonetos etilênicos ou olefinas, são compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio e formam uma série homóloga de fórmula geral Cn H2n, cujo primeiro membro é o eteno (C2H4) Alcenos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), insaturada com uma única ligação e homogênea.  Isomeria de cadeia Isomeria de posição  Isomeria Geométrica 

19. 1C = met 2C = et 3C = prop 4C = but 5C = pent 6C = hex 7C = hept 8C = oct 9C = non 10C = dec Nomenclatura: 2C  et H2C = CH2 Ligação dupla  en Terminação: o eteno 3C  prop H2C = CH – CH2 Ligação dupla  en Terminação: o propeno

20. Dicas: Os carbonos da dupla ligação do eteno (C2H4) se ligam através de ligação  sp2 – sp2 e de ligação  p – p.

21. Questão sobre alcenos: (Febasp) A fórmula molecular de um hidrocarboneto com a seguinte cadeia carbônica: C – C = C = C – C é: a) C5H8 b) C5H10 c) C5H6 d) C5H18

22. Introdução: Os alcinos, também chamados hidrocarbonetos etínicos ou hidrocarbonetos acetilênicos, são compostos constituídos exclusivamente de carbono e hidrogênio e formam uma séria homóloga de fórmula geral Cn H2n – 2, cujo primeiro membro é o etino (C2H2). Alcinos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alinfática), insaturada com uma única ligação e homogênea.  Isomeria de posição

23. 1C = met 2C = et 3C = prop 4C = but 5C = pent 6C = hex 7C = hept 8C = oct 9C = non 10C = dec Nomenclatura: 2C  et H C CH Ligação tripla  in Terminação: o etino 3C  prop H C C – CH3 Ligação tripla  in Terminação: o propino

24. Introdução:Os hidrocarbonetos aromáticos, também chamados de arenos, são compostos constituídos exclusivamente de carbono e hidrogênio e que possuem pelo menos um anel benzênico. A Fórmula geral dos hidrocarbonetos benzênicos é: Cn H2n - 6  Isomeria de posição Isomeria óptica   Isomeria geométrica

25. Nomenclatura: Destacamos os nomes especiais dos radicais ligados diretamente ao anel aromático.

26. Curiosidade O composto 2,4,6-trinitro-tolueno é um poderoso explosivo, mais conhecido como TNT.

27. Questão sobre aromáticos: (PUC - RS) As estruturas a seguir representam, na ordem, as fórmulas do tolueno, fenol e ácido benzóico, utilizados, respectivamente, na produção de explosivos, desinfetantes e aromatizantes: Esses compostos possuem em comum: a) O caráter ácido b) Os pontos de fusão c) O radical fenila d) A massa molecular e) A função química

28. Introdução: Os haletos orgânicos, também chamados derivados halogenados, são compostos que derivam dos hidrocarbonetos pela substituição de átomos de hidrogênio por igual número de átomos de halogênio (F, Cl, Br, I). Nomenclatura Oficial (IUPAC) Nesta nomenclatura, o átomo de halogênio é considerado uma ramificação

29. Nomenclatura não oficial: Nesta nomenclatura, obedecemos ao seguinte esquema: Haleto de _______________________________________ nome do radical ligado ao átomo de halogênio

30. BHC (Benzeno-Hexa-Clorado, 1,2,3,4,5,6-hexacloro-cicloexano ) O BHC é usado com um poderoso inseticida.

31. DDT (Dicloro-Difenil-Tricloro-etano) O DDT é usado com um poderoso inseticida.

32. Questão sobre haletos: (ITA - SP) Em relação a estrutura eletrônica do tetrafluoreto de carbono, assinale a opção que contém a afirmativa errada: a) Em torno do átomo de carbono tem-se um octeto de elétrons b) Em torno de cada átomo de flúor, tem-se um octeto de elétrons c) A molécula é apolar, embora contenha ligações polares entre átomos d) A molécula contém um total de 5.8 = 40 elétrons e) Os ângulos das ligações flúor-carbono-flúor são consistentes com hibridização sp3 do carbono.

33. Introdução:Os álcoois são compostos orgânicos que apresentam o grupo oxidrila ou hidroxila (- OH) ligado a átomo de carbono saturado. Mas, o que ocorre se o grupo –OH não está ligado a átomo de carbono saturado? Temos dois casos a considerar: O grupo –OH se liga a carbono de dupla ligação, neste caso, o composto pertence à função enol. O grupo –OH se liga a carbono de núcleo benzênico, neste caso, o composto pertence à função de fenol.

34. Classificação dos álcoois:Os álcoois tem uma classificação quanto ao número de hidroxilas. Monoálcool ou monol: Apresenta uma oxidrila na molécula Diálcool ou diol: apresenta duas oxidrilas na molécula Triálcool ou triol: apresenta três oxidrilas molécula.

35. Características Físicas: Os álcoois se caracterizam por apresentarem elevados pontos de ebulição; considerando os monoálcoois, verifica-se que os primeiros membros são solúveis em água, e que a solubilidade vai diminuindo com o aumento da cadeia.

36. Como explicar a diminuição da solubilidade com o aumento da cadeia? A media que aumenta a cadeia, está aumentando a parte apolar, que é insolúvel; desse modo, as suas propriedades prevalecem e, assim, a solubilidade diminui.

37. Questão sobre álcoois: (PUC-RS) O glicerol ou glicerina, é um composto encontrado em cremes e sabonetes, porque esse composto: a) É um triálcool alifático insaturado b) Apresenta molécula apolar semelhante à da água c) Interage com a água por pontes de hidrogênio d) Apresenta átomo de carbono central assimétrico e) Pertence à mesma função química da água. Comentário: 500mL de água + 500mL de etanol não fazem juntos um litro de solução.

38. Introdução:Os Fenóis são compostos orgânicos que apresentam o grupo oxidrila (-OH) ligado diretamente a um carbono do núcleo benzênico. Nomenclatura: A nomenclatura oficial (IUPAC) considera o grupo –OH uma ramificação chamada hidroxi. Havendo necessidade de numeração, esta deve iniciar pelo cabono que apresentar o grupo –OH.

39. Os fenóis também apresentam nomes especiais que não obedecem a nenhuma regra de nomenclatura.

40. Dica: Aquecendo fenol com anidrido ftálico, na presença de ácido sulfúrico, forma-se um composto chamado fenolftaleína, empregado em laboratório como indicador ácido-base.

41. A fenolftaleína é usada como indicador ácido-base porque adquire cor conforme o meio:

42. Exercícios sobre Fenóis: • Desenhe a molécula das seguintes estruturas: • 3–etil–1–hidroxi-benzeno • 1-hidroxi-3,5-dimetil-benzeno • 1-hidroxi-2,4,6-trimetil-benzeno

43. Introdução: Os éteres são compostos orgânicos que apresentam átomo de oxigênio ligado a dois radicais monovalentes, alquila ou arila. Nomenclatura: A nomenclatura oficial da IUPAC propõem escrever o nome do radical alcoxi com menor número de átomos de carbono, seguido do nome do hidrocarboneto correspondente ao outro radical ligado ao oxigênio.

44. Introdução:Os aldeídos são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional( - CHO) denominado formila ou metanoíla. Nomenclatura: Devemos considerar a cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional. A numeração dos carbonos deve iniciar sempre no carbono mais próximo ao grupo funcional do aldeído.

45. Questão sobre aldeídos: (UEL-PR) A oxidação do composto representado por R – COOH originou ácido propanóico. Logo, o radical R é: a) Etil b) Metil c) N-propil d) Fenil e) isobutil

46. Introdução:Cetonas são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional carbonila entre carbonos. Nomenclatura:Devemos considerar como cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional, no caso, a carbonila. Começa-se a numerar a cadeia pelo carbono mais extremo próximo ao grupo carbonila.

47. Introdução:Os ácidos carboxílicos são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional carboxila. Nomenclatura:Devemos considerar como cadeia principal a mais longa, que contenha o grupo funcional. Também devemos numerar a cadeia começando pelo carbono do grupo funcional.

48. Questão sobre ácidos carboxílicos (Unifor–CE) O composto CH3COOH tem, em solução aquosa, propriedades: a) Ácidas e, portanto, reage com HCl b) Ácidas e, portanto, reage com NaOH c) Nem ácidas nem básicas e, por isso, se dissolvem em água. d) Básicas e, portanto, reage com HCl e) Básicas e, portanto, reage com NaOH

49. Derivados de ácidos carboxílicos.

50. Introdução: As aminas são compostos orgânicos nitrogenados que derivam, teoricamente, da molécula de gás amoníaco (NH3), através da substituição de hidrogênios por radicais alquila ou arila. Nomenclatura:A nomenclatura oficial propõem escrever para as aminas o nome dos radicais ligados ao nitrogênio, seguido da palavra amina.