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Princípios de Química Orgânica
A química do carbono
Carbono pode formar 4 ligações covalentes
sp3
2s
2p
1s2 2sp31 2sp3
1 2sp31 2sp3
1C126
= 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz0
2s + 2px + 2py + 2pz 4 orbitais sp3
Hibridação sp3Geometria tetraédrica, ângulos de 109,5º
Hidrocarbonetos(compostos de carbono e hidrogénio)
Acíclicos ou de cadeia aberta
Cíclicos ou de cadeia fechada
não aromáticos
Ex: cicloalcanos, cicloalcenos, cicloalcinos
saturados
Ex: alcanos
insaturados
Ex: alcenos, alcinos
aromáticos
Ex: benzenos
Alifáticos
Alcanos
CH HH
HCHH
HC HH
HCHH
HCH
HC HH
HCH
HC HH
HCHH
HCH
H
metano etano propano butano
CH4 CH3CH3
C2H6
CH3CH2CH3
C3H8
CH3CH2CH2CH3
C4H10
CnH2n+2
Alcanos
Hidrocarboneto Grupo alquilo
MetanoEtanoPropanoButanoPentanoHexanoHeptanoOctanoNonanoDecano
MetiloEtiloPropiloButiloPentiloHexiloHeptiloOctiloNoniloDecilo
CH4
CH3 CH3
CH3 CH2 CH3
CH3 (CH2) 2 CH3
CH3 (CH2) 3 CH3
CH3 (CH2) 4 CH3
CH3 (CH2) 5 CH3
CH3 (CH2) 6 CH3
CH3 (CH2) 7 CH3
CH3 (CH2) 8 CH3
-CH3
-CH2 CH3
-CH2 CH2 CH3
-CH2 (CH2) 2 CH3
-CH2 (CH2) 3 CH3
-CH2 (CH2) 4 CH3
-CH2 (CH2) 5 CH3
-CH2 (CH2) 6 CH3
-CH2 (CH2) 7 CH3
-CH2 (CH2) 8 CH3
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
C9H20
C10H22
-CH3
-C2H5
-C3H7
-C4H9
-C5H11
-C6H13
-C7H15
-C8H17
-C9H19
-C10H21
Isómeros estruturaispropano
C HH
HCHH
HCH
H
propano
C HH
HCHH
HCH
H
-CH2CH2CH3
C HH
HCH
HCH
H
propilo
(CH3)2CH-
C HH
HCHH
HCH
isopropilo
Isómeros estruturais ― moléculas que têm a mesma fórmula molecular, mas estruturas diferentes.
Quantos isómeros estruturais tem o pentano, C5H12?
C C C C C
H H H H H
H
HHHHH
H
C C C C
H CH3 H H
H
HHHH
H
C C C
H CH3 H
H
HH
H
CH3
n-pentano
2-metilbutano
2,2-dimetilpropano
Isómeros estruturais
isoneo
2 grupos metilo nas extremidades
3 grupos metilo nas extremidades
CH3CH2CH2CH3
Carbono secundário
Carbono primário
-CH2 (CH2) 2 CH3 butilo
CH3 CH2
CH3CH- sec-butilo
H3C
CH3
CH3
C- terc-butiloou t-butilo
Carbono terciário
Nomenclatura dos Alcanos
1. O nome do hidrocarboneto é o da cadeia contínua de átomos de carbono mais longa da molécula.
CH3 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3
CH3
1 2 3 4 5 6 74-metilheptano
2. Removendo um átomo de hidrogénio de um alcano obtém-se um grupo alquilo.
CH4
CH3
metano
metilo
Nomenclatura dos Alcanos3. Quando um ou mais átomos de hidrogénio são substituídos por outros grupos,
o nome do composto deve indicar as localizações dos átomos de carbono onde ocorreram as substituições: numerar cada átomo de carbono da cadeia mais longa na direcção que atribui os menores números às localizações de todas as ramificações.
CH3 CH CH2 CH2 CH3
CH3
1 2 3 4 5
2-metilpentano
CH3 CH2 CH2 CH CH3
CH3
1 2 3 4 5
4-metilpentano
Nomenclatura dos Alcanos4. Utilize os prefixos di-, tri- ou tetra- com o nome do grupo alquilo quando as
ramificações são grupos alquilo idênticos.
CH3 CH CH CH2 CH2 CH3
CH3
1 2 3 4 5 6
CH3
2,3-dimetil-hexano
CH3 CH C CH2 CH2 CH3
CH3
1 2 3 4 5 6
CH3
3,3-dimetil-hexano
Nomenclatura dos Alcanos
5. Utilize as regras anteriores para outros tipos de substituintes.
CH3 CH CH CH3
Br
1 2 3 4
NO2
2-bromo-3-nitrobutano
CH2 CH2 CH CH3
Br
1 2 3 4
NO2
1-bromo-3-nitrobutano
Qual é o nome IUPAC do seguinte composto?
1 2 3 4 5 6 7 8CH3 CH CH2 CH CH2 CH2 CH3
C2H5
CH2
CH3
4-etil-2-metil-octano
Qual é a estrutura do 4-metil-2-propil-hexano?
1 2 3 4 5 6CH3 CH CH2 CH CH2 CH3
CH3C2H5
Nomenclatura de alcanos
CHCH2CH2CH2CH3H3C
H3Cou
2-metil-hexanoiso-heptano
CH3CHCH2CH2CH2CH3
CH3
1 2 3 4 5 6
CH3CHCH2CHCH2C CH3
CH3
CH3 CH2CH2CH3
1 2 3 4 5 6
7 8 9CHCH3
CH3
4-isopropil-2,6,6-trimetilnonano
CHCH3
CH3CH2
CH3CH2ou 3-metilpentanoCH3CH2CHCH3
CH2CH3
1 2 3
4 5
Cicloalcanos
H2C CH2
CH2
ciclopropano
H2C CH2
CH2H2C
ciclobutano ciclopentano ciclo-hexano
CH2
H2C CH2
CH2H2C
CH2
H2C CH2
CH2H2CCH2
ciclopropilo
Grupos cicloalquilosciclobutilo
H2C CH2
CH
H2C CH2
CHH2C
ciclopentilociclo-hexilo
CH2
H2C CH
CH2H2CCH2
CH2
H2C CH
CH2H2C
CnH2n
Cicloalcanos substituídos
Br CH3
bromociclopentano metilciclopentano
CH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH3
1,2-dimetilciclo-hexano1,3-dimetilciclo-hexano
1,4-dimetilciclo-hexano
Alcanos substituídos
-CH2CH2CH3(CH3)2CH- 1-isopropil-3-propilciclopentano
CH3CH2C CH2CHCH2CH2C CH3
CH3
Br
123456789CH
H3CCH3
CH3
Cl
7-bromo-2-cloro-5-isopropil-2,7-dimetilnonano
Derivados halogenados
CH3CH2Cl
Cloroetano ou cloreto de etilo
CH3CHCH3
Br
2-bromopropano ou brometo de isopropilo
CHCl3
Triclorometanoou clorofórmio
Reacções de alcanosCombustão de alcanos
CH4 (g) + 2 O2 (g) ⇒ CO2 (g) + 2H2O (l)
2C2H6 (g) + 7 O2 (g) ⇒ 4CO2 (g) + 6H2O (l)
Halogenação de alcanos (substituição de um H por um halogéneo)
CH4 (g) + Cl2 (g) ⇒ CH3Cl (g) + HCl (g)
CH3Cl (g) + Cl2 (g) ⇒ CH2Cl2 (l) + HCl (g)
CH2Cl2 (l) + Cl2 (g) ⇒ CHCl3 (l) + HCl (g)
CHCl3 (l) + Cl2 (g) ⇒ CCl4 (l) + HCl (g)
quando o Cl2em
excesso
Cloreto de metilo
Cloreto de metileno ou diclorometano
Clorofórmio
Tetracloreto de carbono
Grupos funcionaisExemplo
C=CAlceno
ligação dupla C-C H2C=CH2 eteno (ou etileno)
etino (ou acetileno)HC=CHC=C Alcinoligação tripla C-C
OH hidroxilo CH3OHmetanol
(ou álcool metílico)
carbonilo CH
OCH3
acetaldeído
cetona
CCH3
OCH3
dimetilcetona(ou acetona)H
CO
R CR’
OR
C=O
aldeído
NR’
Ramina N
H
HCH3 metilamina
ésterR’
CO
OC
O-CH3
OCH3
acetato de metilo
COH
Ocarboxilo C
OH
OCH3 ácido acético
Grupos funcionaisExemplo
=
C NO
Hamida em proteínas
éterR O R’ OH3C CH3éter etílico
(ou éter dietílico)
Alcenos(pelo menos uma ligação dupla)
Alcinos(pelo menos uma ligação tripla)
2s + 2px + 2py 3 orbitais sp2
Hibridação sp2
(geometria planar; ângulos de 120 º)
2s + 2px 2 orbitais sp
Hibridação sp(no eixo internuclear; ângulos de 180 º)
Sobra 1 orbital 2p que forma a 2ª ligação C-CH
H
H
HC=C
Sobram 2 orbitais 2p que formam a 2ª e 3ª ligações C-C HH C=C
Alcenos(pelo menos uma ligação dupla)
etenopropeno
1-buteno
CH2CH2
C2H4
CH2=CHCH3
C3H6
CH2=CHCH2CH3
CnH2n
H
H
H
HC=C
H
H
HC=C C H
H
H
2-butenoCH3CH=CHCH3
CH2=C(CH3)22-metilpropeno
C4H8
Alcenos
H3C-C=CHCH3
CH3
1 2 3 4
2-metil-2-buteno
H3C-C=CHCH2CHCH3
CH3
1 2 3 4 5 6
CH3
2,5-dimetil-2-hexeno
Isomeria cis-transA ligação dupla define um plano
H
CH3
H
H3CC=C
CH3
H
H
H3CC=C
cis-2-buteno trans-2-buteno
aquiral quiral
Espelho Espelho
Isómeros ópticos – Indústria farmacêutica
átomo de C central é assimétrico;
molécula é quiralactividade notratamento da
hipertensãoactividade
anti-glaucoma
Cicloalcenos CnH2n-2
ciclopropeno ciclobuteno ciclopenteno ciclo-hexeno
HC CH
CH2
H2C CH
CHH2CCH2
H2C CH
CHH2C
CH2
H2C CH
CHH2CCH2
Cicloalcenos substituídos
1-metilciclopentenoCH31
23
4
5
4-etilciclopenteno
CH2CH3
1 2
34
5
3,5-dimetilciclo-hexeno
CH3
CH3
1
23
4
5
6
Reacções de alcenosFormação de alcenos (cracking)
C2H6 (g) ⇒ H2C=CH2 (g) + H2 (g) na presença de um catalisador de platina
Reacções de adição de alcenos
H2C=CH2 (g) + H2 (g) ⇒ C2H6 (g) na presença de um catalisador de níquel ou de platinaHidrogenação
H2C=CH2 (g) + HX (g) ⇒ CH3 -CH2X (g)
H2C=CH2 (g) + X2 (g) ⇒ XH2C-CH2X (g)Halogenação
Alcinos(pelo menos uma ligação tripla)
etino ou acetileno propino1-butino
C2H2 C3H4
CnH2n-2
2-butino
C4H6
HH C=C CH3H C=C
CH3C=CCH3
CH=CCH2CH3
Reacções de alcinosFormação de acetileno
CaC2 (s) + 2 H2O (l) ⇒ C2H2 (g) + Ca(OH)2 (aq)
Combustão de acetileno
2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) ⇒ 4 CO2 (g) + 2H2O (l) chama de acetileno
a 3000ºC
Reacções de adição de alcinos
C2H2 (g) + H2 (g) ⇒ H2C=CH2 (g)Hidrogenação
C2H2 (g) + X2 (g) ⇒ CHX -CHX (g)
C2H2 (g) + 2 X2 (g) ⇒ HX2C-CHX2 (g)Halogenação
Álcoois R - OH
primários secundários
CR OHH
HCR1 OHR2
H
terciários
CR2 OHR3
R1
CH3OHMetanol
(ou álcool metílico)
C2H5OHEtanol
(ou álcool etílico)
H3C
CH3
CH3
C- OH
2-metil-2-propanol(ou álcool t-butílico)
CH3CH2CHCH3
OH
2-butanol(ou álcool sec-butílico)
Álcoois monocíclicos alifáticos (não aromáticos)
3-ciclopenteno-1-ol ou 3-ciclopentenol
OH1
23
4
5 OHCH3
2-metilciclo-hexanol 2-propino-1-ol
CH2OHH C=C
Ácidos carboxílicos COH
O
CH3CHCOOHOH
ácido 2-hidroxipropanóico
CH3COOH
ácido etanóico ou ácido acético
CH2CH2CH2COOHNH2
ácido 4-aminobutanóico
HCOOH
ácido metanóicoou ácido fórmico
(CH3)2CCOOH
Cl
ácido 2-cloro-2-metilpropanóico
Aldeídos CH
OR
2,4-dimetilpentanal
CH2O
metanal ou formaldeído
CH
OH C
H
OH3C
etanal ou acetaldeído
CH3CHCH2CHCHOCH3CH3
Cetonas CR’
OR
CCH3
OH3C C
CH2CH3
OH3C
dimetilcetonaou acetona
etilmetilcetonaou 2-butanona
metilisopropilcetonaou 3-metil-2-butanona
CCHCH3
OH3C
CH3
O
ciclo-hexanona
CCH3
O
Ciclopropanil-metil-cetona
Amoníaco Amina secundária
NH HH
Amina terciáriaAmina primária
NR HH
NR HR’
NR R’’R’
CH3CH2CH2CHNH2
CH3
CH3CH2NH2
2-pentanamina ou 1-metilbutilamina
Etanaminaou etilamina
2,3-dimetil-2-butanamina ou 1,1-dimetilisobutilamina
CH3CHCCH3
CH3
NH2H3C
Aminas NH
H
Éteres R O R’
CH3CH2OCH2CH3 CH3OCH2CH3
Éter dietílico ou etoxietano
Éter etilmetílicoou metoxietano Éter metilisopropílico
ou 2-metoxipropano
CH3OCHCH3
CH3
CH3CH2OCH2CH2OCH2CH3CH3CH2CHCHCH3
CH2CH3
OCH3
3-etil-2-metoxipentano 1,2-dietoxietano
ÉsteresR’
CO
RO
Os ésteres resultam da condensação de um ácido carboxílico com um álcool
HC
OR
O+ H-OR’
R’C
OR
O+ H2O
CH3COOCH2CH3
Acetato de etilo
CH2CH3
CO
H3C Oou
Ciclo-hexanocarboxilato de etilo
HCOOCH2CH3
Aromáticos
Estrutura de Kekulé
≡
benzeno
C6H6
CHHC CH
CHHCCH
RESSONÂNCIARESSONÂNCIA
Orbitais moleculares deslocalizadas não estão confinadas ao espaço entre dois átomos adjacentes ligados, mas, pelo contrário, estendem-se sobre três ou mais átomos.
Vista de cima Vista lateral
Densidade electrónica acima e abaixo do plano da molécula do benzeno.
AromáticosCl
NO2 CH2CH2CH2CH2CH3
CH3
clorobenzeno nitrobenzeno 1-metil-4-pentilbenzeno
CH3
Tolueno
CHO COOH NH2 OH
FenolAnilinaÁcido benzóicoBenzaldeído
Aromáticos
o-dibromobenzeno
BrBr
Posições 1,2 ou orto Posições 1,3 ou metaBr
Br
m-dibromobenzeno
Posições 1,4 ou paraBr
Brp-dibromobenzeno
o-cloronitrobenzeno
OHBr
COOH
NH2o-bromofenolÁcido
p-aminobenzóicoTNT ou
2,4,6-trinitrotolueno
CH3
NO2
NO2O2NNO2Cl
Reacções de aromáticos
C6H6 (l) + 3 H2 (g) ⇒ C6H12 (l) na presença de um catalisador de platina
Hidrogenaçãociclo-hexano
Halogenação + Br2 ⇒
Br
+ HBr na presença de um catalisador de FeBr3
bromobenzeno