aula cap 01

Prévia do material em texto

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