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1. INTRODUO QUMICA ORGNICANo sculo XVIII acreditava-se que uma fora vital fosse necessria para fazer os compostos produzidos pelas clulas vivas, os quais foram classificados como compostos orgnicos. Somente em 1928, Friedrich Wohler produziu em seu laboratrio um composto orgnico a partir de um composto inorgnico. Ele preparou uria, um composto normalmente presente no sangue e na urina, atravs do aquecimento do cianato de amnia, um composto inorgnico. NH4CNO calor NH2CONH2uria

Cianato de amnia

A partir de ento, muitos outros compostos orgnicos foram produzidos em laboratrio. Este fato levou subdiviso da qumica em duas partes: a qumica orgnica e a inorgnica, onde a qumica inorgnica foi definida como a qumica dos compostos do carbono. As molculas orgnicas so as unidades qumicas fundamentais da vida. Carboidratos, lipdeos, protenas, cidos nuclicos, bem como outras molculas biolgicas, so compostos em que o principal componente o carbono. Tambm iremos encontrar molculas orgnicas em

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inmeras outras substncias presentes no nosso cotidiano, tais como alimentos, medicamentos, roupas, mveis, combustveis, entre muitos outros.

2. Ligaes Qumicas Molculas Orgnicas

em

As ligaes entre os tomos do unidade s molculas. Dois tomos formaro uma ligao somente se a interao entre eles for energeticamente favorvel, ou seja, se energia for liberada quando a ligao se formar. Uma ligao qumica consiste numa combinao entre tomos, molculas e ons onde cada espcie qumica procura uma maior estabilidade. A maioria dos tomos so considerados estveis (no reativos) quando seu nvel mais alto ( externo) de energia possui oito eltrons e encontra-se portanto, preenchido. Caso contrrio, os tomos podero perder, ganhar ou compartilhar eltrons de valncia cm outros tomos de maneira a atingir uma estrututura de maior estabilidade. Estrutura de Lewis A estrutura eletrnica do tomo representada por pontos.

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O carbono, de nmero atmico 6, tem uma configurao eletrnica 2e) 4e), sendo ento . representado da seguinte forma:

2.1. LIGAO INICA

.C. .

Resultado da transferncia de um ou mais eltrons de um tomo para outro, com a conseqente formao de ons que se atraem mutuamente.

O on de sdio carregado positivamente e o on de cloro carregado negativamente so atrados mutuamente e mantidos juntos pela atrao eletrosttica em virtude de suas cargas opostas.

2.2. LIGAO COVALENTEOs tomos de unem por compartilhamento de eltrons.

Na molcula de cloro, cada um dos dois tomos de cloro tem sete tomos na camada mais externa, de

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modo que ambos os tomos compartilharo eltrons completando seu nvel mais energtico. Em compostos formados por ligaes covalentes, cada tomo apresenta oito eltrons ao seu redor, adquirindo estabilidade, exceto o hidrognio (H2), o qual apresenta apenas dois eltrons ao seu redor. Ligaes covalentes tambm podem ser formadas por tomos de diferentes elementos.

Observamos duas duplas ligaes covalentes no dixido de carbono e uma tripla ligao covalente no nitrognio (N2).

Ligaes Apolares

covalentes

Polares

e

Na ligao covalente apolar, os eltrons esto compartilhados igualmente. Ex. Cl2 ou Cl Cl Os dois cloros so idnticos e por este motivo os eltrons compartilhados encontram-se distribudos igualmente entre eles. Na ligao covalente polar, o compartilhamento de eltrons no igual devido a uma diferena de

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eletronegatividade ( atrao do tomo por eltrons, e quanto maior a eletronegatividade, maior a atrao do tomo por eltrons). Ex. HCl ou H Cl O cloro mais eletronegativo que o hidrognio, de maneira a atrair o par de eltrons compartilhados mais fortemente. + - representa a presena de uma carga parcial H Cl Quando eltrons so compartilhados igualmente, o que ocorre entre tomos iguais ou de mesma eletronegatividade, so formadas ligaes covalentes apolares. J quando tomos de diferente eletronegatividade se unem formando uma ligao covalente, essa ligao sempre polar. Uma molcula polares. apolar pode conter ligaes

Cl + - Cl C Cl Cl-

-

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As ligaes C-Cl so polares, mas no aparece nenhum lado positivo ou negativo na molcula. A parte externa da molcula parcialmente negativa e a parte interna, parcialmente positiva, de modo que a molcula apolar. Em geral, as molculas simtricas no so polares, mesmo quando contm ligaes polares.

2.3. Fora das LigaesEm geral, compostos que apresentam ligaes inicas possuem ponto de fuso mais alto que os compostos contendo ligaes covalentes. Assim sendo, seria necessrio mais energia (calor) para separar as partculas dos compostos inicos que as partculas dos compostos covalentes. Embora as ligaes que mantm, unidos os compostos inicos sejam geralmente mais fracas que aquelas que unem os compostos covalentes, compostos inicos contm muito mais ligaes que compostos covalentes. Solues aquosas de compostos inicos conduzem eletricidade em virtude de possurem ons. A maioria dos compostos inicos solvel em solventes polares como a gua, j a maioria dos compostos covalentes so insolveis.

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A maioria dos compostos inicos insolvel em solventes apolares como o benzeno. Muitos compostos covalentes so solveis em solventes apolares.

2.4. Pontes de HidrognioFora intermolecular fraca entre um tomo de hidrognio eletropositivo e um par eletrnico no ligado que se encontra em um tomo eletronegativo de uma outra molcula polar. As pontes de hidrognio desempenham um papel importante na determinao da forma globular das protenas e na estabilizao da dupla hlice do DNA.

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Figura: Pontes de Hidrognio

3. Caractersticas dos compostos orgnicosA grande maioria dos compostos orgnicos apresenta apenas ligaes covalentes, por esse motivo seus pontos de fuso e ebulio so caracteristicamente mais baixos que os de uma substncia inica. So geralmente menos densos que a gua (dgua = 1,0g/mL) Apresentam diferentes graus de solubilidade Compostos Orgnicos x Inorgnicos uma comparao das propriedades da maioria dos compostosPropriedade Orgnicos Inorgnico s

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Inflamvel Ponto de Fuso Ponto de Ebulio Solubilidade em gua Solubilidade em lquidos apolares Tipos de ligao Reaes ocorrem entre tomos por molculas Estrutura Eletrlito

sim baixo baixo no ( maioria) sim covalente molculas ons muitos complexa

no alto alto sim no inica

poucos mais simples no sim (Fonte: SACKHEIN & LEHMAN, 2001)

4. Ligaes do CarbonoNa qumica orgnica, o termo ligao utilizado para designar um par de eltrons compartilhados. O carbono apresenta quatro eltrons de valncia, de modo que este pode formar no mximo quatro ligaes. As ligaes so usualmente representadas por um trao reto e curto conectando os tomos, onde cada ligao representa um par de eltrons compartilhados.H H C H H H H C H H C H H H C C H

O tomo de carbono tem a capacidade e ligar-se a outros tomos de carbono para formar molculas grandes e complexas, formando

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cadeias lineares ou ramificadas. Compostos desse tipo so chamados de alifticos. Contudo, se os carbonos se ligam formando estruturas em anis, formam-se compostos cclicos ou aromticos. Caso estes compostos apresentem heterotomos (S, P, O, N), passam a ser chamados de compostos heterocclicos.Carbono secundrio C C C Carbono tercirio C C Carbono primrio C C

C C C Carbono quaternrio C

5. ISOMERIAIsmeros so compostos que apresentam a mesma frmula molecular, mas diferentes arranjos de tomos.

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IsmerosTm mesma frmula molecular e estruturas diferentes

Ismeros EstruturaisDiferem na ordem em que os tomos esto ligados ( conectividade)

EstereoismerosOs tomos esto ligados na mesma ordem, mas a orientao espacial diferente.

EnatimerosO objeto e a sua imagem no se superpe.

DiastereoismerosNo se relacionam como objeto e a sua imagem.

Figura: Relao entre os diferentes tipos de ismeros (Fonte: VOLLHARDT et al., 2004)

5..1. EstereoismerosSo compostos com a mesma frmula molecular e ordem de ligao entre os tomos substituintes, mas com diferentes arranjos desses tomos no espao.

5.1.1. EnantimerosSo estereoismeros que formam imagens especulares e requerem a presena de um tomo quiral.

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Quando uma molcula e sua imagem no espelho no se superpem, ela denominada quiral. Todas as molculas quirais tm um tomo ligado a quatro substituintes diferentes. Este tomo chamado centro quiral, geralmente marcado com um asterisco. Dois enantimeros podem ser diferenciados pela atividade ptica, ou seja, por sua interao com o plano da luz polarizada no sentido horrio ( dextrorrotatrio), designado enantimero (+), enquanto outro desvia a luz no sentido antihorrio ( levorrotatrio) pelo mesmo ngulo, designado enantimero (-).

*

*

N mximo de estereoismeros possveis: 2n, onde n = n C*.

5.1.2. DiastereoismerosA presena de mais de um centro quiral em uma molcula d origem a disteroismeros,

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estereoismeros que no so relacionados com objeto e imagem no espelho. Enquanto os enatimeros tm configuraes opostas em cada um dos centros quirais , o mesmo no acontece com os disteroismeros.

Uma molcula com n centros quirais tem 2n estereoismeros. Nos compostos cclicos, os ismeros cis e trans tambm so diasteroismeros.

Compostos meso - As molculas que contm dois ou mais centros quirais identicamente substitudos podem existir como estereoismeros meso. Os compostos meso tm imagens superponveis no espelho, e so portanto aquirais. Epmeros

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So diasteroismeros que contm mais de um carbono quiral e diferem em configurao em torno de apenas um C*.

6. OS HIDROCARBONETOSSo molculas formadas apenas por carbono e hidrognio, podendo apresentar ligaes simples, duplas ou triplas. Frmula emprica: CxHx

6.1. Alcanos ou parafinasContm apenas ligaes simples. No contm grupos funcionais, sendo, portanto relativamente apolares e pouco reativos. Frmula geral: ( CnH2n+2 ) Ex. CH3 (metano) CH3CH3 (etano)

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CH3CH2CH3 (propano) De acordo com a estrutura, os alcanos podem ser classificados em vrios tipos: alcanos de cadeia linear, alcanos ramificados e alcanos cclicos. Alcanos de cadeia linear:

Alcanos ramificados:

Alcanos cclicos (Cicloalcanos):

A ramificao reduz o ponto de ebulio.Os pontos de fuso e de ebulio e as densidades crescem com o aumento do volume das molculas e da rea superficial devido maior atrao entre as molculas. Grupos alquila: Formado quando se retira um tomo de hidrognio de um alcano. Os nomes dos grupos alquila so obtidos trocando-se o final do nome de ano para ila.

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CH4 (metano) (metila)

CH3

6.2. AlcenosContm ligao dupla entre tomos de carbono. Frmula geral: ( CnH2n) Ex. eteno

Tambm podem aparecer na sua forma cclica. Ex. Ciclobuteno OBS. Uma vez que os tomos de carbono numa ligao dupla no podem girar, grupos ligados a essa dupla ligao encontram-se fixos de um lado ou de outro do plano. Tais compostos so ismeros cis-trans.

6.3. Alcinos

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Contm ligao tripla entre tomos de carbono. Frmula geral: (CnH2n-2) Ex.Etino Os alcinos so compostos relativamente raros , e no ocorrem normalmente no corpo humano. Os resduos de hidrocarbonetos agem como fatores modificadores, e no como fatores primrios, seja nas propriedades fsicas, seja no comportamento qumico dos compostos considerados.

6.4. Compostos AromticosO termo aromtico utilizado para designar compostos cujas ligaes apresentam caractersticas em comum com aquelas do benzeno. A estrutura do benzeno base de milhares de compostos orgnicos.

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A estrutura do benzeno foi deduzida pela primeira vez por Kekul em 1865. Ele estabeleceu que seis tomos de carbono estavam arranjados na forma de anel, onde uma ligao simples e uma dup,ka apareciam de forma laternada, e cada tomo de carbono encontravfa-se ligado a uma tomo de hidrognio. Kekul sugeriu tambm que as posies das ligaes duplas e simples poderiam variar, produzindo estruturas capazes de representar o benzeno. Estrutura de ressonncia do benzeno:

A verdadeira estrutura do benzeno intermediria entre as duas estruturas de Kekul, chamadas de estruturas de ressonncia. Representaes do Benzeno:

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7. GRUPOS FUNCIONAIS CENTRO DE REATIVIDADE DA MOLCULAOs grupos funcionais se referem a tomos ou grupo de tomos que tendem a ser stios de alta reatividade qumica, os quais apresentam propriedades caractersticas.

7.1. GRUPOS FORMADOS POR SIMPLES lcool

FUNCIONAIS LIGAES

So derivados de hidrocarbonetos nos quais um ou mais tomos de hidrognio foram substitudos por um grupo funcional hidroxila (-OH). Frmula geral: R-OH

Onde: R: grupo alquila OH: Grupo funcional

Ex. H3C OH Metanol ( IUPAC) ou lcool Metlico ( Sistema comum) OBS. Os lcoois mais complexos so denominados segundo a IUPAC.

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FenolCompreende um grupo -OH ligado a um anel benznico.OH

Embora sejam semelhantes ao lcool, so tratados como uma classe particular de compostos, pois os fenis so cidos fracos, e o lcool no. Ex. 2-clorofenolOH Cl

teresFormados durante a desidratao intermolecular de um lcool. Nessa reao, o cido sulfrio pode ser considerdo um agente desidratante que remove gua de duas molculas de lcool. R-OH + OH-RH2SO4

R O R + H2O

Frmula Geral: R-O-R

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Ex. H3C O CH3 Dimetil ter ou ter metlico ou ainda Metoximetano ( Segundo o sistema IUPAC, o grupo -OCH3 denominado metoxi) Se dois lccois diferentes formam um ter temos um ter misto, tambm chamados de derivados alcxidos de hidrocarbonetos, com a cadeia mais curta recebendo o nome do grupo alcxido e a cadeia mais longa o nome do alcano. Os teres apresentam baixo ponto de ebulio, pois suas molculas no formam pontes de hidrognio.

Tiis ( mercaptans)So anlogos sulfurados dos lcoois contendo um grupo funcional SH. Ao contrrio dos lcoois, os tiis no apresentam ligaes de hidrognio. Portanto, eles apresentam ponto de ebulio menor que os dos lcoois correspondentes, e tambm menor solubilidades em gua. Os tiis so facilmente oxidados gerando dissulfetos. Frmula geral: R-SH

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Ex. CH3 SH ( Metanotiol ou metil mercaptan)

AminasSo composros orgnicos derivados da amnia ( NH3) Frmula geral: R NH2 Amina primria R2 NH Amina secundria R3 N Amina terciria Ex. CH3 NH2 (metil-amina) (CH3 ) 2 NH2 (dimetil-amina)

Haletos de alquilaR X

X = F, Cl, Br, I Ex. CH3F (Fluoro-metano ou fluoreto de metila)

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7.2. GRUPOS FUNCIONAIS QUE CONTM O GRUPO CARBONILA AldedosSo obtidos a partir da oxidao de um lcool primrio (-OH ligada a um carbono primrio). CH3 OH + [O]lcool primrio oxidao

H 2C = O + H2OAldedo

Frmula geral: R C = O l H Todos os aldedos tm o grupo CHO ( carbonila) no final da cadeia. Ex. CH3CH2 CH2COHCHO

Propionaldedo ou propanal

Benzaldedo ( aldedo aromtico)

OBS. Os aldedos podem ser oxidados para formar cidos, ou reduzidos aos seus lccois primrios.

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CetonasSo obtidos a partir da oxidao de um lcool secundrio (-OH ligada a um carbono secundrio). H oxidao CH3 C CH3 + [O] CH3 C CH3 + H2O OH O2-propanol ( propanona) acetona

Frmula geral: O ll R C R Ex. O CH3CH2C CH3 ( metil-etil-cetona ou 2-butanona)

cidos carboxlicosFormado a partir da oxidao de um aldedo. H oxidao

OH

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CH 2C = O + [O]Acetaldedo

CH 3C = O R C Ocido actico

Frmula geral:

OH Ex. CH3CHCH2CH2CH COOH (cido hexanico) CH3COOH ( cido actico)

steresFormados a partir da reao entre um cido orgnico com um lcool. RCOOR + ROH RCOOR + H2Ocido lcoolO O R'

ster

Frmula geral:R C

Ex. CH3COOCH2CH2 Acetato de etila ( nome comum) ou Etanoato de etila (IUPAC) Obs. ster cclico = lactona

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OH cido -hidroxi-propinico

CH3CH2C

O

CH3 O

CH2 C

Amidas

O -propriolactona

Formadas a partir da reao entre cidos orgnicos e aminas ou amnia. As amidas apresentam uma ligao entre um grupo carbonila (-C=O) e um nitrognio. O H R C OH + H N Hcido amnia

O calor R C NH2 + H2Oamida

Frmula geral:

R

C

O NH2O NH2

Ex. Acetamida

CH3

C

Obs. As imidas contm 2 grupos acila ligados ao mesmo nitrognio.

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Haletos de acilaObtidos pela substituio da hidroxila presente em um cido carboxlico por um tomo de halognio. Frmula geral:R C OX

X = F, Cl, Br, I Ex. Brometo de acetila CH C C 3O Br

Anidridos de cidosObtidos a partir da desidratao inter-molecular de dois cidos carboxlicos. Frmula geral:R R C C O O OCH3C CH3CH2CH2 C O O O

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Ex. Anidrido actico-butrico

BibliografiaALLINGER, N.L. Qumica Janeiro: LCT, 1978, 960p. orgnica. Rio de

MORRINSON, R.T,; BOYD, R.N. Qumica orgnica. 12 ed. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian, 1995. SACHHEIN, G.I.; LEHMAN, D.D. Qumica e Bioqumica para cincias biomdicas. 8 ed. Barueri: Manole, 2001. VOLLHARDT, K.P.; SCHORE, N.E. Qumica Orgnica: estrutura e funo. 4 ed. So Paulo: Bookman, 2004.

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