Universidade Federal do Pampa - Campus Bag

Apostila

Qumica Orgnica

Prof. Udo Sinks 2007

Qumica Orgnica

Literatura T.W.GRAHAM SOLOMONS, CRAIG FRYHLE, a QUMICA ORGNICA - VOL. 1, 8 EDIO, LTC, 2005, ISBN: 8521614497 a QUMICA ORGNICA - VOL. 2, 8 EDIO, LTC, 2006, ISBN: 8521614519K. PETER C. VOLLHARDT, NEIL E. SCHORE, a QUMICA ORGNICA: ESTRUTURA E FUNO, 4 EDIO, BOOKMAN, PORTO ALEGRE, 2004, ISBN: 8536304138; JOHN MCMURRY, a QUMICA ORGNICA: COMBO, 6 EDIO, THOMSON LEARNING, 2004, ISBN: 8522104298 ou a "QUMICA ORGNICA 1 - Traduo da 6 . Edio Norte-Americana", THOMSON LEARNING, 2004, ISBN: 8522104158 a "QUMICA ORGNICA 2 - Traduo da 6 . Edio Norte-Americana", THOMSON LEARNING, 2004, ISBN: 8522104697 PAULA YURKANIS BRUICE, QUMICA ORGNICA - VOL. 1, 4a EDIO, PRENTICE HALL, 2006, ISBN: 8576050048 QUMICA ORGNICA - VOL. 2, 4a EDIO, PRENTICE HALL, 2006, ISBN: 8576050684

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Qumica Orgnica

1. Introduo1.1. O que Qumica Orgnica? Como seu corpo funciona? Por que seus msculos estavam doendo, depois do ultimo jogo de futebol? O que acontece com a gasolina no motor do carro? Qual o princpio ativo na aspirina que tomou por causa da dor de cabea? Por que ns estamos com dor de cabea? Qual a origem do cheiro do alho? Como funciona um indicador sensitivo ao pH? Como os sinais so transmitidos nos nervos?

O NH2 OH N H O O

Qumica o estudo da estrutura das molculas e das regras que governam suas interaes. Qumica se relaciona com biologia, fsica e matemtica. O que , porm, a Qumica Orgnica? O que a distingue de outras disciplinas qumicas? Fsico-Qumica, Qumica Inorgnica, ou Bioqumica; A Qumica Orgnica a qumica do carbono e seus compostos. (=molculas orgnicas) Molculas orgnicas so as unidades qumicas fundamentais da vida: Protenas, gorduras, cidos nuclicos, carboidratos.

HO HO HO H HO O O OH N

O

N

N N

1.2. VitalismoDistinguir entre compostos inorgnicos e compostos orgnicos organismos vivos compostos orgnicos fontes no vivos compostos inorgnicos Para a sntese de um composto orgnico ser necessria a interveno de uma "fora vital". Tal sntese poderia apenas ocorrer num organismo vivo e no num laboratrio qumico. 1816 Isolamento de cidos graxos por Michel Chevreul 1828 1850 Sntese de vrios compostos orgnicos a base de compostos inorgnicos 1828 Friedrich Whler descobriu O que uria poderia ser calor produzida por aquecimento de C NH4+NCOcianeto de amnio. H2N NH2 Vitalismo desaparece dos crculos cientficos cianato de amnio uria 1780

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1.3. Frmula Mnima e Molecular1784 Antoine Lavoisier: compostos orgnicos constitudos basicamente de carbono, hidrognio e oxignio (C, H, O); 1811 1831 Mtodos quantitativos para determinar a composio de compostos orgnicos: Justus Liebig, J.J. Berzelius, e J.B.A. Dumas. 1860 Stanislaw Cannizarro: distingui entre frmula mnimas e formula molecular Baseando na hiptese de Amadeo Avogadro (1811): molculas com a mesma frmula mnima ( por anlise quantitativa) tem peso molecular diferente. Diferentes nmeros de tomos Diferentes frmulas moleculares ciclopentano eteno cicloexano H H H H H H H H H H H H HH H H H C1H2 70,08 g/mol C5H10 HH H

H H H H H C1H2 84,16 g/mol C6H12

H

frmula mnima peso molecular frmula molecular

C1H2 28,05 g/mol C2H4

1.4. Teoria Estrutural da Qumica Orgnica1858 1861 August Kekul, Archibal Scott, Alexander M. Butlerov: desenvolvimento da teoria estrutural: 1. tomos de compostos orgnicos podem formar um nmero fixo de ligaes: carbono tetravalente

Cenxofre

divalente ou

S S

ou

oxignio

divalente

O O

tetravalente

S Nou

hidrognio

monovalente

H

nitrognio

trivalente

N N

ou

cloro

monovalente

Clfosfro

trivalente

P

bromo iodo flor

monovalente monovalente monovalente

Br IF

pentavalente

PSe Seou

selnio

divalente

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Qumica Orgnica 2. tomos de carbono podem usar uma ou mais de suas valncias para formar ligaes com outros tomos de carbono e os demais tomos em compostos orgnicos: ligao simples

C

C

Ligao dupla

C

C

Ligao tripla

C

C

1.5. IsmerosExistem molculas com a mesma frmula molecular e mesmo peso molecular, mas propriedades fsicas diferentes (ponto de fuso, ponto de ebulio). A teoria estrutural ajuda a resolver o problema, pois esclarece que compostos com a mesmo frmula molecular podem ter estruturas diferentes. Definio de Ismeros: Compostos com estruturas diferentes que tem a mesma frmula molecular so chamados de ismeros.

Exemplo: Nome frmula molecular estrutura ponto de ebulio ponto de fuso lcool etlico (etanol) C2H6O ter dimetlico C2H6O

H H C H

H C H O

H

H H C H O

H C H H

78,5 C - 117,3 C

-24,9 C - 138 C

1.6. Geometria do carbono1874 Frmulas estruturais 2D 3D J.H. van't Hoff, J.A. LeBel Proposta: as quatro ligaes do tomo de carbono de metano so arranjadas que elas apontaram no sentido dos vrtices de um tetraedro regular com o carbono no seu centro

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1.7. Ligaes Qumicas: A Regra do Octeto1916 G.N. Lewis, W. Kssel Regra de Octeto: tomos formam ligaes para obter configurao de um gs nobre (tal configurao de um gs nobre mais estvel) Para a maioria dos tomos na qumica orgnica: 8 eltrons na camada de valncia tomos perto do Hlio: 2 eltrons na camada de valncia Para satisfazer a regra do octeto dois tipos de ligaes qumicas principais na Qumica Orgnica: ligao inica e ligao covalente

1.7.1. Ligao inicaLigaes inicas se formam em reaes de tomos com eletronegatividade bem diferentes. Eletronegatividade: a medida da habilidade de um tomo em atrair eltrons

H 2,1 Be 1,6 Mg 1,2 Ca 1,0 B 2,0 Al 1,5

C 2,5 Si 1,8

N 3,0

O 3,5

F 4,0

Li 1,0 Na 0,9 K 0,8

P 2,1

S 2,5

Cl 3,0 Br 2,8 I 2,5

Valores de EN para os elementos dos grupos principais da tabela peridica

Transferncia de um ou mais eltrons de um tomo para o outro para criar ons:

Li

+

F

Li

+

+

F

-

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1.7.2. Ligao covalente tomos de mesma eletronegatividade ("vizinhos" na tabela peridica) formam ligaes covalentes; tomos atingem configurao de um gs nobre atravs do emparelhamento de eltrons; Ligaes covalentes entre tomos se formam produtos: molculas; Representao de molculas por frmulas de ponto (estruturas de Lewis) ou frmulas de traos (mais conveniente);

H2 Cl2

H + H Cl + Cl

H H Cl Cl H HCH Hou H N N

ou ou

H Cl

H Cl H

CH4

C + H

ou

H

C H

H

Ligaes mltiplas podem se formar:

N2

N N H C H C

HH H H ou H N H H

ons podem conter ligaes covalentes:

NH 4

H

N H

1.8. Escrevendo Frmulas Lewis ou Kekul1.8.1. Estruturas de Lewis: Monta se a molcula ou o on a partir dos tomos constituintes mostrando eltrons de valncia; Nmero de eltrons de um tomo tabela peridica numero de eltrons = nmero do grupo do tomo ons: adicionam-se eltrons para fornecer a carga apropriada. tomo Carbono Hidrognio Oxignio Nitrognio Enxofre Selnio Fsforo Cloro grupo 4A 1A 6A 5A 6A 6A 5A 7A nmero de eltrons de valncia 4 1 6 5 6 6 5 7

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Qumica Orgnica Problema Resolvido Escreve a estrutura Lewis de CH3Cl. Resposta Nmero total de eltrons de valncia: 1 C Grupo 4A 4 eltrons de valncia 1 3 Cl H 7A 1A 7 1 total

4 7 3 14

H H C H Cl H

H C H Cl

1. Pares de eltrons para formar ligaes. (8 eltrons, restam 6)

2. Adicionar os eltrons restantes em pares (contagem: 14 eltrons de valncia)

Problema Resolvido 2Escreve a estrutura Lewis do on carbonato: CO3 : Resposta Nmero total de eltrons de valncia: 4 eltrons de valncia 1 C Grupo 4A 3 2 O e

4 18 2 total 24

6A

6

O C O1. Pares de eltrons para formar ligaes. (6 eltrons; restam 18)

OO

C O

O

2. Adicionar os eltrons restantes em pares 3. se necessrio: ligaes duplas para satisfazer a regra do octeto. 4. determinar cargas formais. (contagem: 24 eltrons de valncia)

1.9. Excees regra do octetoElementos do segundo perodo da tabela peridica: 1 orbital 2s e 3 orbitais 2p Max. 8 eltrons 4 ligaes regra do octeto Excees: boro e berlio menos do que oito eltrons so possveis Elementos do terceiro perodo: 1 orbital 3s, 3 orbitais 3p, 5 orbitais 3d 18 eltrons regra do octeto no mais vlida (excees) exemplos: PCl5 e SF6

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Cl Cl Cl P

Cl Cl

F F

F S F

F F

Molculas ou ons altamente reativos tm tomos com menos de oito eltrons em suas camadas de valncia: exemplo: BF3

F B F F

Deve-se saber como os tomos esto ligados entre si! Exemplo: cido ntrico HNO3 Hidrognio est ligado a o oxignio e no ao nitrognio como sugerido pela frmula molecular Estrutura: HONO2 (no HNO3) O O

N HO

+

O

-

Nno O-

+

H

O

1.10. Carga Formal Carga formal: carga (positiva ou negativa) localizada num tomo; Soma total de todas as cargas formais igual carga total na molcula / no on; calculo da carga formal:

C arg a formal = n eletronsExemplos + on amnio (NH4 )

valncia molcula

n eltrons

atomo neutro

Eltrons nas ligaes so divididos entre os tomos que os compartilham Pares no compartilhados so atribudos aos tomos s quais pertencem

H H NH H

Hidrognio Nitrognio

eltrons de valncia no tomo livre subtrair os eltrons atribudos carga formal eltrons de valncia no tomo livre subtrair os eltrons atribudos carga formal carga do on 4(0) + 1 = +1 on carbonato (CO3 )2-

= = = = = =

1 -1 0 5 -4 +1

on nitrato (NO3 )

-

O O N O

carga formal = 6 - 7 = -1

O O C O

carga formal = 6 - 7 = -1

carga formal = 5 - 4 = +1

carga formal = 4 - 4 = 0

carga formal = 6 - 7 = -1

carga formal = 6 - 7 = -1

carga formal = 6 - 6 = 0

carga formal = 6 - 6 = 0

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1.10.1. Resumo Carga FormalGrupo 3A 4A 5A 6A 7AC C

Carga Formal +1

Carga Formal 0B

Carga Formal -1B

C

C

CN

C

C

C

C

N

N

N

N

N

N

N

O

O

OX

O

O

X

X

1.11. RessonnciaProblema: Estruturas Lewis Localizao artificial de eltrons

O O C 1 O O

O C 2 O O

O C 3 O

Exemplo Carbonato: 3 estruturas diferentes mas equivalentes Caractersticas: o 1: cada tomo - configurao de gs nobre o 2: converter uma estrutura para a outra apenas trocando as posies dos eltrons

O O C 1 O O

O C 2 O O

O C 3 O

Estudos de raios X: Todas as ligaes C-O do on carbonato tm o mesmo comprimento: 1,28 Ligaes C-O: mais curtas do que ligaes C-O simples (1,43 ) Ligaes C-O: mais compridas do que ligaes C=O duplas (1,20 ) Nenhuma da estruturas acima est correta. Teoria de ressonncia: Sempre que uma molcula / um on puder ser representado por duas ou mais estruturas de Lewis que diferem apenas nas posies dos eltrons: 1. Nenhuma das estruturas (estruturas de ressonncia ou contribuintes de ressonncia) ser uma representao correta para a molcula / o on. 2. Representao da molcula por um hbrido (mdia) dessas estruturas. 3. As estruturas de ressonncia no so estruturas para a molcula / o on real; existem apenas no papel / no computador.

O O C 1 O O

O C 2 O O

O C 3 O

O3

2

2 3

2 C O O3

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1.11.1. Resumo das Regras de Ressonncia1. As estruturas de ressonncia existem apenas no papel; 2. Ao escrever as estruturas de ressonncia s nos permitido mover eltrons;

3. Todas as estruturas devem ser estruturas de Lewis apropriadas;

H H C H O

H H

H C H O

H

4. A energia da molcula real mais baixa do que a energia que pode ser prevista para qualquer 5. Estruturas de Ressonncia equivalentes contribuem igualmente para o hbrido e um sistemadescrito por elas tem uma energia de estabilizao grande;+ +

estrutura contribuinte;

6. Quanto mais estvel uma estrutura (quando analisada isoladamente), maior a contribuiopara o hbrido; a) Quanto mais ligaes covalentes uma estrutura tem, mais estvel ela ;

H H H H H H

H H H H

H H

b) As estruturas nas quais todos os tomos tm um nvel de valncia de eltrons completo (gs nobre) so especialmente estveis e contribuem muito para o hbrido;

H C HH H

H O

H C H O

H

c) A separao de cargas diminui a estabilidade

Br H

H H

Br H

d) Os contribuintes de ressonncia com carga negativa em tomos altamente eletronegativos so mais estveis do que aqueles com carga negativa em tomos menos eletronegativos.

1.12. Mecnica QunticaSchroedinger descreve a movimentao de eltrons em termos que levam em considerao a natureza ondulatria do eltron.

H = EE = Energia

H =

h d2 +V 2 m dx 2

equao de onda (s para o tomo de hidrognio) Prof. Udo Sinks 11

Qumica Orgnica solues destas equaes funes de onda cada funo de onda corresponde a um estado diferente para o eltron Uma equao de onde uma ferramenta para calcular duas propriedades importantes: a) Energia associada com o estado do eltron b) Probabilidade relativa de um eltron ocupar lugares especficos 2 expressa um espaco tridimensional 2 (x,y,z) = probalidade = 0 1 orbital descreve o volume do espaco em volta do ncleo onde o eltron tem maior probalidade de ser encontrado (90-95 %). 2 Se (x,y,z) > 0,9 lugar (x,y,z) no espao pertence a um orbital

1.13. Orbitais AtmicosGrficos de em trs dimenses geram as formas dos familiares orbitais atmicos (OAs): s, p, (d, f), os quais usamos como modelos para estrutura atmica. Somente os orbitais s e p so importantes na qumica orgnica.2

s p

esferas duas esferas quase se tocando

2s: superfcie nodal ( = 0) Um lbulo (ou esfera): sinal de positivo Outro lbulo : sinal de negativo Plano nodal ( = 0) separe os dois lbulos (esferas) Trs orbitais p esto arranjados no espao de tal forma que seus eixos so mutuamente perpendiculares

IMPORTANTE: Sinal da funo de onda carga eltrica (-) ou (+) no implicam probabilidade de encontrar eltrons 2 (probabilidade) sempre positivo. (-) ou (+) se torna importante: combinao de orbitais atmicos para orbitais moleculares (formao de ligaes covalentes) Todos os orbitais podem acomodar dois eltrons Quanto maior o nmero de ns, maior a energia do orbital. Energia de eltrons nos orbitais: 1s < 2s < 2p Os eltrons nos trs orbitais 2p tm energia igual: orbitais de energia igual so chamados orbitais degenerados. Configurao eletrnica de qualquer tomo nos primeiros perodos da tabela peridica:2pEnergia

2pEnergia

2s 1s

2s 1s

Boro 1s 2s 2p

2

2

1

Carbono 1s 2s 2p

2

2

2

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2pEnergiaEnergia

2p 2s 1s

2s 1s

Nitrognio 1s 2s 2p

2

2

3

Oxignio 1s 2s 2p

2

2

4

2pEnergiaEnergia

2p 2s 1s2 2 6

2s 1s

2 2 5 Nenio 1s 2s 2p Flor 1s 2s 2p Regras aplicadas (Qumica Geral): Princpio da edificao: Os orbitais so preenchidos de forma que aqueles de mais baixa energia so preenchidos primeiramente. Princpio da excluso de Pauli: Um mximo de dois eltrons pode ser colocado em cada orbital, mas apenas quando os spins dos eltrons so emparelhados. Regra de Hund: Orbitais degenerados (mesma energia): adiciona-se um eltron em cada com spins desemparelhado at que cada orbital contenha um eltron. Depois se adiciona um segundo eltron a cada orbital degenerado de forma que os spins estejam emparelhados.

1.14. Orbitais Moleculares Orbitais atmicos (OAs) se combinam para tornaram-se orbitais moleculares (OMs); Nmeros de OMs sempre igual ao nmero de OAs: OAs podem ser combinados pela adio ou pela subtrao;

1.14.1. Adio

OM ligante: orbital molecular ligante

Superposio de orbitais atmicos de mesmo sinal de fase Reforo da funo de onda na regio entre os dois ncleos 2 maior maior Aumento da densidade de probabilidade eletrnica na regio entre os ncleos Fora atrativa do ncleo pelos eltrons compensa a fora repulsiva dos dois ncleos "Cola" que mantm os tomos unidos

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1.14.2. Subtrao

OM antiligante: orbital molecular antiligante

*

Superposio de orbitais atmicos de sinal de fase opostos Funes de onda interferem um a com a outra N entre os dois ncleos produzido 2 =0 e nos regies prximos pequeno muito pequeno Os eltrons "evitam" a regio entre os dois ncleos Fora atrativa entre os ncleos e os eltrons pequena Foras repulsivas (entre os eltrons e entre os ncleos) so maiores

1.14.3. Diagrama de energia:Os eltrons so colocados nos orbitais moleculares da mesma forma que eles foram colocados nos orbitais atmicos. * Combinao de dois orbitais atmicos 1s fornece dois orbitais molec e molec. * Energia (molec) < Energia ( molec)

molec (antiligante)Energia

1s

1s molec (ligante)

No estado fundamental o molec contem os dois eltrons (estado eletrnico mais baixo ou estado fundamental)

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1.15. Estrutura de Metano e Etano1.15.1. Hibridizao sp3 O modelo dos orbitais s e p no fornece um modelo satisfatrio para o carbono tetravalente Soluo: Hibridizao dos orbitais combinao de funes de ondas Se um orbital 2s e trs orbitais 2p so misturados (= hibridizados) quatro novos orbitais hibridos so obtidos: 3 sp = uma parte s e trs partes p 3 Os quatros orbitais sp devem ser orientados com ngulos de 109,5 entre si 3 Hibridizao sp fornece uma estrutura tetradrica para o metano e com quatro ligaes C-H equivalentes

2pEnergia

2sp3 hibridizao 1s

2s 1s

Orbital sp resulta de uma combinao de um orbital s com trs orbitais p Carter de um orbital p

3

1.15.2. Formao de ligaes sigma O lbulo positivo do orbital sp se superpe com um orbital 1s do hidrognio para formar o orbital ligante de uma ligao CH. Uma vez que a sobreposio muito grande a ligao muito forte.3

A ligao formada chamada ligao sigma (). Ligao um termo usado em geral para ligaes esfericamente simtricas na seo transversal quando vista ao longo do eixo de ligao. Prof. Udo Sinks 15

Qumica Orgnica Todas as ligaes simples puras so ligaes .

1.15.3. Metano

1.15.4. EtanoA ligao CC do etano formada por dois orbitais sp (dos carbonos) sobrepostos. As ligaes CH so formadas da mesma maneira que no metano. A molcula tetradrica (cf. metano) Ligaes : simetria cilndrica ao longo do eixo da ligao rotao de grupos ligados por uma ligao (= ligao simples) no requer muita energia Rotao relativamente livre 3

1.16. Estrutura de Eteno: Hibridizao sp2Quando dois tomos de carbono compartilham dois pares de eltrons o resultado uma ligao dupla: alcenos No eteno a nica ligao carbono-carbono uma ligao dupla. Arranjo espacial diferente daquele dos alcanos (metano, etano, p.ex.). tomos: Coplanares; Cada tomo de carbono triangular ngulo de ligao 120 16

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Modelo: 2 Trs ligaes sigma formados por orbitais sp do carbono Mistura (hibridizao) de um orbital 2s e dois orbitais 2p Um orbital 2p deixado sem hibridizar:

Orbitais sp resultando esto dirigidos na direo dos vrtices de um triangulo regular (ngulo de 120 ) 2 Orbital 2p no hibridizado perpendicular ao plano formado pelos orbitais sp . 2 Superposio de dois orbitais sp de cada carbono forma a ligao CC; 2 Orbitais sp restantes do carbono formam ligaes com os 4 tomos de hidrognio; Orbitais p de cada carbono formam uma ligao por superposio lateral;

2

diferena entre ligaes (sigma) e ligaes (pi): (sigma) (pi) simetria cilndrica plano nodal ao redor de uma linha conectando os dois passando atravs dos ncleos ligados ncleos se dois orbitais interagem: combinao ligante e antiligante:

distribuio de eltrons numa ligao dupla

superposio de orbitais de sinal semelhante: orbital ligante * superposio de orbitais de sinal diferente: orbital antiligante

orbital ligante (no estado fundamental da molcula): * mais baixo em energia do que o contm ambos os eltrons 17

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Qumica Orgnica no estado excitado (absoro de luz etc.): um dos eltrons e promovido para o orbital *

1.16.1. Rotao restritaExiste uma grande barreira de energia para a rotao associada com os grupos unidos por uma ligao dupla.: -1 Erot (C=C) = 264 kJmol . -1 Erot (CC) = 13-26 kJmol Superposio mxima: eixos dos orbitais p paralelos. Rodando uma ligao por 90 quebra da : ligao

1.16.2. Isomerismo cis-transA rotao restrita da ligao provoca um tipo de isomerismo: isomerismo cis-trans. Ismeros: Compostos diferentes com a mesma frmula molcular.

Igual: conectividade dos tomos de cada um composto Diferente: arranjo dos tomos no espao Estereoismeros

1.17. Estrutura de Etino: Hibridizao sp Hidrocarbonetos com dois tomos de carbono que compartilham trs pares de eltrons: alcinos

Carbono em alcinos: hibridizao sp

Orbital p + orbital s = 2 orbitais sp 2 orbitais sp: orientados em um ngulo de 180 ; 2 orbitais 2p (no hibridizados): perpendicular ao eixo que passa atravs do centro de dois orbitais sp;

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1.17.1. Formao da ligao tripla

Dois tomos de carbono superpem dois orbitais sp: ligao (sigma) carbono-carbono Dois orbitais sp restantes se superpem com orbitais s do hidrognio: ligao (sigma) carbono-hidrognio Dois orbitais p em cada carbono se superpem: duas ligaes (pi) carbono-carbono ligao + 2 ligaes = ligao tripla carbono-carbono

1.18. Comparao do comprimento de ligao de Etino, Eteno e Etano

Ligaes carbono-carbono esto mais fortes quando existem mais ligaes: CC < C=C < CC Ligaes carbono-hidrognios HC < HC= < HC

1.19. Geometria Molecular: O Modelo de Repulso do Par de Eltrons no Nvel de ValnciaTeoria da repulso do par de eltrons no nvel de valncia 1. Consideramos molculas (ou ons) nas quais o tomo central est ligado covalentemente a dois ou mais tomos ou grupos 2. Consideramos todos os pares de eltrons de valncia do tomo central tanto aqueles que so compartilhados nas ligaes covalentes (pares ligantes quanto aqueles que no pares ligantes), esto compartilhados (eltrons no-ligantes ou pares no-compartilhados eltrons no-ligantes no-compartilhados) 3. Uma vez que os pares de eltrons se repelem, os pares de eltrons do nvel de valncia tendem a ficar o mais afastado possvel. A repulso entre pares noligantes geralmente maior do entre pares ligantes. 4. Chegamos na geometria da molcula considerando todos os pares de eltrons, ligantes e no -ligantes, mas descrevemos a forma da molcula ou on, levando

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Qumica Orgnica em considerao as posies dos ncleos (ou tomos) e no atravs das posies dos pares de eltrons.

1.19.1. MetanoQuatro pares de eltrons Orientao tetradrica permita que quatro pares de eltrons tenham a separao mxima possvel

1.19.2. AmniaTrs pares de eltrons ligantes um par no-ligante Arranjo tetradrico dos pares de eltrons Arranjo piramidal trigonal dos quatro tomos

1.19.3. guaDois pares de eltrons ligantes Dois pares no-ligantes Arranjo tetradrico dos pares de eltrons Arranjo angular dos trs tomos

1.19.4. Trifluoreto de BoroTrs pares de eltrons ligantes Separao mxima: eltrons ocupando os vrtices de um tringulo eqiltero Geometria trigonal plana

1.19.5. Hidreto de BerlioDois pares de eltrons ligantes Geometria linear ngulo HBH = 180

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1.19.6. Dixido de CarbonoLigaes mltiplas todos eltrons de es mltiplas:

uma ligao mltipla atuam como se eles fossem uma unidade nicaOs quatro eltrons de cada ligao dupla agem como uma unidade nica e esto separados ao mximo um do outro. Geometria linear ngulo de ligao O=C=O = 180

1.19.7. Geometrias das Molculas e ons pela Teoria RPENVNmero de pares de Eltrons no tomo central Ligantes 2 3 4 3 2 Noligantes 0 0 0 1 2 Total 2 3 4 4 4 Estado de Hibridizao do tomo central sp sp sp2 3 3 3

Geometria da Molcula ou on Linear Trigonal plana Tetradrica Pirmide trigonal Angular

Exemplo BeH2 BF3, CH3 NH3 H2O+ +

CH4, NH4

~ sp ~ sp

1.20. Representao das Frmulas estruturaisFrmulas estruturais para o lcool proplico

H H C Hmodelo de bola e palita

H C H

H C H O H

Frmula de traos

CH 3 CH 2 CH 2OHFrmula condensada

OHFrmula de linha de ligao

Frmulas estruturais para o ter dimetlico

Estrutura de pontos

Frmula de traos

Frmula condensada

1.20.1. Frmulas Estruturais de Traos Cada trao = um par de eltrons 21 Prof. Udo Sinks

Qumica Orgnica tomos ligados por ligaes simples podem rodar relativamente livremente uns em relao aos outros. Frmulas equivalentes de lcool proplico

H

H H H C H C

H C H H

H OH

H H C H H C

H H C O H

H C C H C O H H

H H H

Ismeros constitucionais Modelos de trao mostram a conectividade dos tomos

Lembramos que Ismeros constitucionais tm diferentes conectividades e conseqentemente, devem ter diferentes frmulas estruturais.

H H C H

H C H

H C H O H

H H C H

H C O H

H C H H

lcool proplico

lcool isoproplico

1.20.2. Frmulas Estruturais CondensadasFrmulas condensadas: tomos de hidrognio ligados a carbonos so escritos imediatamente depois do carbono

H H C H

H C

H C

H C H H CH 3 CHCH 2 CH 3 Br CH 3CHBrCH 2 CH 3

Br H

Frmula de trao Frmulas condensadas Frmulas parcialmente condensadas: tomos de hidrognio ligados a carbonos so escritos imediatamente depois do carbono Algumas outras ligaes podem ser escritas

H H C H

H C O H

H C H H

CH 3 CHCH 3 OH CH 3CH(OH)CH 3 ou

CH 3 CHOHCH 3

(CH 3 )2 CHOH

Frmula de trao

Frmulas condensadas

1.20.3. Molculas CclicasH H C C H C H H H2C H2C CH 2

Frmulas para um alcano cclico: ciclopropano

H

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22

Qumica OrgnicaH C C H H C H C C H H H2 C

H H H

H H H H2C H2C

CH 2 CH 2

Frmulas para um alcano cclico: cicloexano

C

C H2

1.20.4. Frmulas de Linhas de LigaoQumicos orgnicos preferem utilizar frmulas de linhas de ligao uma frmula muito simplificada: Mostra-se apenas o esqueleto de carbono Supomos que o nmero de hidrognios necessrios para preencher as valncias do carbono est presente, mas no os escrevemos; Outros tomos (p.ex. O, Cl, N etc) so escritos na frmula; Cada interseo de duas ou mais linhas e a ponta de um alinha representa um tomo de carbono, a menos que um outro tomo esteja escrito nela.

H H C H H H C

H C

H C

H C H H C H H C H H = CH3NCH2CH3 CH3Frmulas condensadas Frmula de linhas de ligao

H

=

CH3CHCH2CH3 Cl

= Cl

Cl H H C H C

H

=

CH3CHCH2CH3 CH3

=

H C H H H H H H C N H C

=

N

H C H H H H

Frmula de traos

Ligaes mltiplas so indicadas nas frmulas de linha:

H 3C

C H2 C

H C

CH 3 H 3C C H C C H2 C H C

C H2

CH 3

=

CH 3

CH 3

C H2

OH

=

OH

1.20.5. Frmulas Tridimensionais Quase todos os compostos orgnicos possuem uma estrutura tridimensional. Para escrever frmulas tridimensionais: ligaes no plano do papel: ligaes para fora do plano do papel: ligaes para dentro do papel: 23

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Qumica Orgnica Representao de um tomo tetradrico: Duas ligaes no plano com ngulo de aproximadamente 109 Ligaes de cunha

H H C H HH H C Br H

H ou Hmetano

H H C HH H

H ouetano

HH C C HH

C

HH

C

H H

HH

H ou H C H Br ou Hbromometano

C

Br H

ou Br

C

H H

Representao de um tomo trigonal plano: Todas ligaes no plano do papel ngulo 120 Representao de um tomo linear: Todas as ligaes no papel

H HH 3C

B

H CH3

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