1

QUÍMICA ORGÂNICA

Até as primeiras décadas do século XIX, muitos cientistas acreditavam que compostos orgânicos eram obtidos a partir de animais e vegetais. Essa crença vinha desde civilizações antigas que extraíam corantes de plantas para tingir vestimentas ou preparavam bebidas a partir da fermentação de uvas.

No entanto a idéia de que compostos orgânicos eram extraídos de organismo vivos perdurou até 1828, quando Friedrich Wöhler, químico alemão, aquecendo cianato de amônio um sal inorgânico, obteve uréia, uma substância tipicamente orgânica encontrada na urina de alguns animais.

Essa experiência recebeu o nome de síntese de Wöhler.

A partir da síntese de Wöhler, outros experimentos foram realizados via laboratorial, demonstrando a possibilidade de sintetizar substâncias orgânicas não tão somente a partir de animais e vegetais.

Muitos desses experimentos constataram a presença do elemento carbono nos compostos sintetizados, essa constatação serviu para enunciar a definição de química orgânica:

Química orgânica é o ramo da química que estuda os compostos do elemento carbono.

No entanto, essa definição não é ainda precisa porque muitas substâncias da química inorgânica apresentam carbono e não podem ser' consideradas como substancias orgânicas.

Por exemplo, o gás carbônico (CO2), o monóxido de carbono (CO), o ácido carbônico (H2CO3), o carbonato de sódio Na2CO3, bem como todos carbonatos e cianetos, apesar de apresentarem carbono em suas fórmulas, não são compostos da química orgânica. ESTUDO DO ÁTOMO DE CARBONO

O carbono, sexto elemento da tabela periódica, apresenta 4 elétrons no seu nível mais externo:

2

Essa característica possibilita a união do carbono com outros átomos como H, O, N, Cl... formando um número enorme de compostos orgânicos. Acredita-se que o número de compostos, orgânicos ultrapasse 1 milhão. POSTULADOS DO CARBONO

O químico alemão Kekulé, em 1857, determinou as características fundamentais do átomo de carbono nos compostos mediante três postulados:

Friedrich August Kekulé - Químico alemão (1829-1896). Inovou o emprego de fórmulas desenvolvidas em Química Orgânica, criou em 1857, a Teoria da Tetracovalência do Carbono, criou hipótese das ligações múltiplas e propôs, em 1865, após um sonho que teve, a fórmula hexagonal do benzeno. 1º Postulado: Tetracovalência constante

Nos compostos orgânicos, o carbono é sempre tetracovalente, exercendo 4

ligações, podendo essas ligações serem representadas por pares eletrônicos ou traços.

6 12,00

C

CARBONO

2,4

2,26 3727

2,5 4830

3

2º Postulado - As quatro valências do carbono são iguais

Esse postulado explica por que existe um só clorometano (H3CCl), pois, qualquer que seja a valência que o carbono troque com o cloro, ou qualquer que seja a posição do cloro, obtém-se um só composto.

Qualquer uma dessas estruturas, independente da posição do cloro, receberá o nome de clorometano. 3º Postulado - Encadeamento constante

Os átomos de carbono podem unir-se entre si formando cadeias carbônicas. TIPOS DE UNIÕES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO

Dois átomos de carbono podem se ligar entre si através de 1, 2 ou 3 pares eletrônicos. FÓRMULAS

Para efeito de representação escrita dos compostos orgânicos, são usados diversos tipos de fórmulas. Os principais tipos de fórmulas são representados a seguir: Fórmula Eletrônica

Também denominada de fórmula eletrônica de Lewis, demonstra por pares

eletrônicos as ligações entre átomos. Exemplos

4

Fórmula Estrutural E mais usada que as fórmulas eletrônicas, por ser mais rápida a sua escrita. Na fórmula estrutural, os pares eletrônicos que ligam os átomos são simbolizados por traços ou covalências. Exemplos

Para efeito de simplificação da escrita de cadeias com muitos átomos, as fórmulas podem ser condensadas da seguinte maneira:

A representação (CH2)2 indica os grupos CH2 da parte interna da cadeia:

Fórmula Molecular

Indica, por meio de uma simplificação máxima, as fórmulas anteriores em que

os átomos de carbono e hidrogênio são somados. Exemplos:

Fórmulas geométricas

Essas fórmulas indicam, por meio de esferas, os átomos e,por meio de pinos,

os pares eletrônicos que unem esses átomos. Exemplos

5

CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS NUMA CADEIA CARBÔNICA

Em uma cadeia carbônica, cada átomo de carbono é classificado segundo o número de outros átomos de carbono aos quais está ligado. Assim, temos:

Carbonos primários: são átomos de carbono que se encontram ligados a apenas um átomo de carbono. Exemplo

Carbonos secundários: são os que se apresentam presos a dois átomos de carbono. Exemplo

6

Carbonos terciários: são os átomos de carbono que se encontram ligados diretamente a três átomos de carbono. Exemplo

Carbonos quaternários: são os que se apresentam ligados diretamente a

quatro átomos de carbono. Exemplo

CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS

Vimos no postulado do encadeamento constante que os átomos de carbono podem unir-se, uns aos outros, originando cadeias carbônicas. Essas cadeias podem ser divididas em dois grandes grupos: Cadeias abertas, acíclicas ou alifáticas - são as cadeias que apresentam duas

extremidades ou pontas de cadeia. Exemplos:

7

Cadeias fechadas ou cíclicas - são cadeias que apresentam os átomos de carbono ligados entre si formando um ciclo, figura geométrica ou anel. Podem ser de dois tipos:

alicíclica ou não aromática: não apresenta anel benzênico

Exemplos:

aromática ou benzênica: apresenta anel benzênico. Geralmente, essas cadeias

possuem 6 carbonos, mas sempre terão carbonos ligados por duplas e simples ligações alternadas. Esses compostos são representados por um hexágono.

CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS FECHADAS OU ALICÍCLICAS Quanto à saturação

Cadeias saturadas - apresentam apenas ligações simples entre átomos de

carbono.

Cadeias insaturadas - possuem uma dupla ligação entre carbonos.

8

Quanto à natureza

Cadeias homogêneas ou homocíclicas - apresentam somente átomos de carbono

ligados entre si.

Cadeias heterogêneas ou heterocíclicas - apresentam um heteroátomo entre

átomos de carbono.

Observação

Essas cadeias não podem ser classificadas quanto à dísposição dos átomos de carbono. A presença de rima ou mais ramificações presas ao ciclo caracterizará a cadeia como mista. O mesmo acontecendo para as cadeias benzênicas.

9

CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS ABERTAS OU ALIFÁTICAS

As cadeias abertas podem ser classificadas segundo alguns critérios, abaixo: Quanto à disposição dos átomos de carbono

Cadeias normais ou retas - cadeias lineares que apresentam somente carbono

primário e secundário.

Cadeias ramificadas - apresentam pelo menos um carbono terciário e/ ou

quaternário preso como um ramo ao tronco da cadeia linear.

Quanto à Saturação

Cadeias saturadas - os átomos estarão ligados sempre por simples ligações.

Cadeias insaturadas - apresentam pelo menos uma ligação dupla ou tripla entre

carbonos.

Quanto à natureza

Homogêneas - possuem somente átomos de carbono ligados entre si.

10

heterogêneas - apresentam um heteroátomo, ou seja, um átomo diferente do carbono, como O ou N, entre dois carbonos da cadeia.

RESUMO DAS CADEIAS CARBÔNICAS

11

EXERCÍCIOS CXCI- Indique os átomos de carbono primários, secundários, terciários e quaternários que constam nas seguintes cadeias carbônicas. Use as representações p, s, t, e q para esses carbonos.

CXCII- Classifique as cadeias abaixo indicando se são abertas ou cíclicas. Classifique também quanto à disposição, saturação e natureza.

CXCIII- (UFBA) Assinale a alternativa correta: O composto possui, em sua estrutura, uma cadeia que pode ser classificada como: a) alicíclica, normal, heterogênea e saturada; b) alicíclica, ramificada, homogênea e saturada; c) aberta, ramificada, homogênea e insaturada; d) aberta, ramificada, heterogênea e insaturada; e) aberta, normal, homogênea e saturada.

12

CXCIV- (ODONTO-LINS) A cadeia apresentada e: C C S C C C a) aberta, ramificada, normal, insaturada; b) alicíclica, heterogênea, normal, insaturada; c) aberta, heterogênea, normal, insaturada; d) aberta, heterogênea, ramificada. CXCV- (Osec-SP) A substância dietilamina, tem cadeia carbônica: a) acíclica, saturada, heterogênea; b) cíclica, insaturada heterogênea; c) acíclica, normal, homogênea; d) cíclica, saturada, homogênea; e) acíclica, ramificada, homogênea.

CXCVI- (Mackenzie - SP) O composto apresenta:

a) cadeia carbônica insaturada b) somente carbonos primários c) um carbono quaternário d) três carbonos primários e um terciário e) cadeia carbônica heterogênea CXCVII- (FGV - SP) O composto de fórmula: apresenta quantos carbonos primários, secundários, terciários e quaternário respectivamente? a) 5, 5, 2 e 1; b) 5, 4,3 e 1; c) 7, 4, 1 e 1; d) 6, 4, 1 e 2; e) 7,3, 1 e 2.

13

CXCVIII- O composto possui em sua estrutura uma cadeia que pode ser classificada como: a) alicíclica, normal, heterogênea e saturada; b) alicíclica, ramificada, homogênea e saturada; c) alifática, ramificada, heterogênea e insaturada; d) alifática, ramificada, homogênea e insaturada; e) alifática, normal, homogênea e saturada. CXCIX- A classificação da cadeia abaixo é: a) aberta, ramificada, heterogênea e saturada; b) aberta, normal, homogênea e insaturada; c) aberta, ramificada, homogênea e saturada; d) aberta, normal, heterogênea e saturada; e) aberta, normal, heterogênea e insaturada. CC- A classificação correta para a cadeia é a) homogênea, normal e saturada; b) homogênea, ramificada e saturada; c) heterogênea, normal e saturada; d) heterogênea, normal e insaturada.

14

FUNÇÕES ORGÂNICAS

Em razão do elevado número de compostos orgânicos, houve necessidade de agrupá-los em classes, segundo suas propriedades químicas comuns, a fim de facilitar o seu estudo.

Esses agrupamentos recebem o nome de funções orgânicas. Na química orgânica existem muitas funções, sendo as principais:

função hidrogenada - hidrocarbonetos;

funções oxigenadas -fenóis, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, derivados de ácidos, éteres;

funções nitrogenadas - aminas, amidas;

funções halogenadas - haletos. FUNÇÃO HIDROCARBONETOS

São compostos orgânicos constituídos unicamente de hidrogênio e carbono. De acordo com a estrutura da cadeia, os hidrocarbonetos classificam-se em:

Alcanos - alcenos - alcinos - alcadienos - ciclo alcanos - ciclo alcenos - aromáticos ALCANOS

São hidrocarbonetos da cadeia aberta que apresentam simples ligações entre átomos de carbono. NOMENCLATURA IUPAC DOS ALCANOS

A nomenclatura oficial dos alcanos, bem dos demais compostos orgânicos, foi estabelecida em diversos congressos mundiais de química pela União Internacional de Química Pura e Aplicada, com sede em Genebra, Suíça.

Sendo assim, os alcanos recebem nomes a partir de um prefixo indicativo do número de carbonos; uma parte central, caracterizando o tipo de ligação entre os átomos de carbono; e o sufixo o do termo hidrocarboneto. Observe o quadro:

15

Exemplos RAMIFICAÇOES DOS HIDROCARBONETOS

Ramificações ou radicais são grupos de átomos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um hidrogênio das suas moléculas. Vejamos as ramificações mais importantes.

16

Observação

As quatro primeiras ramificações assemelham-se aos prefixos 1 C - Met, 2C - ET, 3C - PROP e 4C - BUT mais a terminação IL. As ramificações isopropil e isobutil podem ser representadas da seguinte

forma: perceba que os grupos CH3, presos ao carbono central da ramificação, são iguais. O prefixo iso significa igual. Portanto: ISO + PROP + IL

Igual Três Final carbonos do nome em relação aos hidrogênios H e aos grupos CH3, os dois lados são iguais, daí o uso do prefixo iso. Como a ramificação totaliza quatro carbonos, adota-se o prefixo but. Portanto:

ISO + BUT + IL Igual Quatro Final carbonos do nome

Na ramificação terc-butil, em forma de cruz, o prefixo terc está associado ao

carbono terciário e butil a quatro carbonos da ramificação.

Na ramificação sec-butil, podemos associar a substituição de um hidrogênio, ficando um ligante livre, no carbono secundário do butano.

17

NOMENCLATURA DOS ALCANOS RAMIFICADOS

A nomenclatura dos alcanos ramificados segue as regras da IUPAC. Regra 1 Marcar a cadeia principal, a que apresentar o maior número de carbonos,

colocando-a dentro de uma moldura. Exemplos Regra 2 Numerar os carbonos da cadeia a partir da extremidade mais próxima de

ramificações.

18

Regra 3 Dar nome à estrutura iniciando pela ramificação, e indicando por número a posição dessa ramificação na cadeia principal. Número e nome da ramificação antecedem o nome do alcano dentro da moldura

2 - metil - pentano (número e nomes devem ser unidos por hífen).

Regra 4 Quando o alcano apresentar mais de uma ramificação essas ramificações

deverão ser indicadas pelos prefixos latinos di tri, tetra, etc. Vejamos outros exemplos:

19

Observação:

No caso de dúvida quanto ao nome correto de um composto, aplique a regra do menor número, ou seja: a soma dos menores números de qualquer composto indicará o nome correto desse composto. Exemplos 2,2,4 – trimetil – pentano 2,2,4 – trimetil – pentano 2+2+4 = 8 (nome correto) 2+4+4 = 10 (nome correto) ALCENOS

São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre dois átomos de carbono.

Nomenclatura

A nomenclatura é feita a partir dos prefixos de números de carbono (met, et, prop, but, etc.), antecedendo o infixo en e finalizando com a letra o. Exemplos H2C CH eteno H2C CH CH3 propeno

Quando o alceno apresentar mais de três carbonos, a dupla deverá ser numerada. A nomenclatura IUPAC recomenda representar o número na frente do nome do alceno, procurando-se usar os menores números, numerando-se sempre a partir da extremidade da cadeia mais próxima da dupla ligação.

20

Nos alcenos ramificados, prevalece a dupla sobre qualquer tipo de ramificação. A extremidade mais próxima da dupla será o carbono 1.

4-metil-1-penteno A dupla ligação é mais importante que a ramificação 3-metil-1-buteno

ALCADIENOS

Esses hidrocarbonetos apresentam duas ligações entre átomos de carbono. A nomenclatura assemelha-se aos alcenos usando-se os prefixos de números de carbono, o infixo adien e a terminação o. Exemplos

Nos alcadienos ramificados as duplas ligações devem receber os menores

números.

21

ALCINOS São hidrocarbonetos que possuem uma tripla ligação entre átomos de carbono.

A nomenclatura é feita usando-se o infixo in. Exemplos

HC CH etino HC C CH3 propino H3C C C CH3 2-butino

A tripla ligação, como nas normas anteriores receberá o menor numero, sendo mais importante que qualquer tipo de ramificação. CICLANOS

Ciclanos são hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam carbonos ligados por simples ligações.

Nomenclatura

A nomenclatura é feita iniciando-se o nome desses hidrocarbonetos pelo termo ciclo. Para efeito de rapidez da escrita da fórmula estrutural, os ciclanos podem ser representados por figuras geométricas em que cada vértice simboliza um átomo de carbono.

22

CICLENOS

São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre átomos de carbono da cadeia cíclica. A nomenclatura é semelhante aos ciclanos, substituindo-se a terminação ano por eno.

23

HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS

São hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam anel benzênico. O hidrocarboneto aromático mais simples dessa subfunção é o benzeno (C6H6).

O benzeno é o representante mais simples e mais importante dos

hidrocarbonetos aromáticos, possuindo uma grande importância industrial, pois constitui estrutura matéria-prima de varias atual substâncias como fenol, anilina, etc. A nomenclatura oficial é feita antepondo-se o nome da ramificação à palavra benzeno No entanto, muitos hidrocarbonetos aromáticos possuem nomes usuais. Exemplos:

24

Quando apresentar duas ramificações podemos usar a nomenclatura dos prefixos orto, meta e para as seguintes posições numéricas: AROMÁTICOS POLINUCLEARES

Alguns derivados do benzeno apresentam dois ou mais anéis benzênicos e são denominados compostos aromáticos polinucleares. Vejamos alguns exemplos:

25

RAMIFICAÇÕES DERIVADAS DOS AROMÁTICOS ATIVIDADES CCI- Nas cadeias abaixo cujos hidrogênios foram ausentados, assinale com uma moldura a cadeia principal.

26

CCII- Dê o nome das estruturas abaixo: CCIII- Dar o nome das fórmulas abaixo, conforme IUPAC: a) 2-metil-butano; d) 1,3-butadieno; b)2-hexeno; e) 2-hexino. c) 2, 3-metil-butano; CCIV- Qual das estruturas abaixo representa o ciclobuteno: CCV- O nome oficial do composto abaixo é:

27

CCVI- O nome IUPAC para o composto abaixo é: CCVII- Dê nome aos compostos cíclicos:

28

CCVIII- A partir do nome, dê a fórmula estrutural: a) ciclo-hexano; b) 1,4-dimetil-ciclohexano; c) ciclobuteno; d) benzeno; e) orto-dietil-benzeno. HULHA, CARVÃO COQUE OU CARVÃO MINERAL

A hulha é um combustível fóssil que provém de florestas da pré-história que foram encobertas pelas águas do mar e soterradas por detritos e deposição de sedimentos. Esses materiais ricos em carbono converteram-se lentamente, submetidos a várias temperaturas e altas pressões, em carvão mineral ou hulha.

Grandes reservas desse carvão são encontradas em todo cinturão carbonifero do Sul do Brasil, faixa que se estende do sul do Estado de São Paulo até o Rio Grande do Sul. A cidade de Criciúma se destaca na extração da hulha, que em grande parte destina-se à Companhia Siderúrgica Nacional, em Volta Redonda (RJ), para a confecção do aço. DESTILAÇÃO DA HULHA

Esse carvão presta-se à obtenção de vários produtos, quando submetido em retortas a uma destilação seca por aquecimento a 100ºC, na ausência de ar.

Os principais produtos obtidos são os seguintes:

29

PETRÓLEO

O petróleo (do latim petra = pedra, oleum = óleo) é um líquido oleoso, denso, de coloração geralmente escura, que se formou há milhares de anos a partir da decomposição de restos de animais e vegetais soterrados por rochas sedimentares (rochas porosas constituídas por calcário e areia).

É encontrado tanto em terra como no fundo do mar, no subsolo, em camadas denominadas lençóis petrolíferos.

No Brasil o petróleo é obtido de lençóis petrolíferos da Bacia de Campos, no litoral do Rio de janeiro, e da Região Petrolífera do Recôncavo Baiano. Além dessas produções, há também petróleo nos estados do Ceará, Sergipe, Rio Grande do Norte e Alagoas. EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO

A extração do petróleo é feita à semelhança da escavação de poços artesianos para obtenção de água. O local é escolhido a partir de longo estudo geológico do relevo e formação rochosa e uso de mapeamento por satélite.

Uma vez escolhido o local, eleva-se uma torre de ferro com forma de pirâmide, cuja altura varia de 15 a 30 metros. Essa torre servirá para sustentação a cabos de aço, polias e sondas de perfuração.

Quando a sonda atravessa a rocha sedimentar, alcançando a camada petrolífera, a pressão de gás, geralmente existente nessa região, faz com que o petróleo seja jorrado Plataforma de petróleo para fora do poço, às vezes de forma violenta. Se a pressão do gás não é suficiente o petróleo é extraído mediante injeção de gás ou bombas de sucção. ARMAZENAMENTO E DESTILAÇÃO

O petróleo obtido dos poços e enviado por bombeamento para grandes depósitos próximos do local, ficando em repouso

30

para decantar a água salgada, argila e impurezas existentes. Em seguida é bombeado para tanques de armazenamento e enviado por canos especiais (oleodutos) para a refinaria de petróleo.

Na refinaria o petróleo é transformado em uma série de derivados por meio de vários processos. Um dos processos é chamado de destilação fracionada. Essa destilação é efetuada em grandes torres ou colunas. Cada fração do petróleo apresenta mistura de inúmeras moléculas que, de acordo com seu tamanho, vão ocupando a coluna de destilação. As moléculas mais leves ou menores como o gás metano (CH4) e etano(C2H6),por exemplo, ocupam a parte de cima da coluna enquanto as mais pesadas, com muitos átomos se distribuem nos níveis mais baixos da coluna.