LIVRO - Introdução a Química Orgânica - Copostos Orgânicos - Definição; Características e Propriedades e Classificação do Carbono, Cadeias e Tipos de Ligação

OS PRIMÓRDIOS DA QUÍMICA ORGÂNICA

A primeira utilização de compostos

orgâ-nicos pelo ser humano ocorreu com a

descoberta do fogo: quase tudo o que sofre

combustão (queima) é um composto orgânico.

O ser humano vem usando substâncias

orgânicas e suas reações desde a mais

remo-ta Antigüidade. Já na Pré-História, uma dessas

substâncias — o álcool etílico — era obtida a

partir da reação de fermentação do suco de

uva, e quando o vinho se oxidava (azedava),

obtinha-se o vinagre.

Somente no final do século XVIII e começo do século XIX, os químicos começaram a

se dedicar ao estudo das substâncias encontradas em organismos vivos, tentando, durante

muito tempo, purificar, isolar e identificar tais substâncias. Eles logo perceberam que as

substâncias assim obtidas apresentavam propriedades diferentes das substâncias obtidas

a partir de minerais.

Nessa época acreditava-se na teoria da força vital, proposta por Berzelius, segundo

a qual os compostos orgânicos só podiam ser produzidos por organismos vivos. A uréia,

por exemplo, era obtida a partir da urina, onde ela existe devido à degradação de

pro-teínas nos organismos.

Em 1828, Friedrich Wöhler conseguiu produzir a uréia a partir de um composto

inorgânico, o cianato de amônio:

Com isso, caiu por terra a teoria da força vital, e a produção de compostos orgânicos

cresceu de maneira exponencial, tornando a Química Orgânica o ramo da Química mais

estudado. Na tabela a seguir pode-se ter uma idéia da rapidez desse desenvolvimento:

Para efeito comparativo, é interessante saber que o número de compostos

inorgâni-cos conhecidos atualmente é

inferior a 200 000

.

QUÍMICA ORGÂNICA HOJE

Todo

composto orgânico

apresenta o elemento

carbono

na sua composição. Porém,

alguns compostos inorgânicos apresentam carbono (por exemplo, diamante, grafita,

monóxido de carbono, carbonatos). A partir dessa idéia central, tem-se a definição atual

de Química Orgânica:

NH

+₄

CNO

– ∆

O = C

NH

2

NH

₂ inorgânico (cianato de amônio) orgânico (uréia) Ano Nº de compostos orgânicos conhecidos 1880 12 000 1910 150 000 1940 500 000 1960 1 000 000 1970 2 000 000 1980 5 500 000 1990 7 000 000 A energia liberada na queima da madeira era aproveitada em fornos como esse, usa-dos na Mesopotâmia aproximadamente em 3 500 a.C., com a finalidade de transformar peças de argila em cerâmica.

Os compostos orgânicos estão presentes em todos os seres vivos. Em nosso

organis-mo, desconsiderando-se a água, há mais de 60% em massa de compostos orgânicos, na

forma de proteínas, lipídios e carboidratos.

Carboidratos como o açúcar comum, a glicose e a celulose são constituídos de

car-bono, hidrogênio e oxigênio.

A glicose (C

6

H

12

O

6

) é produzida pelas plantas clorofiladas, principalmente as algas

microscópicas de rios e oceanos, em um processo denominado

fotossíntese

. Nesse

processo a energia solar faz com que o gás carbônico e a água se combinem:

6 CO

₂

+ 6 H

₂

O C

₆

H

₁₂

O

₆

+ 6 O

₂

Em nosso organismo a glicose é metabolizada num processo conhecido por

respi-ração

. Nesse processo ocorre a formação de CO

₂

e H

₂

O e a liberação de energia necessária

para o funcionamento do organismo.

C

₆

H

₁₂

O

₆

+ 6 O

₂

6 CO

₂

+ 6 H

₂

O

A combinação desses dois processos (fotossíntese e respiração) é denominada

ciclo

do carbono

. O esquema a seguir mostra o ciclo do carbono (setas azuis), o processo

secundário de fossilização (seta marrom), por meio do qual se formam petróleo e

cal-cário, assim como as alterações produzidas no ciclo pelo ser humano (setas roxas).

Além dos compostos orgânicos naturais, presentes em todos os alimentos que

inge-rimos, o ser humano conseguiu sintetizar um número muito grande de novos

compos-tos orgânicos, que se tornaram responsáveis por modificações dos nossos hábicompos-tos de vida,

e dos quais acabamos nos tornando dependentes. Um exemplo bem conhecido desses

compostos são os plásticos.

A Química Orgânica é um ramo da Química que estuda os compostos do elemento

carbono com propriedades características.

fotossíntese gás carbônico glicose respiração CO2atmosférico energia solar fotossíntese respiração plantas ingestão animais

incorporado nas rochas

plásticos produtos petroquímicos combustíveis fósseis ciclo do carbono processo de fossilização alterações produzidas pelo ser humano calor, pressão (milhões de anos) oxidação no solo remoção pela chuva ação de ácidos, calor (lenta) queima de combustíveis (rápida)

COMPOSIÇÃO

Os principais elementos presentes na grande maioria dos compostos orgânicos, além

do

carbono

, cuja presença é obrigatória, são: o

hidrogênio

(

H

), o

oxigênio

(

O

), o

nitrogênio

(

N

),

halogênios

e o

enxofre

(

S

). Para entender melhor as estruturas dos

compostos orgânicos, é conveniente lembrar o número de ligações covalentes que cada

um desses elementos deve efetuar:

CARACTERÍSTICAS GERAIS

Pelos elementos que formam os compostos orgânicos, podemos deduzir que o tipo

de ligação predominante é o covalente. As ligações mais freqüentes envolvendo os

com-postos orgânicos acontecem entre átomos de carbono ou entre átomos de carbono e

hidrogênio.

Como os átomos unidos apresentam uma pequena diferença de eletronegatividade,

essas ligações são praticamente

apolares

.

Portanto, os compostos orgânicos formados somente por carbono e por carbono e

hidrogênio são apolares.

Quando, na molécula de um composto orgânico, houver um outro elemento químico

além de carbono e hidrogênio, suas moléculas passarão a apresentar uma certa polaridade.

Elemento carbono hidrogênio Valência tetravalente monovalente Possibilidades de ligações

oxigênio e enxofre bivalente nitrogênio e fósforo trivalente

halogênios monovalente C H F C_l Br I O C O N C C N N

H C H

H

H

H C C H

H

H

H

H

H C C O H

H

H

H

H

H C C

H

H

O H

O

ácido acético apolares polares etanol etano metano

144424443

14444244443

TEMPERATURA DE FUSÃO E

TEMPERATURA DE EBULIÇÃO

As temperaturas de fusão e de ebulição dos compostos orgânicos geralmente são

menores do que nos compostos inorgânicos. Isso se deve ao fato de que os compostos

orgânicos apresentam interações intermoleculares mais fracas.

Essa característica também justifica que, à temperatura ambiente, os compostos

orgânicos sejam encontrados nos três estados físicos, enquanto os compostos iônicos

sejam encontrados somente no estado sólido:

SOLUBILIDADE

Os compostos orgânicos apolares são praticamente insolúveis em água e tendem a

se dissolver em outros compostos orgânicos, sejam eles polares ou apolares.

Há compostos orgânicos que são polares e podem se dissolver na água: açúcar, álcool

comum, ácido acético (contido no vinagre), acetona etc.

COMBUSTIBILIDADE

A maioria dos compostos que sofrem combustão (queima) é de origem orgânica.

Fórmula Nome e aplicação C4H10 butano gás de isqueiro C2H6O etanol álcool comum C6H6O

fenol (ácido fênico) bactericida Temperatura de fusão –138 ºC –117 ºC 41 ºC Temperatura de ebulição 0 ºC 78,3 ºC 182 ºC Estado físico

(a 25 ºC e 1 atm) gasoso líquido sólido

NaC_l cloreto de sódio alimentação 801 ºC 1 413 ºC sólido A graxa (orgânica) é removida quando a dissolvemos com ga-solina (orgânica).

Grande parte da energia consumida atualmente pro-vém da combustão de com-postos orgânicos, como o gás utilizado em fogões e o álcool dos automóveis.

Fotos: Thales T

rigo

Fotos: Thales T

CAPACIDADE DE FORMAR CADEIAS

Os átomos de carbono têm a propriedade de se unir formando estruturas

denomi-nadas

cadeias carbônicas

. Essa propriedade é a principal responsável pela existência

de milhões de compostos orgânicos.

Veja alguns exemplos de cadeias:

Observação:

Uma cadeia carbônica pode apresentar, além de átomos de carbono, átomos de outros elementos, desde que eles estejam entre os átomos de carbono. Os elementos diferentes do carbono que mais freqüentemente podem fazer parte da cadeia carbônica são: O, N, S, P. Nessa situação, esses áto-mos são denominados heteroátoáto-mos.

Repare que os elementos mencionados são bivalentes ou trivalentes. Logo, o hidrogênio e os halogênios (flúor, cloro, bromo, iodo etc.), por serem monovalentes, nunca farão parte de uma cadeia carbônica, embora façam parte da molécula.

Existe outra maneira de representar a cadeia de um composto orgânico. Nesse tipo

de representação, não aparecem nem os carbonos nem os hidrogênios ligados aos

bonos. As ligações entre os carbonos são indicadas por traços (—), localizando-se os

car-bonos nos pontos de inflexão e nas extremidades dos traços.

Para simplificar ainda mais a representação, podemos indicar, por meio de índices,

a quantidade de átomos de hidrogênio e carbono presente na estrutura:

CLASSIFICAÇÃO DO CARBONO

Numa cadeia, cada carbono é classificado de acordo com o número de outros

áto-mos de carbono a ele ligados. Assim, teáto-mos:

H

C C

H

H

H

H

H

H

C C

C C

H

H

H

H

C

H

H

H

H

H H

H

H

C O

C C

O H

H

H

H

H

H

H

H C C O C C H

H

3

C CH

2

O CH

2

CH

3

H

H

H

H

H

H

H

H

C

2

H

5

O C

2

H

5 simplificando a representação do H simplificando a representação do C Carbono primário secundário terciário quaternário Definição

ligado diretamente, no máximo, a 1 outro carbono ligado diretamente a 2 outros carbonos

ligado diretamente a 3 outros carbonos ligado diretamente a 4 outros carbonos

H

C C

C C

H

H

H

H

H

H

H

ou

ou

C

C C

H

H

H

H

H

H

Agora, utilizando as definições vistas, vamos classificar todos os átomos de carbono

presentes na estrutura a seguir:

Observe que a presença de dupla ou tripla ligação não influi na classificação do

car-bono.

Uma outra maneira de classificar os carbonos é quanto ao tipo de ligação existente

em cada carbono:

a)

saturado

: quando apresenta quatro ligações simples

C

. Essas ligações são

denominadas sigma (

σ

).

b)

insaturado

: quando apresenta pelo menos uma ligação dupla ( ) ou então uma tripla

( ). Assim, temos:

Na dupla ligação, uma é denominada sigma (

σ

) e a outra, pi (

π

).

Na tripla ligação, uma é denominada sigma (

σ

) e duas, pi (

π

).

C H

3

C H

3

C H

C H

₂

H

₂

C

H

3

C C C H C C C C H

3 carbonos = primários carbonos = secundários carbonos = terciários carbonos = quaternários c c c c

C

C

C

1. Quais as ligações (simples, duplas ou triplas) entre átomos de carbono que completam de maneira adequada as estruturas, nas posi-ções indicadas por 1 , 2 , 3 e 4 ? a)

b)

c)

2. O eritreno é um monômero que pode ser utili-zado para a produção de borracha sintética. Sua fórmula estrutural pode ser representada por:

As posições 1 , 2 e 3 correspondem a li-gações que existem entre carbonos. Indique quais são essas ligações, escrevendo a fór-mula estrutural do eritreno.

3. As estruturas a seguir têm suas moléculas constituídas apenas por carbono e hidrogênio. Complete as valências dos carbonos com áto-mos de hidrogênio e escreva suas fórmulas estruturais simplificadas:

a) C C C C d) C C C C b) C C C C e) C C C C c) C C C C f)

4. Abaixo estão representadas duas cadeias carbônicas: I

Exercícios de classe

H C C C C C H1 2 3 4 H H H H H C C C C C H1 2 3 4 H H C C C C C C 3 1 4 2 H H H H H H H C C C C H1 2 3 H H H H C C C C C O C C C C C O C C

II

a) Escreva as duas fórmulas estruturais, com-pletando as valências dos carbonos com os átomos de hidrogênio necessários.

b) Indique o número de carbonos primários, secundários, terciários e quaternários exis-tentes em cada estrutura.

5. Um quimioterápico utilizado no tratamento do câncer é a sarcomicina, cuja fórmula estru-tural pode ser representada por:

Escreva sua fórmula molecular e indique o número de carbonos secundários existentes em uma molécula deste quimioterápico.

6. A cocaína é um alcalóide extraído a partir das folhas da coca, usada como anestésico local e, ilegalmente, consumida como estimulante do sistema nervoso central. O uso da cocaí-na pode levar à dependência física e provocar períodos de grande depressão. Sua ingestão pode ser letal, mesmo em doses muito peque-nas, dependendo da sensibilidade de cada pessoa.

Sua estrutura pode ser representada por:

Determine sua fórmula molecular. C_l C C_l C_l C C C C C C C C C_l C C_l C C C C inseticida (DDT) C O CH₂ O OH C O C C N C O C C C C O O C C C

CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS

CARBÔNICAS

Existem vários critérios para classificar as cadeias. Vamos estudá-los separadamente.

DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO

Essa classificação inicial é subdividida em classificações mais específicas.

Cadeias abertas, acíclicas ou alifáticas

Uma das maneiras de classificar as cadeias abertas é quanto à disposição dos

áto-mos de carbono.

Cadeia carbônica é o conjunto de todos os átomos de carbono e de todos os

hetero-átomos que constituem a molécula de qualquer composto orgânico.

Cadeia aberta, acíclica ou alifática

Apresenta pelo menos duas

extremi-dades e nenhum ciclo ou anel.

Cadeia fechada ou cíclica

Não apresenta extremidades, e os

áto-mos originam um ou mais ciclos (anéis).

C C C C

C C O C C

C

C

C

N

C

C

C C

C

Cadeias fechadas ou cíclicas

As cadeias cíclicas subdividem-se em dois grupos: cadeias

aromáticas

e cadeias

alicíclicas

, ou

não-aromáticas

, ou

cicloalifáticas

.

Cadeias aromáticas

São aquelas que apresentam pelo menos um anel benzênico. A mais simples delas

é o benzeno (C

₆

H

₆

).

ou

ou ainda

O círculo dentro do hexágono usado na última

repre-sentação mostra um fenômeno estrutural destes compostos:

a

ressonância

.

Esse fenômeno consiste na deslocalização das ligações

π

ao longo de todo o anel, formando duas nuvens eletrônicas —

uma superior, outra inferior — que recobrem o anel (núcleo).

Veja outros exemplos de cadeias aromáticas:

Cadeia normal, reta ou linear

Apresenta somente duas extremidades,

e seus átomos estão dispostos numa

única seqüência.

Cadeia ramificada

Apresenta no mínimo três

extremida-des, e seus átomos não estão dispostos

numa única seqüência.

C C C C

C C C C

C

C

C

O

O

C

C

C

C

C

N

O

C

C

C

ramificação ramificação

C

C

C

H

H

H

H

H

H

C

C

C

Modelo representa a desloca-lização da dupla ligação.

(C

10

H

8

)

ou

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

polinuclear condensada (mais de um anel — núcleo — com átomos de carbono comuns)

(C

₁₂

H

₁₀

)

polinuclear isolada (mais de um núcleo sem átomos de carbono comuns)

C

C

C

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

C

C

C

ou

Cadeias alicíclicas, ou não-aromáticas, ou cicloalifáticas

São cadeias fechadas que não apresentam o núcleo aromático ou benzênico.

Observação:

Existem cadeias carbônicas cuja estrutura apresenta extremidades livres e ciclos. São denominadas cadeias mistas:

TIPO DE LIGAÇÃO ENTRE OS ÁTOMOS DE CARBONO

a)

Cadeia saturada

— é aquela que apresenta somente ligações

simples

entre os

áto-mos de carbono constituintes da cadeia. Exemplos:

b)

Cadeia insaturada

ou

não-saturada

— apresenta pelo menos uma ligação

dupla

ou

tripla

entre os átomos de carbono. Exemplos:

NATUREZA DOS ÁTOMOS QUE COMPÕEM A CADEIA

a)

Cadeia homogênea

— é constituída somente por átomos de

carbono

. Exemplos:

b)

Cadeia heterogênea

— existe pelo menos um heteroátomo entre os átomos de

car-bono que constituem a cadeia, sendo que os heteroátomos mais comuns são

O

,

N

,

S

e

P

. Exemplos:

C

C

C

H

H

₂

H

₂

H

₂

H

H

₂

C

C

C

H C C H

H

₂

C C H

₂

ou

ou

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C C C

C

C C C

C C C N

C

C C C O C C

C

O

C C C C

C C C C

C

OH

C C C

O

OH

C C C

O

C C

O

C C

N

C

C

Uma das variedades de náilon pode ser obtida a partir da matéria-prima denominada caprolactana, que apresenta a seguinte fórmula estrutural:

SOLUÇÃO

Inicialmente vamos escrever a estrutura, representando os carbonos e os hidrogênios e desta-cando a cadeia:

Aberta, alifática, acíclica

SINOPSE DAS CADEIAS CARBÔNICAS

• normal, reta ou linear • ramificada • saturada • insaturada • homogênea • heterogênea Fechada, cíclica • aromática

• alicíclica, ou não-aromática, ou cicloalifática

mononuclear = 1 anel polinuclear = mais de 1 anel

EXERCÍCIO RESOLVIDO

✔

A respeito dessa substância, pede-se: a) sua fórmula molecular;

b) a classificação da sua cadeia. O

NH

1. Classifique as cadeias carbônicas dos com-postos indicados a seguir e determine suas fórmulas moleculares. a) b) c) d) e) f) g) h) O C N H H H H H H H H H H C C C C C H

a) Sua fórmula molecular é C₆H₁₁ON . b) A classificação da cadeia é: • fechada alicíclica; • saturada; • heterogênea (heterocíclica); • mononuclear (monocíclica).

Exercícios de classe

H₂C S O O O SH C_l C_l CH₂ CH₂ CH₂

gás mostarda (usado em guerras químicas)

H₃C CH₂ CH₂ C O CH₂ CH₃ essência de abacaxi odor de alho veneno secretado por besouros C C C H₂ H₂ NH₂ H₂ anestésico matéria-prima para corantes substância presente na fumaça do cigarro

2. (UNA-MG) A cadeia

a) aberta, heterogênea, saturada e normal. b) acíclica, homogênea, insaturada e normal. c) acíclica, homogênea, insaturada e ramificada. d) alifática, heterogênea, ramificada e insaturada. e) cíclica, aromática.

3. (LAVRAS) O composto

apresenta uma cadeia que pode ser classifi-cada como:

a) alicíclica, normal, heterogênea e saturada. b) alicíclica, ramificada, homogênea e saturada. c) alifática, ramificada, homogênea e insaturada. d) alifática, ramificada, heterogênea e insaturada. e) alifática, normal, homogênea e saturada. 4. Considere as seguintes substâncias e suas

fórmulas estruturais:

I — Antídoto efetivo no envenenamento por arsênio:

II — Gás mostarda, usado nas guerras quími-cas:

III — Uma das substâncias responsáveis pelo cheiro desagradável do gambá:

IV — Uma das substâncias responsáveis pelo cheiro de alho:

Qual(is) pode(m) ser classificada(s) como uma ca-deia alifática, normal, insaturada e heterogênea? 5. (UFPA) O linalol, substância isolada do óleo de al-fazema, apresenta a seguinte fórmula estrutural:

Essa cadeia carbônica é classificada como: a) acíclica, normal, insaturada e homogênea. b) acíclica, ramificada, insaturada e homogênea. c) alicíclica, ramificada, insaturada e homogênea. d) alicíclica, normal, saturada e heterogênea. e) acíclica, ramificada, saturada e heterogênea. 6. (UEFS-BA) CH₃SCH₂CH₂CHCOOH

A fórmula estrutural acima representa a metio-nina, um aminoácido importante para as funções hepáticas.

A cadeia desse composto pode ser classifi-cada como: a) aromática e heterogênea. b) ramificada e homogênea. c) insaturada e cíclica. d) aromática e homogênea. e) acíclica e heterogênea. C C C C C C_{l é:} C H₃C C C N C CH₂ CH₃ CH₃ H H₂ H HS C C C OH SH H₂ H₂ H H₃C C C C S C CH₃ H H H₂ S H₂C C C SH H H₂ H₂C C S C CH₂ C_l C_l H₂ H₂ H₃C C CH CH₂ CH₂ C CH CH₂ CH₃ CH₃ NH₂ OH

Exercícios propostos

•

Tipos de carbonos

1. (UFSC) Observe as estruturas orgânicas incom-pletas e identifique o(s) item(itens) correto(s):

(01) Na estrutura I falta uma ligação simples entre os átomos de carbono.

(02) Na estrutura II falta uma ligação tripla entre os átomos de carbono.

(03) Na estrutura III faltam duas ligações simples entre os átomos de carbono e uma tripla entre os átomos de carbono e nitrogênio. (04) Na estrutura IV faltam duas ligações

sim-ples entre os átomos de carbono e os halogênios e uma dupla entre os átomos de carbono.

(05) Na estrutura V falta uma ligação simples entre os átomos de carbono e uma simples entre os átomos de carbono e oxigênio. H C C H H H H C C H H C C C N H H H H I II III C_l C C Br H H IV H C C O H H H V

2. (UFSM-RS) No composto

as quantidades totais de átomos de carbono primário, secundário e terciário são, respecti-vamente:

a) 5, 2 e 3. d) 6, 4 e 4. b) 3, 5 e 2. e) 5, 6 e 5. c) 4, 3 e 5.

3. (UEPI) Na estrutura abaixo

as quantidades de carbonos primário, secundá-rio, terciário e quaternário são, respectivamente: a) 6, 3, 2 e 2.

b) 6, 2, 2 e 1. c) 7, 2, 2 e 1. d) 5, 4, 3 e 2. e) 5, 3, 3 e 1.

4. (PUC-RJ) A fórmula molecular de um hidrocar-boneto com cadeia carbônica

é:

a) C₉H₈. d) C₉H₁₂. b) C₉H₇. e) C₆H₁₁. c) C₉H₁₀.

5. (UNEB-BA) O eugenol, um composto orgânico extraído do cravo-da-índia, pode ser represen-tado pela fórmula estrutural:

Com base nessa informação, pode-se concluir que a fórmula molecular do eugenol é: a) C₁₀H₁₁O. d) C₁₀H₁₂O. b) C₁₀H₁₁O₃. e) C₁₀H₁₂O₂. c) C₁₀H₁₁O₂.

6. O estradiol é o mais importante dos hormônios conhecidos como estrógenos. Os estrógenos são responsáveis pelo desenvolvimento de ca-racterísticas sexuais femininas e exercem um papel importante na estimulação da ovulação. Sua estrutura pode ser representada por:

Com base na estrutura do estradiol, indique sua fórmula molecular.

7. Determine as fórmulas estruturais e molecu-lares de uma substância que não apresenta anéis na sua estrutura e é formada por hidrogênios, cinco carbonos primários, um car-bono quaternário e um carcar-bono terciário.

•

Classificação das cadeias 8. (Unitau-SP) A cadeia

a) aberta, heterogênea, saturada e normal. b) acíclica, homogênea, insaturada e normal. c) acíclica, homogênea, insaturada e ramificada. d) alifática, heterogênea, ramificada e

insatu-rada.

e) acíclica, heterogênea, insaturada e ramificada. 9. (Fafeod-MG) Identifique a cadeia carbônica

ramificada, homogênea, saturada: a) CH₃ O CH₂ CH(CH₃)₂ b)

c) CH₃ CHCH C(CH₃)₂ d) (CH₃)₂CH C CH₃

e) CH₃(CH₂)₃CH₃

10. (UFSC) Quanto à classificação das cadeias carbônicas, pode-se afirmar que:

I — uma cadeia saturada contém ligações duplas entre carbono e carbono. II — uma cadeia heterogênea apresenta um

átomo diferente do átomo de carbono ligado pelo menos a dois carbonos. III — uma cadeia normal apresenta cadeias

laterais ou ramificações. OCH₃ OH CH₂CH CH₂ OH HO CH₃ H₃C CH₂ CH CH CH CH CH₃ CH₃ CH₃ CH₂ CH₂ CH₃ CH₂ CH₃ CH₃ CH₂ C CH CH C CH₂ O CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ C C C C C_{l é:} C C OH OH O

IV — uma cadeia aromática mononuclear pode possuir mais de um grupo aromático. V — uma cadeia aromática polinuclear não

pode ser dita saturada. VI — a classificação correta para

é: aberta, heterogênea, ramificada, insa-turada.

a) Quais das afirmações estão corretas? b) Justifique a afirmação V.

11. (UFV-MG) Considerando os compostos a seguir: I H₃C (CH₂)₂ CH₃

II C(CH₃)₃ CH₂ CH₃ III H₃CCH₂CH(CH₃)₂ IV H₃CCH₂CH(OH)CH₃ V H₃CCHBrCHBrCH₃

a) Quais deles apresentam cadeias carbôni-cas ramificadas?

b) Indique o número de carbonos secundários existentes nas cadeias ramificadas. 12. (MACK-SP) Uma substância de fórmula

molecular C₄H₈O, que tem cadeia carbônica alifática (aberta), tem fórmula estrutural:

a)

b)

c) H₃C CH CH CH₃

d) e)

13. (PUC-RS) O ácido etilenodiaminotetracético, conhecido como EDTA, utilizado como antioxi-dante em margarinas, de fórmula

apresenta cadeia carbônica:

a) acíclica, insaturada e homogênea. b) acíclica, saturada e heterogênea. c) acíclica, saturada e homogênea. d) cíclica, saturada e heterogênea. e) cíclica, insaturada e homogênea. C C C C C N C C C H₂C CH₂ H₂C CH OH CH₃ H₃C CH C O H CH₃ H₃C CH CH₂ OH H₂C CH₂ CH₂ C O OH N CH₂ CH₂ N CH₂ C C CH₂ O HO C CH₂ O HO CH₂ C O OH O OH

H

1s

1

H

1s

1

LIGAÇÕES SIGMA (

σ

) E PI (

π

)

Por volta de 1960, Linus Pauling propôs um novo modelo, no qual explica a ligação

covalente pelo entrosamento de orbitais atômicos incompletos, ou seja, que possuem

somente um elétron.

Para entendermos esse modelo, vamos estudar a molécula de H

₂

. Para ocorrer a

formação da molécula de H

₂

, é necessário haver ligação entre os dois átomos de

hidrogênio pela interpenetração dos orbitais incompletos em que os elétrons

apresen-tem spins opostos.

Após a interpenetração dos orbitais atômicos, estes se deformam, originando um

orbital molecular

.

Pelas ilustrações, pode-se perceber que a interpenetração dos orbitais ocorreu ao

longo do mesmo eixo; essa ligação é denominada

ligação sigma (

σ

)

.

Nesse caso é uma ligação que envolveu orbitais do tipo s, denominado

σ

s-s

.

Ligações sigma (

σ

)

Conhecendo-se a camada de valência de um elemento, podemos prever a

quanti-dade de ligações covalentes e o tipo de orbitais envolvidos nessas ligações, ou seja, os

tipos de ligações sigma.

O quadro a seguir mostra alguns tipos de ligações sigma.

Ligações pi (

π

)

Quando entre dois átomos ocorrer mais de uma ligação, a primeira será sempre uma

ligação sigma e as demais corresponderão a ligações pi, envolvendo os orbitais p

conti-dos em eixos paralelos.

Orbitais atômicos

H 1s1

F ns2 _np5

Orbitais moleculares Tipos de ligação

H – F σs – p

→

→

→

→

→

→ →

→

F ns2_np5 F ns2 _np5 F – F σp – p

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→ →

H 1s1 O ns2 _np4 ligações 1 e 2 iguais, do tipo σ_{s – p} H 1s1 N ns2 _np3 ligações 1, 2 e 3 iguais, do tipo σ_{s – p}

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

N H _H H 1 23 O H H 1 2 σp – p πp – p

Após a interpenetração, os orbitais se deformam, originando os

orbitais

molecu-lares

sigma e pi.

A ligação pi é

sempre

formada pela interpenetração de orbitais incompletos do tipo

p

, contidos em eixos paralelos. Sua representação será

sempre

π

p–p

.

Vejamos dois exemplos:

HIBRIDIZAÇÃO

Uma das substâncias mais simples derivadas do carbono é o gás metano: CH

₄

.

Para fazer as quatro ligações sigma iguais, o carbono deveria apresentar quatro

orbitais incompletos iguais. Porém, a distribuição eletrônica do carbono no estado

fun-damental mostra somente dois orbitais incompletos:

Para explicar situações como esta, vamos usar um outro modelo: a teoria da

hibri-dização.

Para que o carbono apresente quatro orbitais incompletos, será necessária a promoção

de um elétron do orbital 2s para o 2p. Isso pode ser obtido pela absorção de energia.

Observe:

gás oxigênio (O₂) gás nitrogênio (N₂)

N N

1

σ

p – p

2

π

_{p – p}

123

A — B

ligação σ ligação simples

A = B

1 ligação σ 1 ligação π ligação dupla

A =

– B

1 ligação σ 2 ligações π ligação tripla

Resumo

O O

1

σ

p p

1

π

p p

123

→

→

→

→

→

→

C: 1s

2

2s

2

2p

2

→

→

→

→

→

→

1s

2

2s

1

2p

3 energia

estado excitado:

A hibridização consiste na interação de orbitais atômicos incompletos que se

trans-formam, originando novos orbitais, em igual número. Esses novos orbitais são

denomi-nados orbitais híbridos.

H

H

H

C

σ σ σ σ

H

→

→

→

→

→

→

6

C: 1s

1

2s

2

2p

2

Numa etapa seguinte, esses orbitais interagem e se transformam, originando quatro

novos orbitais híbridos:

Na molécula do metano, o carbono ocupa o centro de um

tetraedro. As quatro ligações são idênticas, do tipo

σ

_{s – sp}3.

Para explicar outros compostos do carbono,

mostra-remos outros tipos de hibridização.

O aldeído fórmico (CH

₂

O) apresenta a seguinte fórmula

estrutural:

Neste caso, como existe uma ligação

π

, um dos orbitais p do carbono no estado

exci-tado não participará da hibridização.

Nesta molécula, o carbono ocupa o centro de um triângulo e apresenta as seguintes

ligações:

O cianeto de hidrogênio (HCN) apresenta a seguinte fórmula estrutural:

4 orbitais hibridizados sp3 3 orbitais p orbital s + py px pz 109º 28’ sp3 sp3 _sp3 sp3 109º 28’ sp3 sp3 _sp3 sp3 s H s H s H s H metano C O C H H

ligações

123

1 , 2 e 3 =

σ

→ → → → → → → p 1 orbital s + 2 orbitais p = 3 orbitais híbridos sp2

2 orbitais p 1 orbital s + py px pz 120º p (puro) sp2 sp 2 sp2 1 2 4 3 → 1 = 2 ⇒ σs – sp2 3 ⇒ σp – sp2 4 ⇒ πp – p H C N

ligações

123

1 e 2 =

σ

4 2 3 1 O C H H 1 2 4 3 → → → →

₁₂₃

→ → → →

1 orbital s + 3 orbitais p 4 orbitais híbridos

Num mesmo átomo não podem existir dois elétrons com o mesmo conjunto de números

quânticos.

Para que ocorram as duas ligações pi, será necessário que dois orbitais p do carbono

no estado excitado não participem da hibridização.

1 orbital p 1 orbital s + py px pz 180º p (puro) p (puro) sp sp

Como existem duas nuvens ao redor do carbono, essa molécula é linear, e

apresen-ta as seguintes ligações:

Resumo

Observação:

O carbono apresenta, como variedades alotrópicas, o diamante, a grafita e os fulerenos, que possuem estruturas diferentes, decorrentes de diferentes hibridizações

:

grafita = sp2 _{diamante = sp}3 _{fulerenos = sp}2

Repare, no quadro anterior, que o número de nuvens eletrônicas ao redor do átomo

central (C) é igual ao número de orbitais que participam da hibridização. Essa informação

pode ser usada em outras situações, na dedução dos tipos de hibridização envolvidos.

Veja dois exemplos:

1. BeH

₂

H Be H

2 nuvens eletrônicas

⇒

2 orbitais híbridos

⇒

hibridização sp

2. BH

₃

H B H

H

3 nuvens eletrônicas

⇒

3 orbitais híbridos

⇒

hibridização sp2

Ligações no C — C — Tipos de ligação 4 σ Hibridização Ângulos adjacentes 109º 28’ Geometria tetraédrica C 3 σ 1 π sp 2 _{120º trigonal} C C 2 σ 2 π sp 180º linear 1 ⇒ σs sp 2 ⇒ σp sp 3 e 4 ⇒ πp p H C N 4 2 3 1

1 orbital s + 1 orbital p = 2 orbitais híbridos sp

→ → → → → → → p p → sp3 sp2 sp

•

Tipos de ligações covalentes

1. Conceitue os seguintes tipos de ligações cova-lentes:

a) sigma σ_{s – s}; b) sigma σ_{s – p}. 2. O que diferencia uma ligação σ_{p – p} de uma

ligação π_{p – p}?

3. Indique os tipos de ligações covalentes pre-sentes em cada fórmula estrutural a seguir:

a) H H f) N N b) g) Br Br h) c) O O d) H C_l i) e)

4. Um dos mais conhecidos analgésicos é o ácido acetilsalicílico (AAS). Sua fórmula estru-tural pode ser representada por:

Indique o número de ligações sigma (σ) e pi (π) presentes em uma molécula do AAS. 5. (UERJ) O gosto amargo da cerveja é devido à

seguinte substância de fórmula estrutural plana:

Essa substância, denominada mirceno, provém das folhas de lúpulo adicionadas durante a fa-bricação da bebida. O número de ligações pi presentes na estrutura do mirceno é igual a: a) 3. b) 5. c) 8. d) 15.

•

Hibridização

6. (Unifor-CE) Considere a seguinte estrutura:

Os carbonos I, II e III têm hibridização:

7. (Centec-BA) Na estrutura representada a seguir, os carbonos numerados são, respectivamente:

a) sp2, sp, sp2, sp2, sp3. b) sp, sp3, sp2, sp, sp4. c) sp2, sp2, sp2, sp2, sp3. d) sp2, sp, sp, sp2, sp3. e) sp3, sp, sp2, sp3, sp4.

8. (ITA-SP) A(s) ligação(ões) carbono-hidrogênio exis-tente(s) na molécula de metano (CH₄) pode(m) ser interpretada(s) como sendo formada(s) pela interpenetração frontal dos orbitais atômicos s do átomo de hidrogênio, com os seguintes orbitais atômicos do átomo de carbono:

a) Quatro orbitais p. b) Quatro orbitais sp3_.

c) Um orbital híbrido sp3_.

d) Um orbital s e três orbitais p. e) Um orbital p e três orbitais sp2_.

9. (UFCE) Observe os compostos abaixo e indique a alternativa correta:

a) O composto III apresenta seis ligações sigma e duas pi.

b) O composto II apresenta duas ligações pi e seis ligações sigma.

Exercícios

H H S C_{l Cl Cl} N C_l C_l O N N F F C H C O O H C C O C C H C O C H H H H H C CH3 C CH CH2 C CH CH2 CH₃ CH₂ — C — C C — I II III sp a) I sp2 II sp2 sp2 b) sp3 _sp sp3 c) sp sp sp2 d) sp3 _sp3 sp2 e) sp sp III H₂C = C — CH = CH₂ CH₃ 5 1 2 3 4 H — C — C — H H H H H I C = C H H H H II C = C = C H H H H III

c) O composto I apresenta dez ligações sigma e três ligações pi.

d) No composto I, os átomos de carbono apresentam hibridização tipo sp2_.

e) No composto III, os átomos de carbono apresentam hibridização tipo sp3_.

10. (UEPI) Os anestésicos gerais causam inconsciência e conseqüentemente insensi-bilidade à dor. Foi por volta de 1800 que o N₂O passou a ser usado com essa finali-dade; o éter e o clorofórmio, a partir de 1840. A primeira demonstração pública do uso do éter como anestésico só aconteceu em 1946, nos Estados Unidos. Na estrutu-ra do éter vinílico, representada abaixo, a hibridação dos carbonos 1, 2, 3 e 4 é, respectivamente: a) sp3_{, sp, sp, sp}3_. b) sp3_{, sp}2_{, sp}2_{, sp}3_. c) sp2_{, sp}2_{, sp}2_{, sp}2_. d) sp2_{, sp}3_{, sp}3_{, sp}2_. e) sp2_{, sp}2_{, sp}2_{, sp}3_.

11. (UERJ) Na composição de corretores do tipo

Liquid Paper, além de hidrocarbonetos e

dióxido de titânio encontra-se a substância isocianato de alila, cuja fórmula estrutural plana é representada por

CH₂= CH — CH₂— N = C = O Com relação a essa molécula, é correto afir-mar que o número de carbonos com hibri-dação sp2 é igual a:

a) 1. c) 3. b) 2. d) 4.

12. (UFRS) O hidrocarboneto que apresenta todos os átomos de carbono com orientação espa-cial tetraédrica é o: a) H₂C = CH₂ b) H H H H H — C = C — O — C = C — H 4 3 2 1 C C C C C H C c) HC = CH d) H₂C = C = CH₂ e) H₃C — CH — CH₃ H H H H H CH₃

Nome Nome Nome Prefixo Nº de carbonos 1 C Intermediário Saturação da cadeia insaturadas saturadas Sufixo

Função Grupo funcional

hidrocarbonetos C, H MET AN O álcool OL aldeído AL cetona ONA 1 dupla EN 2 duplas DIEN 3 duplas TRIEN 1 dupla e 1 tripla ENIN 1 tripla IN 2 triplas DIIN 3 triplas TRIIN 2 C ET 3 C PROP 4 C BUT 5 C PENT 6 C HEX 7 C HEPT 8 C OCT 9 C NON 10 C DEC 11 C UNDEC C OH C O C O H ácido carboxílico ÓICO C O OH secundário

pamos as substâncias com propriedades químicas semelhantes, que são conseqüência

de características estruturais comuns. Desse modo, cada função orgânica é

caracteriza-da por um

grupo funcional

.

O rápido desenvolvimento da Química Orgânica forçou o estabelecimento de regras

para a nomenclatura das funções orgânicas, objetivando o uso comum em todos os

paí-ses. Essa nomenclatura, criada para evitar confusões, vem sendo desenvolvida pela

IUPAC e é considerada a nomenclatura oficial. Algumas substâncias, no entanto, ainda

são identificadas pelos nomes consagrados pelo uso comum: é a nomenclatura usual.

NOMENCLATURA IUPAC

O nome de uma substância de cadeia aberta é formado pela união de três

compo-nentes, cada um deles indicando uma característica do composto:

Veja resumidamente os componentes básicos da nomenclatura de um composto

orgânico:

O prefixo indica o número de átomos de carbono na cadeia.

O intermediário indica o tipo de ligação entre os carbonos.

O sufixo indica a função a que pertence o composto orgânico.