APOSTILA
DE
QUÍMICA ORGÂNICA III
Prof. Dr. Pedro D. Machion
Prof. Dr. Reinaldo R.Vargas
Prof. Dr. Francisco C. M. Comninos
UnG
2008
Recomendações aos estudantes
A presente apostila foi montada pelos professores de Química Orgânica III com o intuito de facilitar o estudo por parte dos alunos, diminuindo a necessidade de copiar esquemas reacionais e mecanísticos do quadro negro.
Ela será utilizada em todas as aulas, portanto é imprescindível trazê-la sempre. A apostila serve como material de apoio às aulas da disciplina e não como substituto de livros textos.
A simples leitura da mesma não garante a aprendizagem dos assuntos discutidos. A fixação dos conceitos só ocorrerá com a realização dos exercícios propostos, acompanhada de leituras complementares em livros de Química Orgânica de nível superior.
Estão listadas abaixo algumas obras de referência na área, para que o aluno possa, dentre elas, escolher a que mais lhe agrada.
1- SOLOMONS, T.W.G; FRYHLE,C.B. Química Orgânica. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos. 7a.ed., 2001. 2v.
2- MORRISON, R.; BOYD, R. Química Orgânica, Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian. 13.ed. 1997.
3- ALLINGER, N. Química Orgânica, Rio de Janeiro: Ed. Guanabara. 2.ed. 1978
Não gostaríamos de induzir os alunos a usar uma ou outra obra. Além das citadas, há certamente outras que também poderão ser utilizadas, uma vez que a grande maioria dois tópicos é abordada em todas, variando apenas a metodologia e os recursos empregados.
ÍNDICE GERAL
1)Ácidos Carboxílicos e Derivados... pág. 04
2)Aminas... pág. 43
3)Reações Pericíclicas... pág. 56
4)Compostos Heterocíclicos... pág. 69
ÁCIDOS CARBOXÍLICOS E DERIVADOS
1)Estrutura
A família dos ácidos carboxílicos e derivados é constituída de compostos que apresentam a seguinte estrutura geral:
C O
R X
R = H, alquila, arila
X = OH, OR, OCOR, NR2, Halogênio
Estes compostos têm em comum o grupo acila (RCO-), como os aldeídos e cetonas. Há, no entanto, uma significativa diferença: a presença do grupo X, que possui pelo menos um par de elétrons não compartilhados no átomo diretamente ligado à carbonila.
A interação deste par eletrônico com o sistema π da carbonila é responsável por algumas diferenças significativas na reatividade química desta classe de compostos quando comparada com a dos aldeídos e cetonas.
Na tabela abaixo estão os membros da família dos ácidos carboxílicos:
X Nome geral Estrutura
O-H ácido carboxílico
O-R éster carboxílico
anidrido
NR2 amida
halogênio haleto de alcanoíla (haleto de acila)
2)Exemplos na Natureza
Tanto ácidos carboxílicos quanto seus derivados são amplamente encontrados na Natureza, as estruturas são bastante variadas, podem ser simples ou complexas e apresentar diversos outros grupos funcionais. A quiralidade é um fator muitas vezes presente. Abaixo são apresentados alguns exemplos:
.
Os ácidos graxos são componentes de lipídios tais como gorduras e óleos. As tabelas abaixo mostram os principais ácidos graxos naturais saturados e insaturados (todos cis). A maioria dos ácidos graxos naturais tem um número par de carbonos.
Ácidos Saturados
Fórmula Nome usual PF (°C)
CH3(CH2)10CO2H ácido láurico 45
CH3(CH2)12CO2H ácido mirístico 55
CH3(CH2)14CO2H ácido palmítico 63
CH3(CH2)16CO2H ácido esteárico 69
Ácidos Insaturados
Fórmula Nome Comum PF (ºC)
CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H ácido palmitoléico 0 ºC
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H ácido oléico 13 ºC
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H ácido linoléico -5 ºC
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H ácido linolênico -11 ºC
CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2CO2H ácido araquidônico -49 ºC
Entre os derivados de ácidos carboxílicos, os mais numerosos são os ésteres e as amidas:
3)Nomenclatura
3.1)Ácidos Carboxílicos
Da mesma forma que com outras classes funcionais, vários ácidos carboxílicos têm nomes usuais que são empregados frequentemente. Estes nomes muitas vezes indicam as fontes naturais das quais estes ácidos foram isolados, embora haja casos que não têm origem sistemática. A nomenclatura usual emprega letras gregas para designar os
O sistema IUPAC de nomenclatura estabelece o nome dos ácidos carboxílicos com base nos alcanos correspondentes, trocando a terminação o por óico. O carbono da carboxila inicia a numeração da cadeia mais longa, que deve incorporar o grupo CO2H.
Os substituintes presentes devem ser numerados em função da posição da carboxila. Na tabela abaixo estão exemplificados os dois tipos de nomenclatura mencionados:
Fórmula Nome Usual Fonte Nome IUPAC PF (ºC) PE (ºC)
HCO2H ácido fórmico formigas (L. formica) ácido metanóico 8,4 101
CH3CO2H ácido acético vinagre (L. acetum) ácido etanóico 16,6 118
CH3CH2CO2H ácido propiônico leite (Gr. protus prion)
ácido
propanóico -20,8 141 CH3(CH2)2CO2H ácido butírico manteiga (L. butyrum) ácido butanóico -5,5 164
CH3(CH2)3CO2H ácido valérico raiz valeriana ácido pentanóico -34,5 186
CH3(CH2)4CO2H ácido capróico cabras (L. caper) ácido hexanóico -4,0 205
CH3(CH2)5CO2H ácido enântico videira (Gr. oenanthe) ácido heptanóico -7,5 223
CH3(CH2)6CO2H ácido caprílico cabras (L. caper) ácido octanóico 16,3 239
CH3(CH2)7CO2H ácido pelargônico pelargonium (uma erva) ácido nonanóico 12,0 253
CH3(CH2)8CO2H ácido cáprico cabras (L. caper) ácido decanóico 31,0 268
Em ácidos carboxílicos multifuncionalizados, a cadeia principal é escolhida de maneira a incluir o maior número possível de grupos funcionais:
O OH
CO2H
Br
ácido 5-butil-6-heptenóico ácido 2-bromo-3-metil-butanóico ácido αααα-bromo-isovalérico
Ácidos dicarboxílicos são chamados de ácidos dióicos:
HO2C-CO2H HO2C-CH2-CO2H HO2C-CH2CH2-CO2H HO2C-(CH2)3-CO2H
3.2)Haletos de Alcanoíla
Seus nomes derivam dos ácidos carboxílicos dos quais se originam, trocando a terminação óico por oila.
CH3C-Cl O O Br COI cloreto de etanoíla (cloreto de acetila)
brometo de 3-metil-butanoíla iodeto de cicloexanocarbonila
3.3)Anidridos
Seus nomes são formados pela simples adição do termo anidrido ao nome do ácido correspondente (ou ácidos no caso de anidridos mistos).
CH3C-O-CCH3 O O O O O O O CH3C-O-CCH2CH3
anidrido etanóico anidrido pentanodióico anidrido etanóico-propanóico (anidrido acético)
3.4)Ésteres
São nomeados como alcanoatos de alquila. O grupo OCOR como substituinte é chamado de alcoxicarbonil.
O O
CO2Me
NH2 propanoato de 2-metilpropila 2-aminobenzoato de metila
(propionato de isobutila)
3.4.1)Lactonas
Sua nomenclatura tem por base os nomes dos éteres cíclicos correspondentes:
As lactonas têm o nome sistemático oxa-2-cicloalcanona. Na nomenclatura usual o nome é precedido por α,β,γ,δ, etc. dependendo do tamanho do anel:
O O O O oxa-2-ciclobutanona (βββ-propiolactona)β oxa-2-ciclopentanona (γγγγ-butirolactona) 3.5)Amidas
São chamadas alcanamidas, a terminação o da raiz do alcano é substituída por amida. Na nomenclatura usual, derivada dos ácidos correspondentes, a terminação ico é trocada por amida.
CH3C-NHCH2CH3 O N-etil-etanamida (N-etil-acetamida) N Br O 4-bromo-N-etil-N-metil-pentanamida CONH2 cicloexanocarboxamida 3.5.1)Lactamas
Sua nomenclatura tem por base os nomes das aminas cíclicas correspondentes:
azacicloexano azaciclopentano
N N
H H
As lactamas têm o nome sistemático aza-2-cicloalcanona. Na nomenclatura usual o nome é precedido por α,β,γ,δ, etc. dependendo do tamanho do anel:
H HN O N O (γγγγ-butirolactama) aza-2-ciclopentanona (δδδδ-valerolactama) aza-2-cicloexanona
3.6)Nitrilas
Seus nomes sistemáticos são alcanonitrilas. Na nomenclatura usual, a terminação ico do ácido é trocada por nitrila. Como substituinte o grupo CN é chamado de ciano.
CH3CN CN etanonitrila (acetonitrila) 3-metil-butanonitrila CN benzonitrila
4)Propriedades Físicas de ácidos carboxílicos e derivados
O grupo carboxila é bastante polar por ser constituído por uma carbonila e uma hidroxila:
A tabela da página 7 mostra os valores de Pontos de Fusão (PF) e Pontos de Ebulição (PE), para uma série de ácidos carboxílicos lineares (C1-C10). Os pontos de ebulição aumentam regularmente com o tamanho da molécula.
Dados adicionais são apresentados na tabela abaixo:
Propriedades Físicas de RCOX e de outros compostos orgânicos para comparação
Fórmula Nome IUPAC MM PE (°C)
Solubilidade em H2O
CH3(CH2)2CO2H ácido butanóico 88 164 muito solúvel
CH3(CH2)2CONH2 butanamida 87 216-220 solúvel
CH3CH2CONHCH3 N-metilpropanamida 87 205 -210 solúvel
CH3CON(CH3)2 N,N-dimetiletanamida 87 166 muito solúvel
