Química Orgânica 1. Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos

Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1. Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos como o próprio nome sugere, são compostos cujas moléculas contêm apenas átomos de carbono e hidrogênio. Dentro da família dos hidrocarbonetos existem várias subfamílias, como veremos a seguir: a)
Alcanos; b)
Cicloalcanos ou Ciclanos; c)
Alcenos; d)
Alcadienos e Alcatrienos; e)
Cicloalcenos ou Ciclenos; f)
Alcinos; g)
Aromáticos. 1.1 Nomenclatura dos Compostos Orgânicos De modo geral, a nomenclatura dos compostos orgânicos é feita utilizando um prefixo, infixo e um sufixo, a saber. a) Prefixo: indica o número de átomos de carbonos presentes na molécula Tabela 1: Prefixos correspondentes aos números de carbonos presentes na molécula. Número de Prefixo Carbonos Estrutura Número de Carbonos Prefixo Estrutura 1 Met CH4 6 Hex CH3(CH2)4CH3 2 Et CH3CH3 7 Hept CH3(CH2)5CH3 3 Prop CH3CH2CH3 8 Oct CH3(CH2)6CH3 4 But CH3(CH2)2CH3 9 Non CH3(CH2)7CH3 5 Pent CH3(CH2)3CH3 10 Dec CH3(CH2)8CH3 Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido b) Infixo: indica o tipo de ligação (simples, dupla ou tripla); Tabela 2: Infixos correspondentes aos números de carbonos presentes na molécula. Tipo de ligação Exemplo Infixo Entre os carbonos Ligações simples (σ) an Uma ligação dupla (π) en Duas ligações duplas (π) dien Três ligações duplas (π) trien in Uma ligação tripla (π) diin Duas ligações triplas (π) triin Três ligações triplas (π) enin Uma ligação dupla e uma tripla (π) Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido c) O sufixo indica o grupo funcional (que designa a função orgânica) que a molécula apresenta. Cada grupo funcional é nomeado por seu respectivo sufixo. Grupo funcional: é um grupo de átomos, ligados de tal forma que confere propriedades químicas características às moléculas que os comportam. 1.2 Alcanos Alcanos são hidrocarbonetos que apresentam apenas ligações sigma carbono‐
carbono. Alcanos em que o carbono forma uma cadeia sem ramificação são chamados alcanos de cadeia linear. A família dos alcanos mostrada na Tabela 1 é um exemplo de série homóloga. Uma série homóloga (do grego homos, “mesmo que”) é uma família de substâncias em que cada membro difere do seguinte por um grupo metileno (CH2). Os membros de uma série homóloga são chamados de homólogos. Propano (CH3CH2CH3) e butano (CH3CH2CH2CH3). Se olharmos o número relativo de átomos de carbono e de hidrogênios nos alcanos listados na Tabela 1, veremos que a fórmula molecular geral para um alcano é: Onde n é qualquer número inteiro. Assim, se um alcano tem um átomo de carbono, ele terá quatro átomos de hidrogênio; tendo dois átomos de carbono, ele possuirá seis átomos de hidrogênio. Exemplo: Quando a molécula tiver 3 átomos de carbono (n=3). Ela terá 8 átomos de hidrogênio, pois H = 2n+2 = 8. CH3CH2CH3. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.2.1 Fontes de Obtenção de Alcanos A principal fonte de obtenção dos alcanos é o petróleo. O petróleo (do grego óleo de pedra) é uma mistura complexa de compostos orgânicos, a maioria dos quais é de alcanos e hidrocarbonetos aromáticos e é originado da decomposição de matéria orgânica (restos de animais e vegetais) que, por milhares de anos, foram submetidos a altas temperaturas e pressões. O petróleo também contém pequenas quantidades de compostos que contêm oxigênio, nitrogênio e enxofre. 1.2.2 O Refino do Petróleo O primeiro passo para refinar o petróleo é a destilação; o objetivo é separar o petróleo em frações, baseado na volatilidade de seus componentes. Uma separação completa em frações contendo compostos economicamente individuais impraticável é e virtualmente impossível do ponto de vista técnico. Mais de 500 compostos diferentes estão contidos nos destilados do petróleo, com ponto de ebulição abaixo de 200 oC, e muitos têm praticamente o mesmo ponto de ebulição. Assim, as frações consideradas contêm misturas de alcanos de pontos de ebulição semelhantes. As misturas de alcanos, felizmente, são perfeitamente adequadas para serem usadas como combustíveis, solventes, lubrificantes e matéria prima para uma infinidade de outros compostos. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido Tabela 3: Frações de compostos obtidas pela destilação do petróleo. Intervalo de Ebulição Número de Átomos de da Fração (oC) Carbono por Molécula Abaixo de 20 C1―C4 20‐60 C5―C6 Éter de petróleo, solventes 60‐100 C6―C7 Ligroína solventes 40‐200 C5―C10 Gasolina 175‐325 C12―C18 250‐400 C12 e mais Líquidos não‐voláteis C20 e mais Sólidos não‐voláteis C20 e mais Utilização Gás natural, gás engarrafado, indústria petroquímica Querosene e combustível de motor a jato Gasóleo, óleo combustível e óleo diesel Óleo mineral refinado, óleo lubrificante, graxa Cera de parafina, asfalto, alcatrão 1.2.3 Nomenclatura dos Alcanos de Cadeia Linear (não­Ramificada) O sufixo que caracteriza um hidrocarboneto é O. Portanto, para um alcano, a terminação ano é devido a união do infixo (an) + sufixo (o). Exemplo 1: CH4 Prefixo + infixo + sufixo Met + an + o Metano Exemplo 2: CH3CH2CH3 Prefixo + infixo + sufixo Prop + an + o Propano Exemplo 2: Prefixo + infixo + sufixo Hex + an + o Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Hexano Universidade Federal Rural do Semi­Árido Nome Estrutura Estrutura de Traço condensada Estruturas de bolas e vareta H
H
metano C
H
H
etano H
propano CH4 H
H
H
C
C
H
H
CH3CH3 H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
CH3CH2CH3 H
butano H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
CH3CH2CH2CH3 H
A Tabela 4 mostra vários alcanos de cadeias lineares e como suas propriedades físicas variam de acordo alcano correspondente. A explicação para este comportamento está nas interações intermoleculares, ou seja, à medida que o tamanho (massa molecular) do alcano aumenta as interações entre as moléculas se tornam mais fortes, resultando em grandes mudanças em suas propriedades físicas. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido Tabela 4: Nomenclatura e propriedades físicas de alcanos lineares. Número de carbonos Fórmula Molecular Nome Estrutura Condensada Ponto de Ebulição Ponto de Densidade Fusão (g/mL) a (oC) (oC) 20 oC 1 CH4 Metano CH4 ‐167,7 ‐182,5 2 C2H6 Etano CH3CH3 ‐88,6 ‐183,3 3 C3H8 Propano CH3CH2CH3 ‐42,1 ‐187,7 4 C4H10 Butano CH3CH2CH2CH3 ‐0,5 ‐138,3 5 C5H12 Pentano CH3(CH2)3CH3 36,1 ‐129,8 0,5572 6 C6H14 Hexano CH3(CH2)4CH3 68,7 ‐95,3 0,6603 7 C7H16 Heptano CH3(CH2)5CH3 98,4 ‐90,6 0,6837 8 C8H18 Octano CH3(CH2)6CH3 127,7 ‐56,8 0,7026 9 C9H20 Nonano CH3(CH2)7CH3 150,8 ‐53,5 0,7177 10 C10H22 Decano CH3(CH2)8CH3 174,0 ‐29,7 0,7299 11 C11H24 Undecano CH3(CH2)9CH3 195,8 ‐25,6 0,7402 12 C12H26 Dodecano CH3(CH2)10CH3 216,3 ‐9,6 0,7487 13 C13H28 Tridecano CH3(CH2)11CH3 235,4 ‐5,5 0,7546 1.2.4 Alcanos de Cadeia Ramificada Quando o número de carbonos ultrapassa três em um alcano, o número de estruturas possíveis aumenta. Existem duas estruturas possíveis para um alcano como fórmula molecular C4H10. Além do butano (um alcano linear), a um butano ramificado chamado isobutano. Ambas as estruturas preenchem o requisito que o carbono forma quatro ligações e cada hidrogênio forma apenas uma. CH3CH2CH2CH3
Butano
CH3CHCH3
CH3
Isobutano Compostos como butano e isobutano, que têm a mesma fórmula molecular, mas diferem na ordem com que os átomos são conectados, são chamados isômeros constitucionais – suas moléculas possuem constituições diferentes. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido O número de compostos com mesma fórmula molecular, aumenta rapidamente conforme o número de carbonos aumenta. Por exemplo, existem 75 alcanos com fórmula molecular C10H22 e 4.347 alcanos com a fórmula molecular C15H32. Assim, para evitar ter que memorizar os nomes de milhares de unidades estruturais, os químicos elaboraram regras que nomeiam substâncias com base em suas estruturas. Dessa forma, somente as regras têm que ser aprendidas. Como o nome é baseado na estrutura, essas regras tornam possível deduzir a estrutura de uma substância a partir de seu nome. Esse método de nomenclatura é chamado nomenclatura sistemática. É chamado também nomenclatura IUPAC porque foi designado pela comissão da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry) em uma reunião em Genebra, Suíça em 1892. As regras da IUPAC têm sido continuamente revisadas por essa comissão desde então. Em alguns livros pode‐se achar descrita também como nomenclatura Oficial. No entanto, este termo já se encontra em desuso. Alguns compostos apresentam nomes que não fazem parte da nomenclatura sistemática, por isso são chamados de chamados de não sistemáticos, nomes comuns, ou ainda, nomes vulgares. No transcorrer da disciplina, sempre que possível, trabalharemos com os dois sistemas de nomenclaturas. •
Substituinte Alquila Alcanos podem apresentar estruturas mais complexas. Por exemplo, a retirada de um átomo de hidrogênio de um alcano resulta no que é chamado substituinte alquila (ou grupo alquila, ou ainda, grupo substituinte). Substituintes alquila são nomeados pela troca do infixo e sufixo “ano” do alcano correspondente por “ila”, no entanto, se for dar um nome a um composto que apresenta um substituinte alquila usa‐
se a terminação “il”, veja na Tabela 5. A letra “R” pode ser usada para indicar um grupo alquila qualquer. Tabela 5: Grupos alquilas, a partir da remoção de hidrogênios terminais, com suas respectivas abreviaturas. Alcano CH3—H metano Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Grupo Alquila H3C— metila Abreviatura Me— Universidade Federal Rural do Semi­Árido CH3CH2—H etano CH3CH2CH2—H propano CH3CH2CH2CH2—H butano CH3CH2— Etila CH3CH2CH2— propila CH3CH2CH2CH2— butila Et— Pr— Bu— 1.2.5 Nomenclatura dos Alcanos de cadeia Ramificada a) Localize a cadeia de carbono contínua mais longa; essa cadeia determina o nome principal do alcano. Tal cadeia é chamada de cadeia principal. CH3CH2CH2CH2CHCH3
CH3
•
Tome cuidado, pois a cadeia contínua mais longa nem sempre é linear; algumas vezes pode‐se “caminhar” em ziguezague para se obter a cadeia contínua mais longa. 8
7
6
5
4
3
2
8
1
7
6
5
4
CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3
CH3CH2CH2CH2CHCH2CH2CH3
CH2CH2CH3
CH3
3
2
1
Três alcanos diferentes com uma cadeia
principal com oito átomos de carbono
4
3
2
1
CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3
CH2CH2CH2CH3
5
6
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica 7
8
Universidade Federal Rural do Semi­Árido b) A numeração da cadeia começa pela extremidade mais próxima do grupo substituinte de forma a dar a este substituinte o menor número possível. 6
5
4
3
2
1
CH3CH
2CH2 CH
2CHCH3
2
4
1
3
5
6
CH3
Substituinte
6
5
4
2
3
7
1
CH3CH2CH2CH 2CHCH3
6
5
CH3 CH2 CH2 CH2 CHCH3
CH2
CH3
Substituinte
3
4
2
CH 2
1
CH3
Neste caso o grupo substituinte é uma metila, pois assim a cadeia principal fica apresentando o maior número de átomos de carbono possível. c) Use os números obtidos pela regra 2, para designar a localização do grupo substituinte. 6
5
4
3
2
7
1
CH 3CH 2CH2CH2CH2CH3
6
5
4
3
CH3CH2CH 2CH 2CH2CH3
CH3
2
CH2
CH3
2‐Metil
1
3‐Metil
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido Siga a seguinte sequência para dar o nome do composto: • O nome principal é colocado em último lugar; • O grupo substituinte, precedido pelo número que designa sua localização na cadeia, é colocado em primeiro lugar •
Os números são separados das palavras por um hífen; 6
5
4
3
7
2
CH3CH2CH2CH2CHCH3
1
6
5
4
3
CH3CH2CH2CH2CHCH3
CH3
2
2‐Metilexano
CH2
CH3
3‐Metileptano
1
d) Se mais de um substituinte estiver ligado à cadeia principal, a cadeia é numerada na direção que resultará no menor número possível no nome da substância. •
Os grupos substituintes devem ser listados em ordem alfabética e não numérica (Ex. etil antes de metil); •
No exemplo seguinte, o nome correto (5‐etil‐3‐metiloctano) contém 3 como menor número, enquanto que o nome incorreto (4‐etil‐6‐
metiloctano) contém 4 como menor número: CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3
CH3
CH2CH3
5‐Etil‐3‐metiloctano
e não
4‐Etil‐6‐metiloctano
porque 3<4
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido e) Quando dois substituintes estão presentes no mesmo átomo de carbono, use aquele número duas vezes. CH3
CH3CH2CCH2CH2CH3
CH2
CH3
3‐Etil‐3‐Metilexano f) Quando dois ou mais substituintes são idênticos, isso é indicado pelo uso dos prefixos “bi”, “tri”, “tetra” e etc. são utilizados para indicar quantos substituintes idênticos a molécula possui. •
Deve‐se assegurar que cada substituinte tenha seu número; Um número deve ser separado de uma palavra por um hífen; Use vírgulas para separar os números entre si. •
•
CH3CH CHCH3
CH3
CH3CHCHCHCH3
CH3 CH 3
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
2,3‐Dimetilbutano
2,3,4‐Trimetilpentano
2,2,4,4‐Tetrametilpentano
CH3 CCH2 CCH3
•
Quando precisar decidir pela ordem alfabética, desconsidere os prefixos de multiplicação, tais como di, tri, tetra, sec e terc. No entanto, os prefixos iso, neo e ciclo devem ser considerados na ordem alfabética. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido CH3
CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2CHCH2CH2CHCH3
CH3CH2CCH2CH2CHCHCH2CH2CH3
CHCH3
CH2CH3 CH2CH3
CH3
5-isopropil-2-metiloctano
3,3,6-trietil-7-metildecano
g) Quando duas cadeias de mesmo comprimento competem pela seleção da cadeia principal, escolha a que tiver o maior número de substituintes. 7
6
CH3
5
4
3
CH3
2
1
CH3CH2CHCHCH2CCH3
CH2
CH3
CH2
CH3
2,2,5‐Trimetil‐4‐propileptano h) Quando a ramificação acontece a uma distância igual ao do final de qualquer dos lados da cadeia mais longa, escolha o nome que dá o menor número, no primeiro ponto de diferença. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido 6
5
CH3
4
3
2
1
CH3CH2CH2CH2CHCH3
CH3
CH3
2,3,5‐Trimetilexano
(não 2,4,5‐Trimetilexano) i) Nomes como “isopropila”, “sec­butila” e “terc­butila” são nomes de substituintes aceitáveis no sistema IUPAC de nomenclatura, porém nomes sistemáticos para os substituintes são mais preferíveis. Nomes sistemáticos são obtidos ao se numerar o substituinte alquila que se inicia no carbono que por sua vez está ligado à cadeia principal. Isso significa qie o carbono que está ligado À cadeia principal é sempre o carbono número 1. Veja aseguir os nomes sistemáticos dos grupos alquilas. Nomenclatura dos Grupos Alquila Ramificados •
Ocorrem pela remoção de um hidrogênio não terminal de uma molécula de no mínimo três átomos de carbono. •
Grupos de três carbonos: CH3CH2CH2
Grupo propila
CH3CH2CH3
Propano
CH3CH2
CH3
Grupo 1‐metiletila ou isopropila Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido •
Grupos com quatro carbonos CH3CH2CH2CH2
Grupo butila
CH3CH2CH2CH3
Butano
CH3CH2CH
CH3
Grupo 1‐metilpropila ou sec‐butila CH3CHCH2
CH3
CH3CHCH3
CH3
Grupo 2‐metilpropila ou isobutila
CH3
CH3C
CH3
Exemplos: Grupo 1,1‐dimetiletila ou terc‐butila CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH3
CH3
CH
4‐(1,1‐Dimetiletil)octano ou 4‐terc‐butiloctano
4‐(1‐Metiletil)heptano ou 4‐isopropileptano
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica CH3
CH3
CH3
C
Universidade Federal Rural do Semi­Árido Grupos com cinco carbonos CH3
CH3
CH3
C
CH3
CH3
C
CH2
CH3
CH3
2,2‐Dimetilpropano
ou
Neopentano
Grupo 2,2‐Dimetilpropila
ou
Neopentila
1.3 Cicloalcanos ou Ciclanos Ciclanos são alcanos com seus átomos de carbono arranjados como anel, devido ao fechamento da cadeia pela ligação entre os átomos de carbono terminais. Por cauda do fechamento da cadeia, um cicloalcano apresenta dois hidrogênios a menos que um alcano acíclico com o mesmo número de átomos de carbono. Onde: n é o número de átomos de carbono na C H2n Fórmula: n
moléculas e n≥3. Exemplo 1: Quando a molécula tiver 5 átomos de carbono (n=5). Ela terá 10 átomos de hidrogênio, pois H = 2n = 10. H2
C
H2 C
CH2
H2C
CH2 Exemplo 2: Quando a molécula tiver 6 átomos de carbono (n=6). Ela terá 12 átomos de hidrogênio, pois H = 2n = 12. H2
C
H2C
H2C
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica CH2
C
H2
CH2
Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.3.1 Nomenclatura de Ciclanos As regras para nomenclaturas de cicloalcanos lembram às dos alcanos acíclicos com algumas pequenas diferenças, veja a seguir: H2
C
CH2 ou Exemplo 1: H 2C
•
•
Antes do nome coloca‐se a palavra ciclo; O restante do nome segue a nomenclatura do alcano correspondente. Ciclo + Prefixo + Infixo + Sufixo Ciclo + Prop + an + o Exemplo 2: Exemplo 3: Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Ciclopropano Universidade Federal Rural do Semi­Árido •
No caso de cicloalcanos apresentar um grupo substituinte ligado, o anel é a cadeia principal. Assim, este grupo substituinte deve aparecer antes do nome do composto. No entanto, se o grupo substituinte tiver mais átomos de carbono do que o anel o substituinte será a cadeia principal, e o anel será nomeado como substituinte. CH2CH3
Exemplo 4: etilcicloexano
CH2CH2CH2CH2CH3
Exemplo 5: 1-ciclobutilpentano
•
Se o anel tem dois substituintes iguais o número 1 é dado ao substituinte citado primeiro. Exemplo 6: Exemplo 7: CH3
CH3
1,2-dimetilciclobutano Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido •
Se houver mais que um substituinte diferentes no anel, eles são citados em ordem alfabética. No entanto, o substituinte que é dado à posição número 1 é o segundo substituinte que recebe o menor número possível. 2
H3C
1
3
2
CH2CH3
3
1
3-etil-1-metilcicloexano
e não
1-etil-3-metilcicloexano
porque 1 < 3
•
Se dois ou mais substituintes têm o mesmo número menor, o anel é numerado ― ou no sentido horário ou no anti‐horário ― na direção que dê ao terceiro substituinte a menor numeração possível. Por exemplo, o nome correto da substância a seguir é 4‐etil‐2‐metil‐1‐propilcicloexano e não 1‐etil‐3‐metil‐4‐
propilcicloexano e nem 5‐etil‐1‐metil‐2‐propilcicloexano. H3C
H3CH2CH2C
36
2
1
23
24
1
5
63
4
1 5
CH2CH3
64
5
4-etil-2-metil-1-propilcicloexano
e não
1-etil-3-metil-4-propilcicloexano
porque 2 < 3
e não
5-etil-1-metil-2-propilcicloexano
porque 4 < 5
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.3.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Ciclano (IDH) O índice de deficiência de hidrogênio (IDH), também chamado de grau de insaturação ou, ainda, de índice de insaturação, é um termo bastante utilizado na Química Orgânica. Serve como parâmetro para saber a quantidade de duplas ou triplas ligações numa molécula de acordo com o déficit de hidrogênio de uma molécula em comparação com o alcano com mesmo número de átomos de carbono. Compostos de cadeia fechada também apresentam um déficit de hidrogênio e este pode de ser calculado através do grau de insaturação. •
•
•
•
Calcula‐se a quantidade de hidrogênios que o alcano apresenta; Calcula‐se a quantidade de hidrogênios que o ciclano (pode ser também um alceno, alcino, um alcadieno, um alcatrieno, um anel, um anel aromático e ect. – qualquer composto que tenha ou um anel ou uma insaturação ou ambos) de mesmo número de átomos de carbonos que o alcano correspondente; Subtrai‐se os hidrogênios obtidos na fórmula do ciclano pelo obtido da fórmula do alcano; Por fim, divide‐se o por 2. Exemplo: Para uma molécula com 5 carbonos o Grau de Insaturação (GI) será: Alcano Cicloalcano CnH2n+2 CnH2n C5H12 C5H10 GI
C5H12
‐ C5H10
2
2 = 1
1.4 Alcenos ou Alquenos Alcenos são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm ligação dupla carbono‐
carbono. Antigamente eram vulgarmente chamados de olefinas. Eteno (etileno), a Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido olefina (alceno) mais simples, era chamado de gás oleificante (do latim: oleum, óleo + facere, fazer) porque o eteno (C2H4) reage com cloro para formar C2H4Cl2, um líquido (óleo). Onde: n é o número de átomos de carbono na C H2n Fórmula: n
moléculas e n≥2. Exemplo: Quando a molécula tiver 2 átomos de carbono (n=2). Ela terá 4 átomos de hidrogênio, pois H = 2n = 4. CH2CH2. 1.4.1 Nomenclatura de Alcenos A nomenclatura dos alcenos segue de forma parecida ao dos alcanos diferindo basicamente no infixo a ser utilizado. Exemplo 1: CH2=CH2 Prefixo + Infixo + Sufixo Et + en + o Eteno Exemplo 2: CH3CH=CH2 Ou CH2=CHCH3 Prefixo + Infixo + Sufixo Prop + en + o Propeno Exemplo 3: •
Primeiro faz a numeração da cadeia principal começando pela extremidade mais próxima da dupla ligação; Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido •
•
Especifica‐se a numeração do carbono onde está localizada a dupla ligação; Faz a nomenclatura da cadeia principal da mesma forma dos exemplos anteriores: Prefixo + Infixo + Sufixo But + en + o But‐1‐eno 1‐Buteno OBSERVAÇÃO: Segundo a IUPAC a forma correta de fazer este tipo de nomenclatura é colocar a numeração que determina onde está localizado o grupo funcional imediatamente antes do sufixo. Exemplo 4: 2-buteno
but-2-eno
Exemplo 5: 2-metil-2-buteno
2-metil-but-2-eno
1.4.2 Cálculo do índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Alceno (IDH) •
Idem ao dos cicloalcanos. 1.5 Alcadienos e Alcatrienos Alcadienos são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm duas ou mais ligações duplas carbono‐carbono. Alcatrienos são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm três ou mais ligações duplas carbono‐carbono Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido C H2n‐2 Onde: n é o número de átomos de carbono na Fórmula para alcadieno: n
moléculas e n≥3. C H2n‐4 Onde: n é o número de átomos de carbono na Fórmula para alcatrieno: n
moléculas. Exemplo de alcadieno: Quando a molécula tiver 3 átomos de carbono (n=3). Ela terá 4 átomos de hidrogênio, pois H = 2n‐2 = 4. CH2=C=CH2. 1.5.1 Nomenclatura de Alcadienos, Alcatrienos A nomenclatura dos alcadienos segue de forma parecida ao dos alcenos diferindo basicamente na utilização do prefixo de multiplicação “di” ou “tri” antes do infixo “en”. Deve‐se também colocar a letra “a” antes do infixo. Exemplo 1: CH2=C=CH2 Prefixo + a + Infixo + Sufixo prop + a + dien + o propadieno Exemplo 2: CH3‐CH=CH‐CH=CH‐CH=CH2 Prefixo + a + Infixo + Sufixo hept + a + trien + o 1,5‐heptadieno hepta‐1,5‐dieno Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido Exemplo 3: Exemplo 4: Exemplo 5: Exemplo 5: 3,4-dimetil-1,3,5-heptatrieno
3,4-dimetil-hepta-1,3,5-trieno 1.5.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Alcadieno (IDH) Exemplo: Para uma molécula com 5 carbonos o Grau de Insaturação (GI) será: Alcano Alcadieno CnH2n+2 CnH2n‐2 Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido C5H12 C5H8 GI
C5H12
‐ C5H8
4
2 = 2
1.5.3 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Alcatrieno (IDH) Exemplo: Para uma molécula com 5 carbonos o Grau de Insaturação (GI) será: Alcano Alcatrieno CnH2n+2 CnH2n‐2 C6H14 C6H8 GI
C6H14
‐ C6H8
6
2 = 3
1.6 Cicloalcenos ou Ciclenos Ciclenos são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm cadeias cíclicas (cadeias fechadas) na qual apresenta uma ou mais insaturação (ligação dupla). C H2n‐2 Fórmula: n
Onde: n é o número de átomos de carbono na Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica moléculas e n≥3. Universidade Federal Rural do Semi­Árido Exemplo: Quando a molécula tiver 3 átomos de carbono (n=3). Ela terá 4 átomos de hidrogênio, pois H = 2n = 4. H
C
H2 C
CH 1.6.1 Nomenclatura de Ciclenos As regras para nomenclaturas de ciclenos lembram às dos ciclanos acíclicos com a diferença que existe uma ou mais insaturações e estas devem ser consideradas na nomeação do composto, veja a seguir: H
C
Exemplo 1: H2 C
CH ou •
•
Antes do nome coloca‐se a palavra ciclo; O restante do nome segue a nomenclatura do alcano correspondente. Ciclo + Prefixo + Infixo + Sufixo Ciclo + Prop + en + o Ciclopropeno Exemplo 2: Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.6.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Cicleno (IDH) •
Idem ao dos alcadienos (se apresentarem apenas uma ligação dupla). 1.7 Alcinos Alcinos são hidrocarbonetos cujas moléculas contêm ligação tripla carbono‐
carbono. Antigamente eram vulgarmente chamados de acetilenos. Onde: n é o número de átomos de carbono na C H2n‐2 Fórmula: n
moléculas e n≥2. Exemplo: Quando a molécula tiver 2 átomos de carbono (n=2). Ela terá 2 átomos de hidrogênio, pois H = 2n‐2 = 2. HC
CH 1.7.1 Nomenclatura de Alcinos A nomenclatura dos alcinos segue de forma parecida ao dos alcenos diferindo basicamente no infixo “in” em vez de “en”. Exemplo 1: H
C
C
H Prefixo + Infixo + Sufixo Et + in + o Exemplo 2: H3C
C
C
H Propino Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Etino (acetileno) Universidade Federal Rural do Semi­Árido Exemplo 2: 1.7.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Alcino (IDH) •
Idem ao dos alcadienos (se o alcino apresentar apenas uma tripla ligação). 1.7.3 Propriedades Físicas de Alcenos e Alcinos Os alcenos e alcinos têm propriedades físicas similares aos seus alcanos correspondentes. Alcenos e alcinos contendo até quatro carbonos (exceto 2‐butino) são gases à temperatura ambiente. Sendo relativamente apolares, alcenos e alcinos se dissolvem em solventes apolares ou solventes de baixa polaridade. Alcenos e alcinos são muito ligeiramente solúveis em água (com alcinos sendo ligeiramente mais solúveis que alcenos). As densidades de alcenos e alcinos são menores do que a da água. 1.8 Hidrocarbonetos Aromáticos Um composto orgânico aromático apresenta baixa relação hidrogênio/carbono e odor característico. A maior parte dos primeiros compostos aromáticos foi obtida de bálsamos, resinas ou óleos essenciais. Para o escopo desta disciplina será adotado que os hidrocarbonetos aromáticos são moléculas que apresentam pelo menos um anel benzênico em sua constituição. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido Entretanto, num estudo mais aprofundado, você verá que existem outras estruturas que apresentam aromaticidade. Benzeno C H2n‐6 Fórmula: n
Onde: n é o número de átomos de carbono na moléculas e n≥6. Exemplo: Quando a molécula tiver 6 átomos de carbono (n=6). Ela terá 6 átomos de hidrogênio, pois H = 2n‐6 = 6. Assim a fórmula geral para um benzeno será: C6H6 1.8.1 Estruturas de ressonância do Benzeno Após diversos experimentos observaram que o benzeno possuía um comportamento atípico ao sofrer reações de substituição, quando, com base na teoria da época, esperaria‐se que ele sofresse reações de adição. O benzeno também é anormal devido ter uma estabilidade bem maior do que se poderia prever. Ao analisar o benzeno percebeu‐se que era formado por seis átomos de carbono hidridizados em sp2. Assim, cada carbono no benzeno apresentam um elétron desemparelhado num orbital p puro. Estes orbitais podem se sobreposição lateralmente com um orbital p puro de um carbono vizinho. Deste modo, ocorre a formação de três ligações múltiplas carbono‐carbono no benzeno. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universid
dade Federa
al Rural do Semi­Árido
o No entanto, os orbitais dos carbon
nos podem
m se sobrepo
or lateralm
mente com outros orrbitais vizin
nhos. Isso ggera uma d
deslocalizaçção das insaturações, seja, ora podem estar em um
ma determinada orien
ntação, ora podem estaar em outraa orientaçãão. Como po
ode‐se ver n
na figura ab
baixo. Este tipo
o de compo
ortamento éé chamado
o de ressonância e as estruturas química que as represen
ntam são chamadas c
d estruturras de resssonância. Contudo, de C
n
não se pod
de ter certeza de d qual oriientação é a mais corrreta, mas sim uma estrutura e
h
híbrida enttre as duas. Asssim, é maiss coerente rrepresentar com um ccírculo den
ntro do anell, indicando
o que as duplass ligações eestão em co
onstante movimento.
“Aprenda
amos a son
nhar, senhores, pois então talvvez nos apeercebamos da verdad
de." ­ Augusto Kekulé, 186
65. Prof. Ms. Zilvam Mello – Químicca Orgânica
a Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.8.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Aromático (IDH) Exemplo: Para o benzeno com 6 carbonos o Grau de Insaturação (GI) será: Alcano Alcino CnH2n+2 CnH2n‐6 C6H14 C6H6 GI
C6H14
‐ C6H6
8
2 = 4
1.8.3 Hidrocarbonetos Aromáticos Benzenóides Policíclicos •
Todos os compostos Aromáticos Benzenóides são moléculas que possuem dois ou mais anéis de benzeno fundidos. Antraceno
Naf taleno
C10H8
C14H10
Fenantreno
Pireno
C14H10
C16H 10
Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Benzo[a]pireno
C20H12
Universidade Federal Rural do Semi­Árido Tabela 6: Resumo das possibilidades de estruturas com diferentes índices de deficiêncis de hidrogênios (IDH). IDH = 1 1 dupla ligação ou 1 cadeia fechada. IDH = 2 2 duplas ligações ou 1 dupla ligação e cadeia fechada ou 1 tripla ligação. IDH = 3 3 duplas ligações ou 2 duplas ligações e cadeia fechada ou 1 tripla ligação e cadeia fechada ou 1 ligação dupla e uma tripla. IDH = 4 Na grande maioria das vezes um benzeno ou areno 1.9 Arenos (AR) São compostos mononucleares que possuem em sua estrutura o anel benzênico e apresentam apenas radicais alifáticos (cadeia aberta). Fórmula: Idem ao do benzeno. Entretanto, um dos hidrogênios é substituído por um grupo substituinte. 1.9.1 Nomenclatura de Arenos a) Compostos Monossubstituídos: Denomina‐se substituinte da mesma forma dos ciclanos. o grupo Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido b) Compostos Dissubstituídos: Existe a nomenclatura vulgar e a sugerida pela IUPAC. •
Nomenclatura Vulgar Quando dois substituintes estão presentes, suas posições relativas são indicadas pelos prefixos orto, meta e para (abreviados por o­, m­ e p­). Assim, temos: R
o
o
Onde: R é um grupo substituinte;
o é a posição orto; m é a posição meta; p é a posição para m
m
p
•
Nomenclatura Sistemática (IUPAC): Denomina‐se o grupo substituinte da mesma forma dos ciclanos, descrevendo as numerações que indicam as posições de todos os substituintes. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica Universidade Federal Rural do Semi­Árido 1.9.2 Cálculo do Índice de Deficiência de Hidrogênio Para um Areno (IDH) •
Idem ao do benzeno. 2. Referências SOLOMONS, T. W.; GRAHAM; CRAIG FRYHLE. Química Orgânica. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 1 e 2 v. ALLINGER, N. L. Química Orgânica. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1978. BRUICE, P. Y. Química Orgânica. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2006. Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica