Princípios de Química Orgânica

A química do carbono

Carbono pode formar 4 ligações covalentes

sp3

2s

2p

1s2 2sp31 2sp3

1 2sp31 2sp3

1C126

= 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

2s + 2px + 2py + 2pz 4 orbitais sp3

Hibridação sp3Geometria tetraédrica, ângulos de 109,5º

Hidrocarbonetos(compostos de carbono e hidrogénio)

Acíclicos ou de cadeia aberta

Cíclicos ou de cadeia fechada

não aromáticos

Ex: cicloalcanos, cicloalcenos, cicloalcinos

saturados

Ex: alcanos

insaturados

Ex: alcenos, alcinos

aromáticos

Ex: benzenos

Alifáticos

Alcanos

CH HH

HCHH

HC HH

HCHH

HCH

HC HH

HCH

HC HH

HCHH

HCH

H

metano etano propano butano

CH4 CH3CH3

C2H6

CH3CH2CH3

C3H8

CH3CH2CH2CH3

C4H10

CnH2n+2

Alcanos

Hidrocarboneto Grupo alquilo

MetanoEtanoPropanoButanoPentanoHexanoHeptanoOctanoNonanoDecano

MetiloEtiloPropiloButiloPentiloHexiloHeptiloOctiloNoniloDecilo

CH4

CH3 CH3

CH3 CH2 CH3

CH3 (CH2) 2 CH3

CH3 (CH2) 3 CH3

CH3 (CH2) 4 CH3

CH3 (CH2) 5 CH3

CH3 (CH2) 6 CH3

CH3 (CH2) 7 CH3

CH3 (CH2) 8 CH3

-CH3

-CH2 CH3

-CH2 CH2 CH3

-CH2 (CH2) 2 CH3

-CH2 (CH2) 3 CH3

-CH2 (CH2) 4 CH3

-CH2 (CH2) 5 CH3

-CH2 (CH2) 6 CH3

-CH2 (CH2) 7 CH3

-CH2 (CH2) 8 CH3

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

C6H14

C7H16

C8H18

C9H20

C10H22

-CH3

-C2H5

-C3H7

-C4H9

-C5H11

-C6H13

-C7H15

-C8H17

-C9H19

-C10H21

Isómeros estruturaispropano

C HH

HCHH

HCH

H

propano

C HH

HCHH

HCH

H

-CH2CH2CH3

C HH

HCH

HCH

H

propilo

(CH3)2CH-

C HH

HCHH

HCH

isopropilo

Isómeros estruturais ― moléculas que têm a mesma fórmula molecular, mas estruturas diferentes.

Quantos isómeros estruturais tem o pentano, C5H12?

C C C C C

H H H H H

H

HHHHH

H

C C C C

H CH3 H H

H

HHHH

H

C C C

H CH3 H

H

HH

H

CH3

n-pentano

2-metilbutano

2,2-dimetilpropano

Isómeros estruturais

isoneo

2 grupos metilo nas extremidades

3 grupos metilo nas extremidades

CH3CH2CH2CH3

Carbono secundário

Carbono primário

-CH2 (CH2) 2 CH3 butilo

CH3 CH2

CH3CH- sec-butilo

H3C

CH3

CH3

C- terc-butiloou t-butilo

Carbono terciário

Nomenclatura dos Alcanos

1. O nome do hidrocarboneto é o da cadeia contínua de átomos de carbono mais longa da molécula.

CH3 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH3

1 2 3 4 5 6 74-metilheptano

2. Removendo um átomo de hidrogénio de um alcano obtém-se um grupo alquilo.

CH4

CH3

metano

metilo

Nomenclatura dos Alcanos3. Quando um ou mais átomos de hidrogénio são substituídos por outros grupos,

o nome do composto deve indicar as localizações dos átomos de carbono onde ocorreram as substituições: numerar cada átomo de carbono da cadeia mais longa na direcção que atribui os menores números às localizações de todas as ramificações.

CH3 CH CH2 CH2 CH3

CH3

1 2 3 4 5

2-metilpentano

CH3 CH2 CH2 CH CH3

CH3

1 2 3 4 5

4-metilpentano

Nomenclatura dos Alcanos4. Utilize os prefixos di-, tri- ou tetra- com o nome do grupo alquilo quando as

ramificações são grupos alquilo idênticos.

CH3 CH CH CH2 CH2 CH3

CH3

1 2 3 4 5 6

CH3

2,3-dimetil-hexano

CH3 CH C CH2 CH2 CH3

CH3

1 2 3 4 5 6

CH3

3,3-dimetil-hexano

Nomenclatura dos Alcanos

5. Utilize as regras anteriores para outros tipos de substituintes.

CH3 CH CH CH3

Br

1 2 3 4

NO2

2-bromo-3-nitrobutano

CH2 CH2 CH CH3

Br

1 2 3 4

NO2

1-bromo-3-nitrobutano

Qual é o nome IUPAC do seguinte composto?

1 2 3 4 5 6 7 8CH3 CH CH2 CH CH2 CH2 CH3

C2H5

CH2

CH3

4-etil-2-metil-octano

Qual é a estrutura do 4-metil-2-propil-hexano?

1 2 3 4 5 6CH3 CH CH2 CH CH2 CH3

CH3C2H5

Nomenclatura de alcanos

CHCH2CH2CH2CH3H3C

H3Cou

2-metil-hexanoiso-heptano

CH3CHCH2CH2CH2CH3

CH3

1 2 3 4 5 6

CH3CHCH2CHCH2C CH3

CH3

CH3 CH2CH2CH3

1 2 3 4 5 6

7 8 9CHCH3

CH3

4-isopropil-2,6,6-trimetilnonano

CHCH3

CH3CH2

CH3CH2ou 3-metilpentanoCH3CH2CHCH3

CH2CH3

1 2 3

4 5

Cicloalcanos

H2C CH2

CH2

ciclopropano

H2C CH2

CH2H2C

ciclobutano ciclopentano ciclo-hexano

CH2

H2C CH2

CH2H2C

CH2

H2C CH2

CH2H2CCH2

ciclopropilo

Grupos cicloalquilosciclobutilo

H2C CH2

CH

H2C CH2

CHH2C

ciclopentilociclo-hexilo

CH2

H2C CH

CH2H2CCH2

CH2

H2C CH

CH2H2C

CnH2n

Cicloalcanos substituídos

Br CH3

bromociclopentano metilciclopentano

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

1,2-dimetilciclo-hexano1,3-dimetilciclo-hexano

1,4-dimetilciclo-hexano

Alcanos substituídos

-CH2CH2CH3(CH3)2CH- 1-isopropil-3-propilciclopentano

CH3CH2C CH2CHCH2CH2C CH3

CH3

Br

123456789CH

H3CCH3

CH3

Cl

7-bromo-2-cloro-5-isopropil-2,7-dimetilnonano

Derivados halogenados

CH3CH2Cl

Cloroetano ou cloreto de etilo

CH3CHCH3

Br

2-bromopropano ou brometo de isopropilo

CHCl3

Triclorometanoou clorofórmio

Reacções de alcanosCombustão de alcanos

CH4 (g) + 2 O2 (g) ⇒ CO2 (g) + 2H2O (l)

2C2H6 (g) + 7 O2 (g) ⇒ 4CO2 (g) + 6H2O (l)

Halogenação de alcanos (substituição de um H por um halogéneo)

CH4 (g) + Cl2 (g) ⇒ CH3Cl (g) + HCl (g)

CH3Cl (g) + Cl2 (g) ⇒ CH2Cl2 (l) + HCl (g)

CH2Cl2 (l) + Cl2 (g) ⇒ CHCl3 (l) + HCl (g)

CHCl3 (l) + Cl2 (g) ⇒ CCl4 (l) + HCl (g)

quando o Cl2em

excesso

Cloreto de metilo

Cloreto de metileno ou diclorometano

Clorofórmio

Tetracloreto de carbono

Grupos funcionaisExemplo

C=CAlceno

ligação dupla C-C H2C=CH2 eteno (ou etileno)

etino (ou acetileno)HC=CHC=C Alcinoligação tripla C-C

OH hidroxilo CH3OHmetanol

(ou álcool metílico)

carbonilo CH

OCH3

acetaldeído

cetona

CCH3

OCH3

dimetilcetona(ou acetona)H

CO

R CR’

OR

C=O

aldeído

NR’

Ramina N

H

HCH3 metilamina

ésterR’

CO

OC

O-CH3

OCH3

acetato de metilo

COH

Ocarboxilo C

OH

OCH3 ácido acético

Grupos funcionaisExemplo

=

C NO

Hamida em proteínas

éterR O R’ OH3C CH3éter etílico

(ou éter dietílico)

Alcenos(pelo menos uma ligação dupla)

Alcinos(pelo menos uma ligação tripla)

2s + 2px + 2py 3 orbitais sp2

Hibridação sp2

(geometria planar; ângulos de 120 º)

2s + 2px 2 orbitais sp

Hibridação sp(no eixo internuclear; ângulos de 180 º)

Sobra 1 orbital 2p que forma a 2ª ligação C-CH

H

H

HC=C

Sobram 2 orbitais 2p que formam a 2ª e 3ª ligações C-C HH C=C

Alcenos(pelo menos uma ligação dupla)

etenopropeno

1-buteno

CH2CH2

C2H4

CH2=CHCH3

C3H6

CH2=CHCH2CH3

CnH2n

H

H

H

HC=C

H

H

HC=C C H

H

H

2-butenoCH3CH=CHCH3

CH2=C(CH3)22-metilpropeno

C4H8

Alcenos

H3C-C=CHCH3

CH3

1 2 3 4

2-metil-2-buteno

H3C-C=CHCH2CHCH3

CH3

1 2 3 4 5 6

CH3

2,5-dimetil-2-hexeno

Isomeria cis-transA ligação dupla define um plano

H

CH3

H

H3CC=C

CH3

H

H

H3CC=C

cis-2-buteno trans-2-buteno

aquiral quiral

Espelho Espelho

Isómeros ópticos – Indústria farmacêutica

átomo de C central é assimétrico;

molécula é quiralactividade notratamento da

hipertensãoactividade

anti-glaucoma

Cicloalcenos CnH2n-2

ciclopropeno ciclobuteno ciclopenteno ciclo-hexeno

HC CH

CH2

H2C CH

CHH2CCH2

H2C CH

CHH2C

CH2

H2C CH

CHH2CCH2

Cicloalcenos substituídos

1-metilciclopentenoCH31

23

4

5

4-etilciclopenteno

CH2CH3

1 2

34

5

3,5-dimetilciclo-hexeno

CH3

CH3

1

23

4

5

6

Reacções de alcenosFormação de alcenos (cracking)

C2H6 (g) ⇒ H2C=CH2 (g) + H2 (g) na presença de um catalisador de platina

Reacções de adição de alcenos

H2C=CH2 (g) + H2 (g) ⇒ C2H6 (g) na presença de um catalisador de níquel ou de platinaHidrogenação

H2C=CH2 (g) + HX (g) ⇒ CH3 -CH2X (g)

H2C=CH2 (g) + X2 (g) ⇒ XH2C-CH2X (g)Halogenação

Alcinos(pelo menos uma ligação tripla)

etino ou acetileno propino1-butino

C2H2 C3H4

CnH2n-2

2-butino

C4H6

HH C=C CH3H C=C

CH3C=CCH3

CH=CCH2CH3

Reacções de alcinosFormação de acetileno

CaC2 (s) + 2 H2O (l) ⇒ C2H2 (g) + Ca(OH)2 (aq)

Combustão de acetileno

2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) ⇒ 4 CO2 (g) + 2H2O (l) chama de acetileno

a 3000ºC

Reacções de adição de alcinos

C2H2 (g) + H2 (g) ⇒ H2C=CH2 (g)Hidrogenação

C2H2 (g) + X2 (g) ⇒ CHX -CHX (g)

C2H2 (g) + 2 X2 (g) ⇒ HX2C-CHX2 (g)Halogenação

Álcoois R - OH

primários secundários

CR OHH

HCR1 OHR2

H

terciários

CR2 OHR3

R1

CH3OHMetanol

(ou álcool metílico)

C2H5OHEtanol

(ou álcool etílico)

H3C

CH3

CH3

C- OH

2-metil-2-propanol(ou álcool t-butílico)

CH3CH2CHCH3

OH

2-butanol(ou álcool sec-butílico)

Álcoois monocíclicos alifáticos (não aromáticos)

3-ciclopenteno-1-ol ou 3-ciclopentenol

OH1

23

4

5 OHCH3

2-metilciclo-hexanol 2-propino-1-ol

CH2OHH C=C

Ácidos carboxílicos COH

O

CH3CHCOOHOH

ácido 2-hidroxipropanóico

CH3COOH

ácido etanóico ou ácido acético

CH2CH2CH2COOHNH2

ácido 4-aminobutanóico

HCOOH

ácido metanóicoou ácido fórmico

(CH3)2CCOOH

Cl

ácido 2-cloro-2-metilpropanóico

Aldeídos CH

OR

2,4-dimetilpentanal

CH2O

metanal ou formaldeído

CH

OH C

H

OH3C

etanal ou acetaldeído

CH3CHCH2CHCHOCH3CH3

Cetonas CR’

OR

CCH3

OH3C C

CH2CH3

OH3C

dimetilcetonaou acetona

etilmetilcetonaou 2-butanona

metilisopropilcetonaou 3-metil-2-butanona

CCHCH3

OH3C

CH3

O

ciclo-hexanona

CCH3

O

Ciclopropanil-metil-cetona

Amoníaco Amina secundária

NH HH

Amina terciáriaAmina primária

NR HH

NR HR’

NR R’’R’

CH3CH2CH2CHNH2

CH3

CH3CH2NH2

2-pentanamina ou 1-metilbutilamina

Etanaminaou etilamina

2,3-dimetil-2-butanamina ou 1,1-dimetilisobutilamina

CH3CHCCH3

CH3

NH2H3C

Aminas NH

H

Éteres R O R’

CH3CH2OCH2CH3 CH3OCH2CH3

Éter dietílico ou etoxietano

Éter etilmetílicoou metoxietano Éter metilisopropílico

ou 2-metoxipropano

CH3OCHCH3

CH3

CH3CH2OCH2CH2OCH2CH3CH3CH2CHCHCH3

CH2CH3

OCH3

3-etil-2-metoxipentano 1,2-dietoxietano

ÉsteresR’

CO

RO

Os ésteres resultam da condensação de um ácido carboxílico com um álcool

HC

OR

O+ H-OR’

R’C

OR

O+ H2O

CH3COOCH2CH3

Acetato de etilo

CH2CH3

CO

H3C Oou

Ciclo-hexanocarboxilato de etilo

HCOOCH2CH3

Aromáticos

Estrutura de Kekulé

≡

benzeno

C6H6

CHHC CH

CHHCCH

RESSONÂNCIARESSONÂNCIA

Orbitais moleculares deslocalizadas não estão confinadas ao espaço entre dois átomos adjacentes ligados, mas, pelo contrário, estendem-se sobre três ou mais átomos.

Vista de cima Vista lateral

Densidade electrónica acima e abaixo do plano da molécula do benzeno.

AromáticosCl

NO2 CH2CH2CH2CH2CH3

CH3

clorobenzeno nitrobenzeno 1-metil-4-pentilbenzeno

CH3

Tolueno

CHO COOH NH2 OH

FenolAnilinaÁcido benzóicoBenzaldeído

Aromáticos

o-dibromobenzeno

BrBr

Posições 1,2 ou orto Posições 1,3 ou metaBr

Br

m-dibromobenzeno

Posições 1,4 ou paraBr

Brp-dibromobenzeno

o-cloronitrobenzeno

OHBr

COOH

NH2o-bromofenolÁcido

p-aminobenzóicoTNT ou

2,4,6-trinitrotolueno

CH3

NO2

NO2O2NNO2Cl

Reacções de aromáticos

C6H6 (l) + 3 H2 (g) ⇒ C6H12 (l) na presença de um catalisador de platina

Hidrogenaçãociclo-hexano

Halogenação + Br2 ⇒

Br

+ HBr na presença de um catalisador de FeBr3

bromobenzeno