Quimica Org Parte 2
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QUÍMICA ORGÂNICA
AULA Nº4
As Reacções Químicas:Tipos
EnergiaDiagramas
Tipos Gerais de Reacções Orgânicas:AdiçãoEliminaçãoSubstituiçãoRearranjo
A B A+ B-+
A B A B+
Reacções Polares: cisão heterolítica
Reacções Radicalares: cisão homolítica
mais electronegativo
menos electronegativo
electrófilonucleófilo
radical
Variação da energia livre de Gibbs, G
Variação de entalpia:reacção endotérmica ou exotérmica
Variação de entropia
reacção exotérmica reacção endotérmica
EA -- energia de activação
E‡ -- estado de transição
E (H) -- entalpia de reacção
Diagramas de Energia
EA -- energia de activação
E‡ -- estado de transição
E (H) -- entalpia de reacção
Diagramas de Energia
Os Compostos Orgânicos:
Grupos Funcionais
Grupos Funcionais
Alcano
Alceno
Alcino
Areno
Halogenetode
alquilo
Álcool
éter
Aldeído
Cetona
Ácido carboxílico
Éster
Amida
Anidrido
Cloreto de ácido
Amina
Imina
Nitrilo
Nitro
Tiol
Sulfureto
dissulfureto
Os Compostos Orgânicos:
Os Alcanos
AlcanosCnH2n+2
AlcanosCnH2n+2
NOME DO ALCANO: prefixo + ano
C1 Metano C6 Hexano
C2 Etano C7 Heptano
C3 Propano C8 Octano
C4 Butano C9 Nonano
C5 pentano C10 Decano
AlcanosCarbono e Hidrogénio
CnH2n+2
Proveniência: Gás natural e
petróleo
Resultante da decomposição
de materialanimal e vegetal
Combustívesfósseis
75% metano25% 2-4 carbonos
3-4 carbonos: gás para combustível
5-11 carbonos (30-200ºC)
9-16 carbonos (200-300ºC)
15-25 carbonos (300-400ºC)
>25 carbonos (>400ºC)
resíduo não volátil
Isómeros Constitucionais
CH3
C
H
CH3H3CCH3CH2CH2CH3
(a)
(b)
A partir de C4: possibilidade de estruturas ramificadas.
isómeros constitucionais: moléculas com a mesma fórmula molecular
mas que possuem os átomos ligados entre si segundo ordens distintas.
O aumento do número de átomos da cadeia carbonada implica um
aumento do número de isómeros constitucionais:
C4: 2 C7: 9
C5: 3 C8: 18
C6: 5 C10: 75
Pentano:
n-pentano iso-pentano
Hexano:
neo-pentano
iso-hexanon-hexano
neo-hexano
Pentano:
n-pentano iso-pentano
Hexano:
neo-pentano
iso-hexanon-hexano
neo-hexano
Tipos de carbonos
•primário – um carbono que só está ligado a 1 carbono
•secundário – um carbono que está ligado está ligado a mais 2
carbonos
•terciário – um carbono que está ligado está ligado a mais 3
carbonos
•quaternário – um carbono que está ligado está ligado a mais 4
carbonos
Tipos de carbonos
•primários – um carbono que só está ligado a 1 carbono
•secundários – um carbono que está ligado está ligado a mais 2
carbonos
•terciários – um carbono que está ligado está ligado a mais 3
carbonos
•quaternário – um carbono que está ligado está ligado a mais 4
carbonos
Regras de Nomenclatura
1. Identificar a cadeia principal: é a que tiver maior número de átomos de
carbono
2. Numerar os carbonos da cadeia principal de modo que os substituintes
estejam nos carbonos com os números mais baixos.
C1 Metilo, metil C6 Hexilo, hexil
C2 Etilo, etil C7 Heptilo, heptil
C3 Propilo, propil C8 Octilo, octil
C4 Butilo, butil C9 Nonilo, nonil
C5 Pentilo, pentil C10 Decilo, decil
substituintes
3. Colocar os substituintes por ordem alfabética.
--Se houver mais do que um igual, utilizam-se os prefixos di-, tri-,
tetra-, etc. (não considerados para a ordem alfabética)
--pode também utilizar-se os prefixos: iso, neo, sec e terc
3. Colocar os substituintes por ordem alfabética.
--Se houver mais do que um igual, utilizam-se os prefixos di-, tri-,
tetra-, etc. (não considerados para a ordem alfabética)
--podem também utilizar-se os prefixos: iso, neo, sec e terc
4. Compor o nome: 1º os substituintes por ordem alfabética
precedidos do número do carbono onde se encontram e depois o
nome da cadeia principal.
5. Quando há mais do que 2 substituintes e numerando das duas
extremidades dá o mesmo 1º número, considera-se a numeração
que der ao 2º substituinte o número mais baixo.
6. Se houver 2 cadeias com o mesmo número de átomos como
possíveis principais, escolhe-se a que tiver maior número de
substituintes.
CHH3C
CH3
CH
CH2CH3
CH2 CH2 CH
CH3
CH3
QUÍMICA ORGÂNICA
AULA Nº5
Propriedades Físicas dos Alcanos
---numa série homóloga: pontos de fusão e ebulição aumentam com o
comprimento da cadeia carbonada
---em isómeros constitucionais: quanto maior a superfície de contacto
(quanto mais linear for a molécula) maior o ponto de fusão ou ebulição
---Forças intermoleculares do tipo van der Waals
---Compostos apolares solúveis em solventes apolares e insolúveis emágua.
Análise Conformacional
Isómeros conformacionais: arranjos espaciais diferentes dos átomos ou
grupos numa molécula como consequência de rotações em torno de uma
ligação simples.
-- confórmeros our rotâmeros:
H
H H
H
H H
H
H HH
HH
(a)
(b)
HHH
HHH
HH
HH
HH
6 7
8 9
Representações em Perspectiva ou Cavalete
Projecções de Newman
Análise conformacional do etano
Análise conformacional do butano
Ciclo-Alcanos
CnH2n
Nomenclatura:
1. O mesmo nome do composto linear correspondente, precedido de ciclo.
ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclo-hexano
2. Quando o ciclo tem substituintes, colocam-se por ordem alfabética antes do nome
usando a numeração que der o número mais baixo aos substituintes. Com apenas
um substituinte, não há número.
metilciclo-hexano 1,3-dimetilciclo-hexano
Compostos Cíclicos
Calor de Combustão(Kcal/CH2)
Tensão Total
Ângulo do Polígono Planar
Regularalcano alifático 157,4 -- 109,5°ciclopropano 166,6 27,6 60°ciclobutano 164,0 26,3 90°ciclopentano 158,7 6,5 108°ciclo-hexano 157,4 0,0 120°ciclo-heptano 158,3 6,4 128°ciclo-octano 158,6 9,6 135°
planaridade da maioria dos ciclos implicaria um grande desvio do ângulo tetraédrico idealde 109,5º dos compostos alicíclicos e tensão angular elevada.
A análise dos calores de combustão permitiu relacionar a estabilidade dos ciclos do tipoCnH2n
Os ciclos não são planares: torcem e dobram de modo a minimizar três tipos de tensão
Tensão angular – maior energia devido ao desvio do ângulo ideal de 109,5º
Tensão torcional – repulsão entre electrões ligantes quando estão muito próximos
Tensão estérea – átomos ou grupos de átomos muito próximos no espaço
Ciclopropano
Ciclobutano
Ciclopentano
Ciclo-hexano
Ciclo-hexanos monossubstituídos
R Relação
equatorial/axial
E (kcal/mol)
metilo 95/5 1,8
t-butilo >99,9/0,1 5,4
isopropilo 97/3 2,2
fluor 60/40 0,24
Ciclo-hexanos dissubstituídos
Isomeria cis/trans (do latim, deste lado e do outro lado, respectivamente)
Compostos que possuem os mesmos átomos ligados entre si mas com umarranjo espacial diferente
isómeros geométricos
isomeria cis/trans existe compostos cíclicos que possuem dois substituintes:
isomeria cis, do mesmo lado do plano definido pelo ciclo
isomeria trans, de lados opostos do plano definido pelo ciclo
As Reacções dos Alcanos:
Combustão e Halogenação
Reactividade dos Alcanos: Combustão
Calor de combustãoConteúdo energético da molécula
Dá indicação sobre a estabilidade da molécula: quanto menos energia libertar, mais estável é
---Calor de combustão numa série homóloga
---Calor de combustão em isómeros constitucionais
Reacção com oxigénio com libertação de energia:
quando são utilizados como combustível num motor ou numa caldeira
Halogenação: Monocloração do Metano
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl + 25 kcal/mol
Iniciação:
2 passos de propagação:
terminação:
H =+58 kcal/mol
H =+2 kcal/mol
H =–27 kcal/mol
H =–25 kcal/mol
Halogenação: Monocloração do Metano
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl + 25 kcal/mol
propagação
terminação
Monocloração do Propano
CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CH(Cl)CH3
Di-, tri-, e tetracloração do Metano
CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + + CHCl3 + Cl4
a predominância de produtos policloradosdepende da quantidade de cloro presente
à partida são possíveis doisprodutos de monocloração
Monocloração do Propano
CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CH(Cl)CH3
Estabilidade relativa dos radicais: Terciários >> secundários >primários > metilo
Estabilidade de Radicais
Monocloração do Propano
CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CH(Cl)CH3
Monobromação do Propano
CH3CH2CH3 + Br2 CH3CH(Br)CH3
Diferença entre a cloração e a bromação
Postulado de Hammond: --A estrutura e energia de um estado de transição são semelhantes aos da espécie estável mais próxima. Estados de transição para passos endotérmicos são semelhantes em aos produtos e para passos exotérmicos são semelhantes aos reagentes.
Bromação:
Endotérmica
Estado de transição próximo
dos produtos
EA muito diferente
Processo selectivo
Cloração:
Exotérmica
Estado de transição próximo
dos reagentes
EA muito semelhante
Processo não selectivo
Outras Halogenações do Metano