COLÉGIO META QUÍMICA ORGÂNICA II. Prof. ABEL SCUPELITI ARTILHEIRO SÃO PAULO

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1 COLÉGIO META QUÍMICA ORGÂNICA II Prof. ABEL SCUPELITI ARTILHEIRO SÃO PAULO 2012

2 1 CAPÍTULO 1 - FORÇAS INTERMOLECULARES 1) DEFINIÇÃO As propriedades dos compostos dependem, parcialmente, da geometria e da estrutura do retículo cristalino. Dependem também da natureza das unidades (átomos, íons, moléculas) e das forças que mantêm essas unidades juntas. As forças intermoleculares são forças mais fracas que as ligações químicas e são classificadas em: íon-íon, dipolo induzido-dipolo induzido ou forças de Van der Waals, dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio. O tipo de força intermolecular dependerá muito da diferença de eletronegatividade entre os átomos que constituem as moléculas. Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de elétrons na ligação química. 2) CLASSIFICAÇÃO 2.1) ÍON-ÍON São forças intensas e estão presentes em compostos iônicos. Num sólido iônico estão presentes, em sua estrutura, íons positivos e negativos. Como as forças eletrostáticas (ligação iônica) são fortes, é difícil distorcer o retículo cristalino (estrutura do sólido). Por isso, os sólidos iônicos são tipicamente duros. É interessante, entretanto, que são também quebradiços. Os sólidos iônicos, tipicamente, possuem pontos de fusão altos. A fusão envolve uma destruição do retículo cristalino. Isto ocorre quando a vibração dos átomos, íons e moléculas no sólido se tornam tão violentas que as forças que atuam entre estas partículas não são mais tão fortes para mantê-las unidas. O ponto de fusão dos sólidos iônicos é caracteristicamente alto devido ao fato das ligações iônicas serem fortes. O NaCl, por exemplo, funde a 808 o C. A figura 1 mostra a estrutura do retículo cristalino do NaCl. FIGURA 1 Retículo Cristalino do NaCl.

3 Os sólidos iônicos são maus condutores de eletricidade. A condução elétrica é a passagem ou movimento de partículas carregadas. Os íons são carregados, mas não estão livres para se movimentar num sólido iônico. Por outro lado, NaCl no estado líquido é um bom condutor. Os sais de ácidos carboxílicos são exemplos de compostos orgânicos mantidos por essas forças ) FORÇAS DE VAN DER WAALS OU DIPOLO INDUZIDO-DIPOLO INDUZIDO Nos compostos moleculares as unidades que ocupam os pontos reticulares são moléculas. Dentro de cada molécula os átomos se mantêm unidos através de ligações covalentes, forças normalmente fortes e essas moléculas são mantidas unidas por forças. As forças de van de Waals são relativamente fracas. São responsáveis pelo fato de que até moléculas apolares podem formar um retículo cristalino. Tais forças, descritas teoricamente pela primeira vez por London em 1930, se originam das flutuações momentâneas que ocorrem nas nuvens eletrônicas em um átomo ou molécula. Isso ocorre pois os átomos que constituem as moléculas fazem somente ligações apolares, ou seja, ligações com baixa ou nenhuma diferença de eletronegatividade entre seus átomos. Em uma molécula, num dado instante, a carga eletrônica pode ser distribuída de forma que fique toda em apenas um lado da molécula. Nesse momento, a molécula não é simétrica e possui um momento dipolar momentâneo (possui maior carga de um lado da molécula do que de outro). Esta distorção momentânea da nuvem eletrônica tende a repelir a carga eletrônica do átomo vizinho. O dipolo momentâneo de uma molécula induz assim um dipolo momentâneo semelhante na segunda, resultando daí uma atração que acaba sendo muito fraca. A Figura 2 ilustra este tipo de interação. Moléculas Apolares Distribuição desigual da carga eletrônica FIGURA 2 Forças de Van der Waals.

4 Os compostos moleculares tendem a apresentar pontos de fusão e ebulição relativamente baixos pois as forças intermoleculares, nesse caso, são fracas e não são bons condutores de eletricidade, visto que não existem partículas carregadas. Toda a classe de hidrocarbonetos (alcanos, alcenos, alcinos, aromáticos) são compostos que são mantidos por esse tipo de força ) DIPOLO-DIPOLO As forças dipolo dipolo são interações entre moléculas polares sendo consideradas forças intermediárias. A figura 3 exemplifica esse tipo de interação. Na molécula da acetona o átomo de oxigênio, mais eletronegativo, faz uma dupla ligação com o átomo de carbono, menos eletronegativo. Dessa forma há a formação de um dipolo na molécula pois o par de elétrons da ligação C=O estará mais próximo do átomo de oxigênio pois este é o átomo mais eletronegativo. Este adquire carga parcial negativa e deixa o outro lado da molécula (átomo de carbono) com carga elétrica parcial positiva. O lado negativo de uma molécula atrai o positivo da outra e dessa forma ocorre a interação entre as moléculas. As cetonas, os aldeídos, os éteres e os haletos de alquila são compostos mantidos por esse tipo de interação. FIGURA 3 Interação do tipo dipolo-dipolo. Esses compostos apresentam pontos de fusão e ebulição maiores que os compostos que são mantidos por forças de Van der Waals pois neste caso tem-se a interação entre cargas parciais efetivas e definidas nas moléculas. 2.4) LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO A ligação de hidrogênio é a interação entre o átomo de hidrogênio ligado a um átomo de O, N ou F de uma molécula com o átomo de N, O ou F de outra molécula. A ligação de hidrogênio é uma força intermolecular mais fraca que a íon-íon mais é mais forte que as forças de Van der Waals ou dipolo dipolo. Uma explicação plausível para a formação das ligações de hidrogênio é a de que o par de elétrons que liga um átomo de hidrogênio a um átomo altamente eletronegativo está efetivamente afastado do núcleo do hidrogênio, diminuindo muito a densidade de carga negativa ao redor do núcleo de hidrogênio que é um simples próton. Assim, o próton não blindado atrai elétrons que circundam o átomo eletronegativo de uma molécula vizinha. A Figura 4 ilustra esse tipo de interação. Álcoois, ácidos carboxílicos, aminas e amidas são mantidos por esse tipo de interação.

5 4 FIGURA 4 Ligação de hidrogênio entre as moléculas de água. Devido a essas ligações os compostos que formam ligações de hidrogênio apresentam pontos de fusão e ebulição mais altos do que compostos menos eletronegativos ligados aos átomos de hidrogênio. Um exemplo a ser comparado é a água (H 2 O) e o ácido sulfídrico (H 2 S). Ambos os compostos apresentam um átomo central ligado a dois átomos de hidrogênio sendo que apenas a água faz ligação de hidrogênio. Esse fato pode ser explicado pois como o átomo de oxigênio é muito mais eletronegativo que o enxofre, atrairá o átomo de hidrogênio da outra molécula formando uma atração intermolecular muito forte. Outro fato a ser observado é que como a atração intermolecular entre as moléculas de água são mais intensas, a água à temperatura ambiente apresenta-se no estado líquido enquanto que o ácido sulfídrico apresenta-se no estado gasoso. 3) FORÇAS INTERMOLECULARES E PROPRIEDADES FÍSICAS As forças intermoleculares interferem diretamente em propriedades físicas dos compostos como, por exemplo, nos pontos de fusão e ebulição e na solubilidade em água. 3.1) SOLUBILIDADE EM ÁGUA O composto para ser solúvel em água deve fazer ligação de hidrogênio com a água. Desta forma, compostos como álcoois, cetonas, aldeídos, éteres, ácidos carboxílicos, aminas e amidas são solúveis em água como mostra a Figura 5. FIGURA 5 - Ligação de hidrogênio entre a água e grupamentos hidroxila e carbonila.

6 5 3.2) PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO A temperatura de fusão e ebulição dos compostos depende de duas características básicas: tipo de interação intermolecular e estrutura espacial da molécula. Quanto mais intensas forem as forças intermoleculares maiores serão os pontos de fusão e ebulição pois maior será a energia necessária para passar o composto de estado sólido para o líquido ou do estado líquido para o estado gasoso. Por isso, por exemplo, álcoois, que fazem ligação de hidrogênio, possuem ponto de ebulição maior que cetonas, que fazem interação do tipo dipolodipolo, e as cetonas possuem ponto de ebulição maior que alcanos que são mantidos por forças de Van der Waals. A Tabela 1 ilustra essa característica abordada neste tópico. TABELA 1 Comparação do ponto de ebulição de funções químicas diferentes. NOME FÓRMULA FUNÇÃO QUÍMICA PE ( O C) Propano C 3 H 8 Alcano Propanol C 3 H 8 O Álcool 97,2 Propanona C 3 H 6 O Cetona 56 A estrutura espacial também é importante para uma atração mais intensa. Compostos ramificados apresentam menores ponto de ebulição em relação a compostos não ramificados pois a ramificação impede espacialmente uma aproximação melhor entre as moléculas dos compostos. Tem-se como exemplo o 1-propanol e o 2-propanol. O 2-propanol por ser ramificado apresenta ponto de ebulição menor que o 1-propanol, como mostra a tabela 2. TABELA 2 Comparação do ponto de ebulição de compostos ramificados e não ramificados. NOME FÓRMULA FUNÇÃO QUÍMICA PE ( O C) 2 - propanol C 3 H 8 O Álcool 82,3 1 - Propanol C 3 H 8 O Álcool 97,2

7 6 LISTA DE EXERCÍCIOS FORÇAS INTERMOLECULARES 1) Defina interação intermolecular. 2) Coloque em ordem crescente os tipos de interação intermolecular existentes. 3) Qual é a relação entre o ponto de ebulição e o tipo de interação intermolecular do composto. 4) Qual é o tipo de interação que mantém os compostos abaixo: a) água; b) CH 3 -CH 2 -OH; c) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 ; d) e) ; ; f) CH 3 -CH 2 -NH 2 5) Indique quais dos compostos abaixo são solúveis em água e justifique. CH 3 -CH 2 -OH / CH 3 -CH 2 -NH 2 / CH 3 -CH 2 -CH 3 / CH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3

8 7 CAPÍTULO 2 - REAÇÕES ORGÂNICAS Em síntese orgânica, as diversas reações são usadas na construção de novas moléculas orgânicas. A produção de muitas substâncias pelo homem, tal como drogas, plásticos e matériasprimas depende de reações orgânicas. Dentre os principais tipos de reações químicas orgânicas pode-se destacar: reação de substituição, reação de adição e reação de eliminação. 1) REAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO Nesta reação um grupo ligado a um átomo de carbono é removido e outro toma o seu lugar e vice-versa. Ocorre uma substituição dos átomos envolvidos nas ligações químicas. luz CH 3 -CH 2 -H + Cl-Cl CH 3 -CH 2 -Cl + H-Cl 2) REAÇÃO DE ADIÇÃO Nesta reação dois ou mais reagente dão origem a um único produto. Pt / Δ CH 2 =CH 2 + H-H H-CH 2 -CH 2 -H 3) REAÇÃO DE ELIMINAÇÃO Nesta reação um único reagente dá origem a dois ou mais produtos. H 2 SO 4 / 180 o C CH 2 -CH 2 - OH CH 2 =CH 2 + H 2 O H

9 8 EXERCÍCIOS REAÇÕES ORGÂNICAS Classifique as reações abaixo em: reação de substituição, reação de adição ou reação de eliminação. a) b) CH 3 -CH 2 -Br + Mg CH 3 -CH 2 -MgBr CH 3 -CH 2 -OH H 2 SO 4 (conc) 180 o C CH 2 =CH 2 + H 2 O c) O CH 3 - C = O OH + CH 3 -CH 2 -OH H 2 SO 4 Δ O + H 2 O d) CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH + HCl (conc) CH 3 -CH 2 -CH 2 -Cl + H 2 O e) OH H 2SO 4 (conc) + H 2 O Produto Principal f) g) Pt / Δ CH 2 =CH 2 + H 2 H-CH 2 -CH 2 -H CH 3 -CH 2 -OH H 2 SO 4 (conc) 180 o C CH 2 =CH 2 + H 2 O h) CH 3 -CH 2 -OH + NaH CH 3 -CH 2 -O - Na + + H 2 i) H 2 SO 4 (conc) 2 CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 + H 2 O 130 o C

10 9 CAPÍTULO 3 - ALCANOS 1) DEFINIÇÃO Alcanos são hidrocarbonetos saturados, ou seja, compostos formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio que apresentam apenas simples ligações. CH 3 -CH 3 - etano CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 - butano 2) PROPRIEDADES FÍSICAS 2.1) SOLUBILIDADE Alcanos são insolúveis em água pois não fazem ligação de hidrogênio com as moléculas de água. Estes compostos, porém, são solúveis entre si, em outros tipos de hidrocarbonetos como alcenos e compostos aromáticos. 2.2) PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO Alcanos apresentam baixos pontos de fusão e ebulição comparados com outras classes de produtos orgânicos, como por exemplo os compostos oxigenados (álcoois, cetonas e outros), pois o tipo de interação intermolecular destes compostos é do tipo Van der Waals. O aumento do ponto de ebulição nesta classe de compostos é observado com o aumento da cadeia carbônica pois, com esse aumento, aumenta o número de átomos de carbono na cadeia que podem atrair outros átomos de carbono de outras moléculas do mesmo alcano. Para alcanos ramificados observa-se que há um decréscimo nos pontos de fusão e ebulição, em relação a alcanos não ramificados, pois a interação entre as cadeias torna-se mais difícil devido à ramificação. A Tabela 1 apresenta os valores de ponto de fusão e ebulição de diversos alcanos. TABELA 1 - Pontos de fusão e ebulição de alcanos.

11 10 3) REAÇÕES QUÍMICAS 3.1) COMBUSTÃO A combustão completa de alcanos gera água, CO 2 e energia na forma de calor. A combustão completa ocorre na presença de oxigênio em excesso e com ignição para que esta se inicie. O principal uso dos alcanos é como fonte de energia através de suas combustões. A energia gerada neste processo é utilizada para a movimentação de máquinas como os motores de combustão interna dos automóveis. 3.2) HALOGENAÇÃO Nesta reação, moléculas de halogênios (Cl 2 ou Br 2 ) reagem com o alcano, na presença de luz, dando origem a haletos de alquila e o ácido halogenídrico correspondente. Para alcanos com mais de dois átomos carbonos existe mais de uma possibilidade para o halogênio se posicionar. Deste modo o produto da reação será uma mistura de isômeros de posição. Entretanto, as quantidades dos isômeros formados diferem-se na mistura. Outro fator determinante na quantidade do produto principal formado dependerá também do halogênio que for utilizado na reação. O bromo é um halogênio mais seletivo e por isso tende a formar em maior quantidade haletos de alquila terciário pois são mais estáveis. O cloro é um halogênio mais reativo e por isso tende a formar em maior quantidade haletos de alquila primários.

12 A quantidade de produto formado pode ser calculado através dos fatores de reatividade para halogenação de alcanos mostrados na tabela 2. TABELA 2 - Fatores de reatividade para reações de halogenação. Bromação Cloração Carbono primário 1 1 Carbono secundário 82 3,9 Carbono terciário ,2 11 O cálculo da quantidade de produto formado acima é feito da seguinte forma: a) Bromação: número de átomos de hidrogênio ligado ao carbono primário (9) multiplicado pelo fator de reatividade para carbono primário (1): 9 X 1 = 9. Número de átomos de hidrogênio ligado ao carbono terciário (1) multiplicado pelo fator de reatividade para carbono terciário (1640): 1 X 1640 = Valor total: = /1649 x 100 = 0,5% 1640/1649 x 100 = 95,5% b) Cloração: número de átomos de hidrogênio ligado ao carbono primário (9) multiplicado pelo fator de reatividade para carbono primário (1): 9 X 1 = 9. Número de átomos de hidrogênio ligado ao carbono terciário (1) multiplicado pelo fator de reatividade para carbono terciário (5,2): 1 X 5,2 = 5,2. 3.3) NITRAÇÃO Valor total: 9 + 5,2 = 14,2 9/14,2 x 100 = 63% 5,2/14,2 x 100 = 37% Os alcanos reagem com ácido nítrico concentrado em condições energéticas para formar nitrocompostos. Esta reação ocorre a altas temperaturas.

13 12 4) APLICAÇÃO INDUSTRIAL 4.1) PETRÓLEO Petróleo bruto é o termo para o óleo não processado. Ele também é conhecido apenas como petróleo. O petróleo bruto é um combustível fóssil, o que significa que ele é formado pelo processo de decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos na história geológica da Terra. O petróleo bruto é o ponto de partida para muitas substâncias diferentes porque contém hidrocarbonetos. O petróleo bruto contém centenas de diferentes tipos de hidrocarbonetos misturados e, para separá-los, é necessário refinar o petróleo. As cadeias de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos têm pontos de ebulição que vão aumentando progressivamente, o que possibilita separá-las através do processo de destilação. Isso é o que acontece em uma refinaria de petróleo. Os vários componentes do petróleo bruto são moléculas que possuem tamanhos, pesos e temperaturas de ebulição diferentes. Por isso, o primeiro passo é separar esses componentes. E devido à diferença de suas temperaturas de ebulição, eles podem ser facilmente separados por um processo chamado de destilação fracionada. A seguir são explicadas todas as etpaas deste processo de destilação. O primeiro passo da destilação fracionada consiste em aquecer a mistura de duas ou mais substâncias (líquidos) de diferentes pontos de ebulição a alta temperatura. A mistura entra em ebulição formando vapor (gases). A maior parte das substâncias passam para a fase de vapor. O vapor entra no fundo de uma coluna longa (coluna de destilação fracionada) cheia de bandejas ou placas que são chamados de pratos. Esses pratos possuem muitos orifícios ou proteções para bolhas a fim de permitir a passagem do vapor; aumentam o tempo de contato entre o vapor e os líquidos na coluna; ajudam a coletar os líquidos que se formam nos diferentes pontos da coluna onde há uma diferença de temperatura pela coluna (mais quente embaixo, mais frio em cima). A destilação fracionada é útil para separar uma mistura de substâncias com diferenças pequenas em seus pontos de ebulição sendo uma etapa muito importante no processo de refino. A Figura 1 ilustra como funciona o processo. FIGURA 1 Processo de destilação fracionada do petróleo.

14 No processo de destilação, conforme o vapor sobe pelas placas da coluna, ele esfria. Quando uma substância na forma de vapor atinge uma altura em que a temperatura da coluna é igual ao ponto de ebulição da substância, ela condensa e forma um líquido. A substância com o menor ponto de ebulição irá se condensar no ponto mais alto da coluna. Já as substâncias com pontos de ebulição maiores condensarão em partes inferiores da coluna. Para entender a diversidade contida no petróleo bruto e o motivo pelo qual o seu refino é tão importante, a seguir é mostrado exemplos de produtos que pode-se obter a partir do petróleo bruto: a) gás de petróleo: a primeira fração da destilação fracionada corresponde a alcanos de cadeia curta, na faixa de destilação abaixo de 40 o C, como metano, etano, propano e butano. Esses gases são utilizados na indústria na produção do GLP gás liquefeito de petróleo (butano), como propelente de desodorantes (propano e butano), dentre outras aplicações; b) nafta: a segunda fração da destilação fracionada do petróleo corresponde a alcanos de cadeia média, na faixa de destilação entre 60 e 100 o C que passará por mais alguns processos para gerar gasolina; c) querosene: fração da destilação fracionada do petróleo que corresponde a alcanos de cadeia de média a longa, na faixa de destilação entre 175 e 325 o C. Esses alcanos são utilizados como combustível para a aviação e tratores; d) diesel: fração da destilação fracionada do petróleo que corresponde a alcanos de cadeia de média a longa, na faixa de destilação entre 250 e 350 o C. Esses alcanos são utilizados como combustível para caminhões; e) óleo lubrificante: fração da destilação fracionada do petróleo que corresponde a alcanos de cadeia longa, na faixa de destilação entre 300 e 370 o C. Estes compostos são alcanos, cicloalcanos e aromáticos de longa cadeia que são utilizados como óleo de motor, graxa, e outros tipos de lubrificantes; f) resíduos: corresponde ao que sobrou no final do processo de destilação. Esses resíduos são utilizados na indústria química como asfalto, breu ou ceras. 4.2) HALETOS DE ALQUILA Como vimos anteriormente, a halogenação de alcanos gera os haletos de alquila. Esses compostos são de extrema importância na indústria químicas e estão envolvidos em diversas aplicações. Dois dos compostos que iremos ressaltar suas aplicações e importância são: diclorometano e tatracloreto de carbono. O diclorometano (CH 2 Cl 2 ), também conhecido como cloreto de metileno, é utilizado como solvente na indústria de tintas e lacas, como propulsor em aerosóis, atua como extrator de gorduras, óleos, alcalóides, perfumes; atua como solvente em diversas reações de síntese na indústria farmacêutica e é utilizado em lavanderias industriais para remover manchas de tecidos. Este haleto de alquila é obtido pelo processo estudado anteriormente de cloração de haletos de alquila. 13

15 14 O tetracloreto de carbono (CCl 4 ) é obtido pelo processo de cloração de haletos de alquila e atualmente é muito utilizado como solvente em sínteses laboratoriais e também utilizado em alguns tipos de agentes de refrigeração. Atualmente suas utilizações são bem restritas por se tratar de um agente fortemente carcinogênico.

16 15 1) Explique os seguintes fenômenos: a) Alcanos não são solúveis em água; LISTA DE EXERCÍCIOS - ALCANOS b) Alcanos apresentam um aumento do ponto de fusão e ebulição com o aumento da cadeia carbônica. 2) Escreva as reações químicas abaixo e, quando possível, calcule a quantidade de cada produto formado. a) Combustão completa do butano; b) Combustão completa do heptano; c) Cloração do 2,3-dimetil-butano; d) Bromação do 2,4-dimetil-pentano; e) nitração do etano. 3) Defina o que são alcanos, cite dois exemplos (mostrando a fórmula estrutural e nomeando-os segundo as regras IUPAC) e as respectivas utilizações industriais destes produtos.

17 16 CAPÍTULO 4 - COMPOSTOS AROMÁTICOS 1) DEFINIÇÃO Os hidrocabornetos aromáticos são compostos formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio que possuam em sua estrutura o anel benzênico. Benzeno CH 3 Tolueno 2) PROPRIEDADES FÍSICAS 2.1) ESTRUTURA DO BENZENO Apesar de ser representado com 3 insaturações, o anel benzênico não é um alceno. O anel aromático é muito mais estável que um alceno típico e não sofre as mesmas reações químicas. O cicloexeno, por exemplo, reage rapidamente com o Br 2 para formar o produto de adição 1,2- dibromocicloexano, porém o benzeno reage lentamente com o Br 2 na presença de catalisador para formar um produto de substituição C 6 H 5 Br. Por causa dessa estabilidade a conjugação do anel benzênico é mantida. Outra evidência experimental que mostra a natureza diferenciada do benzeno é que todas as ligações químicas carbono-carbono possuem o mesmo comprimento, igual a 139 pm, um valor intermediário entre o comprimento de uma ligação simples (154 pm) e o de uma ligação dupla (134 pm). Além disso, o mapa de potencial eletrostático mostra que a densidade eletrônica é igual sobre todas as seis ligações carbono-carbono como mostra a Figura 1. Assim, o benzeno é uma molécula planar com a forma de um hexágono regular. Na molécula de benzeno, todos os ângulos de ligação C-C são de 120º e cada átomo de carbono tem um orbital (p) perpendicular ao plano do anel.

18 17 FIGURA 1 Mapa de potencial eletrostático. Uma vez que todos os seis átomos de carbono e todos os seis orbitais p na molécula de benzeno são equivalentes, é impossível definir as três ligações localizadas em que um orbital p se sobrepõe somente com seu orbital p vizinho. Ao contrário cada orbital p se sobrepõe igualmente bem com ambos os orbitais p vizinhos a ele, levando a uma estrutura do benzeno na qual os seis elétrons estão completamente deslocalizados em torno do anel como mostra a Figura 2. FIGURA 2 Elétrons deslocalizados. Dessa forma, o benzeno é um híbrido de duas formas equivalentes. Nenhuma das duas formas é a correta, a verdadeira estrutura do benzeno é um meio termo entre essas duas formas mostradas, impossível de representar por meio de modos convencionais, como mostra a Figura 3. H H H H H H H H H H H H FIGURA 3 - Estrutura do benzeno.

19 18 2.2) SOLUBILIDADE Hidrocarbonetes aromáticos são insolúveis em água pois não fazem ligação de hidrogênio com as moléculas de água. Estes compostos, porém, são solúveis entre si, em outros tipos de hidrocarbonetos como alcenos e alcanos. 3) REAÇÕES QUÍMICAS 3.1) HALOGENAÇÃO A halogenação de hidrocarbonetos aromáticos dá origem a haletos de alquila. Nesta reação um dos átomos do halogênio reage com o anel benzênico, na presença de um catalisador a base de ferro, retirando um de seus átomos de hidrogênio, gerando o haleto de alquila correspondente. A reação não ocorre se não for utilizado o catalisador (FeBr 3 ou FeCl 3 ). Br + Br 2 FeBr 3 + HBr 3.2) SULFONAÇÃO A sulfonação de hidrocarbonetos aromáticos, como na reação do benzeno representada abaixo, dá origem ao ácido sulfônico. Essa reação ocorre na presença de ácido sulfúrico fumegante (SO 3 borbulhado em ácido sulfúrico concentrado) sendo que o ácido sulfúrico atua como catalisador da reação. Nesta reação, o anel aromático sofre ataque, perde um átomo de hidrogênio e o grupamento SO 3 entra no anel sendo posteriormente protonado pelo átomo de hidrogênio que o anel havia perdido. SO 3H + H 2SO 4 SO 3 + H 2O 3.3) NITRAÇÃO A nitração de compostos aromáticos ocorre na presença de ácido nítrico e ácido sulfúrico concentrados, sendo que este último atua como catalisador da reação. A reação global do processo é mostrada abaixo.

20 19 NO 2 + HNO 3 H 2SO 4 + H 2O O ácido sulfúrico inicialmente desidrata o ácido nítrico gerando o íon nitrônio que reage com o anel aromático fazendo com que este perca um átomo de hidrogênio. Na seqüência, o anel é protonado novamente gerando o nitrobenzeno. O mecanismo detalhado da reação é mostrado na figura 4. Etapa 1 Etapa 2 O H + O - HO 3 SO H + H O N H O N + HSO 4 O + O - Nessa etapa, o ácido nítrico aceita um próton do ácido mais forte, o ácido sulfúrico H H O + O + O N H 2 O + N+ O - O Íon Nitrônio Agora que está protonado, ácido nítrico pode se dissociar para formar um íon nitrônio Etapa3 Etapa 4 O N+ O Lenta + H NO 2 Íon arênio Outras formas de ressonância O íon nitrônio é o eletrófilo real na nitração, ele reage com o benzeno para formar um íon arênio estabilizado por ressonância. + H NO 2 O H H NO 2 H 3 O + + O íon arênio então perde um próton para uma base de lewis (nucleófilo) e torna-se nitrobenzeno. FIGURA 4 Mecanismo do processo de nitração do benzeno. 3.4) ALQUILAÇÃO A reação de alquilação é muito importante pois é através dela que se consegue obter hidrocarbonetos aromáticos derivados do benzeno que são de grande importância industrial. Nesta reação, o benzeno reage com um haleto de alquila na presença de cloreto de alumínio (catalisador da reação) perdendo um átomo de hidrogênio e o grupamento alquila entre em seu lugar no anel aromático.

21 20 CH 2-CH 3 + CH 3-CH 2-Cl AlCl 3 + HCl 3.5) ACILAÇÃO Nesta reação o benzeno reagirá com um cloreto de ácido na presença de cloreto de alumínio (catalisador da reação) gerando uma cetona. Cl O = C-CH 3 + CH 3-C = O AlCl 3 + HCl 3.6) OXIDAÇÃO DA CADEIA LATERAL Os hidrocarbonetos aromáticos que possuem uma cadeia lateral podem sofrer reação de oxidação energética quando aquecidos na presença de permanganato de potássio. Essa reação dá origem ao ácido carboxílico correspondente, como é mostrado no exemplo abaixo. OH CH 3 C=O KMnO 4 Δ 3.7) REDUÇÃO DA CADEIA LATERAL Os hidrocarbonetos aromáticos que possuem uma cadeia lateral podem sofrer reação de redução em meio ácido quando reagem com cloreto de estanho II, com posterior adição de solução básica. Essa reação dá origem a amina correspondente, como é mostrado no exemplo abaixo.

22 21 NO 2 NH 2 1) SnCl 2 /H + 2) OH - 4) APLICAÇÃO INDUSTRIAL 4.1) SOLVENTES INDUSTRIAIS A indústria de tintas atualmente, em diversos segmentos, utiliza vários tipos de hidrocarbonetos aromáticos como solventes para a fabricação de diversos tipos de tintas. Dentre os solventes mais utilizados podemos citar o tolueno e o xileno. O tolueno, também conhecido como metilbenzeno, é utilizado como solvente para pinturas, revestimentos, borrachas, resinas, diluente em lacas nitrocelulósicas e em adesivos. É utilizado também como matéria-prima na fabricação do fenol, TNT (utilizado como artefato explosivo) e uma série de outras substâncias. Tolueno O termo xileno refere-se ao conjunto de compostos dimetilbenzeno, onde a diferença é a posição relativa dos radicais metil. Esses compostos são: orto-xileno, meta-xileno e para-xileno.esses compostos são muito utilizados principalmente na indústria de tintas como solventes.

23 22 4.2) PROTETORES SOLARES O uso de protetores solares em anos recentes tem aumentado devido à preocupação acentuada com o risco de câncer de pele e outras condições provocadas pela exposição à radiação UV. No DNA, por exemplo, a radiação UV pode fazer com que as bases nitrogenadas formem dímeros mutagênicos. Os protetores solares produzem proteção contra a radiação UV porque contém moléculas aromáticas que absorvem esse tipo de energia. Esses compostos aromáticos absorvem a radiação UV e a dissipa na forma de calor. Exemplos desses compostos aromáticos utilizados como protetores solares são mostrados abaixo: 4-N,N-Dimetilaminobenzoato de octila 4-Metoxicinamato de 2-etilexila 4.3) OBTENÇÃO DE MATÉRIA-PRIMA Muitos hidrocarbonetos aromáticos reagem para gerar outros compostos aromáticos que são de fundamental importância como matéria-prima para a indústria em geral. O primeiro exemplo é a obtenção de fenol e acetona pela oxidação do cumeno em meio de ácido sulfúrico, que atua como catalisador no processo. O fenol tem diversas aplicações na indústria como por exemplo: utilizado na preparação de resinas fenólicas, na composição de desinfetantes, utilizado como catalisador de reações e como solvente.

24 23 O segundo é a obtenção de anilina pela nitração do benzeno seguido pela redução do nitrobenzeno como é mostrado a seguir: A anilina é utilizada para fabricar uma ampla variedade de produtos como, por exemplo, produtos químicos agrícolas, antioxidantes, estabilizadores para a indústria de látex, herbicidas e vernizes. Uma das principais funções da anilina é como matéria-prima para a síntese de diversos tipos de corantes.

25 24 1) Explique os seguintes fenômenos: a) Benzeno não é um alceno; LISTA DE EXERCÍCIOS COMPOSTOS AROMÁTICOS b) No anel aromático os seis elétrons da ligação π estão deslocalizados; c) Hidrocarbonetos aromáticos não são solúveis em água. 2) Cite dois exemplos de compostos aromáticos (mostrando a fórmula estrutural e nomeando-os segundo as regras IUPAC) e as respectivas utilizações industriais destes produtos. 3) Escreva os produtos das reações abaixo: 4) Indique quais são os produtos ou reagentes, bem como as condições experimentais, representados pelas letras abaixo: a)

26 25 b) c) d) 5) Em um laboratório de análise existem dois frascos com os rótulos danificados. Sabe-se que em um dos frascos há hexano e no outro benzeno. Proponha um método analítico prático que envolva a utilização de reações químicas para a identificação dos dois frascos. 6) Em um laboratório de análise existe um frasco com o rótulo danificado. Sabe-se que dentro do frasco há hexano ou benzeno. No laboratório dispõe somente de ácido nítrico concentrado e ácido sulfúrico concentrado. Proponha um método analítico prático que envolva a utilização de reações químicas para a identificação do composto presente no frasco.

27 26 CAPÍTULO 5 - ALCENOS 1) DEFINIÇÃO Alcenos são hidrocarbonetos insaturados, ou seja, compostos formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio que apresentam em sua estrutura a ligação dupla. CH 2 =CH 2 CH 3 -CH=CH-CH 3 - eteno - 2-buteno 2) PROPRIEDADES FÍSICAS 2.1) SOLUBILIDADE Alcenos são insolúveis em água pois não fazem ligação de hidrogênio com as moléculas de água. Estes compostos, porém, são solúveis entre si, em outros tipos de hidrocarbonetos como alcanos e compostos aromáticos. 2.2) PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO Alcenos apresentam baixos pontos de fusão e ebulição comparados com outras classes de produtos orgânicos como, por exemplo, os compostos oxigenados (álcoois, cetonas e outros), pois o tipo de interação intermolecular destes compostos é do tipo Van der Waals. O aumento do ponto de ebulição nesta classe de compostos é observado com o aumento da cadeia carbônica pois, com esse aumento, aumenta o número de átomos de carbono na cadeia que podem atrair outros átomos de carbono de outras moléculas do mesmo alceno. Para alcenos ramificados observa-se que há um decréscimo nos pontos de fusão e ebulição, em relação a alcenos não ramificados, pois a interação entre as cadeias torna-se mais difícil devido à ramificação. A Tabela 1 mostra os principais alcenos e seus respectivos pontos de fusão e ebulição. TABELA 1 - Pontos de fusão e ebulição de alcenos. NOME FÓRMULA PF ( O C) PE ( O C) Eteno CH 2 =CH 2-169,1-103,7 Propeno CH 2 =CH-CH ,6 1-buteno CH 2 =CH-CH 2 -CH 3-185,3-6,3 Cis-2-buteno CH 3 -CH=CH-CH 3-138,9 3,73 Trans-2-buteno CH 3 -CH=CH-CH 3-105,5 0,96 2.3) ISOMERIA GEOMÉTRICA Por apresentarem uma dupla ligação os alcenos apresentam isômeros geométricos, ou seja, compostos com a mesma fórmula molecular, mesma função química mas que diferem nas suas

28 27 propriedades físicas e químicas pois possuem estruturas espaciais diferentes. fenômeno pode ser observado. Na figura 1 esse FIGURA 1 Isomeria geométrica As duas estruturas são isômeros geométricos e recebem nomes ligeiramente diferentes: a estrutura I é chamada Cis 1,2- dicloroeteno e a estrutura II é chamada Trans 1,2- dicloroeteno. O prefixo cis indica que os grupos iguais estão do mesmo lado no plano que corta a dupla ligação. O prefixo trans indica que os grupos iguais estão em lados opostos no plano que corta a dupla ligação. Os isômeros geométricos diferem entre si em algumas propriedades químicas, especialmente quanto à velocidade das reações, mas diferem principalmente nas propriedades físicas, tais como ponto de fusão e ponto de ebulição, índices de refração, solubilidade, densidade, dentre outros. 2.4) ESTABILIDADE RELATIVA 2.4.1) Isomeria geométrica Os isômeros cis e trans dos alcenos não possuem a mesma estabilidade. Há uma tensão provocada pelos dois grupos alquilas volumosos do mesmo lado de uma ligação dupla fazendo com que os isômeros cis sejam menos estáveis que os isômeros trans. Temos como exemplo os ácidos fumárico e maleico mostrados na Figura 2. FIGURA 2 Isomeria geométrica dos ácidos fumárico e maleico. Devido ao isômero cis (ácido maleico) apresentar dois grupamentos volumosos do mesmo lado da molécula, há uma repulsão forte entre eles fazendo com que este apresente menor estabilidade que seu isômero trans (ácido fumárico). Devido a essa maior estabilidade do isômero trans, na indústria consegue-se fazer a transformação do ácido maleico em ácido fumárico mais o inverso não é possível ) Estabilidade relativa geral Os estudos de numerosos alcenos revelam um padrão de estabilidade que está relacionado ao número de grupos alquila ligados aos átomos de carbono. Quanto maior o número de grupos

29 alquila, ou seja, quanto mais substituídos forem os átomos de carbono envolvidos na dupla ligação, maior é a estabilidade do alceno. Pode-se citar como exemplo os compostos 1-buteno e 2-buteno. 28 Dessa forma, observa-se que o 2-buteno é um alceno mais estável que o 1-buteno. 3) REAÇÕES QUÍMICAS 3.1) HIDROGENAÇÃO A hidrogenação é uma reação na qual o átomo de carbono insaturado torna-se saturado. As condições para que esta reação ocorra envolve aumento de temperatura e pressão e a presença de um catalisador metálico suportado, ou seja, finas partículas de um catalisador metálico (platina) adsorvido em uma superfície extremamaente porosa de carvão ativado. Pt / Δ CH 2 =CH 2 + H 2 H-CH 2 -CH 2 -H Pressão As moléculas de gás hidrogênio se aproximem da superfície do catalisador e se ligam ao metal no qual permanecem adsorvidas como mostra a Figura 3. FIGURA 3 A molécula de hidrogênio é adsorvida na superfície do catalisador. A colisão de um alceno com a superfície contendo o hidrogênio adsorvido também provoca a adsorção do alceno como mostra a Figura 4. FIGURA 4 A molécula de alceno se adsorve na superfície do metal.

30 Em seguida, ocorre uma transferência por etapas dos átomos de hidrogênio, gerando um alcano (Figura 5), antes que a molécula orgânica deixe a superfície. 29 FIGURA 5 Transferência dos átomos de hidrogênio ao alceno. 3.2) HALOGENAÇÃO A halogenação é uma reação na qual ocorre a conversão de um alceno em um haleto de alquila na presença de um halogênio (Br 2 ou Cl 2 ). CH 2 =CH 2 + Br 2 Br-CH 2 -CH 2 -Br Nesta reação ocorre a quebra da ligação π e a formação das novas ligações C-Br. 3.3) HIDRATAÇÃO Na reação de hidratação, o alceno reage com água na presença de ácido sulfúrico dando origem a um álcool. O ácido sulfúrico atua como catalisador pois não faz parte do produto final da reação. H 2 SO 4 CH 2 =CH 2 + H 2 O H-CH 2 -CH 2 -OH Quando na reação for gerado dois ou mais produtos, será considerado como produto principal o álcool no qual o átomo de hidrogênio for adicionado ao átomo de carbono mais hidrogenado. Essa regra é conhecida como Regra de Markovnikov. H 2 SO 4 CH 3 -CH=CH 2 + H 2 O CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH + CH 3 -CH-CH 3 OH Produto principal 3.4) ADIÇÃO DE ÁCIDO HALOGENÍDRICO Nesta reação o alceno reage com o ácido halogenídrico puro (HCl ou HBr) para gerar um haleto de alquila. Nesta reação o ácido halogenídrico a ser usado não pode estar em solução aquosa, ou seja, deve estar puro pois a presença de água faria que houvesse competição entre a água e o

31 ácido. Isso daria origem à formação de uma mistura tanto do álcool quanto do haleto de alquila. 30 CH 2 =CH 2 + HCl (g) H-CH 2 -CH 2 -Cl Quando na reação for gerado dois ou mais produtos, será considerado como produto principal o haleto de alquila no qual o átomo de hidrogênio for adicionado ao átomo de carbono mais hidrogenado. Essa regra é conhecida como Regra de Markovnikov. CH 3 -CH=CH 2 + HCl CH 3 -CH 2 -CH 2 -Cl + CH 3 -CH-CH 3 Cl Produto principal 3.5) OXIDAÇÃO DE ALCENOS Esse tipo de reação pode ocorrer de duas formas: branda ou energética. A oxidação branda é a reação do alceno com ozônio ou a oxidação com permanganato de potássio diluído a frio; a oxidação energética é feita com permanganato de potássio concentrado a quente ) Ozonólise O ozônio reage com o alceno gerando aldeído, cetona ou ambos. Ocorre a quebra da dupla ligação e os átomos de carbono passam a fazer uma dupla ligação com o átomo de oxigênio. O 1) O 3 / CH 2Cl 2 2) Zn + CH 3 - C = O H + ZnO O zinco é utilizado no meio reacional para reagir com o peróxido que é gerado. Caso contrário, o peróxido reagiria com o produto orgânico gerado e o degradaria ) Oxidação com permanganato a frio Ocorre a quebra da ligação π da dupla ligação e 2 átomos de oxigênio do permanganato se ligam aos átomos de carbono do alceno dando origem ao glicol. Nesta reação utiliza-se permanganato de potássio à temperatura ambiente e diluído. Esse tipo de oxidação é considerada branda.

32 31 OH KMnO 4 (dil.) / 25 o C / OH - + MnO 2 OH 3.5.3) Oxidação com permanganato concentrado a quente Ocorre a quebra da dupla ligação e os átomos de carbono que faziam a dupla ligação são oxidados a ácido carboxílico, cetona ou CO 2 e água. Nesta reação utiliza-se permanganato de potássio concentrado a quente. Essa consideração é considerada enérgica pois os átomos de carbono são oxidados ao seu grau máximo. KMnO 4 (concentrado) Δ O + CH 3 - C = O OH Se o átomo de carbono a ser oxidado não estiver ligado a nenhum outro átomo de carbono, este será oxidado a CO 2 e água. KMnO 4 (concentrado) Δ CO 2 + H 2 O + CH 3 - C = O OH 4) APLICAÇÃO INDUSTRIAL 4.1) OBTENÇÃO DE POLÍMEROS Os polímeros são macromoléculas formada pela união de pequenas unidades que se repetem, os monômeros. Existem basicamente dois tipos de polimerização: adição e condensação. Na polimeirzação por adição a maior parte dos monômeros utilizados são alcenos. A polimerização por adição ocorre em três etapas: iniciação, propagação e a terminação. A iniciação se dá quando espécies reativas são geradas no meio a partir do monômero como mostra a Figura 6. Um iniciador (geralmente peróxido de bezoíla) é utilizado para gerar os radicais de carbono iniciais.

33 32 Peróxido de benzoíla Radical fenila FIGURA 6 Processo de iniciação da polimerização por adição. Nesta reação, na presença de luz e calor, o peróxido de benzoíla se decompõe e gera um radical fenila. Esse radical provoca a quebra da dupla ligação do alceno e então a polimerização tem início. Na indústria, durante a polimerização do eteno que gerará o polietileno, utiliza-se como iniciador um catalisador conhecido como Ziegler-Natta. A segunda etapa consiste na etapa de propagação da cadeia. Nesta etapa, o núcleo reativo formado na iniciação se adiciona a uma molécula de monômero formando um novo núcleo reativo, de cadeia maior, e assim sucessivamente como mostra a Figura 7. Esta é a fase de crescimento da macromolécula. FIGURA 7 Processo de propagação da polimerização por adição. A terceira e última etapa corresponde à terminação. Nesta etapa a desativação de uma molécula em crescimento é conseguida de diferentes modos mas sempre acarreta a terminação do crescimento da macromolécula como mostra a Figura 8.

34 33 FIGURA 8 Processo de terminação da polimerização por adição. Atualmente, dentre os principais polímeros utilizados na indústria química, que utilizam o processo de polimerização por adição, pode-se citar o polietileno. O polietileno é quimicamente o polímero mais simples, sendo representado pela cadeia: (CH 2 -CH 2 ) n. Devido à sua alta produção mundial, é também o mais barato, sendo um dos tipos de plástico mais comum. Este polímero é obtido pela polimerização do eteno (CH 2 =CH 2 ). Os polietilenos são inertes face à maioria dos produtos químicos comuns, devido à sua natureza parafínica. Em temperaturas abaixo de 60 C são parcialmente solúveis em diversos tipos de solventes. Atualmente, dois são os tipos de polietileno mais utilizados na indústria química: polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de alta densidade (PEAD). O PEBD é um polímero que apresenta uma grande quantidade de ramificações e são estas que serão responsáveis por várias características e propriedades físicas deste tipo de material como, por exemplo, o seu ponto de fusão que está entre 110 e 115 o C. O PEBD tem uma combinação única de propriedades: tenacidade, alta resistência ao impacto, alta flexibilidade, boa processabilidade, estabilidade e propriedades elétricas notáveis. Sendo assim, é largamente utilizado em sacolas de supermercados, embalagem de alimentos (leite, água), frascos para cosméticos e produtos farmacêuticos, brinquedos, utilidades domésticas, revestimento de fios, cabos e mangueiras. O PEAD é um polímero que apresenta uma pequena quantidade de ramificações e é este fator que será responsável por várias características e propriedades físicas deste tipo de material como, por exemplo, o seu ponto de fusão que está entre 125 e 130 o C. A linearidade das cadeias e conseqüentemente a maior densidade do PEAD fazem com que a orientação, o alinhamento e o empacotamento das cadeias sejam mais eficientes pois as forças intermoleculares possam agir mais intensamente. Dentre as principais propriedades pode-se destacar: maior dureza, menor flexibilidade, alta resistência, baixa transparência, maior resistência à tração e menor resistência ao impacto. Sendo assim, este polímero é largamente utilizado para embalagens de detergentes e shampoo, sacolas para supermercado, caixas para garrafas de refrigerantes, tambores, potes para alimentos, tubo conta-gotas, banheiras, caixa d água, dentre outros. O PEAD e o PEBD têm muitas aplicações em comum, mas em geral, o PEAD é mais duro e resistente e o PEBD é mais flexível e transparente. Um exemplo da relação de dureza e flexibilidade está no fato de que o PEAD é utilizado na fabricação de tampas com rosca (rígidas) e o PEBD na de tampas sem rosca (flexíveis).

35 34 4.2) GORDURA VEGETAL HIDROGENADA A indústria de alimentos faz uso da hidrogenação catalítica para converter óleos vegetais líquidos em gorduras semi-sólidas na fabricação de margarinas. As gorduras vegetais hidrogenadas são obtidas pela a adição de hidrogênio nas insaturações dos ácidos graxos insaturados, permitindo transformar óleos em gorduras, como a transformação de óleo vegetais em margarina, tornando desta forma as gorduras mais rígidas. A margarina é uma emulsão de óleos vegetais parcialmente hidrogenados em leite. Neste processo, o hidrogênio gasoso reage com o óleo vegetal na presença de um catalisador (platina, paládio ou níquel), industrialmente o níquel, por ser de menor custo. O catalisador adsorve os regentes sobre a sua superfície, rompendo parcialmente as duplas ligações entre os carbonos e a ligação simples entre os hidrogênios, efetivando em seguida a adição dos hidrogênios e a dessorção da superfície do catalisador. Em geral a hidrogenação é conduzida de forma incompleta, visando a produção de gorduras parcialmente hidrogenadas, podendo ser seletiva ou não seletiva. O processo é considerado seletivo quando a adição de hidrogênio aos ácidos graxos mais insaturados prevalece sobre a hidrogenação dos menos insaturados, sendo mais seletivo com o aumento da temperatura de reação. Na hidrogenação parcial, uma parcela das duplas ligações remanescentes, podem formar isômeros por troca de configuração de "cis" para "trans", ou por mudança de posição da dupla ligação na cadeia hidrocarbônica. Além disso, também se adiciona a essa emulsão conservantes, corantes e flavorizantes (substâncias que conferem ou aumentam o sabor e o odor). O hidrogênio injetado é medido de forma a que a reação se processe até o grau de saturação requerido, e uma vez que este seja atingido, cessa a entrada de hidrogênio, o residual é expurgado e inicia-se o resfriamento até a temperatura de filtração (80 o C). Com a hidrogenação ocorrem as seguintes alterações nos óleos: aumento do ponto de fusão do produto, maior estabilidade ao processo de oxidação, alteração de propriedades físicas visando oferecer maior plasticidade (propriedade de o corpo manter sua forma resistindo a pressão), a plasticidade é necessária na produção de croissant em folhas, onde a massa é espalhada ou rolada em finas camadas, e maleabilidade, permitindo o uso em diferentes áreas como a produção de margarinas, sorvetes e diferentes aplicações alimentícias. A Figura 9 mostra a hidrogenação do ácido oléico, um dos ácidos graxos presentes no óleo de soja, que é um dos ácidos graxos utilizados para a fabricação de margarina. FIGURA 9 Hidrogenação catalítica do ácido oléico. Um problema em potencial que surge do uso da hidrogenação catalítica para produzir gorduras vegetais parcialmente hidrogenadas é que o catalisador utilizado para a hidrogenação provoca a isomerização de parte das ligações duplas dos ácidos graxos que não são hidrogenados no meio, ou seja, a dupla ligação dos óleos vegetais que são do tipo cis se transformam em trans. As gorduras trans podem provocar vários problemas para o organismo dos seres humanos como

36 aumento do nível de colesterol e triacilgliceróis no sangue que aumentam o risco de doenças cardiovasculares ) Margarina X Manteiga A manteiga é composta por lipídios (gorduras) de origem animal e que são saturados. A margarina é uma emulsão de óleos vegetais parcialmente hidrogenados em leite, ou seja, são insaturados. Ambos devem ser consumidos de forma controlada para evitar o surgimento de doenças cardiovasculares. 35

37 36 1) Explique os seguintes fenômenos: a) Alcenos não são solúveis em água; LISTA DE EXERCÍCIOS ALCENOS 1 b) Ácido fumárico é mais estável que o ácido maleico; c) 2-buteno é mais estável que 1-buteno. 2) Defina o que são alcenos, cite dois exemplos (mostrando a fórmula estrutural e nomeando-os segundo as regras IUPAC) e as respectivas utilizações industriais destes produtos. 3) Escreva os produtos da reações abaixo: a) b)

38 4) Indique quais são os produtos ou reagentes, bem como as condições experimentais, representados pelas letras abaixo: a) 37 b) c) 5) Comente as vantagens e desvantagens da hidrogenação catalítica de óleos vegetais para a produção da margarina. 6) Defina polímeros e cite dois exemplos de monômeros. 7) Sobre o polietileno, responda: a) Esquematize as 3 etapas de obtenção deste polímero utilizando peróxido de benzoíla como iniciador; b) Qual a diferença entre o PEBD e o PEAD; c) Cite duas propriedades físicas do PEBD e o PEAD; d) Cite duas aplicações do PEBD e o PEAD.

39 38 LISTA DE EXERCÍCIOS - ALCENOS 2 1) Escreva os produtos formados nas reações abaixo: a) b) 2) A oxidação do metil propeno na presença de solução de KMnO 4(aq) em meio de H 2 SO 4 a quente produz: a) propanona, gás carbônico e água b) propanona e o aldeído fórmico c) ácido propanóico e o aldeído fórmico d) ácido propanóico e o ácido fórmico e) somente gás carbônico e vapor d água

40 39 3) Qual a fórmula estrutural de um alceno que por ozonólise produz 2-metilbutanal e propanona? 4) Quais os produtos gerados na reação abaixo: 1) O 3 / H 2 C-Cl 2 2) Zn 5) A reação do composto abaixo com permanganato de potássio diluído a 25 o C, em meio levemente alcalino, produz: a) acetona e ácido acético b) apenas acetona c) apenas ácido acético d) 2-metil 2,3-butanodiol 6) Os produtos da oxidação de um alceno são: ácido metil propanóico e acetona. Apresente a reação química com os reagentes, produtos e dê o nome do alceno que gera esses produtos.

41 40 CAPÍTULO 6 - ÁLCOOIS 1) DEFINIÇÃO Álcoois são compostos que possuem a hidroxila ligada ao átomo de carbono saturado. CH 3 -OH HO-CH 2 -CH 2 -OH - metanol - etilenoglicol 2) CLASSIFICAÇÃO Os álcoois são classificados de acordo com a sua estrutura em: primário, secundário e terciário. Os álcoois primários possuem a hidroxila ligada ao átomo de carbono primário, os álcoois secundários possuem a hidroxila ligada ao átomo de carbono secundário e os álcoois terciários possuem a hidroxila ligada ao átomo de carbono terciário. 3) PROPRIEDADES FÍSICAS 3.1) SOLUBILIDADE Álcoois são solúveis em água pois fazem ligação de hidrogênio com as moléculas de água. Álcoois de cadeia curta como metanol e etanol são infinitamente solúveis em água mas álcoois de cadeia maior já tem sua solubilidade diminuída devido ao número de átomo de carbono aumentar. Dessa forma, observa-se que o aumento de átomos de carbono na cadeia carbônica diminui a solubilidade dos álcoois em água. Estes compostos também são solúveis em cetonas e éteres. 3.2) PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO Álcoois apresentam elevados pontos de fusão e ebulição comparados com outras classes de produtos orgânicos, como por exemplo hidrocarbonetos e éteres pois o tipo de interação intermolecular destes compostos é do tipo ligação de hidrogênio. O aumento do ponto de ebulição nesta classe de compostos é observado com o aumento da cadeia carbônica pois, com esse aumento, aumenta o número de átomos de carbono na cadeia que podem atrair outros átomos de carbono de outras moléculas do mesmo álcool. Para álcoois ramificados observa-se que há um decréscimo nos pontos de fusão e ebulição, em relação a álcoois não ramificados, pois a interação entre as cadeias torna-se mais difícil devido à ramificação. A tabela 1 apresenta os pontos de fusão e ebulição dos principais álcoois.