QUIMICA ORGÂNICA (Rodrigo Rosa) HISTÓRICO Teoria da Força Vital - teoria postulada por Berzelius (1779-1848) na qual afirmava que era necessária uma força especial, desconhecida, somente presentes nos organismos vivos capaz de originar compostos orgânicos. Dessa maneira, os compostos orgânicos somente poderiam ser extraídos da matéria viva, onde se acreditava que tais compostos eram constituídos por uma força vital que impedia que fossem sintetizados fora de um organismo vivo a partir da matéria inorgânica, isto é, preparadas artificialmente num laboratório ou numa indústria. Wohler (1800-1882) - em 1828, obteve acidentalmente uma substância de origem orgânica, a uréia, a partir de um composto inorgânico, o cianato de amônio, sem interferência de um organismo e derrubando a Teoria da Força Vital. O mesmo repetiu a experiência algumas vezes para acreditar no resultado. Atualmente os compostos orgânicos podem ser de origem natural ou sintética. Compostos orgânicos naturais: as principais fontes de compostos orgânicos naturais são o petróleo, o carvão mineral, o gás natural, etc. Compostos orgânicos sintéticos: produzidos artificialmente pelas indústrias químicas, que fabricam desde plásticos e fibras têxteis até medicamentos, corantes, inseticidas, etc. DEFINIÇÃO DE QUÍMICA ORGÂNICA É a parte da Química que estuda os compostos do carbono. Elementos Organógenos - São os elementos químicos que formam a maioria dos compostos orgânicos. Tais elementos são: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O) e Nitrogênio (N). Atenção: Existem compostos que apesar de apresentarem carbono na fórmula, não são classificados como orgânicos, mas sim como Compostos de Transição ou Compostos Intermediários. Exemplos:
TEORIA ESTRUTURAL DO CARBONO A teoria estrutural do átomo de carbono foi postulada por Kelulé e Couper em 1858 através de 4 postulados e permitiu a compreensão das fórmulas planas dos compostos orgânicos. 1ª Postulado: O Carbono é sempre tetravalente em seus compostos, ou seja, tem a tendência de formar 4 ligações covalentes. Abaixo a representação das possíveis fórmulas estruturais do átomo de Carbono: 2ª Postulado: As quatro ligações, ou valências, do Carbono são totalmente iguais entre si. Observe a representação estrutural do Gás Freon usado como agente refrigerante ou gás propulsor de aerossóis, pouco tóxico, mas, quando disperso na alta atmosfera é um dos principais responsáveis pela destruição progressiva da camada de ozônio. Verifique que as 4 fórmulas representam, na realidade, um único composto de fórmula molecular CCl 2 F 2. 3ª Postulado: O Carbono é um dos elementos químicos com capacidade de formar cadeias, ligando-se entre si e com outros elementos químicos. CLASSIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS DE CARBONO NUMA CADEIA Denomina-se cadeia carbônica uma seqüência de 2 ou mais átomos de carbono. Conforme a posição do átomo de carbono numa cadeia carbônica o mesmo poderá ser classificado em: a) Carbono Primário - Ocorre quando o átomo de carbono está ligado a somente um átomo de carbono na cadeia carbônica; b) Carbono Secundário - Ocorre quando o átomo de carbono está ligado a dois átomos de carbono na cadeia carbônica;
c) Carbono Terciário - Ocorre quando o átomo de carbono está ligado a três átomos de carbono na cadeia carbônica; d) Carbono Quaternário - Ocorre quando o átomo de carbono está ligado a quatro átomos de carbono na cadeia carbônica. Ex: CLASIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS Devido à existência de uma grande variedade de cadeias orgânicas, foram estabelecidos alguns critérios para classificação dos compostos orgânicos em relação a sua cadeia orgânica. QUANTO AO FECHAMENTO DA CADEIA Aberta, Acíclica ou Alifática - Apresenta os átomos de carbono sem formar um ciclo ou anel entre eles. A cadeia apresenta no mínimo duas extremidades. Fechada ou Cíclica - Apresenta um ciclo, núcleo ou anel (não apresenta extremidade). QUANTO À NATUREZA DOS ÁTOMOS Homogênea - Ocorre quando não possui qualquer átomo diferente entre carbonos.
(Esta última é homogênea, pois o oxigênio não se encontra entre átomos de carbono) Heterogênea - Ocorre quando possui um heteroátomo (átomo de outro elemento) entre carbonos. QUANTO À DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS Cadeia Normal - Possui apenas carbonos primários e secundários. Cadeia Ramificada - Possui pelo menos 1 carbono terciário ou quaternário. QUANTO AO TIPO DE LIGAÇÃO ENTRE CARBONOS Saturada - Possui somente ligações simples entre os átomos de carbono. Insaturada - Possui pelo menos uma ligação dupla ou tripla entre átomos de carbono. OBSERVAÇÕES:
I) As cadeias fechadas podem ainda ser subdivididas em Aromáticas e Alicíclicas. Aromáticas - São compostos de cadeia fechada que apresenta um ou mais anéis benzênicos. O anel benzênico forma os denominados compostos aromáticos. Alicíclicas - São compostos de cadeia fechada que não apresentam o anel benzênico. II) As cadeias cíclicas podem ser classificadas em Homocíclicas ou Heterocíclicas, a depender da presença ou não de um heteroátomo no núcleo ou ciclo. Homocíclicas - Os núcleos apresentam somente átomos de carbono entre eles. Heterocíclicas - Os núcleos apresentam pelo menos um heteroátomo. III) A depender no número de anéis ou ciclos as cadeias podem ser também classificadas em Mononucleares ou Polinucleares: Mononucleares - As cadeias possuem somente um único núcleo ou anel. Polinucleares - As cadeias possuem dois ou mais núcleos ou anéis. As cadeias Polinucleares são ainda classificadas em: Polinucleares Isoladas e Polinucleares Condensadas. Polinucleares Isoladas - Os núcleos ou anéis não apresentam átomos de carbono comuns entre si.
Polinucleares Condensadas - Os núcleos ou anéis apresentam átomos de carbono comuns entre si. Os anéis ou núcleos apresentam lados comuns entre si. IV) Devido a uma grande quantidade de compostos aromáticos conhecidos atualmente ocorreu um divisão dentro da Química Orgânica em relação a classificação dos compostos orgânicos. Dessa maneira resultou numa outra divisão dos compostos orgânicos em: Compostos Alifáticos - São todos os compostos orgânicos de cadeias abertas; Compostos Alicíclicos - São todos os compostos orgânicos de cadeias fechadas que não possuem anel benzênico; Compostos Aromáticos - São os compostos de cadeias fechadas formadas por anéis benzênicos. Em resumo teremos: RESUMO DAS CADEIAS CARBÔNICAS
OUTRAS INFORMAÇÕES IMPORTANTES: RESUMO DE LIGAÇÕES SIGMA E PI Observe que em todas as ligações simples as mesmas são do tipo sigma ( ). Ocorrendo uma ligação dupla teremos um ligação sigma ( ) e outra ligação Pi ( ). Nas ligações triplas teremos sempre uma ligação sigma ( ) e duas ligações Pi ( ). RESUMO SOBRE HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO Observação: O carbono apresenta, como variedades alotrópicas, o diamante, a grafita e os fulerenos, que possuem estruturas diferentes, decorrentes de diferentes hibridizações: grafita = sp 2 diamante = sp 3 fulerenos = sp 2
Exercícios de classe 01. O eritreno é um monômero que pode ser utilizado para a produção de borracha sintética. Sua fórmula estrutural pode ser representada por: As posições 1, 2 e 3 correspondem a ligações que existem entre carbonos. Indique quais são essas ligações, escrevendo a fórmula estrutural do eritreno. 02. Abaixo estão representadas duas cadeias carbônicas: a) Escreva as duas fórmulas estruturais, completando as valências dos carbonos com os átomos de hidrogênio necessários. b) Indique o número de carbonos primários, secundários, terciários e quaternários existentes em cada estrutura. 03. A cocaína é um alcalóide extraído a partir das folhas da coca, usada como anestésico local e, ilegalmente, consumida como estimulante do sistema nervoso central. O uso da cocaína pode levar à dependência física e provocar períodos de grande depressão. Sua ingestão pode ser letal, mesmo em doses muito pequenas, dependendo da sensibilidade de cada pessoa. Sua estrutura pode ser representada por: Determine sua fórmula molecular. 04. Determine as fórmulas estruturais e moleculares de uma substância que não apresenta anéis na sua estrutura e é formada por hidrogênios, cinco carbonos primários, um carbono quaternário e um carbono terciário. 05.Classifique as cadeias carbônicas dos compostos indicados a seguir e determine suas fórmulas moleculares.
06. (LAVRAS) O composto apresenta uma cadeia que pode ser classificada como: a) alicíclica, normal, heterogênea e saturada. b) alicíclica, ramificada, homogênea e saturada. c) alifática, ramificada, homogênea e insaturada. d) alifática, ramificada, heterogênea e insaturada. e) alifática, normal, homogênea e saturada. 07. Considere as seguintes substâncias e suas fórmulas estruturais: I Antídoto efetivo no envenenamento por arsênio:
II Gás mostarda, usado nas guerras químicas: III Uma das substâncias responsáveis pelo cheiro desagradável do gambá: IV Uma das substâncias responsáveis pelo cheiro de alho: Qual(is) pode(m) ser classificada(s) como uma cadeia alifática, normal, insaturada e heterogênea? 08. (UFSC) Quanto à classificação das cadeias carbônicas, pode-se afirmar que: I uma cadeia saturada contém ligações duplas entre carbono e carbono. II uma cadeia heterogênea apresenta um átomo diferente do átomo de carbono ligado pelo menos a dois carbonos. III uma cadeia normal apresenta cadeias laterais ou ramificações. IV uma cadeia aromática mononuclear pode possuir mais de um grupo aromático. V uma cadeia aromática polinuclear não pode ser dita saturada. VI a classificação correta para é: aberta, heterogênea, ramificada, insaturada. a) Quais das afirmações estão corretas? b) Justifique a afirmação V. 09. (UEFS-BA) A fórmula estrutural acima representa a metionina, um aminoácido importante para as funções hepáticas. A cadeia desse composto pode ser classificada como: a) aromática e heterogênea. b) ramificada e homogênea. c) insaturada e cíclica. d) aromática e homogênea. e) acíclica e heterogênea. 10. (Centec-BA) Na estrutura representada a seguir, os carbonos numerados são, respectivamente:
a) sp 2, sp, sp 2, sp 2, sp 3. b) sp, sp 3, sp 2, sp, sp 4. c) sp 2, sp 2, sp 2, sp 2, sp 3. d) sp 2, sp, sp, sp 2, sp 3. e) sp 3, sp, sp 2, sp 3, sp 4. 11. (ITA-SP) A(s) ligação(ões) carbono-hidrogênio existente(s) na molécula de metano (CH 4 ) pode(m) ser interpretada(s) como sendo formada(s) pela interpenetração frontal dos orbitais atômicos s do átomo de hidrogênio, com os seguintes orbitais atômicos do átomo de carbono: a) Quatro orbitais p. b) Quatro orbitais sp 3. c) Um orbital híbrido sp 3. d) Um orbital s e três orbitais p. e) Um orbital p e três orbitais sp 2. 12. (UFCE) Observe os compostos abaixo e indique a alternativa correta: a) O composto III apresenta seis ligações sigma e duas pi. b) O composto II apresenta duas ligações PI e seis ligações sigma. c) O composto I apresenta dez ligações sigma e três ligações pi. d) No composto I, os átomos de carbono apresentam hibridização tipo sp 2. e) No composto III, os átomos de carbono apresentam hibridização tipo sp 3. 13. (UFRS) O hidrocarboneto que apresenta todos os átomos de carbono com orientação espacial tetraédrica é o:
14.(UFRGS) A morfina, alcalóide do ópio extraído da papoula, pode ser sintetizada em laboratório, tendo como um dos seus precursores o composto com a seguinte estrutura: A geometria dos carbonos com números 1, 2 e 3 é, respectivamente: a) tetraédrica, trigonal, linear. b) linear, tetraédrica, trigonal. c) tetraédrica, linear, trigonal. d) trigonal, tetraédrica, linear. e) linear, trigonal, tetraédrica. 15.(FAFI-MG)Sobre o BENZENO, C6H6, estão corretas às seguintes afirmações, EXCETO: a) Possui três pares de elétrons deslocalizados. b) É uma molécula plana, com forma de hexágono regular, confirmada por estudos espectroscópicos e de cristografia por raios X. c) Todos os ângulos de ligação valem 120 devido à equivalência entre as ligações carbono-carbono. d) O benzeno não apresenta estruturas de ressonância. e) Os seis elétrons p estão espalhados igualmente nos seis carbonos e não localizados entre os pares de átomos de carbono.