Aula 1 ligação química e funções orgânicas

Química Orgânica

Química Orgânica

“Orgânico ” – deriva de organismos vivos (1770, Torbern Bergman, Químico Sueco)

⇒ O estudo de compostos extraídos dos organismos vivos

Substâncias orgânicas são substâncias que contêmcarbonocarbono• Substâncias centrais de todos os organismos vivos do planeta:

1) DNA: grandes moléculas que contem toda a informação genética.

2) proteínas: presente no sangue, musculos e pele.

3) enzimas: função de catalisar as reações que ocorrem em nossos corpos.

“We live in an Age of Organic Chemistry :”

Roupas: natural ou sintética.

Ítens casa:

Automóveis:

Medicina:

Corantes e tintas:

Aromatizantes e perfumes:

Pesticidas

Química Orgânica

• O carbono não libera nem aceita elétrons prontamente

• O carbono compartilha elétrons com outros átomos de carbono bemcomo com outros átomos

• O compartilhamento de elétrons ocorre através de ligações químicas

Estruturas de Lewis

Ligação Covalente

• Igual compartilhamento de elétrons, resulta em uma distribuição regular de cargas : ligação covalente apolar (F-F; H-H)

• Compartilhamento de elétrons entre átomos com eletronegatividade diferente: ligação covalente polar (H-F; H-O-H)

Eletronegatividade – tendência de um átomo tem de atrair elétrons que estão sendo compartilhados

Ligação Covalente

estão sendo compartilhados

• A diferença na eletronegatividade entre dois átomos é uma medida da polaridade de ligação.• Uma ligação polar tem uma extremidade positiva e uma extremidade negativa

Momento de dipolo (D) = µ = e x d

(e) : grandeza da carga no átomo

Ligação Covalente Polar - Dipolo

(e) : grandeza da carga no átomo

(d) : distância entre as duas cargas

Mapas de potencial eletrostático

Teoria de ligação de valência

• Como uma ligação covalente se forma?

Orbital Atômico – orbital s

Orbital Atômico – orbital p

Orbitais Moleculares

• Combinação de orbitais atômicos resulta em um orbital molecular .

• Orbitais moleculares pertencem a molécula como um todo.

• Ligação σ: formada pela sobreposição de dois orbitais s.

• Comprimento da ligação/dissociação da ligação: energia necessária para quebrar uma ligação ou energia liberada para formar uma ligação.

Energia de dissociação

436 kJ/mol

Comprimento da ligação

Ligação covalente e superposição de orbitais

Sobreposição em fase forma um OM ligante ; Sobreposição fora de fase forma um OM antiligante

Ligação sigma (σ) é formada pela sobreposição fim-início de dois orbitais p

Uma ligação σσσσ é mais forte do que uma ligação ππππ

Ligação pi (π) é formada pela sobreposição lado-a-lado de dois orbitais p paralelos

Horbitais Híbridos

• Quando orbitais de um mesmo átomo interagem, eles produzem orbitais atômicos híbridos, que definem a geometria das ligações formadas.

• Quando misturamos n orbitais atômicos, devemos obter n orbitais • Quando misturamos n orbitais atômicos, devemos obter n orbitais híbridos.

Ligação em Metano: Ligações Simples

Hibridização de orbitais: sp3

• A combinação de um orbital s e três orbitais p com sinais de fase diferentes resulta na formação de quatro orbitais híbridos sp3.

• Os orbitais sp3 têm a densidade eletrônica concentrada em um dos lobos e têm ângulo de 109,5º entre eles (tetraédrica).

• A combinação de um orbital s e dois orbitais p resulta na formação de três orbitais híbridos sp2.• Os orbitais sp2 têm a densidade eletrônica concentrada em um dos lobos e têm ângulo de 120°entre eles (trigonal planar).

Hibridização sp2

Ligação no Eteno: Uma Ligação Dupla

• A ligação σ(C-C) é formada pela sobreposição frontal dos orbitais sp2, cada um de um carbono

• O orbital 2p que não participou da hibridação permanece perpendicular ao plano ocupado pelos orbitais sp2.

• A sobreposição lateral entre os orbitais 2p resulta na ligação π (mais fraca).

Ligação no Eteno: Uma Ligação Dupla

• A combinação de um orbital se um orbital p com sinais de fase diferentes resulta na formação de dois orbitais híbridos sp.• Os orbitais sp têm a densidade eletrônica concentrada em um dos lobos e têm ângulo de 180°entre eles (linear).

Ligação no Etino: Uma Ligação Tripla

Ligação no Etino: Uma Ligação Tripla

• A ligação σ(C-C) é formada pela sobreposição frontal dos orbitais sp, cada um de um carbono.

• As duas ligações π são formadas pela sobreposição lateral entre os orbitais 2p paralelos de cada carbono.

Funções Orgânicas

Hidrocarbonetos: alcanos

Faixa de ebulição da fração (°°°°C)

Número de átomos de carbono por moléculas

Uso

Frações típicas obtidas através da destilação do petróleo

• Alcanos são hidrocarbonetos que têm unicamente ligações simples

• Fórmula geral: CnH2n+2

• Fonte de alcanos: Petróleo

fração (°°°°C) carbono por moléculasUso

Abaixo de 20 C1–C4Gás natural, gás engarrafado, reagentes

petroquímicos

20–60 C5–C6 Éter de petróleo, solventes

60–100 C6–C7 Ligroiína, solventes

40–200 C5–C10 Gasolina (gasolina destilada)

175–325 C12–C18 Querosene e combustível de aviões

250–400 C12 e mais Gasóleo, óleo combustível e óleo diesel

Líquidos não-voláteis C20 e mais Óleo mineral refinado, óleo lubrificante e graxa

Sólidos não-voláteis C20 e mais Cera de parafina, asfalto e alcatrão

Petróleo

Torre de destilação

As reservas brasileiras 225 bilhões de As reservas brasileiras 225 bilhões de

Metano

• O metano é um gás inodoro e incolor. Sua produção na natureza ocorre a partir da decomposição, na ausência de ar, de material orgânico, quer de origem animal, quer de origem vegetal. É um dos principais constituintes do chamado gás natural .

• O gás natural é uma fonte de energia “limpa”, encontrado em rochas porosas no subsolo, podendo estar associado ou não ao petróleo. Comparado ao óleo combustível, é 12% mais barato

As reservas brasileiras 225 bilhões de As reservas brasileiras 225 bilhões de mm33, concentrando, concentrando--se principalmente nos se principalmente nos estados do RJ, RN e AM. estados do RJ, RN e AM.

Para complementar a produção Para complementar a produção nacional, o gás metano é importado da nacional, o gás metano é importado da Bolívia e da Argentina. Bolívia e da Argentina.

O gás importado da Argentina chega ao O gás importado da Argentina chega ao Brasil por hidrovia. No caso da Bolívia, Brasil por hidrovia. No caso da Bolívia, por um por um gasodutogasoduto ..

Hidrocarbonetos que contêm ligações duplas carbono-carbono

C C

Grupo funcional

Hidrocarbonetos: Alcenos (olefinas)

Alcenos não-cíclicos:CnH2n

Alcenos cíclicos:CnH2n–2

Fórmula Molecular de Alcenos

CH3CH=CH2

Encontrado em óleos Encontrado em Atraente sexual de

Alcenos (olefinas)

de limão e laranja óleo de eucalipto algas pardas

Atraente sexual da mosca do cavalo

Encontrado na camada de cera das

cascas da maça

Alcinos são hidrocarbonetos que contêm uma ligação tripla carbono–carbono

Fórmula Geral : CnH2n–2 (acíclico); CnH2n–4 (cíclico)

Hidrocarbonetos: Alcinos

Uso Comercial do Etino

• Grande aplicação do etino é como material de partida para a síntese de polímeros

1 (PET) poli(etileno tereftalato)

2 (HDPE) polietileno de alta-densidade.

3 (V) poli(cloreto de vinila).

4 (LDPE) polietileno de baixa-

Reciclagem de polímeros - Símbolos

4 (LDPE) polietileno de baixa-densidade.

5 (PP) polipropileno.

6 (PS) polistireno.

7 outros plasticos.

Atividade antifungicaConvulsivante usado por índios da

Hidrocarbonetos: Alcinos

Atividade antifungicaConvulsivante usado por índios da Amazônia em flechas envenenadas

Haletos de alquila

• São substâncias em que um átomo de hidrogênio do alcano foi trocado por um halogênio

R X R = alquil; X = halogênio

• São substâncias que contem o grupo hidroxila (OH) em um átomo de carbono

ÁlcooisR OH R = alquil

carbono

• Fenóis - moléculas que possuem o grupo hidroxila diretamente ligado ao anel benzênico.

Fenóis

OH

anestésico

R = fenil

Odores desagradáveis

TióisR SH R = alquil

SH

tert-butil tiol

• Éteres são substâncias que um oxigênio é ligado a dois substituíntes alquilas.

ÉteresO RR R = alquil

C.W. Long na Geórgia, em 1842 usou pela primeira vez o éter como anestésico

Quebra-pedra: O chá de quebra-pedra é muito utilizado por sua capacidade de dissolver cálculos renais, promovendo a desobstrução do ureter. Sua ação diurética facilita a excreção de ácido úrico.

hipofilantina.

Éteres

Aminas• Aminas são substâncias em que um ou mais átomos de hidrogênio da amônia foram substituídos por grupos alquila.

• Aminas menores possuem odor ruim, cheiro de peixe

• Tubarão fermentado – prato tradicional da islândia cheira a trietilamina

NH

H

H NR

H

H

Amônia uma amina Anfetamina

C6H5CH2CHCH3 H2NCH2CH2CH2CH2NH2

NH2PutrescinaAmônia uma amina Anfetamina Putrescina

(um estimulante perigoso) (encontrado em carne em decomposição)

Aminas

Ácidos Carboxílicos

O

OHR

R = alquilR = alquil

Aldeídos e Cetonas

•• O formol desnatura proteínas tornandoO formol desnatura proteínas tornando--

O

HR

aldeído

O

RR

cetona R = alquil

•• O formol desnatura proteínas tornandoO formol desnatura proteínas tornando--as resistentes à decomposição por as resistentes à decomposição por bactérias. Por essa razão, ele é usado bactérias. Por essa razão, ele é usado como fluido de embalsamamento, na como fluido de embalsamamento, na conservação de espécies biológicas.conservação de espécies biológicas.

•• Carnes defumadas submetidas à Carnes defumadas submetidas à fumaça provenientes da queima da fumaça provenientes da queima da madeira, que contém aldeído fórmico, madeira, que contém aldeído fórmico, são mais resistentes à decomposição.são mais resistentes à decomposição.

•• A propanona também conhecida por A propanona também conhecida por acetona. acetona.

Aldeídos e Cetonas

acetona. acetona.

•• A acetona é muito utilizada como A acetona é muito utilizada como solvente de tintas, vernizes e esmaltes.solvente de tintas, vernizes e esmaltes.

•• Na indústria de alimentos, sua aplicação Na indústria de alimentos, sua aplicação mais importante ocorre na extração de mais importante ocorre na extração de óleos e gorduras de sementes, como soja, óleos e gorduras de sementes, como soja, amendoim e girassol.amendoim e girassol.

Ésteres

O

ORR

R = alquil

Acetato de isopentila – sabor sintético de banana

Pentanoato de isopentila – sabor artificial de maçã

Eritromicina A

(antibiótico)

Ácido ascórbico

(vitamina C)

AmidasO

NH2R

R = alquil

paracetamol

Anidridos e Cloretos ácidosO

OR R

O

O

ClR

Anidrido acético é utilizado como precursor para a obtenção do Rayon - utilizado na produção de tecidos, filmes fotográficos e papel celofane

R = alquil

NitrilasC NR

Acrilonitrila – preparado industrialmente através da reação do acetileno com HCN

R = alquil

com HCN

Usada industrialmente na produção de borrachas sintéticas de alta qualidade

• Em 1916, o monge russo Rasputin sofreu uma tentativa de envenenamento por cianeto. Durante um banquete, o príncipe Yussopoff ofereceram a Rasputin um pudim contendo uma dose de cianeto de potássio suficiente para matar várias pessoas. Embora Rasputin tenha comido grande quantidade desse pudim, ele não morreu. Por esse motivo, e pelo fato de serem atribuídos poderes satânicos ao monge, criou-se uma lenda de sobrenaturalidade.

• A lenda só foi desfeita por volta de 1930, quando foi descoberto a glicose ou a sacarose, se combinam com o cianeto, formando uma substância praticamente sem toxicidade, denominada cianidrina.

Nitrilas - HCN