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08082023 1 Prof Dr Andrei Lucca Belladona andreibelladonaufgdedubr Química Orgânica Nomenclatura propriedades e aplicações 2 Bibliografia Prof Dr Andrei DAVID KLEIN PAULA Y BRUICE FRANCIS A CAREY 3 Introdução à Química Orgânica Howard Tracy Hall EUA 1919 2008 Prof Dr Andrei XVIII acreditavase que os compostos derivados de fontes vivas contivessem uma força vital incomensurável a essência da vida Como originavamse de organismos eram chamados de compostos orgânicos Os compostos derivados de minerais aqueles nos quais faltava essa força vital eram inorgânicos 4 O QUE TORNA O CARBONO TÃO ESPECIAL PORQUE EXISTEM TANTOS COMPOSTOS COM CARBONO Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei COMPOSTOS ORGÂNICOS 08082023 2 Li Be B N O F C Links recomendados httpsgraphoverflowcomgraphs3dperiodictablehtml httpsperiodictablecomindexhtml httpswwwtabelaperiodicaorgtabelaperiodicacomaplicacoesdoselementosquimicos 5 Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei Como o carbono está no meio do segundo período nem doa nem aceita prontamente elétrons Introdução à Química Orgânica 6 Li Be B N O F Segundo período da tabela periódica C COMPARTILHA QUATRO ELÉTROS FORMA QUATRO LIGAÇÕES COVALENTES FORMA CADEIAS E ANEIS FORMA MILHÕES DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Prof Dr Andrei Carbono Z 6 1s2 2s2 2p2 Modelo de Bohr para o átomo de carbono 7 Ver outros elementos químicos em httpsgraphoverflowcomgraphs3dperiodictablehtml C Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei De acordo com a teoria de Lewis um átomo vai doar aceitar ou compartilhar elétrons para atingir uma camada externa preenchida ou que contenha oito elétrons regra do octeto Ligações iônicas formadas pela transferência de elétrons Os íons são mantidos unidos devido à atração eletrostática Ligações covalentes formada por compartilhamento de elétrons Típicas dos compostos orgânicos Molécula Conjunto neutro de átomos mantidos juntos por ligações covalentes A representação mais simples é feita por meio de estruturas de Lewis 8 Desenvolvimento da teoria da ligação química Prof Dr Andrei 08082023 3 O número de ligações covalentes que um átomo forma sua valência depende do número adicional de elétrons de valência que ele precisa para atingir um octeto estável O carbono tem quatro elétrons de valência 2s2 2p2 formando quatro ligações O nitrogênio tem cinco elétrons de valência 2s2 2p3 formando três ligações e assim por diante em relação aos demais elementos Os elétrons de valência não utilizados em ligações químicas são chamados de elétrons não ligantes pares isolados 9 Desenvolvimento da teoria da ligação química Prof Dr Andrei Isômeros são compostos que tem a mesma fórmula molecular mas estruturas diferentes Vamos aprender sobre diversos tipos de isomeria ao longo do curso mas por enquanto vamos considerar apenas os isômeros constitucionais Isômeros constitucionais são compostos com a mesma fórmula molecular mas que diferem na ordem em que seus átomos estão ligados ou seja apresentam conectividade diferente 10 Etanol Ponto de ebulição 784 oC Dimetil éter Ponto de ebulição 23 oC Isômeros e a importância de fórmulas estruturais Prof Dr Andrei usualmente diferem nas suas propriedades físicas ponto de fusão e ebulição densidade e químicas reatividade Ex C2H6O Entendendo e escrevendo fórmulas estruturais 11 a modelo bola e bastão b fórmula de ponto de elétrons c fórmula com traços d fórmula condensada e Fórmula da linha de ligação Prof Dr Andrei Nas estruturas de Kekulé os elétrons ligantes são desenhados como linhas e os pares de elétrons não ligantes são geralmente deixados inteiramente de lado a menos que sejam necessários para chamar a atenção para alguma propriedade química da molécula Estruturas de Kekulé Estruturas condensadas as ligações químicas são omitidas mas existem convenções que permitem inferir a sua localização Desenhando estruturas químicas 12 Prof Dr Andrei Estrutura condensada Estrutura de Kekulé Os átomos ligados a um carbono são mostrados à direita do carbono Átomos diferentes de H podem ser mostrados pendurados no carbono ou Os grupos CH2 repetidos podem ser mostrados entre parênteses ou Os grupos ligados a um carbono são mostrados entre parênteses à direita do carbono ou pendurados no carbono ou 08082023 4 13 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei Estruturas condensadas as ligações químicas são omitidas mas existem convenções que permitem inferir a sua localização Estrutura condensada Estrutura de Kekulé Grupos ligados ao carbono da extrema direita não são colocados entre parênteses Átomos diferentes de H podem ser mostrados pendurados no carbono ou Dois ou mais grupos idênticos considerados ligados ao primeiro átomo do lado esquerdo podem ser mostrados entre parênteses à esquerda daquele átomo ou pendurados no átomo ou Estruturas em bastão ou fórmulas esqueletais Os átomos de carbono normalmente não são mostrados Presumese que o átomo de carbono esteja em cada interseção de duas linhas ligações e na extremidade de cada linha Os átomos de hidrogênio ligados ao carbono não são mostrados Outros átomos diferentes de carbono e hidrogênio são mostrados 14 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei 15 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei 16 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei Composto Estrutura de Kekulé Estrutura esquelética Isopreno C5H8 metilciclohexano C7H14 fenol C6H6O 08082023 5 Entendendo e escrevendo fórmulas estruturais Estruturas tridimensionais Uma cunha tracejada representa uma ligação que se projeta atrás do plano do papel Uma cunha cheia representa uma ligação que se projeta na frente do plano do papel 17 Prof Dr Andrei ou ou ou Hidrocarbonetos são compostos que contém apenas hidrogênio e carbono em sua estrutura Saturados apresentam apenas ligações σ Insaturados apresentam além das ligações σ ligações do tipo π Hidrocarbonetos saturados ou alcanos podem ser Acíclicos de fórmula geral CnH2n2 Cíclicos de fórmula geral CnH2n Introdução aos hidrocarbonetos 18 ALPINO ALPENO ALPANO Prof Dr Andrei Introdução à nomenclatura IUPAC No início da química orgânica muitas substâncias eram batizadas de acordo com a vontade dos seus descobridores Com o aumento no número de substâncias conhecidas em 1892 foram criadas regras que permitiram a sistematização da nomenclatura dos compostos orgânicos Nomenclatura IUPAC International Union for Pure and Applied Chemistry 19 Prof Dr Andrei Os hidrocarbonetos saturados pertencem à família dos alcanos e seus nomes usualmente terminam com o sufixo ano A nomenclatura IUPAC produz o que chamamos de nome sistemático de um composto o que inclui Nome da cadeia principal cadeia carbônica mais longa Nome dos substituintes Localização dos substituintes 20 Introdução à nomenclatura IUPAC Prof Dr Andrei 08082023 6 Selecione a cadeia principal mais longa Se existir competição entre duas cadeias com o mesmo número de carbonos selecionamos a com o maior número de substituintes ligados a ela Nomenclatura de Alcanos Passo 1 Seleção da Cadeia Principal 21 Prof Dr Andrei Nomeie a cadeia principal de acordo com o prefixo apropriado Nomenclatura de Alcanos Passo 2 Nome da Cadeia Principal Prefixo Número de carbonos Met 1 Et 2 Prop 3 But 4 Pent 5 Hex 6 Hept 7 22 Prefixo Número de carbonos Oct 8 Non 9 Dec 10 Undec 11 Dodec 12 Eicos 20 Se a cadeia for cíclica adicione o prefixo ciclo Prof Dr Andrei Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Identifique e nomeie todos os substituintes 23 ÁTOMOS DE CARBONO NO SUBSTITUINTE TERMINOLOGIA 1 metila 2 etila 3 propila 4 butila 5 pentila ÁTOMOS DE CARBONO NO SUBSTITUINTE TERMINOLOGIA 6 hexila 7 heptila 8 Octila 9 nonila 10 decila Prof Dr Andrei Substituintes recebem genericamente o nome de grupos alquila e são nomeados com os mesmos prefixos que os alcanos mas utilizandose o sufixo ila ao invés de ano Um anel pode ser considerado um substituinte ou uma cadeia principal a depender do número de carbonos que possui 24 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei 08082023 7 Substituintes complexos são tratados como uma mini cadeia principal que tem seus próprios substituintes Numeramos esta nova mini cadeia principal a partir do átomo de carbono que está ligado a cadeia principal de verdade Exemplo Substituinte 2metilbutila Alguns substituintes complexos tem nomes comuns aceitos pela IUPAC 25 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei 26 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei A cadeia principal deve ser numerada de modo a fornecer um número localizador para cada substituinte Ex Se a cadeia possui apenas um substituinte ela deve ser numerada de modo a fornecer o menor localizador possível Ex 27 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei Se mais de um substituinte estiver presente numerase a cadeia de modo que o primeiro deles receba o menor localizador possível Ex Se houver um empate então o segundo localizador deve ser o menor possível Ex 28 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei 08082023 8 Se as regras anteriores não resolverem o empate o menor localizador deve ser atribuído alfabeticamente Ex As mesmas regras se aplicam para os cicloalcanos Ex 29 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei Para montar o nome sistemático fazemos o seguinte Colocamos a posição número e o nome de cada substituinte na frente do nome da cadeia principal em ordem alfabética Se um substituinte aparece múltiplas vezes um prefixo apropriado é utilizado Exemplo Um hífen é usado para separar os números das letras enquanto vírgulas são usadas para separar dois números entre si Prefixos di tri tetra penta hexa não são incluídos como parte do esquema de ordenação alfabética da mesma forma sec e terc também são ignorados mas iso como em isobutil não é 30 Nomenclatura de Alcanos Passo 5 Construção do nome sistemático Prof Dr Andrei Nomenclatura de Alcanos Resumo Identifique e nomeie a cadeia principal Identifique e nomeie os substituintes Numere a cadeia principal e atribua um localizador para cada substituinte Distribua os substituintes em ordem alfabética Exemplo Cadeia principal ciclohexano Substituintes 1tertbutil 2etil 4metil 4metil 44dimetil 1tertbutil2etil44dimetilciclohexano 31 Prof Dr Andrei Compostos com a mesma fórmula mas que diferem em relação à conectividade Ex Isômeros Constitucionais Para alcanos o número de isômeros constitucionais possíveis aumenta com o tamanho 32 Prof Dr Andrei FÓRMULA MOLECULAR NÚMERO DE ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS C3H8 1 C4H10 2 C5H12 3 C6H14 5 C7H16 9 C8H18 18 C9H20 35 C10H22 75 C15H32 4 347 C20H42 366 319 C30H62 4 111 846 763 C40H82 62 481 801 147 341 08082023 9 Isômeros Constitucionais É importante reconhecer a diferença entre isômeros e diferentes representações do mesmo composto Estabilidade relativa de isômeros constitucionais Determinada a partir dos respectivos calores de combustão Mesmos produtos mas o calor liberado é diferente em cada reação 33 Prof Dr Andrei Fontes e usos de alcanos Principal fonte de alcanos é o petróleo do latim petro rocha e oleoum óleo mistura complexa de hidrocarbonetos O petróleo é refinado e separado em diversas frações de acordo com o seu ponto de ebulição 34 Prof Dr Andrei FAIXA DE EBULIÇÃO DA FRAÇÃO ºC NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO NA MOLÉCULA UTILIZAÇÃO Abaixo de 20 C1C5 Gás natural plásticos 20 100 C5C7 Solventes 20 200 C5C12 Gasolina 200 300 C12C18 Querosene combustível de jato 200 400 C12 e superior Óleo de aquecimento diesel Líquidos não voláteis C20 e superior Óleo lubrificante graxa Sólidos não voláteis C20 e superior Parafina asfalto alcatrão Fontes e usos de alcanos A faixa correspondente a gasolina C5C12 corresponde à apenas 19 do petróleo bruto então dois processos são utilizados para aumentar seu rendimento para até 47 Craqueamento térmico ou catalítico quebra da ligação CC de alcanos maiores Reforma conversão de alcanos lineares em alcanos ramificados ou compostos aromáticos 35 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Nomenclatura Utilizase as mesmas regras utilizadas anteriormente Os átomos de halogênio são tratados como substituintes e recebem os seus próprios nomes Quando um centro de quiralidade está presente sua configuração deve ser expressa no início do nome entre parênteses 36 Prof Dr Andrei 08082023 10 Haletos de Alquila Nomenclatura Além da nomenclatura sistemática alguns nomes comuns também são aceitos para haloalcanos Cada átomo de carbono é descrito em relação à sua proximidade como o substituinte halogênio utilizando letras do alfabeto grego α β γ δ 37 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Classificação Haletos de alquila são classificados como primário 1 secundário 2 ou terciário 3 com base no número de grupos alquila ligados à posição α Esta classificação coincide com a classificação dos carbonos ao qual o átomo de halogênio está ligado Classificamos como Primário um átomo de carbono ligado a apenas 1 outro átomo de carbono Secundário um átomo de carbono ligado a outros 2 átomos de carbono Terciário um átomo de carbono ligado a outros 3 átomos de carbono 38 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Estrutura Ligação CX é polarizada UFGD FACET 39 Prof Dr Andrei Outros Organohaletos 40 Prof Dr Andrei 08082023 11 Propriedades Físicas Bons solventes para compostos apolares a moderadamente polares CHCl3 clorofórmio e CH2Cl2 diclorometano por exemplo 41 very soluble muito solúvel slighly soluble ligeiramente solúvel insoluble insolúvel Comparação do ponto de ebulição oC de alcanos e haletos de alquila Solubilidade de haletos de alquila em água Prof Dr Andrei Muitos compostos orgânicos contendo halogênio são tóxicos e utilizados como inseticidas Organismos marinhos frequentemente produzem compostos organohalogenados Utilização de Organohaletos diclorodifeniltricloroetano antipiolho descupinizadores 42 Prof Dr Andrei Nem todos são tóxicos e muitos apresentam atividades biológicas Utilização de Organohaletos 43 Prof Dr Andrei Utilização de Organohaletos 44 Acesso 03022023 online Prof Dr Andrei 08082023 12 Utilização de Organohaletos 45 Cloreto de vinila Gás incolor armazenado também em sua forma líquida sob pressão Uso produção de resina policloreto de vinila PVC Prof Dr Andrei Álcoois são compostos que contém um grupo OH hidroxila Sua nomenclatura envolve o uso do sufixo ol Fenóis são uma classe especial de álcoois que possuem o grupo hidroxila ligado diretamente a um anel benzênico Álcoois e Fenóis Introdução 46 Prof Dr Andrei Tanto álcoois quanto fenóis são amplamente distribuídos na natureza Álcoois e Fenóis Ocorrência 47 Prof Dr Andrei 48 Prof Dr Andrei Tanto álcoois quanto fenóis são amplamente distribuídos na natureza Álcoois e Fenóis Ocorrência 08082023 13 A nomenclatura de álcoois é realizada utilizandose as regras vistas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo ol para indicar a presença da hidroxila 2 A cadeia principal deve necessariamente conter o carbono ao qual a hidroxila está ligada Álcoois Nomenclatura 49 Prof Dr Andrei 3 Ao numerar a cadeia principal o substituinte hidroxila deve receber o menor localizador possível independente da presença de outros substituintes alquila ou insaturações 4 A posição do grupo hidroxila deve ser indicada no nome do composto através do seu localizador incluído na frente do nome da cadeia principal ou imediatamente antes do sufixo ol Álcoois Nomenclatura 50 Prof Dr Andrei 5 Quando um centro de quiralidade está presente a sua configuração deve ser indicada antes do nome do composto entre parênteses 6 Em álcoois cíclicos o carbono ligado à hidroxila ganha sempre o número 1 de modo que não é necessário indicar a posição da hidroxila no nome do composto Álcoois Nomenclatura 51 Prof Dr Andrei Muitos álcoois possuem nomes comuns bastante difundidos Álcoois assim como os haletos de alquila são classificados como primários secundários ou terciários de acordo com o número de substituintes alquila presentes na posição α carbono ao qual a hidroxila está ligada Álcoois Nomenclatura 52 Prof Dr Andrei 08082023 14 Fenol é o nome de uma substância específica o hidróxibenzeno No entanto pode ser utilizado como nome de cadeia principal para derivados substituídos aplicandose as regras previamente apresentadas para a nomenclatura de derivados do benzeno Fenóis Nomenclatura 53 Prof Dr Andrei CHEIRINHO DE ARROZ COZIDO Fonte Using SPMEGCREMPITOFMS to Measure the Volatile OdorActive Compounds in Freshly Cooked Rice ACS Omega 2020 5 20638 Metanol CH3OH Álcool de madeira Produzido industrialmente pela reação entre CO2 e H2 utilizando um catalisador apropriado 8 bilhões de Lano nos EUA Tóxico podendo causar cegueira e morte Solvente precursor para indústria química e combustível Etanol CH3CH2OH Álcool de cereais obtido pela fermentação de grãos frutas ou canade açúcar Produzido industrialmente pela hidratação do etileno catalisada por ácido 20 bilhões de Lano nos EUA Solvente precursor para indústria química e combustível Isopropanol CH32CHOH Produzido industrialmente pela hidratação do propileno catalisada por ácido Solvente industrial antisséptico e aditivo de gasolina Álcoois Comercialmente Importantes 54 Prof Dr Andrei O grupo OH dos álcoois afeta suas propriedades físicas de maneira acentuada Exemplo O aumento no ponto de ebulição pode ser racionalizado através da existência de interações intermoleculares do tipo ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool Álcoois Propriedades Físicas 55 Prof Dr Andrei Da mesma forma que as moléculas de álcool podem interagir via ligações de hidrogênio entre si também podem fazêlo com moléculas de água A solubilidade de álcoois em água depende do balanço das interações entre as suas regiões hidrofílica que faz ligação de H com a água e hidrofóbica cadeia carbônica Álcoois com até 3 átomos de carbono se misturam com água em todas as proporções são ditos miscíveis com água Álcoois com cadeia entre 4 e 8 carbonos se misturam com água apenas em algumas proporções são ditos solúveis em água Álcoois com cadeia de 9 ou mais carbonos são insolúveis em água 56 Prof Dr Andrei Álcoois Propriedades Físicas 08082023 15 As propriedades antissépticas de álcoois dependem do tamanho da cadeia carbônica Certa solubilidade em água é necessária para que o álcool consiga se movimentar em meios biológicas e atingir o seu destino Hidrofobicidade é necessária para que o álcool consiga atravessar a parede celular das bactérias extremamente lipofílica Atividade antibacteriana de álcoois primários 57 Prof Dr Andrei Álcoois Propriedades Físicas Para avaliar a acidez de um composto devemos estimar a estabilidade de sua base conjugada Álcoois e Fenóis Acidez A base conjugada de um álcool é um íon alcóxido e como o átomo de O é bastante eletronegativo ela é relativamente estável 58 Prof Dr Andrei Álcoois e Fenóis Fatores que afetam a acidez Como racionalizar que o fenol é 8 ordens de grandeza mais ácido que o ciclohexanol Fenol é mais ácido e pode ser desprotonado por bases mais fracas como o hidróxido O íon fenóxido é estabilizado por ressonância 59 Prof Dr Andrei Álcoois e Fenóis Fatores que afetam a acidez Efeito indutivo Efeito de solvatação 60 Prof Dr Andrei 08082023 16 Éteres são compostos que contém um átomo de oxigênio ligado a dois grupos R onde R pode ser alquila vinila ou arila Éteres Introdução Éter é uma funcionalidade comum tanto em compostos naturais como sintéticos 61 Prof Dr Andrei Nomes comuns são originados listandose o nome dos substituintes R em ordem alfabética seguido da palavra éter No caso dos dois substituintes serem idênticos utilizase o prefixo di na frente do nome do substituinte 62 Prof Dr Andrei Éteres Nomenclatura Nomes sistemáticos são originados tratandose o maior grupo R como cadeia principal e o restante da molécula como um substituinte alcóxi No geral as demais regras de nomenclatura permanecem inalteradas Exemplo 63 Prof Dr Andrei Éteres Nomenclatura A geometria de um átomo de oxigênio é semelhante na água em álcoois e em éteres hibridização sp3 em todos os casos O ângulo de ligação no entanto varia levemente com o volume dos substituintes ligados ao átomo de O Éteres podem atuar apenas como receptores de ligação de hidrogênio Ou seja podem formar estas interações com moléculas de água ou de álcoois mas não formam ligações de hidrogênio entre si 64 Prof Dr Andrei Éteres Estrutura e propriedades 08082023 17 Éteres são frequentemente utilizados como solventes em reações orgânicas Dissolvem grande variedade de compostos orgânicos Tem baixa reatividade Seus baixos pe permitem que sejam removidos facilmente ao final da reação Exemplos de éteres frequentemente utilizados como solventes 65 Prof Dr Andrei Éteres Aplicação Átomos metálicos com uma carga positiva parcial ou total podem ser estabilizados através da interação com o oxigênio de éteres Quanto maior o número de grupos éter mais forte é a interação Um grupo especial são os éteres de coroa poliéteres cíclicos nos quais os oxigênios estão separados por dois átomos de carbono O 1o número indica o tamanho total do anel e o 2o o número de átomos de oxigênio 66 Prof Dr Andrei Éteres de coroa Éteres de coroa apresentam uma cavidade que pode acomodar um cátion metálico através de interações com os átomos de oxigênio O éter 18Coroa6 por exemplo tem uma cavidade de tamanho apropriado para acomodar um cátion K Como o cátion agora está encapsulado em um composto orgânico passa a ser solúvel em solventes orgânicos 67 Prof Dr Andrei Éteres de coroa Éteres de coroa permitem solubilizar reagentes inorgânicos necessários a algumas reações químicas em solventes orgânicos Éteres de coroa de diferentes tamanhos são utilizados para complexar cátions diferentes 68 Prof Dr Andrei Éteres de coroa A descoberta desses compostos deu origem a um novo campo da química química de hóspedehospedeiro reconhecido com o Prêmio Nobel de 1987 Jean Marie Lehn Donald Cram Charles Pedersen 08082023 18 Tióistioéteressulfetos e dissulfetos O QUE FAZER PARA DIMINUI O BAFO DE ALHO Prof Dr Andrei Tióistioéteressulfetos e dissulfetos Compostos sulfurados voláteis fenóis como o ác rosmarínico e da polifenoloxidase enzima Diminuem os compostos voláteis Prof Dr Andrei Aldeídos e cetonas são caracterizados pela presença de uma ligação CO carbonila Aldeídos e cetonas tem ampla distribuição entre produtos naturais Exemplos Aldeídos e Cetonas Introdução Aldeídos apresentam ao menos um átomo de H ligado à carbonila Cetonas tem a carbonila ligada a dois átomos de carbono 71 Prof Dr Andrei Aldeídos e cetonas em moléculas com atividades biológicas Aldeídos e cetonas de uso industrial Aldeídos e Cetonas Introdução 72 Prof Dr Andrei 08082023 19 Utilizase as mesmas regras estudadas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo al para indicar a presença da função aldeído 2 A cadeia principal é escolhida de forma a necessariamente conter o carbono aldeídico 73 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura Aldeídos Nomenclatura 3 Ao carbono aldeídico atribuímos o localizador 1 independente da presença de substituintes alquila ligações π ou hidroxilas 4 Se um centro de quiralidade está presente sua configuração é indicada antes do nome do composto entre parênteses Não é necessário incluir o localizador da carbonila no nome pois subentendese que ela ocupa a posição 1 5hidróxi56dimetilhept6enal 74 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura 5 Quando um composto cíclico contém uma carbonila de aldeído ligada diretamente a um carbono do anel este é chamado de carbaldeído e adicionase esta palavra ao final do nome do composto Diversos aldeídos simples possuem nomes comuns bem aceitos 75 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura Utilizase as mesmas regras estudadas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo ona para indicar a presença da função cetona 2 A cadeia principal é escolhida de forma a necessariamente conter o carbono da cetona atribuindose a ele o menor localizador possível 3 A posição da carbonila e indicada antes do nome da cadeia principal ou imediatamente antes do sufixo ona 76 Prof Dr Andrei Cetonas Nomenclatura 08082023 20 Diversas cetonas simples possuem nomes comuns bem aceitos Embora raramente utilizados a IUPAC também permite que nomes para cetonas simples sejam obtidos através do sistema alquilalquil cetona 77 Prof Dr Andrei Cetonas Nomenclatura O carbono da função carbonila de aldeídos e cetonas é bastante deficiente em elétrons eletrofílico Tal característica permite que este carbono sofra o ataque de espécies ricas em elétrons nucleófilos Aldeídos e Cetonas Estrutura e Reatividade 78 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos são compostos caracterizados pela presença de um grupo carboxila COOH Ácidos carboxílicos são muito abundantes sendo encontrados em produtos naturais e compostos sintéticos de interesse farmacêutico por exemplo 79 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Introdução A cada ano os EUA produzem 25 milhões de toneladas de ácido acético a partir de metanol e CO Boa parte deste material é convertida em acetato de vinila utilizado em tintas e adesivos O acetato de vinila é um éster que pode ser preparado a partir de um ácido carboxílico Por esta razão é considerado um derivado de ácido carboxílico assim como outras funcionalidades que estudaremos adiante Ácidos carboxílicos e seus derivados desempenham um papel central em síntese orgânica 80 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Introdução 08082023 21 81 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos produção industrial A d i ç ã o o x i d a ti v a E l i m i n a ç ã o r e d u ti v a Processo Monsanto Ácidos monocarboxílicos são nomeados utilizandose a palavra ácido e o sufixo óico e escolhendose a cadeia principal de modo que ela contenha a função carboxila que recebe o localizador 1 implícito no nome Quando a carboxila está ligada a um ciclo utilizase a nomenclatura ácido alcanocarboxílico 82 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Nomenclatura Muitos ácidos carboxílicos simples tem nomes comuns amplamente aceitos Diácidos são nomeados utilizandose o sufixo dióico Assim como os monoácidos muitos diácidos também tem nomes comuns amplamente utilizados 83 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Nomenclatura O átomo de carbono da carboxila tem hibridização sp2 e portanto apresenta geometria trigonal plana Ácidos carboxílicos podem fazer ligações de H entre si Se as moléculas interagem aos pares duas ligações de H são possíveis Ácidos Carboxílicos Estrutura e propriedades Por esta razão ácidos carboxílicos apresentam pontos de ebulição e fusão ainda mais altos que os álcoois correspondentes 84 Prof Dr Andrei 08082023 22 Como o nome já sugere ácidos carboxílicos são relativamente ácidos Quanto tratados com bases fortes dão origem aos respectivos sais de carboxilato Sais de carboxilatos são compostos iônicos e portanto mais solúveis em água do que os ácidos carboxílicos correspondentes importante na distribuição de compostos em meio fisiológico Ácidos Carboxílicos Acidez 85 Prof Dr Andrei Quando um ácido carboxílico é dissolvido em água pura o seguinte equilíbrio é estabelecido Como o pKa da maioria dos ácidos carboxílicos situase entre 4 e 5 a forma não dissociada é bastante favorecida Lembrete Já estudamos a razão pela qual ácidos carboxílicos são bem mais ácidos que os álcoois correspondentes pKa 15 base conjugada estabilizada por ressonância 86 Prof Dr Andrei Ácidos Carboxílicos Acidez Efeito dos substituintes Efeito indutivo Efeito indutivo mesomérico 87 Prof Dr Andrei Ácidos Carboxílicos Acidez Haletos de ácidos e anidridos são bastante reativos e são incomuns na natureza Por outro lado ésteres são estáveis e abundantes e muitas vezes encontrados em substâncias que dão aromas a frutas e flores Da mesma maneira amidas são bastante comuns na natureza Por exemplo as proteínas são todas formadas por unidades de ligação do tipo amida repetidas Derivados de Ácidos Carboxílicos Introdução 88 Prof Dr Andrei 08082023 23 Amidas são nomeadas através da substituição do sufixo ico ou oico do ácido carboxílico correspondente por amida Amidas Nomenclatura Se a amida está ligada a um anel substituise o sufixo carboxílico por carboxamida Se existem substituintes ligados ao N da amida eles são listados no início do nome precedidos do localizador N 89 Prof Dr Andrei 90 Fonte acsreactions Amida ácido carboxílico éster e amina aplicação Prof Dr Andrei 91 Fonte acsreactions Um grama de aspartame tem cerca de quatro calorias o mesmo que o açúcar de mesa mas contém 200 vezes mais doçura então você não precisa de muito Seu pacote médio de adoçante contém apenas cerca de 35 miligramas e é por isso que os fabricantes podem dizer que seus adoçantes são zero calorias Amida ácido carboxílico éster e amina aplicação Prof Dr Andrei Von Bayer e o ácido barbitúrico 92 Fonte Bruice P Y 2006 Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer 1835 1917 nasceu na Alemanha Descobriu ó ácido barbitúrico o primeiro de um grupo de sedativos conhecidos como barbitúricos 1905 Bayer foi primeiro a sintetizar o índigo o corante utilizado na fabricação de jeans A eficiência de um barbitúrico como sedativo está associado a sua habilidade de penetrar em membranas apolares de uma célula Qual estrutura seria mais eficiente como sedativo Aplicando nosso estudo de Química Orgânica Prof Dr Andrei 08082023 24 Curiosidades UFGD FACET 93 Prof Dr Andrei UFGD FACET 94 Curiosidades Prof Dr Andrei 95 Plásticos POLITETRAFLUORETILENO Adaptado de httpscenacsorgenvironmentsustainabilityPeriodicgraphicsplasticrecycled96i17 Prof Dr Andrei Até agora classificamos os compostos orgânicos pela presença de grupos funcionais Lipídios são uma classe diferente pois são agrupados não segundo uma funcionalidade específica mas sim de acordo com a sua solubilidade Especificamente os lipídios são substâncias que ocorrem naturalmente e que podem ser extraídas a partir de células biológicas utilizando solventes orgânicos apolares Como muitos compostos podem ser classificados como lipídios é útil classifica los em subcategorias que possuem semelhança estrutural Lipídios Introdução UFGD FACET 96 Prof Dr Andrei 08082023 25 Classificação simplificada de lipídios Lipídios complexos são aqueles que podem sofrer hidrólise em meio básico ou ácido pois contém uma ou mais ligações do tipo éster Focaremos neste tipo de lipídios Lipídios Introdução UFGD FACET 97 Prof Dr Andrei Exemplos de lipídios complexos Exemplos de lipídios simples Lipídios Introdução UFGD FACET 98 São ésteres de alta massa molar Diferem entre si apenas pelo número de átomos de carbono em ambos os lados do grupo éster Tem altos pf devido às forças de London acentuadas Desempenham variadas funções biológicas Ceras UFGD FACET 99 Prof Dr Andrei São triésteres formados a partir do glicerol e 3 ácidos carboxílicos de cadeia longa ácidos graxos Os triglicerídeos são utilizados pelos mamíferos e plantas para armazenamento de energia de longo prazo Armazenam aproximadamente 9 kcalg aproximadamente duas vezes mais do que os carboidratos e proteínas que só podem armazenar 4 kcalg Propriedades exatas dependem dos resíduos de ácido presentes na estrutura Triglicerídeos UFGD FACET 100 Prof Dr Andrei 08082023 26 Ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados Ácidos graxos naturais apresentam insaturação cis Apresentam número par de carbono usualmente entre 12 e 20 Podem ser ramificados ou não Exemplos Triglicerídeos UFGD FACET 101 Prof Dr Andrei Insaturação dos ácidos graxos impacta nas propriedades dos triglicerídeos Gorduras vs óleos Usualmente gorduras tem alto teor de resíduos de ácidos graxos saturados enquanto óleos tem alto teor de resíduos de ácidos graxos insaturados Triglicerídeos Gordura Óleo UFGD FACET 102 Prof Dr Andrei Triglicerídeos insaturados podem ser hidrogenados industrialmente na presença de um catalisador metálico e altas temperaturas para produzir gorduras Esse processo pode ser conduzido parcialmente para produzir produtos com a consistência desejada como a margarina óleo vegetal parcialmente hidrogenado No entanto parte das ligações duplas pode sofrer isomerização levando às chamadas gorduras trans 10 a 15 Gorduras trans tem sido responsabilizadas por aumentos nos níveis de colesterol e risco de doenças cardiovasculares Triglicerídeos Reações UFGD FACET 103 Prof Dr Andrei Triglicerídeos podem sofrer hidrólise ácida ou básica A hidrólise básica conhecida como saponificação é a mais comum Sabão Triglicerídeos Reações UFGD FACET 104 Prof Dr Andrei 08082023 27 Não necessariamente os 3 resíduos de ácido graxo são iguais em um triglicerídeo Triglicerídeos Reações Ácido oleico Ácido linoleico UFGD FACET 105 Prof Dr Andrei Transesterificação preparação de biodiesel No Brasil utilizase Etanol para a reação de transesterificação Pode ser realizada sob catálise ácida ou básica Triglicerídeos Reações UFGD FACET 106 httpsbiodieselbrasilcombrproducaodobiodiesel Ver mais sobre a produção de biodiesel Prof Dr Andrei UFGD FACET 107 Curiosidade Fonte acsreactions CUIDADO AO FRITAR ALIMENTOS CONGELADOS Quando o gelo e a água em alimentos congelados entram em contato com o calor ele instantaneamente se vaporiza e se expande para mil e setecentas vezes seu volume original Isso faz com que o óleo da fritadeira borbulhe Isso não apenas pode queimálo mas também essas partículas menores de óleo de cozinha podem pegar fogo rapidamente se atingirem a fonte de calor Ponto de fumaça em inglês smoke point ou flash point é a temperatura na qual o óleo começa a queimar e a oxidar se decompondo em ácidos graxos livres Prof Dr Andrei As aminas são derivadas da amônia em que um ou mais prótons foram substituídos por grupos alquila ou arila Aminas são classificadas como primárias secundárias ou terciárias dependendo do número de substituintes ligados ao átomo de nitrogênio Classificação diferente da de álcoois e haletos de aquila que leva em consideração o número de substituintes no carbono α Aminas Introdução UFGD FACET 108 Prof Dr Andrei 08082023 28 As aminas são abundantes na natureza e quanto isoladas a partir de plantas são conhecidas como alcaloides Aminas também desempenham papéis importantes na neuroquímica Aminas Introdução 109 Prof Dr Andrei Para aminas primárias existem dois sistemas de nomenclatura aceitos Se a cadeia aquílica é simples podemos nomeálas como alquilaminas Nome do substituinte alquila sufixo amina Se a cadeia é mais complexa normalmente nomeiase como uma alcanamina utilizandose as mesmas regras adotadas para álcoois substituindoe o sufixo ol por amina Aminas Nomenclatura UFGD FACET 110 Prof Dr Andrei Se outros grupos funcionais estão presentes a amina é descrita como um substituintes amino Ou seja a função amina perde em prioridade para todas as outras funções exceto para os halogênios Aminas aromáticas são usualmente nomeadas como derivados da anilina Aminas Nomenclatura UFGD FACET 111 Prof Dr Andrei Aminas secundárias e terciárias também podem ser nomeadas pelos dois sistemas Se os substituintes são simples utilizase a nomenclatura alquilamina Listase os diferentes substituintes em ordem alfabética com os sufixos de multiplicidade apropriados Se existe uma cadeia mais complexa utilizase o sistema alcanamina e listase os substituintes mais simples com o localizador N Aminas Nomenclatura S22DicloroNetilNmetil3hexanamina UFGD FACET 112 Prof Dr Andrei 08082023 29 Normalmente o átomo de N de aminas tem hibridização sp3 Aminas Propriedades CC 153 pm CN 147 pm CO 143 pm UFGD FACET 113 Desta forma o átomo de N de uma amina contendo 3 substituintes diferentes é um centro quiral e podemos imaginar tais compostos existindo como um par de enantiômeros No entanto a barreira para inversão piramidal é muito pequena 25 kJmol e ela ocorre mesmo a temperatura ambiente Desta forma aminas quirais usualmente só existem como mistura racêmica Prof Dr Andrei Inversão piramidal Aminas Propriedades UFGD FACET 114 Prof Dr Andrei O perfil de solubilidade de aminas é semelhante ao de álcoois Aminas com menos de 5 átomos de carbono por grupo amino são usualmente miscíveis em água enquanto as com mais átomos de carbono por grupo amino são apenas moderadamente solúveis As aminas primárias e secundárias podem formar ligações de H intermoleculares e geralmente têm pontos de ebulição mais elevados do que os alcanos análogos mas pontos de ebulição inferiores aos alcoóis análogos Aminas Propriedades UFGD FACET 115 Prof Dr Andrei O ponto de ebulição das aminas aumenta conforme a sua capacidade de formar maior número de ligações de hidrogênio Aminas com baixa massa molecular usualmente possuem um odor desagradável peixe A seguir exemplos de aminas que conferem odor de peixe podre Aminas Propriedades UFGD FACET 116 Prof Dr Andrei 08082023 30 O nitrogênio de uma amina possui um par de elétrons isolado que representa uma região de elevada densidade eletrônica Este par de elétrons é responsável pela maior parte das reações de aminas que podem se comportar como uma base ou um nucleófilo Aminas Reatividade UFGD FACET 117 Prof Dr Andrei Aminas são as bases orgânicas mais conhecidas Elas são bases mais fortes que os álcoois e éteres correspondentes Podem ser facilmente protonadas por ácidos carboxílicos por exemplo Quando uma amina é protonada forma o íon amônio correspondente Quanto menor a acidez do íon amônio formado ou seja maior o pKa maior é a basicidade da amina Aminas Basicidade UFGD FACET 118 Prof Dr Andrei Arilaminas Basicidade Efeito da conjugação Par de elétrons deslocalizado no anel aromático Amidas são outro exemplo extremo da deslocalização eletrônica O átomo de N de uma amida nunca atua como base UFGD FACET 119 Prof Dr Andrei 120 Alcaloides grupos funcionais Quais são os grupos funcionais presentes na estrutura química abaixo Prof Dr Andrei 08082023 31 121 Herbicida grupos funcionais Quais são os grupos funcionais presentes na estrutura química do glifosato Prof Dr Andrei Qual a classificação correta do glifosato a Organoclorado b Organometálico c Organosulforado d Organofosforado Aminoácidos Peptídeos e Proteínas Introdução Proteínas são polímeros compostos de inúmeros aminoácidos ligados entre si Aminoácidos contém um grupo amino e um grupo ácido carboxílico e estas funções são que participam das ligações nas proteínas Um aminoácido pode ter qualquer número de carbonos entre estas duas funções mas de particular importância são os α aminoácidos nos quais as unidades amina e ácido carboxílico estão separadas por apenas 1 átomo de carbono Carbono α é um centro de quiralidade UFGD FACET 122 Prof Dr Andrei Aminoácidos Peptídeos e Proteínas Introdução Os aminoácidos são ligados entre si por ligações do tipo amida também chamadas de ligações peptídicas Cadeias relativamente curtas de aminoácidos são chamadas de peptídeos Utilizase os prefixos di tri tetra para indicar de quantos aminoácidos são formados Usualmente referese a cadeias com menos de 4050 aminoácidos como polipeptídeos Cadeias maiores são chamadas de proteínas embora o termo implique função biológica UFGD FACET 123 Prof Dr Andrei Usualmente apenas um enantiômero é encontrado na natureza Os aminoácidos naturais são chamados de Laminoácidos pois sua projeção de Fischer lembra a de açúcares da série L Para cada aminoácido se atribui uma abreviatura de 3 letras e uma de uma letra apresentadas a seguir Aminoácidos Centenas de aminoácidos são encontrados na natureza mas apenas 20 são frequentemente encontrados nas proteínas Estes 20 aminoácidos naturais diferem apenas em relação a natureza do grupo R A exceção da Glicina RH todos eles são quirais UFGD FACET 124 Prof Dr Andrei 08082023 32 Aminoácidos Aminoácidos com cadeias laterais apolares UFGD FACET 125 Aminoácidos Aminoácidos com cadeias laterais polares UFGD FACET 126 Prof Dr Andrei Aminoácidos Aminoácidos com cadeias ácidas ou básicas UFGD FACET 127 Prof Dr Andrei Aminoácidos Essenciais UFGD FACET 128 Prof Dr Andrei 08082023 33 Aminoácidos Outros aminoácidos de ocorrência natural neurotransmissor hormônio da tireóide UFGD FACET 129 Prof Dr Andrei Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase Em pH 1 tanto a amina quanto o ácido existem na sua forma protonada Cada um desses prótons tem seu próprio pKa sendo que o do ácido é o mais baixo mais ácido Forma catiônica pH baixo Forma Zwitteriônica Forma aniônica pH alto No pH fisiológico a forma zwitteriônica prevalece 130 Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase Se existir uma cadeia lateral ácida ou básica existe também um terceiro pKa relevante UFGD FACET 131 Prof Dr Andrei Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase UFGD FACET 132 Prof Dr Andrei 08082023 34 Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase No pH fisiológico aminoácidos são anfóteros ou seja podem agir tanto como ácidos como bases quando tratado com uma base quando tratado com um ácido UFGD FACET 133 Prof Dr Andrei Peptídeos Aminoácidos se unem para formar peptídeos Exemplo Glutationa Um peptídeo em particular é caracterizado por uma sequencia de aminoácidos unidos em uma ordem específica UFGD FACET 134 Prof Dr Andrei Peptídeos Considere um dipeptídeo simples formado pela união de alanina e glicina Duas são as possibilidades Estes são dois dipeptídeos diferentes UFGD FACET 135 Prof Dr Andrei Peptídeos Cadeias peptídicas sempre apresentam um grupo amino terminal chamado terminal N e um grupo ácido carboxílico no outro extremo chamado terminal C Por convenção representase o terminal N sempre do lado esquerdo Assim podemos utilizar as abreviaturas dos aminoácidos para descrever uma cadeia peptídica sempre a partir do seu terminal N UFGD FACET 136 Prof Dr Andrei 08082023 35 Peptídeos Estrutura A ligação peptídica tem um caráter considerável de ligação dupla Por esta razão dizse que a ligação peptídica é planar Ligações peptídicas podem existir na conformação scis ou strans A conformação strans é mais estável por razões estéricas UFGD FACET 137 Prof Dr Andrei Peptídeos Estrutura Assim em peptídeos apenas a ligação peptídica tem a rotação restrita O restante da cadeia pode assumir uma série de conformações UFGD FACET 138 Prof Dr Andrei Pontes de dissulfeto Resíduos de cisteína em uma mesma cadeia peptídica ou cadeias vizinhas podem formar pontes de dissulfeto Pontes de dissulfeto são críticas na estrutura tridimensional e função de muitas proteínas UFGD FACET 139 Prof Dr Andrei Peptídeos e Papel Biológico Diversos peptídeos desempenham papéis biológicos importantes Exemplos Peptídeos encontrados no cérebro que participam do controle da dor Hormônio dilatador de vasos sanguíneos e antiinflamatório UFGD FACET 140 Prof Dr Andrei 08082023 36 Peptídeos e Papel Biológico Exemplos Vasopressina causa reabsorção de água pelos rins e controla pressão arterial Ocitocina induz trabalho de parto e estimula produção de leite materno UFGD FACET 141 Prof Dr Andrei Proteínas Quatro níveis de estrutura primária secundária terciária e quaternária são necessários para descrever a forma tridimensional de uma proteína A estrutura primária é a sequência de resíduos de aminoácidos presentes nas cadeias da proteína UFGD FACET 142 Prof Dr Andrei Proteínas A estrutura secundária se refere as conformações tridimensionais das regiões localizadas da proteína É largamente ditada por interações do tipo ligação de hidrogênio ao longo da cadeia que determinam como as cadeias interagem Dois arranjos comuns Hélices α Folhas β pregueadas UFGD FACET 143 Prof Dr Andrei Proteínas Representações abreviadas são utilizadas para os domínios hélice α e folha β Representação da estrutura secundária da insulina UFGD FACET 144 Prof Dr Andrei 08082023 37 Proteínas A estrutura terciária de uma proteína referese à sua forma tridimensional As proteínas normalmente adotam conformações que maximizam a sua estabilidade Por exemplo em solução aquosa usualmente os grupos polares apontam para o exterior enquanto os grupos apolares apontam para o interior UFGD FACET 145 Prof Dr Andrei Proteínas A desnaturação de uma proteína ocorre quando ela perde suas estruturas terciária e secundária devido a quebra das interações intermoleculares que a mantinham naquela conformação por ação de calor mudança no pH etc Usualmente é um processo irreversível e associado a perda de função biológica Um exemplo é o cozimento do ovo no qual a albumina passa de um líquido incolor para um sólido branco UFGD FACET 146 Prof Dr Andrei Proteínas Uma estrutura quaternária surge quando uma proteína é constituída por duas ou mais cadeias polipeptídicas dobradas denominadas subunidades que se agregam para formar um complexo Exemplo hemoglobina formada por 4 subunidades UFGD FACET 147 Prof Dr Andrei Proteínas Com base no seu formato as proteínas são muitas vezes classificadas como fibrosas ou globulares Proteínas fibrosas consistem em cadeias lineares que são agrupadas juntas Proteínas globulares são cadeias que estão enoveladas em formas compactas As proteínas também podem ser classificadas quanto à sua função Proteinas estruturais são proteínas fibrosas responsáveis por conferir rigidez aos tecidos Exemplo αqueratina UFGD FACET 148 Prof Dr Andrei 08082023 38 Proteínas Enzimas proteínas globulares que aceleram reações biológicas catalisadores biológicos UFGD FACET 149 Prof Dr Andrei Proteínas Proteínas de transporte usadas para transportar moléculas de um lugar para o outro Hemoglobina é o exemplo clássico de uma enzima de transporte que contem um grupo prostético não proteico chamado heme que se liga ao O2 para efetuar o seu transporte através da corrente sanguínea UFGD FACET 150 Prof Dr Andrei
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08082023 1 Prof Dr Andrei Lucca Belladona andreibelladonaufgdedubr Química Orgânica Nomenclatura propriedades e aplicações 2 Bibliografia Prof Dr Andrei DAVID KLEIN PAULA Y BRUICE FRANCIS A CAREY 3 Introdução à Química Orgânica Howard Tracy Hall EUA 1919 2008 Prof Dr Andrei XVIII acreditavase que os compostos derivados de fontes vivas contivessem uma força vital incomensurável a essência da vida Como originavamse de organismos eram chamados de compostos orgânicos Os compostos derivados de minerais aqueles nos quais faltava essa força vital eram inorgânicos 4 O QUE TORNA O CARBONO TÃO ESPECIAL PORQUE EXISTEM TANTOS COMPOSTOS COM CARBONO Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei COMPOSTOS ORGÂNICOS 08082023 2 Li Be B N O F C Links recomendados httpsgraphoverflowcomgraphs3dperiodictablehtml httpsperiodictablecomindexhtml httpswwwtabelaperiodicaorgtabelaperiodicacomaplicacoesdoselementosquimicos 5 Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei Como o carbono está no meio do segundo período nem doa nem aceita prontamente elétrons Introdução à Química Orgânica 6 Li Be B N O F Segundo período da tabela periódica C COMPARTILHA QUATRO ELÉTROS FORMA QUATRO LIGAÇÕES COVALENTES FORMA CADEIAS E ANEIS FORMA MILHÕES DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Prof Dr Andrei Carbono Z 6 1s2 2s2 2p2 Modelo de Bohr para o átomo de carbono 7 Ver outros elementos químicos em httpsgraphoverflowcomgraphs3dperiodictablehtml C Introdução à Química Orgânica Prof Dr Andrei De acordo com a teoria de Lewis um átomo vai doar aceitar ou compartilhar elétrons para atingir uma camada externa preenchida ou que contenha oito elétrons regra do octeto Ligações iônicas formadas pela transferência de elétrons Os íons são mantidos unidos devido à atração eletrostática Ligações covalentes formada por compartilhamento de elétrons Típicas dos compostos orgânicos Molécula Conjunto neutro de átomos mantidos juntos por ligações covalentes A representação mais simples é feita por meio de estruturas de Lewis 8 Desenvolvimento da teoria da ligação química Prof Dr Andrei 08082023 3 O número de ligações covalentes que um átomo forma sua valência depende do número adicional de elétrons de valência que ele precisa para atingir um octeto estável O carbono tem quatro elétrons de valência 2s2 2p2 formando quatro ligações O nitrogênio tem cinco elétrons de valência 2s2 2p3 formando três ligações e assim por diante em relação aos demais elementos Os elétrons de valência não utilizados em ligações químicas são chamados de elétrons não ligantes pares isolados 9 Desenvolvimento da teoria da ligação química Prof Dr Andrei Isômeros são compostos que tem a mesma fórmula molecular mas estruturas diferentes Vamos aprender sobre diversos tipos de isomeria ao longo do curso mas por enquanto vamos considerar apenas os isômeros constitucionais Isômeros constitucionais são compostos com a mesma fórmula molecular mas que diferem na ordem em que seus átomos estão ligados ou seja apresentam conectividade diferente 10 Etanol Ponto de ebulição 784 oC Dimetil éter Ponto de ebulição 23 oC Isômeros e a importância de fórmulas estruturais Prof Dr Andrei usualmente diferem nas suas propriedades físicas ponto de fusão e ebulição densidade e químicas reatividade Ex C2H6O Entendendo e escrevendo fórmulas estruturais 11 a modelo bola e bastão b fórmula de ponto de elétrons c fórmula com traços d fórmula condensada e Fórmula da linha de ligação Prof Dr Andrei Nas estruturas de Kekulé os elétrons ligantes são desenhados como linhas e os pares de elétrons não ligantes são geralmente deixados inteiramente de lado a menos que sejam necessários para chamar a atenção para alguma propriedade química da molécula Estruturas de Kekulé Estruturas condensadas as ligações químicas são omitidas mas existem convenções que permitem inferir a sua localização Desenhando estruturas químicas 12 Prof Dr Andrei Estrutura condensada Estrutura de Kekulé Os átomos ligados a um carbono são mostrados à direita do carbono Átomos diferentes de H podem ser mostrados pendurados no carbono ou Os grupos CH2 repetidos podem ser mostrados entre parênteses ou Os grupos ligados a um carbono são mostrados entre parênteses à direita do carbono ou pendurados no carbono ou 08082023 4 13 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei Estruturas condensadas as ligações químicas são omitidas mas existem convenções que permitem inferir a sua localização Estrutura condensada Estrutura de Kekulé Grupos ligados ao carbono da extrema direita não são colocados entre parênteses Átomos diferentes de H podem ser mostrados pendurados no carbono ou Dois ou mais grupos idênticos considerados ligados ao primeiro átomo do lado esquerdo podem ser mostrados entre parênteses à esquerda daquele átomo ou pendurados no átomo ou Estruturas em bastão ou fórmulas esqueletais Os átomos de carbono normalmente não são mostrados Presumese que o átomo de carbono esteja em cada interseção de duas linhas ligações e na extremidade de cada linha Os átomos de hidrogênio ligados ao carbono não são mostrados Outros átomos diferentes de carbono e hidrogênio são mostrados 14 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei 15 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei 16 Desenhando estruturas químicas Prof Dr Andrei Composto Estrutura de Kekulé Estrutura esquelética Isopreno C5H8 metilciclohexano C7H14 fenol C6H6O 08082023 5 Entendendo e escrevendo fórmulas estruturais Estruturas tridimensionais Uma cunha tracejada representa uma ligação que se projeta atrás do plano do papel Uma cunha cheia representa uma ligação que se projeta na frente do plano do papel 17 Prof Dr Andrei ou ou ou Hidrocarbonetos são compostos que contém apenas hidrogênio e carbono em sua estrutura Saturados apresentam apenas ligações σ Insaturados apresentam além das ligações σ ligações do tipo π Hidrocarbonetos saturados ou alcanos podem ser Acíclicos de fórmula geral CnH2n2 Cíclicos de fórmula geral CnH2n Introdução aos hidrocarbonetos 18 ALPINO ALPENO ALPANO Prof Dr Andrei Introdução à nomenclatura IUPAC No início da química orgânica muitas substâncias eram batizadas de acordo com a vontade dos seus descobridores Com o aumento no número de substâncias conhecidas em 1892 foram criadas regras que permitiram a sistematização da nomenclatura dos compostos orgânicos Nomenclatura IUPAC International Union for Pure and Applied Chemistry 19 Prof Dr Andrei Os hidrocarbonetos saturados pertencem à família dos alcanos e seus nomes usualmente terminam com o sufixo ano A nomenclatura IUPAC produz o que chamamos de nome sistemático de um composto o que inclui Nome da cadeia principal cadeia carbônica mais longa Nome dos substituintes Localização dos substituintes 20 Introdução à nomenclatura IUPAC Prof Dr Andrei 08082023 6 Selecione a cadeia principal mais longa Se existir competição entre duas cadeias com o mesmo número de carbonos selecionamos a com o maior número de substituintes ligados a ela Nomenclatura de Alcanos Passo 1 Seleção da Cadeia Principal 21 Prof Dr Andrei Nomeie a cadeia principal de acordo com o prefixo apropriado Nomenclatura de Alcanos Passo 2 Nome da Cadeia Principal Prefixo Número de carbonos Met 1 Et 2 Prop 3 But 4 Pent 5 Hex 6 Hept 7 22 Prefixo Número de carbonos Oct 8 Non 9 Dec 10 Undec 11 Dodec 12 Eicos 20 Se a cadeia for cíclica adicione o prefixo ciclo Prof Dr Andrei Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Identifique e nomeie todos os substituintes 23 ÁTOMOS DE CARBONO NO SUBSTITUINTE TERMINOLOGIA 1 metila 2 etila 3 propila 4 butila 5 pentila ÁTOMOS DE CARBONO NO SUBSTITUINTE TERMINOLOGIA 6 hexila 7 heptila 8 Octila 9 nonila 10 decila Prof Dr Andrei Substituintes recebem genericamente o nome de grupos alquila e são nomeados com os mesmos prefixos que os alcanos mas utilizandose o sufixo ila ao invés de ano Um anel pode ser considerado um substituinte ou uma cadeia principal a depender do número de carbonos que possui 24 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei 08082023 7 Substituintes complexos são tratados como uma mini cadeia principal que tem seus próprios substituintes Numeramos esta nova mini cadeia principal a partir do átomo de carbono que está ligado a cadeia principal de verdade Exemplo Substituinte 2metilbutila Alguns substituintes complexos tem nomes comuns aceitos pela IUPAC 25 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei 26 Nomenclatura de Alcanos Passo 3 Identificação e Nome dos Substituintes Prof Dr Andrei A cadeia principal deve ser numerada de modo a fornecer um número localizador para cada substituinte Ex Se a cadeia possui apenas um substituinte ela deve ser numerada de modo a fornecer o menor localizador possível Ex 27 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei Se mais de um substituinte estiver presente numerase a cadeia de modo que o primeiro deles receba o menor localizador possível Ex Se houver um empate então o segundo localizador deve ser o menor possível Ex 28 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei 08082023 8 Se as regras anteriores não resolverem o empate o menor localizador deve ser atribuído alfabeticamente Ex As mesmas regras se aplicam para os cicloalcanos Ex 29 Nomenclatura de Alcanos Passo 4 Numeração da cadeia principal Prof Dr Andrei Para montar o nome sistemático fazemos o seguinte Colocamos a posição número e o nome de cada substituinte na frente do nome da cadeia principal em ordem alfabética Se um substituinte aparece múltiplas vezes um prefixo apropriado é utilizado Exemplo Um hífen é usado para separar os números das letras enquanto vírgulas são usadas para separar dois números entre si Prefixos di tri tetra penta hexa não são incluídos como parte do esquema de ordenação alfabética da mesma forma sec e terc também são ignorados mas iso como em isobutil não é 30 Nomenclatura de Alcanos Passo 5 Construção do nome sistemático Prof Dr Andrei Nomenclatura de Alcanos Resumo Identifique e nomeie a cadeia principal Identifique e nomeie os substituintes Numere a cadeia principal e atribua um localizador para cada substituinte Distribua os substituintes em ordem alfabética Exemplo Cadeia principal ciclohexano Substituintes 1tertbutil 2etil 4metil 4metil 44dimetil 1tertbutil2etil44dimetilciclohexano 31 Prof Dr Andrei Compostos com a mesma fórmula mas que diferem em relação à conectividade Ex Isômeros Constitucionais Para alcanos o número de isômeros constitucionais possíveis aumenta com o tamanho 32 Prof Dr Andrei FÓRMULA MOLECULAR NÚMERO DE ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS C3H8 1 C4H10 2 C5H12 3 C6H14 5 C7H16 9 C8H18 18 C9H20 35 C10H22 75 C15H32 4 347 C20H42 366 319 C30H62 4 111 846 763 C40H82 62 481 801 147 341 08082023 9 Isômeros Constitucionais É importante reconhecer a diferença entre isômeros e diferentes representações do mesmo composto Estabilidade relativa de isômeros constitucionais Determinada a partir dos respectivos calores de combustão Mesmos produtos mas o calor liberado é diferente em cada reação 33 Prof Dr Andrei Fontes e usos de alcanos Principal fonte de alcanos é o petróleo do latim petro rocha e oleoum óleo mistura complexa de hidrocarbonetos O petróleo é refinado e separado em diversas frações de acordo com o seu ponto de ebulição 34 Prof Dr Andrei FAIXA DE EBULIÇÃO DA FRAÇÃO ºC NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO NA MOLÉCULA UTILIZAÇÃO Abaixo de 20 C1C5 Gás natural plásticos 20 100 C5C7 Solventes 20 200 C5C12 Gasolina 200 300 C12C18 Querosene combustível de jato 200 400 C12 e superior Óleo de aquecimento diesel Líquidos não voláteis C20 e superior Óleo lubrificante graxa Sólidos não voláteis C20 e superior Parafina asfalto alcatrão Fontes e usos de alcanos A faixa correspondente a gasolina C5C12 corresponde à apenas 19 do petróleo bruto então dois processos são utilizados para aumentar seu rendimento para até 47 Craqueamento térmico ou catalítico quebra da ligação CC de alcanos maiores Reforma conversão de alcanos lineares em alcanos ramificados ou compostos aromáticos 35 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Nomenclatura Utilizase as mesmas regras utilizadas anteriormente Os átomos de halogênio são tratados como substituintes e recebem os seus próprios nomes Quando um centro de quiralidade está presente sua configuração deve ser expressa no início do nome entre parênteses 36 Prof Dr Andrei 08082023 10 Haletos de Alquila Nomenclatura Além da nomenclatura sistemática alguns nomes comuns também são aceitos para haloalcanos Cada átomo de carbono é descrito em relação à sua proximidade como o substituinte halogênio utilizando letras do alfabeto grego α β γ δ 37 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Classificação Haletos de alquila são classificados como primário 1 secundário 2 ou terciário 3 com base no número de grupos alquila ligados à posição α Esta classificação coincide com a classificação dos carbonos ao qual o átomo de halogênio está ligado Classificamos como Primário um átomo de carbono ligado a apenas 1 outro átomo de carbono Secundário um átomo de carbono ligado a outros 2 átomos de carbono Terciário um átomo de carbono ligado a outros 3 átomos de carbono 38 Prof Dr Andrei Haletos de Alquila Estrutura Ligação CX é polarizada UFGD FACET 39 Prof Dr Andrei Outros Organohaletos 40 Prof Dr Andrei 08082023 11 Propriedades Físicas Bons solventes para compostos apolares a moderadamente polares CHCl3 clorofórmio e CH2Cl2 diclorometano por exemplo 41 very soluble muito solúvel slighly soluble ligeiramente solúvel insoluble insolúvel Comparação do ponto de ebulição oC de alcanos e haletos de alquila Solubilidade de haletos de alquila em água Prof Dr Andrei Muitos compostos orgânicos contendo halogênio são tóxicos e utilizados como inseticidas Organismos marinhos frequentemente produzem compostos organohalogenados Utilização de Organohaletos diclorodifeniltricloroetano antipiolho descupinizadores 42 Prof Dr Andrei Nem todos são tóxicos e muitos apresentam atividades biológicas Utilização de Organohaletos 43 Prof Dr Andrei Utilização de Organohaletos 44 Acesso 03022023 online Prof Dr Andrei 08082023 12 Utilização de Organohaletos 45 Cloreto de vinila Gás incolor armazenado também em sua forma líquida sob pressão Uso produção de resina policloreto de vinila PVC Prof Dr Andrei Álcoois são compostos que contém um grupo OH hidroxila Sua nomenclatura envolve o uso do sufixo ol Fenóis são uma classe especial de álcoois que possuem o grupo hidroxila ligado diretamente a um anel benzênico Álcoois e Fenóis Introdução 46 Prof Dr Andrei Tanto álcoois quanto fenóis são amplamente distribuídos na natureza Álcoois e Fenóis Ocorrência 47 Prof Dr Andrei 48 Prof Dr Andrei Tanto álcoois quanto fenóis são amplamente distribuídos na natureza Álcoois e Fenóis Ocorrência 08082023 13 A nomenclatura de álcoois é realizada utilizandose as regras vistas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo ol para indicar a presença da hidroxila 2 A cadeia principal deve necessariamente conter o carbono ao qual a hidroxila está ligada Álcoois Nomenclatura 49 Prof Dr Andrei 3 Ao numerar a cadeia principal o substituinte hidroxila deve receber o menor localizador possível independente da presença de outros substituintes alquila ou insaturações 4 A posição do grupo hidroxila deve ser indicada no nome do composto através do seu localizador incluído na frente do nome da cadeia principal ou imediatamente antes do sufixo ol Álcoois Nomenclatura 50 Prof Dr Andrei 5 Quando um centro de quiralidade está presente a sua configuração deve ser indicada antes do nome do composto entre parênteses 6 Em álcoois cíclicos o carbono ligado à hidroxila ganha sempre o número 1 de modo que não é necessário indicar a posição da hidroxila no nome do composto Álcoois Nomenclatura 51 Prof Dr Andrei Muitos álcoois possuem nomes comuns bastante difundidos Álcoois assim como os haletos de alquila são classificados como primários secundários ou terciários de acordo com o número de substituintes alquila presentes na posição α carbono ao qual a hidroxila está ligada Álcoois Nomenclatura 52 Prof Dr Andrei 08082023 14 Fenol é o nome de uma substância específica o hidróxibenzeno No entanto pode ser utilizado como nome de cadeia principal para derivados substituídos aplicandose as regras previamente apresentadas para a nomenclatura de derivados do benzeno Fenóis Nomenclatura 53 Prof Dr Andrei CHEIRINHO DE ARROZ COZIDO Fonte Using SPMEGCREMPITOFMS to Measure the Volatile OdorActive Compounds in Freshly Cooked Rice ACS Omega 2020 5 20638 Metanol CH3OH Álcool de madeira Produzido industrialmente pela reação entre CO2 e H2 utilizando um catalisador apropriado 8 bilhões de Lano nos EUA Tóxico podendo causar cegueira e morte Solvente precursor para indústria química e combustível Etanol CH3CH2OH Álcool de cereais obtido pela fermentação de grãos frutas ou canade açúcar Produzido industrialmente pela hidratação do etileno catalisada por ácido 20 bilhões de Lano nos EUA Solvente precursor para indústria química e combustível Isopropanol CH32CHOH Produzido industrialmente pela hidratação do propileno catalisada por ácido Solvente industrial antisséptico e aditivo de gasolina Álcoois Comercialmente Importantes 54 Prof Dr Andrei O grupo OH dos álcoois afeta suas propriedades físicas de maneira acentuada Exemplo O aumento no ponto de ebulição pode ser racionalizado através da existência de interações intermoleculares do tipo ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool Álcoois Propriedades Físicas 55 Prof Dr Andrei Da mesma forma que as moléculas de álcool podem interagir via ligações de hidrogênio entre si também podem fazêlo com moléculas de água A solubilidade de álcoois em água depende do balanço das interações entre as suas regiões hidrofílica que faz ligação de H com a água e hidrofóbica cadeia carbônica Álcoois com até 3 átomos de carbono se misturam com água em todas as proporções são ditos miscíveis com água Álcoois com cadeia entre 4 e 8 carbonos se misturam com água apenas em algumas proporções são ditos solúveis em água Álcoois com cadeia de 9 ou mais carbonos são insolúveis em água 56 Prof Dr Andrei Álcoois Propriedades Físicas 08082023 15 As propriedades antissépticas de álcoois dependem do tamanho da cadeia carbônica Certa solubilidade em água é necessária para que o álcool consiga se movimentar em meios biológicas e atingir o seu destino Hidrofobicidade é necessária para que o álcool consiga atravessar a parede celular das bactérias extremamente lipofílica Atividade antibacteriana de álcoois primários 57 Prof Dr Andrei Álcoois Propriedades Físicas Para avaliar a acidez de um composto devemos estimar a estabilidade de sua base conjugada Álcoois e Fenóis Acidez A base conjugada de um álcool é um íon alcóxido e como o átomo de O é bastante eletronegativo ela é relativamente estável 58 Prof Dr Andrei Álcoois e Fenóis Fatores que afetam a acidez Como racionalizar que o fenol é 8 ordens de grandeza mais ácido que o ciclohexanol Fenol é mais ácido e pode ser desprotonado por bases mais fracas como o hidróxido O íon fenóxido é estabilizado por ressonância 59 Prof Dr Andrei Álcoois e Fenóis Fatores que afetam a acidez Efeito indutivo Efeito de solvatação 60 Prof Dr Andrei 08082023 16 Éteres são compostos que contém um átomo de oxigênio ligado a dois grupos R onde R pode ser alquila vinila ou arila Éteres Introdução Éter é uma funcionalidade comum tanto em compostos naturais como sintéticos 61 Prof Dr Andrei Nomes comuns são originados listandose o nome dos substituintes R em ordem alfabética seguido da palavra éter No caso dos dois substituintes serem idênticos utilizase o prefixo di na frente do nome do substituinte 62 Prof Dr Andrei Éteres Nomenclatura Nomes sistemáticos são originados tratandose o maior grupo R como cadeia principal e o restante da molécula como um substituinte alcóxi No geral as demais regras de nomenclatura permanecem inalteradas Exemplo 63 Prof Dr Andrei Éteres Nomenclatura A geometria de um átomo de oxigênio é semelhante na água em álcoois e em éteres hibridização sp3 em todos os casos O ângulo de ligação no entanto varia levemente com o volume dos substituintes ligados ao átomo de O Éteres podem atuar apenas como receptores de ligação de hidrogênio Ou seja podem formar estas interações com moléculas de água ou de álcoois mas não formam ligações de hidrogênio entre si 64 Prof Dr Andrei Éteres Estrutura e propriedades 08082023 17 Éteres são frequentemente utilizados como solventes em reações orgânicas Dissolvem grande variedade de compostos orgânicos Tem baixa reatividade Seus baixos pe permitem que sejam removidos facilmente ao final da reação Exemplos de éteres frequentemente utilizados como solventes 65 Prof Dr Andrei Éteres Aplicação Átomos metálicos com uma carga positiva parcial ou total podem ser estabilizados através da interação com o oxigênio de éteres Quanto maior o número de grupos éter mais forte é a interação Um grupo especial são os éteres de coroa poliéteres cíclicos nos quais os oxigênios estão separados por dois átomos de carbono O 1o número indica o tamanho total do anel e o 2o o número de átomos de oxigênio 66 Prof Dr Andrei Éteres de coroa Éteres de coroa apresentam uma cavidade que pode acomodar um cátion metálico através de interações com os átomos de oxigênio O éter 18Coroa6 por exemplo tem uma cavidade de tamanho apropriado para acomodar um cátion K Como o cátion agora está encapsulado em um composto orgânico passa a ser solúvel em solventes orgânicos 67 Prof Dr Andrei Éteres de coroa Éteres de coroa permitem solubilizar reagentes inorgânicos necessários a algumas reações químicas em solventes orgânicos Éteres de coroa de diferentes tamanhos são utilizados para complexar cátions diferentes 68 Prof Dr Andrei Éteres de coroa A descoberta desses compostos deu origem a um novo campo da química química de hóspedehospedeiro reconhecido com o Prêmio Nobel de 1987 Jean Marie Lehn Donald Cram Charles Pedersen 08082023 18 Tióistioéteressulfetos e dissulfetos O QUE FAZER PARA DIMINUI O BAFO DE ALHO Prof Dr Andrei Tióistioéteressulfetos e dissulfetos Compostos sulfurados voláteis fenóis como o ác rosmarínico e da polifenoloxidase enzima Diminuem os compostos voláteis Prof Dr Andrei Aldeídos e cetonas são caracterizados pela presença de uma ligação CO carbonila Aldeídos e cetonas tem ampla distribuição entre produtos naturais Exemplos Aldeídos e Cetonas Introdução Aldeídos apresentam ao menos um átomo de H ligado à carbonila Cetonas tem a carbonila ligada a dois átomos de carbono 71 Prof Dr Andrei Aldeídos e cetonas em moléculas com atividades biológicas Aldeídos e cetonas de uso industrial Aldeídos e Cetonas Introdução 72 Prof Dr Andrei 08082023 19 Utilizase as mesmas regras estudadas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo al para indicar a presença da função aldeído 2 A cadeia principal é escolhida de forma a necessariamente conter o carbono aldeídico 73 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura Aldeídos Nomenclatura 3 Ao carbono aldeídico atribuímos o localizador 1 independente da presença de substituintes alquila ligações π ou hidroxilas 4 Se um centro de quiralidade está presente sua configuração é indicada antes do nome do composto entre parênteses Não é necessário incluir o localizador da carbonila no nome pois subentendese que ela ocupa a posição 1 5hidróxi56dimetilhept6enal 74 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura 5 Quando um composto cíclico contém uma carbonila de aldeído ligada diretamente a um carbono do anel este é chamado de carbaldeído e adicionase esta palavra ao final do nome do composto Diversos aldeídos simples possuem nomes comuns bem aceitos 75 Prof Dr Andrei Aldeídos Nomenclatura Utilizase as mesmas regras estudadas anteriormente com algumas modificações 1 Ao nomear a cadeia principal utilizase o sufixo ona para indicar a presença da função cetona 2 A cadeia principal é escolhida de forma a necessariamente conter o carbono da cetona atribuindose a ele o menor localizador possível 3 A posição da carbonila e indicada antes do nome da cadeia principal ou imediatamente antes do sufixo ona 76 Prof Dr Andrei Cetonas Nomenclatura 08082023 20 Diversas cetonas simples possuem nomes comuns bem aceitos Embora raramente utilizados a IUPAC também permite que nomes para cetonas simples sejam obtidos através do sistema alquilalquil cetona 77 Prof Dr Andrei Cetonas Nomenclatura O carbono da função carbonila de aldeídos e cetonas é bastante deficiente em elétrons eletrofílico Tal característica permite que este carbono sofra o ataque de espécies ricas em elétrons nucleófilos Aldeídos e Cetonas Estrutura e Reatividade 78 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos são compostos caracterizados pela presença de um grupo carboxila COOH Ácidos carboxílicos são muito abundantes sendo encontrados em produtos naturais e compostos sintéticos de interesse farmacêutico por exemplo 79 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Introdução A cada ano os EUA produzem 25 milhões de toneladas de ácido acético a partir de metanol e CO Boa parte deste material é convertida em acetato de vinila utilizado em tintas e adesivos O acetato de vinila é um éster que pode ser preparado a partir de um ácido carboxílico Por esta razão é considerado um derivado de ácido carboxílico assim como outras funcionalidades que estudaremos adiante Ácidos carboxílicos e seus derivados desempenham um papel central em síntese orgânica 80 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Introdução 08082023 21 81 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos produção industrial A d i ç ã o o x i d a ti v a E l i m i n a ç ã o r e d u ti v a Processo Monsanto Ácidos monocarboxílicos são nomeados utilizandose a palavra ácido e o sufixo óico e escolhendose a cadeia principal de modo que ela contenha a função carboxila que recebe o localizador 1 implícito no nome Quando a carboxila está ligada a um ciclo utilizase a nomenclatura ácido alcanocarboxílico 82 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Nomenclatura Muitos ácidos carboxílicos simples tem nomes comuns amplamente aceitos Diácidos são nomeados utilizandose o sufixo dióico Assim como os monoácidos muitos diácidos também tem nomes comuns amplamente utilizados 83 Prof Dr Andrei Ácidos carboxílicos Nomenclatura O átomo de carbono da carboxila tem hibridização sp2 e portanto apresenta geometria trigonal plana Ácidos carboxílicos podem fazer ligações de H entre si Se as moléculas interagem aos pares duas ligações de H são possíveis Ácidos Carboxílicos Estrutura e propriedades Por esta razão ácidos carboxílicos apresentam pontos de ebulição e fusão ainda mais altos que os álcoois correspondentes 84 Prof Dr Andrei 08082023 22 Como o nome já sugere ácidos carboxílicos são relativamente ácidos Quanto tratados com bases fortes dão origem aos respectivos sais de carboxilato Sais de carboxilatos são compostos iônicos e portanto mais solúveis em água do que os ácidos carboxílicos correspondentes importante na distribuição de compostos em meio fisiológico Ácidos Carboxílicos Acidez 85 Prof Dr Andrei Quando um ácido carboxílico é dissolvido em água pura o seguinte equilíbrio é estabelecido Como o pKa da maioria dos ácidos carboxílicos situase entre 4 e 5 a forma não dissociada é bastante favorecida Lembrete Já estudamos a razão pela qual ácidos carboxílicos são bem mais ácidos que os álcoois correspondentes pKa 15 base conjugada estabilizada por ressonância 86 Prof Dr Andrei Ácidos Carboxílicos Acidez Efeito dos substituintes Efeito indutivo Efeito indutivo mesomérico 87 Prof Dr Andrei Ácidos Carboxílicos Acidez Haletos de ácidos e anidridos são bastante reativos e são incomuns na natureza Por outro lado ésteres são estáveis e abundantes e muitas vezes encontrados em substâncias que dão aromas a frutas e flores Da mesma maneira amidas são bastante comuns na natureza Por exemplo as proteínas são todas formadas por unidades de ligação do tipo amida repetidas Derivados de Ácidos Carboxílicos Introdução 88 Prof Dr Andrei 08082023 23 Amidas são nomeadas através da substituição do sufixo ico ou oico do ácido carboxílico correspondente por amida Amidas Nomenclatura Se a amida está ligada a um anel substituise o sufixo carboxílico por carboxamida Se existem substituintes ligados ao N da amida eles são listados no início do nome precedidos do localizador N 89 Prof Dr Andrei 90 Fonte acsreactions Amida ácido carboxílico éster e amina aplicação Prof Dr Andrei 91 Fonte acsreactions Um grama de aspartame tem cerca de quatro calorias o mesmo que o açúcar de mesa mas contém 200 vezes mais doçura então você não precisa de muito Seu pacote médio de adoçante contém apenas cerca de 35 miligramas e é por isso que os fabricantes podem dizer que seus adoçantes são zero calorias Amida ácido carboxílico éster e amina aplicação Prof Dr Andrei Von Bayer e o ácido barbitúrico 92 Fonte Bruice P Y 2006 Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer 1835 1917 nasceu na Alemanha Descobriu ó ácido barbitúrico o primeiro de um grupo de sedativos conhecidos como barbitúricos 1905 Bayer foi primeiro a sintetizar o índigo o corante utilizado na fabricação de jeans A eficiência de um barbitúrico como sedativo está associado a sua habilidade de penetrar em membranas apolares de uma célula Qual estrutura seria mais eficiente como sedativo Aplicando nosso estudo de Química Orgânica Prof Dr Andrei 08082023 24 Curiosidades UFGD FACET 93 Prof Dr Andrei UFGD FACET 94 Curiosidades Prof Dr Andrei 95 Plásticos POLITETRAFLUORETILENO Adaptado de httpscenacsorgenvironmentsustainabilityPeriodicgraphicsplasticrecycled96i17 Prof Dr Andrei Até agora classificamos os compostos orgânicos pela presença de grupos funcionais Lipídios são uma classe diferente pois são agrupados não segundo uma funcionalidade específica mas sim de acordo com a sua solubilidade Especificamente os lipídios são substâncias que ocorrem naturalmente e que podem ser extraídas a partir de células biológicas utilizando solventes orgânicos apolares Como muitos compostos podem ser classificados como lipídios é útil classifica los em subcategorias que possuem semelhança estrutural Lipídios Introdução UFGD FACET 96 Prof Dr Andrei 08082023 25 Classificação simplificada de lipídios Lipídios complexos são aqueles que podem sofrer hidrólise em meio básico ou ácido pois contém uma ou mais ligações do tipo éster Focaremos neste tipo de lipídios Lipídios Introdução UFGD FACET 97 Prof Dr Andrei Exemplos de lipídios complexos Exemplos de lipídios simples Lipídios Introdução UFGD FACET 98 São ésteres de alta massa molar Diferem entre si apenas pelo número de átomos de carbono em ambos os lados do grupo éster Tem altos pf devido às forças de London acentuadas Desempenham variadas funções biológicas Ceras UFGD FACET 99 Prof Dr Andrei São triésteres formados a partir do glicerol e 3 ácidos carboxílicos de cadeia longa ácidos graxos Os triglicerídeos são utilizados pelos mamíferos e plantas para armazenamento de energia de longo prazo Armazenam aproximadamente 9 kcalg aproximadamente duas vezes mais do que os carboidratos e proteínas que só podem armazenar 4 kcalg Propriedades exatas dependem dos resíduos de ácido presentes na estrutura Triglicerídeos UFGD FACET 100 Prof Dr Andrei 08082023 26 Ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados Ácidos graxos naturais apresentam insaturação cis Apresentam número par de carbono usualmente entre 12 e 20 Podem ser ramificados ou não Exemplos Triglicerídeos UFGD FACET 101 Prof Dr Andrei Insaturação dos ácidos graxos impacta nas propriedades dos triglicerídeos Gorduras vs óleos Usualmente gorduras tem alto teor de resíduos de ácidos graxos saturados enquanto óleos tem alto teor de resíduos de ácidos graxos insaturados Triglicerídeos Gordura Óleo UFGD FACET 102 Prof Dr Andrei Triglicerídeos insaturados podem ser hidrogenados industrialmente na presença de um catalisador metálico e altas temperaturas para produzir gorduras Esse processo pode ser conduzido parcialmente para produzir produtos com a consistência desejada como a margarina óleo vegetal parcialmente hidrogenado No entanto parte das ligações duplas pode sofrer isomerização levando às chamadas gorduras trans 10 a 15 Gorduras trans tem sido responsabilizadas por aumentos nos níveis de colesterol e risco de doenças cardiovasculares Triglicerídeos Reações UFGD FACET 103 Prof Dr Andrei Triglicerídeos podem sofrer hidrólise ácida ou básica A hidrólise básica conhecida como saponificação é a mais comum Sabão Triglicerídeos Reações UFGD FACET 104 Prof Dr Andrei 08082023 27 Não necessariamente os 3 resíduos de ácido graxo são iguais em um triglicerídeo Triglicerídeos Reações Ácido oleico Ácido linoleico UFGD FACET 105 Prof Dr Andrei Transesterificação preparação de biodiesel No Brasil utilizase Etanol para a reação de transesterificação Pode ser realizada sob catálise ácida ou básica Triglicerídeos Reações UFGD FACET 106 httpsbiodieselbrasilcombrproducaodobiodiesel Ver mais sobre a produção de biodiesel Prof Dr Andrei UFGD FACET 107 Curiosidade Fonte acsreactions CUIDADO AO FRITAR ALIMENTOS CONGELADOS Quando o gelo e a água em alimentos congelados entram em contato com o calor ele instantaneamente se vaporiza e se expande para mil e setecentas vezes seu volume original Isso faz com que o óleo da fritadeira borbulhe Isso não apenas pode queimálo mas também essas partículas menores de óleo de cozinha podem pegar fogo rapidamente se atingirem a fonte de calor Ponto de fumaça em inglês smoke point ou flash point é a temperatura na qual o óleo começa a queimar e a oxidar se decompondo em ácidos graxos livres Prof Dr Andrei As aminas são derivadas da amônia em que um ou mais prótons foram substituídos por grupos alquila ou arila Aminas são classificadas como primárias secundárias ou terciárias dependendo do número de substituintes ligados ao átomo de nitrogênio Classificação diferente da de álcoois e haletos de aquila que leva em consideração o número de substituintes no carbono α Aminas Introdução UFGD FACET 108 Prof Dr Andrei 08082023 28 As aminas são abundantes na natureza e quanto isoladas a partir de plantas são conhecidas como alcaloides Aminas também desempenham papéis importantes na neuroquímica Aminas Introdução 109 Prof Dr Andrei Para aminas primárias existem dois sistemas de nomenclatura aceitos Se a cadeia aquílica é simples podemos nomeálas como alquilaminas Nome do substituinte alquila sufixo amina Se a cadeia é mais complexa normalmente nomeiase como uma alcanamina utilizandose as mesmas regras adotadas para álcoois substituindoe o sufixo ol por amina Aminas Nomenclatura UFGD FACET 110 Prof Dr Andrei Se outros grupos funcionais estão presentes a amina é descrita como um substituintes amino Ou seja a função amina perde em prioridade para todas as outras funções exceto para os halogênios Aminas aromáticas são usualmente nomeadas como derivados da anilina Aminas Nomenclatura UFGD FACET 111 Prof Dr Andrei Aminas secundárias e terciárias também podem ser nomeadas pelos dois sistemas Se os substituintes são simples utilizase a nomenclatura alquilamina Listase os diferentes substituintes em ordem alfabética com os sufixos de multiplicidade apropriados Se existe uma cadeia mais complexa utilizase o sistema alcanamina e listase os substituintes mais simples com o localizador N Aminas Nomenclatura S22DicloroNetilNmetil3hexanamina UFGD FACET 112 Prof Dr Andrei 08082023 29 Normalmente o átomo de N de aminas tem hibridização sp3 Aminas Propriedades CC 153 pm CN 147 pm CO 143 pm UFGD FACET 113 Desta forma o átomo de N de uma amina contendo 3 substituintes diferentes é um centro quiral e podemos imaginar tais compostos existindo como um par de enantiômeros No entanto a barreira para inversão piramidal é muito pequena 25 kJmol e ela ocorre mesmo a temperatura ambiente Desta forma aminas quirais usualmente só existem como mistura racêmica Prof Dr Andrei Inversão piramidal Aminas Propriedades UFGD FACET 114 Prof Dr Andrei O perfil de solubilidade de aminas é semelhante ao de álcoois Aminas com menos de 5 átomos de carbono por grupo amino são usualmente miscíveis em água enquanto as com mais átomos de carbono por grupo amino são apenas moderadamente solúveis As aminas primárias e secundárias podem formar ligações de H intermoleculares e geralmente têm pontos de ebulição mais elevados do que os alcanos análogos mas pontos de ebulição inferiores aos alcoóis análogos Aminas Propriedades UFGD FACET 115 Prof Dr Andrei O ponto de ebulição das aminas aumenta conforme a sua capacidade de formar maior número de ligações de hidrogênio Aminas com baixa massa molecular usualmente possuem um odor desagradável peixe A seguir exemplos de aminas que conferem odor de peixe podre Aminas Propriedades UFGD FACET 116 Prof Dr Andrei 08082023 30 O nitrogênio de uma amina possui um par de elétrons isolado que representa uma região de elevada densidade eletrônica Este par de elétrons é responsável pela maior parte das reações de aminas que podem se comportar como uma base ou um nucleófilo Aminas Reatividade UFGD FACET 117 Prof Dr Andrei Aminas são as bases orgânicas mais conhecidas Elas são bases mais fortes que os álcoois e éteres correspondentes Podem ser facilmente protonadas por ácidos carboxílicos por exemplo Quando uma amina é protonada forma o íon amônio correspondente Quanto menor a acidez do íon amônio formado ou seja maior o pKa maior é a basicidade da amina Aminas Basicidade UFGD FACET 118 Prof Dr Andrei Arilaminas Basicidade Efeito da conjugação Par de elétrons deslocalizado no anel aromático Amidas são outro exemplo extremo da deslocalização eletrônica O átomo de N de uma amida nunca atua como base UFGD FACET 119 Prof Dr Andrei 120 Alcaloides grupos funcionais Quais são os grupos funcionais presentes na estrutura química abaixo Prof Dr Andrei 08082023 31 121 Herbicida grupos funcionais Quais são os grupos funcionais presentes na estrutura química do glifosato Prof Dr Andrei Qual a classificação correta do glifosato a Organoclorado b Organometálico c Organosulforado d Organofosforado Aminoácidos Peptídeos e Proteínas Introdução Proteínas são polímeros compostos de inúmeros aminoácidos ligados entre si Aminoácidos contém um grupo amino e um grupo ácido carboxílico e estas funções são que participam das ligações nas proteínas Um aminoácido pode ter qualquer número de carbonos entre estas duas funções mas de particular importância são os α aminoácidos nos quais as unidades amina e ácido carboxílico estão separadas por apenas 1 átomo de carbono Carbono α é um centro de quiralidade UFGD FACET 122 Prof Dr Andrei Aminoácidos Peptídeos e Proteínas Introdução Os aminoácidos são ligados entre si por ligações do tipo amida também chamadas de ligações peptídicas Cadeias relativamente curtas de aminoácidos são chamadas de peptídeos Utilizase os prefixos di tri tetra para indicar de quantos aminoácidos são formados Usualmente referese a cadeias com menos de 4050 aminoácidos como polipeptídeos Cadeias maiores são chamadas de proteínas embora o termo implique função biológica UFGD FACET 123 Prof Dr Andrei Usualmente apenas um enantiômero é encontrado na natureza Os aminoácidos naturais são chamados de Laminoácidos pois sua projeção de Fischer lembra a de açúcares da série L Para cada aminoácido se atribui uma abreviatura de 3 letras e uma de uma letra apresentadas a seguir Aminoácidos Centenas de aminoácidos são encontrados na natureza mas apenas 20 são frequentemente encontrados nas proteínas Estes 20 aminoácidos naturais diferem apenas em relação a natureza do grupo R A exceção da Glicina RH todos eles são quirais UFGD FACET 124 Prof Dr Andrei 08082023 32 Aminoácidos Aminoácidos com cadeias laterais apolares UFGD FACET 125 Aminoácidos Aminoácidos com cadeias laterais polares UFGD FACET 126 Prof Dr Andrei Aminoácidos Aminoácidos com cadeias ácidas ou básicas UFGD FACET 127 Prof Dr Andrei Aminoácidos Essenciais UFGD FACET 128 Prof Dr Andrei 08082023 33 Aminoácidos Outros aminoácidos de ocorrência natural neurotransmissor hormônio da tireóide UFGD FACET 129 Prof Dr Andrei Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase Em pH 1 tanto a amina quanto o ácido existem na sua forma protonada Cada um desses prótons tem seu próprio pKa sendo que o do ácido é o mais baixo mais ácido Forma catiônica pH baixo Forma Zwitteriônica Forma aniônica pH alto No pH fisiológico a forma zwitteriônica prevalece 130 Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase Se existir uma cadeia lateral ácida ou básica existe também um terceiro pKa relevante UFGD FACET 131 Prof Dr Andrei Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase UFGD FACET 132 Prof Dr Andrei 08082023 34 Aminoácidos Propriedades ÁcidoBase No pH fisiológico aminoácidos são anfóteros ou seja podem agir tanto como ácidos como bases quando tratado com uma base quando tratado com um ácido UFGD FACET 133 Prof Dr Andrei Peptídeos Aminoácidos se unem para formar peptídeos Exemplo Glutationa Um peptídeo em particular é caracterizado por uma sequencia de aminoácidos unidos em uma ordem específica UFGD FACET 134 Prof Dr Andrei Peptídeos Considere um dipeptídeo simples formado pela união de alanina e glicina Duas são as possibilidades Estes são dois dipeptídeos diferentes UFGD FACET 135 Prof Dr Andrei Peptídeos Cadeias peptídicas sempre apresentam um grupo amino terminal chamado terminal N e um grupo ácido carboxílico no outro extremo chamado terminal C Por convenção representase o terminal N sempre do lado esquerdo Assim podemos utilizar as abreviaturas dos aminoácidos para descrever uma cadeia peptídica sempre a partir do seu terminal N UFGD FACET 136 Prof Dr Andrei 08082023 35 Peptídeos Estrutura A ligação peptídica tem um caráter considerável de ligação dupla Por esta razão dizse que a ligação peptídica é planar Ligações peptídicas podem existir na conformação scis ou strans A conformação strans é mais estável por razões estéricas UFGD FACET 137 Prof Dr Andrei Peptídeos Estrutura Assim em peptídeos apenas a ligação peptídica tem a rotação restrita O restante da cadeia pode assumir uma série de conformações UFGD FACET 138 Prof Dr Andrei Pontes de dissulfeto Resíduos de cisteína em uma mesma cadeia peptídica ou cadeias vizinhas podem formar pontes de dissulfeto Pontes de dissulfeto são críticas na estrutura tridimensional e função de muitas proteínas UFGD FACET 139 Prof Dr Andrei Peptídeos e Papel Biológico Diversos peptídeos desempenham papéis biológicos importantes Exemplos Peptídeos encontrados no cérebro que participam do controle da dor Hormônio dilatador de vasos sanguíneos e antiinflamatório UFGD FACET 140 Prof Dr Andrei 08082023 36 Peptídeos e Papel Biológico Exemplos Vasopressina causa reabsorção de água pelos rins e controla pressão arterial Ocitocina induz trabalho de parto e estimula produção de leite materno UFGD FACET 141 Prof Dr Andrei Proteínas Quatro níveis de estrutura primária secundária terciária e quaternária são necessários para descrever a forma tridimensional de uma proteína A estrutura primária é a sequência de resíduos de aminoácidos presentes nas cadeias da proteína UFGD FACET 142 Prof Dr Andrei Proteínas A estrutura secundária se refere as conformações tridimensionais das regiões localizadas da proteína É largamente ditada por interações do tipo ligação de hidrogênio ao longo da cadeia que determinam como as cadeias interagem Dois arranjos comuns Hélices α Folhas β pregueadas UFGD FACET 143 Prof Dr Andrei Proteínas Representações abreviadas são utilizadas para os domínios hélice α e folha β Representação da estrutura secundária da insulina UFGD FACET 144 Prof Dr Andrei 08082023 37 Proteínas A estrutura terciária de uma proteína referese à sua forma tridimensional As proteínas normalmente adotam conformações que maximizam a sua estabilidade Por exemplo em solução aquosa usualmente os grupos polares apontam para o exterior enquanto os grupos apolares apontam para o interior UFGD FACET 145 Prof Dr Andrei Proteínas A desnaturação de uma proteína ocorre quando ela perde suas estruturas terciária e secundária devido a quebra das interações intermoleculares que a mantinham naquela conformação por ação de calor mudança no pH etc Usualmente é um processo irreversível e associado a perda de função biológica Um exemplo é o cozimento do ovo no qual a albumina passa de um líquido incolor para um sólido branco UFGD FACET 146 Prof Dr Andrei Proteínas Uma estrutura quaternária surge quando uma proteína é constituída por duas ou mais cadeias polipeptídicas dobradas denominadas subunidades que se agregam para formar um complexo Exemplo hemoglobina formada por 4 subunidades UFGD FACET 147 Prof Dr Andrei Proteínas Com base no seu formato as proteínas são muitas vezes classificadas como fibrosas ou globulares Proteínas fibrosas consistem em cadeias lineares que são agrupadas juntas Proteínas globulares são cadeias que estão enoveladas em formas compactas As proteínas também podem ser classificadas quanto à sua função Proteinas estruturais são proteínas fibrosas responsáveis por conferir rigidez aos tecidos Exemplo αqueratina UFGD FACET 148 Prof Dr Andrei 08082023 38 Proteínas Enzimas proteínas globulares que aceleram reações biológicas catalisadores biológicos UFGD FACET 149 Prof Dr Andrei Proteínas Proteínas de transporte usadas para transportar moléculas de um lugar para o outro Hemoglobina é o exemplo clássico de uma enzima de transporte que contem um grupo prostético não proteico chamado heme que se liga ao O2 para efetuar o seu transporte através da corrente sanguínea UFGD FACET 150 Prof Dr Andrei