Slide - Alcanos e Alcenos - 2022-2

1 Principais grupos funcionais Hidrocarbonetos: envolvendo apenas átomos de H e C 2 Principais grupos funcionais Álcool, amina, tiol, haleto de alquila e éter: 3 Alcanos • Hidrocarboneto; • Apenas ligações sigma; • Hibridização sp3; • Geometria tetraédrica; • Substâncias apolares (características hidrofóbicas ou lipofílicas); • Interação do tipo forças de Van der Waals; • Baixa reatividade; • Temperatura de ebulição: - Introdução à Química Orgânica, Luiz Cláudio, cap. 2; - Química Orgânica, Paula Bruice, Vol 1; tópicos 2.1-2.3 (Nomenclatura); tópico 2.10 (conformações). Tipos de cadeia 4 Isômeros constitucionais: substâncias com mesma fórmula molecular mas com diferentes ordem de conexão entre os átomos. Classificação do carbono: Carbono primário: está ligado a apenas 1 carbono; Carbono secundário: está ligado a 2 carbonos; Carbono terciário: está ligado a 3 carbonos; Carbono quaternário: está ligado a 4 carbonos; Nomenclatura de alcanos acíclicos 5 - Nomenclatura sistemática, de acordo com as regras da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada); Nome comum: Nome sistemático: hexano hexano iso-hexano 2-metilpentano neo-hexano 2,2-dimetilbutano - Nomes dos alcanos lineares: Nomenclatura de alcanos acíclicos 6 - Nomenclatura dos substituintes: substituição da terminação “ano” do nome do correspondente alcano para a terminação “il”. Grupo metil Grupo etil Grupo propil Grupo butil Grupo alquil Grupo butila Grupo isobutila Grupo sec-butila Grupo terc-butila Regras para nomenclatura sistemática 1) Localize a cadeia contínua mais longa de átomos de carbono (cadeia principal); essa cadeia determina o nome principal para o alcano. 2) Numere a cadeia mais longa começando da extremidade da cadeia mais próxima do substituinte. 3) Use os números obtidos pela aplicação da regra 2 para designar a localização do grupo substituinte. * Os grupos substituintes devem ser listados alfabeticamente; 7 4) Quando dois ou mais substituintes são idênticos, indique isso através do uso dos prefixos di, tri, tetra e etc. * Os prefixos di, tri, tetra, sec e terc são ignorados na ordem alfabética. 8 5) Quando duas cadeias de comprimentos iguais competem para a seleção da cadeia principal, escolha a cadeia com o maior número de substituintes. 9 6) Quando a ramificação ocorre primeiro a uma distância igual de qualquer lado da cadeia mais longa, escolha o nome que forneça o número mais baixo no primeiro ponto de diferença. 7) Nomes sistemáticos para os substituintes são preferíveis: - Numerar o substituinte alquila a partir do carbono que está ligado à cadeia principal; - O nome sistemático do substituinte será baseado na cadeia principal do substituinte e seu respectivo nome, bem como a indicação da posição dos grupos ligados à cadeia principal do substituinte e seus respectivos nomes. 10 Exercício: Dê o nome sistemático dos alcanos abaixo. Nomenclatura de cicloalcanos: 3.2. A numeração de cicloalcanos substituídos se inicia pelo átomo de carbono que fornecer o menor conjunto de número para os substituintes. 11 3.3. Os substituintes monovalentes derivados dos cicloalcanos são nomeados substituindo o sufixo –ANO por –ILA, sendo a numeração iniciada pelo carbono da valência livre. ciclopropila ciclopentila 3-metilciclohexila 3.6. Para os hidrocarbonetos saturados contendo um anel ligado a uma extensa cadeia acíclica, a cadeia principal será considerada aquela que contiver o maior número de átomos de carbono, sendo a outra parte tratada como substituinte. ciclohexiloctano e não octilciclohexano propilciclopentano e não ciclopentilpropano (3-metilciclobutil)ciclohexano e não 1-cicloexil-3-metilciclobutano Estereoisomeria em alcanos cíclicos: 13 - Substituintes voltados para o mesmo lado de um plano horizontal que corta o cicloalcano: posição relativa cis; - Substituintes voltados para lados opostos de um plano horizontal que corta o cicloalcano: posição relativa trans; Alcenos Prof. Celso Rezende Luiz Cláudio de Almeida Barbosa, Introdução à Química Orgânica. Capítulo 3 (alquenos). Paula Bruice, Química Orgânica. vol. 1, Capítulos 3 e 4. 14 Alcenos • Hidrocarbonetos que apresentam em sua estrutura ligações duplas (ligações p) carbono-carbono. Geometria trigonal plana do C sp2 15 Nomenclatura • Substitui-se a terminação “ano” do correspondente alcano por “eno”. 16 Nomenclatura IUPAC (sistemática) de Alcenos • A cadeia principal é a maior cadeia que contém o grupo funcional. 17 • Os substituintes são citados em ordem alfabética. • O grupo funcional fica com o menor número e depois os substituintes. 18 • O grupo funcional não precisa ser numerado nos alcenos cíclicos. Usa-se a palavra ciclo. 19 Nomenclaturas dos substituintes etenil → 2-butenil → 4-hexenil → 1-propenil → Troca-se a terminação eno do alceno correspondente por enil: 20 Estrutura do Alceno • Hibridização sp2 dos carbonos da dupla ligação; • Geometria trigonal plana → Cada carbono sp2 e os dois átomos ligados por ligações simples se encontram no mesmo plano. Os 6 carbonos destacados estão no mesmo plano 21 • Como os dois orbitais p que formam a ligação π devem estar paralelos para ocorrer sobreposição máxima, a rotação livre da ligação dupla não ocorre. Não ocorre rotação na ligação dupla pois levaria ao rompimento da ligação π. • Essa ausência de rotação leva a possibilidade de dois isômeros geométricos: Isômero cis e isômero trans 22 Isômeros do Alceno: cis e trans Aplicado quando cada carbono sp2 do alceno estiver ligado a hidrogênio e a um substituinte. Isômero cis: apresenta os hidrogênios no mesmo lado da ligação dupla; Isômero trans: apresenta os hidrogênios em lados opostos na ligação dupla 23 Isômeros cis e trans não são possíveis para alcenos que apresentam substituintes idênticos ligados a um dos carbonos da dupla ligação 24 Momento Dipolar de isômeros do alceno Os isômeros cis e trans são substâncias com distintas propriedades físico-químicas. 25 Nomenclatura E/Z para alcenos Aplicada quando existem quatro substituintes diferentes nos carbonos da dupla ligação. 26 Regras para determinação da prioridade dos substituintes: 1) A ordem de prioridade depende do número Atômico dos átomos ligados diretamente ao C sp2. O maior número atômico é o de maior prioridade 27 2) Em caso de empate, considere o átomo ligado que houver o maior número atômico. 28 3) Se está ligado duplamente com outro átomo, o sistema de prioridades trata como se estivesse usando ligações simples a dois daqueles átomos. 29 Desenhe e indique os isômeros E e Z para cada uma das seguintes substâncias: a) CH3CH2CH=CHCH3 b) c) 30 Como os alcenos reagem Regra que determina a reatividade: Átomos ou moléculas ricos em elétrons são atraídos por átomos ou moléculas pobres em elétrons. Eletrófilos: espécie, íon ou molécula deficiente de elétrons. Um eletrófilo pode aceitar um par de elétrons ou precisar apenas de um elétron para completar o seu octeto. Podem ser chamados de ácido de Lewis. Nucleófilos: espécie, íon ou molécula rica em elétrons. Um nucleófilo possui um par de elétrons que pode ser compartilhado. Podem ser chamados de base de Lewis. 31 Nas reações dos compostos orgânicos um nucleófilo (elétrons disponíveis) reage com um eletrófilo (deficientes de elétrons), levando a quebra de algumas ligações e formações de outras. Reatividade dos Alcenos: - A ligação π é mais fácil de se romper que a ligação sigma; - A ligação π consiste em uma nuvem de elétrons acima e abaixo da ligação sigma. Por isso, o alceno é um grupo funcional rico em elétrons, portanto se comporta como um nucleófilo. 32 Reações de alcenos Principal reação: Adição eletrofílica a dupla ligação é formada por uma ligação σ e uma ligação π. eletrófilo nucleófilo a ligação π foi quebrada e novas ligações σ formadas. Através de reações de adição eletrofílica é possível transformar os alcenos em haletos de alquila, alcoóis, éteres e alcanos. 1) Adição de haletos de hidrogênio (HCl, HBr ou HI) CH2=CH2 + HCl → CH3CH2Cl ethene ethyl chloride 2,3-dimethyl-2-butene + HBr → 2-bromo-2,3-dimethylbutane cyclohexene + HI → iodocyclohexane Adição Eletrofílica de HBr a alcenos Como que essa reação ocorre ? Qual é o mecanismo ? 35 Mecanismos de uma Reação Química: O uso de flechas curvas com 2 pontas indica o movimento de um par de elétrons. Uma ponta indica o movimento de apenas 1 e- - Mostram as movimentações dos elétrons e indicam quais ligações são formadas e quebradas durante a transformação química; - Partem (cauda da seta) de um centro rico em elétrons e vão até um centro um centro pobre em elétrons (ponta da seta). 36 Mecanismo da reação - Descrição de um processo etapa por etapa Etapa 1: Etapa 2: Reação de adição eletrofílica 37 39 Por que o cátion terc-butila é mais estável que o cátion isobutila? 41 Efeitos eletrônicos que estabilizam o carbocátion - Efeitos indutivos e de hiperconjugação que minimizam a deficiência de elétrons do carbocátion; - Grupos alquilas ligados ao C+ diminuem a concentração da carga positiva no carbono e aumentam a estabilidade. 2) Adição de água (catalisada por ácido) – Reação de hidratação 42 O mecanismo também passa pela formação do carbocátion, semelhante à adição de HBr. 3) Adição de halogênios (Cl2 e Br2) 43 O produto é um di-haleto de alquila gerado pela adição de um halogênio em cada carbono da dupla ligação.