Química Orgânica: os compostos do carbono



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Ésteres

São compostos derivados dos carboxilácidos pela substituição do átomo de hidrogênio da carboxila por radical alcoíla ou arila.
R – C – O – H  R – C – O – R´
O O
Os ésteres são compostos de forma que o átomo de H de um grupo carboxílico seja substituído por um grupo hidrocarboneto. Podem ser obtidos, quando for o caso, pela reação entre ácido carboxílico e álcool por um processo chamado esterificação.
ácido carboxílico + álcool  éster + água

H3C – C – O – H + H3C – O – H  H3C – C – O – CH3 + H2O
O O

etanoato de metila

Um éster pode sofrer hidrólise; quando isso acontece, há o estabelecimento do equilíbrio entre essa reação e a esterificação.


éster + água  ácido carboxílico + álcool


Os ésteres são nomeados usando-se inicialmente o grupo do qual o ácido é derivado e depois o grupo do qual o álcool é derivado precedido da palavra “de”. Os ésteres de menor conteúdo carbônico são líquidos e pouco solúveis em água, enquanto os de maiores massas molares são sólidos e insolúveis. Ao contrário dos ácidos, dos quais são derivados, os ésteres geralmente possuem odor muito agradável; eles são os principais responsáveis pelo aroma das frutas e das flores. O acetato de pentila (CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3), por exemplo, é o responsável pelo cheiro de banana. Quando os ésteres são tratados com ácido ou base em solução aquosa, são hidrolisados, isto é, a molécula é dividida em seus componentes de álcool e ácido:
CH3CH2 – C – O – CH3 + NaOH  CH3CH2 – C – O- + Na+ + CH3OH

Propionato de metila propionato de sódio metanol


Nesse exemplo a hidrólise é realizada em meio básico. Os produtos da reação são sal de sódio do ácido carboxílico e álcool.

A hidrólise de um éster na presença de uma base é chamada saponificação, termo que vê, da palavra latina para sabão (sapon). Os ésteres naturais incluem gorduras e óleos. No processo da fabricação de sabão, gordura animal ou óleo vegetal estável é fervido com base forte, geralmente NaOH. O sabão resultante consiste em uma mistura de sais de sódio de ácidos carboxílicos de cadeia longa (chamados ácidos gordurosos), que se formam durante a reação de saponificação.

OBS: as essências de flores e frutos são ésteres formados por um ácido e por um álcool, ambos de baixo conteúdo carbônico: o metanoato e o etanoato de isobutila são os ésteres determinantes do aroma da framboesa. Veja outros ex.: metanoato e heptanoato de etila = uva; etanoato de pentila = banana; etanoato de isopentila = pêra; etanoato de octila = laranja; etanoato de benzila = jasmim; propanato e butanoato de etila = maçã; butanoato de metila = pinha; butanoato de etila = morango; butanoato de butila = damasco; hexanoato de etila = abacaxi. Esses ésteres são usados para darem sabor e aroma artificiais em bebidas, guloseimas em geral, produtos da indústria farmacêutica e de cosméticos.


  • Compostos halogenados

São compostos orgânicos que apresentam halogênios (F, Cl, Br e I). Esses compostos têm sido usados como propelentes em aerossóis em sistemas de refrigeração, e são genericamente chamados de CFCs (cloro-fluor-cabonos). Entre os compostos halogenados mais importantes destacamos os haletos orgânicos e os haletos de acila.


  • Haletos orgânicos

São compostos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um ou mais átomos de H por igual número de átomos de halogênio. Se na molécula houver apenas um halogênio, o composto é classificado como monohaleto; se existirem vários, polihaleto. Na nomenclatura oficial, cita-se o nome e a posição do halogênio na molécula do hidrocarboneto; no caso de monohaletos, a nomenclatura usual utiliza-se da palavra haleto mais o nome do radical alçoíla ou arila.
Ex: H3C – Cl H3C – CH – CH3 H2C = CH
Br Cl

clorometano 2-bromopropano cloroeteno



  • Haletos de acila

São compostos derivados dos carboxilácidos pela substituição do grupo OH da carboxila por átomo de halogênio. Os mais importantes haletos de acila são os derivados do cloro. Na nomenclatura oficial utilizam-se a palavra haleto e o nome do radical acila ligado ao halogênio.


H3C – C – Cl H3C – CH2 – CH2 – C – Cl C – Cl




O O O


cloreto de etanoíla cloreto de butanoíla cloreto de benzoíla
Tome cuidado para não errar na nomenclatura:
H3C – CH2 H3C – C = O
Cl Cl

cloreto de etila cloreto de etanoíla







  • Aminas

São compostos derivados da amônia, NH3, pela substituição de um ou mais átomos de H por igual número de radicais alcoíla ou arila. As aminas são bases orgânicas. Elas tem a fórmula geral R3N, onde R pode ser H ou um grupo hidrocarboneto, como nos seguintes exemplos:
CH3CH2NH2 (CH3)3N

etilamina trimetilamina NH2


fenilamina (anilina)
Uma amina é primária, secundária ou terciária conforme o número de radicais ligados ao atomo de N. Na nomenclatura oficial, citam-se os nomes dos radicais e acrescenta-se a palavra amina. No caso de amina primária, pode-se considerar o grupo amino ( – NH2) como radical da cadeia do hidrocarboneto.
H3C – CH – CH3 H3C – NH – CH2 – CH3 H3C – N – CH3
NH2 CH3

Isopropilamina metiletilamina trimetilamina


As aminas mais simples são gasosas; com até 12 átomos de C, são líquidas e as demais, sólidas. As aminas de menor conteúdo carbônico são solúveis em água. As aminas apresentam cheiro que varia entre o da amônia e o de peixe podre. A fenilamina (anilina) é um líquido incolor, usado na síntese de corantes e de medicamentos (sulfas).

A substância responsável pelo cheiro de peixe podre é a trimetilamina. Após mexer com peixe, recomenda-se lavar as mãos com limão ou vinagre, que por conter ácidos, reagem com a amina, que tem caráter básico.




  • Amidas

São compostos derivados da amônia, NH3, pela substituição de um ou mais átomos e H por igual número de radicais acila. Podemos considerar o grupo funcional amida derivado de um ácido carboxílico com um grupo NR2 substituindo OH do ácido, como nesses exemplos:

O

H3C – C – OH



C – NH2

O

etanamida fenilmetanamida


Uma amida é primária, secundária ou terciária conforme o número de radicais ligados ao átomo de N. Na nomenclatura oficial, substitui-se a terminação óico do ácido por amida.


H – C – NH2 H – C – NH – C – CH3 C – NH2

O O O

metanamida metanoetanamida benzamida


Apenas a metanamida é liquida, as demais são sólidas. As de menor conteúdo carbonico são solúveis em água.


  • Nitrilas

São compostos resultantes da substituição do átomo de H do cianeto de hidrogênio, H – C  N, por radical alcoíla ou arila.



CN

H3C – CN H3C – CH2 H2C = CH


CN CN

etanonitrila propanonitrila propenonitrila benzonitrila

cianeto de metila cianeto de etila cianeto de vinila cianeto de fenila


  • Compostos de função mista

São compostos orgânicos que apresentam mais de um radical funcional. É comum uma substância exibir mais de um radical funcional. Vejamos alguns exemplos:

H2C – CH – CH – CH – CH – C – H Glicose

Funções: álcool e aldeído

OH OH OH OH O Encontra-se na uva e em outras frutas.



O

Ácido acetilsalicílico

O – C – CH3 Funções: ácido e éster



Usado como antitérmico

C = O
OH



Adrenalina

HO CH – CH2 – NH – CH3 Funções: álcool, amina e fenol

Produzida pelo organismo sob tensão


OH

H2C –CH – CH – CH – C – CH2 Frutose



Funções: álcool e cetona

OH OH OH OH O Encontra-se no mel e em diversas frutas


OH



HO – C – CH2 – C – CH2 – C – OH Ácido cítrico



Funções: ácido e álcool

O C = O O Responsável pelo sabor azedo da laranja e do limão




OH

Capítulo 4. Isomeria



  • Isomeria

É o fenômeno em que se verifica a existência de diferentes substâncias com a mesma fórmula molecular, que se distinguem entre si por uma ou mais propriedades físicas, químicas ou fisiológicas e que apresentam fórmulas estruturais, planas ou espacial diferentes. É muito freqüente em compostos orgânicos apresentarem a mesma fórmula molecular. Assim dois compostos são isômeros ou isoméricos quando possuem a mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais.

Para iniciar o estudo de isomeria, é necessário saber diferenciar a isomeria plana da isomeria espacial:



plana

A diferença entre os isômeros já é observada nas fórmulas estruturais planas.





isomeria

espacial

Temos de usar fórmulas espaciais para diferenciar os isômeros.


  1. Exemplos de isomeria plana


1º caso: isomeria funcional ou de função

Os isômeros pertencem a funções orgânicas diferentes.




H3C – CH2 – CH2 – O 1-propanol

Ex: C3H8O

H3C – CH2 – O – CH3 etil-metil-éter



2º caso: isomeria de cadeia ou de núcleo

A única diferença estrutural está na organização da cadeia carbônica.


H3C – CH2 – CH2 – CH3 butano (cadeia normal)
Ex: C4H10

H3C – CH – CH3 2-metil-propano (cadeia ramificada)
CH3

3º caso: isomeria de posição

Pertencem à mesma função, apresentam a mesma cadeia carbônica principal e diferem na posição do radical ou de insaturações.




H2C = CH – CH2 – CH3 1-buteno


C3H6

H3C – CH = CH – CH3 2-buteno



4º caso: isomeria com heteroátomo (metameria ou isomeria de compensação)

A diferença entre as estruturas está na posição de um heteroátomo.


H3C – O – CH2 – CH2 – CH3 metil-propil-éter
C4H10O
H3C – CH2 – O – CH2 – CH3 dietil-éter
OBS: se o O estiver na extremidade da cadeia não será um heteroátomo.


H3C – CH2 – CH2 – CH2 – O – H álcool



Isomeria de função

H3C – CH2 – CH2 – O – CH3 éter



5º caso: tautomeria

É o caso em que dois isômeros estão em equilíbrio.

Ocorre principalmente entre um aldeído (ou cetona) e o enol correspondente.
H O – H


R – C – C = O R – C = C – H




H H H


aldeído enol

H O – H



R – C – C = O R – C = C – R`




H R` H


cetona enol
No primeiro ex., temos um equilíbrio Aldo-enólico; no segundo, um equilíbrio ceto-enólico. O enol é uma estrutura com grupo OH ligado a carbono insaturado. Esses compostos são muito instáveis. No equilíbrio predominam as formas carbonílicas (aldeído ou cetona).


  1. A isomeria espacial

Os químicos ficaram surpresos quando encontraram dois compostos diferentes com a mesma fórmula estrutural plana. Veja o caso do 1,2-dibromo-eteno.


Composto A (p.e. = 108 ºC)

HC = CH


Br Br Composto B (p.e. = 112 ºC)
Isso mostrava claramente que a diferença entre as estruturas só poderia ser vista em fórmulas espaciais.

Se você observar com atenção as fórmulas espaciais a seguir, poderá notar que há duas possibilidades para a colocação dos átomos de bromo. Veja:



Isômero cis: ambos os bromos estão do mesmo lado do plano da dupla ligação.

Br Br

C = C

H H


cis-1,2-dibromo-eteno

Isômero trans: os átomos de bromo estão em lados opostos do plano da dupla ligação.

Br H

C = C

H Br


trans-1,2-dibromo-eteno
O isômero cis é mais polar que o trans, por isso possui também maior ponto de ebulição.
Cis-1,2-dibromo-eteno (p.e. = 112 ºC) trans-1,2-dibromo-eteno (p.e. = 108 ºC)
A esse tipo de isomeria chamamos de cis-trans ou isomeria geométrica.

Como na ligação dupla um carbono não pode girar livremente em relação a outro, justifica-se a existência de duas estruturas diferentes. Esse fenômeno, denominado rotação inibida (ou impedida), também ocorre em cadeias cíclicas. Veja um ex. com o 1,2-dibromo-ciclo-propano.




Br Br Br H




H H H Br


cis trans
Como saber se há isomeria cis-trans???
A condição necessária para que um alceno ou um ciclano apresente isomeria cis-trans é a seguinte:

  • Nos alcenos, cada carbono da ligação dupla deve apresentar grupos diferentes entre si.





R1 R3 R1  R2 R3  R4

C = C

R2 R4




  • Nos ciclanos, deve haver no mínimo dois carbonos com dois ligantes diferentes entre si.

R1

R1  R2 R3  R4

R2

R3

R4

Observe que neste caso, os carbonos não precisam ser vizinhos.


  1. Isomeria óptica

Esse tipo de isomeria é de fundamental importância biológica e também de grande complexidade conceitual.

A luz comum é uma onda eletromagnética que vibra em vários planos ao longo de seu eixo. Existem aparelhos, chamados polarizadores, que são capazes de filtrar todos os planos de vibração da luz, com exceção de um deles. A luz quando atravessa o polarizador, vibra em um único plano e passa denominar-se luz polarizada.

Em um polarímetro, a luz emitida pela fonte atravessa um prisma polarizador, que pode ser visto por um observador quando a luz atravessar o prisma analisador.

Determinadas substâncias apresentam a propriedade de desviar o plano da luz polarizada.

As substâncias capazes de desviar o plano da luz polarizada são denominadas opticamente ativas. Se o desvio for para a direita do observador, a substância será chamada de dextrógira (do latim dextro = direita). Caso contrário, a substância será levógira (do latim laevu = esquerda).




Substância dextrógira  d ou (+) Substância levógira  l ou (-)



Quais substâncias são opticamente ativas???
Para uma molécula possuir atividade óptica, ou seja, para que ela seja capaz de desviar o plano de vibração da luz polarizada, é necessário que essa estrutura seja asssimétrica.

Faça a seguinte experiência: ponha sua mão direita diante de um espelho. Você verá que a imagem corresponde à sua mão esquerda. Portanto, segundo os matemáticos e os físicos, elas não possuem um plano de simetria.

Com as moléculas acontece algo semelhante. Algumas são assimétricas (como nossas mãos) e denominam-se moléculas quirais.

A expressão quiral foi registrada pela primeira vez quando o físico e matemático escocês William Thomson, o célebre lorde Kelvin escreveu:

“ Chamo quiral qualquer figura geométrica cuja respectiva imagem em um espelho plano não coincida com a própria figura. Digo também que tal figura geométrica, ou conjunto de pontos, apresenta uma propriedade chamada quiralidade”.
Como reconhecer uma molécula quiral???
Uma molécula assimétrica, ou quiral, pode der reconhecida facilmente na maioria dos casos, porque apresenta quatro grupos diferentes entre si, ligados a um mesmo carbono, que é chamado de carbono quiral ou centro de quiralidade. Vamos considerar uma molécula quiral à frente de um espelho. Tudo se passa como se o objeto fosse um isômero opticamente ativo (por exemplo: dextrógiro) e a imagem correspondesse a outro isômero também opticamente ativo (levógiro).




R1 R1

R1




Uma molécula quiral

C C R2 – C – R4



R2 R4 R4 R2

R3

R3 R3

Dextrógiro (d) Levógiro (l) R1  R2  R3  R4


Há algum tempo, um carbono com quatro ligantes diferentes era chamado de carbono assimétrico. Atualmente, o nome mais apropriado é carbono quiral.
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