2. Introdução
Química Orgânica : Estuda os compostos formados
pelo
carbono,
pois
formam
substâncias
fundamentais para a vida.
Elementos que constituem as moléculas orgânicas:
C, H, O, N, S e Halogênios.
O
Exemplos :
OH
CH
3
H
HO
H
H
OH
H
OH
OH
OH
Glicose, fórmula em cadeia
aberta (um carboidrato)
Estrutura de compostos orgânicos
H
H
H
H
H2N
HO
R
Estradiol
(um hormônio feminino)
O
OH
Aminoácido
(monômero de proteínas)
3. Estrutura tridimensional do DNA
Estrutura de compostos orgânicos
Estrutura tridimensional da
carboxipeptidase
5. Introdução
Histórico:
1780 – 1807- Vitalismo – Jons Jakob Berzelius (Sueco)
1784 - Identificação dos elementos predominantes das moléculas orgânicas:
C, H e O – Antoine Lavoisier
1828 - Síntese da uréia – Friedrich Wohler (Alemão)
1858 – 1861 - Avanços da teoria estrutural – postulados de August Kekulé,
Archibald Couper e Alexander Butlerov
1924 – Descoberta das propriedades ondulatórias do elétron -Louis de Broglie
1926 – Desenvolvimento de Mecânica Quantica por Erwin Schrodinger
Estrutura de compostos orgânicos
6. Introdução
A mecânica quântica usa a equação matemática do
movimento de onda para caracterizar o movimento
dos elétrons em torno do núcleo.
As funções de onda ou orbitais nos diz a energia de
um elétron e a região do espaço em torno do núcleo
onde um elétron é mais provavelmente encontrado.
O orbital atômico mais perto do núcleo tem a menor
energia.
Estrutura de compostos orgânicos
7. Introdução
• Sinais de fases das funções de onda
Ligação Química
Estrutura de compostos orgânicos
9. Introdução
Considerações importantes:
- O princípio da construção ou Aufbau: Primeiro os
elétrons ocupam os orbitais de menor energia.
- O princípio de exclusão de Pauli: somente dois elétrons
podem ocupar o mesmo orbital e os dois elétrons têm
que ter spins opostos.
- A regra de Hund: os elétrons ocuparão orbitais vazios
antes de serem emparelhados em um mesmo orbital.
Estrutura de compostos orgânicos
10. Propriedades do carbono
• O carbono não libera nem aceita elétrons
prontamente.
•O
carbono compartilha elétrons com outros
átomos de carbono, bem como com diferentes tipos
de átomos.
O carbono pode formar até quatro ligações.
.
Estrutura de compostos orgânicos
12. Propriedades do carbono
Momento de dipolo de uma ligação (D) = µ = e x d
(e) : grandeza da carga no átomo
(d) : distância entre as duas cargas
Uma ligação polar tem uma extremidade positiva e uma
extremidade negativa.
Estrutura de compostos orgânicos
13. Orbitais atômicos do carbono
Orbital s
Tem forma esférica
Tem menor energia que o orbital p
Estrutura de compostos orgânicos
15. Orbitais moleculares
Características:
-Pertencem a molécula como um todo.
-Ligação σ: formada pela sobreposição de dois orbitais s ou s
e p hibridizados (sp3, sp2 ou sp).
Comprimento da ligação/dissociação da ligação:
-É a energia necessária para quebrar uma ligação ou energia
liberada para formar uma ligação.
Estrutura de compostos orgânicos
16. Orbitais moleculares
Sobreposição em fase forma um OM ligante;
sobreposição fora de fase forma um OM
antiligante
Estrutura de compostos orgânicos
17. Orbitais moleculares
Ligação pi (π) é formada pela sobreposição lado-alado de dois orbitais p paralelos
Estrutura de compostos orgânicos
19. Ligação Química
Tipos de Ligações Químicas:
- Ligações iônicas : Acontece por transferência de elétrons.
Ocorre entre átomos de eletronegatividades bem diferentes.
- Ex: LiF, NaCl, Na2SO4, etc.
- Ligações covalentes: Acontece por compartilhamento de
elétrons. Ocorre entre elementos de eletronegatividades
iguais (Lig. Apolar) ou diferentes (Lig. Polar). Ex: H2O,
CH4, CH3CH3, CH3COOH, demais moléculas orgânicas.
Estrutura de compostos orgânicos
20. Ligação Química
Características das substâncias iônicas:
- São sólidas
- Possuem fortes forças eletrostáticas
- Possuem elevados pontos de fusão
- Quando em solução aquosa, geralmente conduzem a
corrente elétrica.
Caracteristicas das substâncias covalentes:
- Podem sólidas ou líquidas
- Os pontos de fusão e ebulição dependem das forças
atrativas podendo ser elevados ou baixos.
Estrutura de compostos orgânicos
21. Ligação Química
Representação da ligação covalente:
Por pontos – Representação de Gilberth Lewis :
Por traços – Representação de August Kekulé:
Estrutura de compostos orgânicos
30. Resumo
- Uma ligação π é mais fraca do que uma ligação σ.
- Quanto maior for a densidade eletrônica na região
de sobreposição dos orbitais, mais forte é a ligação.
- Quanto maior o caráter s, menor e mais forte é a
ligação.
- Quanto maior o caráter s, maior é o ângulo de
ligação.
Estrutura de compostos orgânicos
31. Momento de dipolo nas moléculas
A soma vetorial da magnitude e direção do momento de
dipolo da ligação individual determinam o momento de
dipolo total da molécula.
Estrutura de compostos orgânicos
32. Forças intermoleculares
Estados físicos das substâncias orgânicas:
Sólido: moléculas muito próximas umas das outras – baixa
entropia.
Líquido: moléculas um pouco mais distantes – grau um
pouco maior de liberdade de movimento – média entropia.
Gasoso: moléculas com grande distanciamento umas das
outras – total grau de liberdade – alto grau de entropia.
Estrutura de compostos orgânicos
33. Principais tipos de forças intermoleculares e espécies envolvidas:
Tipo de interação
Íon - dipolo
Dipolo - dipolo
Força relativa
Forte
Espécies envolvidas
Íon e moléculas polares
Ex: Sal + água ou álcool
Moderadamente forte
Moléculas
de média
polaridade. Ex: aldeídos
Dipolo – dipolo induzido
Muito fraca
Molécula polar e outra
apolar. Ex: aldeído +
hidrocarboneto
Dipolo instantâneo – dipolo
induzido
Muito fraca
Moléculas apolares
Ex: hidrocarbonetos
Associação por pontes de
Hidrogênio
Estrutura de compostos orgânicos
Forte
Moléculas polares com H
ligado
a
elementos
eletronegativos como o O,
N. Ex: Álcoois.
34. Representação de cada tipo de interação intermolecular:
Ion - dipolo
Dipolo - dipolo
H
..
..
..
H
H
H
H
δ
δ
δ
δ
δ
δ
ou
δ
O
..
..
O
Cl
H
H
..
H
..
O
..
H
O
δ
H
H
O
..
..
Na
O
H
..
..
..
O
..
..
H
H
O
H
H
δ
molécula polar
choque
molécula apolar
δ
dipolo induzido
H3C
H
..
..
O
----
Associação por ponte de hidrogênio
H
O
..
H
..
..
..
O
----
H3C
Estrutura de compostos orgânicos
δ
δ
----
δ
Dipolo instantâneo – dipolo induzido
CH3
H
..
..
Dipolo – dipolo induzido
O
CH3
δ
35. Ácidez e Basicidade de Substâncias Orgânicas
Ácidos e Bases
Conceitos
Svante Arrhenhius (Químico Sueco) – 1887
Ácido: São substâncias que cujas soluções aquosas
contém excesso de íons H+ (em relação a OH-).
Base: São substâncias cujas soluções aquosas
contém excesso de íons OH- (em relação a H+).
Estrutura de compostos orgânicos
36. Ácidos e bases orgânicos
Gilberth Lewis
Ácido: Espécie capaz de aceitar um par de elétrons em
uma reação química ( Ex. H+, Mg2+, BF3, AlCl3, FeBr3)
Base: Espécie capaz de doar um par de elétrons em
uma reação química (Ex. H2O, NH3, CH3OH, éteres)
O
..
H 3C
CH 3
Base
Estrutura de compostos orgânicos
F
F
..
H 3C
B
F
F
Ácido
O
+
B
CH 3 F
F
37. Ácidos e bases orgânicos
Ácidos e bases de Lewis
Estrutura de compostos orgânicos
38. Ácidos e bases Orgânicos
*Johannes Bronsted (Dinamarquês) e Thomas
Lowry (Inglês) – 1923.
Ácido : Substância capaz de doar um ou mais prótons
(íons H+) em uma reação química.
Base: Substância capaz de aceitar um ou mais prótons em
uma ração química.
H
A
Ácido
+
B:
-
Base
B -H +
A
-
Base conjugada
Ácido
conjugado
* Conceituação mais divulgada
Estrutura de compostos orgânicos
+
39. Ácidos e Bases de Brønsted–Lowry
Relações :
Ácido forte
Base forte
Estrutura de compostos orgânicos
base conjugada fraca e vice-versa
ácido conjugado fraco e vice-versa
40. Ácidos e bases orgânicos
Estabilidade de bases conjugadas
Mapa de potencial eletrostático
Estrutura de compostos orgânicos
41. Ácidos e bases orgânicos
Notas:
-Forte reage para dar fraco.
-Quanto mais fraca é a base, mais forte é seu ácido
conjugado.
-Bases estáveis são bases fracas.
H3C
C
O
+ NaOH
OH
Ácido
O
H3C
C
+ H2O
OBase
Ácido conjudado fraco
Base conjugada fraca
O
H3C
C
O
Ânion
estabilizado
ressonância
Estrutura de compostos orgânicos
por
42. Equilíbrio Ácido/Base
Constante de ionização ácida (Ka)
+
H2O + HA
base
H3O + A
ácido
+
-
[H3O ][A ]
Ka =
[H2O][HA]
pKa = -log Ka
Estrutura de compostos orgânicos
-
43. Força de ácidos e bases orgânicos
Constante de basicidade (Kb)
H2O + Base :
ácido
Kb = HO-
BaseH+
H2O
Base :
pKb = -log Kb
Estrutura de compostos orgânicos
-
HO + BaseH+
44. Força de ácidos e bases
pK a
[HA]
= pH + log
[A ]
−
O pH indica a concentração de íons hidrogênio (H+) no meio.
Uma solução tampão mantém um pH aproximadamente
constante na adição de pequena quantidade de ácido ou base.
Quanto maior o valor de pKa menor é a constante de dissociação (Ka)
Estrutura de compostos orgânicos
45. Força de ácidos
Tabela 1- Valores aproximados de pKa de alguns ácidos a 25 oC.
Ácido
pKa
aproximado
I-
-10
HBr
Br-
-9
HCl
Cl-
-7
HF
F-
3,17
RCOO-
4-5
ArOH
ArO-
9-11
H2O
HO-
15,74
RCH2O-
16
C2H2 (etino)
etineto
25
C2H6 (etano)
C2H5- (etaneto)
42
RCOOH
RCH2OH
Estrutura de compostos orgânicos
Acidez crescente
HI
Base
conjugada
46. Força de ácidos
Assim,
Ácido forte ----------------------------pKa < 1
Ácido moderadamente fortes -------pKa = 1-5
Ácido fracos ----------------------------pKa = 5-15
Ácidos extremamente fracos --------pKa > 15
Maioria das substâncias orgânicas são ácidos
fracos ou extremamente fracos.
Estrutura de compostos orgânicos
47. Fatores que influenciam na acidez de um composto
orgânico:
- Força da ligação H-A
- Eletronegatividade de A
- Efeitos eletrônicos que estabilizam a base conjugada A-
em relação a H-A
- Natureza do solvente quando a substância estiver
solubilizada
Estrutura de compostos orgânicos
48. Força de ácidos
Efeitos eletrônicos que estabilizam a base
conjugada A- em relação a H-A
Estrutura de compostos orgânicos
49. Força de bases
Dentre os compostos orgânicos os pertencentes à função
amina são os mais básicos.
Estrutura de compostos orgânicos
50. Força de bases
Basicidade crescente
Quanto maior o pKa menor o Ka e maior o Kb
Estrutura de compostos orgânicos
51. Força de bases
Mapas de potencias eletrostáticos para algumas aminas
Estrutura de compostos orgânicos
52. Exercícios:
1- Disponha as moléculas orgânicas em ordem decrescente de
acidez.
OH
H3C
OH
, H C
3
,
CH2
C
O
H
(I)
(II)
(III)
,
O
H3C
CH2 C
OH
(IV)
2- Justifique o fato experimental : A ligação C-C do etino é mais
forte e menor (1,20 A)que a ligação C-C do etano (1,54 A)
Estrutura de compostos orgânicos
53. 3- Qual dos ácidos é o mais forte ? Justifique a sua escolha.
a- orto-hidroxibenzóico
c- para-hidroxibenzóico
Estrutura de compostos orgânicos
b- meta-hidroxibenzóico