QUÍMICA ORGÂNICA LIÇÃO 14 - AEROUBI - Base de Dados

©Carla Padrel de Oliveira, Universidade Aberta, 2005 1

QUÍMICA ORGÂNICA

LIÇÃO 14

OBJECTIVOS:

Identificar a terminologia utilizada;

Descrever as diferentes classes de hidrocarbonetos;

Identificar os vários grupos funcionais existentes;

Compreender e aplicar as regras de nomenclatura IUPAC;

Distinguir os diferentes tipos de isómeros.


A química orgânica é o ramo da Química que estuda os compostos de

carbono. Considera-se que Lémery (1645-1715) foi o pai desta ciência,

quando em 1685 publicou um livro de Química onde as substâncias eram

classificadas, de acordo com a sua origem, em minerais, vegetais ou

animais. Os compostos derivados de plantas ou animais (organismos vivos)

passaram a ser designados por orgânicos, enquanto os derivados de

minerais (matéria morta) foram designados por inorgânicos. Até cerca de

1828 acreditou-se que os compostos orgânicos só podiam ser obtidos pela

acção dos organismos vivos.

A química orgânica, tal como a conhecemos hoje, surgiu apenas em

1850 e ficou a dever-se aos trabalhos de Wöhler (1800-1822) que conseguiu

sintetizar a ureia (composto considerado orgânico) por aquecimento de

cianato de amónia (substância inorgânica).

Actualmente a Química Orgânica ou Química do Carbono, é definida

como o ramo da Química que se dedica ao estudo dos compostos

constituídos por átomos de carbono combinados com um ou mais elementos.

Muitos destes compostos resultam de sínteses efectuadas em laboratório e a

sua existência na natureza nem sempre é conhecida.

Grande parte das substâncias com que lidamos diariamente são

compostos orgânicos: o álcool etílico, o gás propano, a acetona, o ácido

acético (principal constituinte do vinagre), a gasolina, etc., onde o

elemento carbono aparece como constituinte principal do esqueleto suporte

da molécula.

Deste modo, não é difícil compreender o importante papel

desempenhado por esta ciência em domínios tão importantes como o da

tecnologia, já que se trata da química dos corantes, das tintas, do papel,

dos plásticos, da borracha, da alimentação e mesmo do vestuário, e da

medicina e biologia, pois, com excepção da água, os organismos vivos são

formados por moléculas orgânicas.

De uma maneira geral estes compostos apresentam propriedades e

características bastante diferentes dos compostos inorgânicos. Esta

afirmação pode ser verificada ao relembrar que os compostos orgânicos:


são normalmente combustíveis;

apresentam pontos de ebulição e de fusão inferiores;

são menos solúveis em água;

para a mesma fórmula química, podem apresentar várias fórmulas

estruturais;

participam em reacções de natureza molecular, por oposição à

natureza iónica e, consequentemente, são mais lentas;

apresentam pesos moleculares frequentemente superiores a 1

000;

são, frequentemente, uma fonte de alimento das bactérias.

Dado o elevado número e complexidade das diferentes substâncias

orgânicas actualmente existentes, a atribuição de um nome e respectiva

classificação tornou-se de tal forma extensa que a memorização era

impraticável e a comunicação entre as pessoas seria dificultada e até

perigosamente confusa. Assim, foi desenvolvida uma abordagem

sistemática baseada num conjunto de regras simples e que tem vindo a ser

sucessivamente aperfeiçoada. A nomenclatura actualmente adoptada pela

comunidade científica é baseada nas recomendações da International Union

of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).

Coloca-se agora a questão: Como é possível ter tantos compostos de

carbono? Relembremos algumas das características deste elemento.

O elemento carbono é o primeiro do Grupo IVA da Tabela Periódica,

ou seja apresenta 4 electrões de valência (cf cap. 5.), sendo a sua

configuração electrónica representada por:

2226 221– pss C

De acordo com a regra do octeto, os átomos de moléculas mais

estáveis apresentam 8 electrões à sua volta, mas facilmente se compreende

que é pouco provável que este elemento ganhe ou perca 4 electrões para

formar respectivamente iões C4– ou iões C4+; contudo, se partilhar mais 4

electrões passa a estar rodeado por 8 electrões de valência. Assim, o átomo

de carbono é estável ao formar quatro ligações covalentes com outros


átomos, que poderão ser de carbono ou de outros elementos, tal como

veremos ao longo deste capítulo.

1. HIDROCARBONETOS

Os hidrocarbonetos, constituídos por apenas dois elementos (carbono

e hidrogénio) são a base de todos os compostos orgânicos.

Estruturalmente, os hidrocarbonetos podem ser divididos em dois

grandes grupos: hidrocarbonetos alifáticos e hidrocarbonetos aromáticos,

caracterizando- -se estes últimos por apresentarem um ciclo de 6 átomos

de carbono com características muito específicas, que mais adiante serão

estudadas. O grupo dos alifáticos pode ainda ser dividido em saturados, que

apenas apresentam ligações simples entre os carbonos da cadeia, e

insaturados que podem apresentar uma ou mais ligações múltiplas (ligações

duplas ou ligações triplas) – cf. Figura 1.

HIDROCARBONETOS

Alifáticos Aromáticos

Alcenos – ligações duplas

Saturados Insaturados

Alcanos Alcinos – ligações triplas

Radicais Alquilo

Figura 1.- Classificação dos hidrocarbonetos

Tal como tem sido referido, todos os compostos orgânicos têm uma

cadeia de átomos de carbono ligados. Vejamos alguns dos arranjos possíveis

que podem ser encontrados nos hidrocarbonetos:


1. Cadeias lineares simples:

C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H

2. Cadeias lineares ramificadas:

C

H

H C

H

H

C

H

C

H

H

HC HH

H

H

3. Anéis ou estruturas cíclicas:

C

H

H

C C

C

H

H

H

HH

H

4. Anéis ou estruturas cíclicas

ramificadas:

C

H

H

C C

C

H

H

C

HH

H

H

H

H

A nomenclatura destes compostos passa sempre pela identificação da

cadeia mais longa de átomos de carbono ligados, sendo as ramificações

objecto de posterior classificação.

Analisemos agora o seguinte exemplo:

C

H

H

H

C

H

H

C

H

C

H

H

HC

C H

HH

H

H


Normalmente, a tendência é identificar a cadeia principal como a

representada na horizontal, sem se reparar que esta pode não ser a cadeia

com maior número de átomos de carbono sequencialmente ligados.

Neste exemplo concreto, a cadeia principal contém não 4 átomos mas

5 átomos de carbono ligados:

C

H

H

H

C

H

H

C

H

C

H

H

HC

C H

HH

H

H

A informação quanto ao número de átomos de carbono que se

encontram representados na cadeia principal é dada pelo prefixo do nome

do composto em estudo, tal como é apresentado na Tabela 1.

Tabela 1. – Prefixos numéricos relacionados com o número de carbonos.

Nº átomos de C Prefixo Esquema estrutural

1 MET C

2 ET C – C

3 PROP C – C – C

4 BUT C – C – C – C

5 PENT C – C – C – C – C

6 HEX C – C – C – C – C – C

7 HEPT C – C – C – C – C – C – C

Em compostos que apresentem um número de átomos de carbono

superior a 7, é adoptado o prefixo da numeração grega correspondente à

mesma, de modo análogo ao prefixo das cadeias de 5, 6 e 7 átomos ligados,

respectivamente.


ALCANOS – HIDROCARBONETOS ALIFÁTICOS SATURADOS

Estes compostos, constituídos por dois elementos (carbono e

hidrogénio) apresentam apenas ligações simples entre os átomos de carbono

que formam a cadeia, o ciclo ou anel.

Os alcanos, de fórmula geral ,...2,1,22 nnn e H C , são compostos

saturados, ou seja, não é possível adicionar mais átomos de hidrogénio.

A nomenclatura dos alcanos é formada pelo prefixo correspondente

ao número de átomos da cadeia principal e pelo sufixo ou terminação ANO;

na tabela 2. são apresentados os primeiros 7 alcanos de cadeia linear.

Tabela 2. – Primeiros sete alcanos de cadeia linear

Nome Fórmula Molecular

Fórmulas Estruturais Condensadas

metano CH4 CH4

etano C2H6 CH3 – CH3

propano C3H8 CH3 – CH2 – CH3

butano C4H10 CH3 – CH2 – CH2 – CH3

pentano C5H12 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

hexano C6H14 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

heptano C7H16 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

As fórmulas estruturais condensadas permitem, mais facilmente,

visualizar a organização espacial da molécula e a correspondente

identificação da cadeia carbonada.


No caso de compostos de cadeias longas, é frequente agregar as

parcelas do mesmo tipo quando ligadas sequencialmente; por exemplo a

molécula de heptano

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

pode também ser representada por :

CH3 – (CH2 )5 – CH3

Este tipo de representação, apesar de facilitar a escrita de moléculas mais

complicadas pode, por vezes, tornar-se confuso.

Um outro modo de descrever estes compostos é através da

representação da sua estrutura ou fórmula estrutural o que facilita bastante

a identificação dos compostos. Alguns exemplos são:

Metano

C

H

H

H

H

Etano

C

H

H

HC

H

H

H

Propano

C

H

H

HC

H

H

C

H

H

H


Ainda na classe dos alcanos existem os compostos cíclicos, onde a

cadeia de carbonos é fechada formando um ciclo ou anel. Estes compostos

apresentam a fórmula geral ,...4,3,2 nnn e H C , e o número de átomos de

carbono tem de ser igual ou superior a 3.

Para estes compostos cíclicos, o nome do alcano é precedido pela

palavra ciclo. Por exemplo, um anel com 3 átomos de carbono tem o nome

de ciclo propano:

C

C

H

C

H

H

H

H

H

Estes compostos são frequentemente representados por uma forma

simplificada onde cada vértice da figura é indicativo da existência de um

átomo de carbono, não se representando nenhum símbolo químico (a menos

que estritamente necessário). Neste caso o ciclo propano pode representar-

se apenas por um triângulo:

Outros exemplos de ciclo alcanos simples são:

Ciclobutano:

Ciclopentano:

Ciclohexano:

Note que cada vértice representa um grupo CH2

Um outro grupo de compostos, ainda pertencente à classe dos

hidrocarbonetos alifáticos saturados, são os radicais alquilo. Este grupo é

derivado do anterior, apenas com a diferença que apresenta menos um

átomo de hidrogénio no fim da cadeia e, de uma maneira geral, estes grupos


aparecem como ramificação ou radical nas moléculas dos compostos

orgânicos.

Tabela 3. – Primeiros quatro alquilos

Nome Fórmula Molecular

Fórmula de Estrutura

metil (o) CH3 CH3 –

etil (o) C2H5 CH3 – CH2 –

propil (o) C3H7 CH3 – CH2 – CH2-

butil (o) C4H9 CH3 – CH2 – CH2 – CH2-

Note que os nomes destes grupos terminam em IL ou em ILO,

consoante o tipo de molécula em estudo.

NOMENCLATURA DOS ALCANOS

Os nomes dos alcanos lineares são bastante fáceis de memorizar, e de

acordo com a tabela 2., com excepção dos quatro primeiros membros, o

número de átomos de carbono é explicitado através de um prefixo grego. No

entanto para moléculas mais complexas é necessário recorrer a algumas

regras (IUPAC):

1. O nome do composto é constituído pelo prefixo correspondente ao

número de átomos de carbono da cadeia contínua mais longa e

pelo sufixo ano;

2. A numeração tem início a partir da extremidade mais próxima do

átomo de carbono que apresenta um hidrogénio substituído;

3. Ao substituir um ou mais átomos de hidrogénio por outros grupos o

nome do composto deve indicar o número do átomo de carbono

que foi objecto de substituição;

4. As substituições múltiplas de grupos idênticos são identificadas

pelos prefixos di, tri, tetra, … para respectivamente dois, três ou

quatro grupos.


Analisemos alguns exemplos:

Exemplo 1.

C

H

H

HC

H

C

H

H

H CH3

A cadeia mais longa contém 3 átomos de carbono, ou seja, trata-se

de um propano. Ao átomo de carbono número 2 está ligado um grupo

metilo, e consequentemente este composto tem o nome de 2-metil

propano.

Repare que neste caso a cadeia principal, tanto pode ser a

representada a cheio como a representada a tracejado; em ambos os casos

o nome do composto é o mesmo, pois existem apenas três átomos de

carbono. Nestas situações, considera-se a cadeia linear como cadeia

principal.


Exemplo 2.

HC

H

H

20

C

H

H

C

H

C

H

H

H C

H

H

C

H

C

H

H

C HH

C H

H

H

CH3

1 2 3 4 5 6 7

Neste caso a cadeia mais longa apresenta 7 átomos de carbono,

tratando-se portanto de um heptano; como grupos substituintes temos um

grupo metilo (CH3) e um grupo etilo (C2H5). De acordo com as regras de

nomenclatura, começa-se a contar a partir da extremidade mais próxima do

átomo de carbono que apresenta um hidrogénio substituído, ou seja, neste

exemplo concreto, da esquerda para a direita.

Assim, o nome deste composto é 5–etil–2–metil–heptano. Repare que

a ordem de escrita dos radicais é alfabética relativamente à primeira letra

do prefixo do tipo de radical.

Exemplo 3:

C

H

C

H

H

H

CH3

1 2 3C

H

H

C

H

C

H

C HH

H

4 5H

H

Neste composto a cadeia mais longa apresenta 5 átomos de carbono,

tratando-se portanto de um pentano. Existem ainda dois grupos metilo e, de

acordo com as regras de nomenclatura, este composto tem o nome de 2,3–

dimetil–pentano.

No caso de existir mais do que um radical do mesmo tipo é necessário

indicar as posições destes e acrescentar o prefixo numérico respectivo. As


posições dos radicais iguais na cadeia principal devem ser escritas antes do

nome e separadas por vírgula, mesmo que se encontrem no mesmo átomo da

cadeia principal. O prefixo para dois radicais iguais é di, para três tri, para quatro

tetra, etc.

Exemplo 4:

C

H

C

H

H

H1 2 3

C

H

H

C

H

C

C HH

H

4 5H

H

H C HH

H

A cadeia principal é constituída por 5 átomos de carbono. Trata-se de

um pentano mas, agora, com dois grupos metilo no mesmo átomo de

carbono; o nome deste composto é 3,3–dimetil–pentano

Exemplo 5:

C C C CH2

C

C

C

C

C

HC

C

H

H

HH

HHH

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

1 2 3 4

5

6

7

CH H

H

C2H

5


A cadeia mais longa apresenta 7 átomos de carbono, tal como se

encontra assinalado na figura. Começando a contar da esquerda

(extremidade mais próxima do átomo de carbono que apresenta um

hidrogénio substituído), verificamos que na posição 2 o hidrogénio é

substituído por um grupo metilo, enquanto que nas posições 3, 4 e 5 há uma

substituição pelo grupo etilo. Assim, este composto tem o nome de 3,4,5–

trietil–2–dimetil–heptano.

Chama-se novamente a atenção de que a ordem de escrita dos

radicais é alfabética relativamente à primeira letra do prefixo do tipo de

radical e não ao prefixo indicativo do número de radicais.

ALCENOS

Estes compostos são semelhantes aos alcanos, mas apresentam, pelo

menos, uma ligação dupla na sua estrutura e agora o sufixo ou terminação é

ENO. A fórmula geral dos compostos que contêm apenas uma ligação dupla

é ,...4,3,2,2 nnn e H C


Tabela 4. – Primeiros seis alcenos de estrutura linear

Nome Fórmula

Molecular

Fórmula de Estrutura Condensada

eteno C2H4 CH2 = CH2

propeno C3H6 CH2 = CH – CH3

buteno

C4H8

CH2 = CH – CH2 – CH3

CH3 – CH = CH – CH3

penteno

C5H10

CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH = CH – CH2 – CH3

hexeno

C6H12

CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

NOMENCLATURA

Como pode ser observado na Tabela 4., para substâncias com 4 ou

mais átomos de carbono surgem várias formas de estrutura. Assim, a

nomenclatura dos alcenos passa, necessariamente, pela identificação das

posições das duplas ligações carbono–carbono. Tal como anteriormente o

nome do composto é determinado pelo número de átomos de carbono da

cadeia mais longa.

Por exemplo, para o buteno existem duas fórmulas possíveis:

CH2 = CH – CH2 – CH3 1 – buteno

CH3 – CH = CH – CH3 2 – buteno


Os números na designação 1–buteno e 2–buteno indicam a posição da

ligação dupla (entre dois átomos de carbono). O nome buteno significa que

se trata de um composto com 4 átomos de carbono na cadeia mais longa. É

ainda importante realçar que a fórmula CH3 – CH2 – CH = CH2 representa

também o 1–buteno, uma vez que neste caso a numeração mais baixa

significa que a contagem deve ter início no carbono mais à direita.

Estes dois compostos (1–buteno e 2–buteno) têm ambos a mesma

fórmula química, C4H8, mas apresentam fórmulas de estrutura diferentes,

correspondentes a diferentes posições da dupla ligação. Esta

aparentemente pequena diferença, é responsável pelas diferentes

propriedades físicas e químicas que existem entre estes compostos. Pode,

portanto, concluir-se que não é indiferente falar de um ou de outro.

Os compostos químicos que apresentam a mesma fórmula química

mas diferentes fórmulas de estrutura, são denominados isómeros, e serão

objecto de estudo no final deste capítulo.

Os alcenos que contenham mais do que uma ligação dupla devem ter,

no seu nome, a indicação do número de duplas ligações existentes, e quais

as respectivas posições. Esta indicação aparece entre o prefixo relativo ao

número de átomos de carbono na cadeia principal e antes do sufixo ENO, e

usam-se os termos di, tri, tetra, etc, consoante o número de ligações

duplas existentes.

Por exemplo, o composto de fórmula CH2 = CH – CH = CH – CH3 tem o

nome de 1,3–pentadieno, ou seja, apresenta duas duplas ligações situadas

no átomo de carbono 1 e no átomo de carbono 3.

Os alcenos ciclícos só são observados em compostos cujo número de

átomos de carbono é igual ou superior a 3. Nestes compostos, a numeração

dos átomos de carbono é importante para classificar radicais que possam

estar acoplados ao anel ou quando se está perante mais do que uma dupla

ligação. Por exemplo:


1,3–ciclopentadieno

C

C

C C

C

H

H

H

HH

H

1-metil–2,4,6–cicloheptatrieno

25

C

C

C C

C

C

C

2

34

5

6

7

1

HH

H

H

H

H

H

CH3

ALCINOS

Os alcinos são compostos análogos aos alcenos com a diferença de

conterem ligações triplas ao invés de duplas. A nomenclatura é em tudo

semelhante, sendo importante reparar que na diferença da terminação que

é, agora, o sufixo INO.

A fórmula geral dos alcinos é ,...4,3,2,2–2 nnn e H C

As regras de nomenclatura enunciadas para os alcenos são também

aplicáveis aos alcinos. Na tabela 5. apresentam-se os primeiros seis alcinos

de estrutura linear.

Também, neste caso, e como pode ser observado na Tabela, para

substâncias com 4 ou mais átomos de carbono, surgem várias formas de

1


estrutura. A nomenclatura dos alcinos passa, necessariamente, pela

identificação das posições das ligações triplas entre os átomos de carbono.

Por exemplo, quando nos referimos ao pentino (C5H8), devemos distinguir

entre:

CH C – CH2 – CH2 – CH3 1 – pentino

CH3 – C C – CH2 – CH3 2 – pentino

Tabela 5. – Primeiros seis alcinos de estrutura linear

Nome Fórmula Química Fórmula de Estrutura

Condensada

etino C2H2 CH CH

propino C3H4 CH C – CH3

butino C4H6 CH C – CH2 – CH3

CH3 – C C– CH3

pentino C5H8 CH C – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – C C – CH2 – CH3

hexino

C6H10

CH C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – C C – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – C C – CH2 – CH3


REGRAS GERAIS DE NOMENCLATURA:

1. A cadeia é numerada de tal forma que a soma dos números que se

atribuem aos grupos substituintes seja a menor possível;

2. Dois substituintes idênticos ligados ao mesmo átomo de carbono

são indicados cada um com um número;

3. A numeração dos substituintes numa cadeia lateral começa no

átomo de carbono ligado à cadeia principal;

4. Dois ou mais substituintes são denominados por ordem alfabética;

5. Os nomes dos substituintes são separados por traços e os números

por vírgulas.

ALCANOS

São denominados com prefixos indica-tivos do número de átomos de carbono da cadeia mais longa e apresentam a terminação ano

ALCENOS

São denominados com prefixos indicati-vos do número de átomos de carbono da cadeia mais longa que contém a dupla liga-ção e apresentam terminação eno;

Os átomos da cadeia principal são numerados a partir da extremidade mais próxima da dupla ligação. Se esta esti-ver no centro da ca-deia, numera-se a partir da extremida-de que dá índices mais baixos para os grupos substituintes.

O número indicati-vo da dupla ligação coloca-se no início, separado do nome do alceno por um traço.

ALCINOS

São denominados com prefixos indicati-vos do número de átomos de carbono da cadeia mais longa que contém a tripla liga-ção e apresentam a terminação ino;

Os átomos da cadeia principal são numerados a partir da extremidade mais próxima da tripla ligação;

O número indicati-vo da tripla ligação coloca-se no início, separado do nome do alcino por um traço.


2. GRUPOS FUNCIONAIS

A maior parte das substâncias orgânicas pode ser agrupada num

número relativamente pequeno de classes, de acordo com o seu grupo

funcional. Designa-se por grupo funcional,o grupo de átomos que é, em

grande parte, responsável pelo comportamento químico da molécula em que

está inserido. Moléculas diferentes, que contêm o mesmo grupo funcional,

apresentam reacções químicas semelhantes. Assim, pode-se estudar e

compreender a maior parte das substâncias orgânicas se se conhecerem as

características do grupo funcional.

Na Tabela 6. são apresentados alguns exemplos de classes ou famílias

de compostos e os respectivos grupos funcionais. As designações R1 e R2 são

usadas para indicar a existência de cadeias laterais, que podem ser

constituídas por átomos de carbono ou por átomos de outros elementos.


Tabela 6. – Famílias de compostos e correspondentes grupos funcionais

Famílias Grupo Funcional

Derivados Halogenados R1 –– X

(X representa um halogénio)

Álcoois OHR1

Éteres OR1 R2

Cetonas

O

C R1R2

Aldeídos

O

C HR1

Ácidos carboxílicos C

O

R1

OH

Ésteres C

O

R1

O R2

Amidas

Aminas N

HH

R1

Aminoácidos C

O

OH

H2N C

H

R1

C

O

R1

NH2

C

O

R1

NH2


DERIVADOS HALOGENADOS

Estes compostos resultam da substituição de um ou mais átomos de

hidrogénio da cadeia de um hidrocarboneto alifático, por um elemento do

grupo dos halogéneos: flúor, cloro, bromo ou iodo. A presença destes

elementos deve, por conseguinte, aparecer discriminada no nome do

composto, bem como a sua posição na cadeia principal. As regras de

nomenclatura são as mesmas e os radicais alquilo, ordenados

alfabeticamente, precedem o nome da cadeia principal.

No caso dos halogéneos estarem inseridos em cadeias com ligações

duplas ou triplas, a numeração da cadeia principal deve ser feita de modo a

que a múltipla ligação tenha o menor número possível.

Vejamos alguns exemplos:

H

C

H

C

Cl

C H

H

C

H

H

H HH

2–cloro–butano

27

C

H

H

H C

H

H

C

Br

H

C

Cl

Cl

C

H

H

H

3–bromo–2,2–dicloro–pentano

C

F

H

I C

H

Br

C

H

H

CH

H

3–bromo–4–fluor–4–iodo–1–buteno


29

C

H

H

H C C C

H

Cl

C

H

C

H

H

C

H

H

CH3

H1 3 4 5 6 72

4–cloro–5–metil–2–

heptino

ÁLCOOIS

Os álcoois, substâncias muito conhecidas e utilizadas no dia-a-dia,

são compostos derivados dos hidrocarbonetos alifáticos e obtidos por

substituição de um ou mais átomos de hidrogénio pelo grupo funcional

álcool, –OH, também designado por grupo hidroxilo, hidroxi ou grupo ol.

O nome de um álcool é obtido adicionando a letra l à designação do

hidrocarboneto que está na sua origem.

Analogamente ao que se observou para os alcenos e alcinos, podemos

ter álcoois com a mesma fórmula molecular mas com diferentes fórmulas de

estrutura, sendo portanto, necessário especificar a posição do grupo

funcional.

Relembrem-se algumas das regras de nomenclatura:

começa-se por identificar a cadeia mais longa de átomos de

carbono à qual o grupo OH está ligado;

a numeração é iniciada pelo lado mais próximo do grupo OH;

a indicação da posição do grupo é feita pela adição do respectivo

número antes do nome;

se no mesmo composto existir mais do que um grupo OH, essa

informação é dada pelo prefixo numérico colocado entre o nome e

a terminação ol;

Alguns exemplos de nomenclatura e respectivas fórmulas de estrutura

são apresentados na Tabela 7., para os seis primeiros membros da série.


Tabela 7.– Seis primeiros álcoois da série

Nome Fórmulas de Estrutura Nomenclatura

metanol CH3OH

etanol CH3 – CH2OH

propanol CH3 – CH2 – CH2OH

CH3 – CHOH – CH3

1 – propanol

2 – propanol

butanol CH3 – CH2 – CH2 – CH2OH

CH3 – CH2 – CHOH – CH3

1 – butanol

2 – butanol

pentanol

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH

CH3 – CH2 – CH2 – CHOH – CH3

CH3 – CH2 – CHOH – CH2 – CH3

1 – pentanol

2 – pentanol

3 – pentanol

Um exemplo de um álcool com mais do que um grupo hidroxilo é:

C

H

H

H C

OH

H

C

OH

H

C H

H

H

2,3–butanodiol

Estes compostos podem ainda ser classificados em função do tipo de

átomo de carbono ao qual o grupo funcional OH está ligado. Assim, se o

grupo hidroxilo se encontrar ligado a um átomo de carbono que , por sua

vez, está ligado a um só átomo de carbono, o álcool é considerado um

álcool primário:


C

H

H

H C

H

H

C

OH

H

H

1–propanol

No caso do grupo hidroxilo se encontrar ligado a um átomo de

carbono que, por sua vez, se encontra ligado a dois átomos de carbono,

então trata-se de um álcool secundário:

31

C

H

H

H C

OH

H

C

H

H

H

2–propanol

No caso do grupo funcional OH se encontrar ligado a um átomo de

carbono que está ligado a 3 átomos de carbono, então trata-se de um álcool

terciário:

C

H

H

H C

OH

CH3

C

H

H

H

2–metil–2–propanol


ÉTERES

Os éteres são compostos caracterizados por apresentarem um átomo

de oxigénio no meio de dois grupos alquilo. O nome destes é sempre

precedido pela palavra éter seguida do nome (por ordem alfabética) dos

respectivos grupos alquilo, tendo o último a terminação ílico. Quando os

dois grupos alquilo são iguais, o nome deste é precedido do prefixo di, para

informar da igualdade dos mesmos.

Analisemos alguns exemplos:

C

H

H

H C

H

H

HO

éter dimetílico

C

H

H

H C

H

H

CO

H

H

H

éter etilmetílico

C

H

H

H C

H

C

H

C

H

H

HO

H H

éter metilpropílico


CETONAS

Estes compostos são caracterizados pela presença de um átomo de

carbono secundário (isto é, ligado a dois átomos de carbono) com uma dupla

ligação a um átomo de oxigénio. Este grupo, representado por

O

C R1R2

é designado por grupo carbonilo.

A nomenclatura obedece às regras anteriormente enunciadas, mas

agora com o sufixo ona.


C C

H

C

O

H

H H

HH

propanona (conhecida

comercialmente por acetona)

C

H

H

C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

H

C

O

2–pentanona

C

H

H

H

C

H

H

C

H

H

H

C

O

C

H

H

3–pentanona

Analogamente ao que já foi observado anteriormente, a posição do

grupo carbonilo pode variar, levando à escrita de fórmulas isómeras; assim,

o nome destes compostos é precedido por um número indicativo da posição

do grupo carbonilo.


ALDEÍDOS

Os aldeídos são compostos que apresentam o grupo carbonilo sempre

num átomo de carbono primário, ou seja, numa das extremidades da

molécula:

O

C HR1

e apresentam a terminação al.

40

C

H

H

H

CO

H

etanal

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H

CO

H

butanal

Como se poderá facilmente constatar, não é necessário indicar a

posição do grupo funcional, uma vez que este ocorre sempre num dos

extremos da molécula. Contudo, a numeração dos átomos da cadeia mais

longa, deverá ter início na extremidade na qual se encontra o grupo

funcional. Vejamos alguns exemplos:

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

H

C

H

H

O

Br

3–bromopentanal


C

H

H

C

Br

H

C

H

C

H

H

C

H

H

O

H

4–bromopentanal

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Os ácidos carboxílicos são compostos que apresentam o grupo

funcional carboxilo, –COOH, numa das extremidades da cadeia; este átomo

de carbono liga-se por uma dupla ligação a um átomo de oxigénio e por uma

ligação simples a um grupo hidroxilo, –OH.

O nome destes compostos é sempre precedido pela palavra ácido,

seguindo-se o prefixo indicativo do número de átomos da cadeia principal

que contém o carbono do grupo funcional sendo a terminação em nóico.

Alguns exemplos são:

CO

OH

H

ácido metanóico

(também conhecido por ácido

fórmico)

C

H

H

H

CO

OH

ácido etanóico


acético e constituinte principal do

vinagre)


44

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H

CO

OH

ácido butanóico

C

H

H

H C

H

C

H

OOH

ácido 2–hidroxi–propanóico


láctico)

ÉSTERES

Os ésteres são compostos que apresentam o seguinte grupo funcional:

C

O

R1

O R2

São substâncias que derivam dos ácidos carboxílicos, por substituição

do átomo de hidrogénio do grupo hidroxilo (–OH), por um radical alquilo (R2)

e o radical R1, que pode ser um grupo alquilo ou um átomo de hidrogénio.

A nomenclatura dos ésteres faz-se juntando o sufixo ato ao nome do

radical do ácido (R1), seguido do nome do radical do álcool (R2).



H

C

H

C

H

H

H

CO

O C

H

H

H

Radical R1 – propanoato (deriva do ácido propanóico)

Radical R2 - metilo

Logo, o nome deste composto é propanoato de metilo.

C

H

H

C

H

H

H

C

H

H

CO

O

H

O nome deste composto é metanoato de propilo

Os ésteres são substâncias bastante usadas no fabrico de perfumes e

como aromatizantes. O cheiro e sabor característico de alguns frutos deve-

se à presença destes compostos, embora em pequenas quantidades. Alguns

exemplos são:

C

H

H

H

C

H

H

CO

O

H

metanoato de etilo

(responsável pelo sabor do rum)

Neste caso, o radical R1 é derivado do ácido metanóico, assumindo portanto a designação de metanoato e o radical R2 é um grupo propilo (3 átomos de

carbono).


C

H

C

H

HC

HC

O

O

H H

C

H

C

HC

H

H

H

H H H

Este composto, responsável pelo sabor da banana, tem o nome de etanoato

de pentilo

AMIDAS

As amidas são compostos derivados dos ácidos carboxílicos que

apresentam o seguinte grupo funcional:

São obtidos, por substituição do grupo funcional hidroxilo, por um grupo –

NH2. Pode, ainda, verificar-se a substituição de um ou de ambos os átomos

de hidrogénio deste grupo por radicais alquilo, originando, respectivamente,

amidas secundárias ou terciárias.

Assim, a nomenclatura destas substâncias é diferente consoante

forem amidas primárias, secundárias ou terciárias.

Se o grupo NH2 não se encontrar substituído, o nome da amida

primária é construído a partir do correspondente ácido, substituindo a

terminação ÓICO por AMIDA:

C

O

R1

NH2


C

H

H

H

CO

NH2

C

H

H

C

H

H

H

C

H

H

CO

NH2

Etanamida, pois é um derivado do Butanamida, pois é um derivado

ácido etanóico (2 átomos de carbono). do ácido butanóico (4 átomos de

carbono)

Se um dos átomos de hidrogénio se encontra substituído por um radical

alquilo, o nome da amida secundária é precedido pela letra N (indicativo de

que um dos hidrogénios foi substituído) seguindo-se o nome do radical

substituinte.

CO

C

H

H

HN

CH3

H

Trata-se de uma amida

secundária, derivada da amida

primária de nome etanamida.

Como um dos átomos de

hidrogénio foi substituído por um

grupo metilo, então esta

substância tem o nome de N–

metiletanamida

Se ambos os átomos de hidrogénio são substituídos por um radical

alquilo, o nome da amida terciária é precedido por N,N (indicativo de que

ambos os átomos de hidrogénios foram substituídos), seguindo-se os nomes

dos radicais substituintes.

CO

C

H

H

HN

CH3

CH3

Trata-se de uma amida terciária,

derivada da amida primária de

nome etanamida.

Como ambos os átomos de

hidrogénio foram substituídos por

dois grupos metilo, então esta

substância tem o nome de N, N–

dimetiletanamida


AMINAS

As aminas são substâncias que derivam do amoníaco, NH3, por

substituição parcial ou total dos átomos de hidrogénio por radicais alquilo e

são representadas por:

N

HH

R1

Quando há a substituição de apenas um átomo de hidrogénio, trata-se

de uma amina primária, de dois trata-se de uma amina secundária e dos

três átomos de hidrogénio trata-se de uma amina terciária.

A nomenclatura destes compostos é construída a partir dos nomes,

por ordem alfabética, dos radicais alquilo substituintes, sempre com a

terminação AMINA.

N+

C

H

H

H

H

H

49

Esta é uma amina primária de

nome metilamina

N+

C

H

H

H

CH3

H

Amina secundária de nome

dimetilamina

N+

C

H

H

H

CH2

H

CH3

Amina secundária de nome

etilmetilamina. Note que os

grupos substituintes são

diferentes.


N+

C

H

H

H

CH2

CH3

CH2CH

3

Amina terciária de nome

dietilmetilamina

AMINOÁCIDOS

Como o nome indica estes compostos englobam dois grupos

funcionais, o grupo carboxilo, –COOH, e o grupo amina, –NH2, e são

representados por:

C

O

OH

H2N C

H

R1

C

O

R1

NH2

São compostos de grande importância pois são as unidades

constituintes das proteínas, substâncias fundamentais em quase todos os

processos vitais.

Estas substâncias são normalmente conhecidos por nomes que não são

os indicados pela I.U.P.A.C., como é o caso da glicina, que é o aminoácido

mais simples:

53

C

H

H

CN

H

H

OH

O

De acordo com as regras de

nomenclatura esta substância tem

o nome de ácido 2–amino–etanóico


É de salientar que existem cerca de 20 aminoácidos essenciais e que é

a sequência ou ordem pela qual se ligam, que confere especificidade às

proteínas, o que não é objecto desta disciplina.

COMPOSTOS AROMÁTICOS

Os hidrocarbonetos aromáticos tomam esta designação devido aos

odores intensos que frequentemente apresentam.

O benzeno, descoberto em 1826, é o composto cuja estrutura está na

origem desta classe de compostos orgânicos. Esta substância, de fórmula

química C6H6 pode ser representada por uma estrutura em anel. Contudo, se

se considerar a descrição da molécula em termos de orbitais atómicas,

verifica-se que não é possível a fixação das várias ligações dentro do anel

hexagonal tratando-se de um híbrido de ressonância entre várias estruturas:

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Estas representações teóricas, designadas por estruturas de Kékulé

ou híbridos de ressonância, ilustram o facto de a estrutura do benzeno não

corresponder às formas descritas por I nem por II, mas sim a uma situação

intermédia entre estas duas estruturas. Além disto, e porque as formas I e II

são exactamente equivalentes e apresentam a mesma estabilidade, o

híbrido de ressonância está igualmente relacionado com cada uma delas.

Contudo, isto não significa que as molécula do benzeno correspondam,

metade à estrutura I e metade à estrutura II nem que a molécula do

benzeno oscile entre uma e outra. As moléculas do benzeno são todas

I II


idênticas umas às outras e, cada uma delas, tem uma estrutura intermédia

entre I e II.

É ainda de salientar que o facto de desenharmos duas estruturas para

representar o benzeno não significa que qualquer delas tenha existência

real; as duas figuras são necessárias, por um lado, devido às nossas

limitações em representar as moléculas e por outro, porque qualquer delas

por si só, não bastaria para representar a molécula do benzeno.

É esta característica de ressonância electrónica que confere à

molécula do benzeno o seu carácter de aromaticidade.

Dado que esta descrição, através das estruturas de Kekulé, não é

nada prática, a aromaticidade do benzeno é vulgarmente representada por

uma das seguintes figuras:

ou

Este composto, tal como se observou para os hidrocarbonetos

alifáticos, pode apresentar derivados. Assim, o radical alquilo, formado pela

perda de um átomo de hidrogénio, é o radical fenil, de fórmula C6H5 –, e

representado por:

Na sequência do estudo que foi efectuado para os grupos funcionais,

podemos facilmente admitir que a este grupo fenil possa estar ligado

qualquer dos grupos funcionais anteriormente referidos. A nomenclatura

destes compostos aromáticos segue as regras IUPAC anteriormente

definidas.


Vejamos alguns exemplos e respectiva nomenclatura:

1. Quando um grupo hidroxilo, -OH, se liga a um anel de benzeno forma um

álcool aromático designado por fenol:

68

OH

2. Os éteres podem também conter radicais fenil, como se poderá observar

nos seguintes exemplos:

O

éter difenílico

O CH3

éter fenilmetílico

3. No caso das cetonas a nomenclatura é obtida através da indicação dos

grupos substituintes acrescido da terminação cetona:

CH3

C

O

Fenilmetilcetona

4. Quando o anel benzénico se liga ao grupo aldeído temos:

C

O

H

Benzaldeído


5. Quando o anel benzénico se liga ao grupo carboxilo obtém-se:

OH

C

O

Ácido benzóico

6. Alguns exemplos de ésteres aromáticos são:

CH3

O

C

O

Benzoato de metilo

75

C C

H

H

H H

H

C

O

O

Propanoato de fenilo

7. Como amida aromática tem-se:

C

O

NH2

Benzamida


8. No caso das aminas, em que um dos grupos substituintes é o radical fenil

temos:

N+

CH3

H

Fenilmetilamina

Note-se que todos os exemplos apresentados seguem as mesmas

regras de nomenclatura mas, agora, um dos radicais substituintes é o grupo

fenil.


3. Isómeros

A fórmula molecular de um composto, indica o tipo e o número de

átomos presentes num determinado composto. Alguns exemplos de fórmulas

moleculares são C2H6 ou C5H10O. Contudo, é frequente existir mais do que

um composto com a mesma fórmula molecular (por exemplo hexeno), ou

seja, é necessário recorrer às fórmulas estruturais para os diferenciar.

Compostos que apresentam a mesma fórmula química mas diferentes

fórmulas estruturais, têm o nome de isómeros. Estas diferenças nas

fórmulas estruturais podem ter origens diversas e, consequentemente,

podemos ter vários tipos de isomerismo.

ISOMERISMO ESTRUTURAL

Diz-se que estamos em presença de dois isómeros estruturais quando

as diferenças entre as respectivas fórmulas estruturais ocorrem no tipo de

cadeia, ou seja, na existência, ou não, de ramificações da cadeia carbonada

e da sua posição. Dentro deste conjunto podem-se ainda distinguir três sub–

conjuntos:


GRUPO FUNCIONAL

Diferente Igual

Cadeia carbonada

Diferente Igual

ISOMERIA FUNCIONAL ISOMERIA DE POSIÇÃO

ISOMERIA DE CADEIA

ISÓMEROS DE FUNÇÃO OU ISOMERIA FUNCIONAL

São compostos que, apresentando a mesma fórmula química,

pertencem a diferentes famílias, ou seja, diferem no grupo funcional.

Consideremos, por exemplo, o composto de fórmula química C2H6O e

vejamos as diferentes fórmulas de estrutura possíveis:

C

H

H

H

H

OH

C

H

etanol

C

H

H

H

C

H

H

H

O

éter dimetílico

De acordo com as representações, esta fórmula química pode

corresponder a um álcool ( o etanol) ou a um éter (o éter dimetílico). Pode-

se então dizer que estes dois compostos são isómeros de função.


Analisemos agora as estruturas a seguir representadas, que

correspondem à fórmula química C3H6O; a primeira é uma cetona, de nome

propanona, e a segunda representa um aldeído de nome propanal

C

H

H

H

C

H

H

H

C

O

propanona

C

H

H

H

C

H

C

HO

H

propanal

ISÓMEROS DE CADEIA OU ISOMERIA DE CADEIA

São compostos com a mesma fórmula química mas com cadeias

carbonadas principais de diferente tamanho. Por exemplo, para um

composto com fórmula química C4H10, podemos escrever dois isómeros de

cadeia:

C

H

H

H H

H

C

H

H

C C

H

H

H

butano, butano normal, ou n – butano

C

H

H

H

H

C

H

H

C H

CH3

2-metil-propano, iso–butano, ou i–butano

ISÓMEROS DE POSIÇÃO OU ISOMERIA DE POSIÇÃO

São compostos que apresentam uma ou mais ligações múltiplas ou um

grupo funcional em diferentes posições na cadeia carbonada principal.


Vejamos, por exemplo, o composto butanol (um álcool) que pode apresentar

o grupo hidroxilo, -OH, em duas posições diferentes na cadeia principal:

C

H

H

H H

H

C

H

H

C C

H

H

OH

1 – butanol

C

H

H

H H

H

C

OH

H

C

H

H

H

C

2 – butanol

Trata-se do mesmo composto, o butanol, onde apenas há uma

variação de posição do grupo funcional.

Um outro exemplo, mas em que a diferença reside na posição da

ligação dupla, é:

1 – buteno

C

H

H

C

H

C

H

C

H

H

H

H

2 – buteno

C

H

C C

H

H

H

C

H

HH

H


ISOMERISMO GEOMÉTRICO

São designados por isómeros geométricos, os compostos para os quais

a mesma fórmula química corresponde a idênticas fórmulas de estrutura

mas com diferente orientação espacial, isto é, o arranjo espacial da

molécula é diferente.

Este tipo de isomerismo é vulgarmente observado em torno de uma

dupla ligação entre dois átomos de carbono, uma vez que uma das

características da dupla ligação é a sua relativa rigidez quando comparada

com uma ligação simples. Este carácter de rigidez vai impedir que haja uma

rotação em torno da ligação dupla e, portanto, há uma diferente orientação

no espaço.

Cada um dos carbonos em torno da dupla ligação está ligado a dois

grupos de diferente dimensão. Quando os átomos, ou grupos de átomos

iguais, se posicionarem do mesmo lado da dupla ligação, então o nome da

respectiva configuração é precedido pela palavra CIS; quando, pelo

contrário, os átomos ou grupos de átomos iguais se posicionarem em lados

opostos da dupla ligação o nome da respectiva configuração é precedido

pela palavra TRANS.

Analisemos o composto de fórmula química C4H8. Este composto

apresenta duas fórmulas com arranjos espaciais distintos:

C C

CH3

CH3

H

H

trans 2 – buteno

C C

CH3

H H

CH3

cis 2 – buteno


ISOMERISMO ÓPTICO

Isómeros ópticos são compostos cujas moléculas não são

sobreponíveis às suas imagens no espelho. Duas estruturas são sobreponíveis

se, quando colocadas uma sobre a outra, as posições de todos os átomos

forem coincidentes. Aos isómeros que não são sobreponíveis dá-se o nome

de compostos quirais e aqueles que forem sobreponíveis com a sua imagem

são designados por compostos aquirais.

Verifica-se que as moléculas mais simples que apresentam este tipo

de isomerismo contêm pelo menos um átomo de carbono assimétrico, isto é

um átomo de carbono ligado a quatro átomos, ou grupos de átomos,

diferentes.

Consideremos o composto 2–bromo–butano, de fórmula CH3-CHBr-CH2-

CH3.

Começamos por tentar identificar um átomo de carbono assimétrico, ou

seja, ligado a quatro átomos ou grupos de átomos diferentes. Verificamos

que nestas condições está apenas o carbono na posição 2, que tem ligados a

si um grupo metil, um átomo de hidrogénio, um átomo de bromo e um grupo

etil. Assim, considerando o arranjo tridimensional em torno deste átomo de

carbono pode observar-se o objecto e a imagem num espelho plano,

obtendo-se desta forma os isómeros ópticos, também designados de

enatiómeros:

C

CH3

H

C2H

5

BrC

CH3

BrH

C2H

5

QUÍMICA ORGÂNICA LIÇÃO 14 - AEROUBI - Base de Dados

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