INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA

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

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.

Actualmente a Química Orgânica ou Química do Carbono, é definida como o ramo daQuímica que se dedica ao estudo dos compostos constituídos por átomos de carbonocombinados com um ou mais elementos. Muitos destes compostos resultam de  sínteses efectuadas em  laboratório e a  sua existência na natureza nem sempre é conhecida.

Os compostos orgânicos apresentam, normalmente, 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  ànatureza iónica e, consequentemente, são mais lentas;

• apresentam pesos moleculares frequentemente superiores a 1 000;

• são, frequentemente, uma fonte de alimento das bactérias.

A nomenclatura actualmente adoptada pela comunidade científica é baseada  nas  recomendações  da  International Union of Pure andApplied Chemistry (IUPAC).

Como é possível ter tantos compostos de carbono?Relembremos algumas das características deste elemento.O C está no Grupo 14 (IVA) da TP, ou seja apresenta 4 electrões de valência, sendo a sua configuração electrónica:

6C – 1s2 2s2 2p2

A  partir  da  regra  do  octeto,  é pouco  provável  que  este  elemento ganhe ou perca 4 electrões para formar respectivamente iões C4– ou iões C4+,  se partilhar mais 4 electrões passa  a estar  rodeado por 8 electrões de valência, tornando‐se estável ao formar quatro ligações covalentes com outros átomos, que poderão  ser de carbono ou de outros elementos.

1. Hidrocarbonetos

Os  hidrocarbonetos,  constituídos  por  apenas  dois  elementos (carbono e hidrogénio) são a base de todos os compostos orgânicos.

Cadeias lineares simples: Cadeias lineares ramificadas:

Anéis ou estruturas cíclicas: Anéis ou estruturas cíclicas ramificadas:

A nomenclatura destes compostos passa sempre pela  identificação da  cadeia  mais  longa  de  átomos  de  carbono  ligados,  sendo  as ramificações objecto de posterior classificação.

1.1. Alcanos – Hidrocarbonetos Alifáticos SaturadosEstes  compostos,  constituídos  por  C  e  H,  apresentam  apenas ligações simples entre os átomos de carbono que formam a cadeia.

Os alcanos, de  fórmula  geral CnH2n+2,  (n = 1,2,...)  ,  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 ANO;

Tabela 1. – Primeiros sete alcanos de cadeia linear

As fórmulas estruturais condensadas permitem visualizar a organização espacial da molécula e a correspondente identificação da cadeia carbonada.

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 CnH2n (n = 3,4,...)  , em que o número de átomos de carbono tem de ser igual ou superior a 3.

O nome do alcano é precedido pela palavra ciclo.

H2C CH2

CH2

H2C

H2C

H2C

H2C CH2

CH2 H2C

H2C

CH2

CH2

CH2

H2C

ciclobutano ciclopentano ciclo-hexano

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.

Os nomes destes grupos terminam em IL ou em ILO, consoante o tipo de molécula em estudo.

NOMENCLATURA DOS ALCANOSOs  nomes  dos  alcanos lineares  são  bastante  fáceis  de memorizar, 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.

EXEMPLOS:

2‐metilpropano 5–etil–2–metil–heptano

2,3–dimetil–pentano

trietil–2–dimetil–heptano

1.2. AlcenosEstes 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 CnH2n (n = 2,3,4,...)

A  nomenclatura  dos  alcenos passa,  necessariamente,  pela identificação  das  posições  das  duplas  ligações  C‐C.  Tal  como anteriormente o nome do composto é determinado pelo número de átomos de carbono da cadeia mais longa.

CH2 = CH – CH2 – CH3 1 – butenoCH3 – CH = CH – CH3 2 – buteno

Estes  2  compostos  têm  a  mesma  fórmula  química,  C4H8,  mas apresentam  fórmulas  de  estrutura  diferentes.  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.

1.3. AlcinosOs 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 CnH2n–2 (n = 2,3,4,...)

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.

2. Grupos Funcionais

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.

2.1. Derivados HalogenadosEstes 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.

2–cloro–butano 3–bromo–4–fluor–4–iodo–1–buteno

4–cloro–5–metil–2–heptino

2.2. 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.

Propan‐1‐ol Butano‐2,3‐diol

Propan‐1‐ol

Propan‐2‐ol

Butano‐1‐ol

Butan‐2‐ol

Pentan‐1‐ol

Pentan‐2‐ol

Pentan‐3‐ol

Os álcoois podem ser classificados em função do tipo de átomo de carbono ao qual o grupo funcional OH está ligado:

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;

Se  o  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;

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.

2–metil–propan‐2‐olPropan‐2‐olPropan‐1‐ol

2.3. ÉteresOs  éteres  são  compostos  caracterizados  por  apresentarem  um átomo de oxigénio no meio de dois grupos alquilo. O nome pode ser construído  utilizando  a  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.

éter metilpropílico

éter etilpropílicoéter dimetílico

2.4. CetonasEstes compostos são caracterizados pela presença de um átomo de carbono secundário com uma ligação dupla a um átomo de oxigénio.A nomenclatura obedece às  regras  anteriormente enunciadas, mas agora com o sufixo ona.

Pentan‐3‐ona

Pentan‐2‐onaPropan‐2‐ona

2.5. AldeídosOs  aldeídos são  compostos  que  apresentam  o  grupo  carbonilo(C=O) sempre num átomo de carbono primário, ou seja, numa das extremidades da molécula e apresentam a terminação al.

butanal 3–bromopentanal

2.6. Ácidos CarboxílicosOs  ácidos  carboxílicos são  compostos  que  apresentam  o  grupo funcional carboxilo, –COOH, numa das extremidades da cadeia.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 óico.

ácido etanóico(também conhecido por ácido acético e

constituinte principal do vinagre)

ácido 2–hidroxi–propanóico(também conhecido por ácido láctico)

2.7. ÉsteresOs  ésteres  são  compostos  que  apresentam  o  seguinte  grupo funcional: 

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).

R1 O

R2

O

propanoato de metilo

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.

2.8. AmidasAs  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.Se  o  grupo  NH2 não  se  encontrar  substituído,  o  nome  da  amidaprimária é construído a partir do correspondente ácido, substituindo a terminação ÓICO por AMIDA:

R1 NH2

O

Butanamida

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.

N–metiletanamida (amida secundária)

N,N–dimetiletanamida (amida terciária)

2.9. AminasAs  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

HR1

H

Quando  há a  substituição  de  apenas  um  átomo  de  hidrogénio, trata‐se  de  uma  amina primária,  de  dois  trata‐se  de  uma  aminasecundária e dos três átomos de hidrogénio trata‐se de uma aminaterciária.A nomenclatura destes compostos é construída a partir dos nomes, por ordem alfabética, dos radicais alquilo substituintes, sempre com a terminação AMINA.

Metilamina (amina primária)

N

H

C

HH

H

H N

CH3

C

HH

H

H

Dimetilamina (amina secundária) 

3. Compostos AromáticosOs hidrocarbonetos aromáticos  tomam esta designação devido aos odores intensos que frequentemente apresentam.O benzeno, descoberto em 1826, é o composto cuja estrutura estána origem desta classe de compostos orgânicos. Esta substância, de fórmula química C6H6 pode ser representada por uma estrutura em anel.

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

ou

A ressonância electrónica é que confere à molécula do benzeno o seu carácter de aromaticidade.

4. IsómerosCompostos 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.

ISOMERIA FUNCIONALSão compostos que, apresentando a mesma fórmula química, pertencem a diferentes famílias, ou seja, diferem no grupo funcional.

ISOMERIA DE CADEIASão compostos com a mesma fórmula química mas com cadeias carbonadas principais de diferente tamanho.

ISOMERIA DE POSIÇÃOSão compostos que apresentam uma ou mais ligações múltiplas ou um grupo funcional em diferentes posições na cadeia carbonada principal.