Aula 2 Ligação e Estrutura Molecular

Qumica Orgnica ILigao e Estrutura Qumica

Prof. Dr. Alvaro [email protected]

Objetivos de aprendizagem

Ao termino desta aula, o aluno deve ser capaz de:

Descrever os conceitos fundamentais daestrutura atmica.

Explicar vrios aspectos das ligaes qumicas.

Discutir a relevncia das ligaes qumicas nasmolculas dos frmacos e as interaes frmaco-receptor

tomos, elementos e compostos

O elemento bsico de toda matria.

TOMO

Conjunto de varias partculas subatmicas

Eltrons (Eletres) Prtrons (Protres) Nutrons (Neutres)


Prtrons (+)

Nutrons

Nuvem de Eltrons

O ncleo

pequeno

em relao

nuvem de

eltrons.

Eltrons

fora do

ncleo.

O numero decamadas que se

afastam mais do

ncleo.

Nveis diferentes deenergia

A camada mais externa a mais alta


C12

6

Numero de massa

(numero de prtons +

numero de nutrons)

Numero atmico (# de

prtons

Smbolo qumico


ELEMENTOS COMPOSTOS

So substancias que contm tomos de

apenas um tipo.

So substancias que se formam quando h unio de dois ou

mais elementos.

O2 N2

Cl2

NaCl

HCl

H2O

Estrutura Atmica: orbitais e configuraes eletrnicas

Localizao dos eltrons IMPORTANTE!!!

A organizao cria as ligaes entre ostomos.

Reaes qumicas destinam-se apenas a formarnovas ligaes.

Os eltrons participam nas ligaes qumicas ereaes do tomo, ocupando um orbital.

O que um orbital!!!

Regio do espao que pode conter doiseltrons.

Os eltrons no se movimentam, mas estolimitados a regies denominadas camadas

Tem subcamadas chamadas de orbitais atmicos

Camada pode conter at 2n2 eltrons

1 Camada 2 Camada 3 Camada

1s 2s 2p 3s 3p 3d1 orbital 1 orbital 3 orbitais 1 orbital 3 orbitais 5 orbitais

2 e- 8 e- 18 e-

Configurao eletrnica

a organizao do eltrons nos orbitais, subcamadase camadas.

VALNCIA: # de eltrons que um tomo deve perder ouganhar para alcanar a configurao eletrnica de um gsnobre

Configurao eletrnica

Na Ne2 8 1 2 8

e-

2 8 7 2 8 8

e-

Cl Ar

Grupo IA

Valncia 1

Grupo VIIA

Valncia 1

LIGAO QUMICA

Do espanhol Enlace qumico ou do ingls Chemistry bond.

Geometria molecular

O2 H2O

H2

C

Fe

FeO

CH4

Possam se

combinar

*Propriedades so

diferentes aos de seus

elementos

LIGAO QUMICA

Todas as ligaes qumicas originam-se comoresultado das atraes e repulses entre as cargaseltricas (lei de Coulumb-foras eltricas e leis damecnica quntica-movimentao e distribuio).

Para quebrar um a ligao qumica

Energia = varias dzias de Kcal/mol

Homem = Energia utilizada ENERGIA QUMICA

Substituio de ligaes qumicas Alimentos e nos combustveis

Porque se unem os tomos?

Por interesse!!!!

Pelo consumo mnimo de energia, ou seja,maior estabilidade.

LIGAES QUIMICAS exercem um efeito profunda nas propriedades fsicas e qumicas

das substncias.CO

Respirado

Liga-se fortemente a certas

substncias presentes nas

hemcias

Mineralizao e incapacidade de

transportar Oxignio (O2)

Na e- Cl

TEORIAS DAS LIGAES QUMICAS: FORMAO DE LIGAES QUMICAS

Obter configurao estvel.

Gs nobre (exceo do He: 2 e-)

Oito e-

Configurao eletrnica de valncia estvel

e- de camadas preenchidas eltron interno

e- de camadas no preenchidas eltron de valncia

Hoje mais utilizado os smbolos de Lewis!!!

Prof. Gilbert Newton Lewis (1875-1946)

Externo

PROPRIEDADES GERAIS DAS LIGAES QUMICAS

1. So foras da natureza: eltrica ou eletromagntica.

2. Participam os e- mais externos ou de valncia.

3. A eletronegatividade influi no comportamento dostomos.

4. Os tomos conservam sua identidade porque aestrutura do seus ncleos no alterada, emboragera substncias com propriedades diferentes.

5. Os tomos estados de energia mais estvelporque h diminuio da energia potencial.

6. Geram-se mudanas de energia.

ESTRUTURA DE LEWIS

Fornecem informaes sobre os tomos que estoligados entre si e o numero total de pares de eltronsparticipantes.

Prof. Lewis observou que muitos elementos eram maisestveis quando continham oito eltrons em suas camadasde valncia.

Eletronegatividade: a atrao que um tomo exerce sobreos eltrons em uma ligao qumica

Elementos < 8 valncias de e- se ligavam para compartilhar e- e completar suas camadas de valncia.

ESTRUTURA DE LEWIS

Para construir o smbolo de Lewis para um elementoescrevemos seu smbolo qumico cercado por umnumero de pontos (ou de x ou crculos, etc).

C

.... H. Cl

.......GRUPO I-A II-A III-A IV-A V-A VI-A VII-A

Smbolo .X .X .X .X .X .. .. .

...... . . ..X...

..X....

ESTRUTURA DE LEWIS

Qual o smbolo Lewis do Germnio? (z=32)

Qual o smbolo Lewis do Zinco? (z=30)

Qual o smbolo Lewis do Sdio? (z=11)

ESTRUTURA DE LEWIS

Representar a formula do CH3F(fluorometano)

Vrios tipos de ligaes qumicas

Um tomo que ganhe e- nion (on negativo)

Um tomo que ganhe e- ction (on positivo)

Os metais tendem a perder e-

Os no metais tendem a ganhar e-

O tamanho dos tomos diminui de esquerda paradireita e aumenta de cima para baixo ao longo de umgrupo.

mais fcil acrescentar do que remover eltrons, retirar eltrons requer uma grande quantidade de energia

LIGAES INICAS (eletrovalente)

a transferncia de um ou mais e- entre tomos

Li F Li FTransferncia

de eltrons

O mais eletronegativo ganha eltrons: NIONO menos

eletronegativo ganha eltrons: CTION

LIGAES INICAS

Estabelea as ligaes inicas do NaCl

Estabelea as ligaes inicas do K2O

PROPRIEDADES DO COMPOSTOS INICOS

A temperatura ambiente so slidos cristalinos.

Elevado ponto de fuso e ebulio.

A atrao inica bidirecional.

Apresentam-se como condutores eltricos quandofundidos ou em dissoluo.

Os compostos inicos so um metal + no metal.

So tambm compostos inicos os formadossomente por no metais (NH4 e NO3)

A maioria dos compostos inicos so solveis emgua.

PROPRIEDADES DO COMPOSTOS INICOS

CTION NOME NION NOME

Na+1 Sdico F-1 Fluoreto

K+1 Potssico Cl-1 Cloreto

Mg+1 Magnsico S= Sulfeto

Ca+2 Clcico Br-1 Brometo

NH4-1 Amnio CO3= Carbonato

LIGAES COVALENTES

o compartilhamento de e- entre tomos

tomos iguais.

No h formao de ons.

A fora de ligao resulta da atrao entre este eltronscompartilhados e os ncleos positivos dos tomos queparticipam da reao.

LIGAES COVALENTES: polares e apolares

A maioria da ligaes nas molculas, principalmentenos medicamentos so do tipo covalente.

POLARESCompartilhamento desigual de eltrons (e-) entre dois

tomos

APOLARESCompartilhamento igual de

eltrons (e-) entre dois tomos

Cl......

H. .

H..H

LIGAES COVALENTES: polares e apolares

A polaridade da ligao medida pelo momentodipolo

HIBRIDIZAO: Superposio de orbitais atmicosgerando orbitais hbridos.

Sigma () Pi ()

* Nunca ocorre sozinho, sem

presena do sigma

ELETRONEGATIVIDADE E LIGAO QUMICA

a capacidade que tem um tomo ligado a um ou mais tomos de atraireltrons fortemente em sua direo.

Energia de dissociao das ligaes HOMOLISE E HETEROLISE

UNIO DE ATOMOS

SEPARAO DE ATOMOS

Liberam energia

Consumem energia

Energia de dissociao da ligao (D)

Dissociao D (Kj/mol)

CH4 CH3 + H D (CH3 H) 435

CH3 CH2 + H D (CH2 H) 444

CH2 CH + H D (CH H) 444

CH C + H D (C H) 339

Ciso Homoltica e Heteroltica

Ciso: dissociar molculas

HOMLISE Os dois tomos que

constituem a ligaocovalente, cada um vai paraseu fragmento

A : B A + B. .

Energia de dissociaes de ligaes

homolticas

HETERLISE Na qual os dois eltrons da

ligao vo para o mesmofragmento

A : B A + B..

Energia de dissociaes de ligaes

heterolticas

POLARIDADE

Polaridade das ligaes: quando eltronscompartilhados entre dois tomos no sonecessariamente compartilhados com igualdade.

N, O e halognios (Cl, F, I, Br) so mais eletronegativos queo C, por tanto vai ter cargas negativas parciais.

H:H

H H. .

+

H:F

H F. .

+

+ -

LIGAO POLARLIGAO APOLAR

Polaridade de ligaes

LIGAES POLARES

tomos de diferentes tendncias para atrair eltrons

ELETRONEGATIVIDADE

Polaridade = Diferencia de eletronegatividade

ELETRONEGATIVIDADE

ELEMENTOS MAIS USADOS NA QUMICA ORGNICA

F O Cl, N Br C, H

Conceitos e usos

A polaridade influencia fortemente as propriedadefsicas e qumicas.

Influencias sobre o p. f. / p. e.

Solubilidade.

A polaridade de uma ligao determina:

Reao em que pode participar.

Reatividade das ligaes vizinhas.

Polaridade da ligao e foras intermoleculares

Interaes dipolo-dipolo: interao entre umaextremidade positiva e outra negativa

Foras de Van Der Waals (foras de London): soforas de atrao relativamente fracas entremolculas apolares (alcanos: isobutano e butano)

Ligao de hidrognio: a fora de atrao entre ohidrognio fixado a um tomo eletronegativo de umamolcula e um tomo eletronegativo da mesmamolcula (intramolecular) ou de uma molculadiferente (intermolecular).

POLARIDADE

Polaridade das molculas: uma molcula ser polarse o centro de carga negativa no coincidir com ocentro de carga positiva.

Momento dipolo: diferena entre eletronegatividades

Significado da ligao qumica nas interaes frmaco-receptor

Como interagem os frmacos?

Receptores localizados nas macromolculas.

Reconhecimento do sinal qumico Ligante.

Para obter o feito desejado?

O frmaco tem que se ligar a 3 pontos do receptor

Frmacos que no precisam de receptores?

Superfcie externa da pele

Trato gastrointestinalAtuam por meio de

interaes qumicas.

Neutralizao do cido gstrico por anticidos


Diversos tipos de ligaes qumicas.

FARMACO + RECEPTOR COMPLEXO FARMACO-RECEPTOR FUNO ALTERADA

Ligaes Energia

Interaes covalentes 40-140 Kcal/mol

Inicas 10 Kcal/mol

on-dipolo 1-7 Kcal/mol

Dipolo-dipolo 1-7 Kcal/mol

Van der Waals 0,5-1 Kcal/mol

Ligao de hidrognio 1-7 Kcal/mol

Interaes hidrofbicas 1 Kcal/mol


Os frmacos mais uteis ligam-se por meio deligaes fracas INICAS E MAIS FRACAS.

INTERAO FRMACO-RECEPTOR IRREVERSVEL

Ligaes covalentes so forte e irreversveis

Mitomicina C Antramicina Cis-platina

Interferem com a funo do DNA

Mitomicina C Cis-platinaDNA (guanina)

Bibliografia

Solomons, TWG. QUMICA ORGNICA,2005.

McMurry, J. QUMICA ORGNICA, 2005.

Morrison, RT. QUMICA ORGNICA, 1996.

Barbosa, LCA. INTRODUO QUMICA ORGNICA, 2004.

Allinger, N. QUMICA ORGNICA, 2009.

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