Simplificações para Fórmulas Estruturais

Às vezes a fórmula estrutural plana de um composto orgânico pode se tornar muito grande e complexa se representarmos todas as ligações entre os átomos. Por esta razão é comum simplificarmos as fórmulas não mostrando algumas ligações, colocando-se apenas um átomo ao lado do outro.

Também é possível representar a cadeia carbônica por linhas em ziguezague formando vértices. Cada vértice indica um átomo de carbono.

Os átomos de hidrogênio que se encontram ligados aos átomos de carbono não são representados, pois é preceito preestabelecido que as ligações de carbono que estiverem faltando estão sendo feitas com hidrogênio.

Apenas átomos diferentes de carbono e hidrogênio são representados por seus símbolos e são ligados à cadeia carbônica por uma linha menor do que aquela que forma o ziquezague.

As ligações duplas e triplas são representadas normalmente.

Observe alguns exemplos:

Em compostos cuja molécula apresenta cadeia cíclica podemos levar simplificar desenhando apenas a forma geométrica da cadeia tendo em vista as seguintes considerações:

Cada vértice da figura geométrica representa um átomo de carbono, e alinha entres os vértices, o tipo de ligação. Se há um aligação dupla entre os àtomos de carbono no ciclo, ela deve ser representada por uma linha dupla.

Outros átomos, ou grupos de átomos diferentes de hidrogênio, devem ser representados com suas respectivas ligações.

Classificação de Carbonos sp³

A classificação de determinado átomo de carbono sp³ (que faz 4 ligações simples) em uma cadeia carbônica apresenta como único critério o número de carbonos que estão ligados a ele.

Assin temos:

Veja abaixo uma imagem ilustrando a classificação dos carbonos:

Classificação de compostos

É comum classificar os compostos orgânicos num dos seguintes grupos:

Finalizamos aqui os princípios mais básicos da Química Orgânica, para ver a parte 1 e 2 clique nos links abaixo:

Princípios fundamentais da Química Orgânica – II
Princípios fundamentais da Química Orgânica – I

O que é Ressonância

Se uma molécula que possui ligações covalentes do tipo r pode ser representada por duas ou mais fórmulas estruturais diferentes apenas se trocando a(s) ligação(ões) r de lugar e se, experimentalmente, for constatado que a estrutura real da molécula é intermediária às formas esperadas teoricamente, conclui-se que a substância sofre ressonância.

Considere, por exemplo, a molécula de benzeno, C₆H₆, cuja fórmula estrutural pode ser representada por uma das seguintes maneiras:

Essas estruturas, denominadas formas canônicas do benzeno, embora representem adequadamente a molécula, não possuem existência física real.

Experimentalmente, verifica-se que o benzeno é na verdade um híbrido de ressonância dessas duas formas canônicas.

O fenômeno da ressonância pode ser confirmado pela técnica de difração com raios X, que consiste basicamente no seguinte: um feixe de raios X atravessa uma amostra de uma substância simples cristalina que contém átomos ou íons de um único elementos químico (por exemplo, carbono diamante ou carbono grafita). Esses átomos ou íons provocam um desvio na trajetória do feixe de raios X que incide sobre eles. O desvio é registrado numa chapa fotográfica. Essa imagem permite perceber a posição dos núcleos do átomos no material e a distância (d) que há entre eles, assim como os ângulos entre as ligações que os mantêm juntos.

Utilizando-se esse recurso, mede-se o comprimento da ligação (distância entre os núcleos de dois átomos ligados) dos carbonos.

Assim, o modelo mais fiel à estrutura da molécula de benzeno, de acordo com os dados experimentais, é representado a seguir, o círculo tracejado indica o movimento contínuo e deslocalizado dos elétrons r dos átomos de carbono.

Torbern Olof Bergman

A primeira separação da Química em Inorgânica e Orgânica ocorreu porvolta de 1777 pelo químico Torbern Olof Bergman, e ficou constituído como:

Com base nessa definição, Jöns Jacob Berzelius formulou a teoria da força vital, ou vitalismo, no qual os compostos necessitavam de uma força maior para serem sintetizados, por isso o nome força vital, ele acredita que essa força maior era a força da vida. Em 1828 Friedrich öhler, aluno de Berzelius, conseguiu sintetizar em laboratório a uréia (CO(NH2)2(s) pelo simples aquecimento de um composto inorgânico extraídode minerais, o cianto de amônio NH₄OCN_(s).

Após os cientistas perceberem que a definição de Torbern Olof Bergman para Quimica Orgânica não era adequada, o químico Friedrich August Kekulé percebendo que o a presença constante do carbono em compostos orgânicos propôs a definição que é aceita atualmente:

Jöns Jacob Berzelius

Sendo assim, a Quimica Inorgânica é a parte da quimica que estuda os compostos dos demais elementos e alguns poucos compostos do elemento carbono, que são denominados compostos de transição, ou seja, compostos que possuem o carbono, mas têm propriedades semelhantes às dos compostos inorgânicos.

Dentre eles podemos citar o gás carbônico CO2, monóxido de carbono CO, cianeto de Hidrogênio HCN e o isocianeto de hidrogênio HCNO.

Com a síntese da uréia, Wöhler deu início a um grande campo de pesquisa, o das sínteses orgânicas. Hoje sãoconhecidos por volta de 7 milhões de compostos orgânicos e apenas 200 mil inorgânicos.

O Postulado de Kekulé

Entre 1858 e 1861, os químicos Friedrich August Kekulé, Archibald Scot Couper e Alexander M. Betherov, lançaram os três postulados que constituem as bases fundamentais da Química Orgânica.

Friedrich August Kekulé

Elementos Organógenos

Denominam-se elementos organógenos quatro elementos que formem praticamente todos os compostos da Química orgânica: C, H, O e N.

O carbono é tetravalente, o hidrogênio é monovalente, o oxigênio é bivalente e o Nitrogênio trivalente. Além desses elementos, há outros que também formam compostos orgânicos, só que em menor número, como o enxofre (bivalente), o fósforo (trivalente) e os halogênios (monovalentes): cloro, bromo, iodo e flúor.

A acetona forma-se, juntamente com outros produtos, na destilação seca da madeira. Em casos patológicos, bem como após um jejum prolongado, a acetona parece na urina humana.

Existem certos microorganismos capazes de produzir a acetona durante o metabolismo dos hidratos de carbono – Bacillus macerans e Clostridium acetumbutiricum. Esse fato tem sido aproveitado para fins técnicos de preparação desse composto.

O método de Piria foi, no passado, utilizado industrialmente para se obter acetona. Hoje em dia, é sintetizado a partir do acetileno, segundo o esquema:

Obs: Trata-se de uma reação estranha, difícil mesmo de ser compreendida.

A hidrogenação catalítica do isopropanol vem sendo usada, com muito sucesso, como processo industrial de preparação da acetona. Esse processo é identico ao da obtenção do formaldeído e do acetaldeído. Todavia desenvolveu-se um outro método de oxidação do isopropanol por meio de oxigênio do ar, na ausência de catalisadores.

420 – 460 ºC

(CH3)2CH-OH + O2 – (CH3)2C = O + H2O2

Obs: Essa reação constitui um bom processo de obtenção da água oxigenada.

Um método muito interessante, usado para preparar acetona industrialmente, consiste no rearranjo do hidroperóxido do cumeno. Fenol é preparado comercialmente nessa oxidação. O mecanismo desse rearranjo, que é catalisado por ácido, parece ser o seguinte:

A acetona, líquido incolor muito volátil, é largamente usada como matéria-prima para o preparo de diversas substâncias orgânicas. Todavia sua principal aplicação consiste ser solvente de inúmeros produtos, tais como acetato de celulose, lacas, resinas, acetileno, etc. É totalmente miscível com água, sendo também usada para homogeneização de misturas de solventes. Um derivado da acetona que apresenta ação hipnótica é o sulfonal (veja estrutura do composto abaixo).

A ruptura de ligações entre átomos pode ocorrer de modo homogêneo ou heterogêneo.

Ruptura Homolítica: a molécula é separada de modo igual para os radicais resultantes, ou seja, é uma cisão de ligação sem perda nem ganho de elétrons.

Quando a quebra da ligação é feita igualmente, cada átomo fica com seu elétron original da ligação, dando origem aos chamados radicais livres.

Radical livre: átomo com elétron desemparelhado, cuja carga elétrica é neutra.

Ruptura Heterolítica: a quebra da ligação é feita de modo desigual, ficando o par eletrônico com apenas um dos átomos da ligação.

Observe que uma das espécies ganha elétrons e a outra perde (formação de íons).
Rompendo-se heteroliticamente a ligação entre carbono e bromo, teremos um carbocátion e um íon brometo (ânion). Neste caso, o elemento bromo, como sendo mais eletronegativo, leva consigo o par eletrônico.

Mas o que aconteceria se o par de elétrons ficasse com o Carbono? Isto ocorre quando há uma quebra heterolítica entre a ligação de carbono e hidrogênio:

O carbono fica com o par eletrônico e colabora para a formação de um carbânion e um íon H+ (próton).

Reação de substituição, como o próprio nome já diz, é aquela em que ocorre na molécula a troca de um ligante.

Veja um exemplo de substituição por radical livre:

1ª etapa: formação do radical

Ruptura homolítica do Br2 e formação de radicais • BR: esta cisão na ligação covalente ocorre na presença de calor ou luz.

2ª etapa: ataque do radical Brometo ao Propano, causando a ruptura homolítica da ligação C ― H.

O ligante H da molécula de propano é substituído pelo ligante BR, originando o 1 -Bromo propano ou 2 – Bromo propano. A reação de substituição por radical livre é típica de alcanos.

Nota: As duas setas indicam que o radical Bromo pode substituir qualquer hidrogênio da estrutura.

Mecanismo de uma reação é o caminho pelo qual a reação se processa, ele descreve as várias etapas pelas quais ela passa.

A ruptura das ligações, os ataques eletrofílicos e nucleofílicos ao reagente orgânico, a formação de novas ligações e de compostos intermediários, tudo isso é demonstrado em um mecanismo. Vale lembrar que um mecanismo é proposto se baseado em experimentos, mas é apenas um modelo, não sendo um caminho obrigatório para a reação.

No mecanismo da reação influem vários fatores, como a natureza do solvente, polaridade das ligações, troca de elétrons, etc. Portanto, um determinado mecanismo nem sempre é a única maneira de se explicar a formação de determinado produto.

No caso das reações orgânicas, um mecanismo pode ocorrer de duas maneiras: ionicamente ou via radicais livres.

1. Mecanismo iônico: a ruptura heterolítica de uma ligação covalente dá início ao processo, originando íons (carbocátion e carbânion).

2. Mecanismo via radicais livres: a ruptura homolítica de uma ligação covalente forma radicais livres (muito instáveis e reativos).

Acompanhe o mecanismo de Halidrificação de Alcenos.

Podemos dividir o mecanismo em etapas:

1ª Etapa: A quebra homolítica de Ácido Bromídrico (H — Br) deu origem ao radical livre • Br, este reage com alceno e forma um novo radical.

Etapa intermediária: o radical livre ataca o hidrogênio polarizado do HBr.

Etapa final: Nesta etapa se forma o produto (1- Bromo propano) e um novo radical que reiniciará a reação.

Como se vê, a Halidrificação de Alcenos ocorre por Mecanismo via radicais livres.

Observação: Halidrificação pode ser entendida como Halogenação, uma vez que houve a adição de um Halogênio (Bromo) à molécula.

O mecanismo de uma reação é uma maneira didática (simulação) de mostrar passo a passo a formação de determinado produto, mas, contudo, explica o que acontece realmente na prática.

Em termos gerais, a reação de saponificação ocorre quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool.

A Reação de saponificação também é conhecida como hidrólise alcalina, através dela é que se torna possível o feitio do sabão. Falando quimicamente, seria a mistura de um éster (proveniente de um ácido graxo) e uma base (hidróxido de sódio) para se obter sabão (sal orgânico).

A equação abaixo demonstra este processo:

Éster + base forte → sabão + glicerol

Praticamente todos os ésteres são retirados de óleos e gorduras, daí o porquê das donas de casa usarem o óleo comestível para o feitio do sabão caseiro.

Equação genérica da hidrólise alcalina:

A equação acima representa a hidrólise alcalina de um óleo (glicerídeo). Dizemos que é uma hidrólise em razão da presença de água (H₂O) e que é alcalina pela presença da base NaOH (soda cáustica). O símbolo ∆ indica que houve aquecimento durante o processo. Produtos da reação de Saponificação: sabão e glicerol (álcool).

No fim do século XIX, as substâncias utilizadas no tratamento de doenças, na fabricação de produtos de limpeza e perfumes, só podiam ser encontradas em seus estados naturais. O desenvolvimento da Química Orgânica possibilitou a determinação das estruturas dos compostos presentes nesses produtos.

Esta evolução é devido a pesquisas e produção de inúmeras substâncias por reações feitas em laboratório. Os químicos reconhecem o composto e tentam produzi-lo por meio de reações orgânicas. É economicamente viável, pois é mais barato e mais fácil sintetizar uma substância do que extraí-la de uma fonte natural. Exemplo: a vitamina C pode ser obtida de fontes naturais ou pode ser produzida em laboratório, e sua composição é a mesma em ambos os casos.

As reações orgânicas podem ser classificadas de diversas maneiras, a mais comum é a que diferencia reações de adição, substituição e eliminação.

Reações de adição: correspondem às reações que tem uma configuração característica de hidrocarbonetos insaturados, como os alcenos, alcinos e dienos. Na reação por adição, há a junção de duas ou mais moléculas provocando a origem de unicamente um produto. Veja o exemplo:

Reações de substituição: um átomo ou grupo de átomos é substituído por um radical do outro reagente, ou seja, ocorre na molécula a troca de um ligante.

Reações de eliminação: os átomos na molécula do reagente orgânico diminuem, daí o nome da reação: eliminação. Nesse tipo de reação, ocorre a saída de ligantes de uma molécula sem que aconteça a substituição desses ligantes por outros.

No fim do século XIX e início do século XX, os produtos como os utilizados para tingimento de tecidos, na fabricação de produtos de limpeza e ainda as substâncias usadas na obtenção de remédios, eram todos retirados de fontes naturais. Graças ao desenvolvimento da Química Orgânica, foi possível determinar as estruturas dessas substâncias.

Uma vez conhecida a estrutura, era possível a produção do composto por meio de reações químicas, o que provocou uma revolução na indústria, já que em muitos casos é mais fácil e economicamente viável sintetizar uma substância, do que retirá-la de uma fonte natural.

Através de Reações Orgânicas é possível obter inúmeros produtos orgânicos, desde os mais simples até os mais complexos, que fazem parte de nosso cotidiano, como por exemplo, a vitamina C que possui a mesma composição, seja ela produzida em laboratório ou obtida de fontes naturais.

Veja outros artigos relacionados:

Tipos de Reações Orgânicas;

Mecanismos de Reações Orgânicas;

Reação de Saponificação;

Reação de Substituição;

Ruptura de Ligações.