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Unidade 03 - Grupos Funcionais e Nomenclatura

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Unidade 03 - Grupos Funcionais e Nomenclatura

  1. 1. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 1 GRUPOS FUNCIONAIS Uma consequência dos estudos de Laurent-Dumas, no início do século XIX, foi a evolução da “teoria dos tipos”. Todos os compostos, classificados como sendo de um dado “tipo”, apresentavam propriedades químicas similares. Esta teoria foi ampliada entre 1840-1850 através, principalmente, dos estudos de August Wilhelm Von Hofmann na Royal College of Chemistry e Alexander Williamson na University College, ambas em Londres. Hofmann estudou a relação existente entre a amônia e um grupo de compostos conhecidos como aminas, e mostrou que as aminas poderiam ser preparadas a partir de amônia, substituindo os seus hidrogênios por grupos orgânicos. Em sequência, também descobriu que todas as aminas apresentavam as propriedades básicas da amônia. Diante dos resultados de suas pesquisas, Hofmann classificou as aminas e a amônia como sendo do “tipo amônia”. N H H H N CH3 H H N CH3 H CH3 N CH3 CH3 CH3 amônia metilamina dimetilamina trimetilamina Ao mesmo tempo em que Hofmann estudava o “tipo amônia”, Williamson estudava a água, álcoois e éteres, concluindo que os álcoois e éteres constituiriam o “tipo água”. O H H amônia O H CH2CH3 etanol O CH3CH2 CH2CH3 etiléter As pesquisas de Hofmann e Williamson promoveram uma corrida entre os químicos, os quais passaram a agrupar a infinidade de compostos orgânicos em um número resumido de “tipos”, segundo suas características químicas. Por exemplo, o grupo hidroxila (HO-) na água reage prontamente com potássio para formar hidróxido de potássio e hidrogênio molecular. H2O + K K+OH- + 1/2 H2 De modo similar, o metanol também reage com potássio para formar metóxido de potássio e hidrogênio molecular. CH3OH + K CH3O- K+ + 1/2 H2 Graças a esta constância nas propriedades químicas do grupo hidroxila, não era mais necessário estudar em detalhes as reações de cada um dos álcoois. Ao invés disto, era possível estudar os álcoois como uma classe de compostos orgânicos caracterizados pelas propriedades químicas do grupo hidroxila. Esta feliz situação deu à química orgânica uma estrutura lógica e sistemática. Há um número de átomos ou grupos que apresentam uma relativa constância de propriedades, quando ligados a diferentes cadeias carbônicas. Na terminologia moderna, cada grupo de átomos é chamado de grupos funcionais. O grupo OH é um exemplo de grupo funcional.
  2. 2. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 2 O entendimento dos grupos funcionais será a chave para o entendimento das reações que sofrerão. A seguir, serão apresentados alguns dos mais importantes grupos funcionais, enfatizando suas características estruturais, suas nomenclaturas e algumas de suas principais propriedades físicas. Hidrocarbonetos Os hidrocarbonetos são compostos que contêm somente carbono e hidrogênio em suas estruturas, constituindo o que chamamos de cadeia carbônica. Os hidrocarbonetos foram subdivididos em duas principais classes no século XIX: hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos. Posteriormente, os hidrocarbonetos alifáticos foram subdivididos em três grandes grupos: alcanos, alcenos e alcinos. Alcanos são hidrocarbonetos onde todas as ligações químicas são simples, os alcenos contêm uma ligação dupla carbono-cabono, e os alcinos contêm uma ligação tripla carbono-carbono. Exemplos destes três grupos são mostrados abaixo. CH3 H CH3 H H H3C H colestano taxano CH3 H CH3 CH3 CH3 CH3 H H C H H H H metano -pineno3,3,5-trimetil-1-metilenocicloexano trans-ciclooctenoeteno C C H H H H H H -pineno3,3,5-trimetil-1-metilenocicloexano trans-ciclooctenoeteno C C H H H H H H O Cadeia de açúcar O O MeO HO S S SMe calicheamicin 4-octino etinilciclopropanoetino C CH H C C C C H Os hidrocarbonetos aromáticos também são conhecidos como arenos. Arenos têm propriedades muito diferentes dos hidrocarbonetos alifáticos. O mais importante hidrocarboneto aromático é o benzeno, no qual todos os carbonos são hibridizados sp2 .
  3. 3. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 3 O anel benzênico pode ter seus hidrogênios substituídos por diferentes grupos funcionais, e estão presentes em diversos compostos com atividades farmacológicas. serotonina cocaínabenzeno N H HO H2N N H3C CO2Me O O n-Alcanos Os n-alcanos têm a fórmula geral CnH2n+2 (n=1,2...) e constituem um grupo de hidrocarbonetos, nos quais uma cadeia de grupos -CH2- (metileno) tem em suas extremidades átomos de hidrogênio: H-(CH2)n-H. Tal grupo de compostos, os quais diferem entre si pelo números de unidades CH2, são conhecidos como homólogos um do outro. Os membros deste grupo são chamados de alcanos normais, ou simplesmente n-alcanos, para distingui-los dos alcanos ramificados. Os alcanos são também chamados de hidrocarbonetos saturados referindo-se à cadeia carbônica “saturada” de hidrogênios, isto é, cada carbono ligado a outro carbono está ligado a um número de hidrogênios suficiente para dar um número de covalência máxima de 4. Estrutura de n-Alcanos Os n-alcanos têm a fórmula geral CnH2n+2 (n=1,2...). O mais simples dos alcanos é o metano, CH4, o qual constitui uma significante porção das atmosferas de Júpiter, Saturno, Urânio e Netuno. O metano possui um carbono sp3 definindo uma geometria tetraédrica, na qual cada ligação sigma C-H é formada pela sobreposição de um orbital sp3 do carbono com um orbital s do hidrogênio. O comprimento da ligação C-H é cerca de 109 pm, e cada ângulo H-C-H é igual a 109,5º. O etano é, após o metano, o segundo componente mais abundante do gás natural, no qual sua quantidade varia de 5 a 10% dependendo de sua fonte.
  4. 4. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 4 1. Nomenclatura de Alcanos As recomendações mais recentes da IUPAC foram lançadas em 2004, e os nomes dos compostos definidos a partir destas regras são chamados de nomes sistemáticos. Inicialmente, devemos identificar a cadeia carbônica principal (mais longa), a qual definirá o nome do alcano. Veja o exemplo abaixo. Trata-se de um alcano com 9 carbonos na cadeia prindipal. O nome do alcano será formado formado da seguinte forma: Prefixo referente ao número de carbonos da cadeia principal, seguido do sufixo ano, onde an indica que só existem ligações sigma entre os átomos de carbono e a terminação o indica se tratar de um hidrocarboneto. Veja os exemplos na tabela abaixo; Portanto, a cadeia principal do exemplo anterior é definida como um nonano, pois possui 9 carbonos. Todavia, se houver uma competição entre duas cadeias de igual comprimento, escolha a cadeia com o maior número de substituintes. Substituintes são os grupos conectados à cadeia principal. Há duas cadeias com 7 carbonos, mas aquela à esqueda é escolhida por possuir três substituintes, já que aquela à direita tem apenas dois substuintes.
  5. 5. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 5 Veja outro exemplo de definição de cadeia principal. Há duas cadeias com 10 carbonos, mas aquela à esqueda é escolhida por possuir quatro substituintes, já que aquela à direita tem apenas dois substuintes. Uma vez que a cadeia principal tenha sido identificada, o próximo passo é listar todos os substituintes conectados a ela. Os substituintes são nomeados com a mesma terminologia usada para nomear as cadeias principais, porém substituímos o sufixo “ano” pelo sufixo “ila”. Confira no quadro a seguir.
  6. 6. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 6 A nomeação de substituintes alquílicos ramificados é mais complexa do que a nomeação de substituintes de cadeia linear. Por exemplo, considere o seguinte substituinte. Para nomeá-lo, comece colocando números no substituinte, afastando-se do cadeia principal: A seguir, coloque os números na cadeia linear mais longa presente no substituinte, e neste caso, existem quatro átomos de carbono. Este grupo é, portanto, considerado um grupo butila que tem um grupo metila ligado a ele na posição 2. Assim, esse grupo é chamado de grupo (2-metilbutila). Observe os nomes IUPAC (e/ou aceitos por ela) dos substitintes mais comuns na figura abaixo:
  7. 7. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 7 Exercícios: Para cada um dos seguintes compostos, identifique todos os grupos que seriam considerados substituintes e, em seguida, indique o nome sistemático, bem como o nome comum para cada substituinte: Depois de termos aprendido a definir a cadeia principal e a nomear os substituintes, devemos “montar” o nome sistemático de um alcano. Os átomos de carbono da cadeia principal serão numerados, e esses números são usados para identificar a localização de cada substituinte. Considere os seguintes dois compostos e observe que em cada caso, a localização do grupo metila é claramente identificada com um número, denominado localizador. Para atribuir o localizador corretamente, devemos numerar a cadeia principal adequadamente, o que pode ser feito seguindo apenas algumas regras:  o localizador deve ser atribuído o menor número possível. Por exemplo, numere de modo que o grupo metila esteja em C2 ao invés de C6. Quando vários substituintes estão presentes, atribua números de forma que o primeiro substituinte receba o menor número. No caso seguinte, numeramos a cadeia de origem de modo que os substituintes sejam 2,5,5 em vez de 3,3,6 porque queremos que o primeiro localizador seja o mais baixo possível.
  8. 8. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 8 Todavia, se houver empate, o segundo localizador deve ser o mais baixo possível: Se a regra anterior não desfazer o empate, então o localizador menor dever ser atribuído alfabeticamente. Quando um substituinte aparece mais de uma vez em um composto, um prefixo multiplicador é usado para identificar quantas vezes esse substituinte aparece no composto (di = 2, tri = 3, tetra= 4, penta = 5 e hexa = 6). Por exemplo, o composto abaixo seria chamado 1,1,3-trimetilcicloexano. Observe que:  hífen é usado para separar números de letras  vírgulas são usadas para separar números Os multiplicadores di, tri, tetra são utilizados quando necessários, mas não são considerados no ordenamento alfabético.
  9. 9. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 9 É importante salientar que prefixos iniciais, tais como sec- e terc- são ignorados no momento do ordenamento alfabético, exceto quando eles são comparados entre si: terc-butila precede isobutila, enquanto sec-butila precede terc-butila. 2. Nomenclatura de Cicloalcanos Cicloalcanos são nomeados, no âmbito do sistema IUPAC, adicionando o prefixo ciclo ao nome do alcano não-ramificado com o mesmo número de carbonos do anel. Em cicloalcanos substituídos, os grupos substituintes são identificados na forma habitual, isto é, suas posições serão especificadas pela numeração dos átomos de carbono do anel, na direção que der o menor número para os substituintes no primeiro ponto de diferença. Exercícios: Nomeie os seguintes compostos segundo as regras da IUPAC. Assista a vídeo-aula: Alcanos e Cicloalcanos (https://www.youtube.com/watch?v=WvvjkXn6QMI&feature=youtu.be)
  10. 10. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 10 3. Nomenclatura de Biciclos Os compostos que contêm dois anéis fundidos são chamados compostos bicíclicos, e eles podem ser desenhados de maneiras diferentes, mas o processo de nomeação dos biciclos é muito semelhante à nomeação de alcanos e cicloalcanos. Nós seguiremos o mesmo procedimento de quatro etapas: 1. Definir a cadeia principal e o prefixo associado ao número de carbonos. 2. Listar os substituintes da cadeia principal. 3. Numerar a cadeia de modo que os substituintes tenham os menores numeradores. 4. Organizar alfabeticamente os substituintes na frente do nome da cadeia principal, lembrando do uso correto de:  vírgulas (entre números)  hífens (entre números e letras)  abstrair “h” quando necessário  eliminar espaços onde não existem  Porém existem algumas diferenças/peculiaridades na nomenclatura de biciclos. Para sistemas bicíclicos, o termo "biciclo" é introduzido no nome raiz. Por exemplo, o composto a seguir é composto por sete átomos de carbono e é por isso chamado bicicloeptano (em que o prefixo é bicicloept). O problema é que este prefixo não é específico o suficiente. Para ilustrar isto, considere os dois compostos seguintes, os quais são chamados bicicloeptano, têm sete carbonos. No entanto, os compostos são claramente diferentes, o que significa que o nome base precisa conter mais informações. Especificamente, deve indicar a maneira pela qual os anéis são construídos (a constituição do composto).
  11. 11. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 11 A fim de fazer isso, temos de identificar as duas cabeças de ponte.Estes são os dois átomos de carbono, onde os anéis são fundidos em conjunto: Há três caminhos diferentes que ligam estas duas pontes. Para cada caminho, conte o número de átomos de carbono, excluindo as próprias pontes. No composto anterior, há  um caminho tem dois átomos de carbono,  um outro caminho tem dois átomos de carbono, e  o terceiro (caminho mais curto) tem apenas um átomo de carbono. Estes três números, devem ser ordenados do maior para o menor, [2.2.1], e colocados no meio do nome base entre colchetes: Biciclo[2.2.1]eptano. Estes números fornecem a especificidade necessária para diferenciar os compostos indicados anteriormente, veja como fica os nomes deles: Se um substituinte está presente, a cadeia do biciclo, a cadeia deve ser numerada corretamente, ou seja, devemos atribuir o localizador correto ao substituinte. Para numerar: 1) comece em uma das cabeças de ponte e 2) numere ao longo do caminho mais longo, 3) em seguida, vá para o segundo caminho mais longo e, finalmente, 4) vá ao longo da caminho mais curto. 8-metilbiciclo[3.2.1]octano
  12. 12. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 12 Vejamos mais um exemplo. Escreva o nome do seguinte biciclo. Defina o número de carbonos constituintes do biciclo (cadeia vermelha). O composto tem 7 carbonos, logo será um biciclo[n.n.n]eptano. Observe que a letra h é suprimida. A seguir, localize as cabeças de ponte e numere ao longo do caminho mais longo, seguido do caminho intermediário e, finalmente, vá ao longo da caminho mais curto. Ovserve que neste exemplo, o caminho mais curto liga diretamente as duas cabeças de ponte, sem nenhum carbono entre elas. Logo será um biciclo[3.2.0]eptano. A seguir, identifique e nomeie os substituintes: 2 metilas (dimetila) e um isopropila. Por fim, organize alfabeticamente os substituintes, com seus respectivos localizadores, na frente do nome do biciclo. Lembre-se que os prefixos multiplicadores (di, tri, tetra....) não considerados para fins de ordenamento alfabético. Desta forma, o nome IUPAC do composto é: 2-isopropil-7,7-dimetilbiciclo[3.2.0]eptano. Exercícios: Defina o nome IUPAC dos seguintes biciclos. Assista a vídeo-aula: Biciclos (https://www.youtube.com/watch?v=IyJLFC0PtI8&feature=youtu.be)
  13. 13. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 13 3. Alcenos A estrutura de eteno e o modelo de hibridização de orbitais da ligação dupla podem ser vistos na figura a seguir: Cada um dos átomos de carbono tem hibridação sp2 , e a ligação dupla possui um componente  componente . A ligação  é formada quando um orbital sp2 de um carbono orienta seu eixo ao longo do eixo internuclear com o orbital sp2 do outro carbono. Já a ligação  é formada pela sobreposição lateral de orbitais p dos dois carbonos sp2 . A dupla ligação no etileno é mais forte do que a ligação simples C-C do etano, mas não é duas vezes mais forte. A energia de ligação C=C é 605 kJ/mol no etileno versus 368 kJ/mol para a ligação C-C no em etano. Por oturo lado, a ligação  é mais fraca que a ligação . Há dois tipos de ligações C-C no propeno, CH3CH=CH2.  A dupla ligação é do tipo  +   A ligação com o grupo metila é uma ligação  formada pela sobreposição dos orbitais sp2 e sp3 .
  14. 14. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 14 Com relação à nomenclatura de alcenos, anteriormente, vimos que a nomeação de alcanos requer quatro etapas distintas: 1. Identificar a cadeia principal. 2. Identificar os e nomear os substituintes. 3. Atribuir um localizador para cada substituinte. 4. Organizar os substituintes em ordem alfabética. Os alcenos são nomeados usando as mesmas quatro etapas, com a seguinte diretriz adicional. Ao nomear a cadeia principal (em vermelho), substitua o sufixo "ano" por “eno" para indicar a presença de uma dupla ligação C=C. Observe que a cadeia principal em um alceno não será necessariamente a mais longa. Será a cadeia mais loga que tiver a dupla ligação em sua constituição. Ao numerar a cadeia de principal de um alceno, a ligação  deve receber o menor número possível, apesar da presença de substituintes alquílicos. A posição da ligação dupla é indicada usando um único localizador, em vez de dois. No exemplo a seguir, a ligação dupla está entre C2 e C3 na cadeia principal. Neste caso, a posição da ligação dupla é indicada com o número 2 colocado antes do sufixo “eno”. E o nome do alceno será 5,5,6-trimetilept-2-eno. Veja mais dois exemplos:
  15. 15. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 15 Isomerismo de Alcenos Embora o eteno seja o único alceno com dois carbonos, e o propeno o único com três carbonos há 4 alcenos isoméricos de fórmula molecular C4H8: O but-1-eno tem uma cadeia carbônica ramificada com uma dupla ligação entre os carbonos C-1 and C-2. É um isômero constitucional dos outros três. Similarmente, o 2-metilpropeno, com cadeia carbônica ramificada, é um isômero constitucional dos outros três. O par de isômeros designados cis- e trans-but-2-eno têm a mesma constituição. Ambos têm uma cadeia não ramificada com uma dupla ligação conectando os carbonos C-2 e C-3. Eles se diferem entre si, entretanto, nas posições relativas dos grupos metilas no espaço.  isômero cis: as 2 metilas estão no mesmo lado da dupla  isômero trans: as 2 metilas estão em lados opostos da dupla Isômeros que possuem a mesma constituição (conectividade), mas diferem no arranjo de seus átomos no espaço são classificados como estereoisômeros. Logo, o cis-but-2-eno e o trans-but-2-eno são estereoisômeros, e os termos “cis” e “trans” devem ser utilizados na nomenclatura para especificar a configuração da dupla ligação e para definir o estereoisômero. Todavia, o estereoisomerismo cis-trans em alcenos não é possível quando um dos carbonos estiver ligado a dois susbtituintes idêntidos. Assim, nem o but-1-eno nem o 2-metilpropeno podem ter estereoisômeros. Ambos têm dois hidrogênios ligados ao carbono C1. Em determinados alcenos, os termos "cis"e "trans" são ambíguos, e não será óbvio qual substituinte do carbono é "similar“ ou "semelhante“ ao outro substituinte de referência no outro carbono. Por exemplo, nos alcenos a seguir, nenhum dos dos carbonos da dupla ligação carregam dois átomos ou substituintes idênticos. Portanto, os alcenos são estereoisômeros e não poderão ser diferenciados pelos termos “cis” e “trans”. Devemos usar outra notação para diferenciá-los.
  16. 16. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 16 Notação E-Z Na notação E-Z, os substituintes de cada carbono da dupla ligação são ranqueados como tendo maior ou menor prioridades, as quais são definidas segundo o número atômico do átomo ligado ao carbono. Os substituintes de maiores prioridades no mesmo lado definem a configuração Z; em lados opostos, a confirugação E. Quando houver “empate” nos números atômicos, analisamos os átomos imediatamente a seguir, até encontrarmos um ponto de diferença e, então, determinamos a prioridade. Exercícios: Defina a configuração E ou Z dos seguintes alcenos. 4. Cicloalcenos Cicloalcenos são alcenos que contêm um anel de três ou mais carbonos, eles são frequentemente encontrados na química orgânica e são caracterizados pela fórmula molecular CnH2n-2. Alguns exemplos incluem: Como você pode ver, cicloalcenos são nomeados, no âmbito do sistema IUPAC, adicionando- se o prefixo ciclo ao nome do alceno acíclico com o mesmo número de carbonos do alceno de referência. Quando o cicloalceno possuir grupos substituintes, devemos seguir as mesmas 4 etapas que nos auxiliam a determinar o nome dos alcanos e cicloalcanos: 1) Definir a cadeia principal 2) Identificar e nomear os substituintes 3) numerar a cadeia de modo que os substituintes tenham os menores números.  Sempre um dos carbonos da dupla será a posição 1, e o segundo, necessariamente será a posição 2. 
  17. 17. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 17  A definição de qual será o 1 ou o 2, será feita de modo a garantir que os substituintes estejam nos carbonos com os menores localizadores. 4) Organizar os susbtituintes em ordem alfabética. Assista a vídeo-aula: Alcenos (https://www.youtube.com/watch?v=9oS- r6QpXOA&feature=youtu.be) 5. Alcinos Alcinos são hidrocarbonetos caracterizados pela presença de uma ligação tripla entre dois carbonos. A tripla ligação é formada pelo compartilhamento de 6 pares de elétrons entre dois carbonos com hibridação sp, garantindo à molécula uma estrutura linear. O etino é o alcino mais simples. Chamamos os compostos que têm a sua ligação tripla no final de uma cadeia de carbono como alcinos monossubstituídos ou terminais. Enquanto os alcinos dissubstituídos têm ligações triplas internas. Com relação à nomenclatura de alcinos, anteriormente, vimos que a nomeação de alcenos requer quatro etapas distintas: 1. Identifique a cadeia principal. 2. Identifique e nomear os substituintes. 3. Numere a cadeia principal e atribua um localizador para cada substituinte. 4. Organize os substituintes em ordem alfabética.
  18. 18. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 18 Os alcinos, por sua vez, serão nomeados usando as mesmas quatro etapas, com a seguinte diretriz adicional. Ao nomear a cadeia principal, o sufixo “ino“ é usado para indicar a presença de uma dupla ligação C≡C. Vejamos como definir a nomenclatura de seguinte alcino. A cadeia principal de um alcino é a cadeia mais longa que inclui a ligação tripla C≡C (destacada em vermelho). Portanto, não será necessariamente a cadeia carbônica com o maior número de carbonos. A seguir, devemos identificar e nomear os susbtituintes da cadeia principal: Devemos agora numerar a cadeia carbônica principal, lembrando-se que a ligação tripla deve receber o menor número possível, apesar da presença de substituintes alquila. A posição da ligação tripla é indicada usando um único localizador, não dois. No exemplo anterior, a ligação tripla está entre C1 e C2 na cadeia principal. Neste caso, a posição da ligação tripla é indicada com o número 1. Por fim, ordenamos alfabericamente os substituintes na frente do nome da cadeia principal, na qual é indicada a posição da ligação tripla imediatamente antes do sufixo –ino. Sendo assim, o nome IUPAC do composto é 4-etil-5-metil-3-propilept-1-ino.
  19. 19. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 19 Além da nomenclatura IUPAC, os químicos usam nomes comuns para muitos alcinos. O etino (H-C≡C-H) é chamado acetileno, enquanto alcinos maiores têm nomes comuns que identificam os grupos alquila ligados ao acetileno “nome-base”. metilacetileno diisopropilacetileno fenilpropilacetileno Assista a vídeo-aula: Alcinos (https://www.youtube.com/watch?v=51xNYpxJoUE&feature=youtu.be) 6. Benzeno e Derivados Arenos são hidrocarbonetos baseados no anel do benzênico como uma unidade estrutural. Benzeno, tolueno e naftaleno são exemplos de arenos. O benzeno é um composto com fórmula C6H6, com seis carbonos hibridizados sp2 no plano. Todos os comprimentos das ligações C-C são iguais a 1.39 Angstron. Para comparação: C-C 1.47 Angstron, C=C 1.33 Angstron.
  20. 20. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 20 Em cada um dos carbonos sp2 , acima e abaixo do plano, encontram-se os lobos dos orbitais p, responsáveis pela formação das ligações  (sistema ), onde 6 elétrons  estão deslocalizados. Com relação à nomenclatura de compostos derivados do benzeno, eles são nomedos de forma sistemática, citando-se os nomes dos grupos substituintes seguidos da palavra benzeno. Quando os compostos derivados do benzendo forem dissubstituídos, os prefixos orto (1,2), meta (1,3) e para (1,4) devem ser usados. Por ouro lado, quando 3 (ou mais) substituintes estão presentes no benzeno, a numeração do núcleo benzênico é feita de modo que o conjunto numérico atribuído aos grupos substituintes seja o menor possível, e os grupos substituintes são sempre citados em ordem alfabética.
  21. 21. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 21 Muitos derivados monossubstituídos do benzeno têm nomes comuns muito antigos e aceitos pela IUPAC. Veja os mais conhecidos. Quando o composto for um derivado monossubistituído do benzeno com nome comum conhecido, o nome comum poderá ser utilizado como nome base e a numeração será iniciada a partir do carbono que carrega o substituinte. Exercícios: Defina o nome IUPAC dos seguintes compostos. O Br O2N NO2 OH Assista a vídeo-aula: Derivados do Benzeno (https://www.youtube.com/watch?v=7JBUfwp9Ifg&feature=youtu.be)
  22. 22. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 22 7. Álcoois e Haletos de Alquila. Estes dois grupos funcionais estão entre os mais úteis de compostos orgânicos, pois muitas vezes servem como matéria-prima para a preparação de inúmeros outros grupos funcionais. Álcoois e haletos de alquila são classificados como primários,secundários ou terciários de acordo com o número de átomos de carbono ligados ao carbono que carrega o grupo funcional. OH Br OH álcool 1o haleto de alquila álcool 2o álcool 3o O carbono que carrega o grupo funcional (-OH e -X) possui hibridação sp3 em álcoois e haletos de alquila. Podemos ver na figura abaixo, que o grupo funcional se liga ao carbono sp3 através de uma ligação  formada pela sobreposição linear de dois orbitais sp3 . O oxigênio sp3 carrega dois pares de elétrons livre em orbitais sp3 . Devido à geometria tetraédrica do carbono, os ângulos de ligação do carbono em álcoois são aproximadamente 109º, o comprimento ligação C-O é aproximadamente 1,42 Angstron. Um modelo de hibridização semelhante orbital aplica-se a haletos de alquila, com o halogênio substituinte ligado ao carbono sp3 por uma ligação . O halogênio também se liga ao carbono sp3 ligação  formada pela sobreposição linear de dois orbitais sp3 . O halogênio sp3 carrega três pares de elétrons livre em orbitais sp3 . Com relação à distribuição eletrônica nestes grupos funcionais, A figura abaixo mostra a distribuição da densidade de elétrons no metanol e no clorometano. Ambos são similares com relação
  23. 23. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 23 aos locais de maior potencial eletrostático (vermelho) - aqueles perto dos átomos mais eletronegativos (oxigênio e cloro). A polarização das ligações C-O e C-Cl, bem como os pares de elétrons não compartilhados do oxigênio e do cloro, contribuem para a concentração de carga negativa sobre os átomos de carbonos ligados à -OH e ao halogênio. Nomenclatura de Álcoois Anteriormente, vimos que as nomenclaturas de alcanos, alcenos e alcinos requerem quatro etapas distintas: 1. Identificar a cadeia principal. 2. Identificar e nomear os substituintes. 3. Atribuir um localizador para cada substituinte. 4. Organizar os substituintes em ordem alfabética. Os álcoois são nomeados usando as mesmas quatro etapas, com as seguintes diretrizes adicionais. a) Ao nomear a cadeia principal, o sufixo “o“ dos hidrocarbonetos é substituído pelo sufixo “ol” para indicar a presença de uma hidroxila (-OH). b) A cadeia principal será cadeia mais longa que integrar o carbono que carrega a hidroxila. Sendo assim, não necessariamente, a cadeia principal será a que tem maior número de carbonos. c) Ao numerar a cadeia, o menor numerador deve ser atribuído ao carbono que carrega a hidroxila. Vamos determinar o nome IUPAC do seguinte álcool:
  24. 24. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 24 1) Identificar a cadeia principal 2) Identificar e nomear os substituintes - 3 metilas (trimetila) 3) Numerar a cadeia carbônica 4) Organizar os substituintes em ordem alfabética. Logo o nome do álcool é: 2,5,5-trimetilexan-2- ol. Veja mais um exemplo. Seguindo as mesmas quatro etapas, definimos que a cadeia principal tem 9 carbonos. Logo será um nonanol. A seguir, localizamos dois átomos de cloro (dicloro) e uma etila como substituintes. A seguir, numeramos a cadeia, localizamos os subsituintes e a posição da hidroxila. Finalizando, ordenamos os substituintes na frente do nome da cadeia principal para definir o nome do álcool. É importante salientar, todavia, que moléculas que apresentem centros de quiralidade tetraédricos devem ter as configurações absolutas definidas (R ou S) e relacionadas entre parênteses na frente do nome do composto, separado por hífen. No caso de haver de um centro de quiralidade, a configuração de todos os centros deverá ser relacionada, juntamente com o localizador, em ordem crescente do localizador, a exemplo que foi mostrado acima. Nomenclatura de Haletos de Alquila Os compostos halogenados podem ser nomeados de acordo com dois sistemas de nomenclatura: substitutivo e radicofuncional.
  25. 25. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 25 No sistema de nomenclatura substitutivo, os nomes dos compostos halogenados são formados citando-se os prefixos fluoro, cloro, bromo e iodo, seguidos do nome do composto principal. A citação dos halogênios é feita em ordem alfabética, sendo cada prefixo antecedido de um número indicativo de sua posição. No sistema de nomenclatura radicofuncional, os nomes dos compostos halogenados são formados pelos prefixos:  fluoreto  cloreto  brometo  iodeto seguidos da preposição de e do nome do grupo orgânico (substituinte). A numeração inicia-se pela posição onde o halogênio está inserido. Quando a cadeia carbônica carregar um halogênio e um substituinte alquila, ambos são considerados equivalentes em termos de preferência para a nomenclatura. A cadeia é numerada de tal modo a dar o menor localizador ao substituinte mais próximo da extremidade da cadeia. Exercícios: Defina os nomes IUPAC (sistemas substutivo e radicofuncional) dos seguintes haletos de alquila. Cl Cl Cl Cl Assista a vídeo-aula: Álcoois e Haletos de Alquila (https://www.youtube.com/watch?v=Un0JRItkUvw&feature=youtu.be)
  26. 26. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 26 8. Éteres Éteres são compostos que exibem um átomo de oxigênio ligado a dois grupos R, onde cada grupo R pode ser um grupo alquila, arila ou vinila. As distâncias típicas entre as ligações C-O em éteres são semelhantes às dos álcoois (1.42 Angstron) e são mais curtas que as distâncias de ligação C-C nos alcanos (1.53 Angstron). Os ângulos de ligação são ligeiramente maiores que os encontrados na água e nos álcoois. As regras IUPAC permitem dois métodos diferentes para nomear éteres. No primeiro método, um nome comum é construído pela identificação de cada grupo R, organizando-os em ordem alfabética e, em seguida, adicionando-se a palavra “éter". Nos exemplos anteriores, os átomos de oxigênio estão ligados a dois grupos alquilas diferentes. Tais compostos são chamados éteres assimétricos. Por outro lado, quando os dois grupos alquílicas são idênticos, o éter é chamado éter simétrico, e seu nome será definido utilizando-se o prefixo multiplicador, seguido do nome do grupo alquila (sem a letra a terminal), seguido da palavra éter. No segundo sistema de nomenclatura, o nome sistemático é construído escolhendo-se o maior grupo alquila para ser o alcano principal, e nomeando-se o grupo menor como um substituinte alcoxi.
  27. 27. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 27 Confira alguns exemplos: Observe que o terceiro tem um centro de quiralidade tetraédrico (R) que foi escrito na frente do nome. Éteres cíclicos têm seu oxigênio como parte de um anel e são chamados de compostos heterocíclicos. Com relação à nomenclatura, vários éteres cíclicos têm nomes IUPAC específicos. Veja os mais conhecidos: Em todos os casos, o anel é numerado começando-se pelo oxigênio. Confira outros exemplos: Assista a vídeo-aula: Éteres (https://www.youtube.com/watch?v=REAFLsE6JVk&feature=youtu.be)
  28. 28. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 28 8. Aldeídos e Cetonas Aldeídos e cetonas contêm um grupo acila ligado a um hidrogênio e a um carbono, respectivamente. Dois aspectos notáveis do grupo carbonila são:  geometria planar (ângulos de ligação próximos de 120º) e  polaridade (dipolo permanente). Nomenclatura de Aldeídos Lembre-se que quatro etapas discretas são necessárias para nomear a maioria das classes de compostos orgânicos: 1. Identificar e nomear a cadeia principal. 2. Identificar e nomear os substituintes. 3. Atribuair um localizador para cada substituinte. 4. Organizar os substituintes em ordem alfabética. Aldeídos também são nomeados usando o mesmo procedimento de quatro etapas. Ao aplicar este procedimento para nomear aldeídos, as seguintes diretrizes devem ser seguidas: a) o sufixo “-al” indica a presença de um grupo aldeído: b) Ao escolher a cadeia principal de um aldeído, identifique a cadeia mais longa que inclui o carbono átomo do grupo aldeídico:
  29. 29. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 29 Vamos definir o nome IUPAC do seguinte aldeído, seguindo as quatro etapas: 1) Identificar a cadeia principal: propanal 2) Identificar os substituintes: A cadeia tem um grupo fenila e um átomo de cloro como substituintes. 3) Numerar a cadeia principal, lembrando que o carbono da carbonila receberá o número 1. 4) Organizar os substituintes em ordem alfabética na frente do nome da cadeia principal: 2-cloro-3- fenilpropanal. Observe que há um centro de quiralidade tetraédrico, o qual deve ter a configuração definida e expressa na frente no nome entre parênteses. (R)-2-cloro-3-fenilpropanal. Nomenclatura de Cetonas A nomenclatura da IUPAC reconhece os nomes comuns de muitas cetonas simples, incluindo os três exemplos mostrados abaixo: Entretanto, as cetonas, assim como os aldeídos, também são nomeadas usando o mesmo procedimento de quatro etapas. Todavias, as seguintes diretrizes devem ser seguidas: a) ao nomear a cadeia principal, o sufixo “-ona” indica a presença de um grupo cetona. b) a posição do grupo cetona é indicada usando um localizador imediatamente antes do sufixo “-ona”.
  30. 30. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 30 Vamos definir o nome IUPAC da seguinte cetona, seguindo as quatro etapas: 1) Identificar a cadeia principal: non-3-ona 2) Identificar os substituintes: - 2 metilas (dimetila) - 1 etila 3) Numerar a cadeia principal, lembrando que o carbono da carbonila deverá receber o menor localizar possível. 4) Organizar os substituintes em ordem alfabética na frente do nome da cadeia principal: 6-etil-4,4- dimetilnonan-3-ona. Observe que há um centro de quiralidade tetraédrico, o qual deve ter a configuração definida e expressa na frente no nome entre parênteses. (R)-6-etil-4,4-dimetilnonan-3-ona. Exercícios: Defina o nome IUPAC dos seguintes compostos. Assista a vídeo-aula: Aldeídos e Cetonas (https://www.youtube.com/watch?v=REAFLsE6JVk&feature=youtu.be)
  31. 31. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 31 9. Ácidos Carboxílicos As características estruturais do grupo carboxila são mais evidentes no ácido fórmico, o qual possui uma estrutura planar com uma de suas ligações carbono-oxigênio menor do que o outra, e com ângulos de ligação próximos a 120°. Isto sugere hibridação sp2 no carbono, e uma ligação dupla ( + ) análoga àquelas de aldeídos e cetonas. Nomenclatura de Ácidos Carboxílicos Novamente, devemos seguir as mesmas 4 etapas (vistas anteriormente) para chegar ao nome do composto, 1. Identificar e nomear a cadeia principal. 2. Identificar e nomear os substituintes. 3. Atribuir um localizador para cada substituinte. 4. Organizar os substituintes em ordem alfabética. Porém, as seguintes diretrizes devem ser seguidas: a) os nomes dos ácidos carboxílicos são obtidos acrescentando-se o prefixo ácido ao nome do hidrocarboneto correspondente, e b) substituindo a terminação –o pelo sufixo –óico ou –dióico. Vamos definir o nome IUPAC do seguinte ácido carboxílico, seguindo as quatro etapas: 1) Identificar a cadeia principal: ácido butanoico. 2) Identificar os substituintes: - 1 metila 3) Numerar a cadeia principal, lembrando que o carbono da carbonila deverá receber o menor localizar possível.
  32. 32. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 32 4) Organizar os substituintes em ordem alfabética na frente do nome da cadeia principal: ácido 2- metilbutanóico. Não se esqueça que se houver um centro de quiralidade tetraédrico, o mesmo deverá ter a configuração definida e expressa na frente no nome entre parênteses. Finalizando, é importante destacar que muitos ácidos carboxílicos simples têm nomes comuns aceitos pela IUPAC. Derivados de Ácidos Carboxílicos Cinco funções orgânicas formam o conjunto de derivados de ácidos carboxílicos. Assim como os aldeídos e as cetonas, cloretos de acila, anidridos, ésteres, e amidas têm um arranjo planar de ligações. Outra importante característica estrutural destes grupos funcionais é que o átomo ligado ao grupo acila tem um par de elétrons não compartilhado que podem interagir com o sistema  da carbonila.
  33. 33. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 33 Nomenclatura de Haletos de Acila Os halogenetos de acila são designados como derivados de ácidos carboxílicos, seguindo as seguintes diretrizes adicionais: a) substituindo-se a palavra ácido pelo nome do halogeneto (cloreto, brometo, fluoreto ou iodeto) + “de”, e b) substituindo o sufixo “ico” por “ila”. Nomenclatura de Anidridos Ácidos Anidridos simétricos são nomeados como derivados de ácidos carboxílicos, substituindo-se a palavra “ácido” por "anidrido“. Por outro lado, anidridos assimétricos são preparados a partir de dois ácidos carboxílicos diferentes, e são nomeados por indicando ambos os ácidos em ordem alfabética, precedidos pela palavra “anidrido”:
  34. 34. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 34 Nomenclatura de Ésteres Os ésteres são nomeados a partir do nome do ácido carboxílico: a) eliminando-se a palavra ácido, b) substituindo-se o sufixo “ico” por “ato” no nome do ácido, e c) colocando-se a preposição “de” seguido grupo alquila que está ligado ao átomo de oxigênio. Nomenclatura de Amidas As amidas são nomeados a partir do nome do ácido carboxílico: a) eliminando-se a palavra ácido, b) substituindo-se o sufixo “ico ou oico” por “amida” no nome do ácido. Nomenclatura de Nitrilas Nitrilas são nomeadas como derivados de ácidos carboxílicos, a) eliminando-se a palavra ácido, b) substituindo-se o “ico” ou “oico” por “onitrila”. Assista a vídeo-aula: Ácidos Carboxílicos e Derivados (https://www.youtube.com/watch?v=GaT64vvWL3s&feature=youtu.be)
  35. 35. Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Departamento de Química Orgânica e Inorgânica Prof. Dr. José Nunes da Silva Júnior 35 Exercite teus conhecimentos de nomenclatura com três jogos computacionais incríveis: Say My Name (http://ldse.ufc.br/smn) Nomenclature Bets (http://ldse.ufc.br/nomenclaturebets) Chemical Nomenclature (Android: https://goo.gl/Tpuuc2) (IOS: https://goo.gl/o9rQ5e)

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  • JenniferCavalcante3

    Jul. 14, 2019
  • mandinhakitty

    Sep. 28, 2019
  • AntonioFlash

    Oct. 10, 2019
  • romezio

    Sep. 11, 2020
  • ChailaneSouza

    Sep. 21, 2020
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  • keyzonrezonDesmakinn

    Dec. 8, 2020

Texto auxiliar para estudos.

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