Aula-1-QO-I-marco - Laboratório de Química Bioorgânica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Química Orgânica I Aula 1 Prof. Marco Antonio B Ferreira [email protected] 3351-­‐8075 www.lqbo.ufscar.br 1 Avaliação Aprovado: (P1 + P2 + P3)/3 . 0,70 + Exercícios . 0,30 ≥ 6 18/09 – 1ª Avaliação 30/10 – 2ª Avaliação 04/12 – 3ª Avaliação Exercícios: ao fim de cada aula será aplicado exercícios que deverão ser entregues e corresponderão a 30% da média final. 2 Biografia •  BRUICE, P.Y., Química Orgânica,4ª ed., vol. 1, São Paulo, Pearson & Prin^ce Hall, 2006. •  SOLOMONS, T.W.G. & FRYHLE, G., Química Orgânica, LTC, 8ª ed., Rio de Janeiro, vol 1 e 2, 2004. •  CLAYDEN, J., GREEVES, N., WARREN, S. & WOTHERS, P., Organic Chemistry, Oxford, Oxford University, 2001. 3 O que é a Química Orgânica? “A química é a ciência que trata da matéria em todas as suas manifestações, de sua estrutura, suas transformações e trocas de energia.” Início da Química Moderna 1743 – 1794: Antoine Laurent de Lavoisier •  Princípio da conservação da matéria •  Definição/Descoberta de elementos Químicos. “Lavoisier: O Estabelecimento da Química Moderna” Carlos A. L. Filgueiras. Coleção Imortais da Ciência 4 O que é a Química Orgânica? Jöns Jakob Berzelius (1779–1848) 1807: Cunhou o termo Química Orgânica “Estudo de compostos derivados de fontes naturais (COMPOSTOS ORGÂNICOS seriam derivados destas fontes).” VITALISMO: “Força Vital” presente em organismos vivos era necessário para a síntese de compostos orgânicos. Compostos inorgânicos poderiam ser sinte^zados em laboratório e a par^r de compostos inorgânicos. 5 O que é a Química Orgânica? Friedrich Wöhler (1800–1882) Aluno de Berzelius 1828: Síntese da Ureia. INORGÂNICO ORGÂNICO Wöhler e Berzelius estavam mais interessados no conceito de isomerismo desta reação. ORIGEM DA TEORIA ESTRUTURAL (Arranjo dos átomos define uma substância) 6 A Química Orgânica Moderna Compostos Orgânicos: Compostos que contém átomos de carbono. VIVEMOS NA ERA DA QUÍMICA ORGÂNICA •  >90 % de todos os compostos conhecidos são compostos por carbono. •  Química Orgânica é crucial para nosso modo de vida: Agricultura, Roupas, Polímeros/Materiais, Medicina, CombusHvel. 7 A Química Orgânica Moderna ÁREAS DA QUÍMICA ORGÂNICA Como e porque os átomos são dispostos para formar moléculas. Como e por que as reações químicas acontecem. Estrutura Mecanismo Síntese Preparação de moléculas complexas a parOr de moléculas mais simples usando reações químicas. 8 Por que o carbono é tão especial? Eletroposilvos Eletronegalvos •  Carbono pode fazer até 4 ligações covalentes (estável), com outros átomos de carbono ou com outros elementos da tabela (GRANDE DIVERSIDADE ESTURTURAL). > 16 milhões de compostos conhecidos!!!! 9 Por que o carbono é tão especial? Produtos Naturais => Produzido por organismos vivo. 10 Por que o carbono é tão especial? Produtos Naturais Maitotoxin C164H256O68S2Na2 11 Por que o carbono é tão especial? Produtos Naturais E as proteínas? => BIOQUÍMICA 12 Por que o carbono é tão especial? Produtos derivados do petróleo CH4 Gás natural Polímeros Corantes 13 Por que o carbono é tão especial? Medicina Flavorizantes tamiflu abacaxi 14 Estrutura Atômica Quem não viu/lembra, fazer uma revisão usando o livro do Atkins, capítulo 1. 15 Estrutura Eletrônica dos átomos Operador Hamiltoniano ​𝐻 Ψ = E Ψ
Equação de Schrödinger função de onda Ψ
16 Estrutura Eletrônica dos átomos O que aprendemos da Mecânica Quânlca? •  Dualidade onda-­‐parucula da matéria: Prof. Marco: 115 kg andando a 5 m/s. λ = 1,15 x 10-­‐36 m ℎ = 6,62606957 × 10-­‐34 m2 kg / s Elétron: 9,10938291(40)×10−31 kg andando a 1/1000 da velocidade da luz. λ = 2,43 x 10-­‐9 m 17 Estrutura Eletrônica dos átomos •  Orbitais Atômicos Difração de elétrons 18 Estrutura Eletrônica dos átomos Átomo de hidrogênio => Solução exata da equação de Schrödinger H (Z = 1), onde Z = número atômico Ψ (função de onda) = função matemá^ca que descreve a região de maior probabilidade em encontrar os elétrons de um átomo. Cada elétron em um átomo é descrito por 4 números quânlcos.... energia QUANTIZADA 19 Estrutura Eletrônica dos átomos Camada Sub-­‐camada orbitais 20 Estrutura Eletrônica dos átomos 21 Estrutura Eletrônica dos átomos 22 Estrutura Eletrônica dos átomos 23 Estrutura Eletrônica dos átomos Penetração radial Energia dos orbitais 3s 3p 3d 2p 2s 1s quanto mais próximo do núcleo, menor a energia do orbital. Orbitais degenerados: (2px, 2py, 2pz), (3px, 3py, 3pz), (3dxy, 3dxz, 3dyz, 3dx2-­‐y2, 3dz2) 24 Estrutura Eletrônica dos átomos Princípio de au{au: Elétron sempre ocupa o orbital de menor energia em um átomo no seu estado fundamental. Princípio de exclusão de Pauling: Dois elétrons não podem ocupar o mesmo estado quân^co simultaneamente. Regra de Hund: Elétrons numa mesma subcamada tendem a permanecer desemparelhados (em orbitais separados), com spins paralelos. spins paralelos C Z = 6 1s2 2s2 2p2 2px 2py 2s 1s 2pz Quantos elétrons na camada de valência? spins anH-­‐paralelos 25 Estrutura Eletrônica dos átomos 26 Ligações Iônicas e Covalentes Átomos perdem, recebem ou comparllham elétrons a fim de terem sua camada de valência completa. Isso confere estabilidade ao sistema. (G. N. Lewis) A. Ligação iônica: Ocorre entre átomos com grande diferença de eletronega^vidade (EN) ΔEN>2. Ex.: NaCl (EN: Na = 0,93 ; Cl = 3,16) Na Na+ + e-­‐ 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 = [Ne] ΔE = 119 kcal/mol Potencial de ionização Cl + e-­‐ Cl-­‐ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 = [Ar] ΔE = -­‐83,4 kcal/mol Afinidade eletrônica Usando estruturas de Lewis: ΔE = -­‐153 kcal/mol Atração eletrostáOca responsável pela manutenção da ligação. 27 Ligações Iônicas e Covalentes 28 Ligações Iônicas e Covalentes B. Ligação covalente: Ocorre entre átomos com eletronega^vidade similar. 29 Ligações Iônicas e Covalentes Dois átomos podem comparllhar mais do que um par de elétrons. 30 Ligações Covalentes Polares 31 Ligações Covalentes Polares Ligação covalente apolar (átomos de mesma eletronega^vidade) Ligação covalente polar (átomos com eletronega^vidade diferente) Dipolo na molécula 32 Ligações Covalentes Polares Mapa de Potencial eletrostálco (mostra como a densidade eletrônica da molécula é distribuída entre os átomos) EN: H = 2,1; Li = 1,0; F = 4,0 33 Ligações Covalentes Polares Polarizabilidade (habilidade de distorção da densidade eletrônica) Família: Aumenta descendo a tabela. Período: Aumenta da esquerda pra direita. 34 Carga Formal (CF) CF = EV – (NL+EL/2) onde: EV = número de elétrons de valência, NLP = número de elétrons não ligantes, NL = número de elétron de ligações Carga formal não denota que a carga esteja toda concentrada naquele átomo. SEMPRE INDIQUE A CARGA FORMAL NOS EXERCÍCIOS E PROVAS
35 Estrutura Condensada Podemos omi^r uma ou mais ligações covalentes: 36 Estrutura Condensada 37 O
CH3CH2CH2CH
or
CH3CH2CH2CHO
Questões:
O
or
CH3CH2CH2CH
O
COH or de CH
1) DCH
ê 3aCH
s e2struturas Lewis de 2cHada orum CH
dos seguintes 3CH2CO
3CH
2COOH compostos:
O
CH3CH2COCH3
or
CH3CH2CO2CH3
or
CH3CH2COOCH3
10 de SOLVED
2) DPROBLEM
ê as estruturas Lewis de cada um dos seguintes compostos:
Draw the Lewis structure for each of the following:
a. NO3 b. NO2 +
c. NO2 -
d. CO2
e. HCO3 f. N2
SOLUTION TO 10a
g. CH 3NH 3 +
h. +C2H 5
i. -CH 3
j. NaOH
k. NH 4Cl
l. Na2CO3
The only way we can arrange one N and three O’s and avoid
3) EOxaminando o misapa de ptheotencial letrostá^co do LiH, HF eof
Hvalence
¬ O single bonds
to place
three O’searound
the N. The
total
number
2, responda as electrons is
23 (5 for N, and 6 for each of the three O’s). Because the species has one negseguintes questões:
ative
wecmust
add 1 to the
number
of valence electrons, for a total of 24. We then
a) Q
ual charge,
destes ompostos são polares?
use the 24 electrons to form bonds and fill octets with lone-pair electrons.
b) Por que o LiH tem o hidrogênio com maior densidade eletrônica?
O
c) Quais destes compostos apresenta o hidrogênio mais carregado N
posi^vamente?
O
O
When all 24 electrons have been assigned, we see that N does not have a complete octet. We
complete N’s octet by using one of oxygen’s lone pairs to from a double bond. (It doesn’t
make any difference which oxygen atom we choose.) When we check each atom to see
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