Ligações Químicas dentro da Química Orgânica

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Segunda aula do curso de Química Orgânica I - Ligações Químicas, Orbitais Moleculares e propriedades físico-químicas de substâncias orgânicas

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Ligações Químicas dentro da Química Orgânica

  1. 1. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.QUÍMICA ORGÂNICA IAula 2Ligações QuímicasProf. Dr. Ricardo StefaniUniversidade Federal de Mato Grosso
  2. 2. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas● O entendimento das ligações químicas é indispensávelpara entender a química orgânica● Muitos dos fenômenos que ocorrem nas moléculasorgânicas depende da diferença das polaridades dasligações químicas.● As ligações covalentes dominam os compostosorgânicos
  3. 3. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas● Exemplo: MAIONESE– Ovo contém lecitina(molécula ao lado)● Emulsificante natural– A lectina possui umaparte polar e outra apolar,mantendo a emulsão(maionese)
  4. 4. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas● Tópicos para recordar da química geral:– Carga formal– Geometria molecular– Orbitais– Ligações covalentes– Estruturas de Lewis– Forças intermoleculares
  5. 5. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Carbono● Carbono é um elemento deeletronegatividade intermediária (2,5 naescala de Pauli e 2,7 na escala deSanderson)● Elementos à esquerda do carbono sãomenos eletronegativo● Elementos à direita do carbono sãomais eletronegativosFonte: Bruice, P. Y, Organic Chemistry 4th Ed.
  6. 6. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas emcompostos orgânicos● Ligações covalentes ocorrem pelocompartilhamento de elétrons entre doisátomos● Em princípio, QUALQUER ligaçãocomeça a se formar como se fosse umaligação covalente
  7. 7. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas emcompostos orgânicosiônicaAcima de 1,7Covalente polarEntre 0,5 e 1,7Covalente apolarMenor que 0,5Tipo de ligaçãoDiferença de eletronegatividadeentre os átomos
  8. 8. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas emcompostos orgânicos● Em uma ligação covalente polar, o elemento maiseletronegativo possui uma carga parcial negativa,representada pelo símbolo: δδ--●O elemento menos eletronegativo possui umaO elemento menos eletronegativo possui umacarga parcial positiva representada pelo símbolo:carga parcial positiva representada pelo símbolo:δ+δ+
  9. 9. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações Químicas emcompostos orgânicosFonte: Brown et al, General Chemistry 3rd Ed.
  10. 10. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.A Natureza da Ligação Química● Átomos formam ligações porque oscompostos resultantes são maisestáveis que átomos isolados● O carbono forma quatro ligaçõescovalentes e normalmente obedece àregra do Octeto
  11. 11. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.A Natureza da Ligação Química● As estruturas de Lewis mostram oselétrons de valência como pontos● Os elementos do segundo período ficamestáveis com oito elétrons na camadade valência (regra do octeto)
  12. 12. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.A Natureza da Ligação Química● Os elétrons da camada de valência nãoutilizados para formar ligações sãochamados de elétrons não-ligantes● Esses pares podem criar momento dedipolo
  13. 13. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.A Natureza da Ligação Química● Esses pares de elétrons não-ligantes podem criarmomento de dipolo● Podem também dar características básicas àsubstância
  14. 14. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligação Covalente polar● Algumas ligações covalente podem apresentarcaráter iônico● São as ligações covalentes polares– A distribuição dos elétrons entre os átomos não ésimétrica
  15. 15. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligação Covalente polar● Momento de dipolo● Cria cargas parciais negativas e positivas
  16. 16. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligação Covalente polar● Momento de dipolo● Podem ser criados também por pares de elétronsnão-ligantes
  17. 17. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teorias de Ligações Químicas● TEORIA DE VALÊNCIA: Uma ligação covalente éformada quando dois átomos se aproximam e seusorbitais ocupados com apenas um elétron sesobrepõem
  18. 18. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria DE VALÊNCIA● Os elétrons são emparelhados e atraídos pelos doisnúcleos. A ligação forma é simples, cilíndrica echamada de ligação sigma.
  19. 19. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de Valência. A ligaçãono Metano● A ligação no metano:– Quatro ligações C-H do mesmocomprimento– Todas as ligações têm o mesmo ângulo de109,5 graus– Geometria piramidal
  20. 20. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de Valência. A ligaçãono Metano
  21. 21. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de Valência. A ligaçãono Metano. Distribuiçãoeletrônica
  22. 22. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais● Como todas as ligações são iguais no metano ?– Resposta: hibridização de orbitais atômicos● Os orbitais da camada de valência do carbono secombinam para formar quatro orbitais equivalentesem energia s + 3p = sppp (sp3), Pauling (1931)● Os quatro orbitais são simétricos em tamanho e seorientam na forma de um tetraedro
  23. 23. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais:sp3
  24. 24. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais:sp2Orbitais híbridos sp2: Orbital 2scombina com dois orbitais 2p, resultandoem 3 orbitais (spp = sp2)sp2estão num plano com angulosde120°O orbital p restante é perpendicular aoplano
  25. 25. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais:sp2
  26. 26. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –ligações formadas comorbitais sp2Orbitais sp2se sobrepõe para formar umaligação σOs orbitais p se sobrepõe lado a lado para aformação de uma ligação pi (π)Ligações sp2–sp2σ e 2p–2p π resultam nocompartilhamento de quatro elétrons e emcondições normais na formação de ligaçõesduplas
  27. 27. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –ligações formadas comorbitais sp2
  28. 28. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais: spOs orbitais 2s hibridizam com um único orbital presultando em dois orbitais hibridos sp (doisorbitais p ficam inalterados)Os orbitais sp são lineares, ângulos de 180° noeixo xOs dois orbitais p restantes são perpendicularesao eixo y e z
  29. 29. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –hibridização de orbitais: sp
  30. 30. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria de valência –orbitais sp e a ligação noetino (acetileno)● Dois orbitais sp de cada C formam umaligação σ sp–sp● Os orbitais pz de cada C formamligações pz–pz π
  31. 31. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria do orbital molecularO orbital molecular ligante π é formadocombinando lóbulos de orbitais p com omesmo sinalO orbital π é formado combinandolóbulos de sinais opostosApenas OM ligantes são ocupados
  32. 32. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Teoria do orbital molecular
  33. 33. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Forças intermoleculares● Dipolo-dipolo● Forças de Van der Waals● Ligações de hidrogênios
  34. 34. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Forças dipolo-dipolopermanente● Ocorre entre moléculas polares– Resultado de atração eletrostática entre asmoléculas– Forças podem ser repulsivas ou atrativas
  35. 35. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Forças dipolo-dipolopermanente● Neste exemplo, diferença de eletronegatividade entreC e O provocam um dipolo permanente entre C e O-δ-δ-δδ + δ +δ + δ +H3C CH3OOCH3H3C
  36. 36. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Forças dipolo-dipoloinduzido● Ocorre entre moléculas apolares– Devido às mudanças nas posições dos elétrons– Mudanças em uma molécula induz mudanças emoutras
  37. 37. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ligações de hidrogênio● Resultado de uma interação atrativa entre átomos deH ligado a N ou O e um para de elétron nãocompartilhado em outro átomo de O ou N
  38. 38. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Polaridade das Moléculas● Refere-se às concentrações de cargas nas nuvenseletrônicas das moléculas, moléculas apolaresposuem nuvens assimétricas, o que faz com quehava uma distribuição não uniforme da nuvemeletrônica.
  39. 39. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Propriedades dasMoléculas● As seguintes propriedades são afetadas pelas forçasatrativas das moléculas:– Ponto de Ebulição– Ponto de Fusão– Solubilidade– Densidade
  40. 40. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Ponto de Fusão e Ebulição● Quanto mais fortes forem as forças intermoleculares,maiores serão os pontos de fusão e ebulição damolécula●● Assim substâncias iônicas tendem a ter ponto defusão e ebulição maiores que os das substânciaspolares, que por sua vez tendem a ter pontos defusão e ebulição maiores do que as substânciasapolares de peso molecular e tamanho semelhantes.● Quanto maior a superfície de contato, mais eficientesserão as forças de van der Waals
  41. 41. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Solubilidade● Substâncias apolares tendem a dissolver substânciasapolares, enquanto que substâncias polares tendema dissolver substâncias polares e substâncias iônicas„Semelhante dissolve semelhante“ A Estrutura química e a presença de ligações polarese apolares afeta a solubilidade de determinadasubstâncias em diversos solventes. A escolha dosolvente ideal para moléculas pode ser uma tarefatrabalhosa.„A água é o solvente universal“
  42. 42. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.„A água é o solventeuniversal“#sóquenão
  43. 43. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.„A água é o solventeuniversal“●A água é um excelente solvente polarpara substâncias orgânicas polares debaixo peso molecular, como o metanol,etanol, ácido fórmico, ácido acético,dentre outros. Contudo essas moléculasorgânicas possuem uma parte polar,solúvel em água e uma parte apolar,insolúvel em água.●É aí que as coisas podem complicar!
  44. 44. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Solubilidade em água●Substâncias tem que possuir gruposiônicos ou polares●A parte apolar destas moléculas écomposta pelas cadeias de carbono e amedida que estas aumentam detamanho, a solubilidade em águadiminui●Com a diminuição da solubilidade emágua, aumenta a solubilidade emsolventes apolares.
  45. 45. (c) 2013 Prof. Dr. Ricardo Stefani.Densidade●Substâncias orgânicas tendem a sermenos densas que a água●A presença de átomos com massaatômica elevada aumenta a densidadedas substâncias orgânicas

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