I. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA
 O QUE É QUÍMICA ORGÂNICA ??
Versão Antiga: “A química dos compostos derivados dos seres vivos”
Vitalismo: força vital necessária para síntese de compostos orgânicos
 Wöhler, 1828: do inorgânico ao orgânico
NH4+ OCN
cianato de amônia
calor
heat
O
H2N C NH2
uréia
Versão Atual: “A química dos compostos de carbono”
COMPOSTOS DE CARBONO
glicina
adenina
leucina
adenina
ENZIMAS
timina
aspartato
DNA
NUCLEOTÍDEOS
PROTEÍNAS
lisina
AMINOÁCIDOS
Compostos de CARBONO
vida no planeta
ATMOSFERA PRIMITIVA
METANO
CH4
AMÔNIA
NH3
ÁGUA
H 2O
HIDROGÊNIO
H2
DIÓXIDO DE CARBONO
CO2
PROTEÍNAS, AÇÚCARES, NUCLEOTÍDEOS, ÁCIDOS NUCLÉICOS (RNA e DNA)
TEORIA ESTRUTURAL
(Kekulé, Couper e Butlerov, 1858-1861)
1. Os átomos dos elementos nos compostos orgânicos podem formar um número
de ligações fixas (valência).
H
H
C
H
H
H
O carbono é
TETRAVALENTE
O
H
O oxigênio é
DIVALENTE
H
Cl
O hidrogênio e os halogênios
são MONOVALENTES
2. Um átomo de carbono pode utilizar uma ou mais de suas valências para formar
ligações covalentes com outros átomos de carbono.
H
H
H
C
C
H
H
H
LIGAÇÃO SIMPLES
C
C
LIGAÇÃO DUPLA
H
C
C
H
LIGAÇÃO TRIPLA
MECÂNICA QUÂNTICA
(Schrödinger, Heisenberg e Dirac, 1926)
- movimento dos elétrons é descrito considerando sua natureza ondulatória
- equação de onda: descreve a energia total do sistema
- funções de onda (y): correspondem a estados diferentes para o elétron
cada estado é um subnível onde um ou dois elétrons podem residir
- a resolução da equação de onda fornece:
- a energia associada ao estado do elétron
- a probabilidade de encontrar um elétron no espaço (y2) - ORBITAL
- o resultado pode ser positivo, negativo (sinais de fase) ou zero (nó ou nodo)
é
Nodo
é
é
é
1. ORBITAIS ATÔMICOS
 Um ORBITAL é uma região do espaço onde a
probabilidade de se encontrar um elétron é
grande (volumes que iriam conter o elétron de
90-95% do tempo).
(densidade de probabilidade é grande)
 Quanto maior o número de nodos, maior a energia do orbital
O ORBITAL s
superfícies
nodais
y é (-)
OS ORBITAIS p
plano nodal
OS ORBITAIS p
3 orbitais 2p
mutuamente
perpendiculares
(ortogonais)
IMPORTANTE: Não se deve associar o sinal da função de onda com carga elétrica.
 Os sinais (+) e (-) não significam uma probabilidade maior ou menor de se
encontrar um elétron.
 Y 2 é sempre positivo
OS ORBITAIS d
ORBITAL f
2. ORBITAIS MOLECULARES
 Dois átomos de hidrogênio se combinam para formar uma molécula de hidrogênio
comprimento da
ligação para o H2
PRINCÍPIO DA INCERTEZA DE HEISENBERG
“É impossível conhecer simultaneamente e com certeza a posição e o momento
de uma pequena partícula, tal como um elétron”
y2 = densidade de probabilidade eletrônica
Explicação considerando os orbitais:
ADIÇÃO
y1S (orbital atômico)
y1S (orbital atômico)
y (orbital molecular) LIGANTE
y1S (orbital atômico)
y1S (orbital atômico)
Y(orbital molecular) ANTILIGANTE
SUBTRAÇÃO
FORMAÇÃO DA MOLÉCULA DE HIDROGÊNIO
FORMAÇÃO DOS ORBITAIS MOLECULARES
O número de orbitais moleculares resultante é sempre igual ao número de orbitais
atômicos que se combinaram.
 Os orbitais moleculares formados circundam ambos os núcleos.
Cada orbital molecular pode conter um máximo de dois elétrons de spins opostos.
NODO
COMBINAÇÃO
FORA DE FASE
COMBINAÇÃO
EM FASE
COMBINAÇÃO DE ORBITAIS ATÔMICOS
combinação construtiva
uma onda reforça a
outra, resultando
numa ligação
núcleo do
átomo de
hidrogênio
combinação destrutiva
fase do orbital
uma onda cancela
a outra, e não
ocorre ligação
fase do orbital
nodo
ORBITAIS MOLECULARES
ORBITAL MOLECULAR LIGANTE (Y):
- Orbitais atômicos de mesma fase se superpõem  aumento da função de
onda  y2 é maior entre os dois núcleos  contêm ambos os elétrons 
estado de mais baixa energia
ORBITAL MOLECULAR ANTILIGANTE (Y):
- Orbitais atômicos de fase oposta se superpõem  interferência da função de
onda na região entre os núcleos  um nó é produzido e y2 é menor entre os
dois núcleos  não contêm elétrons  estado de mais alta energia.
ia
ANTILIGANTE
Orbital
Atômico
Orbital
Atômico
LIGANTE
Orbitais
Moleculares
3. HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO
HIBRIDIZAÇÃO ORBITAL:
Abordagem matemática que envolve a combinação de funções de onda individuais
para os orbitais s e p, obtendo funções de onda para novos orbitais
Orbitais Atômicos Híbridos
Configuração eletrônica do carbono: Z = 6
EstadoGround
Fundamental
state
Excited st
2p
2p
2s
2s
1s
1s
elétrons de valência
Hibridização: combinação de orbitais, não
de elétrons!!
Promotion
of electron
HIBRIDIZAÇÃO sp3
Estado
Fundamental
Ground
state
Estado
Excitado
Excited
state
2p
2p
2s
2s
1s
1s
Promotion of electron
3
2
spHibridização
-Hybridizedspstate
4sp3
1s
Hybridization
3
A ESTRUTURA DO METANO
- estrutura tetraédrica
- orbitais orientados a ângulos de 109,5° em relação uns aos outros
- quatro ligações C-H equivalentes
Quatro orbitais híbridos
sp3 do carbono
METANO
Quatro orbitais atômicos
1s dos hidrogênios
LIGAÇÃO SIMPLES
Orbital sp3
 Quanto maior a sobreposição dos orbitais atômicos, mais forte é a ligação.
A sobreposição dos orbitais atômicos
resulta em uma ligação que tem simetria
circular na área transversal, quando vista
ao longo do eixo da ligação
Grupos unidos por uma ligação
simples giram relativamente
livres um em relação ao outro
A ESTRUTURA DO ETANO
EXERCÍCIO 1:
a) Qual a hibridização do oxigênio na molécula de H2O?
a) Qual a hibridização do nitrogênio na molécula de NH3?
HIBRIDIZAÇÃO sp2
Estado Fundamental
Estado Excitado
Hibridização sp2
1 orbital p não
é hibridizado
A ESTRUTURA DO ETENO
- estrutura trigonal plana
- orbitais híbridos sp2 orientados a ângulos de 120°
em relação uns aos outros
- três ligações sigma
- uma ligação pi
LIGAÇÃO PI (p)
conjunto de orbitais sp2 + p
ligações sigma
sobreposição dos orbitais p paralelos acima e abaixo do plano do
esqueleto s e formação da ligação p.
LIGAÇÃO DUPLA
ligação rígida: só ocorre rotação
se a ligação p for quebrada (os
orbitais p não se sobrepõem).
LIGAÇÃO PI (p):
ligação s: dois orbitais sp2 que se
sobrepõem, ponta a ponta e é simétrica
sobre um eixo que liga os dois átomos
de carbono.
ligação p: sobreposição lateral de dois
orbitais p e possui um plano nodal
ORBITAL MOLECULAR 2p
Ligação s:
Os elétrons de ligação p
têm energia maior que os
elétrons de ligação s.
p* MO
Ligação p:
Energy
Antibonding
s* MO
p MO
Bonding
s MO
HIBRIDIZAÇÃO sp
Estado Fundamental
Estado Excitado
Hibridização sp2
2 orbitais p não
são hibridizados
A ESTRUTURA DO ETINO
- estrutura linear
- orbitais híbridos sp orientados a ângulos de 180° em
relação uns aos outros
- uma ligação sigma
- duas ligações pi
A LIGAÇÃO TRIPLA