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[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 1
SEBENTA – EXERCÍCIOS PROPOSTOS E RESOLVIDOS
IINNDDIICCEE
11.. EESSTTRRUUTTUURRAA ee LLIIGGAAÇÇÃÃOO QQUUÍÍMMIICCAA
22.. AALLCCAANNOOSS ee CCIICCLLOOAALLCCAANNOOSS
33.. EESSTTEERREEOOIISSOOMMEERRIIAA
44.. SSNN22 // SSNN11 –– SSUUBBSSTTIITTUUIIÇÇÃÃOO NNUUCCLLEEOOFFÍÍLLIICCAA
55.. EE22 // EE11 -- EELLIIMMIINNAAÇÇÃÃOO
66.. AALLCCEENNOOSS ee AALLCCIINNOOSS
77..BBEENNZZEENNOO ee DDEERRIIVVAADDOOSS
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11.. EESSTTRRUUTTUURRAA EE LLIIGGAAÇÇÃÃOO QQUUÍÍMMIICCAA
1. Calcule a carga formal de cada um dos átomos nas seguintes estruturas de Lewis:
a. Tribrometo de fósforo
P
Br
BrBr
Resolução:
Nem o fósforo nem o bromo têm carga formal no PBr3:
Electrões de valência no
átomo neutro
Contagem de e-
Carga formal
Fósforo 5 ½(6)+2=5 0
Bromo 7 ½(2)+6=7 0
b. Ácido sulfúrico
S O
O
O
O
HH
Resolução:
As cargas formais são:
Electrões de valência no
átomo neutro
Contagem de e-
Carga formal
Hidrogénio 1 ½(2)=1 0
Oxigénio (OH) 6 ½(4)+4=6 0
Oxigénio 6 ½(2)+6=7 -1
Enxofre 6 ½(8)+0=4 +2
c. Ácido nitroso
O N OH
Resolução:
As cargas formais são:
Electrões de valência no
átomo neutro
Contagem de e-
Carga formal
Hidrogénio 1 ½(2)=1 0
Oxigénio (OH) 6 ½(4)+4=6 0
Oxigénio 6 ½(4)+4=6 0
Azoto 5 ½(6)+2=5 0
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2. Verifique e corrija, se necessário, as cargas dos seguintes iões:
N
H
H
H
H+
B
H
H
H
H-
B
H
H
H
H-
B
H
H
H
H-
ião amónio ião boro-hidreto
Resolução:
A contagem de electrões para o azoto e para o boro é 4 (metade de 8 electrões das ligações
covalentes). O azoto tem 5 electrões na sua camada de valência, fica então com carga +1; o
boro neutro tem 3 electrões de valência, fica com carga -1.
3. Expanda as fórmulas condensadas, mostrando as ligações e electrões não partilhados:
a. ClCH2CH2Cl (1,2-dicloroetano)
b. (CH3)3CH (2-metilpropano)
c. (CH3)2CHCH=O (2-metilpropanal)
Resolução:
a.
C C
H
Cl
H
H
Cl
H
b.
C C
H
C
C
H
H
H
H
HH
H
HH
c.
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4. Re-escreva as seguintes representações, mostrando as ligações e átomos envolvidos. Indique o nome
IUPAC dos referidos compostos:
a.
b.
c.
HO
Resolução:
a.
C C C C C C C C C C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
n-decano
b.
C
CH3
H3C
H
C
H
CH3
CH3
2,3-dimetilbutano
c.
C
C
H3C
H
C
CH3
CH3
H
H
H
HO
2,3-dimetilbutan-1-ol
5. Escreva as fórmulas estruturais para todos os compostos isoméricos de acordo com a fórmula:
a. C2H6O
b. C3H8O
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Resolução:
a.
C C
H
H
H
H
H
O H
e
H C
H
H
O C H
H
H
etanol / éter dimetílico
b.
CH3CH2CH2OH CH3CHCH3
OH
CH3CH2OCH3
propanol / isopropanol (2-propanol)/ éter metiletílico
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P.1 Considere as estruturas A, B, C e D:
A B C D
a. Quais das estruturas contém carbono com carga positiva?
b. Quais das estruturas contém o azoto com carga positiva?
c. Quais das estruturas contém o oxigénio com carga positiva?
d. Quais das estruturas contém um carbono com carga negativa?
e. Quais das estruturas contém azoto com carga negativa?
f. Quais das estruturas contém oxigénio com carga negativa?
g. Qual a estrutura mais estável?
h. Qual a estrutura menos estável?
P.2 Quantas ligações e ligações estão presentes nas seguintes estruturas?
a.
CH3CH CHCH3CH3CH CHCH3 b.
HC CHCH2CH3
P.3 Nos compostos anteriores indique a hibridação para cada um dos átomos de carbono.
P.4 Tendo como hipótese os compostos:
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A B A A B A A B A
I II III IV
Qual/quais a(s) substância(s) linear(es)?
a.Somente I
b.I e III
c.I e II
d.Somente III
P.5 Nos compostos hipotéticos anteriores, assumindo que A é mais electronegativo que B, quais as
substâncias polares?
a. I e III
b. Somente II
c.Somente IV
d.II e IV
SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDOOSS PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P1.
a. D
b. A, B
c. Nenhuma
d. B
e. Nenhuma
f. A, D
g. A
h. C
P2. a. 11 , 1
b. 9 , 2
P3. a.
CH3CH CHCH3
sp3 sp3sp2
b.
HC CHCH2CH3
sp sp3
P4. Resposta b.
P5. Resposta d.
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22.. AALLCCAANNOOSS ee CCIICCLLOOAALLCCAANNOOSS
1. Desenhe as fórmulas estruturais dos compostos seguintes; verifique se os nomes dados
correspondem ao sistema IUPAC de nomenclatura. Caso assim não seja, proponha o nome correcto:
a. 2-metil-3-propilpentano b. 2,3,4-trimetil-4-butil-heptano c. 4-terc-butil-5-isopropil-hexano
d. 2,4,4-trimetilpentano
Resolução:
a. 2-metil-3-propilpentano
Escolher a cadeia mais longa e atribuir-lhe um nome (regra IUPAC nº1)
Neste caso há duas possibilidades:
Hipótese 1 Hipótese 2
A regra IUPAC determina que se escolha como cadeia principal aquela com maior número de carbonos
(neste caso 6) contendo o maior número de substituintes, ou seja a Hipótese 1. Vamos então atribuir
nomes aos substituintes (regra IUPAC nº 2)
-CH3 grupo metilo
-CH2CH3 grupo etilo
Atribui-se uma numeração aos átomos de carbono da cadeia principal começando pela extremidade
que tem um substituinte mais perto (regra IUPAC nº 3).
Finalmente escreve-se o nome do alcano indicando os substituintes por ordem alfabética (regra IUPAC
nº 4):
3-Etil-2-metil-hexano
H2C
CH3
CH3
1
2 3
4
5
6
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b. 2,3,4-Trimetil-4-butil-heptano
Cadeia principal:
8 átomos de carbono - octano
Numeração da cadeia principal:
Assim teremos como nome IUPAC deste alcano: 4-Butil-2,3,4-trimetil-octano
Nota: O prefixo tri não é tomado em consideração ao estabelecer a ordem alfabética dos
substituintes.
c. 4-terc-butil-5-isopropil-hexano
Cadeia principal: 7 átomos de carbono - heptano
Numeração da cadeia principal:
Atribuição de nomes aos substituintes:
Carbonos 2 e 3 -CH3 grupo metilo
Carbono 4 -C(CH3)3 grupo (1,1-dimetiletilo) – substituinte ramificado (terc-butilo)
Assim o nome IUPAC deste alcano é: 4-(1,1-dimetiletil)-2,3-dimetil-heptano
Nota: Quando se definiu a ordem alfabética dos substituintes o prefixo di foi tomado em consideração
no caso do (1,1-dimetiletil) que é um substituinte ramificado mas não no caso do 2,3-dimetil
(substituinte linear).
d. 2,4,4-trimetilpentano
12 3 4
5 6 78
12
34567
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Cadeia principal: 5 carbonos – pentano
Numeração da cadeia:
Desta forma as posições dos grupos metilo substituintes são 2,2,4. Se a numeração da cadeia principal
começasse do lado oposto as posições dos substituintes seriam 2,4,4. Comparando ambos e pelo
princípio do 1º ponto de diferença escolhe-se o esquema de numeração da cadeia principal que atribui
menor número à posição do substituinte.
Assim o alcano tem a seguinte designação IUPAC: 2,2,4-trimetilpentano
2. Desenhe o diagrama de energia potencial em função do ângulo de rotação para as conformações
em torno da ligação C2-C3 do n-butano e associe os pontos de maior e menor energia às
respectivas conformações justificando as diferenças energéticas.
Resolução:
Consideremos em primeiro lugar as diferentes conformações que a molécula de butano
assume quando ocorre rotação em torno da ligação C2-C3.
1
234
5
Conformação 1 Ângulo de rotação = 0º
Alternada
Conformação 3 Ângulo de rotação = 120º
Alternada
Conformação 2 Ângulo de rotação = 60º
Eclipsada
6
0º
60
º
CH3
H H
CH3
H H
H
C
H3
H
CH3
H H
H
H
C
H3
H
CH
3
H
Conformação 4 Ângulo de rotação = 180ª
Eclipsada
Conformação 6 Ângulo de rotação = 300ª
Eclipsada
Conformação 5 Ângulo de rotação = 240ª
Alternada
6
0º
60
º
CH3
H H
CH3
H
H
CH3
H H
H
H
C
H3
CH3
H H
H3
C
H
H
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CH3
H H
H
C
H3
H
Conformação 7 Ângulo de rotação = 360ª
Alternada
60
º
A conformação 7 é igual à conformação 1 pois corresponde à rotação de 360º.
A energia de qualquer conformação alternada é sempre inferior à
de qualquer conformação eclipsada pois as repulsões entre os
grupos ligados ao carbono C-2 e ao carbono C-3 são sempre
menores, ou seja
E1 ou E3 ou E5 ou E7 < E2 ou E4 ou E6
Se compararmos as diferentes conformações verificamos que:
E1 = E7 porque é a mesma conformação.
E2 = E6 e E3 = E5 porque nas duas conformações existem as mesmas repulsões entre grupos
idênticos.
E4 é a conformação com mais energia potencial pois nesta conformação ocorre repulsão entre
os dois grupos metilo mais volumosos.
Assim podemos ordenar as energias das várias conformações por ordem crescente:
E1 = E7 < E3 = E5 < E2 = E6 < E4
Podemos então traçar o gráfico da variação da energia potencial em função do ângulo de rotação,
considerando 4 níveis de energia:
I (E1,E7) < II (E3, E5) < III (E2,E6) < IV (E4)
3. Calcule a composição da mistura reaccional resultante da monocloração do 2,2,4-trimetilpentano
sabendo que a reactividade relativa dos hidrogénios é: primários = 1, secundários = 3.8 e
terciários = 5.
IV
III
Ep
0 60 120 180
0 240 300 360
II
I
Ângulo de rotação
(º)
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Resolução:
A estrutura do 2,2,4-trimetilpentano é:
Quando este composto sofre monocloração podem obter-se os seguintes derivados:
Derivado 1: 1-cloro-2,2,4- trimetilpentano
= =
A substituição de um H por um Cl em qualquer dos grupos metilo acima indicados dá origem ao mesmo
composto: o 1-cloro-2,2,4-trimetilpentano. Assim este derivado pode ser obtido por substituição de
qualquer um de 9 átomos de hidrogénio primários equivalentes:
Derivado 2: Se ocorrer substituição em qualquer dos 2 hidrogénios do carbono 3 (hidrogénios
secundários) obtém-se o 3-cloro-2,2,4-trimetilpentano:
Derivado 3: Quando o único átomo de hidrogénio do carbono 4 (terciário) é substítuido obtém-se o
2-cloro-2,4,4-trimetilpentano:
Derivado 4: A substituição de um dos hidrogénios dos grupos metilos a seguir indicados (6 hidrogénios
primários) por um cloro:
H3C CH2
CH
CH3
CH3CH3
CH3
H3C CH2
CH
CH3
CH3CH3
CH2Cl
H3C CH2
CH
CH3
CH3CH2Cl
CH3
ClH2C CH2
CH
CH3
CH3CH3
CH3
H3C CH2
CH
CH3
CH3CH3
CH3
H3C CHCl
CH
CH3
CH3CH3
CH3
H3C CH2
CCl
CH3
CH3CH3
CH3
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Dará origem ao 1-cloro-2,4,4-trimetilpentano:
Assim temos que:
Derivado Nome Resulta da substituição
de: Cuja reactividade
relativa é
1 1-cloro-2,2,4- trimetilpentano 6 hidrogénios primários 1
2 3-cloro-2,2,4-trimetilpentano 2 hidrogénios secundários 3.8
3 2-cloro-2,4,4-trimetilpentano 1 hidrogénio terciário 5
4 1-cloro-2,4,4- trimetilpentano 6 hidrogénios primários 1
A formação de um dado derivado será tanto mais provável quanto maior for a reactividade do
hidrogénio substituído e quanto maior for o número de átomos de hidrogénio que é possível substituir
(hidrogénios equivalentes).
Derivado Nome Probabilidade de
se formar Quantidade relativa de
cada derivado
1 1-cloro-2,2,4- trimetilpentano 1 x 9 = 9 9 / 27.6 = 0.3261
2 3-cloro-2,2,4-trimetilpentano 3.8 x 2 = 7.6 7.6 / 27.6 = 0.2754
3 2-cloro-2,4,4-trimetilpentano 5 x 1 = 5 5 / 27.6 = 0.1812
4 1-cloro-2,4,4- trimetilpentano 1 x 6 = 6 6 / 27.6 = 0.2174
Total 27.6
A mistura reaccional será portanto constituída por:
32.61 % de 1-cloro-2,2,4-trimetilpentano
27.54 % de 3-cloro-2,2,4-trimetilpentano
18.12 % de 2-cloro-2,4,4-trimetilpentano
21.74 % de 1-cloro-2,4,4-trimetilpentano
4. Escreva a equação química, estequeometricamente correcta, da combustão do ciclo-hexano.
Resolução:
Da combustão de todos os hidrocarbonetos resulta dióxido de carbono e água. Para
acertar a equação de combustão do ciclo-hexano (C6H12), primeiro acerta-se os carbonos
e os hidrogénios do lado direito da equação. Depois acerta-se os oxigénios do lado
H3C CH2
CH
CH3
CH3CH3
CH3
H3C CH2
CH
CH3
CH2ClCH3
CH3
H3C CH2
CH
CH2Cl
CH3CH3
CH3
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 13
esquerdo.
+ 9 O2 6 CO2 + 6H2O
5. Indique quais os produtos resultantes da pirólise do butano assumindo que ocorreu apenas
homólise de ligações C-C e que se formam apenas hidrocarbonetos saturados.
Considerando que apenas ocorreu homólise das ligações C-C temos como resultado os seguintes
radicais:
Homólise da ligação: Radicais formados
CH3CH2CH2CH3
C1-C2 CH3 + CH2CH2CH3
C2-C3 CH2CH3
C3-C4 CH3 + CH2CH2CH3
Assumindo que se formam apenas hidrocarbonetos saturados os produtos da reacção
correspondem às várias possibilidades de reacção de terminação radicalar:
CH3 + CH3 CH3CH3 (etano)
CH3 + CH2CH3 CH3CH2CH3 (propano)
CH3 + CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 (butano)
CH2CH3 + CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 (butano)
CH2CH3 + CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 (pentano)
CH2CH2CH3 + CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 (hexano)
6. Desenhe a conformação mais estável do 1-terc-butil-1-metilciclo-hexano.
Resolução:
O grupo terc-butilo é muito mais volumoso do que o grupo metilo; tem pois uma maior
preferência para a posição equatorial. Sendo assim, a conformação mais estável para o 1-terc-
butil-1-metilciclo-hexano tem o grupo metilo em posição axial e o grupo terc-butilo em
equatorial: CH3
C(CH3)3 7. Baseado no que sabe para os ciclo-hexanos dissubstituídos, qual dos estereoisómeros do 1,3,5-
trimetilciclo-hexano espera que seja o mais estável?
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
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H H
H
H H
HH3C
cis-1,3,5-Trimetilciclo-hexano trans-1,3,5-Trimetilciclo-hexano
Resolução:
Quando comparamos 2 estereoisómeros derivados do ciclo-hexano, o mais estável será aquele
que possui maior número de substituintes na posição equatorial. Re-escrevendo as estruturas
temos,
H H
H
H3C
H
CH3
H
CH3
H
cis-1,3,5-Trimetilciclo-hexano
H H
HH3C
H
CH3
CH3
H
CH3
H
trans-1,3,5-Trimetilciclo-hexano
No estereoisómero cis-, todos os grupos metilo estão na posição equatorial; é então mais
estável que o trans-1,3,5-Trimetilciclo-hexano, o qual possui um grupo metilo axial.
8. Indique a conformação mais estável da N-metilpiperidina:
1 2
Resolução:
Quando R = H (piperidina) as duas conformações têm aproximadamente a mesma
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
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estabilidade. Na N-metilpiperidina (R = CH3) é de esperar que a estrutura 1, com o CH3 na
posição equatorial, seja a mais estável.
9. Das duas conformações abaixo indicadas qual a mais estável, porquê?
CH3CH3
HH H3C CH3
H H
A B
Resolução: A conformação B é mais estável do que A. Os grupos metilo em A estão mais próximos
existindo uma repulsão (forças van der Waals) entre eles.
CH3CH3
HH
10. Diga se o par de estruturas representa isómeros constitucionais, diferentes conformações do mesmo
composto ou estereoisómeros não convertíveis:
a.
CH3
C2H5
e H3C
C2H5
b.
CH3
H
e
H
CH3
Resolução:
Na alínea a) trata-se do cis- e do trans-1-Etil-4-metilciclo-hexano respectivamente. Os dois
compostos são estereoisómeros.
Na alínea b) trata-se dos isómeros trans- e cis- respectivamente. Os dois compostos são,
portanto, estereoisómeros. H
CH3
Neste caso, o grupo metilo está cis com estas ligações.
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
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PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P.1
Considere a combustão do seguinte alcano:
CH3(CH2)xCH3 + yO2 zCO2 + 14H2O
Quais os valores numéricos de x, y e z? O calor (H) envolvido nesta reacção é maior ou menor do que o envolvido na reacção do tetradecano?
P.2
Quais dos seguintes isómeros tem as menores forças intermoleculares atractivas de van der Waals no estado líquido?
a. (CH3)3CCH2CH3 b. CH3CH2CH2CH(CH3)2 c. CH3CH2CH2CH2CH2CH3 d. As forças atractivas de van der Waals de todos os isómeros são iguais
P.3
Escreva a equação química, estequeometricamente correcta, da combustão do ciclo-hexano.
P.4
Desenhe a conformação mais estável do seguinte composto:
Br
H3C
C(CH3)3
Quais os substituintes axiais e quais os equatoriais?
P.5
Qual dos diastereómeros tem menor calor de combustão, o cis-1-isopropil-4-metilciclo-hexano ou o trans-1-isopropil-4-metilciclo-hexano?
P.6
Compare a estabilidade dos dois compostos seguintes I cis-1-Bromo-3-metilciclo-hexano II trans-1-Bromo-3-metilciclo-hexano
a. I é mais estável b. II é mais estável c. I e II têm igual estabilidade d. Não é possível comparar
P.7
Indique o nome sistemático (IUPAC) para cada um dos compostos seguintes:
a) b)
CH3
CH3
CH2CH2CH3 CH2CH3
CH3
CH3
CH2CH3
CH3
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c) d)
P.8
Desenhe as fórmulas estruturais dos seguintes alcanos:
a. 2-metil-3-propilpentano
b. 5(1,1-dimetilpropil)nonano
c. 2,3,4-trimetil-4-butil-heptano
d. 4-terc-butil-5-isopropil-hexano
e. 4-(2-etilbutil)decano
f. 2,4,4-trimetilpentano
g. 4-sec-butil-heptano
h. isoheptano
i. neoheptano
Nota: Se o nome indicado não estiver de acordo com a nomenclatura IUPAC
indique qual a designação da molécula desenhada segundo essa nomenclatura.
P.9
Desenhe o diagrama de energia potencial em função do ângulo de rotação em torno da ligação C-1-C-2 do n-butano, representando as várias conformações pelas correspondentes projecções de Newman.
P.10
Desenhe o diagrama de energia potencial em função do ângulo de rotação em torno da ligação C-2-C-3 do 2-metilbutano, representando as várias conformações pelas correspondentes projecções de Newman.
P.11
Preveja qual a composição da mistura reaccional resultante da monobromação radicalar do 2-metilbutano. Nota: (reactividade relativa dos hidrogénios: 1º = 1, 2º = 16, 3º = 1800).
P.12 Preveja qual a composição da mistura reaccional resultante da monocloração radicalar do 2,2,4,4-tetrametil-hexano. Nota: (reactividade relativa dos hidrogénios: 1º = 1, 2º = 10, 3º = 50).
P.13 Calcule a composição da mistura reaccional resultante da monocloração do ciclo-hexano sabendo que a reactividade relativa dos hidrogénios é: primários = 1, secundários = 4 e terciários = 75.
P.14 Um alcano foi sujeito a pirólise em condições nas quais ocorreu predominantemente a homólise de ligações C - C. Os produtos da reacção foram etano, propano e butano. Diga justificando, qual o alcano que sofreu a pirólise.
P.15 Uma amostra de propano foi sujeita a pirólise tendo-se obtido os seguintes produtos da reacção: metano, etano, propano, butano e eteno. Sugira mecanismos para a formação de cada um destes produtos.
CH2CH3
CH2CH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH2CH3
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SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDOOSS PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P1:
x = 11, y = 20, z = 13
Menor calor por mole.
P2:
O isómero a)
P3:
(H3C)3C
H
CH3
H
Br
H
equatorial
axial
axial P4:
O trans-1-isopropil-4-metilciclohexano tem menor calor de combustão.
P5:
Alínea a) I é mais estável.
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33.. EESSTTEERREEOOIISSOOMMEERRIIAA
1. Indique nos compostos seguintes, quais os centros estereogénicos:
a. 3-Bromopentano
b. 1-Bromo-2-metilbutano
c. 2-Bromo-2-metilbutano
Resolução:
a. Um carbono estereogénico tem 4 substituintes diferentes. Nenhum dos carbonos no
3-bromopentano tem 4 substituintes diferentes pelo que não possui centros
estereogénicos.
CH3CH2 C
H
Br
CH2CH3
b. O carbono-2 é um centro estereogénico no 1-bromo-2-metilbutano.
BrCH2 C
H
CH3
CH2CH3
c. Não existem centros estereogénicos no 2-bromo-2-metilbutano
2. Localize planos e / ou centros de simetria nos compostos:
a. (Z)-1,2-Dicloro-eteno
b. cis-1,2-Diclorociclopropano
c. trans-1,2-Diclorociclopropano
Resolução:
a. Existem dois planos de simetria no (Z)-1,2-Dicloro-eteno. Não existem centros de
simetria. A molécula é aquiral.
C C
Cl
H
Cl
H
planos de simetria
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 20
b. Existe um plano de simetria no cis-1,2-diclorociclopropano que bissecta as ligações C-
1-C-2 e passa por C-3. A molécula é aquiral.
Cl
H
Cl
H
1 2
3
plano de simetria
c. O trans-1,2-diclorociclopropano não tem plano nem centro de simetria. Possui 2
imagens especulares não sobreponíveis. A molécula é quiral.
H
Cl
Cl
H e
Cl
H
H
Cl
3. O esteróide colesterol, quando obtido de fontes naturais, é obtido como um só enantiómero.
A rotação observada de uma amostra de 0.3 g de colesterol em 15 ml de solução
clorofórmica contida num tubo polarimétrico de 10 cm é -0,78. Calcule a rotação específica
do colesterol.
Resolução:
A equação que relaciona a rotação específica com a rotação observada é:
onde c é a concentração expressa em g por 100 ml e l o comprimento do tubo do
polarímetro em decímetro. Uma vez que neste caso a concentração é 0.3 g por 15 ml e o
comprimento do tubo 10 cm, a rotação específica é
ou seja, -39.
4. Assinale a configuração absoluta R ou S dos seguintes compostos:
a.
H3CH2C
C CH2OH
HH3C
(+)-2-Metil-1-butanol
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 21
b.
H3CH2C
C CH2F
HH3C
(+)-1-Fluoro-2-metilbutano
Resolução:
a. O substituinte de maior prioridade no centro estereogénico do 2-metil-1-butanol é o
CH2OH; o de menor é o H. Nos restantes o etilo tem maior prioridade do que o
metilo.
A ordem de precedência é CH2OH CH3CH2 CH3 H
Colocando o substituinte de menor precedência (H) o mais afastado de nós, re-
desenhando a molécula como um guarda-chuva invertido
H3C CH2OH
CH2CH3
verificamos a direcção dos ponteiros do relógio quando obedecemos à ordem de
prioridade; trata-se da configuração R. O composto desenhado é o (R)-(+)-2-metil-1-
butanol.
b. Aqui a resolução é análoga ao efectuado anteriormente.
H3CH2C
C CH2F
HH3C
ordem de precedência: CH2F CH3CH2 CH3 H
Re-desenhando a molécula como um guarda-chuva invertido com o substituinte de
menor prioridade o mais afastado de nós
H3C CH2F
CH2CH3
seguindo a ordem de prioridade dos substituintes verificamos ser no sentido dos
ponteiros do relógio. A configuração absoluta é R; o composto é o (R)-(+)-1-fluoro-2-
metilbutano.
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 22
5. O ácido tartárico, CO2HCH(OH)CH(OH)CO2H, possui 3 estereoisómeros, apesar de possuir 2
centros estereogénicos. Desenhe-os utilizando a notação traço-cunha e projecções de Fischer
e, atribua as configurações absolutas aos centros estereogénicos.
Resolução:
Utilizando as projecções de Fischer, verificamos que apenas é possível desenhar 3
estereoisómeros:
CO2H
OHH
HHO
CO2H
CO2H
HHO
OHH
CO2H
CO2H
OHH
OHH
CO2H 1 2 3
Os estereoisómeros 1 e 2 representam um par de enantiómeros:
CO2H
OHH
HHO
CO2H
CO2H
HHO
OHH
CO2H
1 2
O estereoisómero 3, é um diastereomero de 1 e de 2 e tem um plano de simetria:
CO2H
OHH
OHH
CO2Hplano de simetria
3
pelo que não possui enantiómero (metade da molécula é a imagem especular da outra metade).
Trata-se do estereoisómero meso, o qual é opticamente inactivo pelo que se expôs. Sendo assim,
atribuindo as configurações absolutas aos centros estereogénicos, temos para os ácidos tartáricos:
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 23
CO2H
OHH
HHO
CO2H
CO2H
HHO
OHH
CO2H
CO2H
OHH
OHH
CO2H
2R
3R
2S
3S
2R
3S
1 2 3
(2R, 3R) (2S, 3S) (2R, 3S)
forma meso
Desenhando as estruturas utilizando a notação traço-cunha, temos:
1
(2R, 3R)-Ácido tartárico (pf 170 C, []D + 12)
CO2H
HHO
OHH
CO2H
2S
3SHO2C
CO2H
HO H
HOH
2
(2S, 3S)-Ácido tartárico (pf 170 C, []D - 12)
CO2H
OHH
OHH
CO2H
2R
3S
HO2C CO2H
HO OHH H
3
meso-Ácido tartárico (pf 170 C, opticamente inactivo)
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 24
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P.1 Quais das seguintes estruturas são equivalentes?
C ClBr
CH2CH3
CH3
C ClH3CH2C
CH3
Br
C BrH3C
CH2CH3
Cl
A B C a. A e B b. A e C c. B e C d. A, B e C
P.2 Qual dos compostos é quiral? a. 1,1-Dibromo-1-cloropropano b. 1,1-Dibromo-3-cloropropano c. 1,3-Dibromo-1-cloropropano d. 1,3-Dibromo-2-cloropropano
P.3 Um composto meso: a. É uma molécula aquiral que contém centros estereogénicos b. Contém um plano de simetria ou um centro de simetria c. É opticamente inactivo d. É caracterizado por tudo o referido anteriormente
P.4 O 2,3-dicloropropano abaixo representado é:
Cl
CH3
H
HCl
CH2CH3
a. 2R, 3R b. 2R, 3S c. 2S, 3R d. 2S, 3S
P5. Quais dos seguintes compostos são meso?
OH
CH3
H
OHH
CH2CH3
CH3
Cl
H
HH3C
Cl
CH3
CH3
A B C a. Somente A b. Somente C c. A e B d. B e C
SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDOOSS PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P1. A resposta correcta é a d) P2. A resposta correcta é a c) P3. A resposta correcta é a d) P4. A resposta correcta é a d) P5. A resposta correcta é a b)
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 25
44.. SSNN22 // SSNN11 –– SSUUBBSSTTIITTUUIIÇÇÃÃOO NNUUCCLLEEOOFFÍÍLLIICCAA
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 26
55.. EE22 // EE11 –– EELLIIMMIINNAAÇÇÃÃOO
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 27
66.. AALLCCEENNOOSS ee AALLCCIINNOOSS
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 28
77.. BBEENNZZEENNOO ee DDEERRIIVVAADDOOSS
1. Atribua os nomes aos seguintes compostos segundo as regras da IUPAC:
a)b) c) d)
1 2
3
12
3
4
1
2
1 2
3
Resolução:
a. (1-metilpropil)benzeno ou sec-butilbenzeno
b. (3-metilbutil)benzeno ou isopentilbenzeno
c. (1,1-dimetiletil)benzeno ou tert-butilbenzeno
d. (2,2-dimetilpropil)benzeno ou neopentilbenzeno
- Ter em atenção que a contagem na cadeia ligada ao benzeno é feita a partir do carbono mais
próximo do anel benzénico.
- Algumas configurações especiais de cadeia alquílica poderão ter sinónimos mais simplificados como é
o caso dos grupos sec, iso, tert e neo-alquílicos.
2. Atribua os nomes aos seguintes compostos segundo as regras da IUPAC:
Br
OH
OH
HO
1
2
3
4
5
6 1
2
3
4
5
6
12
3
4
5
6
a)b) c)
Resolução:
a. 1-Bromo-4-etenilbenzeno ou para-Bromoetenilbenzeno
b. 3-Etinilfenol ou meta-Etinilfenol
c. 2-Hidroxibenzaldeído ou orto-Hidroxibenzaldeído
- Os substituintes benzénicos são nomeados por ordem alfabética a).
- Relações 1,2; 1,3 e 1,4 em derivados de benzeno dissubstituídos denominam-se orto, meta
e para, respectivamente a), b) e c).
- A numeração dos carbonos do anel benzénico é feita de maneira a dar o número mais baixo
possível relativamente ao posicionamento de grupos substituintes a), b) e c).
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 29
3. Atribua os nomes aos seguintes compostos segundo as regras da IUPAC:
NH2
O
O
O
OH O
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
a) b)
Resolução:
a. 3-aminobenzoato de etilo
b. Ácido 2-etoxi-5-isopropilbenzóico
4. Diga quais dos seguintes compostos são aromáticos, anti-aromáticos ou não aromáticos:
a) b) c)
d) e)
Resolução:
a. Anti-aromático, pois o nº de electrões do sistema conjugado é múltiplo de 4n.
b. Aromático, pois o nº de electrões do sistema conjugado é múltiplo de 4n+2 (regra de
Hückel).
c. Aromático, pois o nº de electrões do sistema conjugado é múltiplo de 4n+2.
d. Não aromático porque a molécula não é linear, não havendo desta maneira a possibilidade de
haver ressonância. Anti-aromático, porque o nº de electrões do sistema conjugado é
múltiplo de 4n.
e. Aromático, pois o nº de electrões do sistema conjugado é múltiplo de 4n+2.
f.
5. Tendo em conta a reactividade dos compostos aromáticos diga qual o produto principal desta
reacção? Descreva o mecanismo reaccional.
Ác. Lewis + Br2
?
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 30
Resolução:
Trata-se de uma reacção de halogenação aromática: H
H H
H
H
H
Br Br ác. Lewis Br Br ác. Lewis
H
H H
H
H
H
Br
+Br ác.Lewis
Br
H
H
H
H
H
6. Diga qual ou quais os produtos principais da seguinte reacção e justifique. Mostre o mecanismo
reaccional. NH2
O H
O
Cl
+Ác. Lewis
?
Resolução:
Trata-se de uma reacção de substituição electrofílica aromática de um derivado
dissubstituído do benzeno; tem, portanto, de se ter em conta a orientação dos
substituintes:
NH2
O H
O
Cl
ác. Lewis
O
Cl
ác.Lewis
O
NH2
O H
O
H
O NH2
O H
Cl ác.Lewis -HCl-ác. Lewis
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 31
7. Como preparar o seguinte composto a partir da molécula de benzeno? (Indique o mecanismo)
NH2
Resolução:
Trata-se de uma reacção de substituição electrofílica aromática; há que ter em conta a
orientação dos substituintes e, portanto, que grupos introduzir e, qual a sequência:
N
O
HO O+ H+
N
O
H2O O
N
O
O
N
O
O
NO2
Br+ ác. Lewis
Br+ ác. Lewis Br
ác.Lewis
NO2
NO2
H
H NO2
NO2
Zn(Hg), HCl
NH2
8. Como preparar o seguinte composto a partir da molécula de benzeno? (Indique o mecanismo)
SO O
OH
NC
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 32
Resolução:
Tal como no exercício anterior, há que avaliar a orientação dos substituintes e, portanto,
programar a sequência das reacções de substituição:
SO O
OH
NC
CH3ác. LewisBr CH3 Br ác.Lewis
H Cl2 + hv
Cl
H
H
H H H
+ Cl Cl
Cl
CN
CN
O
S
O O
CN
S
O
O
O
H+
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 33
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
P.1 Atribua os nomes IUPAC às seguintes estruturas químicas:
Cl
a)c) OH
O
OH
O2N NO2
NO2
b)
COOH
OOH
Cl
NH2
O2N
e)
NH2
OH
NH2
COOH
d)
f)
g)
P.2 Atribua uma estrutura aos seguintes nomes escritos segundo as regras da IUPAC.
a. para-(1-etil-2-metilbutil)bromobenzeno
b. 1-Iodo-5-neo-heptil-2-sec-hexilbenzeno
c. Propil-2-amino-3-hidroxibenzoato
d. (3-cianociclohexil)-4-metoxibenzeno
e. 3-(2-cloro-3-metilbenzil)-2-pentanol
f. Ácido 3-(2-carboxietil)benzóico
P.3 Analíse as seguintes alquilações de Friedel-Craft e, diga em cada caso se haverá rearranjo
relativamente ao haloalcano. Em cada caso diga se a reacção é mais rápida ou mais lenta do que a
reacção análoga com o benzeno como reagente de partida.
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 34
Br
+
ác. Lewis
+
ác. Lewis
Br
+
ác. Lewis
Cl
+
ác. Lewis
NO2
HO
a)
b)
c)
d)
Cl
Cl
?
?
?
?
P.4 Indique quais dos seguintes compostos são aromáticos ou anti-aromáticos. Justifique.
1,10-Dihidro-coroneno
Benzo[a]antraceno-agente de poluição carcinogénico
a)
b)
c)
d)
e)f)
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 35
P.5 Partindo do pressuposto que só haverá mono-substituição, explique as seguintes
transformações. No caso da alínea b) só é preciso fazer o mecanismo para um dos produtos.
OH
Br
OH
Br
+ ác. Lewis
HNO3 + H
Br
NO2
+
Br
NO2
a)
b)
P.6 Explique porque é que o protão hidroxílico é acídico?
OH
N
O O P.7 Como faria para obter a seguinte molécula a partir do benzeno?
P.8 Como obter a seguinte molécula a partir do benzeno?
NO2
O
P.9 Prepare o seguinte composto a partir da anilina (benzamina), tendo o cuidado de impedir a
alquilação em posição para. Sugestão: Forme uma amida volumosa e depois aproveite a
reversibilidade da reacção de sulfonação para preparar o composto em baixo.
NH2
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 36
P.10 Como obter esta molécula a partir do fenol? Sugestão: Para bloquear posições orto em relação ao
álcool, forme um éster desse álcool e depois hidrolíse esse éster quando já não for necessário
bloquear a posição orto.
OH
NO2O2N
Br
SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDOOSS PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS P.1
a. 1-(2-propenil)-3-clorobenzeno
b. 2-Metil-1,3,5-trinitro-benzeno
c. Ácido 2-tert-Butil-5-hidroxibenzóico
d. 5-(2-Cloropropil)-2-nitroanilina
e. 3-Aminofenol; Ácido 3-Aminobenzóico
f. 1-fenil-2-propanol
g. Ácido 2-[3-(2-oxopropil)fenil]propanóico
P.2
Br
a)b)
I
c) OH
NH2
O
O
d)
O
CN
e)
OH
Cl
COOH
COOH
f)
P.3 a. Sofre rearranjo e é mais lenta que o caso do benzeno b. Não sofre rearranjo e é mais rápida que o caso do benzeno c. Sofre rearranjo e é mais lenta que o caso do benzeno
d. Sofre rearranjo e é mais rápida que o caso do benzeno P.4
a. Aromático b. Aromático c. Aromático d. Anti-aromático e. Aromático f. Aromático/Anti-aromático
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 37
P.5 O
O
Zn(Hg), HCl
Cl
+ ác. Lewis
O
Cl
+ ác. Lewis
P.6
OO
O
NO2
HNO3 + H+
Cl
O
+ ác. Lewis
Cl
+ ác. Lewis
P.7
NH2HN CH3
SO3+ ác. Sulfúrico conc.
HN
O
CH3
SO O
OH
NH
SO O
OH
O
O
O
Cl
1) H+, H2O
2) OH-, H2O
NH2 ONH2
Zn(Hg), HCl
O
P.8
OH O
O
Cl
O
Br2 + ác. Lewis
O
O
Br
HNO3+ H+
Br
O
O
NO2O2NH+, H2O
OH
O2N NO2
Br
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 38
88.. GGRRUUPPOO CCAARRBBOONNIILLOO
As funções aldeído e cetona têm em comum o grupo funcional carbonilo >C=O, apenas diferindo na
posição relativa do grupo:
R
O
H
Aldeído, R=H ou Alifático R
O
R'
Cetonas, R e R # H
terminação, -al terminação, -ona
Ex.
H
O
H
Metanal ou formaldeído
O
H
Etanal ou acetaldeído
O
H
3-butenal
Muitos compostos possuem nomes derivados do nome do ácido carboxílico de que originam
por oxidação:
R
O
H
OxidaçãoR
O
OH
R
OHOxidação
Ex.
CH3CHO (aldeído acético ou acetaldeído, de CH3COOH ácido acético)
CH3CH2CHO (propionaldeído, de CH3CH2COOH ácido propiónico)
A palavra aldeído provém de álcool desidrogenado.
Nota: Quando o grupo carbonilo não é função principal, designa-se pelo prefixo oxo.
O grupo carbonilo possui dupla ligação entre o C e O polarizando:
C O
1. Indique os produtos resultantes das seguintes reacções:
a. Benzaldeído e NaOH
Resolução: Os aldeídos sem hidrogénio em presença de NaOH concentrado sofrem uma reacção de
dismutação (reacção de Cannizzaro), na qual uma molécula de aldeído se oxida a ácido
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 39
(na forma de sal) enquanto outra se reduz a álcool primário.
O
H
2 + NaOH
O
ONa
OH
+
b.
B2H6 CrO3
H3O+
Resolução: Na hidroboração, o carbono insaturado (vinílico) menos substituído do metilciclo-hexeno
é convertido em carbonilo (C=O).
BH
2
2B2H6
CrO3
H3O+2
O
c. Propanaldeído e KMnO4 (ou K2Cr2O7), H+
Resolução: Os aldeídos são submetidos a oxidação originando ácidos carboxílicos:
H
O
Oxidação
OH
O
d. 4-Metilciclo-hexanol e KMnO4 (ou K2Cr2O7), H+
Resolução: Os aldeídos e cetonas podem ser obtidos por oxidação de álcoois primários (a aldeídos) e
secundários (a cetonas).
Oxidação
OH O
2. Ordene os seguintes compostos de acordo com a sua reactividade frente ao HCN:
H3C CH3
O
H3C
O
H H
O
H
O
CH3
O
CH3
H3COA B C
D E
Resolução: A adição de HCN aos aldeídos e cetonas é uma reacção de equlíbrio, mais ou menos
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 40
deslocado de acordo com a estrutura do composto carbonílico (maior ou menor,
carácter básico).
R1 R2
O
+ HCN
R1 R2
HO CN
Desta forma a ordem de reactividade será: C > B > A > D > E.
3. Indique quais os produtos formados nas seguintes reacções:
a. Ciclo-hexanona + LiAlH4/H2O
b. Benzaldeído + NaBH4/H2O
Resolução: Para a redução do grupo carbonilo são utilizados LiAlH4, NaBH4 e análogos. Os produtos
formados serão:
O HOH
NaBH4
H2O
+ B(OH)3 + NaOH
O
LiAlH4
H2O
+ Al(OH)3 + LiOH
HO Ha.
b.
PPRROOBBLLEEMMAASS PPRROOPPOOSSTTOOSS
1. Dê o nome aos seguintes compostos:
H
O
a
H
O
b
O
H
O2N c
OBr
d
O
e
O
O
f
H
O
O
OHO
g h
2. Desenhe a estrutura dos compostos abaixo indicados:
a. 3-Butinal b. (R)-3-Cloro-hexanal
c. 4,4-Dimetilciclo-hexanona d. p-Cloroacetofenona
e. Propanodial f. Butanodiona
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 41
3. Represente, utilizando setas, a reactividade do grupo funcional carbonilo com a) Um nucleófilo
como MeLi; b) um electrófilo como BF3.
R R
O+ H3C-Li
R R
O+ BF3
4. Desenhe os produtos das seguintes reacções:
O
a.
b. c.
a. LiAlH4, b. H2/Pd-C/1 atm, c. 1. NaBH4 2. H+/ 3. H2/Pd-C/1 atm
5. Complete os seguintes esquemas reaccionais:
O
H Cu2+
Fehling
a.
O
Ag+/NH4OH
Tollens
b.
O
1. I2/NaOH/H2O
2. H3O+
c.
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 42
Soluções:
1.
a. (E)-3-Pentenal b. 3-Fenilpropanal c. m-Nitrobenzaldeído d. (R)-5-Bromo-3-hexanona e. Benzofenona f. 2-Metil-1,4-ciclo-hexanodiona g. 4-Oxo-hexanal h. 5-Hidroxi-2-ciclo-heptenona
2.
H
O
a
H
O
b
O
CH3
c
d e f
H
O
Cl
O
ClH
OOO
3.
R R
O+ H3C-Li
R R
O+ BF3
O
RR
CH3
Li
R R
O
BF3
4.
O
a.
b. c.
O
H OH
[SEBENTA DE EXERCÍCIOS] QUÍMICA II
João Paulo Noronha 43
5.
O
H Cu2+
Fehling
O
OH+ CuO2
a.
O
Ag+/NH4OH
Tollens
b.
O
1. I2/NaOH/H2O
2. H3O+
O
OH+ CHI3
c.
Não Reage