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Guia de estudo de Química Orgânica 1

Regras, tendências, tabelas de reações e exemplos resolvidos para um curso de química orgânica do primeiro semestre da universidade.

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Abreviações: Nu = nucleófilo · LG = grupo abandonador · R = alquila · X = halogênio · Δ = calor · hν = luz · equiv = equivalentes · cat. = catalítico · Ts/Ms/Tf = tosila/mesila/trifila (GAs sulfonato) · DMS = (CH₃)₂S · NMO = N-óxido de N-metilmorfolina (reoxidante) · NBS = N-bromossuccinimida · DBU/DBN = bases amidina volumosas.

≈ indica valores aproximados de livro-texto; os livros variam um pouco, então use os números do seu professor nas provas.

1 Estrutura e ligação

Estruturas de Lewis e carga formal

  • Carga formal = elétrons de valência − elétrons não ligantes − ligações. As cargas formais somam a carga total.
  • C, N, O e F nunca ultrapassam um octeto. Nas estruturas de esqueleto, cada carbono carrega H implícitos até completar 4 ligações; os pares isolados muitas vezes são omitidos.
Padrões de ligação e carga formal
Átomo+10−1
C3 ligações, sem par isolado (carbocátion)4 ligações3 ligações + 1 par isolado (carbânion)
N4 ligações3 ligações + 1 par isolado2 ligações + 2 pares isolados
O3 ligações + 1 par isolado2 ligações + 2 pares isolados1 ligação + 3 pares isolados
Cl, Br, I2 ligações + 2 pares isolados1 ligação + 3 pares isolados4 pares isolados (haleto)

Hibridização e geometria

Número estérico = ligações σ + pares isolados. Ligação simples = 1 σ; dupla = 1 σ + 1 π; tripla = 1 σ + 2 π.

Número estérico, hibridização e forma
Nº estéricoHíbrido, geometriaExemplos
4sp³, tetraédrica, 109,5°CH₄; NH₃ piramidal (≈107°); H₂O angular (≈104,5°)
3sp², trigonal plana, 120°C=C, C=O, C⁺ de carbocátion
2sp, linear, 180°C≡C, C≡N, o C do CO₂

Um par isolado ao lado de uma ligação π costuma estar deslocalizado em um orbital p, de modo que esse átomo é sp² (por exemplo, o N de uma amida).

Ressonância

  • Mova apenas elétrons π e pares isolados. Nunca mova átomos, quebre uma ligação σ, ultrapasse o octeto em C/N/O ou altere a carga total.
  • Padrões: par isolado adjacente a uma ligação π; carga + adjacente a uma ligação π (cátion alílico; alílico = no carbono sp³ adjacente a um C=C, benzílico = adjacente a um anel benzênico); par isolado adjacente a uma carga +; ligação π polar (C=O ↔ C⁺–O⁻); ligações π alternadas em um anel.
  • Os contribuintes são ligados por ↔ (não por ⇌); a molécula real é o híbrido. Contribuintes equivalentes conferem estabilidade extra (as duas ligações C–O de um carboxilato têm o mesmo comprimento).

Contribuinte principal (critérios em ordem):

  1. Máximo de átomos com octeto completo.
  2. Menor número de cargas formais.
  3. Carga negativa no átomo mais eletronegativo (positiva no menos).

Exemplo: em CH₃–O–CH₂⁺ ↔ CH₃–O⁺=CH₂, a segunda forma é a principal: todo átomo tem octeto (regra 1), mesmo com + no O.

Forças intermoleculares (da mais forte para a mais fraca)

  1. Íon–dipolo: íon + molécula polar (Na⁺ em água).
  2. Ligação de hidrogênio: H em N, O ou F (doador) e um par isolado em N, O ou F (aceptor).
  3. Dipolo–dipolo: dipolos permanentes (acetona, CH₃Cl).
  4. Dispersão de London: todas as moléculas; aumenta com a área superficial e a polarizabilidade.

Etanol (doador de ligação de hidrogênio, PE ≈78 °C) vs. éter dimetílico (mesma fórmula, PE ≈−24 °C). Cadeias mais longas elevam o PE; ramificações o diminuem. Semelhante dissolve semelhante: a solubilidade em água dos álcoois cai conforme a cadeia carbônica cresce.

1°, 2°, 3° (primário, secundário, terciário): um carbono ligado a um, dois ou três outros carbonos. Um haleto de alquila ou álcool recebe o grau do carbono que carrega o –X ou o –OH; no caso das aminas, o grau conta os carbonos ligados ao N.

Pratique carga formal e ligação química, seta por seta →

2 Ácidos e bases

  • Ácido de Brønsted doa H⁺, base aceita H⁺. Ácido de Lewis aceita um par de elétrons, base doa um.
  • pKa menor = ácido mais forte = base conjugada mais fraca. Cada unidade de pKa corresponde a um fator de 10 em Ka.
Valores aproximados de pKa (as fontes variam em cerca de ±1)
Ácido → base conjugadapKa ≈
HI → I⁻−10
HBr → Br⁻−9
HCl → Cl⁻−7
H₂SO₄ → HSO₄⁻−3 (algumas tabelas −9)
ROH₂⁺ → ROH (álcool protonado)−2
H₃O⁺ → H₂O−1.7
RCOOH → RCOO⁻ (ácido acético)4.8
NH₄⁺ → NH₃9.2
PhOH → PhO⁻ (fenol)10
R₃NH⁺ → R₃N (alquilamônio)10–11
H₂O → HO⁻15.7
ROH → RO⁻ (etanol; t-BuOH)16; 18
C–H α de cetona → enolato19–20
RC≡CH → RC≡C⁻ (acetileto)25
H₂ → H⁻ (NaH); (i-Pr)₂NH → LDA; NH₃ → NH₂⁻35; 36; 38
C–H de alceno; C–H de alcano44; 50

ARIO: o que estabiliza a base conjugada

A⁻ mais estável = ácido mais forte. Ordem de importância usual (quando os fatores discordam, confie nos valores de pKa medidos):

  1. Átomo. Ao longo de um período, a eletronegatividade: CH₄ < NH₃ < H₂O < HF. Ao descer em um grupo, o tamanho vence a eletronegatividade: HF < HCl < HBr < HI (o I⁻ grande e polarizável espalha a carga); do mesmo modo, os tióis RSH (≈10) são mais ácidos que os álcoois.
  2. Ressonância. Carga deslocalizada: ácido acético (≈4,8) vs etanol (≈16).
  3. Efeito indutivo. Grupos retiradores de elétrons próximos, com efeito que diminui com a distância: ClCH₂COOH (≈2,9) vs CH₃COOH (≈4,8).
  4. Orbital. Maior caráter s mantém o par isolado mais próximo: sp C–H (≈25) > sp² (≈44) > sp³ (≈50) em acidez.

Direção do equilíbrio

O equilíbrio favorece o lado com o ácido mais fraco (maior pKa), que também é o lado da base mais fraca. log K ≈ pKa(ácido formado) − pKa(ácido consumido).

Exemplo: HC≡CH + NH₂⁻ ⇌ HC≡C⁻ + NH₃. O ácido consumido HC≡CH (≈25), o ácido formado NH₃ (≈38): log K ≈ 38 − 25 = 13, então o equilíbrio está deslocado para a direita. Com HO⁻ o ácido formado é H₂O (≈15,7): log K ≈ −9, então NaOH não consegue desprotonar um alcino.

Setas curvas para transferência de próton

Duas setas: (1) par isolado da base → H; (2) ligação H–A → A. Para CH₃COOH + HO⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O: par isolado do HO⁻ → H ácido, e ligação O–H → O do carboxilato. Nunca comece uma seta no H⁺ (ele não tem elétrons).

Pratique raciocínio ácido–base com feedback →

3 Grupos funcionais e nomenclatura IUPAC

Prioridade dos grupos funcionais para nomenclatura (maior primeiro)
GrupoSufixoPrefixo
Ácido carboxílico RCOOH-oic acidcarbóxi-
Éster RCOOR′alquil -oato—
Amida RCONH₂-amide—
Nitrila RC≡N-nitrileciano-
Aldeído RCHO-aloxo-, formil-
Cetona RCOR′-oneoxo-
Álcool ROH-olhidróxi-
Amina RNH₂-amineamino-
Alceno, alcino-ene, -yne(no nome da cadeia principal)
Haleto, éter, nitro—halo- (cloro- …), alcóxi-, nitro-

Etapas da nomenclatura

  1. O grupo de maior prioridade dá o sufixo.
  2. Cadeia principal: a cadeia mais longa que contém esse grupo. A maioria dos livros de Ochem 1 também exige que ela inclua o C=C/C≡C; as regras da IUPAC de 2013 preferem o comprimento da cadeia, então siga o seu curso.
  3. Numere para obter os menores localizadores, nesta ordem: (a) o grupo do sufixo; (b) C=C/C≡C (em caso de empate entre eno/ino, a ligação dupla recebe o menor número); (c) todos os substituintes no primeiro ponto de diferença; (d) ordem alfabética.
  4. Coloque os substituintes em ordem alfabética, ignorando di-, tri-, sec- e tert-, mas não iso (isopropil entra em “i”).
  5. Monte: estereodescritores (na ordem dos locantes, entre parênteses) + substituintes + cadeia principal + sufixo: (2E,4R)-4-cloropent-2-eno; (R)-butan-2-ol, no estilo antigo (R)-2-butanol.

Anéis: o carbono que contém o grupo do sufixo é o C1 (3-metilcicloexan-1-ol); em um cicloalceno, os carbonos da ligação C=C são C1 e C2. Radicais C1–C10: met, et, prop, but, pent, hex, hept, oct, non, dec.

Pratique grupos funcionais →

Regras de nomenclatura IUPAC com exemplos

4 Conformações

Projeções de Newman

  • Olhando ao longo de uma ligação C–C: o carbono da frente = onde três ligações se encontram, o carbono de trás = círculo. A conformação alternada (60°) tem energia menor que a eclipsada (0°).
  • A tensão torsional vem das ligações eclipsadas; a tensão estérica, dos grupos aglomerados (gauche, eclipsados).
  • Etano: a conformação eclipsada fica ≈12 kJ/mol (≈2,9 kcal/mol) acima da alternada, ≈4 kJ/mol por cada eclipse H/H.
Butano em torno de C2–C3 (energia aproximada acima do anti)
Conformação (diedro CH₃/CH₃)Energia ≈
Anti, escalonada (180°)0, o menor
Gauche, escalonada (60°)3,8 kJ/mol (0,9 kcal/mol)
Eclipsada, CH₃ sobre H (120°)16 kJ/mol (3,8 kcal/mol)
Totalmente eclipsada, CH₃ sobre CH₃ (0°)19 kJ/mol (4,5 kcal/mol), o mais alto

Tensão de anel: ciclopropano > ciclobutano > ciclopentano > cicloexano (≈0 na conformação cadeira).

Cadeiras do ciclo-hexano

  • Cada carbono tem uma ligação axial (paralela ao eixo do anel, alternando para cima/para baixo) e uma ligação equatorial (apontando para fora).
  • Inversão do anel: axial ↔ equatorial para cada grupo, mas o que está para cima continua para cima (um grupo em cunha permanece na face superior).
  • Os grupos preferem a posição equatorial para evitar interações 1,3-diaxiais (metilcicloexano ≈95% equatorial a 25 °C). A melhor conformação cadeira coloca os maiores grupos em posição equatorial; os valores A são aproximadamente aditivos, e o t-Bu praticamente trava o anel.
Valores aproximados de A (custo de axial vs. equatorial)
GrupokJ/mol ≈kcal/mol ≈
–Cl, –Br20.4–0.5
–OH (depende do solvente)2.5–40.6–0.9
–CH₃7.11.7
–CH(CH₃)₂9.22.2
–C(CH₃)₃≈20≈4.9

cis/trans em anéis

cis = mesma face (ambas em cunha ou ambas tracejadas); trans = faces opostas. Uma inversão do anel nunca converte cis em trans: eles são diastereoisômeros.

Cicloexanos dissubstituídos: opções de cadeira (a = axial, e = equatorial)
PadrãocistransMais estável
1,2-a,e ↔ e,ae,e ↔ a,atrans
1,3-e,e ↔ a,aa,e ↔ e,acis
1,4-a,e ↔ e,ae,e ↔ a,atrans

Pratique conformações e inversões de cadeira →

5 Estereoquímica

Regras de prioridade CIP

  1. Vence o maior número atômico do átomo ligado: I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H. Isótopos: vence o de maior massa (D > H).
  2. Empate: liste os três átomos de cada átomo empatado (do maior para o menor) e compare par a par; o primeiro ponto de diferença decide. Avance uma esfera por vez.
  3. Ligações múltiplas contam como átomos duplicados: C=O conta como C ligado a (O, O); C≡C como C ligado a (C, C, C).

Exemplo: –CH₂OH (O, H, H) tem prioridade sobre –C(CH₃)₃ (C, C, C): O vence C na primeira comparação.

Atribuição de R/S

  1. Ordene os grupos de 1 a 4 e aponte o grupo 4 para longe de você (traço).
  2. Percorra 1 → 2 → 3: sentido horário = R, anti-horário = S.
  • Grupo 4 em uma cunha: leia a direção e depois inverta-a.
  • Truque da troca: qualquer troca de dois grupos inverte a configuração. Troque o grupo 4 para o tracejado, atribua e depois inverta. Duas trocas devolvem a configuração original.
  • R/S não prevê o sinal da rotação (+/−).

E/Z em alcenos

  • Ordene os dois grupos de cada carbono do alceno. Grupos de maior prioridade do mesmo lado = Z; lados opostos = E.
  • cis/trans pode discordar de Z/E: o 2-bromobut-2-eno com seus dois grupos CH₃ em trans é Z, porque Br tem prioridade sobre CH₃.
  • Um C=C em um anel com menos de oito átomos tem de ser cis.

Relações entre isômeros

  • Conectividade diferente → isômeros constitucionais. Mesma conectividade, arranjo tridimensional diferente → estereoisômeros: imagens especulares → enantiômeros; não são imagens especulares → diastereoisômeros (inclui cis/trans, E/Z).
  • Comparando descritores: todos os centros invertidos → enantiômeros (a menos que seja meso: então é o mesmo composto); alguns invertidos → diastereoisômeros; nenhum → mesmo composto.
  • Quiral = não sobreponível à sua imagem especular. Um plano de espelho interno torna a molécula aquiral.
  • Meso = tem estereocentros, mas é aquiral (plano de simetria interno): (2R,3S)-butano-2,3-diol, cis-1,2-dimetilciclopentano.
  • Regra do 2ⁿ: n estereocentros (conte também os C=C estereogênicos) dão no máximo 2ⁿ estereoisômeros, menos quando há formas meso. Ácido tartárico: 2 centros, 3 estereoisômeros (um par de enantiômeros + meso).

Atividade óptica

  • Enantiômeros: mesmo pf, pe e solubilidade; rotação da luz plano-polarizada igual em módulo, mas de sentido oposto. Diastereoisômeros diferem em todas as propriedades físicas.
  • [α] = α ⁄ (c · l), c em g/mL, l em dm. Misturas racêmicas (50:50) e compostos meso: [α] = 0.
  • ee = % majoritário − % minoritário = [α] observado ⁄ [α] do enantiômero puro × 100%. 75% R + 25% S = 50% ee.

Projeções de Fischer

  • Cada cruzamento é um estereocentro. As ligações horizontais apontam para você (cunhas), as verticais para longe (traços); a cadeia carbônica corre na vertical.
  • Uma rotação de 180° no plano mantém a molécula; uma rotação de 90° fornece o enantiômero. Uma troca de dois grupos inverte apenas aquele estereocentro (enantiômero no caso de um único centro, diastereoisômero se houver outros centros); duas trocas restauram a configuração original.
  • R/S: grupo 4 na vertical → leia 1 → 2 → 3 diretamente; grupo 4 na horizontal → leia e depois inverta.
  • Uma linha de espelho horizontal passando pelo meio revela um composto meso.

Pratique configuração R/S →

6 Movimento de elétrons

  • As setas movem elétrons. A cauda fica sobre um par isolado ou uma ligação; a ponta fica sobre um átomo (novo par isolado) ou entre átomos (nova ligação). Ponta cheia = 2 elétrons; seta de meia ponta = 1 elétron.
  • Os elétrons fluem do Nu/base (par isolado, ligação π) para o eletrófilo/ácido (C⁺, C δ+ portando um LG, carbono de C=O, H ácido).
  • Uma nova ligação a um átomo que já tem octeto significa que outra ligação a ele tem de se quebrar. Nunca comece em H⁺ nem em uma carga +. Cada etapa conserva a carga total.
Os quatro padrões de movimento de elétrons
PadrãoSetasExemplo
Ataque nucleofílico1: Nu → átomo eletrofílicoBr⁻ + (CH₃)₃C⁺ → (CH₃)₃CBr
Perda de GA1: ligação C–LG → LG(CH₃)₃C–OH₂⁺ → (CH₃)₃C⁺ + H₂O
Transferência de próton2: base → H; ligação H–A → AROH + H₃O⁺ → ROH₂⁺ + H₂O
Rearranjo1: ligação C–H ou C–C vizinha de C⁺ → C⁺deslocamento 1,2 de hidreto ou 1,2 de metila

As etapas concertadas combinam padrões: SN2 = ataque + saída do GA (2 setas); E2 = transferência de próton + saída do GA (3 setas).

Estabilidade de carbocátion e deslocamentos 1,2

  • 3° > 2° > 1° > metila (doação de alquila: hiperconjugação, indução). A ressonância (alílica, benzílica ou ao lado de um par isolado de O ou N) acrescenta forte estabilização. Cátions vinílicos e arílicos são instáveis demais para se formarem aqui, então não há SN1/E1 em carbonos sp².
  • Ocorre um deslocamento de hidreto 1,2 ou de alquila 1,2 quando isso leva a um cátion mais estável (2° → 3°, ou → estabilizado por ressonância). Um anel tensionado ao lado de C⁺ pode expandir por um deslocamento de alquila 1,2 (de 4 para 5 ou de 5 para 6 membros) quando isso alivia a tensão ou dá um cátion mais estável.
  • Espere deslocamentos sempre que se formar um C⁺ livre: SN1, E1, adição de HX, hidratação catalisada por ácido, ROH 2°/3° + HX. Nenhum em SN2, E2, oximercuriação, hidroboração ou adição de X₂.

Exemplo: 3-metilbutan-2-ol + HBr: protona o OH, perde H₂O (C⁺ 2°), deslocamento de hidreto 1,2 (C⁺ 3°), adiciona Br⁻. Produto principal: 2-bromo-2-metilbutano.

Diagramas de energia

  • Estado de transição (‡) = máximo de energia com ligações parciais, nunca isolável; intermediário = um vale entre etapas (C⁺, radical). SN2/E2 mostram uma única barreira; SN1/E1 mostram duas ou mais (uma pequena barreira extra quando um Nu neutro como H₂O precisa perder H⁺), e a primeira (formação do C⁺) tem a maior barreira: é a etapa determinante da velocidade, por isso apenas [RX] aparece na lei de velocidade.
  • A velocidade depende da barreira ΔG‡, não de ΔG; um catalisador apenas diminui ΔG‡. ΔG = ΔH − TΔS; ΔG < 0 significa que os produtos são favorecidos (K > 1). A eliminação gera mais moléculas (ΔS > 0), então o calor (TΔS maior) favorece E em vez de S.
  • Postulado de Hammond: um estado de transição se parece com a espécie mais próxima dele em energia, de modo que etapas endotérmicas têm estados de transição tardios, semelhantes ao produto. É por isso que a estabilidade do carbocátion controla as velocidades de SN1/E1.

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7 Substituição e eliminação

SN2, SN1, E2 e E1 comparadas
RecursoSN2SN1E2E1
Etapas1, ataque pelo lado oposto concertado2: forma-se o C⁺, depois o Nu se adiciona1, concertado (o β-H e o LG saem juntos)2: forma-se o C⁺, depois perde-se o β-H
Lei de velocidadek[RX][Nu]k[RX]k[RX][base]k[RX]
Substratometila > 1° > 2°; nunca 3°3° > 2°; alílico, benzílico3° > 2° > 1° (precisa de β-H)3° > 2°
ReagenteNu bom, geralmente aniônicoNu fraco (H₂O, ROH)base fortebase fraca; ou ácido + Δ
Solventepolar aprótico (DMSO, DMF)polar prótico (H₂O, ROH)menos decisivopolar prótico
Estereoinversãoprincipalmente racemizaçãoanti-periplanar; estereoespecíficoalceno (E) mais estável favorecido
Regio——Zaitsev (alceno mais substituído); Hofmann (menos substituído) se a base for volumosaZaitsev
Rearranjonãopossívelnãopossível

Fluxo de decisão

  1. Grupo abandonador em um carbono sp³? –OH e –OR precisam primeiro ser protonados ou convertidos; haletos de vinila e de arila não fazem SN1 nem SN2.
  2. Classifique o reagente: só Nu (Nu forte, base fraca): I⁻, Br⁻, Cl⁻, HS⁻, RS⁻, H₂S, RSH, N₃⁻, CN⁻. só base (base forte, Nu fraco): t-BuOK, DBU, DBN, LDA, NaH. base forte + Nu forte: HO⁻, CH₃O⁻, EtO⁻, acetiletos. Nu fraco + base fraca: H₂O, ROH.
  3. Classifique o substrato e consulte a tabela abaixo.
  4. Ajuste: aquecimento favorece a eliminação; solvente polar aprótico favorece SN2; solvente polar prótico sustenta SN1/E1; ramificação próxima ao carbono reativo (por exemplo, neopentila) desacelera a SN2.
Via principal usual conforme o substrato e o reagente (reações reais muitas vezes dão misturas)
Substratosomente NuBase/Nu forte (HO⁻, RO⁻)Base volumosa (t-BuOK)Fraco (H₂O, ROH)
MetilaSN2SN2SN2 (no β-H)sem reação
1°SN2SN2 majoritária, E2 minoritáriaE2sem reação (alílico/benzílico: SN1)
2°SN2E2 majoritária, SN2 minoritáriaE2SN1 + E1 (lenta)
3°SN1 (prótico)E2E2 (Hofmann)SN1 + E1 (Δ favorece E1)

Grupos abandonadores e nucleófilos

  • Bons GAs são bases fracas: sulfonatos (TsO⁻, MsO⁻, TfO⁻), I⁻ > Br⁻ > Cl⁻, e H₂O de um álcool protonado. Ruins: F⁻, HO⁻, RO⁻, NH₂⁻, H⁻. Transforme –OH em GA protonando-o ou convertendo-o em OTs, Br ou Cl (seção 11).
  • Nucleofilicidade: um ânion supera seu ácido conjugado (HO⁻ > H₂O). Solventes próticos (O–H ou N–H: H₂O, ROH) formam ligações de hidrogênio e aprisionam ânions pequenos, de modo que neles a nucleofilicidade aumenta ao descer um grupo (I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻; RS⁻ > RO⁻). Solventes polares apróticos (DMSO, DMF, acetona, CH₃CN: sem O–H) deixam os ânions livres, então a ordem segue a basicidade (F⁻ > Cl⁻ > Br⁻ > I⁻) e a SN2 é muito mais rápida. O volume reduz a nucleofilicidade muito mais do que a basicidade.
  • A E2 exige H e LG anti-periplanares (180°). Em um cicloexano, ambos precisam estar axiais (trans-diaxial): use a cadeira com o LG axial. Se o único H β anti-periplanar estiver no carbono menos substituído, esse alceno se forma mesmo com uma base pequena.
  • A E2 é estereoespecífica: quando o carbono β tem apenas um H, a geometria anti-periplanar decide entre E e Z.

Exemplo: cis-1-cloro-2-metilcicloexano (Cl axial, CH₃ equatorial) tem um H axial no C2, então NaOEt fornece 1-metilcicloexeno (Zaitsev). No isômero trans, colocar o Cl axial também coloca o CH₃ axial e o H do C2 equatorial; só o C6 tem H axial, então fornece 3-metilcicloexeno e reage mais lentamente.

Pratique mecanismos SN1 e SN2 → · E1 e E2 →

8 Reações de alcenos

  • Markovnikov: o eletrófilo (H⁺, Br⁺, ⁺HgOAc) se adiciona primeiro, e o nucleófilo acaba no carbono que melhor suporta carga positiva, o mais substituído, porque isso gera o carbocátion mais estável (ou a extremidade mais δ⁺ de um íon em ponte). O anti-Markovnikov ocorre quando a primeira espécie a se adicionar não é H⁺: Br• (HBr radicalar) ou boro (hidroboração) vai para o carbono menos substituído.
  • Syn = mesma face, anti = faces opostas (visível apenas quando ambos os carbonos se tornam estereocentros). Alceno aquiral + reagentes aquirais → produtos opticamente inativos (aquirais, racêmicos ou meso).
  • Estereoespecífica = cada estereoisômero do material de partida fornece um estereoisômero diferente de produto (cis-but-2-eno + Br₂ → racêmico; trans → meso). Estereosseletiva = um estereoisômero é simplesmente preferido (E em vez de Z na E1).
  • Estabilidade de alcenos (a partir dos calores de hidrogenação): tetrassubstituído > trissubstituído > dissubstituído (trans > cis) > monossubstituído. Mais grupos alquila significam mais hiperconjugação; é por isso que Zaitsev e E1 favorecem o alceno mais substituído, E.
Reações de adição e clivagem de alcenos
ReaçãoReagentesRegioquímicaEstereoquímicaIntermediário, observações
Hidro-halogenaçãoHCl, HBr, HIMarkovnikovmistura syn + anticarbocátion; deslocamentos possíveis
Adição radicalar de HBrHBr, ROOR (hν ou Δ)anti-Markovnikovmistura syn + antiBr• se adiciona → C• mais estável; apenas HBr
Hidratação catalisada por ácidoH₂O, H₂SO₄ cat.Markovnikovmistura syn + anticarbocátion; deslocamentos possíveis
Oxidromercuração1) Hg(OAc)₂, H₂O; 2) NaBH₄Markovnikovetapa 1 anti; a etapa com NaBH₄ é radicalar, então a estereoquímica global se perdeíon mercurínio; sem deslocamentos; ROH dá éter
Hidroboração1) BH₃·THF; 2) H₂O₂, NaOHanti-Markovnikovsyn (H e OH)concertado; sem deslocamentos; H₂O₂/NaOH troca B por OH com retenção, de modo que H e OH ficam syn
HalogenaçãoBr₂ or Cl₂ (CH₂Cl₂)—antiíon halônio em ponte
HaloidrinaBr₂ or Cl₂, H₂OOH no C mais substituídoantiíon halônio; a H₂O ataca a extremidade mais δ⁺, como na abertura ácida de epóxidos
EpoxidaçãomCPBA (RCO₃H)—syn; cis → epóxido cisconcertado
Di-hidroxilação anti1) mCPBA; 2) H₃O⁺—anti (diol trans)epóxido aberto por H₂O
Di-hidroxilação synOsO₄ (cat.), NMO; ou KMnO₄ a frio, NaOH—syn (diol cis)éster cíclico de osmato/manganato
HidrogenaçãoH₂; Pt, Pd/C or Ni—synsuperfície metálica → alcano
Ciclopropanação (em alguns cursos)CH₂I₂, Zn(Cu) (Simmons–Smith); ou CHCl₃, KOH (→ diclorociclopropano)—syn, estereoespecífica (cis → cis)carbenoide ou carbeno se adiciona em uma única etapa
Ozonólise1) O₃; 2) DMS ou Zn/H₂OC=C → dois C=O—R₂C= → cetona; RCH= → aldeído. KMnO₄ ácido a quente também cliva, mas oxida em excesso: RCH= → RCOOH, =CH₂ → CO₂
Mini-exemplos resolvidos: 1-metilcicloexeno + reagentes
ReagentesProduto principal
HBr1-bromo-1-methylcyclohexane
HBr, ROOR1-bromo-2-metilcicloexano (cis + trans)
H₃O⁺; ou 1) Hg(OAc)₂, H₂O; 2) NaBH₄1-methylcyclohexan-1-ol
1) BH₃·THF; 2) H₂O₂, NaOHtrans-2-metilcicloexan-1-ol (racêmico)
Br₂trans-1,2-dibromo-1-metilcicloexano (racêmico)
Br₂, H₂Otrans-2-bromo-1-metilcicloexan-1-ol (racêmico)
OsO₄, NMOcis-1-metilciclo-hexano-1,2-diol (racêmico)
1) O₃; 2) DMS6-oxo-heptanal (o anel se abre formando uma única cadeia)

Pares estereoespecíficos: Br₂ (anti) + trans-but-2-eno → meso-2,3-dibromobutano; + cis-but-2-eno → racêmico (2R,3R) + (2S,3S). OsO₄ (syn) é o inverso: cis → diol meso, trans → diol racêmico.

Pratique adições a alcenos →

9 Reações de alcinos

Reações de alcinos
ReagentesProduto, seletividade
H₂ (excesso), Pt, Pd/C ou Nialcano
H₂, catalisador de Lindlar (Pd envenenado)alceno cis (Z) (adição syn; para no alceno)
Na or Li, NH₃(l)alceno trans (E) a partir de um alcino interno (metal dissolvente; os alcinos terminais são desprotonados e reduzem lentamente)
H₂O, H₂SO₄, HgSO₄Enol de Markovnikov → cetona (alcino terminal → metilcetona)
1) R₂BH (disiamilborano ou 9-BBN); 2) H₂O₂, NaOHenol anti-Markovnikov → aldeído a partir de um alcino terminal (borano volumoso se adiciona uma única vez)
HX: 1 equiv; 2 equivhaleto de vinila de Markovnikov; depois um di-haleto geminal (ambos os X no mesmo C)
HBr, ROOR (terminal)brometo de vinila anti-Markovnikov (mistura E/Z)
X₂: 1 equiv; 2 equivprincipalmente (E)-dihaloalceno (anti); depois tetrahaleto
  • Tautomerização: o enol se converte (catálise ácida ou básica) na forma C=O mais estável. Alcinos internos assimétricos dão misturas de cetonas.
  • Acidez do alcino terminal (pKa ≈25): desprotona com NaNH₂ (NH₃ ≈38) ou NaH, não com NaOH nem NaOEt.
  • Alquilação: RC≡C⁻ + CH₃X ou RX 1° → RC≡CR′ por SN2 (nova ligação C–C). Com haletos 2°/3°, o acetileto atua como base (E2).
  • Obtenção de alcinos: dihaleto vicinal ou geminal + NaNH₂ em excesso (E2 dupla; 3 equivalentes para um alcino terminal), depois H₂O.

Exemplo: acetileno → (Z)-hex-3-eno: 1) NaNH₂; 2) CH₃CH₂Br; 3) NaNH₂; 4) CH₃CH₂Br; 5) H₂, Lindlar. Na, NH₃(l) na etapa 5 fornece (E)-hex-3-eno.

Pratique reações de alcinos →

10 Reações de radicais

Os radicais se formam por clivagem homolítica e são representados com setas de meia ponta. Estabilidade: alílico/benzílico > 3° > 2° > 1° > metila.

Mecanismo de halogenação (CH₄ + Cl₂, hν)

  1. Iniciação (forma radicais): Cl₂ → 2 Cl• (luz ou calor).
  2. Propagação (cadeia; número de radicais inalterado): Cl• + CH₄ → HCl + •CH₃; em seguida •CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•.
  3. Terminação (consome radicais): dois quaisquer se combinam, por exemplo Cl• + •CH₃ → CH₃Cl; 2 •CH₃ → etano.

Seletividade: Cl₂ vs Br₂

  • Cloração: abstração de H exotérmica (≈termoneutra para o CH₄), estado de transição precoce, pouco seletiva: ≈1 : 4 : 5 por H (1° : 2° : 3°, 25 °C). Propano → ≈45% 1-cloro + ≈55% 2-cloropropano.
  • Bromação: a abstração de H é endotérmica, então o estado de transição é tardio e parecido com um radical (postulado de Hammond, seção 6) e toda a diferença de estabilidade dos radicais 3° > 2° > 1° aparece nas velocidades: altamente seletiva, ≈1 : 80 : 1600. Propano → ≈97% de 2-bromopropano. Use Br₂, hν para atingir o C–H mais substituído.
  • F₂ é violento demais, I₂ reativo de menos. Um novo estereocentro formado em um carbono radicalar plano sai como mistura racêmica.

Bromação alílica com NBS

NBS, hν (ou ROOR), CCl₄ troca um H alílico por Br. O NBS mantém a [Br₂] baixa, então o Br₂ não se adiciona ao C=C. O radical alílico é deslocalizado, então o Br pode acabar em qualquer das duas extremidades: cicloexeno → 3-bromocicloexeno; but-1-eno → 3-bromobut-1-eno + 1-bromobut-2-eno (E/Z).

Pratique mecanismos radicalares com setas de meia ponta →

11 Álcoois, éteres e epóxidos

Transformar –OH em grupo abandonador ou em haleto
Reagente → produtoMecanismo, estereoquímica (substratos)
HBr, HCl (+ ZnCl₂), HI → R–X3°/2°: SN1 (racemização, rearranjos possíveis); 1°: SN2
PBr₃ → R–BrSN2: inversão, sem deslocamentos (1°, 2°)
SOCl₂, piridina → R–ClSN2: inversão, sem deslocamentos (1°, 2°)
TsCl (ou MsCl), piridina → R–OTsLigação C–O intacta: retenção; uma SN2 posterior sobre R–OTs inverte (1°, 2°)
  • Desidratação: H₂SO₄ conc. ou H₃PO₄, Δ → alceno. Facilidade 3° > 2° > 1°; 2°/3° por E1 (Zaitsev, rearranjos possíveis). Para controlar: TsCl, piridina; depois t-BuOK (E2).
  • Alcóxidos: ROH + NaH (ou Na) → RO⁻ Na⁺ + H₂ (irreversível).
Oxidação de álcool
ÁlcoolPCC, CH₂Cl₂ (também DMP, Swern)Ácido crômico ou Jones (Na₂Cr₂O₇ ou CrO₃, H₂SO₄, H₂O)
1°aldeídoácido carboxílico
2°cetonacetona
3°sem reaçãosem reação
Obtenção de álcoois a partir de C=O e epóxidos (o último capítulo de Química Orgânica 1 em muitos cursos)
ReagentesResultado
NaBH₄, CH₃OHaldeído → álcool 1°; cetona → álcool 2° (ésteres e ácidos não são afetados)
1) LiAlH₄, éter seco; 2) H₃O⁺o mesmo, e também reduz ésteres e ácidos carboxílicos a álcoois 1°
1) RMgBr ou RLi; 2) H₃O⁺nova ligação C–C: formaldeído → 1°; outros aldeídos → 2°; cetona → 3°; éster (adição de 2 R) → álcool 3°
1) RMgBr + epóxido; 2) H₃O⁺O R ataca o C menos substituído (do tipo SN2); o óxido de etileno adiciona uma unidade –CH₂CH₂OH

Reagentes de Grignard (RBr + Mg, éter seco) e RLi são bases fortes: nada de O–H, N–H ou COOH no substrato ou no solvente (eles protonariam R⁻ a R–H). RMgBr + CO₂, depois H₃O⁺ → RCOOH.

Éteres

  • Williamson: RO⁻ + R′X → ROR′ por SN2, então R′X deve ser metila ou 1°; coloque a parte volumosa no alcóxido. (CH₃)₃CO⁻ K⁺ + CH₃I → t-BuOCH₃ funciona; CH₃O⁻ + (CH₃)₃CBr dá E2 (2-metilpropeno).
  • Clivagem: excesso de HBr ou HI, Δ → dois R–X (SN2 em metila/1°, SN1 em 3°); um éter aril-alquila fornece fenol + RX.

Epóxidos

  • Obtido a partir de alceno + mCPBA (syn, estereoespecífico), ou de haloidrina + NaOH (SN2 intramolecular; O⁻ e X devem estar anti).
  • Base ou Nu forte (HO⁻, RO⁻, RS⁻, CN⁻, N₃⁻, acetileto; em seguida, uma fonte de prótons): SN2 no carbono menos substituído.
  • Ácido (H₃O⁺, ROH/H⁺, HX): protona o O e, em seguida, o Nu ataca o carbono mais substituído (maior δ+, estado de transição do tipo SN1). Bem definido quando esse carbono é 3°.
  • Os dois modos atacam pelo lado oposto (inversão aí): abertura anti, de modo que epóxidos cíclicos dão produtos trans-1,2.

Exemplo: 2,2-dimetiloxirano + CH₃O⁻/CH₃OH → 1-metóxi-2-metilpropan-2-ol. Com CH₃OH, H₂SO₄ cat. → 2-metóxi-2-metilpropan-1-ol.

Pratique reações de álcoois → · éteres e epóxidos →

12 Noções básicas de espectroscopia

Graus de insaturação = (2C + 2 + N − H − X) ⁄ 2 (ignore O, S). Cada anel ou ligação π = 1; C≡C = 2; anel benzênico = 4. C₆H₁₂ → (12 + 2 − 12)/2 = 1: um anel ou uma C=C.

  • Sinais de RMN de ¹H = conjuntos de H quimicamente distintos (use a simetria). Integração = número relativo de H.
  • Regra n + 1: n H vizinhos equivalentes dividem um sinal em n + 1 picos (triângulo de Pascal). H equivalentes não se dividem entre si; O–H em geral não divide (troca rápida).
  • Etila = tripleto (3H) + quarteto (2H); isopropila = dubleto (6H) + septeto (1H); terc-butila = singleto (9H). J ≈ 7 Hz em cadeias alquílicas; vinílico trans (≈12–18 Hz) > cis (≈6–12 Hz).
  • ¹³C (uma linha por C distinto; as alturas não são quantitativas): C sp³ 0–50; C–O 50–90; C≡C 65–90; C=C e aromático 100–160; C≡N 115–125; C=O 160–220.
  • Espectrometria de massas: M⁺ = massa molecular (um M⁺ ímpar significa número ímpar de N). Um pico M+2 aproximadamente igual ao M⁺ → um Br; cerca de ⅓ do M⁺ → um Cl. Perdas comuns: 15 (CH₃), 29 (C₂H₅), 18 (H₂O de álcoois).
Absorções principais no IV (aproximadas)
Ligaçãocm⁻¹ ≈Aparência
álcool O–H3200–3600forte e larga
ácido O–H2500–3300muito larga
N–H3300–3500amina 1° 2 picos, 2° um
C–H: sp; sp²; sp³≈3300; 3000–3100; 2850–3000sp forte e estreita; sp² logo acima de 3000, sp³ logo abaixo
C–H de aldeído≈2720, 2820dois picos fracos
C≡N; C≡C≈2250; 2100–2260C≡C fraco ou ausente se simétrico
C=O1650–1750forte (cetona ≈1715, éster ≈1740)
C=C1600–1680média a fraca
C–O1000–1300forte
Deslocamentos químicos de RMN de ¹H (aproximados)
Tipo de prótonδ ≈ (ppm)
C–H de alquila (CH₃ < CH₂ < CH)0.9–1.8
Alílico, benzílico, α ao C=O1.7–2.6
Alcino ≡C–H2–3
H–C–O, H–C–X3–4.5
Vinila =C–H4.5–6.5
Ar–H aromático6.5–8.5
Aldeído –CHO9–10
Ácido carboxílico –COOH10–13, ampla
O–H, N–H1–5, variável

Pratique IV → · RMN de ¹H →

13 Estratégia de síntese

Mapa de reações: interconversão de grupos funcionais da Química Orgânica 1
De → paraReagentes (notas)
Alcano → brometo de alquilaBr₂, hν (C mais substituído)
Haleto de alquila → alcenoNaOEt (Zaitsev) ou t-BuOK (Hofmann), E2
Haleto de alquila → produtos de SN2NaOH, NaOR, NaCN, NaN₃, NaSR, RC≡C⁻ Na⁺ (haleto de metila ou 1° é o melhor); RX 3° + H₂O → álcool (SN1)
Alceno → haleto de alquilaHX (Markovnikov); HBr, ROOR (anti-Markovnikov)
Alceno → álcoolH₃O⁺, ou Hg(OAc)₂/H₂O e depois NaBH₄ (Markovnikov); BH₃ e depois H₂O₂/NaOH (anti-Markovnikov, syn)
Alceno → alcano; adutos de X₂H₂, Pd/C; X₂ (di-haleto); X₂/H₂O (haloidrina)
Alceno → epóxido; diol; carbonilasmCPBA; OsO₄/NMO (syn) ou mCPBA e depois H₃O⁺ (anti); O₃ e depois DMS
Alceno → brometo alílico; alcinoNBS, hν; 1) Br₂, 2) NaNH₂ em excesso, 3) H₂O
Alcino → alceno cis/trans; alcanoH₂, Lindlar (cis); Na, NH₃(l) (trans); H₂, Pd/C (alcano)
Alcino → cetona; aldeídoHgSO₄, H₂SO₄, H₂O; R₂BH e depois H₂O₂/NaOH (alcino terminal)
Álcool → haleto de alquila; tosilatoPBr₃, SOCl₂/piridina ou HX; TsCl/piridina
Álcool → alcenoH₂SO₄, Δ (E1, Zaitsev); ou TsCl/piridina e depois t-BuOK (E2)
Álcool → aldeído; cetona; ácidoPCC (1°); PCC ou ácido crômico (2°); ácido crômico (1°)
Álcool → éterNaH, depois CH₃X ou RX 1° (Williamson)
Epóxido → álcoolNu⁻ e depois H₂O (C menos substituído); H₃O⁺ ou ROH/H⁺ (C mais substituído)
Aldeído, cetona, éster → álcoolNaBH₄ (não reduz ésteres), ou LiAlH₄ e depois H₃O⁺; RMgBr ou RLi, e depois H₃O⁺ (nova ligação C–C)

Dicas de retrossíntese

  • Trabalhe de trás para frente (⇒) e compare o número de carbonos. Novas ligações C–C: acetileto + haleto de metila ou 1°, ou reagente de Grignard (RMgBr/RLi) + C=O ou epóxido.
  • Mover um grupo funcional: elimine e depois adicione com a regioquímica oposta. Propan-2-ol → (TsCl, piridina; t-BuOK) → propeno → (BH₃; H₂O₂/NaOH) → propan-1-ol.

Armadilhas comuns em provas

  • SN2 ou Williamson em C 3°, vinílico ou arílico (E2 ou sem reação).
  • Sem deslocamentos de C⁺ (SN1, E1, HX, H₃O⁺); nenhum na oximercuriação ou hidroboração.
  • Ácido crômico sobre um álcool 1° quando você quer o aldeído (use PCC).
  • E2 em anel sem H e LG trans-diaxiais.
  • Grignard com um O–H ou N–H em outra parte da molécula.
  • Omitir a estereoquímica; setas a partir de H⁺ ou de uma carga +; C com cinco ligações.

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