Hidrocarboneto

HIDROCARBONETOS ALIFÁTICOS

 Os hidrocarbonetos são compostos formados exclusivamente por carbono e hidrogênio. Os que não cumprem a Regra de Hückel (ver hidrocarbonetos aromáticos) denominam-se hidrocarbonetos alifáticos. As percentagens de carbono e hidrogênio que existem num dado composto determinam-se pelo método idealizado pelo químico alemão Liebig (1803-1873), baseado no fato dos vapores orgânicos em contacto com CuO aquecido ao rubro, produzirem dióxido de carbono e água. 
 Alcanos 
 Denominam-se alcanos ou parafinas, os hidrocarbonetos acíclicos cuja fórmula é do tipo CnH2n+2. Conforme os diferentes valores que n toma, obtêm-se as fórmulas de toda a família de compostos ou série homóloga. Os quatro primeiros membros da série são gasosos e recebem os nomes de metano (CH4), etano (C2H8), propano (C3H8) e butano (C4H10). Os seguintes membros da série até 17 átomos de carbono são líquidos e recebem os nomes de pentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, undecano, dodecano, etc., dependendo do número de átomos de carbono da sua cadeia. Os alcanos lineares com 18 ou mais átomos de carbono são sólidos. Diz-se que dois compostos distintos são isómeros quando têm a mesma fórmula molecular. Assim, por exemplo, existem dois alcanos de fórmula molecular C4H10:
     CH3 - CH2 - CH2 - CH3 
                CH3
                |
      CH3 - CH - CH3

O composto que tem os átomos de carbono dispostos em forma de cadeia rectilínea recebe o nome de isómero normal (n -), enquanto que se tem os átomos de carbono ramificados denomina-se iso-. Portanto os compostos anteriores denominam-se n- butano e isobutano, respectivamente. Na nomenclatura sistemática proposta pela IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), a cadeia mais comprida da molécula designa-se como hidrocarboneto fundamental.
 Quando uma parte de um hidrocarboneto se considera substituinte de outra, o grupo substituinte denomina-se grupo alquilo. Assim, por exemplo, CH4 é metano e CH3 é metilo. Nos alcanos substituídos a cadeia principal começa a numerar-se desde um extremo, de modo que o carbono que leva o substituinte tenha o numeral mais baixo possível. Os espectros dos alcanos apresentam intensas bandas de absorção a 2900 e 1450 cm-1, correspondentes às vibrações de tensão e de formação das ligações C-H. De modo análogo aos alcanos, os cicloalcanos constituem uma série homóloga de fórmula geral CnH2n, sendo n maior ou igual que 3. Assim, C3H6, ciclopropano, C4H8, ciclobutano, etc. É interessante o estudo das estruturas isómeras do ciclohexano C6H12. Chamam-se configurações àquelas moléculas que só diferem entre si na posição de rotação em volta das ligações simples. O ciclohexano apresenta duas configurações: uma estável, que é a chamada "forma de cadeira" e outra energeticamente desfavorável que se chama "forma de barco". Os alcanos são os principais componentes da fração de hidrocarbonetos que se obtêm ao destilar o petróleo. Assim, as gasolinas obtêm-se na fração que destila entre 70º C e 200º C e são formadas por uma mistura de heptanos, octanos e nonanos. 
 Alcenos 
 Denominam-se alcenos ou olefinas os hidrocarbonetos acíclicos cuja fórmula é do tipo CnH2n, sendo n maior ou igual que 2. Os alcenos caracterizam-se por terem uma dupla ligação carbono-carbono. 
Para numerar os alcenos seguem-se as seguintes regras:
 1 - Elege-se a cadeia carbonada mais comprida que contenha a dupla ligação e atribui-se um número principal variando a terminação ano, do alcano com o mesmo número de átomos de carbono, por -eno.
 2 - Numera-se a cadeia carbonada começando pelo extremo mais próximo da dupla ligação indicando a posição da dupla ligação mediante um número que corresponde ao primeiro carbono donde surge a dupla ligação.
 3 - Indica-se o nome, número e posição dos substituintes na cadeia principal. 
Os alcenos nos quais os átomos de carbono que formam a ligação dupla estão ligados a grupos distintos apresentam um tipo de isomeria geométrica denominada cis-trans. Assim, o 2-buteno pode apresentar os dois isíomeros seguintes:

               Cis – 2 – buteno 		trans – 2 - buteno
Dependendo dos grupos CH3- ficarem do mesmo lado (cis-) ou de lados distintos (trans-) da dupla ligação. 

Alcinos 
 Os alcinos são os hidrocarbonetos acíclicos cuja fórmula é do tipo CnH2n-2, sendo n maior ou igual que dois. 

Os alcinos caracterizam-se por terem uma ligação tripla carbono-carbono. Tanto os alcenos como os alcinos denominam-se hidrocarbonetos insaturados, pelo fato de terem ligações duplas e triplas. As propriedades físicas dos alcenos e dos alcinos são semelhantes à dos alcanos. As regras de nomenclatura dos alcinos são análogas às dos alcenos. O primeiro membro da série é o etino ou acetileno, C2H2. O acetileno é um gás incolor que se obtém por hidrólise do carboneto de cálcio, CaC2. Usa-se como combustível para maçaricos oxiacetilénicos e como matéria-prima na síntese de muitos outros compostos.

HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS
Um numeroso grupo de substâncias foram tradicionalmente designadas com o nome de aromáticas pelo seu cheiro agradável. 
 Benzeno 
O composto fundamental desta série é o hidrocarboneto de fórmula C6H6 a que se chamou benzeno. Apesar de ser um hidrocarboneto muito insaturado tal como pode deduzir-se do seu espectro ultravioleta, o benzeno não apresenta a reactividade típica destes compostos. Além disso, experimentalmente, verifica-se que todos os comprimentos da ligação C-C no benzeno são iguais e que os ângulos da ligação C-C-C são de 120º. 
Para conseguir estes ângulos de ligação de carbono do benzeno têm que formar híbridos sp2. Em 1865 o químico alemão Kekulé (1829-1896) sugeriu que a estrutura do benzeno podia explicar-se como um híbrido de ressonância das duas estruturas de ressonância seguintes 

já que nenhuma estrutura por si só poderia explicar as características do benzeno. Embora quase todas as propriedades do benzeno possam explicar-se supondo que é um híbrido de ressonância das duas estruturas propostas por Kekulé, Dewar e Clauss propuseram outras formas estruturais para o benzeno que contribuíram para explicar melhor as suas propriedades.

Contudo, estas formas são muito menos importantes que as de Kekulé. A molécula de benzeno costuma representar-se assim:
                                 

O benzeno é um líquido incolor e tóxico que se encontra no alcatrão da hulha donde se separa pelo processo de destilação fracionada. 

Hidrocarbonetos derivados do benzeno 
Os alquilbenzenos numeram-se, geralmente, de modo simples. Assim, a estrutura corresponde ao propilbenzeno.

O metilbenzeno denomina-se vulgarmente por "tolueno". O substituinte (que se abrevia como C6H5-) recebe o nome de "fenil". 

Sempre que o anel benzênico tenha dois substituintes, empregam-se os prefixos orto- (o), meta- (m) e para- (p) para distingui-los, tal como se indica no caso dos dimetilbenzenos ou xilenos: 

        o-xileno		m-xileno	  		p-xileno
Quando há mais de dois substituintes num anel benzênico, ao substituintes principal designa-se a posição 1 e prossegue-se a numeração em volta do anel na direção que origine os números menores possíveis para os restantes substituintes. 

Regra de Hückel
O químico alemão Hückel (1896-1979) descobriu uma regra simples para determinar se um composto cíclico com duplas ligações é aromático ou não, quer dizer, se possui ou não uma estrutura cuja estabilidade é semelhante à do benzeno. A regra estabelece que se o número de electrões  de um composto é igual a 4n+2, sendo n=0, 1, 2, 3 ..., o sistema será aromático, e em caso contrário não o será. 

Assim, por exemplo, o ciclopropeno e o benzeno cumprem a regra de Hückel para n=0 e n=1, respectivamente, por ter 2 e 6 electrões . Pelo contrário, o ciclobutadieno e o ciclooctatetraeno não cumprem a regra, por terem 4 e 8 electrões , respectivamente.

Sistema de anéis condensados
Conhecem-se vários hidrocarbonetos e muitos compostos deles derivados que contêm dois ou mais anéis benzênicos condensados, nos quais dois átomos de carbono são comuns aos dois anéis. Os mais importantes destes compostos polianelares são o naftaleno e o antraceno, que possuem 2 e 3 anéis benzênicos condensados de forma linear, respectivamente, 

Naftaleno Antraceno

O naftaleno é um sólido insolúvel na água, muito volátil, que se utiliza como insecticida. O antraceno cristaliza em lâminas incolores que apresentam fluorescência azul. Os seus derivados utilizam-se para fabricar corantes. Condensando mais anéis benzênicos obtêm-se o naftaceno (4 anéis), o pentaceno (5 anéis), etc. Os anéis benzênicos podem condensar-se em forma não linear, por exemplo no fenantreno e no pireno: 

Fenantreno Pireno

A estrutura do fenantreno faz parte de numerosos compostos de importância fisiológica, tais como as hormonas sexuais e os ácidos biliares. 

BIBLIOGRAFIA

• "Grande Enciclopédia das Ciências - QUÍMICA", Ediclube

Ativação e Funcionalização de Hidrocarbonetos Os hidrocarbonetos, em particular os alcanos, são a matéria-prima mais abundante e barata para a indústria química, sendo os principais constituintes do petróleo e do gás natural. No que concerne ao aproveitamento de alcanos em processos químicos, sua utilidade é limitada, devido à sua baixa reatividade. Nesta área, procura-se aplicar os conhecimentos adquiridos nos estudos mecanísticos, enfatizados nas outras linhas de pesquisa, no sentido de melhorar e desenvolver novos processos e catalisadores para a indústria química. Atualmente estão sendo desenvolvidos estudos nas áreas de alquilação, nitração e oxidação de hidrocarbonetos utilizando-se zeólitas. Outra linha de pesquisa é no aproveitamento de gás natural para a produção de combustíveis líquidos e produtos químicos. A alquilação é um importante processo da indústria de petróleo, onde se converte butanos e butenos em hidrocarbonetos ramificados com 8 átomos de carbono. As tecnologias atuais utilizam os ácidos sulfúrico e fluorídrico como catalisadores, havendo sérias restrições ambientais quanto ao uso destes. Os estudos de nosso grupo mostram que a utilização de zeólitas não protônicas conjuntamente com um iniciador, são capazes de promover a alquilação de isobutano com 2-buteno de maneira eficiente, levando a uma taxa de desativação, por formação de coque, muito inferior que a das zeólitas protônicas. Uma outra reação de estudo é a nitração de hidrocarbonetos. Até os dias de hoje ainda é empregada, na maior parte dos casos, a mistura sulfo-nítrica, podendo causar sérios problemas ambientais e de corrosão de equipamentos. A seletividade ao produto para é, em muitos casos, inferior à desejada industrialmente. Os estudos realizados em nosso grupo são no sentido de se aproveitar zeólitas como catalisadores para esta reação, buscando também, aumentar a para-seletividade. As zeólitas são ainda muito pouco utilizadas em química fina. Contudo, com o desenvolvimento de zeólitas substituídas isomorficamente, abriu-se a possibilidade de sua utilização em oxidações. De particular interesse são os titanossilicatos, empregados em oxidações de álcoois e hidrocarbonetos. O nosso grupo tem interesse no aproveitamento de titanossilicatos em oxidação de alcanos, com vistas ao preparo de intermediários e produtos para a indústria farmacêutica. Reações de alquilação de alcanos:

Classificação dos Hidrocarbonetos de Acordo Com a Sua Cadeia Carbônica Classe Tipo de cadeia carbônica Exemplo ALCANO ou PARAFINA alifática saturada CH3CH2CH2CH3 butano ALCENO ou ALQUENO ou OLEFINA alifática insaturada etênica com um CH3CH=CHCH3 2-buteno

H2C=CHCH2CH3 1-buteno ALCADIENO ou DIOLEFINA alifática insaturada etênica com 2 H2C=C=CHCH3 1,2-butadieno

H2C=CHCH=CH2 1,3-butadieno ALCINO ou ALQUINO alifática insaturada etínica com um H3CCCCH3 2-butino

HCCCH2CH3 1-butino ALCENINO ou ALQUENINO alifática insaturada etenínica com um e um H2C=CHCCH butenino CICLOALCANO ou CICLANO ou CICLOPARAFINA alicíclica saturada H2 C  C H2 | | H2 C  C H2

ciclobutano CICLOALQUENO ou CICLOALCENO ou CICLENO ou CICLOOLEFINA alicíclica insaturada etênica com um H2 C  C H2 | | H C  C H

ciclobuteno ARENO ou HIDROCARBONETO AROMÁTICO cadeia aromática benzeno RADICAIS MAIS IMPORTANTES H3C metil H3CCH2 etil H3CCH2 CH2 n.propil | H3C C HCH3 isopropil

H3CCH2CH2CH2 n.butil | H3CCH2 C HCH3 sec.butil

H3C C HCH2 | C H3 isobutil | H3C C CH3 | C H3 terciobutil

benzil

fenil -naftil -naftil

ortotoluil metatoluil paratoluil

H2 C  |

metileno H2 C  C H2 | |

etileno H3C C H |

etilideno | H3C C  |

etilidino

Alcanos Alcenos Alcinos

Metano CH4

Etano C2H6 Eteno C2H4 Etino C2H2

Propano C3H8 Propeno C3H6 Propino C3H4

Butano C4H10 Buteno C4H8 Butino C4H6

Pentano C5H12 Penteno C5H10 Pentino C5H8

Hexano C6H14 Hexeno C6H12 Hexino C6H10

Heptano C7H16 Hepteno C7H14 Heptino C7H12

Octano C8H18 Octeno C8H16 Octino C8H14

Nonano C9H20 Noneno C9H18 Nonino C9H16

Decano C10H22 Deceno C10H20 Decino C10H18