Introdução à Química Orgânica Nível A

No nível A, você encontra mais famílias de grupos funcionais 官能团, incluindo o grupo amida 酰胺 e compostos aromáticos 芳香 (aqueles construídos sobre um anel de benzeno). Assim como antes, o grupo funcional determina as propriedades, e você o lê na fórmula geral, estrutural, mostrada ou esqueletal.

Nomenclatura de compostos aromáticos

Uma molécula de benzeno 苯 é um anel de seis carbonos. Ao nomear um composto aromático, use o anel de benzeno 苯环 como a cadeia principal e numere as posições dos substituintes. Por exemplo, o ácido 3-nitrobenzoico tem um grupo $\text{–NO}_2$ no carbono 3, e o 2,4,6-tribromofenol tem três átomos de bromo em um anel de fenol. Você também pode nomear compostos cíclicos com um único anel de até seis carbonos.

• substituição eletrofílica 亲电取代: um eletrófilo substitui um átomo de hidrogênio em um anel de benzeno (é assim que o benzeno reage).
• adição–eliminação 加成消去: uma molécula primeiro adiciona, depois uma pequena molécula é removida (visto com 2,4-DNPH e com cloretos de acila).

O benzeno é um hexágono regular plano. Cada carbono é hibridizado sp², usando seus três orbitais de hibridização 杂化 para formar ligações sigma σ键 com dois carbonos vizinhos e um hidrogênio. Isso forma o anel de ligações σ.

Cada carbono também tem um elétron restante em um orbital p, perpendicular ao anel. Esses orbitais p se sobrepõem lateralmente ao redor todo, formando um único sistema de ligação pi π键 deslocalizada 离域 — um anel de elétrons acima e abaixo do plano. Como os elétrons são compartilhados uniformemente, todas as seis ligações C–C têm o mesmo comprimento, e o benzeno é muito estável.

Como sabemos que o benzeno realmente é deslocalizado? Uma forte evidência é sua variação de entalpia de hidrogenação 氢化焓变. Adicionar hidrogênio a uma dupla ligação C=C (como no ciclo-hexeno) libera cerca de $120\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$, então um anel de Kekulé de três duplas ligações separadas deveria liberar cerca de $3 \times 120 = 360\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$. O benzeno real libera apenas $208\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ — ele é cerca de $152\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ mais estável do que o modelo prevê.

Dois enantiômeros 对映体 (isômeros imagem-especular) possuem propriedades físicas e químicas idênticas, com duas exceções:

• eles giram a luz polarizada plana 平面偏振光 em direções opostas. Uma substância que faz isso é ativamente óptica 旋光活性.
• eles podem ter efeitos diferentes em seres vivos (atividade biológica).

Uma mistura racêmica 外消旋混合物 é uma mistura 50:50 dos dois enantiômeros. Ela não gira a luz polarizada plana, porque as duas rotações opostas se cancelam.

Por que a quiralidade importa para medicamentos

Quiralidade 手性 é importante ao fabricar medicamentos. Uma molécula com um centro quiral 手性中心 tem dois enantiômeros, e eles podem se comportar muito diferentemente no corpo — um pode curar enquanto o outro causa danos. Então os fabricantes de fármacos ou:

• separam uma mistura racêmica nos dois enantiômeros puros, ou
• usam um catalisador quiral 手性催化剂 para fazer apenas o único enantiômero desejado.

Exemplo resolvido. Qual de butan-1-ol, butan-2-ol e 2-metilpropan-2-ol é quiral? Uma molécula é quiral se tiver um carbono carregando quatro grupos diferentes. Analise os carbonos um de cada vez. No butan-2-ol, $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_2\text{CH}_3$, o carbono 2 carrega $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{CH}_3$ e $\text{C}_2\text{H}_5$ - quatro grupos diferentes, então é um centro quiral e o butan-2-ol existe como dois isômeros ópticos. O carbono 1 do butan-1-ol carrega dois hidrogênios, e o carbono central do 2-metilpropan-2-ol carrega dois grupos metila idênticos, então nenhum deles é quiral. Basta um grupo repetido em um carbono para destruir a quiralidade ali - e compare grupos adequadamente: $\text{CH}_3$ e $\text{C}_2\text{H}_5$ diferem, mas só depois de olhar além do primeiro átomo.

• Isômeros ópticos precisam de um carbono quiral (quatro grupos diferentes); são imagens especulares não sobreponíveis que giram a luz polarizada plana em direções opostas.
• Uma mistura racêmica forma-se quando um intermediário plano (carbocátion ou $\text{C}=\text{O}$) é atacado igualmente por ambos os lados.
• O anel deslocalizado do benzeno (comprimentos de ligação iguais, plano) explica sua estabilidade em relação ao modelo de Kekulé.
• Aprenda os dois novos mecanismos — substituição eletrofílica de arenos e adição-nucleofílica-eliminação.