QUÍMICA ORGÂNICA BÁSICA by Centro de Matemática Ciencias e Filosofia

APRESENTAÇÃO

Compreender a natureza e todos os compostos que cercam a vida humana é algo fascinante. Apesar de nem sempre tangível e facilmente concebido, o mundo das moléculas, átomos e subpartículas, na realidade é a razão material de vivermos e fazermos parte do Universo. Essas moléculas, assim como em um corpo humana, possuem esqueletos que sustentam sua existência da forma que conhecemos. Tais esqueletos, na Química Orgânica, chamamos de cadeias carbônicas. A fragmentação por áreas de estudo da Química (Orgânica, Inorgânica, Físico-Química, Analítica, etc.) só existe para um aprofundamento nos níveis de conhecimento, mas, na realidade, convergem para o entendimento da matéria e, consequentemente, da Vida. “Por que estudar Química?” Passar ser passa ser uma pergunta de fácil resposta se simplesmente compreendermos que tudo o que nos cerca, antes de existir da forma que conhecemos, existe em nível atômico com todas as suas interações elétricas, magnéticas e nucleares. Assim, este curso pretende trabalhar a importância real da Química Orgânica em nossas vidas e como o domínio dessa área de conhecimento pode trazer benefícios (e mazelas) para toda a humanidade.

Objetivo O curso de Fundamentos de Química Orgânica tem o objetivo de promover o aprendizado dos principais conceitos envolvendo esta parte da Química. Os conhecimentos trabalhados servirão de suporte para os alunos de Ensino Médio e de Ensino Superior em diversos cursos, tais como: Química, Farmácia, Biomedicina, Engenharias, Ciências Biológicas, Nutrição, etc.

Conteúdo programático 1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA 2. CADEIAS CARBÔNICAS 3. ESTRUTURAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS 4. NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS 5. HIDROCARBONETOS 6. PRINCIPAIS FUNÇÕES ORGÂNICAS 7. ISOMERIA

Sumário 1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA .............................................................................. 3 2. CADEIAS CARBÔNICAS ................................................................................................... 10 3. ESTRUTURAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS ..................................................................... 16 4. NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS ...................................................... 22 5. HIDROCARBONETOS ....................................................................................................... 30 6. PRINCIPAIS FUNÇÕES ORGÂNICAS ............................................................................... 37 7. ISOMERIA .......................................................................................................................... 46 REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 59

1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ORGÂNICA 1.1 “A vida é Química Orgânica” Há muito que os cientistas têm se preocupado com a questão de como a vida começou na Terra, e se existe vida em algum outro lugar no universo. Há alguma evidência de que no início da história da Terra muitos compostos orgânicos necessários para o surgimento da vida foram criados quando relâmpagos passavam pela atmosfera da Terra. Outra evidência sugere que a vida começou nas profundezas do oceano, onde saídas de jatos quentes poderiam ter suprido a energia para as reações entre matérias-primas que levaram a moléculas de base carbono. Há ainda uma outra evidência que sugere que sedimentos de barro poderiam ter fornecido o ambiente no qual ocorreram reações que resultaram nas moléculas orgânicas necessárias à vida.

A Química Orgânica é a Química da Vida Recentemente, a possibilidade de se encontrar moléculas orgânicas no espaço interestrelar e em meteoritos de Marte trouxe uma excitação mundial, aumentando o interesse pela idéia de que, de fato, poderia existir vida ale da incubadora azul e verde de nossa Terra. Poderiam as moléculas orgânicas ter evoluído em algum lugar diferente do universo, da mesma maneira elaborada como na Terra? Poderiam os blocos de construção orgânica simples para a vida terem vindo para a Terra embutidos em meteoritos de outras esferas do espaço? Os tipos de moléculas orgânicas encontradas em alguns meteoritos incluem aminoácidos, dos quais são feitas as proteínas, e moléculas de lipídios, a partir das quais podem ser formados os compartimentos moleculares chamados de vesículas. Certos meteoritos continham em média 7% de matéria orgânica por peso. Algumas estimativas indicam

que uma quantidade de material orgânico (1020 g) maior que o existente no total da biomassa presente na Terra (1018 g) poderia ter sido depositada na Terra há 300 milhões de anos, através de meteoritos contendo carbono. Estes meteoritos teriam fornecido bastante matériaprima orgânica para iniciar a vida. O mais importante em todas as teorias é a idéia de que as moléculas orgânicas são o coração da vida – tanto a existência de vida na Terra como a possibilidade de vida em algum outro lugar. (T.W. Graham Solomons & Craig B. Fryhle).

1.2 Principais aspectos históricos da Química Orgânica Os fundamentos da química orgânica datam da metade do século XVIII, quando ela evoluía da arte dos alquimistas a uma ciência moderna. O químico sueco Torbern Bergman, em 1770, foi o primeiro a expressar a diferença entre substâncias “orgânicas” e “inorgânicas”. Compostos orgânicos eram definidos como compostos que poderiam ser obtidos a partir de organismos vivos. Os compostos inorgânicos eram aqueles originados de fontes não-vivas. Junto com esta distinção, crescia uma crença chamada Vitalismo. De acordo com essa ideia, a intervenção de uma “força vital” se tornava necessária para a síntese de um composto orgânico. Por volta de 1816, essa teoria da força vital foi abalada quando Michel Chevreul descobriu que o sabão, preparado pela reação de álcalis com gordura animal, poderia ser separado em diversos compostos orgânicos puros, que ele próprio denominou “ácidos graxos”. Pela primeira vez, uma substância orgânica (gordura) fora convertida em outras (ácidos graxos e glicerina) sem a intervenção de uma força vital externa. Um pouco mais de uma década depois, a teoria da força vital sofreu outro golpe quando Fridrich Wöhler descobriu, em 1828, que era possível converter o sal “inorgânico” cianato de amônio na substância orgânica já conhecida como ureia, que havia sido previamente encontrada na urina humana.

Friedrich Wöhler e sua famosa síntese

Um outro aspecto desse “fato notável” chamou ainda mais a atenção de Wöhler e do próprio Berzelius, que logo soube da descoberta: o cianato de amônio e a ureia apresentam os mesmos elementos na mesma quantidade: N2H4CO. As propriedades químicas e físicas dessas substâncias, contudo, eram absolutamente diferentes. A explicação proposta para explicar esse fenômeno era que os compostos apresentavam o mesmo número e tipo de átomos, mas a disposição dos átomos em cada composto era diferente. Esses compostos ficaram conhecidos como isômeros – do grego iso, mesmo, e méros, parte, significando, portanto, ‘partes iguais’ –, palavra inventada por Berzelius para descrever a isomeria, esse fenômeno que havia sido descoberto na Química. Atualmente define-se: Isomeria é o fenômeno em que dois ou mais compostos possuem mesma fórmula molecular e diferente fórmula estrutural.

Resumo Histórico: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

➢ ➢ ➢ ➢

Pré-História: obtenção do álcool etílico pela fermentação da uva e outras frutas ou do malte (cevada). Civilização greco-romana: obtenção de sabão de gorduras e cinzas. Corantes para pinturas diversas. Bergmann (1777): subdivisão da Química: mineral (compostos existentes na natureza em forma bruta) e orgânica (compostos fabricados pelos seres vivos). Berzelius (1807): Teoria da Força Vital: apenas os seres vivos seriam capazes de fabricar ou sintetizar compostos orgânicos. Wöhler (1828): derrubou a Teoria da Força Vital sintetizando ureia a partir do cianato de amônio. Hennel (1828): preparo do álcool etílico. John C. Warren (1846): primeira intervenção cirúrgica de grande porte com o emprego de um anestésico: o éter. Este fato assinala uma nova era na Medicina: a era dos anestésicos. James Simpson (1847): primeira vez o clorofórmio como anestésico. Frankland e Kolbe (1848): preparo do ácido acético. Berthelot (1854): preparo do gás metano. Químicos do Instituto Pasteur (1935): descobrimento da sulfanilamida: substância de ação bactericida. A seguir são descobertas outras sulfas.

1.3 Principais conceitos Química Orgânica Mesmo com a falência do vitalismo na ciência, a palavra “orgânico” continua ainda hoje sendo usada por algumas pessoas como significando “o que vem de organismos vivos”, da mesma maneira como nos termos “vitaminas orgânicas” e “fertilizantes orgânicos”. O termo geralmente usado “alimento orgânico” significa que o alimento foi cultivado sem o uso de fertilizantes e pesticidas sintéticos.

Comparação entre produtos orgânicos e convencionais Atualmente, a Química Orgânica é conhecida como a parte da Química que estuda a maioria dos compostos formados pelo elemento carbono. O carbono é um ametal que faz quatro ligações covalentes para adquirir estabilidade; desse modo, os compostos orgânicos sempre apresentam muitas ligações covalentes. O que caracteriza esse tipo de ligação é o compartilhamento de pares de elétrons. Hoje são conhecidos mais de 19 milhões de compostos orgânicos, muitos dos quais presentes em inúmeros produtos que utilizamos diariamente, como gasolina, querosene, álcoois, plásticos, borrachas, tintas, remédios, fibras têxteis, papéis, produtos de limpeza, cosméticos, produtos de higiene, pesticidas e fertilizantes agrícolas. Isso ocorre devido à versatilidade única do elemento carbono, que é capaz de formar compostos com milhares de átomos ligados, arranjados entre si das mais diferentes maneiras. Além do carbono, o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio – denominados elementos organógenos – formam a maioria dos compostos orgânicos conhecidos. Alguns poucos compostos do elemento carbono são denominados compostos de transição, ou seja, são compostos que possuem o carbono, porém se assemelham mais aos compostos inorgânicos.

Compostos orgĂ˘nicos e inorgĂ˘nicos

1.4 Postulados de Kekulé Entre 1858 e 1861, o químico Friedrich August Kekulé (1829-1896), o químico escocês Archibald Scott Couper (1831-1892) e o químico russo Alexander M. Betherov (1828-1886) lançaram independentemente os três postulados que constituem as bases fundamentais da Química Orgânica. 1º postulado O carbono é tetravalente: faz 4 ligações covalentes que podem ser estabelecidas de uma das seguintes formas esquematizadas na tabela:

2º postulado As 4 ligações simples do carbono são iguais (em comprimento e energia), logo as quatro fórmulas estruturais esquematizadas abaixo, por exemplo, representam a mesma molécula, o clorofórmio, CHCl3.

3º postulado O carbono é capaz de formar cadeias (ligações químicas sucessivas) com outros átomos de carbono. As cadeias carbônicas podem conter milhares de átomos de carbono ligados sucessivamente formando compostos estáveis. É o que justifica o grande número de compostos orgânicos conhecidos.

Cadeias carbônicas 1.5 Exercícios 1 - Quais características torna o carbono responsável pela existência de inúmeras substâncias diferentes? 2 - A respeito das substâncias orgânicas, marque a opção incorreta: a) A Química Orgânica estuda somente as substâncias sintetizadas pelos organismos vivos, daí a qualificação de orgânicos. b) As substâncias orgânicas são substâncias de carbono, embora algumas substâncias que contêm esse elemento sejam estudadas também entre as substâncias inorgânicas (CO2, HCN e outras). c) A existência de um grande número de substâncias de carbono está relacionada com a capacidade do átomo de carbono de formar cadeias, associada à sua tetravalência. d) O átomo de carbono pode estabelecer ligações simples, duplas ou triplas. O átomo de hidrogênio liga-se ao carbono por meio de ligação covalente simples. 3 - Escreva as fórmulas a seguir completando as ligações (simples, dupla ou tripla) que estão faltando para que as valências dos átomos envolvidos sejam satisfeitas.

2. CADEIAS CARBÔNICAS 2.1 Representações das cadeias carbônicas Em função das características do átomo de carbono, é possível a constituição de cadeias carbônicas abertas e fechadas e uma diversidade enorme de milhões de substâncias. Isso não ocorre com átomos de outros elementos químicos. O estudo da Química Orgânica é centrado nas propriedades e nas estruturas químicas das cadeias carbônicas. Antes, portanto, de aprofundar o seu estudo, vamos rever as formas de representação dessas estruturas e algumas denominações empregadas no seu estudo. O quadro a seguir exemplifica as representações mais comuns das estruturas químicas.

Átomos do elemento carbono estão presentes em todas as moléculas orgânicas. E átomos do elemento hidrogênio, na maioria delas. Os átomos de carbono formam o “esqueleto” de uma molécula orgânica. Qualquer átomo em uma molécula orgânica que não seja de carbono ou de hidrogênio é denominado heteroátomo. No lugar da expressão “esqueleto” da molécula, os químicos utilizam a expressão cadeia carbônica.

Cadeia carbônica é a estrutura formada por todos os átomos de carbono de uma molécula orgânica e também pelos heteroátomos que estejam posicionados entre esses carbonos. Outra representação das cadeias carbônicas, denominada bond line, é feita por meio de traços sem indicar os átomos de carbono. Nessa representação, os átomos de carbono são entendidos como as pontas de cada segmento de reta ou os vértices que unem essas retas.

2.2 Compostos aromáticos Há muitos compostos em que aparece na molécula a cadeia carbônica do benzeno, chamada de anel benzênico. Como os primeiros desses compostos a serem conhecidos apresentavam um aroma forte e característico, foram chamados de compostos aromáticos. Atualmente, sabe-se que a presença do anel benzênico nada tem a ver com o fato de a substância apresentar aroma. O ácido acetilsalicílico é um exemplo de substância que apresenta anel benzênico em sua molécula:

Todos os compostos aromáticos exibem o fenômeno da ressonância. Para o tolueno, as estruturas de ressonância são:

2.3 Classificação dos carbonos em uma cadeia carbônica A classificação de determinado átomo de carbono em uma cadeia carbônica apresenta como único critério o número de carbonos que estão diretamente ligados a ele. Assim, temos:

2.4 Classificação das cadeias carbônicas Muitas vezes, é necessário também nos reportarmos a alguns outros tipos de estruturas, como cadeias cíclicas, cadeias ramificadas e cadeias insaturadas. Veja o que significam essas denominações.

2.5 Exercícios

OH 01 - A vitamina B5, mais uma pertencente ao H3C complexo B, é também conhecida como ácido NH pantotênico. É indispensável no processo de HO metabolismo celular, uma vez que, sob a CH3 O forma de coenzima A (CoA), participa de diversas reações que ocorrem nas células. Participa também do processo de síntese de gorduras, colesterol, neurotransmissores e melatonina. Sobre sua estrutura, responda:

O OH hormônios,

a) Qual a classificação de sua cadeia carbônica? b) Qual sua fórmula molecular? c) Quantos de seus carbonos são terciários? 02 - A morfina, extraída da flor da papoula, é usada há séculos como medicamento, tanto para induzir o sono (seu nome é derivado de Morfeu, deus grego do sono) como para aliviar dores intensas, como a dos pacientes com câncer em estágio terminal. De acordo com sua molécula, quantos de seus átomos podem ser considerados como heteroátomos?

a) 5

b) 4

c) 2

d) 2

e) 1

3. ESTRUTURAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS 3.1 Ligações sigma e pi Segundo a Mecânica Quântica, as ligações covalentes são formadas pela interação de orbitais atômicos que se fundem originando orbitais moleculares. A formação desses orbitais fornece uma configuração menos energética para os átomos, ou seja, uma situação mais estável. É por meio desse princípio que os químicos fazem modelagem de novas substâncias. Uma ligação química não é simplesmente a união de pares de elétrons ou a atração eletrostática entre estruturas. Podemos dizer que a ligação química está associada à superposição de orbitais que se entrelaçam e que podem ser previstos por funções de onda que expressam as interações entre os átomos, seus núcleos e elétrons. Dois modelos que exemplificam a superposição de orbitais atômicos são as ligações químicas sigma (σ) e pi (π). Ligações sigma (σ) Conhecendo-se a camada de valência de um elemento, podemos prever a quantidade de ligações covalentes e o tipo de orbitais envolvidos nessas ligações, ou seja, os tipos de ligações sigma. O quadro a seguir mostra alguns tipos de ligações sigma.

Ligações pi (π) Quando entre dois átomos ocorrer mais de uma ligação, a primeira será sempre uma ligação sigma e as demais corresponderão a ligações pi, envolvendo os orbitais p contidos em eixos paralelos.

Após a interpenetração, os orbitais se deformam, originando os orbitais moleculares sigma e pi. A ligação pi é sempre formada pela interpenetração de orbitais incompletos do tipo p, contidos em eixos paralelos. Sua representação será sempre π p–p. Vejamos dois exemplos:

3.2 Hibridização Uma das substâncias mais simples derivadas do carbono é o gás metano: CH4. Para fazer as quatro ligações sigma iguais, o carbono deveria apresentar quatro orbitais incompletos iguais. Porém, a distribuição eletrônica do carbono no estado fundamental mostra somente dois orbitais incompletos:

Para explicar situações como esta, vamos usar um outro modelo: a teoria da hibridização. A hibridização consiste na interação de orbitais atômicos incompletos que se transformam, originando novos orbitais, em igual número. Esses novos orbitais são denominados orbitais híbridos. Para que o carbono apresente quatro orbitais incompletos, será necessária a promoção de um elétron do orbital 2s para o 2p. Isso pode ser obtido pela absorção de energia. Observe:

Numa etapa seguinte, esses orbitais interagem e se transformam, originando quatro novos orbitais híbridos:

Para explicar outros compostos do carbono, mostraremos outros tipos de hibridização. O aldeído fórmico (CH2O) apresenta a seguinte fórmula estrutural. Neste caso, como existe uma ligação π, um dos orbitais p do carbono no estado excitado não participará da hibridização.

O cianeto de hidrogênio (HCN) apresenta a seguinte fórmula estrutural:

Para que ocorram as duas ligações pi, será necessário que dois orbitais p do carbono no estado excitado não participem da hibridização.

Resumo:

3.3 Exercícios CH2

1 - No Acre, são realizadas pesquisas sobre a composição química de plantas medicinais buscando o isolamento de princípios ativos que possam ser usados na produção de fármacos. Um destes estudos confirmou CH3 a presença de uma substância denominada lupeol, nas cascas da Vismia guianensis (lacre), planta usada popularmente contra impingem e pano branco. HO Em relação ao composto lupeol, analise as afirmativas: CH3 H3C I. Sua fórmula molecular é C30H50O. II. Em sua estrutura existe apenas uma ligação do tipo π. III. Apenas um dos seus carbonos possuem hibridização do tipo sp2. Está correto o que se afirma em a) I, apenas. b) II, apenas. c) III, apenas. d) I e II, apenas. e) I e III, apenas.

H3C

CH3 CH3

2 - O agente laranja ou 2,4-D é um tipo de arma química utilizada na Guerra do Vietnã como desfolhante, impedindo que soldados Cl se escondessem sob as árvores durante os bombardeios. Quantas ligações do tipo pi (π) existem na cadeia carbônica do agente laranja? a) 5

b) 4

c) 2

d) 2

e) 1

3 – Considere a fórmula estrutural ao lado: São feitas as seguintes afirmativas: I. O átomo de carbono 5 forma 4 ligações σ (sigma). II. O átomo de carbono 3 forma 3 ligações σ (sigma) e 1 ligação π (pi). III. O átomo de carbono 2 forma 3 ligações π (pi) e 1 ligação σ (sigma). IV. O total de ligações π (pi) na estrutura é igual a 3. Identifique a alternativa correta. a) Apenas as afirmativas I e IV são corretas. b) Apenas as afirmativas II e III são corretas. c) Apenas as afirmativas I, II e IV são corretas.

CH3

O Cl

O OH

d) Todas as afirmativas são corretas. e) Apenas as afirmativas I e II são corretas.

4. NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS 4.1 Principais regras de nomenclatura de compostos orgânicos Os compostos orgânicos são divididos em grupos ou funções conforme o comportamento químico que apresentam. Ter um comportamento químico semelhante significa reagir de maneira semelhante diante de determinada substância, nas mesmas condições. E o que faz compostos diferentes terem o comportamento químico semelhante? O fato de possuírem o mesmo grupo funcional. O grupo funcional é um agrupamento de átomos responsável pela semelhança no comportamento químico de uma série de compostos diferentes. As principais funções orgânicas podem ser vistas na tabela a seguir:

ona

oico

...ato de ...

...oxi...

amina

A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) vem aperfeiçoando um sistema de nomenclatura para compostos orgânicos desde 1892, sempre com o mesmo princípio básico: • •

Cada composto orgânico deve ter um nome diferente. A partir do nome, deve ser possível esquematizar a fórmula estrutural do composto orgânico e vice-versa.

Visando atingir esses objetivos, criou-se uma série de regras simples, de fácil memorização e mais abrangentes possível. Seguindo essas regras podemos dar um nome a grande parte dos compostos orgânicos, e assim obter muitas informações sobre suas propriedades. O nome dos compostos orgânicos de cadeia normal e não aromáticos é fornecido pelo esquema:

• • •

O prefixo indica o número de átomos de carbono na cadeia principal (maior sequência de átomos de carbono); O infixo indica o tipo de ligação existente entre carbonos (apenas simples, pelo menos uma dupla ou pelo menos uma tripla); O sufixo indica o grupo funcional a que pertence o composto, por exemplo, o sufixo o (todo nome de composto orgânico que termina em o) indica que se trata de um hidrocarboneto (composto que possui apenas carbonos e hidrogênios).

Se a cadeia carbônica for heterogênea ou possuir pelo menos um carbono terciário ou quaternário, ela será ramificada, isto é, haverá uma cadeia principal e uma ou mais cadeias secundárias. Nesse caso, para dar nome ao composto orgânico, é preciso primeiro escolher a cadeia principal. A cadeia principal é aquela que apresenta as seguintes características, em ordem decrescente de importância:

• • •

Possui o grupo funcional; Engloba o maior número de insaturações; Possui a sequência mais longa de átomos de carbono ligados entre si.

Além disso, é importante indicar quais são e em quais carbonos estão posicionadas as ramificações da cadeia principal. A tabela a seguir apresenta alguns exemplos de substituintes orgânicos.

Nos compostos orgânicos cíclicos o nome do composto é precedido pela palavra ciclo. A seguir, veremos o nome de alguns compostos orgânicos de acordo com as normas da IUPAC.

4.2 Exercícios 1 - Dê o nome dos seguintes compostos orgânicos e identifique sua função a)

______________________________________________________

O e)

______________________________________________________

NH2 g)

______________________________________________________

____________________________________________________

_______________________________________________

2 – Escreva a fórmula estrutural dos seguintes compostos orgânicos a) 2-metilpentano

b) butan-2,2-diol

c) ciclopentano

d) 2-amino-pent-4-eno

e) 4-metilpentanal

f) 1,2,3-trietilbenzeno

g) clorometano

h) ácido 3-etil-2-metilhexanoico

5. HIDROCARBONETOS 5.1 Hidrocarbonetos e o Petróleo Os hidrocarbonetos compreendem substâncias com as funções orgânicas mais simples. Eles são constituídos apenas por átomos de carbonos ligados a átomos de hidrogênio. Do ponto de vista prático, a importância dos hidrocarbonetos é também muito grande, pois eles são os principais formadores do petróleo, do gás natural e dos destilados do xisto betuminoso e do carvão mineral. Além disso, os hidrocarbonetos servem como ponto de partida para a obtenção industrial de plásticos, corantes, explosivos, inseticidas etc. Muitos combustíveis de uso diário são misturas de hidrocarbonetos derivados do petróleo: gás de cozinha, gasolina, querosene e óleo diesel. A palavra petróleo significa ‘óleo de pedra’, e isto se deve ao fato de ser encontrado, geralmente, impregnado em determinadas rochas porosas denominadas arenito, localizadas em camadas geológicas sedimentares, situadas na maior parte das vezes abaixo do fundo do mar (o que era de se esperar, já que os oceanos recobrem cerca de 71% da superfície do planeta). O processamento do petróleo visando à obtenção de suas frações é realizado em refinarias de petróleo. Após essa separação mais geral, cada uma das frações pode sofrer processos mais elaborados de fracionamento, que fornecem substâncias com alto grau de pureza, destinadas à utilização como matéria-prima.

O quadro a seguir apresenta a classificação dos hidrocarbonetos, com características de suas cadeias e as respectivas fórmulas gerais.

5.1.1 Alcanos São hidrocarbonetos de cadeia aberta que apresentam apenas ligações simples entre carbonos. Também são chamados de parafinas (do latim parum affinis, que significa ‘pouca afinidade’), porque, de fato, os alcanos são muito pouco reativos. Esses compostos são encontrados na natureza em emanações gasosas naturais (do metano ao butano) e no petróleo. Exemplos:

5.1.2 Alcenos São hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma ligação dupla entre carbonos, o que faz os compostos dessa classe serem mais reativos do que os alcanos. Comparando compostos de mesmo grupo funcional, a reatividade de compostos com ligação dupla (insaturados) é sempre maior que a reatividade de compostos que possuem apenas ligações simples (saturados). Os alcenos são chamados de olefinas, palavra que significa ‘gerador de óleos’, por causa do aspecto oleoso dos alcenos com mais de 5 carbonos. O alceno mais simples e importante é o eteno ou etileno, que é um gás incolor e de sabor adocicado, encontrado principal mente em poços petrolíferos. O eteno é usado como combustível, como substância que ajuda no amadure cimento artificial de frutos, como narcótico e na fabricação de plásticos como o polietileno. Exemplos:

5.1.3 Alcinos São hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma ligação tripla entre carbonos, o que os torna bem mais reativos que os alcanos e os alcenos. O alcino mais importante é o etino, conhecido também por acetileno, que é utilizado como gás de maçarico e como matériaprima na fabricação de borracha sintética. Exemplos:

5.1.4 Dienos Alcadienos (ou simplesmente dienos) são hidrocarbonetos acíclicos contendo duas ligações duplas em sua cadeia carbônica. Os dienos simples não existem na natureza. São, porém, preparados em grande quantidade pela indústria petroquímica, visando à produção de polímeros e borrachas sintéticas. Exemplos:

A molécula do isopreno é chamada de unidade isoprênica, pois, unindo-se a 2, 3, 4... n moléculas iguais, forma moléculas múltiplas (C 5H8)n de cadeias abertas ou fechadas, denominadas terpenos. Os terpenos e seus derivados oxigenados são os principais formadores dos óleos essenciais ou aromáticos. A unidade isoprênica (C5H8) é também a unidade básica na estrutura de inúmeras substâncias coloridas e na da borracha.

Isopreno 5.1.5 Ciclanos Ciclanos (ou cicloalcanos ou cicloparafinas) são hidrocarbonetos cíclicos contendo apenas ligações simples (isto é, hidrocarbonetos cíclicos e saturados). Os ciclanos que apresentam de 3 a 5 átomos de carbono na cadeia têm reatividade alta. Já aqueles cujo ciclo contém 6 ou mais átomos de carbono são muito estáveis e reagem com dificuldade. Exemplos:

Os ciclanos existem, em quantidades maiores ou menores, nos petróleos de várias regiões do mundo. O ciclo-hexano, por exemplo, é usado como solvente e removedor de tintas e vernizes, além de servir como ponto de partida para a fabricação de produtos industriais importantes, como o náilon. 5.1.6 Aromáticos Os hidrocarbonetos aromáticos são aqueles que possuem pelo menos um anel ou núcleo aromático, isto é, um ciclo plano com 6 átomos de carbono que estabelecem entre si ligações ressonantes (representadas por ligações simples e duplas alternadas). O benzeno é o mais importante dos aromáticos. É encontrado no alcatrão de hulha (carvão mineral resultante da fossilização da madeira) e também pode ser obtido pela ciclização do hexano.

Os hidrocarbonetos aromáticos são uma família tão numerosa que é impossível representá-los por uma única fórmula geral. Exemplos:

A IUPAC consagrou o nome benzeno para o hidrocarboneto aromático mais simples. Para outros hidrocarbonetos aromáticos existe, sem dúvida, a nomenclatura IUPAC, mas é muito comum designá-los por nomes particulares. Exemplos:

No caso de duas ramificações, são bastante usados os prefixos orto (o), meta (m) e para (p) a fim de indicar as posições 1,2 (ou 1,6)/1,3 (ou 1,5)/1,4, respectivamente. Exemplos:

5.2 Exercícios 1 - Em vazamentos ocorridos em refinarias de petróleo, que extravasam para rios, lagos e oceanos, verifica-se a utilização de barreiras de contenção para evitar a dispersão do óleo. Nesses casos, observa-se a formação de um sistema heterogêneo onde o petróleo fica na superfície desses recursos hídricos. Sobre o sistema acima descrito é correto afirmar que a água e o petróleo não se misturam porque: a) se apresentam em fases de agregação diferentes. b) apresentam densidades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua maior densidade. c) apresentam moléculas com polaridades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua menor densidade. d) a viscosidade da água é maior que a do petróleo. e) a elevada volatilidade do petróleo faz com que este fique na superfície. 2 - Um alcano encontrado nas folhas de repolho contém em sua fórmula 64 átomos de hidrogênio. O número de átomos de carbono na fórmula é: a) 29 b) 32 c) 30 d) 33 e) 31 3 - Na construção civil, o isopor tem sido utilizado ultimamente como isolante térmico. Sua obtenção se dá através do tratamento do poliestireno com gases, que por sua vez é obtido do estireno, cuja estrutura é:

Outra denominação válida para este composto é: a) metilbenzeno. b) etilbenzeno. c) xileno.

d) antraceno.

e) vinilbenzeno.

4 - Dentre os compostos cujos nomes constam nas alternativas abaixo, aquele com o maior número de carbono secundário é: a) 2,3-dimetil-butano b) 3-metil-pentano c) 2-metil-pentano d) hexano e) 2,2-dimetilbutano 5 - 2,2,5-trimetril-3-heptino é um hidrocarboneto cujas moléculas têm cadeia carbônica: I. insaturada; II. ramificada; III. aromática. Dessas afirmações, somente: a) I é correta. b) I e II são corretas. c) II é correta. d) I e III são corretas. e) III é correta. 6 - O benzopireno é um composto aromático formado na combustão da hulha e do fumo. Pode ser encontrado em carnes grelhadas, em carvão ou em peças defumadas. Experiências em animais comprovaram sua potente ação cancerígena. Apresenta a seguinte fórmula estrutural:

Sua fórmula molecular é: a) C22H14 b) C22H18

c) C20H12

d) C20H20

e) C20H14

7 - Considere as afirmações seguintes sobre os hidrocarbonetos. I. Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente por carbono e hidrogênio. II. São chamados alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear. III. Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral C nH2n. IV. São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno. São corretas as afirmações: a) I e III b) I, III e IV c) II e III d) III e IV e) I, II e IV

6. PRINCIPAIS FUNÇÕES ORGÂNICAS 6.1 Álcoois Álcoois são compostos orgânicos que contêm um ou mais grupos oxidrila (OH) ligados diretamente a átomos de carbono saturados. Exemplos:

A nomenclatura IUPAC reserva para os álcoois a terminação OL, tirada da própria palavra álcool. A cadeia principal deve ser a mais longa que contém o carbono ligado ao OH; a numeração da cadeia deve se iniciar pela extremidade mais próxima ao OH.

No dia-a-dia, quando os jornais, o rádio, a televisão etc. falam em álcool, estão se referindo ao álcool comum, de fórmula CH3-CH2-OH, conhecido como álcool etílico e de nome oficial etanol. Além de estar presente nas bebidas “alcoólicas”, o etanol tem largo emprego industrial — como solvente, na produção de loções e perfumes e, ainda, como combustível para automóveis. A família dos álcoois, no entanto, é muito mais numerosa e diversificada. 6.2 Fenóis Fenóis são compostos orgânicos com uma ou mais oxidrilas (OH) ligadas diretamente ao anel aromático. Exemplos:

A nomenclatura IUPAC dá aos fenóis a terminação ol ou o prefixo hidróxi. No entanto, como acontece com todos os compostos aromáticos, os fenóis mais simples têm nomes comuns, que são aceitos pela IUPAC. Exemplo:

O fenol comum (Ar-OH) é o representante mais simples e um dos mais importantes da família dos compostos aromáticos denominados fenóis. Sendo usado como desinfetante dos instrumentos cirúrgicos por muitos anos. Os fenóis são usados também na preservação da madeira, defendendo-a do ataque dos insetos. O maior uso, porém, é na indústria química, como matéria-prima para a fabricação de plásticos, corantes, perfumes, explosivos etc. 6.3 Éteres Éteres são compostos orgânicos em que o oxigênio está diretamente ligado a duas cadeias carbônicas (ou seja, a dois grupos alquila ou arila). Exemplos:

Há também éteres cíclicos, que são então compostos heterocíclicos, nos quais o oxigênio é o heteroátomo; por exemplo:

A nomenclatura IUPAC dos éteres contém a palavra óxi intercalada nos nomes dos dois grupos formadores do éter. Exemplos:

Quando se fala em éter, lembramo-nos imediatamente do éter comum, que é vendido em farmácias. Esse composto começou a ser usado, como anestésico por inalação, em 1842. Outro éter de grande importância na atualidade é o metóxi-terciobutano (MTBE), usado como antidetonante na gasolina. A função éter está presente também em muitos compostos naturais de função mista, como, por exemplo, o eugenol e a vanilina.

6.4 Aldeídos Os aldeídos fazem parte de um conjunto de grupos funcionais classificados como carbonílicos, ou seja, que apresentam a carbonila em sua constituição. Aldeído é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila ligado a um hidrogênio. Exemplos:

A nomenclatura IUPAC dos aldeídos é feita com a terminação AL. A cadeia principal é a mais longa que inclui o grupo — CHO, e a numeração é feita a partir desse grupo.

Dos aldeídos, os que apresentam maior diversidade de uso são o metanal (aldeído fórmico ou formaldeído) e o etanal (aldeído acético). O metanal é um gás incolor, de cheiro característico e irritante. Em água, a cerca de 40%, o metanal forma uma solução conhecida por formol, usada como desinfetante e na conservação de cadáveres ou peças anatômicas. O etanal é usado na síntese de diversos compostos orgânicos, na obtenção de resinas, inseticidas (DDT) e também como redutor de íons prata na fabricação de espelhos comuns. 6.5 Cetonas As cetonas também são compostos carbonílicos. Cetona é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila entre dois carbonos. A nomenclatura IUPAC das cetonas contém a terminação ONA. A cadeia principal é a mais longa que inclui a carbonila, e a numeração é feita a partir da extremidade mais próxima da carbonila. Exemplos:

A acetona comum ou propanona é um líquido incolor, inflamável, de cheiro agradável e solúvel em água e em solventes orgânicos. É usada como solvente (de esmaltes, tintas, vernizes etc.), na extração de óleos de sementes vegetais, na fabricação de anidrido acético, de medicamentos etc. 6.6 Ácidos carboxílicos Ácido carboxílico é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila ligado a um grupo hidroxila, — OH. Essa união entre o grupo carbonila e o grupo hidroxila forma o grupo carboxila, que é o grupo funcional dos ácidos carboxílicos. A nomenclatura IUPAC dos ácidos carboxílicos possui a terminação OICO. A cadeia principal é a mais longa que inclui a carboxila, e a numeração é feita a partir do carbono da própria carboxila. Exemplos;

O ácido metanoico ou fórmico é um líquido incolor, cáustico, de cheiro forte e irritante que inicialmente era obtido por meio da destilação de formigas vermelhas. O ácido etanoico ou acético, quando concentrado, é um líquido incolor, muito tóxico, de cheiro penetrante e sabor azedo. A 16,6 °C forma cristais com aspecto de gelo, por isso, também é chamado de ácido acético glacial. É usado na preparação de perfumes, corantes, seda artificial, acetona e como vinagre em soluções a 4% em volume de ácido acético. 6.7 Ésteres Ésteres orgânicos são compostos formados pela troca do hidrogênio presente na carboxila dos ácidos carboxílicos por um grupo alquila (R) ou arila (Ar). O nome IUPAC de um éster segue o esquema: prefixo + infixo + oato + de + nome do substituinte com terminação ila. Exemplos:

Os ésteres são também de grande importância prática. Ésteres mais simples aparecem no perfume das flores e no aroma e sabor dos frutos. Atualmente as indústrias produzem grandes quantidades de ésteres, que são usados como sabores e aromas artificiais em doces, balas, sorvetes etc. 6.8 Aminas Aminas são compostos teoricamente derivados do NH3, pela substituição de um, dois ou três hidrogênios por grupos alquila ou arila. Surge daí a classificação das aminas em primárias, secundárias ou terciárias:

Os nomes das aminas são formados com a terminação AMINA. No entanto, são usados nomes especiais, principalmente para aminas aromáticas:

O nome IUPAC para as aminas primárias segue o esquema: prefixo + infixo + (localização do grupo - NH2) amina. A letra N indica que o substituinte está ligado ao nitrogênio. Os substituintes localizados na cadeia carbônica são indicados por números. As aminas são utilizadas na síntese de compostos orgânicos e de certos tipos de sabões e também na vulcanização da borracha. As aminas aromáticas são importantes na fabricação de corantes e explosivos.

6.9 Amidas As amidas pertencem à classe dos compostos carbonílicos. Amida é todo composto que possui o nitrogênio ligado diretamente a um grupo carbonila.

O nome oficial de uma amida não substituída segue o esquema: prefixo + infixo + amida. Caso a amida seja substituída, a cadeia mais longa é considerada a principal e o nome segue as regras acima. As demais cadeias são consideradas substituintes e o nome segue o esquema: prefixo + il, precedido da letra N, que vai indicar que o substituinte está ligado ao nitrogênio. Os substituintes da cadeia principal são indicados por números.

As amidas são importantes nas sínteses de outros compostos orgânicos e como compostos intermediários na preparação de medicamentos. A metanamida é bastante tóxica, é usada como solvente (de inseticidas) em condições específicas. 6.10 Haletos orgânicos Haletos orgânicos são substâncias derivadas dos compostos orgânicos pela troca de um ou mais hidrogênios por halogênios, F, Cl, Br, I. Nos haletos, o halogênio representa o grupo funcional; dele dependem as propriedades químicas da função, e costuma-se representá-lo simbolicamente pela letra X. Na nomenclatura IUPAC, o halogênio é considerado apenas como uma ramificação, presa à cadeia principal. Por exemplo:

Os haletos aparecem com muita frequência em nossa vida diária. Dentre os exemplos mais importantes podemos citar: solventes, como o tetracloreto de carbono (CCl4); inseticidas, como o BHC (C6H6Cl6); plásticos, como o PVC e o teflon; gases de refrigeração, como os fréons; anestésicos, medicamentos e até sangue artificial, como a perfluordecalina (C10F18).

6.11 Exercícios 1 - O óleo de rosas tem sua fórmula estrutural mostrada ao lado. É incorreto afirmar que: a) é um álcool. b) possui somente um carbono terciário em sua estrutura. c) é um ciclano. d) tem fórmula molecular C8H10O. e) possui um anel benzênico em sua estrutura. 2 - Considere as estruturas moleculares do naftaleno e da decalina, representadas pelas fórmulas ao lado. Substituindo, em ambas as moléculas, um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila (OH), obtêm-se dois compostos que pertencem, respectivamente, às funções: a) álcool e fenol. b) fenol e álcool. c) álcool e álcool. d) fenol e fenol. 3 - Para que a “cola de sapateiro” não seja utilizada como droga e também devido à presença de uma substância cancerígena, o tolueno (ou metil benzeno), uma das propostas sugeridas foi a adição de pequena quantidade de formol (ou solução aquosa a 40% de metanal), que, em virtude de seu cheiro forte e irritante, desestimularia a inalação do produto. As substâncias orgânicas citadas, o tolueno e o metanal, apresentam, respectivamente, as seguintes fórmulas moleculares: a) C7H10 e CH3O b) C7H10 e CH2O c) C7H8 e CH3O d) C7H8 e CH2O 4 - O aroma natural de baunilha, encontrado em doces e sorvetes, devese ao composto de nome anilina, cuja fórmula estrutural está reproduzida ao lado. Em relação à molécula da vanilina, é correto afirmar que as funções químicas encontradas são: a) álcool, éter e éster b) álcool, ácido e fenol c) aldeído, álcool e éter d) aldeído, éster e fenol e) aldeído, éter e fenol 5 - Sobre o ácido 3-fenilpropanoico é correto afirmar que: a) possui fórmula molecular C9H10O2. b) possui átomo de carbono quaternário. c) possui 3 átomos de hidrogênio ionizáveis. d) não é um composto aromático.

e) é um composto saturado. 6 - Os aromas da banana e do abacaxi estão relacionados com as estruturas dos dois ésteres dados ao lado. Escolha a alternativa que apresenta os nomes sistemáticos das duas substâncias orgânicas. a) Acetilpentanoato e etilbutanoato b) Etanoato de pentila e butanoato de etila c) Pentanoato de etila e etanoato de butila d) Pentanoato de acetila e etanoato de butanoíla e) Acetato de pentanoíla e butanoato de acetila 7 - Amburosídeo B, cuja estrutura é dada ao lado, foi isolada de Amburana cearensis na busca pelo princípio ativo responsável pela atividade antimalárica da mesma. Escolha a alternativa que apresenta quatro funções orgânicas presentes no amburosídeo B. a) Fenol; cetona; ácido carboxílico; álcool b) Cetona; éter; éster; álcool c) Cetona; éter; ácido carboxílico; álcool d) Fenol; éter; éster; álcool e) Fenol; cetona; éter; álcool

7. ISOMERIA 7.1 Introdução Para determinar as fórmulas moleculares das substâncias, os químicos fazem uso da análise elementar, que consiste da determinação da proporção de massa de cada elemento químico nas substâncias. A partir da proporção da massa de cada elemento, determina-se a fórmula molecular. O interessante é que, com esse método, os químicos perceberam que diversas substâncias orgânicas (e também inorgânicas) apresentam a mesma fórmula molecular, embora tenham propriedades físicas diferentes. Por exemplo, foi identificado que o etanol tem a mesma fórmula molecular do éter dimetílico, apesar de serem substâncias com propriedades bem distintas e possuírem odores e sabores característicos, além de terem suas propriedades físicas diferentes. Para a fórmula C5H12O, por exemplo, hoje sabemos que existem 14 substâncias com propriedades físicas e químicas diferentes:

Os compostos representados abaixo são diferentes. Possuem diferentes nomes, diferentes fórmulas estruturais, diferentes pontos de fusão e ebulição e também diferentes densidades. No entanto, eles possuem, coincidentemente, a mesma fórmula molecular: C4H10O. Dizemos que ambos são isômeros.

Isômeros são compostos de mesma fórmula molecular que apresentam propriedades diferentes devido a fórmulas estruturais diferentes. De um modo amplo, a isomeria pode ser dividida em: • •

Isomeria plana, que depende da localização dos átomos na molécula e que pode ser explicada por fórmulas estruturais planas; Isomeria espacial ou estereoisomeria (do grego stereos, espacial), que depende da orientação dos átomos no espaço e só pode ser explicada por fórmulas estruturais espaciais.

7.2 Isomeria Plana ou Constitucional Isomeria plana ocorre quando a diferença entre os isômeros pode ser explicada por fórmulas estruturais planas. Os casos mais comuns de isomeria plana são: • • • • •

Isomeria de cadeia (ou de núcleo); Isomeria de posição; Isomeria de compensação (ou metameria); Isomeria de função (ou funcional); Tautomeria.

Classificar isômeros é dizer qual a principal diferença entre eles. O quadro a seguir ilustra a classificação dos isômeros constitucionais em cinco grupos.

7.3 Isomeria Espacial Isomeria espacial (ou estereoisomeria) é aquela que somente pode ser explicada por meio de fórmulas estruturais espaciais. Em outras palavras, isso significa que só iremos “enxergar” a diferença existente entre dois isômeros espaciais se fizermos uso de modelos moleculares espaciais. A isomeria espacial divide-se em: • Isomeria cis-trans (ou geométrica); • Isomeria óptica.

7.3.1 Isomeria cis-trans (ou geométrica) Pode ocorrer em dois casos principais: em compostos com duplas ligações ou em compostos cíclicos. Seja o composto ClCH=CHCl. Usando-se o modelo de bolas, podemos ter as seguintes arrumações espaciais:

Repare na seguinte diferença: • •

Na foto da esquerda, os dois átomos de cloro estão do mesmo lado do plano que divide a molécula ao meio; essa é a chamada forma cis (do latim cis, aquém de); Na foto da direita, os dois átomos de cloro estão em lados opostos do plano que divide a molécula ao meio; essa é a chamada forma trans (do latim trans, para além de).

Em decorrência de suas diferentes estruturas, os isômeros cis e trans têm propriedades físicas (densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição etc.) e propriedades químicas diferentes. Os dois compostos dados também podem ser representados abreviadamente do seguinte modo:

Generalizando, podemos dizer que ocorre isomeria cis-trans em compostos contendo ligação dupla que apresentam a estrutura:

Os compostos cíclicos apresentam um anel ou núcleo que é um polígono plano ou reverso. Conforme as ramificações (ou os substituintes) estejam acima ou abaixo desse polígono, podem surgir casos de isomeria cis-trans. Por exemplo, o composto 1,2-dicloro-ciclopropano. Ele poderá apresentar as seguintes estruturas:

Na foto da esquerda, os dois átomos de cloro estão acima do plano do anel; na foto da direita, um átomo de cloro está acima e o outro está abaixo do plano do anel. As duas estruturas não podem ser superpostas, de modo que temos isômeros diferentes — o primeiro é o cis, e o segundo, o trans. 7.3.2 Isomeria óptica Isômeros ópticos são substâncias que possuem mesma fórmula molecular e diferentes arranjos espaciais. Esses arranjos diferenciados tornam os compostos diferentes durante as reações com reagentes assimétricos, produzindo principalmente diferentes efeitos fisiológicos. Existem vários casos de isomeria óptica: Composto com apenas um carbono quiral Composto com carbonos quirais diferentes Composto com carbonos quirais iguais Compostos alênicos Compostos cíclicos Compostos com um carbono assimétrico O exemplo clássico é o ácido lático (ou ácido α-hidróxipropanoico ou ácido-2-hidróxi-propanóico), que é proveniente do leite: O carbono central é assimétrico (costuma-se indicar os carbonos assimétricos com um asterisco), pois a ele estão ligados quatro radicais diferentes: H, CH3, OH e COOH.

Sua mistura em quantidades equimolares (partes iguais) resulta numa mistura opticamente inativa, denominada mistura racêmica, conhecida também como isômero racêmico [(dl) ou (r)]. Essa mistura não é opticamente ativa, ou seja, não desvia o plano da luz polarizada. Dizemos que o racêmico é inativo por compensação externa, já que o efeito produzido por uma molécula é compensado externamente, por outra molécula. A assimetria molecular estará presente se houver na estrutura um carbono que faça quatro ligações simples e que esteja ligado a quatro grupos diferentes. O carbono em questão é chamado de carbono assimétrico, carbono quiral ou centro quiral. A presença de um carbono quiral é condição suficiente para a isomeria óptica.

Em uma estrutura, a presença de um carbono quiral permite que a substância possua isômeros ópticos. Costuma-se usar um asterisco (*) para destacar esse carbono. Alguns exemplos de moléculas contendo carbono quiral aparecem a seguir.

Composto com carbonos quirais diferentes Consideremos o exemplo do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico. Temos nessa substância dois carbonos assimétricos considerados diferentes entre si porque os grupos ligados ao carbono 2 não são todos iguais aos grupos ligados ao carbono 3. Veja que no carbono 2, além do grupo COOH, temos o grupo OH. Enquanto no carbono 3, além do grupo COOH, temos o CH3.

Esse composto tem quatro isômeros opticamente ativos e distintos entre si, que podem ser representados esquematicamente do seguinte modo:

A e B: enantiomorfos entre si C e D: enantiomorfos entre si A + B (50% de cada): mistura racêmica C + D (50% de cada): mistura racêmica A e C, A e D, B e C e B e D: diastereoisômeros Diastereoisômeros são isômeros ópticos que desviam a luz polarizada em ângulos diferentes e não são imagens especulares um do outro. Em outras palavras, pode-se dizer que diastereoisômeros são compostos que possuem a mesma constituição (átomos ligados na mesma ordem), mas um não é a imagem não sobreponível do outro no espelho.

Composto com carbonos quirais iguais Consideremos agora o exemplo do ácido tartárico (ácido di-hidróxi-succínico). Nesse exemplo, ao contrário do que se verifica nos compostos com vários carbonos assimétricos diferentes, os carbonos assimétricos 2 e 3 são iguais ou equivalentes entre si, pois ambos estão ligados aos mesmos grupos. Existem dois isômeros com atividade óptica e enantiomorfos entre si: o ácido d-tartárico e o ácido l-tartárico. Misturados em partes iguais, eles formarão o racêmico, o qual, como sempre, é opticamente inativo (inativo por compensação externa). No entanto, existe agora um isômero que, por si só, não tem atividade óptica (é inativo por compensação interna): o ácido mesotartárico, que possui um plano de simetria na molécula.

Composto MESO é uma molécula que, apesar de conter centros quirais, não apresenta atividade óptica.

Compostos alênicos O aleno é o mais simples dos alcadienos. Seus derivados apresentarão atividade óptica desde que:

Essa molécula é assimétrica e não-superponível em relação à imagem que ela teria no espelho plano. Consequentemente, teremos os isômeros dextrogiro, levogiro e o racêmico, que podemos representar abreviadamente da seguinte maneira:

Compostos cíclicos A isomeria óptica ocorre também em compostos cíclicos, em função da assimetria molecular. Embora nessas moléculas não existam carbonos assimétricos (C*), para determinar o número de isômeros, deve-se considerar sua existência. Para isso, devemos levar em conta

os ligantes fora do anel e considerar como ligantes as sequências no sentido horário e antihorário no anel. Exemplo:

O carbono (C3) não pode ser considerado um carbono assimétrico, pois apresenta ligantes iguais. Os outros são quirais.

Cálculos para determinação de isômeros ópticos Isômeros opticamente ativos: 2n Isômeros opticamente inativos: 2n -1 Onde n é o número de C* assimétricos diferentes. 7.4 Exercícios 01 - Em relação aos compostos propanal e propanol, pode-se afirmar que: a) são isômeros de função b) são isômeros de cadeia c) são isômeros de compensação d) são isômeros ópticos e) não são isômeros 02 - Os hidrocarbonetos n-octano e 2,2,3-trimetil-pentano, componentes da gasolina, apresentam qual tipo de isomeria? a) função b) cadeia c) compensação d) posição e) cis-trans

03 - O éter sulfúrico (etóxi-etano), também chamado éter etílico, foi muito empregado como anestésico. Entretanto, em virtude da sua toxidade, ele não é mais utilizado para esse fim. Marque a opção que apresenta um isômero plano de função do éter sulfúrico. a) etanoato de etila. b) butan-1-ol. c) ácido butanoico. d) butan-2-ona. e) butanal. 04 - O composto 3,4-metilenodioximetanfetamina (MDMA), mais conhecido ecstasy. O Ecstasy é uma droga sintética, fabricada em laboratório. Os usuários dessa droga sentem aumento do estado de alerta, maior interesse sexual, sensação de bem-estar, grande capacidade física e mental, euforia e aumento da sociabilização e extroversão. O uso a longo prazo do ecstasy causa muitos prejuízos à saúde. O excesso de serotonina na fenda sináptica provocado pelo uso da droga causa lesões nas células nervosas irreversíveis. Além disso, pode causar lesão no fígado, que fica amolecido, além de aumentar de tamanho, com tendência a sangramentos. Dependendo do grau de toxicidade, o quadro evolui para hepatite fulminante, podendo causar a morte caso não haja um transplante de fígado. Qual o número de carbonos assimétricos (quirais) presente nessa droga? HO 05 - A morfina, extraída da flor da papoula, é usada há séculos como medicamento, tanto para induzir o sono (seu nome é derivado de Morfeu, deus grego do sono) como para aliviar dores O intensas, como a dos pacientes com câncer em estágio terminal. Quantos isômeros opticamente ativos possui essa droga? a) 2 b) 4 c) 8 d) 16 e) 32

N CH3

06 - Na Química Orgânica é muito comum que os mesmos átomos se agrupem de formas diferentes, produzindo estruturas moleculares distintas e, consequentemente, substâncias também distintas. Esse fenômeno, denominado isomeria, é muito frequente e importante na Química Orgânica e, mais ainda, na Bioquímica, uma vez que enzimas e hormônios vegetais e animais, em geral, somente têm atividade biológica quando seus átomos estão arrumados em uma estrutura bem definida. Qual dos compostos abaixo não apresenta isomeria geométrica cis-trans? OH

CH3

H3C

CH3 Cl

H3C CH3

d) H3C

07 - A isomeria geométrica cis-trans ocorre quando um par de isômeros R apresenta a mesma fórmula molecular, mas são diferentes em suas fórmulas H C 3 CH3 estruturais. Os isômeros deverão ter carbonos unidos por uma dupla ligação e ligantes diferentes presos a cada carbono da dupla ligação. Desta forma, para que haja isomeria geométrica no composto abaixo, o radical R deve ser diferente do a) hidrogênio b) hidroxila c) metil d) etil e) fenil

REFERÊNCIAS FELTRE, Ricardo. Química. 6. ed. Vol. 3. São Paulo: Moderna, 2004. FONSECA, Martha Reis Marques da. Química. 1. ed. Vol.3. São Paulo: Ática, 2013. PERUZZO, Francisco Miragaia. CANTO, Eduardo Leite do. Química na abordagem do cotidiano. 4. ed. Vol. 3. São Paulo: Moderna, 2006. SANTOS, Wildson Luiz Pereira dos. MÓL, Gerson de Souza. Química cidadã. 2. ed. Vol. 3. São Paulo: AJS, 2013.