Química orgânica – florence m cordeiro de farias by Luiz Almeida

Química Orgânica

Florence M. Cordeiro de Farias Este documento tem nível de compartilhamento de acordo com a licença 3.0 do Creative Commons.

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Química Orgânica Histórico até a definição final

A utilização de compostos orgânicos é descrita desde a antiguidade. Pesquisas arqueológicas recentes comprovaram a presença de vinhos em jarros encontrados em tumbas de faraós (3150 a.C.). Os papiros egípcios de Ebers (cerca de 1500 a.C.), de Edwin Smith (cerca de 1600 a.C.) e de Brugsch (cerca de 1300 a.C.) descrevem inúmeras fórmulas medicinais cujos constituintes eram principalmente ervas. Os próprios papiros eram feitos da celulose obtida a partir dos talos da planta papiro do Egito, planta aquática da mesma família da tiririca, abundante nas margens do Rio Nilo. A Bíblia, no episódio de Noé (Gênesis), fala no vinho. Os romanos e egípcios utilizavam os corantes índigo e alizarina. O índigo era obtido a partir de plantas do gênero Indigofera (anil do campo, timbozinho) e atualmente é obtido por síntese e utilizado principalmente para a coloração de “jeans”. A alizarina era retirada de raízes da rubia . A alizarina foi o primeiro corante a ser sintetizado (obtido em laboratório) e hoje em dia é utilizado principalmente como reagente químico. Apesar dessa grande utilização, até o século XVIII era pouco o conhecimento que se tinha sobre as propriedades e composição dos compostos orgânicos. A Química já era bastante estudada, mas a parte que envolvia a composição e estrutura (átomos que existiam nas moléculas e as formas com que se arrumavam nelas) dos compostos orgânicos era pouco conhecida. A importância da Química Orgânica estava muito mais em sua fonte de obtenção (na época, animal ou vegetal) e em sua aplicabilidade em medicina, do que na sua parte estrutural. Havia pouca produção de materiais orgânicos e, na maioria das vezes, eram feitos domesticamente ou em pequena escala. Poucas coisas como, por exemplo, a fabricação de sabão, o refino do açúcar, processos de tingimento e destilação (separação de duas ou mais substâncias por aquecimento) eram feitas em escalas maiores. Poucos compostos orgânicos eram conhecidos em sua forma pura. Valerius Cordus (médico e botânico alemão,1515-1544) descreveu, em 1540, a obtenção do éter por tratamento do álcool com ácido sulfúrico – método ainda usado –, dentre outros. Em 1780, Scheele (químico farmacêutico sueco, 17421786) desenvolveu um método químico para obter ácidos orgânicos a partir de plantas ou animais e assim descobriu vários ácidos orgânicos, tais como, por exemplo, os ácidos benzoicos (isolados da resina balsâmica obtida do benjoim: Styrax benjoin), utilizado hoje em dia para a preservação de alimentos, e o ácido tartárico (Figura 1), isolado de extratos de uvas fermentadas.

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COOH

OH COOH

HOOC

OH Ácido Benzóico

Ácido tartárico

Figura 1: Estruturas do ácido benzoico e ácido tartárico.

O que podemos notar é que os compostos orgânicos eram obtidos, até então, de plantas ou animais. As técnicas existentes na época não permitiam sua caracterização (isto é, como eram constituídos). Lavoisier (químico francês, 1743-1794) já havia relatado que, diferente dos compostos químicos do “reino mineral”, os compostos orgânicos eram constituídos principalmente de carbono e hidrogênio e, frequentemente, também de nitrogênio e fósforo. Passou a ocorrer uma tendência a achar que a Química Orgânica, embora fosse uma parte integrante da Química, era diferente. Na medida em que era relacionada aos organismos vivos e aos compostos orgânicos, acreditava-se, eram produzidos apenas por esses organismos. A Química Orgânica, como uma divisão da Química, foi proposta em 1777 por Bergman (físico e matemático sueco, 1735-1784) e foi definida como a “Química dos organismos vivos”. Em 1797, pela primeira vez, é tratada diferencialmente quando Gren (químico alemão,1760-1798) publica um livro no qual os compostos orgânicos são tratados em um capítulo à parte. Nesse capítulo, essas substâncias são definidas, na linguagem da época, “como princípios presentes em organismos animais e vegetais e que não poderiam ser sintetizados artificialmente”. Essa ideia permaneceu por várias décadas. Vários químicos achavam que a origem desses compostos (seres vivos) os diferenciava dos compostos minerais. Esses últimos eram obtidos frequentemente em estados mais puros e obedeciam à Lei das Proporções Constantes (também denominada Lei de Proust, ela diz que, independente do modo pelo qual uma substância é obtida, a proporção, em massa, dos elementos que participam de sua composição é sempre a mesma). Como, na época, as técnicas existentes dificultavam a obtenção de compostos orgânicos puros, a presença de impurezas diversas levava a resultados diferentes de análise elementar (proporção de cada átomo presente na molécula) para um mesmo composto, então achou-se que não obedeciam à Lei das Proporções Constantes. A origem do termo “Química Orgânica” vem da proposta de Berzelius (1779-1848), médico e químico sueco, em 1807, para referir-se a todos os compostos descobertos a partir de organismos vivos. Acreditava-se – teoria denominada de Vitalismo – que os compostos orgânicos eram obtidos pela intermediação de uma força vital que existia apenas em plantas e animais. Esses compostos poderiam ser extraídos e transformados uns nos outros, mas não poderiam ser obtidos a partir de outros elementos do reino mineral (que não possuíam a força vital).

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A ideia do vitalismo começou a declinar quando Wöhler (1800-1882), médico e químico sueco, em 1828, sintetizou a ureia (substância anteriormente isolada da urina de animais) a partir do cianato de amônia, reação que ficou conhecida como Síntese de Wöhler (Figura 2). Na realidade, Wöhler desejava obter cianato de amônia e, para isso, tratou cianato de chumbo com hidróxido de amônia. Para sua surpresa, obteve um material sólido, que não mostrou as propriedades típicas dos cianatos. Ao analisar o que havia ocorrido, descobriu que havia obtido ureia, idêntica àquela anteriormente isolada de urina. Na realidade, a reação do cianato de chumbo com hidróxido de amônia forma cianato de amônia que, por aquecimento, gera ureia:

Figura 2: Síntese de Wöhler

Wöhler, então, escreveu para Berzelius dizendo: “Devo contar-lhe que eu posso fazer ureia sem o uso de rins animais ou humanos”. Realmente, a experiência de Wöhler foi de grande importância, mas ainda houve o questionamento do fato de que, na realidade, esses compostos deveriam ter a força vital, pois o hidróxido de amônia e o ácido ciânico (fonte do cianato de chumbo) eram obtidos de fontes animais (origem orgânica). O reconhecimento de que a teoria da força vital não tem grande aplicabilidade na Química Orgânica foi ocorrendo gradualmente, na medida em que novos compostos orgânicos foram sendo reconhecidos e sintetizados. À medida que o vitalismo perde forças, aquela definição anterior proposta por Bergman (química dos organismos vivos) deixa de ser adequada e, então, Kekulé (1829-1896), químico alemão,(químico alemão, 1829-1896) propõe a definição da Química Orgânica como o ramo da Química que estuda os compostos de carbono. Essa afirmação está correta, contudo, nem todo composto que contém carbono é orgânico. Por exemplo, o dióxido de carbono, o carbonato de sódio, o ácido carbônico, dentre outros, não são orgânicos. Mas, todo composto orgânico contém carbono. Por conveniência, o termo orgânica se mantém até hoje, buscando classificar um grande número de compostos que possuem uma série de propriedades em comum. Diferente dos outros elementos, o

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átomo de carbono tem a capacidade de se ligar infinitamente entre si em um número ilimitado de combinações, gerando, com essas ligações, milhares de compostos diferentes. Deve-se enfatizar, contudo, que as divisões da Química nunca foram, nem se espera que venham a ser, mutuamente exclusivas, pois o campo da Química é um só, e há uma tendência natural para a unificação e remoção de barreiras artificiais. A divisão em Química Orgânica, inorgânica, analítica, físico-química e bioquímica se faz buscando uma finalidade didática e em função do enfoque que se deseja dar a um determinado problema.

Importância A Química Orgânica está presente em qualquer atividade de nossas vidas. Nesse momento, por exemplo, ao ler esse texto, tudo está sendo mediado por compostos orgânicos. Para conseguir enxergar, seus olhos estão utilizando um composto orgânico (o cis-retinal) para converter a luz em um impulso nervoso. Quando você mexe no “mouse”, no teclado, enfim, faz qualquer movimento (até dormir) o seu organismo está fazendo uma reação química para transformar a glicose em energia. Para que você possa raciocinar e entender esse texto ou perceber o mundo, os impulsos nervosos são transmitidos entre os neurônios através da intermediação de moléculas orgânicas (neurotransmissores, como, por exemplo, a serotonina). A vida moderna está repleta de compostos orgânicos. A grande maioria dos medicamentos, vários pesticidas, as fibras têxteis, os polímeros, os corantes...são moléculas orgânicas. Como mostrado no breve resumo que se fez sobre a história da Química Orgânica, desde a pré-história até meados do século XIX, os compostos orgânicos eram obtidos de organismos vivos. Atualmente, apesar de muitas substâncias orgânicas naturais serem muito complexas e de difícil obtenção laboratorial e, assim, ainda serem obtidas a partir de plantas ou animais, a maioria dos compostos orgânicos são obtidos em laboratório. Os compostos são retirados dos organismos vivos (atualmente, o ambiente marinho também tem se mostrado uma grande fonte de produtos orgânicos), estudados e depois, se tiverem alguma aplicação, sintetizados. Assim, por exemplo, a gente já comentou que o índigo, corante azul utilizado em “jeans”, antigamente era obtido de plantas. Porém, sua aplicação industrial é tão grande que a obtenção da fonte natural não atenderia à demanda mundial. É aí que a Química Orgânica moderna exerce o seu papel: atualmente, o índigo é obtido através de uma síntese (chama-se síntese o processo de transformação de moléculas através de reações químicas para se obter a molécula que se deseja). Dessa mesma forma, tem se sintetizado uma variedade enorme de compostos orgânicos, cujo isolamento de fontes naturais tornaria o processo inviável economicamente. Assim, vários compostos obtidos por síntese são exatamente iguais àqueles existentes nos organismos vivos. Outras vezes, o químico faz algumas modificações nas moléculas naturais, obtendo

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compostos semelhantes (denominados derivados), mas que apresentam maior aplicabilidade do que o produto natural. Por exemplo, o ácido salicílico é isolado do salgueiro (família de plantas do gênero Salix) e apresenta atividade anti-inflamatória. No entanto, possui também um efeito corrosivo nas paredes do estômago. Assim, o derivado ácido acetil salicílico (AAS) foi sintetizado e é utilizado como medicamento anti-inflamatório que possui menos efeito colateral que o primeiro. Repare como eles são parecidos (Figura 3):

O O

COOH

ÁCIDO SALICILICO

ÁCIDO ACETIL SALICILICO

Figura 3: Estruturas do ácido salicílico e do AAS

Com o crescimento da Química Orgânica e o acúmulo de informações obtidas hoje em dia, várias moléculas de grande utilidade são obtidas por síntese química, muitas vezes sem ter nenhuma correlação com produtos naturais.

Fonte de compostos orgânicos Mas, se a maioria dos compostos orgânicos atualmente são obtidos por síntese, quais são as matériasprimas para a sua obtenção? Os compostos orgânicos utilizados como matéria-prima atualmente são obtidos de produtos naturais (por exemplo, no Brasil, o álcool é obtido da fermentação - reação química realizada por microorganismos – do açúcar da cana e é utilizado para a síntese de éter) e, principalmente, de materiais fósseis. Até o século XX, a principal fonte de compostos orgânicos era o carvão mineral (denominado hulha). A destilação da hulha fornece três frações constituídas respectivamente de: 1) Um material gasoso constituído principalmente de hidrogênio e dióxido de carbono, que era muito utilizado para iluminação e aquecimento; 2) Material líquido, denominado de alcatrão da hulha, e que é a fonte de compostos orgânicos, e 3) Material sólido, denominado coque, utilizado em siderurgia para a obtenção

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do ferro gusa (liga de ferro e carbono – designa-se liga uma mistura homogênea de metais) matériaprima utilizada para a produção do lingote de ferro. No século XX, o petróleo passa a constituir a principal fonte de compostos orgânicos. Além de carbono e hidrogênio, vários outros elementos também estão presentes nos compostos orgânicos. A tabela periódica a seguir mostra os principais elementos constituintes de compostos orgânicos, estando em vermelho os elementos presentes em maiores quantidades.

14 15 16

C N O

Si P S Cl

Tabela 1: Tabela Periódica

Assim, o gás metano (principal constituinte do gás natural) possui apenas carbono e hidrogênio. A sacarose (açúcar comum) possui carbono, hidrogênio e oxigênio. A anfetamina, um estimulante do sistema nervoso central, possui, além de carbono e hidrogênio, nitrogênio. O colágeno, a elastina e as glicoproteínas são as fibras responsáveis pela sustentação da derme e contém silício em sua estrutura. O NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo) é um agente oxidante biológico que contém fósforo em sua estrutura. O cheiro desagradável exalado pelo gambá é devido a dois compostos orgânicos que contém carbono, hidrogênio e enxofre em sua estrutura. O policloreto de vinila (PVC) utilizado para a fabricação de canos é constituído de átomos de carbono, hidrogênio e cloro. O halomon é um composto que contém, além de carbono e hidrogênio, bromo e cloro em sua estrutura. Foi isolado de uma alga marinha e possui atividade antitumoral (possibilidade de uso na terapia contra o câncer). A tiroxina é o hormônio produzido pela tiroide e contém, além de carbono, hidrogênio, oxigênio,

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nitrogênio e iodo em sua estrutura. Daqui a pouco, quando a gente entender como as moléculas são representadas, vocês vão ver a estrutura desses compostos.

Ligações Químicas Covalentes Antes de começarmos a analisar o átomo de carbono e os compostos orgânicos, devemos recordar sucintamente o processo pelo qual ocorrem as ligações químicas covalentes, isto é, aquelas que se fazem por compartilhamento de elétrons. Os elétrons em um átomo estão distribuídos nos orbitais atômicos (orbital é uma dedução matemática que define a região do espaço onde existe maior probabilidade de se encontrar elétrons). Os orbitais possuem tamanho e níveis energéticos diferentes (quanto mais afastado do núcleo, maior e mais energético é o orbital) e, em função disso, são subdivididos nos subníveis s, p, d e f. Para o estudo da Química Orgânica, vamos nos limitar aos subníveis s e p. Os orbitais s possuem a forma esférica, isto é, a probabilidade de encontrar elétrons é maior na região do espaço definida por uma esfera:

Figura 4: a) ORBITAL 1s

b) ORBITAL 1s (preto) e 2s (cinza)

Os orbitais p tem a forma de um haltere e, como são três, orientam-se no espaço ao longo dos eixos cartesianos x, y e z (Figura 5):

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Figura 5: a) ORBITAL 2p

b) ARRUMAÇÃO ESPACIAL DOS ORBITAIS 2px, 2py e 2pz

Os orbitais 3p e 4p possuem a mesma forma de haltere, só que se encontram mais afastados do núcleo (e, então, são maiores e mais energéticos). A região do espaço entre os dois lobos do haltere é denominada nodo e, nessa região, não há probabilidade de se encontrar elétrons. Os orbitais dos subníveis s não possuem nodo. Para simplificar o desenho dos orbitais, normalmente eles são apresentados da seguinte forma (Figura 6):

Figura 6: a) Representação dos orbitais s e p;

b) Orbitais p orientados nos eixos cartesianos

Quando ocorre uma ligação química covalente, os orbitais atômicos do último nível (orbitais ocupados pelos elétrons de valência) vão se aproximando, encontram-se, e formam um novo orbital (orbital molecular) onde vão se posicionar os dois elétrons, que, agora passam a ser compartilhados pelos dois núcleos dos átomos que se aproximaram, ou seja, os orbitais moleculares são ocupados pelos dois elétrons que formam a ligação.

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Nota ao professor:

Para uma melhor compreensão do aluno do Ensino Médio, as representações que se seguem não obedecem plenamente à TEORIA DA COMBINAÇÃO LINEAR DOS ORBITAIS ATÔMICOS (CLOA) e, portanto, conceitos relativos à formação de orbitais moleculares somente levam em conta os orbitais ligantes, descartando-se a formação de antiligantes que não se aplicam às necessidades dos alunos nessa fase de aprendizagem.

Por exemplo, vamos ver como ocorre a formação da ligação entre dois átomos de hidrogênio para formar a molécula do gás hidrogênio. Para obedecer a regra do octeto, cada átomo de hidrogênio deve ficar com dois elétrons. A distribuição eletrônica do átomo de hidrogênio (1H) é 1s1 e, consequentemente, vai ocorrer uma interação entre dois orbitais s:

1s σ ORBITAL MOLECULAR

Figura 7

Observe que a interação entre estes dois orbitais ocorre segundo um mesmo eixo, ou seja, ocorre uma interação linear dos dois orbitais. O orbital resultante desse tipo de interação é denominado orbital sigma (σ) e a ligação resultante é denominada ligação sigma (σ). A representação estrutural de uma ligação química é feita por um traço (-) e, assim, a molécula do hidrogênio é representada com a seguinte fórmula estrutural: H-H. Mas, se os orbitais são ocupados por elétrons e esses possuem carga negativa, como os orbitais se aproximam, se cargas iguais tendem a se repelir?

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O que ocorre é uma atração eletrostática (atração entre cargas opostas) entre o núcleo (carga positiva devido aos prótons) e os orbitais (cargas negativas porque os elétrons estão aí). Assim, o núcleo de um átomo atrai a nuvem eletrônica do outro até o momento em que a aproximação dos dois orbitais gera uma repulsão eletrostática, e aí acaba o processo de formação da ligação. Nessa situação, há um equilíbrio entre as forças de atração e repulsão, resultando numa distância internuclear de maior estabilidade Essa distância internuclear é o que denominamos de comprimento (ou distância) da ligação, cuja unidade mais utilizada é o Angstron (Ao; 1 Ao = 10 –10 m). O comprimento da ligação H-H é de 0,74 Ao. Em um segundo exemplo, vamos ver como ocorre a formação da ligação da molécula do cloro, onde a interação acontece entre dois elétrons que ocupam os orbitais 3p (17 Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) :

ORBITAL MOLECULAR σ

ORBITAIS ATÔMICOS 3p

Figura 8

Observe que, assim como para a formação da molécula de hidrogênio, a interação dos orbitais é linear, segundo um mesmo eixo. Logo, a ligação que se forma também é uma ligação σ. O comprimento dessa ligação é de 1,42 Ao. Na formação da molécula de ácido clorídrico (HCl) ocorre a interação entre um orbital 1s do hidrogênio com um 3p do cloro:

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ORBITAL MOLECULAR

Figura 9

Como para os outros exemplos, a interação dos orbitais ocorre linearmente, formando uma ligação σ. O comprimento da ligação H-Cl é de 1,27 Ao. Nos exemplos vistos acima, todas as ligações ocorreram segundo um mesmo eixo, ou seja, foram realizadas interpenetrações lineares de orbitais gerando ligações σ. Entretanto, nem sempre isso é possível, pois quando mais de uma ligação é realizada entre dois átomos, uma delas ocorre segundo um mesmo eixo, porém as demais, em função do próprio arranjo espacial dos orbitais, não podem ocorrer dessa forma, visto que os demais orbitais envolvidos não estão alinhados segundo esse mesmo eixo, mas sim em eixos normalmente paralelos. Sendo assim, a interpenetração não ocorre de forma linear e as ligações são estabelecidas segundo eixos paralelos, distinguindo-se da sigma (σ) e são denominadas de ligações pi (π): Como exemplo, vamos ver a formação da molécula de nitrogênio (7N: 1s2 2s2 2p3). Pela configuração eletrônica do átomo, há três orbitais p, cada um com um elétron: 2px1 2py1 2pz1. Os orbitais 2px1 (essa escolha 2px foi arbitrária. A ligação poderia ser feita entre os 2py ou 2pz) se superpõem ao longo do eixo x (eixo internuclear) e formam uma ligação σ:

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ORBITAL MOLECULAR σ

ORBITAIS ATÔMICOS2p

Figura 10

E as outras duas ligações? As outras duas ligações são feitas por entrosamento orbitalar paralelo, perpendicular ao eixo da ligação σ, formando duas ligações π:

ORBITAIS ATÔMICOS2pz

ORBITAIS ATÔMICOS2py

Figura 11: a) Representação dos orbitais na molécula de N2; b) Representação da molécula de N2.

Observem que, nesse entrosamento paralelo dos orbitais p, cria-se dois orbitais moleculares π que originam, na molécula, regiões ricas em elétrons (orbitais π) que se posicionam acima e abaixo do plano da ligação σ (Figura 11). Portanto, uma das ligações covalentes entre dois átomos é chamada de sigma (σ) e as demais, entre esses mesmos átomos, é chamada de pi (π). Assim, numa dupla ligação, é encontrada uma ligação sigma (σ) e uma pi (π); numa tripla ligação, é encontrada uma ligação sigma (σ) e duas pi (π). Quando não há presença de duplas ou triplas ligações nas moléculas todas são classificadas como sigma.

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Ligações Covalentes Polares e Apolares Os elétrons nas ligações covalentes não são necessariamente compartilhados igualmente entre os dois átomos que formam a ligação. Se um átomo for mais eletronegativo (eletronegatividade é a tendência que possuem determinados átomos de atrair elétrons) que o outro, o átomo mais eletronegativo vai puxar os elétrons para mais perto dele. Quando isso ocorre, dizemos que a distribuição eletrônica é polarizada e a ligação é dita covalente polar. Por exemplo, na molécula de H-F, como o flúor é mais eletronegativo que o hidrogênio, os elétrons da ligação vão estar mais próximos do flúor. Assim, a ligação H-F é uma ligação covalente polar, na qual o flúor possui uma carga parcial negativa (a carga é denominada parcial para distingui-la da carga formal, que é a carga real presente nos cátions e ânions). As formas mais utilizadas para representar essa polarização são os símbolos δ+ δ‐ para representar cargas parciais ou uma seta orientada no sentido do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo:

δ+ H

δ-

Figura 12

Na tabela periódica, a eletronegatividade cresce da esquerda para a direita e de baixo para cima. Linus Pauling (químico americano, 1901-1994) estudou muito as ligações químicas. A tabela da escala de eletronegatividade de Linus Pauling é muito utilizada cotidianamente:

4,0

2,5

3,5

2,5

3,0

2,5

3,0

2,1

2,8

Tabela 2: Tabela de eletronegatividade de Linus Pauling

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O Átomo de Carbono Hibridização Hibridização sp3

O carbono encontra-se situado na família 14 da classificação periódica e possui número atômico igual a 6. Portanto, possui seis prótons em seu núcleo e seis elétrons em sua eletrosfera. Na natureza, são encontrados três isótopos (isótopos são elementos químicos de um mesmo átomo, cuja diferença entre eles está no número de nêutrons) do carbono de números de massa 12, 13 e 14, cada um deles com número de nêutrons igual a 6, 7 e 8, respectivamente. O isótopo 12C está presente em 99% dos átomos de carbono existentes na Terra, enquanto o 13C é encontrado no 1% restante. O 14C é um radioisótopo (um radioisótopo é um isótopo instável que emite energia ao se transformar no isótopo mais estável), que ocorre na Terra na proporção de 1 para 1 trilhão (0,0000000001%) e é muito utilizado em processos de datação de fósseis. A distribuição eletrônica por subníveis, em ordem crescente de energia para esse elemento é 1s2 2s2 2p2.

energia

2px

2py

2pz

1s ORBITAIS ATÔMICOS DO CARBONO (Distribuição Eletrônica)

Figura 13

Se analisarmos a distribuição eletrônica do carbono (acima), e formos fazer o tratamento que estamos habituados para as ligações químicas (regra do octeto), haveria duas possibilidades: 1) O carbono faria duas ligações usando os orbitais mono-ocupados e aí seria divalente e não obedeceria a regra do octeto (ficaria com seis elétrons no último nível). 2) O carbono faria três ligações, sendo que em uma delas ambos os elétrons seriam cedidos por outro átomo.

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Entretanto, Kekulé, em 1857, já havia mostrado experimentalmente que nos compostos orgânicos o carbono é sempre tetravalente (isto é, faz quatro ligações) e essas quatro ligações são covalentes. Assim, a molécula do metano (CH4) é formada por quatro ligações σ C-H idênticas, como mostrado na fórmula estrutural plana (fórmula estrutural plana é uma representação molecular em que não nos preocupamos em mostrar os ângulos que os orbitais moleculares fazem entre si):

H H C H H Figura 14

Como explicar, então, essa tetravalência do carbono? O modelo que usamos para isso é o que se denomina hibridização de orbitais. Nesse processo, ocorre uma combinação dos quatro orbitais atômicos do último nível (2s + 2px + 2py + 2pz) formando quatro novos orbitais atômicos idênticos. Como essa combinação ocorreu entre um orbital s e três orbitais p, esses novos orbitais são designados sp3:

+ 2px

sp3

2pz

2py

sp3

Figura 15

Analogicamente, esse processo pode ser comparado ao significado do termo hibridização em Biologia. Por exemplo, uma mula é um híbrido resultante do acasalamento de duas espécies diferentes: jumento

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e égua. Ela não é um jumento, nem uma égua. É uma mula, espécie diferente, resultante da hibridização de outras duas espécies. Os orbitais atômicos híbridos sp3 não são orbitais s nem p, mas novos orbitais advindos da hibridização daqueles. A distribuição eletrônica nesses novos orbitais segue a regra de Hund (físico alemão, 1896-1997): ao ser preenchido um subnível, cada orbital desse subnível recebe apenas um elétron. O orbital só receberá um segundo elétron quando todos os orbitais daquele subnível já possuírem um elétron. Assim, após a

energia

2px

2py

2pz

HIBRIDIZAÇÃO

energia

hibridização, cada orbital sp3 do carbono possuirá um elétron:

2sp3

ORBITAIS ATÔMICOS HÍBRIDOS DO CARBONO

ORBITAIS ATÔMICOS DO CARBONO

Figura 16

Com essa nova distribuição eletrônica fica fácil entender que na molécula do metano formam-se quatro ligações σ resultantes da interação orbitalar de cada um dos orbitais híbridos do carbono com um orbital s do hidrogênio.

H H C H H

Quatro ligações σ C-H resultantes da interação do orbital sp3 do C com o s do hidrogênio.

Figura 17

. 16 .

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Mas, de que forma (arranjo espacial) esses orbitais se posicionam em torno do núcleo do átomo de carbono? Os elétrons têm carga negativa e, por conta da repulsão eletrostática, os quatro orbitais vão querer estar o mais afastados possível. A figura geométrica com quatro vértices onde estes estão o mais afastados possível um do outro é o tetraedro e, assim, os quatro orbitais sp3 estão arrumados ao redor do átomo de carbono em um arranjo tetraédrico:

Figura 18

A interação dos átomos de hidrogênio ocorrerá com o átomo de carbono nesse arranjo e daí resultará que a molécula do metano possuirá, também, este arranjo:

Figura 19

Assim, a molécula do metano arranja-se espacialmente como um tetraedro e os ângulos formados por suas ligações são de 109,5o, característico de um tetraedro regular. Isso é bem visualizado no modelo vareta e bola mostrado abaixo:

. 17 .

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109,5o

Figura 20

Para facilitar o desenho dessa representação estrutural do metano, usamos uma fórmula estrutural conhecida como modelo cunha e traço, em que os dois vértices do tetraedro situados no plano do papel são desenhados como uma linha comum. O vértice que se projeta para frente desse plano é desenhado por uma cunha em negrito e o que se projeta para trás é representado por uma cunha pontilhada:

" para atrás" do plano do papel

C H H H

"para a frente" do plano do papel

Figura 21

Finalmente, deve-se ressaltar que esse modelo de hibridização orbitalar e arranjo tetraédrico em torno do carbono é aplicável para qualquer composto orgânico no qual o carbono realiza quatro ligações σ. Isso pode ser visto nos modelos vareta e bola e em cunha e traço para as moléculas do etano e propano (Figura 22):

. 18 .

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H H

ETANO

H H

H C

H H

PROPANO H

Figura 22: Modelo vareta e bola e cunha e traço para as moléculas do etano e propano.

Hibridização sp2: Assim como já vimos para a molécula de nitrogênio, existem compostos orgânicos que possuem em sua estrutura ligações π . Esse é o caso, por exemplo, dos gases etileno e acetileno:

σH H σ σ Cπ C σ σ H H

σ C π C σH σ π

ACETILENO

ETILENO Figura 23

Mas, a ligação π ocorre pelo entrosamento paralelo de orbitais p. No modelo de hibridização proposto para moléculas do metano, e válido para todos os compostos que possuem carbono que só faz ligação

σ – ou seja, o modelo de formação de orbitais atômicos sp3 – não resta nenhum orbital p com apenas um elétron, condição necessária para fazer uma ligação π. Como ocorre a formação dessa ligação? Vamos iniciar explicando a molécula do etileno (com uma ligação π): Agora, ocorre uma hibridização entre o orbital 2s e apenas dois dos três orbitais p, gerando três orbitais atômicos híbridos sp2 (repare que é a combinação de um orbital s com dois p, daí a designação sp2) e restando um p já ocupado anteriormente:

. 19 .

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+ 2px

sp2

2pz

2py

sp2

2pz

Figura 24

Na figura acima, o processo foi mostrado sem o envolvimento do orbital 2pz. Essa escolha foi aleatória e pode ocorrer com qualquer um dos três orbitais p. Após a distribuição eletrônica nos orbitais híbridos fica fácil entender como ocorre a ligação C=C no etileno:

2py

2pz

HIBRIDIZAÇÃO

energia

2px

2sp2

ORBITAIS ATÔMICOS HÍBRIDOS DO CARBONO

ORBITAIS ATÔMICOS DO CARBONO

Figura 25

Dos três orbitais sp2, dois vão se ligar ao orbital s do hidrogênio e o terceiro vai se ligar ao outro átomo de carbono, gerando as ligações σ. O orbital p vai se ligar ao outro orbital p, formando a ligação σ C‐C.

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Figura 26

Observe que o entrosamento paralelo dos orbitais p gera uma nuvem eletrônica acima e abaixo do plano definido pela ligação σ C-C. Da mesma forma que vimos para o arranjo espacial dos orbitais sp3, os orbitais sp2, devido à repulsão das cargas entre seus elétrons, posicionam-se no centro de um triângulo equilátero (ângulo de 120o entre eles) e o orbital p fica perpendicular ao plano desse triângulo. A esse tipo de arranjo designamos trigonal planar e a ligação C=C terá sempre esse arranjo (Figura 27):

Figura 27: a) Representação do C sp2: três orbitais sp2 arrumados em um triângulo equilátero e um orbital p perpendicular a esse triângulo; b) Ângulo de 120º entre os orbitais sp2 e de 90º entre um orbital sp2 e o orbital p; c) Arranjo orbitalar na molécula do etileno: H2C=CH2

Por que a ligação C=C é planar? Já comentamos que a ligação p ocorre por um entrosamento paralelo de orbitais p. Para que fiquem paralelos, eles têm de estar no mesmo plano. Esse paralelismo tem uma consequência importante para todas as moléculas que têm ligação π. Repare que na formação de ligações σ o entrosamento orbitalar é linear, resultando em uma ligação que dizemos possuir simetria cilíndrica, como podemos ver para a ligação C-C do etano: ACHO QUE NÃO DAR PARA EXCLUIR O SÍMBOLO SIGMA POIS SÓ NESSA LIGAÇÃO O ENTRPOSAMENTO DA LIGAÇÃO È LINEAR.

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H H

H C

C H H

H Figura 28

As ligações que possuem simetria cilíndrica possuem rotação livre e é isso o que ocorre, na realidade. As moléculas não são entidades estáticas, estão sempre em constante movimento e as ligações simples giram o tempo todo. Mas, o que ocorreria se a ligação C=C girasse? Os orbitais p perderiam seu paralelismo, ou seja, não aconteceria entrosamento orbitalar. Em outras palavras, a ligação química se quebraria (Figura 29). Por conta disso, as ligações π não possuem rotação livre.

Figura 29: Quebra da ligação π em um suposto movimento de rotação

Hibridização sp: Vamos ver agora o que ocorre com a molécula do acetileno que possui uma ligação tripla CΞC:

Como já vimos, uma ligação tripla significa uma ligação

e duas . Para isso ocorrer, dois orbitais p

devem ficar fora do processo de hibridização, ou seja, a combinação orbitalar (hibridização) deve ocorrer entre um orbital s e um orbital p. Por conta disso, os dois orbitais híbridos resultantes são designados sp.

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+ 2s

2px

2py

2pz

Figura 30

A distribuição eletrônica do átomo de carbono após a hibridização sp mostra que existem dois orbitais híbridos sp que farão duas ligações σ (no caso do acetileno, uma será com o carbono e a outra com o hidrogênio) e dois orbitais p, que por entrosamento paralelo dois a dois formarão as duas ligações π. Lembre-se que os dois orbitais p são perpendiculares entre si e, consequentemente, após a formação das duas ligações π essas também serão perpendiculares entre si. Assim, a molécula do acetileno possui duas nuvens eletrônicas abaixo e acima do plano da ligação σ e outras duas nuvens eletrônicas localizadas na frente e atrás desse plano:

Figura 31

Por analogia ao arranjo tetraédrico do carbono com orbitais híbridos sp3 e trigonal planar do carbono com orbitais híbridos sp2, os orbitais híbridos sp se arranjam de forma linear, um do lado oposto ao outro, pois é nessa arrumação que as duas nuvens eletrônicas estarão o mais afastadas possível. Já comentamos sobre a característica peculiar do átomo de carbono de realizar ligações C-C infinitamente, gerando compostos diferentes ou, como costumam dizer os químicos, com uma variedade enorme de cadeias carbônicas. É importante ficar claro que em uma mesma cadeia carbônica podemos ter ligações simples (orbital sp3), duplas (orbital sp2) e triplas (orbital sp). Não

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precisamos fazer toda a análise orbitalar para prever como essas cadeias estão arrumadas no espaço. Basta observar os tipos de ligações que os átomos de carbono estão fazendo: se o carbono só possuir ligações simples, essas são todas σ e o carbono é tetraédrico (sp3); se o carbono possuir ligação dupla, uma é σ e a outra π e o carbono é trigonal planar (sp2); se o carbono possuir ligação tripla, uma é σ e as outras duas são π e o carbono é linear (sp). Por exemplo, na molécula ao lado, os carbonos que eu chamei de 1 e 2 são sp2 e trigonal planares. Os carbonos 3 e 6 são sp3 e tetraédricos, enquanto os carbonos 4 e 5 são sp e lineares.

H H H C 2 C 4 H1 C 3 C C 6H H 5 C H H Figura 32

Não é apenas no átomo de carbono que ocorre a hibridização de orbitais. O modelo de hibridização pode ser aplicado para explicar a ligação em qualquer átomo. Por causa disso, outros átomos ligados ao carbono também

H C

O C C N

H H O C H

podem estar hibridizados. Na molécula da supercola, por exemplo, o carbono e o nitrogênio da ligação CΞN são sp, o 2

oxigênio e o carbono da ligação C=O são sp e o carbono e

Super-cola

Figura 33

oxigênio da ligação C-O são sp . O comprimento das ligações também é diferente, em função do tipo de ligação. Observe que uma esfera (orbital s) está mais próxima do núcleo atômico que um haltere (orbital p). Por conta disso, quanto maior for o caráter s do orbital híbrido, mais curta vai ser a ligação (vai estar mais perto do núcleo). Assim, as ligações triplas onde a ligação σ (é ela quem define o comprimento da ligação por conta do entrosamento linear) é formada pelo carbono sp (50% de s + 50% de p) são mais curtas que as ligações duplas (sp2: 33,3% s + 66,7% p), que, por sua vez, são mais curtas que as ligações simples (sp3: 25% de s + 75% de p). Observe abaixo o comprimento (em vermelho) e os ângulos (em azul) das ligações para o etano, etileno e acetileno: O QUE FOI EXCLUÍDO?

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Figura 34

Resumindo, em termos de comprimento de ligação: C-C > C=C > C C

Representação dos Compostos (“Desenhando As Moléculas”) Quando estudamos Química Orgânica, o que buscamos é entender a maneira pela qual os átomos se encontram nas moléculas (arranjo molecular), ou seja, como eles estão ligados entre si, as propriedades químicas que são consequência dessa arrumação e a maneira pela qual as estruturas moleculares se modificam quando ocorre uma reação química. Para alcançar esses objetivos, o primeiro passo deve ser o entendimento das representações que utilizamos para tentar descrever as moléculas. Em outras palavras, precisamos entender e aprender o que queremos dizer quando representamos as moléculas por fórmulas. Devemos nos lembrar sempre que a representação de uma coisa não é a coisa. Assim, por exemplo, a foto do namorado ou da namorada não é o namorado ou a namorada: é a representação dele ou dela. Os químicos utilizam diversas maneiras para representar as moléculas. Não existe uma mais correta que a outra. O tipo de representação que usamos vai depender do problema que estamos analisando. A fórmula molecular, por exemplo, apenas informa quais são e a quantidade dos átomos presentes em uma molécula. Ela não informa nada sobre a estrutura (como os átomos estão ligados na molécula) molecular. Por causa disso, é muito comum que duas moléculas diferentes possuam a mesma fórmula molecular. Por exemplo, o álcool etílico (aquele que nós conhecemos simplesmente por álcool) e o éter metílico são dois compostos completamente diferentes. Mas, repare que os dois possuem a mesma fórmula molecular (C2H6O). Compostos diferentes que possuem a mesma fórmula molecular são denominados isômeros.

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Figura 35

Como a fórmula molecular não informa nada sobre a estrutura molecular, não conseguimos, a partir dela, entender o comportamento da molécula. Mas ela é muito útil quando, por exemplo, estamos realizando cálculos estequiométricos (cálculo das quantidades de substâncias envolvidas em uma reação química). No entanto, na maioria das vezes em que estamos lidando com a Química, precisamos tentar entender como as moléculas se comportam e, para isso, é fundamental que se represente como os átomos estão unidos entre si dentro da molécula, isto é, precisamos representar a conectividade dos átomos. As fórmulas que mostram essa conectividade são denominadas fórmulas estruturais. Compostos que possuem fórmulas estruturais diferentes são diferentes. Existem várias maneiras de se representar a fórmula estrutural de uma molécula. As mais usadas estão mostradas a seguir para o álcool etílico:

Figura 36

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As fórmulas estruturais condensadas e as fórmulas de traços mostram a conectividade dos átomos, mas não mostram a geometria molecular (as moléculas são entidades tridimensionais e têm uma arrumação no espaço). Observe, ao analisarmos a fórmula em traços, que a cadeia carbônica é apresentada linearmente e não nos preocupamos com os ângulos das ligações. As fórmulas condensadas e de traços nos dão basicamente as mesmas informações sobre a molécula. A fórmula estrutural plana nos fornece mais informações sobre a geometria da cadeia carbônica. Na realidade, tendo em vista os ângulos de 109,5º do carbono sp3, as cadeias carbônicas se arrumam como um zigue-zague (“sobe e desce”) e esse tipo de fórmula estrutural representa isso. Na fórmula estrutural espacial, além da representação em zigue-zague das cadeias carbônicas, são também mostradas as cunhas que representam os átomos que estão se posicionado nos outros dois vértices do tetraedro. Nesse tipo de representação estrutural buscamos mostrar toda a geometria molecular. A fórmula estrutural em traços (também chamada fórmula em bastão) é centrada na representação das ligações e não dos átomos (repare que na representação do álcool etílico usando essa fórmula só desenhamos o oxigênio e o hidrogênio ligados a ele). As fórmulas em traços são desenhadas da seguinte maneira: 1a etapa: Desenhe a cadeia de carbono como traços e em zigue-zague. Não represente o símbolo do carbono (C) nem do hidrogênio (H) quando ele estiver ligado ao carbono. Entretanto, você não pode esquecer nunca que o carbono é tetravalente. Assim, cada vértice da cadeia em zigue-zague representa o átomo de carbono e se mais nada estiver escrito nela, significa que ali existem dois hidrogênios, sendo um localizado para frente do plano criado pela cadeia e outro para trás desse plano, de acordo com a geometria do tetraedro. 2a etapa: Todos os átomos que não são carbonos devem ter os seus símbolos mostrados, bem como o hidrogênio que não está ligado ao carbono. Vamos entender isso com a fórmula em traços do álcool etílico:

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Química Orgânica As extremidades da cadeia representam um átomo de carbono

Cada vértice do zigue-zague representa um átomo de carbono

Este hidrogênio deve ser desenhado porque ele não está ligado ao carbono.

O H

Este átomo de carbono tem dois hidrogenios ligados a ele, pois estao sendo mostradas duas ligaões : C-C e C-O e 4-2=2

Este átomo de carbono tem três hidrogenios ligados a ele, pois só estamos mostrando uma ligação (traço) e 4-1=3

Figura 37

Por uma questão de simplificação, é muito comum a gente não desenhar o traço que representa a ligação do hidrogênio com o heteroátomo (chamamos de heteroátomo a todo átomo da cadeia carbônica que não é carbono ou hidrogênio): OH

Observe que não desenhamos o traço que representa a ligação O-H

As ligações duplas devem ser representadas por dois traços e as triplas por três traços:

H H H

O O H

H C C H

H H H

Figura 38

Preste atenção que, no caso da ligação dupla, a cadeia foi desenhada em zigue-zague e, na ligação tripla, fomos fiéis ao ângulo de 180o (repare que desenhamos essa parte da molécula linearmente). Isso porque é muito difícil distinguir desenhando um ângulo de 109,5o de um de 120o. O Importante é você sempre lembrar que nessa parte da cadeia os carbonos possuem um arranjo trigonal planar.

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É muito comum a gente misturar a forma de representação em traços com a condensada na parte da molécula que temos os heteroátomos:

H H H

OH H

COOH

CO2H

Figura 39

Outra coisa que você vai ver muito são representações deste tipo: NH2

, e aí fica a pergunta: ué, o carbono não é tetraédrico? Esse nitrogênio não está para frente ou para trás do plano da cadeia carbônica? A resposta é: está sim. O que estamos dizendo nessa representação é: 1) Não sabemos se o arranjo espacial desse nitrogênio (mais tarde vamos entender que ele estar para a frente ou para trás do plano pode gerar compostos diferentes); ou 2) Para o estudo que estamos fazendo não faz diferença saber para que lado está o átomo de nitrogênio. As cadeias carbônicas não são sempre abertas. Elas também podem ser cíclicas e os ciclos também são representados em traços:

H C C H C H H C C H H H H

H C H C

H C C H

C H C H

Figura 40

As representações em traços possuem a vantagem de facilitar os desenhos das moléculas. Em virtude da propriedade do carbono de realizar ligações C-C infinitamente, existem moléculas enormes e se fossemos desenhar todos os átomos, além da perda de tempo, o resultado ia ser extremamente confuso. Por exemplo, a molécula da palitoxina (Figura 41), uma toxina marinha extremamente

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venenosa isolada de corais da espécie Palythoa (ainda bem que até hoje não encontramos esse coral nos nossos mares!), tem fórmula molecular C129H221O54N3:

Figura 41: a) Corais marinhos da espécie Palythoa caribaeorum; fórmula estrutural em traços da palitoxina.

Imagine o trabalho que daria desenhar a fórmula estrutural espacial dessa molécula. Tente e veja... você vai desistir rapidinho! Agora que já sabemos interpretar a representação das moléculas orgânicas, podemos visualizar (e entender o que as representações querem dizer) as fórmulas estruturais das substâncias citadas no início desse texto (Figura 42), quando aprendemos sobre os átomos que aparecem com mais frequência nos compostos orgânicos (lembra, foi quando vimos os elementos da tabela periódica que mais aparecem nos compostos orgânicos).

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Química Orgânica HO OH O

OH O

NH2

OH OH

Anfetamina Sacarose (açucar comum)

(estimulante do SNC) NH2

N N

NH2 O H H

N H

H OH OH

2-buteno-tiol

3-metil-2-buteno-tiol

(substâncias exaladas pelo gambá) O P

P O O

Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD) Cl Cl

Policloreto de vinila (PVC)

Polímero utilizado para a fabricação de canos

Cl I

Halomon

NH2

Medicamento utilizado em quimioterapia (tratamento de cancer)

HO I

CO2H

Tiroxina Hormônio produzido pela tiróide

Figura 42: Exemplos de representações de algumas moléculas orgânicas importantes.

Toda ciência, talvez para que as pessoas que trabalham com ela possam se identificar como um grupo, possui uma linguagem própria. Com a Química não é diferente. Daqui a pouco nós vamos aprender a nomear os compostos orgânicos. Mas, antes disso, devemos saber como se classificam as cadeias orgânicas: - Em função da presença ou não de ciclo (também chamamos de anel), a cadeia é classificada em cíclica ou acíclica (ou aberta):

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Figura 43

- Em função da presença de ligações π entre os átomos de carbono, as cadeias são classificadas em saturadas ou insaturadas. As cadeias insaturadas são as que possuem ligação π entre átomos de carbono.

Figura 44

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Esta definição causa certa polêmica entre os químicos. A molécula de cadeia aberta constituída apenas por átomos de carbono e hidrogênio tem sempre a fórmula molecular CnH2n+2, isto é, o número de hidrogênios é sempre o dobro do de carbonos:

Figura 45

As moléculas desse tipo são ditas saturadas. A partir daí, insaturadas seriam aquelas que não obedecem a essa regra. Observe nas moléculas:

Figura 46

A presença de uma ligação π diminui em 2 (C4H10 x C4H8) o número de hidrogênios e diz-se que a molécula tem uma insaturação. A presença de duas

ligações π (duas ligações duplas ou uma tripla) diminui em 4 o número de hidrogênios e a molécula tem duas insaturações. Mas, observe uma cadeia cíclica:

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Figura 47

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Também diminui em dois o número de hidrogênios, ou seja, a molécula tem uma insaturação e essa cadeia cíclica seria dita insaturada, embora não tenha nenhuma ligação π. Afinal, insaturação é quando tem ligação π entre átomos de carbono ou é diminuição do número de hidrogênios em relação à molécula saturada? Para evitar essa confusão, tem sido uma tendência designar cadeia insaturada apenas aquelas que possuem ligações π entre carbonos e, para o enfoque de diminuição de hidrogênios, dizemos “cadeias com deficiência de hidrogênio”, caso em que se incluem as cadeias cíclicas. - Quanto à presença ou não de heteroátomos (lembrem-se: heteroátomos são átomos diferentes de carbono e hidrogênio) na cadeia, estas são chamadas de cadeias homogêneas ou heterogêneas:

Figura 48

Normalmente, os ciclos contendo heteroátomos chamamos de heterociclos. Os outros seriam os homociclos, que em geral a gente se refere apenas como ciclos (não usamos o prefixo “homo”).

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- As cadeias carbônicas podem ainda ser classificadas em ramificadas ou não ramificadas. Analise a molécula abaixo: 4 1

Figura 49

Observe que o segundo carbono possui ligado a ele – além, é claro, do resto da cadeia – uma cadeia menor, constituída de dois átomos de carbono. Essa cadeia menor nós chamamos de ramificação (em analogia aos ramos de uma árvore que saem do tronco principal), e as cadeias que as contêm são designadas ramificadas. A cadeia maior é chamada de cadeia principal. Não é obrigatório que se desenhe a cadeia principal na horizontal. Essa é apenas a forma mais comum. O importante é você saber que a cadeia principal é sempre a que contém maior número de átomos de carbono. Abaixo, por exemplo, estão mostradas três representações da mesma molécula cuja cadeia principal (destacada em vermelho) tem 6 átomos de carbono:

Figura 50

É importante que se tenha claro que só chamamos de ramificação cadeias carbônicas. Heteroátomos ligados à cadeia carbônica não são considerados ramificações:

N Cadeia aciclica saturada não ramificada

Cadeia ciclica insaturada ramificada ( o ciclo é a cadeia principal)

Figura 51

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Cadeia ciclica insaturada não ramificada

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Em função do número de ramificações, o carbono sp3 é classificado em metílico, primário, secundário, terciário ou quaternário. Carbono metílico não está ligado a nenhum carbono. Carbono primário está ligado a um carbono, o secundário a dois, e assim sucessivamente:

O S T

M = METÍLICO

P = PRIMÁRIO

S S

S= SECUNDÁRIO T = TERCIÁRIO Q = QUATERNÁRIO

Figura 52

Forças Intermoleculares Até agora nós conversamos sobre as ligações que constituem as moléculas orgânicas. Mas, vamos lembrar que nunca a gente se depara com uma única molécula. Quando eu pego um vidro de uma substância qualquer, orgânica ou inorgânica, lá dentro, mesmo que o vidro seja bem pequenino, tenho milhares de moléculas. Por exemplo, um mol de água pesa 18g. Como a densidade da água é igual a 1, então 18g correspondem a 18 mL, ou seja, em 18 mL de água eu tenho 6,02 x 1023 (o no de Avogrado) moléculas de água! E aí vem a pergunta: será que essas moléculas interagem entre si ou uma não está nem aí para a outra? As moléculas interagem entre si através do que chamamos de forças ou ligações intermoleculares. Para que a gente possa entender o que são essas forças, precisamos estudar o que vem a ser polaridade de uma molécula. Nós já vimos que uma ligação covalente polar é aquela em que o compartilhamento de elétrons não é igual para os dois átomos porque o mais eletronegativo puxa os elétrons para mais perto dele. Com isso, é criado um dipolo interno (uma parte fica com caráter positivo e outra com caráter negativo) na ligação e, consequentemente, na molécula:

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C-O

δ+ O − δ

δ+

O-H LIGAÇÕES POLARES

ÁLCOOL ETÍLICO : MOLÉCULA POLAR

Figura 53

Observe que nós não consideramos a ligação C-H como um dipolo interno. A diferença de eletronegatividade dos dois é tão pequena que praticamente não se cria esse dipolo. Na linguagem química, a gente diz que a ligação C-H é apolar. Entretanto, nem toda molécula que tem ligação polar é uma molécula polar. Nesse caso, nós temos que avaliar dois aspectos: o arranjo espacial e o tamanho da molécula. Arranjo espacial: vamos ver o que acontece com a molécula de CO2:

O C O

Figura 54

O sentido de um dos dipolos é oposto ao do outro. Assim, os dipolos se anulam e a molécula, apesar de ter ligações polares, é apolar. Lembre-se que no CO2 o carbono faz duas ligações π (uma com cada oxigênio) e, então, é hibridizado sp, logo, linear. Na molécula CCl4 (tetracloreto de carbono) acontece uma coisa parecida. O arranjo da molécula é tetraédrico e, lembrando-se da forma com que somamos vetores, os dois vetores resultantes estão em sentido oposto, e assim se anulam. Então, embora ela tenha quatro ligações polares, é uma molécula apolar:

Cl Cl Cl

Os vetores resultantes das duas somas vetoriais se anulam

Figura 55

Outro fator que devemos analisar é o tamanho da molécula. Às vezes, uma molécula tem ligações polares, mas a cadeia carbônica é tão grande que a molécula acaba se comportando como uma

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molécula apolar. As gorduras (triglicerídeos), por exemplo, têm propriedades apolares, apesar de possuírem várias ligações C-O e C=O (polares):

O O

O O O

Triglicerídeo

Figura 56

Bem, agora que a gente já sabe reconhecer se uma molécula é polar ou apolar, podemos entender as forças intermoleculares. Essas forças ocorrem devido à interação entre as cargas reais ou parciais (aquelas advindas da polaridade) de uma molécula interagindo com as cargas reais ou parciais de outra molécula. Essa interação ocorre pela atração de uma carga positiva com uma negativa e ela é maior quanto maior for a magnitude da carga e menor for a distância entre elas. Essas forças intermoleculares são de cinco tipos: interação íon-íon, interação íon-dipolo, interação dipolo-dipolo, interação dipolo-dipolo induzido, interação dipolo-induzido-dipolo-induzido. A interação íon-íon é aquela que nós conhecemos como ligação iônica. Ela ocorre, por exemplo, entre os íons cloreto e sódio no NaCl (sal de cozinha) e no lauril éter sulfato de sódio, um agente de limpeza muito usado em xampus. São interações muito fortes:

interação ío-íon

Cl-

Na+

Lauril eter sulfato de sodio

Na+

Cl-

Na+

O- Na+

Cl-

O S

Figura 57

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As interações íon-dipolo induzido são as que ocorrem entre uma espécie com carga real (cátion ou ânion) e a carga parcial de outra molécula, como mostrado na interação do cátion de sódio com a carga parcial negativa do átomo de oxigênio da água. Essas interações são moderadamente fortes.

δ+ H δ− O H + δ

Na+

Figura 58

As interações dipolo-dipolo, como o próprio nome diz, são as que ocorrem entre o polo criado pela carga parcial positiva de uma molécula com a carga parcial negativa de outra. É uma interação fraca. É a que ocorre entre duas moléculas polares, mas sem carga. Veja na acetona:

δ+

−O

δ− O δ+

Figura 59

Um tipo especial de atração dipo-dipolo é chamada de Ligação Hidrogênio. Nessa interação, o hidrogênio é ligado a um átomo muito eletronegativo: F, O ou N é o polo positivo que é atraído pelo polo negativo F, O ou N, de outra molécula (para ajudar a memorizar, lembrem-se de uma buzina: fonfon!):

O H

H Figura 60

. 39 .

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Por exemplo, a dupla hélice do DNA é estabilizada pelas ligações hidrogênio entre as bases nitrogenadas presas às duas cadeias:

Figura 61: a) Ligação hidrogênio entre as bases nitrogenadas (guanina e citosina) do DNA.

Como o hidrogênio é um átomo pequeno, as cargas parciais conseguem se aproximar muito, resultando em uma atração mais forte que a dipolo-dipolo clássica. A interação dipolo-dipolo induzido ocorre quando uma molécula polar se aproxima de uma outra, apolar. Ao se aproximar, o dipolo da molécula polar faz com que ocorra uma distorção da nuvem eletrônica da molécula apolar, induzindo um dipolo instantâneo:

δ− δ− δ

δ I

−

δ + δ

H +

δ O H

Figura 62

É uma interação mais fraca que a dipolo-dipolo. A interação dipolo-induzido-dipolo-induzido (também chamada Força de London) ocorre entre moléculas apolares e é a mais fraca delas. Como os elétrons estão em movimento constante, em um determinado momento, uma molécula apolar – por exemplo, o etano (CH3CH3) – pode ter uma distribuição não igualitária dos elétrons na ligação, ou seja, pode ser criado um dipolo momentâneo. Esse dipolo pode, então, criar outro dipolo em uma molécula vizinha e esses dipolos se atraem:

. 40 .

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+ δ+ δ− δ δ− H C CH H C CH3 + δ− 3 3 δ+ δ δ− 3 + δ+ δ δ− δ−

Figura 63

Essas duas últimas interações, que envolvem a formação de dipolo induzido, são chamadas juntas de Forças de van der Waals. Essas forças são mais fracas, mas em moléculas grandes, isto é, com grande superfície de contato entre elas, as Forças de van der Waals tem efeitos importantes. Por exemplo, são Forças de van der Waals que seguram a lagartixa na parede (Figura 64): os dedos das lagartixas terminam em milhões de filamentos pequenos, cada um com comprimento de cerca de 100 milionésimos do metro. Essas pequenas estruturas, por sua vez, estão subdivididas em mil partes ainda menores, invisíveis a olho nu. Quando os répteis pressionam suas patas contra uma superfície, os filamentos se espalham e cobrem uma área relativamente grande. Como os filamentos aumentam a superfície de contato, um número maior de Forças de van der Waals atua entre a pata do animal e a parede, garantindo uma adesão segura.

Figura 64: Filamentos existentes na pata da lagartixa

. 41 .

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Propriedades Físicas: Ponto De Fusão, Ponto De Ebulição E Solubilidade. Ponto de fusão

Ponto de fusão (P.F.) é a passagem de uma substância do estado sólido para o líquido. Quando estão no estado sólido, as substâncias estão arrumadas ordenadamente em um cristal, ou seja, estão bem pertinho umas das outras. Em outras palavras, as atrações entre elas estão maximizadas. Para que elas fundam (passem para o estado líquido), as atrações intermoleculares devem ser enfraquecidas (o que ocorre com o aquecimento), para que elas se mexam mais livremente, embora continuem sendo atraídas entre si. Assim, quanto mais fortes forem as interações intermoleculares, mais difícil vai ser separar as substâncias umas das outras, e então temos que aquecer mais, ou seja, maior vai ser o ponto de fusão. Por causa disso, os sais (compostos com ligações iônicas) tipicamente fundem em temperaturas muito maiores que compostos polares (com interações dipolo-dipolo), que, por sua vez, fundem em temperaturas maiores que compostos apolares (com interações do tipo van der Waals). Isso pode ser visto na tabela abaixo:

NaCl

P.F. = 801oC Ligaçoes iônicas

H2O

P.F.= 0oC Ligação hidrogênio P.F. = ‐99oC Dipolo‐Dipolo

O H

P.F. = ‐130oC Forças de van Der Waals. Tabela 3

Ponto de Ebulição

Já o Ponto de Ebulição (P.E.) é a temperatura em que um composto passa do estado líquido (no qual as moléculas estão mais afastadas) para o gasoso (no qual as moléculas estão mais afastadas ainda. No estado gasoso praticamente não existem interações intermoleculares), isto é, é a temperatura em que o composto ferve. Novamente, o que vai definir o grau de aproximação entre as moléculas são as interações intermoleculares. Quanto mais fortes forem essas interações, mais alto vai ser o ponto de ebulição. Observe os dois compostos mostrados na figura abaixo:

. 42 .

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Química Orgânica O OH o

P.E. = 117oC

P.E. = 39 C Figura 65

Repare que os dois têm o mesmo no de átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio (lembrem-se: têm a mesma fórmula molecular – C4H10O e, então, são isômeros), mas o primeiro tem um ponto de ebulição muito menor que o segundo. Por quê? Porque no primeiro caso, as interações intermoleculares são principalmente do tipo dipolo-dipolo, mais fracas que no segundo exemplo, no qual as moléculas interagem entre si principalmente por ligações hidrogênio. Ora, se as moléculas estão unidas por uma ligação mais forte, eu vou ter que dar mais calor para romper essas interações. Em outras palavras, o seu ponto de ebulição é maior.

Solubilidade Solubilidade é outra propriedade física que depende das interações intermoleculares. Mas, a coisa aqui é um pouco diferente do que a gente viu para os pontos de fusão e ebulição, pois agora vamos misturar moléculas de tipos diferentes, as moléculas do soluto e do solvente. Por exemplo, quando a gente prepara “água com açúcar” o que fazemos é misturar as moléculas do açúcar (o soluto) com a água (o solvente). A esse processo nós damos o nome de dissolução. O que ocorre no processo de dissolução é que as interações intermoleculares existentes entre as moléculas do soluto-soluto são substituídas por interações entre as moléculas do soluto - solvente. Vamos então imaginar as situações que podem ocorrer: 1.

Se o meu soluto é polar, ele deve fazer entre si interações, por exemplo, dipolodipolo. Será que um solvente apolar, que faça tipicamente ligações tipo van der Waals vai conseguir separar as interações dipolo-dipolo, mais fortes? Não.

Mas, se o meu soluto polar for misturado com um solvente polar que faça os mesmos tipos de interações intermoleculares, aí provavelmente as interações dipolo-dipolo das moléculas do soluto podem ser separadas e eu teria a dissolução.

Se o meu soluto é apolar e eu coloco um solvente polar, será que aí eu consigo dissolver um no outro? Não, pois agora é o meu soluto que não vai conseguir vencer as interações intermoleculares da molécula do solvente (não esqueça que as moléculas do solvente também interagem entre si!).

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Já no caso em que tanto o soluto quanto o solvente são apolares ocorre a dissolução, pois as interações devem ser do mesmo tipo.

A partir dessas observações, pode-se, com cuidado, aplicar uma regra que diz: “semelhante dissolve semelhante” ou, em outras palavras, “polar dissolve polar e apolar dissolve apolar”. Mas, por que a gente deve ter cuidado ao aplicar essa regra? Olhe, por exemplo, a molécula abaixo, chamada ácido linoleico:

OH O Ácido Linoleico

Figura 66

O óleo de soja é constituído principalmente de ácido linoleico e mais outras moléculas bem parecidas, com uma cadeia carbônica grande e um grupo polar no final da cadeia. Aí, a gente poderia pensar: bom, como tem aquele grupo polar e que faz ligação hidrogênio (repare que tem um hidrogênio ligado ao átomo de oxigênio), então vai se dissolver em água que também é polar e também faz ligação hidrogênio. Mas a gente sabe muito bem que se eu misturar água com óleo eles não vão se dissolver! Ora, o que acontece é que a cadeia carbônica é muito grande e praticamente sem nenhuma polaridade. Só um pedacinho da molécula tem polaridade, o que não é suficiente para separar as moléculas de água umas das outras. Temos que nos lembrar sempre (como a gente já falou quando estudamos polaridade das moléculas) que o tamanho das moléculas tem de ser analisado sempre que formos avaliar a questão de polaridade e apolaridade. Bom, até agora nós já estudamos as ligações químicas, o átomo de carbono, as ligações intermoleculares e, no decorrer disso, vimos vários exemplos de moléculas orgânicas. Já citamos várias vezes, também, que existe uma infinidade de moléculas orgânicas. Aí, a gente pode se perguntar: como é que eu vou fazer para estudar e entender as propriedades químicas de todos estes compostos? Não dá!!! Felizmente, não é necessário aprender as propriedades químicas de cada composto orgânico isoladamente. Os químicos orgânicos já perceberam que uma determinada arrumação de átomos leva a propriedades químicas muito parecidas, independente de como a cadeia carbônica se arruma. Por exemplo, os dois compostos mostrados na figura abaixo são diferentes, mas tem propriedades muito parecidas.

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Figura 67

Por exemplo, a polaridade da ligação O-H e sua capacidade de realizar ligação hidrogênio faz com que eles tenham pontos de ebulição parecidos e maiores do que, por exemplo, de compostos similares, mas que só tenham carbono e hidrogênio na sua estrutura. À medida que formos estudando mais Química Orgânica, vamos perceber que as interações entre cargas positivas e negativas são um dos fatores mais importantes para que ocorram as reações químicas. Assim, normalmente as reações ocorrem nos locais polares das moléculas. No exemplo que estamos discutindo, as reações ocorrem nas ligações O-H e C-O. As ligações C-C e C-H não são muito reativas. Na realidade, em termos de reações químicas, não faz muita diferença o número ou a forma com que estão arrumadas as ligações C-C e C-H. De fato, os compostos mostrados na figura abaixo tem comportamento químico muito semelhante.

OH OH OH OH

Figura 68

Com isso, em termos de propriedades químicas, as moléculas devem ser vistas como compostas por duas partes: Com isso, em termos de propriedades químicas, as moléculas devem ser vistas como compostas por duas partes: 1) A cadeia carbônica, que como já vimos, tem grande influência nas propriedades físicas (P.E.,P.F., solubilidade), mas não interfere muito nas propriedades químicas (como vão reagir, isto é, na reatividade);

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2) O grupo funcional, que é a parte da molécula responsável pela sua reatividade química. Nos exemplos que a gente está discutindo todos os compostos têm o grupo funcional O-H, mas diferentes cadeias carbônicas (que a gente vai representar por R). Assim, todos os compostos do nosso exemplo são alcoóis (compostos orgânicos cujo grupo funcional é o OH) e são representados como ROH. Todos os alcoóis têm reatividade química semelhante. Esse conceito é muito importante e geralmente organizamos o estudo da Química Orgânica por grupo funcional. Assim, a partir de agora vamos estudar com mais detalhes os principais grupos funcionais. A tabela abaixo mostra os grupos funcionais que vão ser apresentados a partir de agora:

FÓRMULA GENÉRICA

EXEMPLO

ALCANOS (na realidade, alcanos não possuem grupo funcional).

RCH=CHR (estes R podem ser hidrogênio)

ALCENOS (o grupo funcional é a ligação dupla C=C).

ALCINOS (o grupo funcional é a ligação tripla CΞC).

R (estes R podem ser

hidrogênio)

ARENOS (um ciclo de seis átomos de carbono com três ligações duplas tem reatividade química diferente dos alcenos e assim são outro grupo funcional, representados por Ar. Arenos, também chamados de anéis aromáticos, podem ter grupos alquil ou outros grupos funcionais ligados ao anel aromático).

ArH

RX (X é a letra que usamos em Química Orgânica para representar os halogênios)

ROH

ArOH

NOME

HALETOS DE ALQUILA (O grupo funcional é a ligação CHalogênio).

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ALCOÓIS (o grupo funcional é o OH). FENÓIS (quando o O-H está ligado a um anel aromático, a reatividade muda muito em comparação com os alcoóis e então é outro grupo

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funcional). ÉTERES (o grupo funcional é C-OC).

ROR

RNH2

NH2

O R

O O

Cl O R

OR O

RCΞN

NH2

Tabela 4

CLORETOS DE ÁCIDO (o grupo funcional é o COCl).

ÉSTERES (o grupo funcional é COOR).

O NH2

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS (o grupo funcional é o COOH).

ANIDRIDOS DE ÁCIDOS (o grupo funcional é COOCO).

CETONAS (o grupo funcional é o C=O, com dois grupos alquil – ou anel aromático - ligados ao carbono).

ALDEÍDOS (o grupo funcional é o C=O, com pelo menos um hidrogênio ligado ao carbono).

O R

AMINAS (o grupo funcional é o NH2. Estes dois hidrogênios podem ser substituídos por outros grupos alquil).

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AMIDAS (o grupo funcional é o CONH2. Os hidrogênios ligados ao nitrogênio podem ser substituídos por alquil ou anel aromático). NITRILAS (o grupo funcional é o CN).

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Funções Orgânicas 1. Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos, como o próprio nome já diz, são compostos que possuem apenas carbono e hidrogênio em sua estrutura. O esquema abaixo mostra a classificação dos hidrocarbonetos:

ALCANOS (ou parafinas) CnH2n+2 ALCENOS (ou alquenos ou olefinas) CnH2n ALIFÁTICOS R-H

ALCINOS (ou alquinos) CnH2n-2 ALICÍCLICOS

HIDROCARBONETOS

CICLOALCANOS CICLOALCENOS CICLOALCINOS

AROMÁTICOS Ar-H

Figura 69

A gente conhece por aromáticos um grupo especial de hidrocarbonetos, que tem propriedades muito diferentes devido às suas características estruturais. Daqui a pouco nós veremos um pouco mais quais são essas características. Por enquanto, aqui estão duas regras que devemos aplicar para saber se um composto é aromático: - Os compostos aromáticos sempre são cíclicos e têm ligações duplas alternadas com ligações simples em toda a volta do anel E: - Todo composto aromático tem um número tal de elétrons π (cada ligação dupla tem dois elétrons π), que se a gente aplicar a fórmula 4n+2 = no de elétrons π, a resolução dessa equação deve dar, para os compostos aromáticos, um valor de n inteiro (essa regra a gente conhece por Regra de Huckel).

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Analise, por exemplo, a Figura 70. Os dois primeiros compostos são aromáticos, enquanto o terceiro, apesar de ser cíclico e possuir ligações duplas alternadas, não é aromático, pois n na regra 4n+2 = no de elétrons π não é um no inteiro. Já o quarto exemplo não é aromático, porque as ligações duplas não estão em toda a volta do anel.

3 ligações duplas = 6 elétrons π

5 igações duplas = 10 elétrons π

4n + 2 = 6 4n = 4 n = 1 (no. inteiro)

4n + 2 = 10 4n = 8 n = 2 (no. inteiro)

AROMÁTICO

4igações duplas = 8elétrons π

3 ligações duplas = 6 elétrons π

4n + 2 = 8 4n = 6 n = 6/4 (no. não inteiro)

4n + 2 = 6 4n = 4 n = 1 (no. inteiro) ALIFÁTICO

ALIFÁTICO

Figura 70: Exemplos de aplicação da regra de Hückel.

Alcanos Os alcanos são os hidrocarbonetos saturados de fórmula geral CnH2n+2. Os alcanos ocorrem na natureza em depósitos de gás natural e no petróleo. O gás natural é constituído principalmente de metano (CH4) e o petróleo é uma mistura complexa de vários hidrocarbonetos. Como esses hidrocarbonetos presentes no petróleo têm aplicações muito diferentes, a gente precisa separar o petróleo em misturas mais simples (dizemos que separamos o petróleo em várias frações, cada uma delas com utilizações diferentes). Essa separação é feita por destilação e, no caso do petróleo, essa destilação recebe o nome específico de refinação (refinaria de petróleo é o local onde se faz essa destilação). Todas as frações obtidas no refinamento do petróleo contêm alcanos.

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Os alcanos são compostos apolares e estão entre os menos reativos diante dos reagentes mais comuns de um laboratório de Química (lembrem-se que nós já comentamos que a reatividade normalmente está associada à existência de ligações polares nas moléculas). O próprio nome parafina, outra designação usada para os alcanos, vem de uma expressão latina que significa “pouca afinidade”. Mas a gente tem que tomar cuidado quando dizemos “pouco reativos”. Estamos nos referindo basicamente a reações químicas nas quais misturamos duas ou mais substâncias com o intuito de obter outras substâncias diferentes. Para isso, realmente, os alcanos não são muito utilizados. Por outro lado, os alcanos sofrem reações de combustão – queima na presença de oxigênio –– (Esquema 1), e essa é uma das reações mais praticadas por todos nós. Realizamos reações de combustão quando acendemos um fogão a gás, ligamos um motor a gasolina, acendemos um isqueiro Mas, reparem: o “produto” que a gente quer nessas reações é o calor (ou melhor dizendo, a energia) e não o dióxido de carbono (CO2) e água.

CnH2n+2 + O2

CO2 + H2O + CALOR Esquema 1: Reação de combustão

Outra reação que a indústria petroquímica (indústria que utiliza as frações do petróleo como matériaprima) realiza muito com os alcanos é a chamada pirólise (quebra pela ação do calor) ou craqueamento. Como a gente já viu, o petróleo dá origem a muitos produtos diferentes, mas a quantidade em que esses produtos se encontram no petróleo em geral não atendem às necessidades do mundo atual. Assim, as indústrias pegam as frações do refino que têm hidrocarbonetos mais pesados (frações que destilam com P.E. maior que o da gasolina) e quebram esses hidrocarbonetos em moléculas menores (mais leves), isto é, fazem o craqueamento para obter mais gasolina e outros hidrocarbonetos menores e assim atender à demanda do sistema de consumo atual. Bem, agora, antes da gente começar a ver as outras funções orgânicas, precisamos aprender a dar nomes aos compostos orgânicos. Por quê? Vamos imaginar como nós nos comunicaríamos se as coisas não tivessem nomes. Seria impossível transmitir nossas ideias ou dúvidas ou esclarecimentos! E lógico, os nomes têm que ser palavras. Mas a gente podia pensar: já que as fórmulas estruturais constituem uma perfeita identificação para cada substância, por que os químicos não dispensam os nomes formados por palavras e utilizam as fórmulas

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estruturais na comunicação em suas várias formas? Mas isso é impossível! Teríamos, no mínimo, que decorar todas as estruturas. Além disso, tente, por exemplo, descrever a palitoxina (Figura 41), aquela substância enorme isolada de corais e que fomos apresentados quando aprendíamos a desenhar fórmulas estruturais em bastão, sem usar o seu nome. Conseguiu? Claro que não. Por conta disso, os químicos perceberam que deveria ser desenvolvido um sistema organizado, um conjunto de regras, para dar nomes às substâncias. A IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) assumiu a responsabilidade de recomendar um sistema para nomear as substâncias. Na realidade, a gente não diz que um composto possui nome: o termo correto é nomenclatura. Dar nome a um composto orgânico consiste em nomenclaturar ou nomenclar esse composto. Obs.: A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) tem por objetivo intermediar mundialmente aspectos das ciências químicas e contribuir para a aplicação da Química ao serviço da humanidade. Por ser uma organização internacional, não governamental, a IUPAC atua como referência em questões globais que envolvem as ciências químicas.

Em princípio, a nomenclatura utilizada para os compostos orgânicos tem como parâmetros três aspectos de relevância: 1) Todo composto orgânico possui átomos de carbono. 2) Suas cadeias podem ou não apresentar ligações π entre átomos de carbono e podem ser cíclicas ou não. 3) Os compostos orgânicos são classificados segundo o grupo funcional presente na molécula. A partir dessas características pode-se estabelecer a base para a nomenclatura de qualquer substância orgânica. Observe o esquema a seguir: Composição da nomenclatura orgânica:

PREFIXO + INTERMEDIÁRIO + SUFIXO

O prefixo encontra-se associado ao número de átomos de carbono existentes na cadeia principal do composto. O intermediário indica se a substância possui somente ligações simples entre os átomos de carbono ou se há também a presença de duplas ou triplas ligações entre esses.

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O sufixo indica a que função pertence a substância. Os prefixos que indicam o no de carbonos estão mostrados na tabela a seguir:

Número de átomos de carbono Prefixo 1

met

prop

but

pent

hex

hept

oct

non

dec

undec

dodec

Tabela 5: Prefixos utilizados para a designação do no de átomos de uma cadeia carbônica.

O prefixo correspondente aos compostos até quatro carbonos (Met, Et, Prop e But) infelizmente tem de ser decorados, pois são nomes mantidos por tradição, sem nenhum aspecto lógico. Os outros prefixos são de origem grega ou latina, tem correlação com o número e são os mesmos usados para as figuras geométricas. Quando se tratar de um composto cíclico, antes desses prefixos que indicam o no de átomos de carbono colocamos a palavra ciclo. O intermediário nos diz se o composto possui ligação dupla ou tripla, conforme mostrado na tabela abaixo:

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Ligações entre os átomos de carbono Intermediário

Tabela 6: Designações usadas para a indicação do no de insaturações em uma cadeia carbônica.

Cada função orgânica é nomenclaturada por um sufixo específico. À medida que formos conhecendo essas funções seremos apresentados ao sufixo usado para designá-las. Para os alcanos, usa-se o sufixo “ano”, conforme exemplificado na figura a seguir:

M et signif ica que tem um carbono CH4

Metano Ano signif ica que só tem ligação

e é um alcano.

Etano

Ciclo-propano

Propano Butano

Ciclo-butano Figura 71

Quando nós aprendemos sobre cadeias carbônicas vimos que elas podem ser ramificadas. Vamos ver agora como fazemos para dar a nomenclatura dos compostos que possuem ramificação. As ramificações são designadas genericamente de grupo alquil, alquenil, alquinil ou aril, em função do tipo de hidrocarboneto que lhes deram origem. Grupos alquil são partes da estrutura molecular que correspondem a um alcano menos um hidrogênio. Assim, ao metano (CH4) corresponde o grupo metila

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(CH3), ao etano (C2H6) corresponde o grupo etil (C2H5) e assim sucessivamente. A tabela abaixo mostra alguns exemplos de nomenclatura dos grupos alquil, onde o traço mostra o átomo que se liga à cadeia carbônica principal:

ALCANO

NOMENCLATURA

CH4

GRUPO ALQUIL

NOMENCLATURA

Metano

‐CH3

METIL

Etano

CH3CH2 ‐

ETIL

Propano

CH3CH2CH2‐

n‐PROPIL iso‐PROPIL (ou sec‐PROPIL)

Butano

CH3CH2CH2CH2‐

n‐BUTIL

sec‐BUTIL Iso‐Butano

iso‐BUTIL

CH3

terc‐BUTIL

CH3CCH3

Tabela 7: Nomenclatura utilizada para a designação de grupos alquil.

Observem que no caso do propano, e para todos os alcanos com mais de três carbonos, o alcano pode “perder hidrogênio” de carbonos distintos, gerando grupos alquil diferentes que, lógico, pois são coisas diferentes, devem ser nomenclaturados de forma diversa. A recomendação IUPAC para esses casos é mais complexa e acabamos usando nomes triviais, como, por exemplo, iso-propil. Denominamos nomenclatura trivial ou vulgar aquela consagrada pelo uso, mas que, na maioria das vezes, não é consagrada pela IUPAC.

Assim, quando a gente coloca a letra n na frente da nomenclatura do radical alquila, estamos dizendo que a ligação à cadeia carbônica se faz no carbono primário. Se for ao carbono secundário usa-se sec e no terciário usa-se terc.

O termo iso significa “grupamento igual”. Observe que no isopropil o carbono que se liga à cadeia carbônica possui duas metilas (dois grupamentos iguais) ligadas a ele.

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Para nomenclaturar um alcano ramificado, o primeiro passo é definir quem é a cadeia principal. Já vimos que é a maior cadeia contínua (linear) que for possível encontrar na estrutura. É bom sempre lembrar que “linear” é uma forma de dizer. A cadeia dos alcanos são arrumadas em zigue-zague com os ângulos entre as ligações de cerca de 109,5o. Depois de localizarmos a cadeia principal, precisamos dizer em quais carbonos estão os substituintes. Para isso, a cadeia carbônica é numerada começando pela extremidade que resultará em menores números para as posições em que há substituições. A figura abaixo (Figura 72) mostra como aplicamos essa regra:

CORRETO

ERRADO

3 2 1

2 1

4 SUBSTITUINTE EM C-2 7

9 10

2 3

10 9

SUBSTITUINTES EM C-5E C-7 8

4 5

SUBSTITUINTES EM C-4 E C-6

4 5

SUBSTITUINTE EM C-3

7 8

DOIS SUBSTITUINTES EM C-3 E UM EM C-6

5 4

1 3

DOIS SUBSTITUINTES EM C-6 E UM EM C-3

Figura 72: Método para a determinação da cadeia principal de um alcano.

Depois de localizados os substituintes, a nomenclatura é feita da seguinte forma: grupo alquil, precedido da numeração do carbono em que ele se encontra, seguido do nome do alcano. Assim, a nomenclatura do primeiro exemplo mostrado seria:

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3 2 1 4

Usa‐se hífen para separar o número e o nome todo é escrito como uma única palavra.

2-metilbutano

Figura 73

Algumas pessoas usam os números para indicar a posição do substituinte apenas quando ele é realmente necessário. Observem o exemplo acima: só há uma possibilidade de colocação do grupo metil e, assim, não está errado dizer apenas metilbutano.

Já no exemplo:

3 2 1

A numeração é imprescindível, pois se dissermos apenas

metil-pentano não teremos como saber se o composto é o 2

2-metilpentano

ou o 3-metil-pentano:

5 Figura 74

4 3

3-metilpentano

Figura 75

Quando existem dois ou mais substituintes diferentes, esses devem ser colocados em ordem alfabética e não de numeração. Assim, no segundo exemplo, teríamos:

9 10

E não 4-metil-6-etildecano (afinal, o “e” vem antes do “m”).

6 1

5 4

6-etil-4-metildecano Figura 76

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Se os substituintes forem iguais, usamos os prefixos multiplicativos: di, tri, tetra... mas esses não são considerados na colocação em ordem alfabética. Veja isso na nomenclatura das moléculas mostradas abaixo:

4 6

3,3,6-trimetiloctano

Figura 77

8 9

7 6 5 4 3

6-etil-4,4-dimetilnonano

Figura 78

A segunda classe de grupos funcionais que vamos estudar é a dos alcenos. No entanto, essas substâncias possuem algumas características estruturais que só vamos compreender após estudarmos outro fenômeno muito importante, que é o de isomeria.

Isomeria Isômeros são compostos diferentes que possuem a mesma fórmula molecular. Como exemplo, com a fórmula molecular C2H6O podemos desenhar duas moléculas:

Figura 79

Evidentemente, já estamos cansados de saber que são compostos distintos. O primeiro é o álcool etílico, o álcool encontrado na cerveja, que é um líquido. O segundo, o éter metílico, é um gás que tem sido testado como gás refrigerante em substituição aos freons (freons são compostos orgânicos halogenados que eram utilizados como gases refrigerantes em “sprays”, geladeiras e cujo uso indiscriminado levou à formação do buraco de ozônio). Esses dois compostos são isômeros. Os isômeros podem ser de dois tipos: isômeros de constituição e estereoisômeros.

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Isômeros de constituição são isômeros cuja sequência de átomos ligados (quem se liga com quem) são diferentes. Alguns livros mais antigos costumam chamar esse tipo de isomeria de “isomeria plana”. Esse termo deve ser evitado, pois como já estamos carecas de saber, os alcanos, por exemplo, não tem nada de planaridade! A Figura 80 mostra exemplos de isômeros de constituição.

Observe que o primeiro composto não possui ramificação, enquanto o segundo tem uma metila no C-2.

C5H12

Note que o primeiro composto é um alceno e o segundo é um ciclo-alcano C6H12

O O C4H10O

Veja que no primeiro composto o oxigênio está ligado a dois grupos etil e no segundo está ligado a um metil e um propil.

Figura 80: Exemplos de isômeros de constituição

Antigamente, a isomeria constitucional era classificada em vários subtipos. No entanto, como isso é motivo de várias confusões devido a interpretações diferentes, a tendência tem sido a de abandonar essa subdivisão. No entanto, como tem gente que ainda usa, devemos entender o que é, caso apareça em algum texto. Vamos ver como se faz essa classificação:

Isomeria de função Ocorre entre compostos de mesma fórmula molecular que pertençam a funções químicas distintas, como exemplificadas abaixo:

H O

ALDEÍDO

Figura 81

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O CETONA

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Isomeria de cadeia ou de núcleo Ocorre entre compostos de mesma fórmula molecular e mesma função química que possuam cadeias carbônicas distintas:

CADEIA RAMIFICADA

CADEIA NORMAL

Figura 82

Isomeria de posição Ocorre entre compostos de mesma fórmula molecular, mesma função química e mesma cadeia carbônica, porém, que possuam diferenças entre si na posição de grupamentos funcionais, ramificações ou insaturações.

OH GRUPO FUNCIONAL NO C-1

OH GRUPO FUNCIONAL NO C-2

RAMIFICAÇÃO EM C-2

RAMIFICAÇÃO EM C-3

Figura 83

Isomeria de compensação ou metameria Ocorre entre compostos de mesma fórmula molecular e mesma função química, em que o heteroátomo encontra-se em diferentes posições.

OXIGÊNIO LIGADO A METIL E PROPIL

OXIGÊNIO LIGADO A DOIS ETIL

Figura 84

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Estereoisômeros, por outro lado, são isômeros que possuem a mesma conectividade (a sequência dos átomos ligados na molécula são exatamente as mesmas), mas cujas estruturas variam na forma com que se arrumam no espaço. Os estereoisômeros podem ser de dois tipos: enantiômeros e diastereoisômeros. Qualquer coisa tem uma imagem no espelho (exceto os vampiros, é claro!). E qualquer coisa só é igual a outra se essas imagens forem sobreponíveis. As mãos são exemplos clássicos de imagens especulares (a mão esquerda é a imagem no espelho da mão direita e vice-versa) que não são sobreponíveis, e a nossa mão direita não é igual à esquerda (Figura 85). As coisas que não são sobreponíveis à sua imagem especular são denominadas quirais (quiral, em grego “cheir”, quer dizer mão). Isso também é verdade para as moléculas. Sempre que uma molécula for diferente de sua imagem especular, isto é, se as duas não forem sobreponíveis, temos um tipo de estereoisomeria que denominamos de enantiomeria (e dizemos que as duas moléculas são enantiômeros). Observe as moléculas abaixo (imagens especulares entre si) e veja que elas não são sobreponíveis:

Figura 85

Quaisquer outros tipos de compostos que sejam isômeros espaciais (estereoisômeros), mas que não são imagem especular um do outro são ditos diastereoisômeros. Olhe, por exemplo, as duas moléculas abaixo:

Br Figura 86

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Convençam-se de que elas são enantiômeros. Uma é a imagem especular da outra e são compostos diferentes. Agora, olhem esta:

Br Figura 87

Não é imagem especular de nenhuma das outras duas. Mas, a sequência de átomos das três são idênticas. Logo, essa última é um diastereoisômero (isômero espacial que não é a imagem especular) de cada uma das outras duas. Um tipo especial de diastereoisômeros são os chamados isômeros geométricos. Como a gente já viu, as ligações π ocorrem por sobreposição paralela de orbitais p. Por causa disso, elas não giram livremente, pois a ligação dupla se quebraria. Analise a molécula do n-butano:

Como a ligação σ se faz pela interação linear segundo Rotação livre

Rotação livre

um eixo, as ligações têm rotação livre e o n-butano está o tempo todo se interconvertendo nas duas formas espaciais mostradas no desenho (representado pelas

n-Butano

duas setas em sentido contrário). Isto é, as duas formas são representações da mesma molécula.

Figura 88

Já no caso do 2-buteno:

, como essa rotação é impossível, não ocorre uma

interconversão de um no outro. São duas moléculas diferentes. São dois diastereoisômeros. Diastereoisômeros que existem por causa da impossibilidade de rotação de suas ligações são denominados isômeros geométricos. Observe agora os ciclos abaixo:

. 61 .

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Figura 89

Esses sistemas cíclicos, embora não tenham ligação π, também não tem rotação livre por conta da própria geometria do anel. Preste atenção que seria impossível eu colocar um grupo alquil que está para frente do plano do tetraedro (lembra-se do que significa a linha grossa?) para trás desse plano sem quebrar o ciclo. Então, os dois ciclobutanos e os dois cicloexanos mostrados acima também são exemplos de isômeros geométricos. Bem, agora, depois dessa pausa para entender o que são isômeros, vamos retornar ao estudo das funções orgânicas.

Alcenos (Ou Alquenos) Ou Olefinas Alcenos são hidrocarbonetos que possuem uma ou mais ligações duplas em sua estrutura, ou seja, o grupo funcional (parte da molécula que é responsável por suas propriedades químicas) de um alceno é a C=C. O eteno, alceno mais simples que existe: H2C=CH2, por exemplo, reage com cloro ou bromo formando compostos oleosos. Por causa disso, logo que se descobriu a propriedade desse composto, ele recebeu o nome de gás oléfiant que significa “gás fazedor de óleo”. A extensão desse nome para todos os compostos dessa classe é que explica o termo olefinas, sinônimo de alcenos. Os alcenos mais simples (com apenas uma ligação dupla) são mais raros na natureza que os alcanos. O eteno (também conhecido por etilideno) é produzido no processo de amadurecimento de frutas. Quando a gente quer que a banana amadureça mais rapidamente, a embrulhamos em jornal para que o eteno que vá sendo liberado, aos poucos se dissipe mais lentamente. Por questões de facilidade de transporte e de armazenamento, as frutas são colhidas verdes e colocadas para amadurecer pela ação do gás eteno.

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Apesar dos alcenos serem mais difíceis de ser encontrados na natureza, são matéria-prima fundamental para uma porção de indústrias. A obtenção deles é feita pelo craqueamento das frações mais pesadas obtidas no refinamento do petróleo (se você não se lembra o que é isso, dê uma olhada mais acima nesse texto, quando falamos dos alcanos). Essa importância dos alcenos é porque as ligações C=C reagem entre si formando polímeros. Polímeros são moléculas enormes (macromoléculas) obtidas por ligações de várias moléculas menores (monômeros), que podem ou não ser iguais (quando os monômeros não são iguais são chamados de copolímeros). No mundo de hoje, os polímeros com certeza são o material mais importante para a confecção de várias coisas. A Figura 90 mostra alguns exemplos.

MONÔMERO

POLÍMERO

APLICAÇÃO (exemplo)

Polietileno

Sacola plástica de supermercado Garrafa térmica Frasco de detergente

Eteno (Nome comum=Etileno)

Seringa de Injeção Brinquedos Auto-peças (parachoque,pedais,..)

Propeno (Nome comum=Propileno)

Polipropileno

Cl 2-cloro-eteno (Nome coum = cloreto de vinila)

Policloreto de vinila (PVC)

Encanamentos Filmes plásticos para embalagem de alimentos Garrafões de água

Figura 90: Exemplos de polímeros e suas aplicações

As regras de nomenclatura que a gente aprendeu para os alcanos serve de base para o caso dos alcenos, mas temos que prestar atenção em vários aspectos em que há diferenças:

‐ A cadeia principal de um alceno é a maior que contém a ligação dupla.

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Por exemplo, no , a cadeia principal é a que está destacada com vermelho, 1 6

com seis carbonos,

2 3

e não a outra que possui oito carbonos.

Figura 91

‐ A cadeia principal é sempre numerada a partir da extremidade mais próxima à ligação dupla. - A parte do nome que se refere à cadeia principal é formada de maneira parecida com a utilizada para os alcanos, com duas diferenças: - Ao invés de “ano” usamos o sufixo “eno”. - Precisamos especificar a posição da ligação dupla, o que é feito por um número que deve ser colocado imediatamente antes da terminação “eno”. A Figura 92 mostra alguns exemplos da nomenclatura de alcenos:

2 1

ETENO

PROPENO

BUT-2-ENO

BUT-1-ENO

6 5 1 1

2-METIL-PROPENO

2,3-DIMETIL-BUT-1-ENO

4 3

3-METIL-CICLOEXENO

Figura 92: Exemplos de aplicação das regras de nomenclatura em alcenos

NOTA: A colocação do no que indica a posição da ligação dupla imediatamente antes do sufixo “eno” é a recomendação da IUPAC. Porém, muitas vezes você irá encontrá-la no início ou no fim da cadeia principal. Por exemplo, tem gente que escreve 2-buteno ou ainda buteno-2. Isso não é problema. O importante na nomenclatura é que ela nunca permita que você fique em dúvida sobre qual é a estrutura do composto.

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Quando a ligação dupla é um substituinte (grupo alquenil), usa-se o sufixo “enil”, como se pode ver na Figura 93:

METENIL-CICLOEXENO

ETENIL-BENZENO

Figura 93: Exemplos de nomenclatura de grupos alquenil.

Os grupos alquenil mostrados abaixo são muito mais conhecidos por sua nomenclatura normal do que pela estabelecida pelas regras da IUPAC (Figura 94):

CH2 M E T IL E N O o u M E T IL ID E N O

M e tile n o -C ic lo p e n ta n o

CH2 V in il- b e n z e n o

V IN IL

E s ta m o lé c u la é m a is c o n h e c id a a in d a c o m o e s tir e n o

H 2C

CH2 A lil- c ic lo - h e p ta n o

A L IL

Figura 94: Nomenclatura comum (trivial) de grupos alquenil

Isomeria Cis X Trans Nós já vimos que a impossibilidade de rotação da ligação π faz com que os alcenos do tipo: e

sejam moléculas diferentes. Mas, como dar a nomenclatura delas para

que a gente possa saber quem é quem? Quando dois substituintes iguais estão do mesmo lado, dizemos que a molécula é cis. Quando estão de lados opostos, dizemos que a molécula é trans. Assim, teríamos:

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cis-But-2-eno

t rans-But-2-eno

tr ans-Hex-3-eno

cis-Hex-3-eno

Figura 95

Pode não parecer tão óbvio, mas é claro que só existe isomeria cis x trans quando temos dois tipos de substituintes no carbono da ligação dupla e que cada um deles seja diferente entre si. Repare nos exemplos abaixo:

1-propeno

Não existe isomeria cisx trans porque o C-1 está ligado a dois hidrogênios - substituintes iguais.

Não existe isomeria cisx trans porque o C-1 está ligado a duas metilas - substituintes iguais. 2-metil-but-2-eno

Figura 96

Mas, a nomenclatura cis x trans é muito fácil quando os substituintes são iguais. E, essa molécula é cis ou trans?

Figura 97

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Isso antigamente causava muita confusão. Afinal, são três substituintes diferentes! Por conta disso, criou-se a nomenclatura E, Z para ser aplicada a isômeros geométricos de alcenos e ela é feita da seguinte maneira: Em cada carbono da ligação dupla a gente analisa qual substituinte tem maior peso atômico. Quando os substituintes de maior peso atômico estão para o mesmo lado, diz-se que a molécula é Z (essa letra vem da palavra alemã “zusammen”, que quer dizer junto. Uma brincadeira fácil de guardar é: Z significa “zunto”). Caso contrário, a molécula é E (do alemão “entgegen”, que significa oposto). Essas letras devem ser colocadas entre parênteses. Bom, é claro que você está pensando: que coisa doida! Não adiantou nada essa regra, pois nesse exemplo todos os substituintes do C-1 são carbono de mesmo peso atômico! Bom, como empatou, vaise para o átomo do lado. Um substituinte é CH3 (carbono ligado a hidrogênio) e o outro é CH2CH3 (carbono ligado a dois hidrogênios e um carbono). Como o carbono tem maior peso atômico, quem ganha é o grupo etil. No outro carbono da ligação dupla, um substituinte é carbono (CH3CH2CH2) e o outro hidrogênio. Quem ganha é o metil. Como o etil de C-1 está do lado oposto ao propil do C-2, a molécula é E. Veja outros exemplos na Figura 98:

Br Cl

(E)- 3-metil-hept-2-eno

(Z) - 3-metil-pent-2-eno

(Z) - 1-bromo-1-iodo-2-cloro-propeno

Figura 98: Exemplos de aplicação da nomenclatura E, Z para alcenos.

NOTA: A nomenclatura E, Z tem outros desdobramentos (por exemplo, quando os substituintes também são insaturados), mas isso foge aos objetivos deste texto.

Atualmente aconselha-se a usar a nomenclatura E, Z para os isômeros geométricos de alcenos, e a cis, trans para os ciclo–alcanos. Nesse caso, a regra é muito parecida: quando os substituintes (mesmo diferentes) estão para o mesmo lado (os dois para cima ou para baixo do plano do tetraedro), a molécula é cis. Se estão em lados opostos, é trans. Alguns exemplos são mostrados a seguir (Figura 99):

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trans-1,2-dimetil-ciclobutano

cis-1,2-dimetil-ciclobutano

trans-1-etil,2-metil-cicloexano

cis-1-etil,2-metil-cicloexano

Figura 99: Nomenclatura de isômeros geométricos em ciclo-alcenos

Polienos Para a designação de compostos com mais de uma ligação π (polienos) usamos os prefixos di, tri, tetra, como nos exemplos a seguir (Figura 100):

Buta-1,3-dieno

Octa-1,4,6-trieno

Ciclo-octatetraeno

Figura 100: Nomenclatura de polienos

Os polienos são muito mais abundantes na natureza do que os alcenos com apenas uma ligação dupla. Olhe alguns exemplos na Figura 101:

Encontrado na cera que envolve as cascas de maçã 2,6,101-trimetil-Dodeca-2,6,911-tetraeno (Nome comum: α-farneseno)

Composto responsável pela atração sexual em sargaços (tipo de alga marinha) cis -2-etenil,1-but-1-enil-ciclopentano (Nome comum: multifideno)

Figura 101: Exemplos de polienos naturais.

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Em função da posição das ligações duplas, os polienos são classificados em: - Isolados, que são aqueles em que as ligações duplas são afastadas por um ou mais carbonos saturados (Figura 102). Eles têm um comportamento químico igual ao dos alcenos, com apenas uma ligação dupla. - Alenos (ou cumulados) onde duas ligações duplas são feitas a partir de um carbono sp. Essas duas ligações duplas são perpendiculares entre si (lembrem-se que os orbitais p são definidos espacialmente segundo os eixos x,y e z, que são perpendiculares entre si - Figura 102). - Conjugados, onde as ligações duplas são separadas por apenas uma ligação simples. O termo conjugação vem da palavra latina “conjugatio”, que significa união (Figura 102).

H C

P ro p a -1 ,2 -d ie n o L im o n e n o

S u b s tâ n c ia e n c o n tra d a n a la ra n ja e re s p o n s á v e l p e lo s e u c h e iro .

M u ito u tiliz a d o c o m o ra g e n te e m q u ím ic a o rg â n ic a ALENO

D IE N O IS O L A D O

β - C a ro te n o P ig m e n to e n c o n tra d o e m v á rio s le g u m e s e fru ta s c o m o c e n o u ra , b e te rra b a , m a n g a e m a m ã o .É o p re c u rs o r d a v ita m in a -A (s e tra n s fo rm a e m v ita m in a A n o o rg a n is m o ) P O L IE N O C O N J U G A D O

Figura 102: Polienos isolado, cumulado e conjugado.

Os polienos conjugados recebem uma atenção especial em Química Orgânica devido às suas características estruturais:

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Vamos analisar como estão arrumados os orbitais p na formação das duas ligações π:

Como existem orbitais p em todos os carbonos vizinhos, no final ocorre

uma interação também desses orbitais do C-2 e C-3 (em vermelho no

desenho) e a gente diz que os elétrons estão deslocalizados no

= 1

sistema de quatro orbitais p. Essa deslocalização eletrônica é um fator

4 3

que estabiliza a molécula, isto é, as moléculas que possuem ligações

conjugadas têm um conteúdo energético menor do que os polienos isolados e os alenos.

Figura 103

O exemplo mostrado foi para um dieno, mas isso pode ser estendido a qualquer polieno. Um polieno natural muito importante é a borracha, que é o produto da coagulação adição do látex da seringueira (Figura 104). Como a demanda mundial por borrachas com as mais diversas propriedades de maleabilidade e resistência térmica é grande, além do produto natural não atender em quantidade à necessidade atual, desenvolveu-se métodos de copolimerização do 1,3-butadieno com vários outros monômeros, criando vários tipos de copolímeros que conhecemos por borracha sintética.

Borracha natural

Figura 104

Figura 104: estrutura moléculas da borracha natural (as “cobrinhas” na extremidade da cadeia significam que essas cadeias estão se repetindo)

Sistemas muito conjugados são coloridos. Observe alguns exemplos mostrados na Figura 105. Os carotenos estão presentes em vários vegetais e causam as cores que variam do amarelo, laranja e vermelho. A clorofila, substância responsável pela fotossíntese, é a causa da cor verde das plantas. A melanina é um composto presente principalmente nos nossos olhos, pele, cabelo e pelos. Sua concentração varia de pessoa para pessoa e é determinada geneticamente: quanto maior ela for, mais escura será a pele, pelo ou cabelo das pessoas.

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CAROTENÓIDES:

β- Caroteno (cenoura, manga, mamão, beterraba)

HO O Bixina (urucum)

Licopeno (tomate e melancia)

O N

O O

N Mg N

Parte da molécula de Melanina O O

O O

Clorofila

Figura 105: Exemplos de polienos conjugados naturais

Outra função orgânica que apresenta ligações π é a dos alcinos, que vamos estudar agora.

Alcinos (ou Alquinos) Alcinos são hidrocarbonetos insaturados cujo grupo funcional é a ligação tripla CΞC com fórmula geral CnH2n-2. Por ser constituída de duas ligações π, a reatividade química deles é muito parecida com a dos alcenos. Os alcinos são menos abundantes na natureza, mas existem grandes quantidades de produtos naturais que contêm, além de outros grupos funcionais, a ligação CΞC. Alguns exemplos são o éster diidromatricaria, primeiro produto natural contendo ligação tripla isolado (1826) da flor de camomila; a capilina, existente em crisântemos e com atividade contra fungos; e o icitiotereol, veneno isolado de

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sapos dendrobates (também conhecido por sapo-garimpeiro) que causa desde irritações na pele até convulsões em mamíferos, dependendo da quantidade. Devido a esse efeito, é usado como veneno de flechas por índios da Bacia do Baixo Amazonas (Figura 106).

Figura 106: Exemplos de alcinos naturais.

O etino, muito mais conhecido como acetileno: H-CΞC-H, é o alcino mais simples e também o mais importante no mundo atual. Foi descoberto na Inglaterra (1836) e muito utilizado em iluminação (em queimadores apropriados, o acetileno produz luz muito mais clara do que qualquer outro combustível). Devido a sua grande capacidade de queima, liberando muito calor, é o gás utilizado em maçaricos de solda. Nas indústrias, é utilizado para a obtenção de outros compostos, que são matérias-primas importantes. Por exemplo, o cloreto de vinila que, como já vimos, é o monômero do PVC, obtido a partir do acetileno. O acetato de polivinila (PVA) é um polímero cujo monômero (acetato de vinila) é obtido também a partir do PVA. A “cola branca” (cola escolar) e a “cola amarela” (cola de madeira) são exemplos de coisas formadas por PVA (Figura 107).

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O O

Acetato de vinila

PVA

Figura 107: Monômero e polímero de PVA

O acetileno, assim como o eteno, também é utilizado para o amadurecimento de frutas. O acetileno é obtido facilmente a partir do carvão mineral (coque): reação do carvão com óxido de cálcio (cal virgem) em um forno elétrico (alta temperatura) produz carbeto de cálcio: CaC2 (um produto sólido, parecido com uma pedra); o carbeto de cálcio, ao reagir com a água produz acetileno (Esquema 2):

CaC2 + 2 H2O

HC CH + Ca(OH)2

Esquema 2: Obtenção do acetileno

Uma propriedade pouco comum do gás acetileno é que ele se decompõe com relativa facilidade quando comprimido, causando explosões violentas e perigosas. Por causa disso, não é comercializado na forma de cilindros de alta pressão, como oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, etc.; são usados cilindros de baixa pressão (parecido com os bujões de gás de cozinha, só que bem maiores) que contêm um material absorvente (geralmente lã de vidro) e acetona: o acetileno é muito solúvel em acetona quando levemente comprimido e isso permite que grande quantidade de gás seja armazenado sem usar pressões altas. A nomenclatura de alcinos é feita da mesma forma que para os alcenos, só que agora usando-se o sufixo “ino”. A cadeia principal também é a maior cadeia que contiver a ligação tripla, a numeração dessa cadeia se inicia pela terminação mais próxima à tripla e a numeração se inicia pelo átomo de carbono que estiver mais próximo da ligação tripla:

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Etino

Propino

Hex-2-ino

3-Propilocti-1-ino

Figura 108

Evidentemente não existe isomeria cis, trans (ou E,Z) em alcinos. Embora não seja a nomenclatura recomendada pela IUPAC, mais comumente usamos uma nomeação baseada no acetileno:

Metilacetileno

Dimetil-acetileno

Isopropil-metil-acetileno

Figura 109

Quando existem no mesmo composto ligações duplas e triplas, normalmente atribui-se a menor numeração à dupla. No entanto, a decisão deve ser feita em conjunto de duplas e triplas, mesmo que a tripla fique com menor número que a dupla. Veja os exemplos abaixo:

1 1

Hex-1-en- 5-ino

3 4 5 6

Octa-(Z) -3,7-dien-1-ino Figura 110

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4 3 Hexa-(E)-1,3-dien-5-ino

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Aromáticos O benzeno é um composto muito especial em Química Orgânica. É um composto extremamente estável e, por causa disso, benzenos substituídos são encontrados amplamente na natureza e muito utilizados nas indústrias químicas.

Benzeno

Figura 111

O benzeno foi descoberto em 1825 por Faraday (químico inglês, 1791-1867) quando foi isolado como subproduto da combustão do óleo de baleia usado na iluminação pública das ruas londrinas. Como ele percebeu que o composto possuía o mesmo no de átomos de carbono e hidrogênio denominou-o de “hidrogênio carburetado”. Conta a história que alguns químicos defendiam a ideia de denominá-lo “feno”, do grego “phainen”, que significa brilho ou brilhar, pois o mesmo havia sido obtido nos resíduos da queima do gás utilizado para iluminação. Esse nome não pegou, mas é interessante notar que o grupo aril (da mesma forma que grupo alquil designa o alcano menos um hidrogênio, o grupo aril significa o aromático menos um hidrogênio) derivado do benzeno: C6H5- é chamado de fenil.

Em 1834, Mitscherlich deduziu que a sua fórmula molecular era C6H6 e

denominou-o de benzina, porque observou suas propriedades semelhantes às do ácido benzoico, já conhecido e isolado da resina do benjoim. Esses compostos com relação C/H baixa eram tipicamente encontrados em

Ácido Benzóico

óleos produzidos por plantas. Por causa disso, os químicos antigos chamavam esses compostos de "aromáticos", devido ao agradável aroma que, em geral, essas substâncias possuem. Dessa forma, eles eram distinguidos dos "alifáticos", compostos onde a relação H/C é bem mais alta, que eram obtidos,

Figura 112

por exemplo, na degradação química de gorduras. Hoje, o termo “aromático” não possui nenhuma correlação com odor.

Mas, somente em 1866 a estrutura correta do benzeno foi proposta por Kekulé, aquele mesmo químico alemão que definiu Química Orgânica como a Química que estuda os compostos de carbono (lembrase?). Aí, fica a pergunta: caramba, por que foi tão complicado (levou muito tempo porque havia muita discussão) para se descobrir a estrutura do benzeno?

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O problema é que o benzeno apresenta características químicas muito diferentes do que seria normalmente de se esperar. Olhe bem a estrutura que foi desenhada: repare que são ligações duplas alternadas com ligações simples. Os alcenos (inclusive os polienos) realizam classicamente um tipo de reação: sofrem ataque na ligação dupla de reagentes ricos em elétrons (chamados eletrófilos. “Filo” significa amigo e então eletrófilo é um “amigo de elétrons”, isto é, compostos que reagem com quem tem muito elétron, caso das ligações insaturadas). Esses eletrófilos fazem reações de adição, transformando as ligações duplas em simples, como no exemplo mostrado abaixo:

Br + Br2 Br

Figura 113

Novamente, por correlação, pensaríamos: as ligações duplas do benzeno vão sofrer reação de adição de bromo. Mas isso não aconteceu. Além da reação ser mais difícil, precisando do uso de um catalisador (substância que se adiciona em uma reação só para aumentar a sua velocidade, o catalisador não entra no produto da reação), o produto foi o de uma reação de substituição de hidrogênio por bromo e não de adição igual ao dos alcenos: Catalisador FeBr3 + Br2

Br + HBr

Figura 114

E mais: só se obteve um produto, o que indicava que todas as ligações tinham a mesma reatividade (as ligações duplas reagiam igual às simples!). Mais tarde, descobriu-se outro fato intrigante: a gente já viu que ligações simples são maiores que ligações duplas, mas, no benzeno, todas as ligações têm o mesmo comprimento! Para ser mais preciso, todas medem 1,39 Ao. Outra coisa também causava muita surpresa: além da combustão (a estabilidade – conteúdo energético de uma molécula – pode ser pela quantidade de energia liberada na queima até CO2 e água), outro

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processo de avaliação da estabilidade é o calor de hidrogenação. Para isso, adiciona-se H2 a ligações duplas e mede-se a quantidade de energia liberada (calor de hidrogenação). Quando fizeram isso para o cicloexeno, observaram que o calor de hidrogenação era de 28,6 kcal/mol (lê-se: quilocaloria por mol). Traduzindo: para cada mol de cicloexeno que é hidrogenado são liberadas 28,6 kcal:

H H + H2

28,6 kcal/mol

Figura 115

O raciocínio dos químicos foi, então: se o benzeno tem três ligações duplas, eu vou encontrar um calor de hidrogenação de 28,6 x 3 = 85,8 kcal/mol. Além de novamente ter de se usar um catalisador para fazer essa reação, encontrou-se um valor de 49,3 kcal/mol, bem menor do que o esperado. Em outras palavras, o conteúdo energético da molécula do benzeno é menor do que se esperava, isto é, o benzeno tinha uma estabilidade excepcional. Com essas características peculiares, várias estruturas cíclicas foram propostas para o benzeno, mas nenhuma explicava completamente suas propriedades observadas experimentalmente. A estrutura aceita atualmente baseou-se na proposta de Kekulé que, segundo conta a história, foi enunciada a partir de um sonho. “Eu estava sentado à mesa a escrever o meu compêndio, noutro sítio. Virei a cadeira para a lareira e comecei a dormitar. Outra vez começaram os átomos às cambalhotas em frente dos meus olhos. Desta vez os grupos mais pequenos mantinham-se modestamente à distância. A minha visão mental, aguçada por repetidas visões desta espécie, podia distinguir agora estruturas maiores com variadas conformações; longas filas, por vezes alinhadas e muito juntas; todas torcendo-se e voltando-se em movimentos serpenteantes. Mas olha! O que é aquilo? Um das serpentes tinha filado a própria cauda e a forma que fazia rodopiava trocistamente diante dos meus olhos. Como se se tivesse produzido um relâmpago, acordei;...passei o resto da noite a verificar as consequências da hipótese. Aprendamos a sonhar, senhores, pois então talvez nos apercebamos da verdade". - Augusto Kekulé, 1865” (Texto retirado do livro : BOYD, E.; MORRISON, R. Mol. In:______. Química orgânica. 12. ed. Lisboa: Fundacao Calouste Gulbenkian, 1995. cap. 14.3, p. 701.).

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Mas, lembrem-se do dito popular: “quem conta um conto, aumenta um ponto”. Muitas pessoas já dizem que ele sonhou com cobras, mas na sua palestra original ele fala em “movimentos como os da serpente”. A figura da “cobra mordendo o próprio rabo” é um símbolo relacionado à alquimia (conhecemos como ouroboro) e que, dentre as várias interpretações dadas a ele, pode representar a ideia de renovação em um estado mais elevado (e associada a movimento). Outros historiadores acreditam que o sonho de Kekulé foi uma paródia sobre a “paródia dos macacos”, que já era bem conhecida na época. Essa ilustração, com ligeiras modificações, apareceu na capa de uma revista de gozações alemã, em que zombavam sobre os textos publicados na “Revista da Sociedade Química Alemã”. Observem que alguns macacos seguram os pés de seus colegas com ambas as mãos (representando as ligações duplas entre os carbonos) e outros seguram com uma mão só. As bananas aparecem nas figuras mais modernas, provavelmente indicando os átomos de hidrogênio. Kekulé propôs, então, que o benzeno consistia de um sistema cíclico com seis átomos de carbono e que ocorria um equilíbrio rápido (ou seja, uma molécula se transformava quase que instantaneamente uma na outra; o equilíbrio químico é sempre representado por duas setas em sentidos contrários) de tal modo que não se podia distinguir as ligações:

Figura 116

Hoje em dia sabe-se que não é um equilíbrio. Vamos ver a arrumação dos orbitais, que fica mais fácil entendermos: 1

Figura 117

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Hoje em dia sabe-se que não é um equilíbrio. Vamos ver a arrumação dos orbitais, que fica mais fácil entendermos: Da mesma forma que a gente já viu para os polienos conjugados, os elétrons não estão fixos em cada uma das ligações π. Αfinal, olhando para o desenho ao lado, por que os elétrons iriam escolher o que está à sua direita e não à sua esquerda para se ligar? Ora, tanto faz. Poderia ser tanto uma estrutura quanto a outra, daquelas duas propostas no equilíbrio por Kekulé. Na realidade, os elétrons estão deslocalizados por todos os orbitais p (evidentemente os carbonos do benzeno são hibridizados sp2), ou seja, o sistema é todo conjugado. Essa deslocalização eletrônica por todo o anel gera uma nuvem eletrônica acima e abaixo do plano desse ciclo. Assim, não é um equilíbrio, conforme pensou Kekulé. Na realidade, o benzeno é um híbrido (não é uma coisa nem outra, mas o somatório delas; é a mesma ideia de hibridização de orbitais) que, por questão apenas de arranjarmos uma forma de desenhar a representação da molécula, é apresentada dessa maneira. Dizemos que o benzeno é um híbrido de ressonância (dizemos que temos estruturas de ressonância quando a única diferença entre elas está na posição dos elétrons) das duas estruturas de Kekulé. A notação apropriada para ressonância é com uma seta de duas pontas, conforme mostrado na Figura 118:

Figura 118: Representações das estruturas de Kekulé para o benzeno.

A representação com o círculo significa a nuvem eletrônica. Não existe uma representação mais correta que a outra, embora a que mostra a nuvem esteja mais próxima do modelo proposto. Usa-se uma ou outra, em função do que estamos discutindo. Resumindo, e para ficar bem clara toda essa discussão: escrevemos as duas estruturas para o benzeno, porque essa é uma maneira útil (e muito usada) de simbolizar a ressonância (também chamada de mesomeria), para nos ajudar a compreender vários aspectos. No entanto, precisamos compreender que o benzeno NÃO é ora uma, ora outra das duas estruturas: ele é AMBAS as estruturas

. 79 .

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simultaneamente, ou ele é um HÍBRIDO das duas estruturas. Daí o significado do círculo dentro do hexágono. As duas estruturas diferentes que compõem o híbrido de ressonância são chamadas de formas canônicas ou estruturas de ressonância ou contribuintes de ressonância. Naturalmente, a gente conclui que nenhuma das ligações C-C do benzeno é dupla e nenhuma é simples; todas ficam num meio termo entre duplas e simples e são todas iguais. O ponto mais importante de tudo isso é que a ressonância contribui para estabilizar a molécula, isto é, para diminuir sua energia potencial. Aquela diferença de calor de hidrogenação entre o esperado e o encontrado que a gente já discutiu, é o que chamamos de energia de ressonância do benzeno. Bem, agora que a gente já compreendeu a molécula do benzeno, podemos estender essas propriedades a outras moléculas. Vários compostos, hidrocarbonetos ou não, são aromáticos. Quando a gente diz que é aromático, estamos afirmando que o composto possui essa estabilização extra. Mas, como vou saber se á aromático ou não? Só se aparecer um anel igual ao do benzeno? A resposta para essa última questão é não. Para ser aromático o composto deve: - Ser cíclico. É claro, pois senão não teríamos a nuvem eletrônica fechada. - Ser planar, pois, caso contrário, não teríamos o entrosamento de todos os orbitais p. - Cálculos mais avançados de matemática, que não nos interessam, mostram que além dessas condições, a estrutura deve obedecer à regra de Hückel. Nós já fomos apresentados a ela. É aquela que diz que todo sistema aromático possui um no tal de elétrons π que ao resolvermos a equação 4n+2= no de elétrons π, o resultado dê um valor inteiro para n. A Figura 119 mostra alguns exemplos de compostos aromáticos. Observe bem que várias funções orgânicas podem estar presentes nos compostos aromáticos:

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Figura 119: Exemplos de compostos aromáticos

Agora, vamos aprender como se faz a nomenclatura dos hidrocarbonetos aromáticos: a nomenclatura dos anéis aromáticos derivados do benzeno com apenas um substituinte é feita colocando-se o prefixo com o nome de substituinte seguido da palavra benzeno, como nos exemplos a seguir:

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Metilbenzeno Nome comum : TOLUENO

1-metil-etilbenzeno Isopropilbenzeno Nome comum :CUMENO

Etenilbenzeno Vinilbenzeno Nome comum: ESTIRENO

Figura 120

Quando o anel aromático possui dois substituintes, esses são indicados ou por número ou por um prefixo especial: 1,2 ou orto (o); 1,3 ou meta (m); 1,4 ou para(p). Veja:

1,2-dimeti-lbenzeno; o-dimetil-benzeno nome comum: o-xileno

1,3-dimeti-lbenzeno; m-dimetil-benzeno nome comum: m-xileno

1,4dimeti-lbenzeno; p-dimetil-benzeno nome comum: p-xileno

Figura 121

Quando os sistemas aromáticos são substituintes (na presença de outras funções ou quando a cadeia carbônica é a cadeia principal) os grupos aril são nomeados, da mesma forma, com o uso do sufixo “il”. Veja a tabela abaixo e observe que o grupo aril derivado do benzeno é designado fenil e o derivado do tolueno é o benzil:

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AROMÁTICO

NOMENCLATURA

GRUPO ARIL (Ar)

NOMENCLATURA

Benzeno

C6H5‐

FENIL

Tolueno

C6H5CH2‐

BENZIL

Tabela 8: Nomenclatura dos grupos aril

A Figura 122 mostra exemplos desta nomenclatura :

NH2

2-fenil-hept-1-eno

Fenilamina Nome comum: ANILINA

Benzilamina

Figura 122: Exemplos de nomenclatura nas quais os aromáticos são tratados como substituintes

Os compostos aromáticos policíclicos (com mais de um anel fundido) são conhecidos por sua nomenclatura comum:

Naftaleno

Antraceno

F Figura 123

. 83 .

Fenantreno

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Os compostos aromáticos mais simples são obtidos do alcatrão da hulha e do craqueamento do petróleo. São muito utilizados como matérias-primas de polímeros e como tintas e vernizes. O benzeno é matéria-prima importante para a síntese de outros compostos aromáticos (anilina, fenol, etc.), de borracha sintética, tintas, etc. Não deve ser confundido com o que chamamos de benzina, que é uma mistura de hidrocarbonetos. Apesar de muito utilizado, o benzeno é extremamente tóxico. Sua forma hexagonal permite que ele entre nos pares de bases do DNA e cause mutações genéticas. Os riscos com exposição por pouco tempo incluem problemas com o sistema nervoso, com o sistema imunológico e anemia. A longo prazo, com a exposição constante, há perigos de câncer, principalmente leucemia. O tolueno foi isolado pela primeira vez do bálsamo de tolu (pau-de-incenso) e atualmente suas principais fontes de obtenção são carvão e petróleo. É utilizado como matéria-prima para a produção de derivados do benzeno, sacarina, detergentes, entre outros.

Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PHA), principalmente o benzopireno, estão muito associados à poluição (fumaça). É encontrado na fumaça de chaminés, do cigarro, em alimentos defumados e no carvão. A medida de sua concentração no ar é uma das técnicas de medida de

Benzopireno Figura 124

poluição. Assim como o benzeno, causa câncer.

Até agora, nós estudamos os compostos orgânicos que contêm apenas carbono e hidrogênio, bem como os aromáticos que, como você já deve ter percebido, não é uma função orgânica, mas uma propriedade química que pode ser encontrada em compostos orgânicos os mais diversos. Vamos agora aprender um pouco sobre os compostos orgânicos que contêm heteroátomos.

2. Haletos Orgânicos Como o próprio nome já nos diz, haletos de alquila ou arila são compostos orgânicos que possuem um halogênio (X) ligado a um grupo alquila (RX) ou arila (ArX). O grupo funcional (aquela parte da molécula que é responsável por sua reatividade) é a ligação C-X.

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Atualmente, um número enorme de compostos orgânicos halogenados são manufaturados para uso comercial. Já falamos muito do cloreto de vinila, mas não custa lembrar que ele é o monômero para a obtenção do PVC. Você consegue imaginar o mundo de hoje sem o PVC? Em função de aditivos que se adiciona no processo de polimerização, o PVC pode ser rígido ou flexível, brilhante ou opaco, colorido ou não, transparente ou fosco. Com todas essas possibilidades, o PVC é utilizado em vários materiais, tais como: equipamentos médico-cirúrgicos: bolsas de sangue (é o material que melhor conserva o sangue), tubos para hemodiálise, embalagens de medicamentos; materiais de construção: telhas, portas e janelas, pisos, encanamentos; embalagens de alimentos: garrafões de água, de óleo, filmes plásticos para armazenamento. Compostos orgânicos clorados também são muito utilizados como inseticidas. Mas, como está comprovado que eles se acumulam no meio ambiente e são tóxicos, seu uso está cada vez diminuindo mais. O DDT (Dicloro-Difenil-Tricloroetano) e o lindano (usado para matar piolhos e lêndeas) são exemplos de inseticidas desta classe:

Cl Cl

Cl Cl Lindano

DDT

Figura 125

Compostos fluorados também têm importância como polímeros. O Teflon é um polímero fluorado cujo monômero é o tetrafluoroetileno (F2C=CF2) e é muito utilizado em materiais antiaderentes (utensílios de cozinha). Os cloro-fluoro-carbonos (CFC´s), conhecidos por freons, foram até pouco tempo muito utilizados como gases refrigerantes e propelentes de aerossóis. Até o início do século XX, os gases utilizados para fins de refrigeração eram a amônia (NH3), cloreto de metila (CH3Cl) e dióxido de enxofre (SO2), todos tóxicos. Quando, em 1932, descobriu-se os freons, o mundo comemorou. Eles eram inertes e não tóxicos. Rapidamente foram utilizados como gases refrigerantes em geladeiras e ar-condicionados.

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Mas, em 1980, constatou-se que eram os responsáveis pelo buraco de ozônio. Os freons são estáveis e inertes na troposfera, mas ao atingirem a estratosfera reagem com o ozônio, que é o nosso filtro protetor das radiações ultravioletas do sol. Com isso, em 1° de janeiro de 1989 entrou em vigor o chamado Protocolo de Montreal, no qual vários países signatários (inclusive o Brasil) se comprometeram a substituir as substâncias que estavam reagindo com o ozônio. Desde 2003, no Brasil, o CFC-12 (era o mais usado em geladeiras) está sendo substituído pelo R-134 A, sigla do 1,1,1,2tetrafluoretano, que parece não causar danos à camada de ozônio:

Cl F

F F

CFC-12

R-134 A

Figura 126

Os compostos de iodo e bromados são principalmente usados como matérias-primas em sínteses industriais. Um produto natural iodado importante é a tiroxina (Figura 108), hormônio regulador da tiroide, biossintetizado (biossíntese é a obtenção de um produto em organismos vivos) a partir de um aminoácido não iodado. A nossa maior fonte de iodo, importante para essa biossíntese, são os alimentos. Por causa disso, para fornecer iodo ao organismo, no Brasil é obrigatória a adição de iodo ao sal de cozinha. O mar tem surpreendentemente nos fornecido produtos naturais bromados. O bromosferol (Figura 127) foi isolado de uma alga marinha.

NH2 HO I

CO2H

H H

Tiroxina

Hormônio produzido pela tiróide

Bromosferol

Figura 127: Exemplos de compostos halogenados naturais.

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A IUPAC aceita dois sistemas diferenciados para dar nome aos compostos halogenados. O mais usado é aquele que trata os halogênios como substituintes usando-se os termos “fluoro”, “cloro”, “bromo” e “iodo” e dando o nome da mesma forma que fazemos para os hidrocarbonetos:

F Br

CH3Cl Clorometano

2-bromopropano

2-iodo-2-metilbutano

Fluorocicloexano

Figura 128

No outro modo, usa-se os nomes “fluoreto”, “cloreto”, “brometo” e “iodeto” seguido da preposição “de” e o nome do grupo orgânico:

Cl CH3I

CH2Cl2

Iodeto de Metila

Cloreto de sec-propila

Cloreto de metileno

Brometo de benzila

Cloreto de isopropila

Figura 129

Em função do carbono em que está o halogênio, os haletos são classificados em metílicos, primários, secundários ou terciários:

Cl CH3I

Haleto secundário

Haleto metílico

Haleto primário

Haleto terciário

Figura 130

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Você deve ter percebido que, neste texto, muitas vezes usamos o nome comum. São nomes tão consagrados, que fica difícil substituí-los pela nomenclatura IUPAC. O triclorometano, por exemplo, é muito mais conhecido por clorofórmio: CHCl3. O clorofórmio e o cloreto de etila (CH3CH2Cl) já foram muito utilizados como anestésicos gerais. Hoje, devido à sua toxicidade, não são mais usados. Por causa da sensação de torpor e tontura que causam, esses dois compostos são usados como drogas. O cloreto de etila é o constituinte principal do lança perfume. Atualmente, no Brasil, a venda de clorofórmio é controlada pela Polícia Federal (temos que pedir autorização especial para comprar e comprovar para o que usou) e o cloreto de etila é considerado droga ilícita.

3. Alcoóis Alcoóis são compostos orgânicos que possuem uma hidroxila (OH) ligada a um carbono sp3. Quando a gente pensa na palavra álcool, a primeira coisa que passa na cabeça da gente é o álcool etílico, ou seja, o álcool presente nas bebidas alcoólicas. Os efeitos da euforia causada pelo álcool são conhecidos há muitíssimo tempo, e o relato do uso de vinho é visto desde a antiguidade. Provavelmente, a explicação por essa predileção resida no fato dele ser obtido por fermentação de açúcares, um processo químico simples. Mas, vários outros compostos importantes pertencem a essa classe funcional:

O mentol é encontrado em diversas espécies de hortelã. Atualmente, é obtido tanto por extração das plantas, como principalmente por síntese. O mentol se liga na língua a células que induzem, em nível cerebral, à sensação de frio. Por causa desse efeito, é muito utilizado em balas, chicletes, cigarro, pastas de

dentes. Você já experimentou tomar água do filtro (“água quente”) chupando uma bala de menta? Se não, experimente. Parece que a água estava na geladeira!

Mentol

Figura 131

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O colesterol é encontrado nas células de todos os animais. A maior parte desse colesterol é sintetizada no próprio corpo, sendo apenas pequena parte dele adquirido pela alimentação. O colesterol é muito importante para uma série de processos que ocorrem no organismo, mas é mais conhecido pela associação com doenças cardiovasculares. O colesterol é feito principalmente no fígado e precisa sair de lá e ir para outras células do organismo que estejam precisando dele. Para isso, deve ser transportado pelo sangue, que é um meio aquoso. Mas o colesterol é insolúvel em água (lembre-se: apesar de ter uma ligação O-H, polar, a cadeia carbônica dele é muito grande e, então, no final, ele não é uma molécula polar). Por causa disso, se liga a outras moléculas (as chamadas lipoproteínas), que o transportam para todas as células. Essas lipoproteínas é que são de dois tipos: as de baixa densidade (a gente conhece pela sigla do termo em inglês: Low Density Protein: LDL), que parecem ser as responsáveis por levar o colesterol para as artérias; e as de alta densidade (High Density Protein: HDL) que, acredita-se, são as responsáveis por absorver os cristais de colesterol que não foram usados e começam a se depositar nas paredes das artérias. Comumente, a gente fala da LDL como “colesterol ruim” e HDL como “colesterol bom”. Mas, reparem: a molécula do colesterol é a mesma. O que varia são as moléculas que o transportam.

O citronelol é um dos constituintes do óleo de citronela e é um bom

repelente de insetos. As velas e essências com citronela têm sido muito utilizadas para afastar o mosquito da dengue. Citronelol

Figura 132

Para nomenclaturar os alcoóis, determina-se como cadeia principal a cadeia mais longa que contém a hidroxila e numera-se pela extremidade mais próxima que contiver essa função. O sufixo característico da função álcool é “ol”. Quando necessário, indica-se a posição do grupo OH por um número colocado imediatamente antes do sufixo “ol”. Outra forma consiste em usar o nome do grupo alquil correspondente com o sufixo “ico” precedido da palavra álcool. Essas duas formas estão mostradas na Figura 109. Assim como a gente já viu para os haletos orgânicos, os alcoóis são classificados em metílico, primários, secundários ou terciários (Figura 133) em função do carbono que está com a OH.

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OH CH3OH

OH Etanol

Metanol Álcool metílico

Álcool etílico

ÁLCOOL PRIMÁRIO

Propan-2-ol

2-Metilpropan-2-ol

Isopropanol

terc-Butanol Álcool terc-butílico

Álcool isopropílico ÁLCOOL SECUNDÁRIO

ÁLCOOL TERCIÁRIO

Figura 133: Nomenclatura e classificação dos alcoóis

O etanol é utilizado em bebidas alcoólicas, indústria de perfumaria, solventes, soluções para assepsia, etc. No Brasil, é muito utilizado como combustível de motores de explosão (veículos automotores). O principal método nacional de obtenção do etanol é por fermentação da cana-de-açúcar (Esquema 3). Fermentação é um processo de transformar um produto em outro pela ação de microorganismos que, nesse caso, chamamos de fermento. Para a fermentação da cana-de-açúcar, o mais usado é o Sacharomices cerevisae, também conhecido como fermento do pão. O fermento na presença de água transforma a sacarose (“açúcar”) em glicose que, então, é convertida em etanol.

HO OH

C12H22O11 + H2O SACAROSE C6H12O6 GLICOSE

2 C6H12O6 GLICOSE

OH Sacarose (açucar comum)

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Esquema 3: Fermentação da cana-de-açúcar

OH O

2 CH3CH2OH + 2 CO2 ETANOL

OH OH Glicose

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Na década de setenta, o mundo assistiu a chamada “crise do petróleo”, quando a escassez elevou muito o seu preço. Por causa disso, em 1975, o Brasil iniciou o programa “Pró-Álcool” ou “Programa Nacional do Álcool”, que consistiu em incentivos para a substituição dos carros movidos à gasolina por outros que utilizassem álcool etílico como combustível. Esse programa foi bem sucedido até a década de 90, quando o preço do álcool, comparado ao da gasolina, deixou de ser vantajoso. Mas, levou ao desenvolvimento de uma tecnologia nacional espetacular e o Brasil hoje é o maior produtor de álcool combustível. A fabricação de carros “Flex”, que se movimentam com uma mistura de álcool e gasolina pode ser vista como um retorno, de certa forma, desse programa. Atualmente, no Brasil, várias pesquisas estão sendo feitas para a obtenção de etanol a partir da mandioca doce. Esse tubérculo possui um teor de sacarose bem maior que a cana e os resultados dessa pesquisa estão sendo promissores. Talvez, daqui a pouco tempo a gente esteja andando a carros movidos a álcool de mandioca. Em países como os Estados Unidos, onde não há essa disponibilidade de cana, o etanol é obtido a partir do eteno. Bom, a gente acabou de ver (falamos do álcool da mandioca) que a fermentação para a obtenção de álcool não é feita só a partir da cana. As bebidas alcoólicas são obtidas da fermentação de vários substratos. O vinho, por exemplo, é produto de fermentação de uvas. A cerveja, da cevada. A cachaça é da cana mesmo. Agora, independente da sua fonte de obtenção, o etanol é um depressor (torna as respostas mais lentas) do sistema nervoso central. Em doses pequenas, causa sensação de euforia e diminui a nossa capacidade de coordenação motora (diminui nossa capacidade de respostas rápidas, como, por exemplo, se precisarmos frear um carro rapidamente). Em doses maiores, pode levar à morte. O metanol (CH3OH), também conhecido por “álcool de madeira”, pode ser obtido por destilação de madeira (celulose), mas, atualmente, é obtido principalmente a partir do carvão e água (uma mistura que conhecemos por “gás de síntese”) ou por oxidação do metano. O metanol é usado como matériaprima para a produção de outras substâncias (como, por exemplo, o metanaldeído = formol), como combustível de aviões a jato e carros de corrida e, nos Estados Unidos, como aditivo de gasolina. Há alguns anos, quando a nossa produção de etanol não atendia à demanda do mercado, foi usado também aqui como combustível. Mas, por ser muito tóxico, seu uso foi abolido. Atualmente, adquiriu grande importância, pois é utilizado para a produção de biodiesel (vamos ver isso quando estudarmos os ésteres).

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4. Fenóis

Quando a função OH está ligada a carbonos sp2, a reatividade desses compostos é diferente e então não são classificados como alcoóis. Quando o carbono sp2 não é o de um sistema aromático, a gente tem a classe dos enóis, que normalmente são muito instáveis e se transformam rapidamente em aldeídos ou cetonas. Vamos

FENOL

estudá-los quando virmos aquelas funções.

Figura 134

Quando a OH está diretamente ligada a um anel aromático, temos a classe dos fenóis. Os fenóis são muito utilizados como desinfetantes (a creolina é uma mistura de fenóis e cresóis. Os 1, 2 e 3-metil-fenóis recebem o nome comum de cresóis) e como matéria-prima na preparação de resinas e polímeros (a fórmica é uma resina obtida da polimerização do fenol com um aldeído, geralmente formol), da aspirina e outros medicamentos e mais várias coisas. O BHT (Butil-hidroxi-tolueno) e o BHA (Butil-hidroxi-anisol) são antioxidantes (evitam processos de oxidação) muito usados em alimentos para evitar a rancificação de óleos e gorduras.

OCH3 2,6-di-terc-butil-4-metil-fenol

2,6-di-terc-butil-4-metoxi-fenol

BHT

BHA

Figura 135

Na natureza, também encontramos vários compostos fenólicos. Vamos ver alguns: O eugenol é encontrado no cravo-da-índia e na canela. Sabe aquela sensação esquisita que a gente tem quando morde o cravo-da-índia da canjica ou do doce de abóbora? Quem causa isso é exatamente o eugenol. Tem poder antisséptico e anestésico. Devido a esse poder antisséptico, os alimentos que fazem uso do cravo em sua preparação estragam bem mais lentamente. E é por isso que eram tão importantes na época dos grandes descobrimentos (lembram da “busca por especiarias”?), pois como ainda não

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haviam inventado a geladeira, os alimentos estragavam muito rápido. Por causa também dessas propriedades antissépticas e anestésicas é misturado com óxido de zinco para preparar o cimento que o dentista coloca em nossas cáries. Nunca repararam que aquilo tem cheiro e gosto de cravo-da-índia? O tetraidrocanabinol (THC) é outro fenol muito conhecido. É o composto responsável pelas sensações causadas pela maconha. No Brasil, essa droga é ilegal, mas em alguns países é utilizada para diminuir a dor de pacientes terminais (com câncer ou outras doenças). Atualmente, em muitos lugares do mundo, há um movimento para a legalização da maconha. Muitos usuários a consideram uma droga benigna. Além disso, alegam que sua legalização aboliria problemas de tráfico. Mas, o fato é que é difícil a gente saber se os níveis de uso irão aumentar ou permanecerão os mesmos depois da legalização. Além do mais, a maconha não é uma droga tão benéfica e segura assim, pois existem estudos que relacionam seu uso a transtornos mentais, como psicose e esquizofrenia. A maconha altera o funcionamento do sistema nervoso central, podendo modificar o comportamento das pessoas que fazem uso dela. Ela vem de uma erva cujo nome científico é Cannabis sativa, uma planta originária da Ásia, mas que se adapta bem em qualquer ambiente. O THC age no encéfalo e pode gerar problemas de concentração e memória, dificultando o aprendizado e a execução de tarefas como dirigir ou operar máquinas. Seu uso contínuo pode causar alteração da imunidade, redução dos níveis de testosterona (hormônio sexual masculino), depressão, crises de pânico e redução do interesse e motivação para a vida. Ela também pode causar uma hipersensibilidade a estímulos sensoriais e a alterações de percepção de tempo. As doses elevadas causam perturbações da memória, alterações do pensamento, sentimentos de estranheza, alucinações e despersonalização. Os fenóis são nomenclaturados utilizando-se o nome do radical seguido da palavra “fenol”:

OH 2-etil-fenol

o-etil-fenol

p-hidroxi-fenol Nome comum: Hidroquinona

NO2 Cl 4-cloro-3-nitro-fenol

Figura 136

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Alguns nomes comuns dos fenóis foram mantidos pela IUPAC e estão mostrados abaixo:

Figura 137

5. Éteres A função orgânica éter se caracteriza pela presença de um átomo de oxigênio entre duas cadeias orgânicas alifáticas ou aromáticas. Pode ser vista como uma função derivada dos alcoóis e fenóis onde o hidrogênio da hidroxila é substituído por uma cadeia carbônica:

R O R

R-O-Ar

Ar-O-Ar

Figura 138

A maior utilização que os éteres encontram são como solventes para tintas e vernizes. O éter etílico (CH3CH2OCH2CH3) é o que conhecemos comumente como ”éter”. Já foi muito utilizado como anestésico por inalação, mas não usamos mais, pois é muito inflamável e havia sempre o risco de incêndio nas salas cirúrgicas. Atualmente foi substituído por outros como o halotano (1,1,1-trifluoro-2-bromo-2cloroetano). A nomenclatura dos éteres é feita da seguinte forma: a menor cadeia carbônica é tratada como um substituinte e usa-se a terminação “oxi” e o resto obedece às regras gerais vistas até aqui. Quando as duas cadeias são idênticas, podemos usar a nomenclatura: éter + as cadeias com a terminação “ico” (ex: éter etílico).

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Metoximetano Éter metílico

Metoxietano

O 1-Metoxipropano

2-metoxi-propano

O O 1-etoxi-1-metoxicicloexano

4-etoxi-pent-1-eno

2-butoxi-benzeno sec-butoxibenzeno

Figura 139

Os éteres são muito usados como solventes porque são estáveis, isto é, pouco reativos. Mas o éter cíclico de três membros é diferente (são denominados epóxidos). Como para fazer o anel de três temse que “forçar a barra” (os ângulos de um triângulo são bem diferentes dos do tetraedro), a gente diz que o sistema é tensionado. Por causa dessa tensão, ele adora sair reagindo para quebrar o anel. Essa propriedade é explorada e eles são muito utilizados como matéria-prima.

O epóxido mais simples (sem nenhum substituinte no anel) é o que não tem

nenhum substituinte e é conhecido como óxido de etileno. É um gás que mata bactérias e fungos e, por conta disso, é muito usado para a esterilização de

substâncias que não suportariam uma técnica de esterilização que usasse aquecimento. A grande maioria dos materiais médicos é esterilizada com óxido

Figura 140

de etileno.

Mas, como já vimos acima, o principal uso do óxido de etileno é como matéria-prima para a obtenção de outras substâncias, como, por exemplo, o etilenoglicol: HOCH2CH2OH. O etilenoglicol é usado como refrigerante automotivo, anticongelante e, junto com o óxido de etileno, na produção de poliéteres. As resinas epóxi (ex: O Durepoxi® é uma resina epóxi que na hora do uso a gente mistura com um endurecedor: poliamida) são um exemplo de poliéter.

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6. Aldeídos e Cetonas Os aldeídos e cetonas são uma classe de compostos cuja função orgânica é a carbonila: C=O. Nos aldeídos, o grupo funcional está ligado, de um lado, com um grupo alquil ou aril e, do outro, com um hidrogênio. Nas cetonas, os dois lados da carbonila são ligados a cadeias carbônicas:

O R

H O

ALDEÍDOS

O R

CETONAS

Figura 141

Aldeídos e cetonas estão em um equilíbrio (transformação de um composto em outro) com compostos isoméricos que pertencem à função enol (OH ligado a Csp2). Esse equilíbrio é muito lento (ocorre muito devagarzinho). Na maioria dos aldeídos e cetonas, a forma enólica é muito mais instável e então quase não se forma. Por exemplo, quando eu pego uma garrafa de etanal eu tenho 99,9% das moléculas como aldeído (chamamos genericamente de “forma ceto”, o isômero que contém a carbonila) e 0,01% das moléculas como enol (“forma enol” – Esquema 4). Esse equilíbrio é chamado de tautomeria cetoenólica . A gente já viu que um equilíbrio químico é indicado por duas setas. Como a forma ceto é a que tem em bem maior quantidade, a seta voltada para ela deve ser bem maior:

O H

Forma ceto

Forma enol

ETANAL

ETENOL

Esquema 4: Tautomeria ceto-enólica

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6.1. Aldeídos Os aldeídos, assim como as cetonas, são, em termos de quantidade e variedades estruturais, uma das classes de produtos naturais mais abundantes. Muitos deles vaporizam com facilidade e por causa disso são muito utilizados em indústrias de perfumaria. Alguns exemplos de aldeídos naturais são mostrados abaixo: O cinamaldeído é encontrado na casca da canela. Sua principal

aplicação é na indústria alimentícia como flavorizante (substância que

se adiciona aos alimentos e medicamentos para lhes conferir odor e/ou Cinamaldeído

sabor) de sorvetes, balas, chicletes, doces e bebidas. Tem propriedades antifúngicas e por isso também era uma especiaria muito valorizada na época dos grandes descobrimentos.

Figura 142

Como aromatizante, é adicionado a perfumes com aromas doces ou frutado e em cosméticos, especialmente em cremes, sabonetes e loções. É muito usado também em velas e incensos.

O citral, um dos constituintes mais comuns de perfumes com toques cítricos, é, na verdade, uma mistura de dois aldeídos isoméricos: o geranil e o neral. Repare que a diferença entre os dois está na

O H Geranial

estereoquímica da ligação dupla: o geranial é Z, enquanto o neural é H

E. Essa pequena diferença estrutural confere às duas moléculas propriedades olfativas diferentes, já que o geranial possui um forte

O Neral

odor cítrico, que remete ao limão, e o neral tem um odor menos acentuado, porém mais adocicado. Além de seu uso na indústria de perfumaria, essa mistura de aldeídos também é empregada na

Figura 143

indústria alimentícia para reforçar o sabor de limão de balas e outros comestíveis. Um aldeído extremamente importante para nós é o cis-retinal (Figura 36). Quando a luz entra no olho, ela interage com uma substância chamada rodopsina. A rodopsina é uma mistura de uma proteína (escotopsina) e cis-retinal. Essa interação (luz + rodopsina) transforma o cis-retinal em trans-retinal. Essa reação leva apenas alguns trilionésimos de segundo e faz com que a rodopsina se converta em metarodopsina II (“rodopsina ativada”). Esse composto produz impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro e interpretados como luz. Esse é o mecanismo que faz com que a gente enxergue. O cis-

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retinal é formado a partir da vitamina A e é por isso que a falta dessa vitamina causa problemas de visão.

O H

cis-Retinal

trans-Retinal

trans-Retinol Vitamina A

Figura 144: Compostos envolvidos no mecanismo da visão.

A nomenclatura dos aldeídos é feita da mesma forma que para as outras funções, lembrando que a cadeia principal é a que tem a C=O e usa-se o sufixo “al”. Alguns aldeídos tiveram seu nome comum consagrados e a IUPAC aceita o seu uso. Esses nomes estão em azul, na Figura 107. Quando, numa molécula, temos funções como OH, NO2 e NH2, além da C=O, esta é a preferencial para a nomenclatura. As outras funções são nomeadas como substituintes.

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O H

Metanal FORMALDEÍDO

O Propanal PROPIONALDEÍDO

Etanal ACETALDEÍDO

O 2-metil-propanal ISOBUTIRALDEÍDO

O H H

O 4-metil-pent-3-enal

BENZALDEÍDO

4-Hexil-hept-5-inal O

O NH2 O H

NO2 p-nitro-benzaldeido

3-amino-butanal

m-hidroxi-benzaldeído

Figura 145: Nomenclatura de aldeídos

Para aldeídos cíclicos, a IUPAC recomenda considerar o grupo CHO à parte: dá-se o nome do hidrocarboneto correspondente seguido da palavra “carbaldeído”.

Cicloexanocarbaldeído

3-alil-ciclopentanocarbaldeído

Figura 146

Com certeza, o aldeído que a gente mais ouve falar é o “formol”. O formaldeído é um gás. O que a gente conhece por “formol” é uma solução aquosa contendo 37% do gás. Essa solução tem inúmeras aplicações. É usado como preservativo (usamos formol para, por exemplo, embalsamar peças de

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cadáveres), desinfetante (Lysoform®) e antisséptico. Também é usado para fazer seda artificial, tintas, corantes, soluções de ureia (uma mistura de formol com mais ou menos 20% de ureia é muito usada para polimerizações diversas), resinas melamínicas (são plásticos duros - vários utensílios de cozinha, como conchas, são feitos dela; os quadros brancos são outro exemplo de uso dessa resina), vidros, espelhos e explosivos. Pode, ainda, ser usado na confecção de germicidas e pesticidas. O formol, além de gerar soluções explosivas, é tóxico. Em pequenas concentrações pode causar dermatites alérgicas, tosse, perda do tecido capilar, lacrimação e visão embaçada. A exposição constante pode levar até ao câncer no aparelho respiratório. Por causa disso, o uso de escovas progressivas à base de formol foram proibidas no Brasil. Ela fazia mal a quem usa e principalmente ao cabeleireiro, que ficava em exposição constante. Seu uso é permitido em cosmética como conservante e em endurecedor de unhas, mas aí sua concentração é muito pequena. O etanal (mais conhecido como acetaldeído) também é um conhecido seu, embora talvez você não saiba. Quando a gente bebe (álcool etílico) o nosso organismo transforma primeiro o álcool em acetaldeído e depois em ésteres diversos e ácido acético, formas pelas quais são eliminados. Quando a gente bebe em excesso, as enzimas que fazem essa transformação não conseguem realizá-la toda, e aí a gente acaba ficando com o acetaldeído no organismo. Esse aldeído é que causa enjôo, taquicardia, dor de cabeça, tontura...enfim, todos aqueles sintomas que nós chamamos de ressaca. Vai dizer que você nunca viu alguém com acetaldeído no organismo!

6.3. Cetonas Como a gente já comentou, cetonas são uma classe de compostos orgânicos onde o grupo funcional carbonila (C=O) está ligado a duas cadeias carbônicas. Da mesma forma que os aldeídos, estão muito distribuídas na natureza e devido às suas propriedades voláteis são muito usadas em perfumarias. Vamos ver algumas cetonas naturais: A muscona é o principal componente do odor de almíscar (perfumes

de “Musk”) e na natureza é encontrada em cervos almiscareiros (veados encontrados na Ásia). O macho possui uma glândula no abdômen que Muscona

secreta a muscona na época do acasalamento. Antigamente, os perfumes eram feitos a partir do produto extraído do animal. Como é

Figura 147

necessário sacrificar o animal para a remoção dessa glândula e é uma espécie que está em extinção, hoje, a muscona é obtida sinteticamente ou substâncias com odor semelhantes são utilizadas pela indústria de perfumaria.

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Os hormônios sexuais são substâncias produzidas nas gônadas: O

testosterona nos testículos e progesterona e estrógeno nos ovários. H

Durante a infância esses hormônios estão inibidos, tendo sua produção iniciada durante a puberdade. São os responsáveis pelo aparecimento das

O Progesterona

características sexuais secundárias: no homem, surgimento de pelos pelo OH

corpo (face, axila e região pubeana), aumento do tamanho peniano, H

espessamento das cordas vocais, iniciação da espermatogênese (produção de espermatozoide); na mulher, surgimento de pelo no corpo, alargamento do quadril, desenvolvimento dos seios, início do ciclo menstrual e ovogênese.

O Testosterona

Figura 148

A biacetila é formada em vários processos de fermentação (vinho, cerveja) e é

encontrada também em derivados do leite. É um líquido amarelo que tem gosto

e cheiro muito parecidos com o da manteiga. Por conta disso, é adicionada à margarina (para que ela fique parecida com manteiga), biscoitos do tipo “chips”,

Biacetila Figura 149

produtos de confeitarias e na pipoca de micro-ondas.

As cetonas são nomenclaturadas utilizando-se o sufixo “ona”. Quando é necessário indicar a posição da carbonila, o no vem imediatamente antes da terminação “ona”. Outra forma, também aceita pela IUPAC, considera a carbonila o centro da molécula e o nome é dado colocando-se em ordem alfabética os dois grupos ligados à carbonila com o sufixo ilíca. As duas possibilidades estão mostradas na Figura 150. Os nomes triviais, quando existem, estão colocados em azul:

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O Propanona Cetona Dimetílica ACETONA

Butanona Cetona etílica e metílica

Pentan-3-ona Cetona dietílica

Pentan-2-ona Cetona metílica e propílica

O Cetona difenílica BENZOFENONA

Cetona fenílica e etílica ACETOFENONA

2,5-dimetil-hexan-3-ona Cetona isobutílica e isopropílica

O HO

O Butanodiona BIACETILA

O Ciclohexan-1,2-diona

1-hidroxi-pentan-2-ona

Figura 150: Nomenclatura de cetonas

A acetona é usada, principalmente, como solvente de esmaltes, vernizes e tintas. A acetona é muito utilizada para a remoção de esmalte de unha e também como removedor de supercola. Pode ser usada para polimento e limpeza de resinas de fibras de vidro e epóxi. Ela dissolve a maioria dos plásticos e fibras sintéticas. A butanona é produzida em pequenas quantidades por algumas frutas e vegetais. Nas indústrias, tem grande aplicação como solventes e é usada também como denaturador do álcool etílico comercial: substância que se adiciona ao álcool para modificar o seu gosto e assim evitar que seja utilizado como bebida.

7. Ácidos Carboxílicos O grupo funcional presente nos ácidos carboxílicos é a carboxila: COOH. O nome desse grupo funcional é motivo de briga (no bom sentido, ninguém sai trocando socos por causa disso...) porque alguns químicos dizem que é o mesmo grupo dos aldeídos e cetonas (carbonila), só que agora substituída por uma hidroxila. No fundo, tanto faz. Chamar de carbonila ou carboxila não muda em nada as propriedades dos ácidos carboxílicos. Eles são ditos ácidos, porque da mesma forma que os ácidos que você estudou na Química Inorgânica, podem reagir com uma base formando um sal. Abaixo, você pode ver um exemplo disso com o ácido acético:

. 102 .

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Química Orgânica

O OH Ácido acético

+ NaOH

O Na

+ H2O

Hidróxido de sódio

Acetato de sódio

BASE

SAL

ÁCIDO

Figura 151

Que tipos de compostos são produzidos no nosso metabolismo? Nós inalamos oxigênio e exalamos dióxido de carbono, um produto de oxidação dos compostos orgânicos. Os ácidos carboxílicos também são produtos de oxidação e assim são encontrados como produtos de metabolismo de todos os seres vivos. Um exemplo é o do ácido lático. Qualquer tarefa que o nosso corpo faz exige energia. Essa energia é proveniente de uma molécula chamada ATP (trifosfato de adenosina). À medida que o nosso organismo vai realizando suas funções, a ATP é degradada e depois restaurada por outra fonte energética que pode ser, por exemplo, fosfocreatina (uma outra molécula geradora de energia), gorduras ou açúcares. Conforme as necessidades energéticas vão surgindo, o corpo primeiro usa o ATP para supri-las. Quando acaba

OH OH

o ATP, ele usa a fosfocreatina para formar mais ATP. Mas, uma hora também acaba a fosfocreatina e então o nosso organismo escolhe outra fonte para produzir mais ATP. Aí, ele pode usar as gorduras (triglicerídeos)

ou os carboidratos (glicose). Nessa escolha, dois fatores são avaliados: a velocidade de produzir mais ATP e se

Ácido lático

há ou não presença de oxigênio nessa produção. Figura 152

Na presença de oxigênio, o organismo usa as gorduras para obter mais ATP, pois as gorduras geram mais ATP que os carboidratos e sua fonte é quase ilimitada no nosso corpo. No entanto, se em ausência de oxigênio ou se a gente precisar de velocidade para produzir ATP (isto é, se precisarmos que ele seja formado rapidamente), o organismo irá optar pela glicose, que é o que acontece quando estamos fazendo exercícios muito puxados. Esse modo de formação de ATP tem o inconveniente de formar ácido lático. O acúmulo de ácido lático nos músculos é o responsável pela dor no corpo que sentimos depois que a gente forçou a barra na academia.

. 103 .

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Química Orgânica

Quando o oxigênio volta a ficar disponível ou quando diminuímos o ritmo do esforço físico, o NAD+ transforma o ácido lático em ATP. Uma pessoa está com um condicionamento bom (não sente mais dor quando faz exercícios puxados) quando o organismo já se adaptou e forma ácido lático com a mesma velocidade com que o transforma em ATP, e aí ele não se acumula mais nos músculos. Desde antes de Cristo encontra-se relatos do uso da OH

casca do salgueiro para o combate à febre e à dor. Mais tarde, descobriu-se que nessa planta existe a salicilina que, no nosso organismo, se transforma em ácido salicílico, que é quem tem essas propriedades. O chato

OH COOCCH3

COOH

HO OH

AAS

Ácido Salicilico

Salicilina

desse ácido é que ele corrói as paredes do estômago, Figura 153

então a indústria farmacêutica mudou um pouco a estrutura dele, fazendo o ácido acetilsalicílico (AAS, aspirina). Esse último ainda causa o mesmo problema, mas bem menos do que o ácido salicílico.

A nomenclatura dos ácidos carboxílicos é feita usando-se a palavra “ácido” e adicionando-se o sufixo “oico” ao grupo alquil ou aril. Outra forma é adicionar ao nome do grupo alquil (sem substituir o sufixo) a palavra “carboxílico”. Muitos ácidos são muito mais conhecidos pelo seu nome trivial (em azul, na Figura 154):

O OH

OH O

Àcido metanóico Àcido metanocarboxílico ÁCIDO FÓRMICO

Ácido etanóico Àcido etanocarboxílixo ÁCIDO ACÉTICO

Ácido butanóico Ácidobutanocarboxílico ÁCIDO BUTÍRICO O

Ácido pentanóico Ácido pentanocarboxílico ÁCIDO VALÉRICO

O OH O Ácido Propenóico Ácido Propenocarboxílico ÁCIDO ACRÍLICO

Ácido cicloexanóico Ácido cicloexanocarboxílixo

Ácido 2-metil-hexanóico Àcido 2-mwtil-hexanocarboxílico ÁCIDO 2~METIL-CAPRÓICO

H2N

OH OH

O Ácido 2-amino-etanóico Ácido 2-amino-acético GLICINA

Ácido 2-hidroxi-benzóico ÁCIDO SALÍCILICO

Figura 154: Nomenclatura dos ácidos

. 104 .

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O ácido fórmico foi obtido pela primeira vez da maceração de formigas, daí o seu nome. A dor e ardência que a gente sente com a picada de formigas é porque elas injetam esse ácido quando picam. Ele é usado, hoje, na preparação de couros, como fixador de corantes e na coagulação do látex das seringueiras para a obtenção da borracha. O nome do ácido acético vem do latim “acetum”, que quer dizer azedo. O vinagre é uma solução aquosa de ácido acético e é obtido por fermentação do álcool etílico na presença de bactérias. É usado como matéria-prima para a obtenção de várias coisas, inclusive do ácido salicílico. Com o desenvolvimento da indústria química e a necessidade da humanidade de cada vez mais obter novas matérias, o homem precisou criar matérias-primas que fossem muito reativas, isto é, reagissem com muitas coisas e rapidamente. Com isso, duas funções orgânicas foram criadas pelo homem, que não são encontradas na natureza : os haletos de acila (ou de ácido), onde o OH da carboxila foi substituído por um halogênio e os anidridos de ácidos que, como o próprio nome diz, pela união de dois ácidos com perda de água. Esses ácidos podem ser iguais ou não. Estas funções são nomenclaturadas da mesma forma que os ácidos, colocando na frente a palavra correspondente ao haleto (cloreto, iodeto, brometo; não existem fluoretos de acila) e o sufixo “oila” ou anidrido:

O Cl

Cloreto de etanoila Cloreto de acetila

O O

Anidrido etanóico Anidrido acético

Br Brometo de pentanoila

Iodeto de ciclopentanoila

O O

Anidrido butanóico-etanóico

Anidrido butanodióico ANIDRIDO SUCCÍNICO

Figura 155

. 105 .

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8. Ésteres Quando o hidrogênio da carboxila dos ácidos (RCOOH) é substituído por um grupo alifático ou aromático, temos um éster. Os ésteres de baixo peso molecular são líquidos voláteis e muitos são responsáveis pela fragrância e sabor de flores e frutos. Por causa disso, são muito usados como flavorizantes em alimentos e em cosméticos. Veja alguns exemplos: O acetato de isoamila é encontrado em bananas e o produto obtido sinteticamente é muito usado na indústria alimentícia (por exemplo, biscoito de banana) e cosmética. Mas, cuidado! Apesar de

O O

seu cheiro agradável, é um dos compostos liberados pelas abelhas,

Acetato de isoamila

atuando como um feromônio (feromônio são compostos químicos usados para a comunicação entre indivíduos da mesma espécie) de

Figura 156

alerta, que mobiliza as abelhas para se unirem nas ferroadas ao “invasor”, que pode ser você!

Outro éster muito usado na indústria de alimentos é o antranilato

de metila. Ele é o que dá o sabor e odor de uvas a sucos, balas, O

chicletes, etc.

NH2

Antranilato de m etila

Figura 157

Além da utilização como flavorizantes, ésteres também são muito usados como solventes de tintas e vernizes. Vários ésteres são polímeros. A celulose encontrada em madeiras é um polímero de glicose (várias moléculas de glicose ligadas entre si). Um éster da celulose é o acetato de celulose, muito uitlizado para a fabricação de filtros de grande absorção (como o do cigarro) e de tecidos para forros, guarda-chuvas, tapetes e outros produtos. O politereftalato de etileno (PET), outro polímero que é um éster, e não precisaria nem dizer, é muito utilizado para a confecção de garrafas. Muitos medicamentos também são ésteres. Se você reparar bem, o AAS que a gente viu quando estudou a função ácido carboxílico, também é um éster. E olha que coisa interessante: quando o mesmo ácido salicílico faz o éster na carboxila em vez de na hidroxila (caso do AAS), observe que, na Figura 158, temos o salicilato de metila, um anti-inflamatório analgésico, que só deve ser usado por via

. 106 .

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tópica (é tóxico se ingerido em grande quantidade). O AAS não é um produto natural, mas o salicilato de metila é encontrado em bétulas, árvores que não são encontradas no Brasil.

O COOH

Salicilato de metila

O COOH

AAS

Ácido salicilico

Figura 158: Ácido salicílico e seus ésteres derivados: salicilato de metila e AAS

A nomenclatura dos ésteres é feita da seguinte maneira: a cadeia principal é aquela que está ligada a C=O e a designação é feita utilizando-se o sufixo “oato”. A outra cadeia é nomenclaturada usando-se a terminação “ila”:

Propanoato de metila

Etanoato de etila Acetato de etila

Enoato de metila Acetato de metila

O O

O Metanoato de fenila Acetato de fenila

But-2-enoato de sec-propila But-2-enoato de isopropila

Fenolato de etila

O O

Metanoato de benzila Formiato de benzila

2-etenill-cicloexanoato de metila 2-vinil-cicloexanoato de metila

Figura 159

. 107 .

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Lipídeos são substâncias naturais de origem biológica, que são insolúveis em água: óleos, gorduras e ceras são os exemplos mais comuns. Óleos e gorduras são glicerídeos, isto é, são ésteres do glicerol (ou glicerina):

OH OH

Figura 160

Em geral, todas as três hidroxilas do glicerol estão esterificadas (isto é, formaram ésteres) de forma que esses compostos são também conhecidos por triglicerídeos. Chamamos de óleo os triglicerídeos que são líquidos à temperatura ambiente, e de gorduras os triglicerídeos que são sólidos. A Figura 41 mostra um exemplo de um triglicerídeo:

O O

O O O

Figura 161: Um triglicerídeo

Os ésteres podem ser quebrados (em Química a gente usa mais o termo “clivar”) formando o álcool e o ácido correspondente. No caso dos triglicerídeos, os ácidos formados são chamados de ácidos graxos, pois a palavra “graxa” significa gordura:

. 108 .

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O O

OH O

CLIVAGEM

com H2O

O O

GLICEROL

HO HO O

ÁCIDOS GRAXOS

Figura 162

Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos, geralmente com uma longa cadeia carbônica: a cadeia carbônica pode ser saturada (alcânica) ou insaturada. Essa longa cadeia carbônica é que faz com que os óleos e gorduras não sejem solúveis em água. Os ácidos graxos naturais têm número par de carbonos porque sua biossíntese (síntese no organismo) é feita por adição de dois átomos de carbono de cada vez e, quando insaturados, a ligação dupla é sempre cis. Gorduras trans não são naturais. A tabela abaixo mostra exemplos de ácidos graxos. A designação abreviada tem o seguinte significado: o primeiro no indica o no de átomos de carbono, e o no que vem após os dois pontos significa o n° de C=C que tem na cadeia do ácido.O triângulo com um no subscrito diz a posição dessas ligações duplas.

Número de

Nome comum

Nomenclatura IUPAC

carbonos

Exemplos de

abreviada

ocorrência

Butírico

Butanoico

C4:0

Leite, manteiga

Caproico

Hexanoico

C6:0

Leite, manteiga

Láurico

Dodecanoico

C12:0

Óleo de coco

Esteárico

Octadecanoico

C18:0

Sebo animal

Oleico

(9Z)‐Octadecenoico

Δ9 C18:1

Azeite

Linoleico

(9Z,12Z)‐Octadecadienoico

Δ9,12 C18:2

Óleo de algodão, soja, amendoim, milho, girassol

Tabela 9: Exemplos de ácidos graxos.

Designação

. 109 .

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Vocês já devem ter visto em rótulos de alguns alimentos a seguinte frase: contém ω-3 (essa letra grega a gente chama de “ômega”). Essa é uma nomenclatura que se usa apenas para ácidos graxos insaturados, onde o no que aparece depois do ômega se refere à posição da ligação dupla mais afastada da carbonila, mas numerando a cadeia de trás para a frente, isto é, começando a numerar a cadeia pelo extremo do CH3 e não da COOH:

O 9 10 1213 15 16 18 3 5 6 7 1 11 14 17 8 2 4 HO 6 12 1 18 16 14 9 8 7 5 4 3 2 17 15 13 11 10 Numeração omega

Numeração IUPAC

ω-3

ÁCIDO α-LINOLEICO

Figura 163

E para que mais essa complicação? Essa numeração tem importância por questões biológicas, principalmente para os nutricionistas. O corpo humano (aliás, os mamíferos em geral) pode sintetizar quase todos os ácidos graxos de que precisa a partir dos açúcares e outras fontes alimentares. No entanto, não conseguimos fazer os ácidos do tipo ω-3 e nem ω-6. Acontece que precisamos deles para muitas finalidades: precisamos ingeri-los em nossa alimentação porque não somos capazes de fazê-los e nossa saúde depende deles em grau apreciável. Por conta disso, são chamados de ácidos graxos essenciais (em bioquímica, “essencial” significa uma molécula fundamental para a vida, mas que temos de adquirir a partir de alimentos, porque não sintetizamos). Ceras são ésteres de ácidos graxos com alcoóis mono-hidroxílicos (não vem do glicerol) de cadeia longa ou com vários anéis. Na figura abaixo está a estrutura do palmitato de miricila (o no entre parênteses significa quantas vezes o CH2 se repete), o componente principal da cera de abelhas:

O 14 O

29 PALMITATO DE MIRICILA Figura 164

. 110 .

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Os sabões (e sabonetes) são sais (usualmente de sódio) de ácidos graxos. Na maioria das vezes são obtidos por clivagem de triglicerídeos com hidróxido de sódio (NaOH). No interior, ainda tem muita gente que faz sabão de cinzas. Aí, a base é o hidróxido de potássio (KOH), que é o constituinte das cinzas. Assim por exemplo, no sabão de coco temos muito sal:

O Na

Laureato de sódio

Figura 165

Agora, vamos entender como o sabão limpa: Se a gente analisar a estrutura das moléculas do sabão, percebe que é constituída por uma parte hidrofóbica (“que não gosta de água”), a cadeia carbônica, e uma parte hidrofílica, a extremidade polar (COO-Na+). Essa estrutura faz com que essas moléculas em água apresentem a tendência a se agregar, aproximando as cadeias hidrofóbicas umas das outras, excluindo a água desse grupo e deixando os extremos hidrofílicos em contato com a água. Esse arranjo chamamos de micela. A parte hidrofóbica da micela é que retira as sujeiras apolares, e a hidrofílica, as sujeiras polares. Por isso, tomar banho sem sabonete não limpa! A água sozinha não retira gordura! Esses mesmos triglicerídeos de vegetais (no Brasil, estamos testando muito com a mamona) são utilizados para fazer biodiesel. No biodiesel, a parte alcoólica do triglicerídeo (o glicerol) é substituída por um grupo metoxila (OCH3):

O O

OH O

CLIVAGEM

com CH3OH

O O

GLICEROL

MeO +

MeO MeO O

BIODIESEL

Figura 166

. 111 .

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Um outro derivado do glicerol, que também é um éster, é o trinitrato de glicerina. Esse éster foi sintetizado pela primeira vez por Ascario Sobreno, um químico italiano, no século XVIII. O problema é que esse explosivo é um líquido muito sensível e detonava com qualquer movimento, impedindo, inclusive, o seu transporte. Alfred Nobel, químico sueco, descobriu que se ele misturasse o trinitrato de glicerina com um pó inerte (usou terra diatomácea: óxido de silício em pó) ela poderia ser manuseada com facilidade. Estava descoberta a dinamite. A descoberta da dinamite e sua ampla exploração industrial tornaram Alfred Nobel muito rico. Nobel sempre foi um homem generoso, principalmente no que se diz respeito a atividades humanitárias e científicas. Em seu testamento, Nobel deixou a maior parte de sua fortuna para o que veio a ser o mais famoso prêmio internacional de ciências, o prêmio Nobel.

9. Aminas Nossa atmosfera é composta basicamente por 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio. Não precisamos nem falar na importância do oxigênio. Mas, e o nitrogênio? Onde entra nessa história? Ao contrário do oxigênio, que é ele próprio um dos “ingredientes” das oxidações biológicas (que vão originar todos os compostos contendo oxigênio: álcool, éteres, ácidos, etc.) o nitrogênio (N2) em si é relativamente inerte. No entanto, por um processo que a gente conhece por “fixação de nitrogênio” é transformado em amônia (NH3), e daí se transforma em compostos orgânicos nitrogenados. As aminas são substâncias nas quais os hidrogênios da amônia são substituídos por grupos alifáticos ou aromáticos. Em função dessa substituição, as aminas são classificadas em primárias, secundárias ou terciárias. Compostos onde o nitrogênio está com quatro substituintes e, por conta disso, está positivo, são denominados de sais de amônio quaternário:

. 112 .

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É um neurotransmissor (molécula sintetizada e estocada nos neurônios que só é liberada quando esse neurônio é estimulado, isto é, quando vai desen cadear uma ação). Quando o cérebro perde a capacidade de sintetizar a dopamina, temos a doença de Parkinson. Uma superatividade dos neurônios que sintetizam a dopamina gera a esquizofrenia.

NH2 HO OH Dopamina AMINA PRIMÁRIA

N H

Constituinte principal do veneno de cicuta, uma planta de origem européia. O filósofo Sócrates foi morto por envenenamento com esta planta.

Coniina AMINA SECUNDÁRIA

N Trietil-amina

Esta amina tem um cheiro muito desagradável.Éum dos compostos liberados quando um peixe morre e começa a se decompor. Ela realmente tem cheiro de peixe estragado!

AMINA TERCIÁRIA

É um produto sintético utilizado em condicionadores de cabelo e cremes rinse .

Cloreto de cetil-trimetil-amônio SAL DE AMÕNIO QUATERNÁRIO

Figura 167

As aminas e outros compostos nitrogenados estão entre as moléculas orgânicas mais abundantes. Por serem os constituintes de aminoácidos, proteínas e alcaloides são essenciais para a Bioquímica (ciência que estuda a “química da vida”). Muitas, como os neurotransmissores, possuem atividade biológica. Devido à essa gama de efeitos biológicos, são muito utilizadas como medicamentos. Aminoácidos são compostos orgânicos que possuem em sua estrutura uma função amina e uma função ácido carboxílico. Podem ou não ter outras funções além dessas. Abaixo (Figura 168) são mostrados exemplos de α-aminoácidos (para os aminoácidos a gente chama os carbonos vizinhos ao COOH de α

β, γ, δ...) essenciais:

. 113 .

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H2N

α COOH

Glicina

H2N α COOH

H2N α COOH Fenilalanina

Cisteína

Nα H O

Prolina

Figura 168: Exemplos de α-aminoácidos essenciais

Proteínas são polímeros constituídos de vários aminoácidos encadeados por meio de uma ligação peptídica (ligação que ocorre entre a C=O de uma carboxila e o NH de uma amina; é uma ligação amídica: O N H

Figura 169

As proteínas são de importância primordial para os seres vivos e existem em todas as células vivas. Essa importância pode ser avaliada pelo fato de que os ácidos nucleicos (DNA e RNA), responsáveis pela hereditariedade, têm como papel principal a codificação (qual aminoácido vai se ligar com qual) da síntese de proteínas. A hemoglobina (que a gente abrevia como Hb) é uma proteína presente nas células vermelhas do sangue (eritrócitos). É constituída por quatro cadeias de aminoácidos enovelados entre si (no total são quase 600 aminoácidos). Na extremidade de cada uma dessas cadeias, existe um grande anel orgânico heterocíclico constituído por vários ciclos nitrogenados. Esses nitrogênios fazem ligação coordenada com um átomo de ferro e esse sistema cíclico todo é designado grupo “heme” . Com essa coordenação, o ferro fica na forma Fe+2 e então tem capacidade de se ligar ao oxigênio. É dessa maneira que o oxigênio é transportado para todo o nosso organismo. A morte por asfixia com monóxido de carbono acontece porque, na sua presença, o Fe+2 do grupo heme se liga a ele ao invés do oxigênio, ou seja, o oxigênio não é mais transportado para as nossas células.

. 114 .

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Quando ocorre a morte, as várias proteínas animais se decompõem em várias outras substâncias. Duas diaminas são exemplos desses compostos e aparecem em toda carne podre. São as responsáveis pelo cheiro ruim que sentimos. O nome dessas aminas é bastante sugestivo:

H2N

NH2

1,5-diaminapentano

1,4-diaminabutano

Cadaverina

Putrescina

Figura 170

Apesar de nós a associarmos a coisas mortas, a cadaverina é encontrada em pequena quantidade no sêmen e a putrescina no suor e na saliva. Alcaloides são compostos orgânicos nitrogenados, encontrados basicamente em vegetais (pouquíssimos alcaloides são descritos em animais). Um exemplo de alcaloide é a cocaína. A cocaína é extraída das folhas de coca. A folha de coca (cujo consumo através do chá ou se mascando feito chiclete leva apenas à absorção de uma dose minúscula) é usada há mais de 1.200 anos pelos povos nativos da América do Sul, que a mastigavam para ajudar a suportar a fome, a sede e o cansaço. Os incas e outros povos andinos a usaram para facilitar o trabalho em altas atitudes, onde a rarefação do ar torna o trabalho árduo muito mais difícil.

H N Cl

O O O

O Cloridrato de cocaína

Figura 171

. 115 .

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Química Orgânica

A forma com que é vendida como droga é o sal de amônio quaternário, e é muito perigosa, pois é muito mais concentrada que aquela encontrada na folha. A cocaína já foi utilizada como anestésico, mas devido a seus outros tantos efeitos, não é mais utilizada em medicina. Ao atuar ao nível do Sistema Nervoso Central, causa euforia, mas também está comprovado que provoca complicações cardiovasculares e neurológicas graves. Muitas pesquisas mostram a ocorrência de hemorragias cerebrais devido ao abuso da cocaína. Alguns estudos comprovam que seu uso crônico pode acarretar em atrofia cerebral, com consequentes déficits na atenção, concentração, aprendizado e memória visual e verbal. Além disso tudo, a cocaína causa dependência química. Uma outra forma na qual a cocaína é vendida é o crack, cinco vezes mais potente e, lógico, muito mais perigoso. A gente já discutiu as interações intermoleculares e aí consegue entender o porquê. A cocaína é o sal de amônio quaternário, enquanto o crack é a amina terciária. Como o cérebro é protegido por uma barreira lipídica, quem chega mais no cérebro: o cloridrato de cocaína (um sal) ou a molécula sem carga (o crack)? Como muitos neurotransmissores são aminas, medicamentos que atuam no sistema nervoso geralmente também têm essa função na sua estrutura. Um exemplo é a fluoxetina, que a gente conhece mais pelo seu nome comercial: Prozac, um antidepressivo.

F3C

N H Fluoxetina

Figura 172

Para se nomenclaturar as aminas primárias, adiciona-se ao fim do prefixo referente à cadeia carbônica a palavra “amina”. Esse prefixo (nome da cadeia carbônica) pode ter a terminação “il” ou não. Para as aminas secundárias e terciárias, considera-se como cadeia principal aquela que contém o átomo de nitrogênio e o maior no de carbonos. As outras cadeias são designadas com a letra “N” na frente:

. 116 .

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Química Orgânica NH2 NH2

NH2

Metanaimna

Etanamina

Propan-2-amina

Metilamina

Etilamina

Cicloexanamina Cicloexilamina

NH2 NH2 NH2 Benzenoamina Fenilamina ANILINA

2-fenil-etanamina 2-fenil-etilamina Benzilamina

(E)-4-metil-hex-3-en-2-amina

N H

N-etil-N,4-dimetil-hexan-3-amina

N-metil-butan-2-amina

Figura 173

10. Amidas As amidas são os compostos orgânicos que possuem uma carbonila (C=O) diretamente ligada a um nitrogênio. Quando vimos a função amina fomos apresentados às proteínas, cujas ligações peptídicas na realidade são amidas. Da mesma forma que as aminas, são classificadas em primárias, secundárias ou terciárias:

N H

NH 2 Metanamida AMIDA PRIMÁRIA

N-metil-ciloexanamida AMIDA SECUNDÁRIA

N,N-dimetil-formamida AMIDA TERCIÁRIA

Figura 174

. 117 .

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Química Orgânica

As amidas têm aplicações como matérias-primas industriais, medicamentos, fertilizantes e na obtenção de polímeros. As amidas cíclicas recebem a designação especial de lactamas. As penicilinas, por exemplo, possuem um ciclo lactâmico:

H N

HO NH 2

S N

COO

Penilicina-G

Figura 175

As amidas são muito encontradas também na natureza. Embora hoje muitas sejam obtidas por síntese, as próprias penicilinas são produzidas por fungos. A piperina e a chavicina são alcaloides amídicos encontrados na pimenta do reino. Observe que uma é isômera da outra. Parece que a chavicina é a responsável pelo sabor picante da pimenta do reino. Você já comeu pimenta do reino pura? Se fizer, vai reparar que arde bem mais do que

depois que foi cozida nos alimentos. Isso porque, com o aquecimento, a chavicina se converte na

Figura 176

piperina, que é menos picante.

Já a capsaicina está presente na pimenta malagueta. Essa arde muito! Ela é o gás de pimenta, muito usado pela polícia quando quer controlar agitações na rua. Os polímeros de amidas são denominados de nylon. Existem vários tipos de nylon (diversas amidas são usadas como monômeros). São usados na confecção de tênis, guarda-chuvas, “air-bags”, barracas de acampamento, tecidos para vestuário, etc. Cerca de 10% dos materiais usados em um carro hoje são feitos de poliamidas, que tem a vantagem de serem leves; diminuindo o peso do carro, a gente diminui o gasto de combustível.

. 118 .

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Química Orgânica

A nomenclatura das amidas é feita igualzinha a das aminas, mas agora substituindo a palavra “amina” por “amida”:

Figura 177

11. Nitrilas As nitrilas são compostos orgânicos que possuem o grupo funcional ciano (CΞN). A presença de nitrilas na natureza é bem mais rara que o dos outros compostos nitrogenados. Quando existem, normalmente são encontradas na forma de cianoidrinas:

H C N

NITRILA

são compostos onde o grupo CN está em um carbono que também contém uma hidroxila. Quando essa hidroxila pertence a um açúcar, dizemos que é um glicosídeo cianogênico. Esses são compostos tóxicos, pois liberam HCN e existem em muitas plantas.

OH N

CIANOIDRINA

Figura 178

. 119 .

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Química Orgânica CN

Um glicosídeo cianogênico, chamado linamarina, é encontrado na mandioca brava. Ela tem de ser bem cozida antes de consumida (para

degradar esse glicosídeo), pois pode levar à morte. Estima-se que cerca de

OH LINAMARINA

Figura 179

2.500 espécies de vegetais possuem glicosídeos cianogênicos como mecanismo de defesa. Por isso, é comum ocorrer envenenamento de gato e de pessoas por consumir essas plantas ou beber água onde raízes de mandioca brava foram colocadas de molho.

Uma amida sintética muito importante é a acrilonitrila (H2C=CHCN), pois ela é monômero da poliacrilonitrila. A poliacrilonitrila (PAN) é um polímero muito utilizado em fibras têxteis (fibra acrílica), principalmente para a confecção de roupas de inverno. A PAN, quando aquecida acima de 180oC, forma um resíduo preto com alto teor de carbono que é muito utilizada porque é leve e altamente resistente. Esse resíduo é conhecido como fibra de carbono. A nomenclatura das nitrilas é feita como a das amidas: adiciona-se a palavra ”nitrila” depois do nome do hidrocarboneto. Quando a nitrila é um substituinte, usa-se a designação ciano:

COOH CN Etanonitrila

CN Propanonitrila

CN Metil-propanonitrila

CN Ácido m-ciano-benzóico

Figura 180

Bem, acabamos por aqui. Nesse texto, fizemos um breve relato da história da Química Orgânica, discutimos as propriedades do átomo de carbono, a forma como ele se liga para gerar as diversas moléculas orgânicas e as consequências dessas ligações em termos de propriedades químicas.

. 120 .

Sala de Leitura

Química Orgânica

Fomos apresentados também aos principais grupos funcionais (existem muitos outros). Você deve ter reparado que a grande maioria dos compostos tem mais de um grupo funcional em sua estrutura e um pode influenciar no outro. Agora, uma questão para pensar: mesmo “esquecendo” as moléculas orgânicas presentes nos organismos vivos, isto é, pensando naquelas que a tecnologia já criou, e a cada dia surgem mais novidades, você consegue imaginar a sua vida sem Química?

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