MANUAL DO PROFESSOR
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cotidiano e transformações ENSINO MÉDIO COMPONENTE CURRICULAR
QUÍMICA
Dalton Sebastião Franco Graduado em Farmácia - Habilitação farmacêutico-bioquímico pela Sociedade Objetivo de Ensino Superior - Instituto Unificado de Ensino Superior Objetivo de Goiânia - Goiás Licenciatura Plena pela Universidade Católica de Brasília Professor de Química das redes pública e particular de Brasília e Goiás
1ª edição São Paulo - 2016
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MANUAL DO PROFESSOR
fT(j Copyright© Dalton Sebastião Franco, 2016 Diretor ed itorial Gerente editorial Editora Editor assistente Assistente editorial Assessoria
Lau ri Cericato Flávia Renata P. A. Fugita Valquíria Baddini Tronolone Tiago Jonas de Almeida Adriana de Oliveira Pacheco Guilherme Zainotti Miguel Fahur Bottino, Lara Vieira Leite, Mônica Huguenin de Araujo Faria, Paula Feijó de Medeiros. Rodolfo da Silva Campos, Talita Marcília de Oliveira Silva, Tatiana Ferreira de Souza, Ana Luiza Arêas Matos Alves Gerente de produção editorial Mariana Milani Coordenador de produção editorial Marcelo Henrique Fontes Coordenadora de arte Daniela Máximo Projeto gráfico Casa Paulistana Projeto de capa Bruno A ttili Foto de capa Thais Falcão/Olho do Falcão Modelos da capa: Andrei Lopes, Angélica Souza, Beatriz Raielle, Bruna Soares, Bruno Guedes, Caio Freitas, Denis Wiltemburg, Eloá Souza, Jardo Gomes, Karina Farias, Karoline Vicente, Letícia Silva, Lilith Moreira, Maria Eduarda Ferreira, Rafael Souza, Tarik Abdo, Thaís Souza Supervisora de arte Isabel Cristina Corandin Marques Diagramação Adriana M . Nery de Souza, Eduardo Benetorio, Gabriel Basaglia, José Aparecido A. da Silva, Laura Alexandra Pereira, Sara Slovac Savero, Lucas Trevelin Tratamento de imagens Eziquiel Racheti Coordenadora de ilustrações e cartografia Mareia Berne Ilustrações Alex Argozino, Luís Moura, Paulo César Pereira, Studio Caparroz Coordenadora de preparação e revisão Lilian Semenichin Supervisora de preparação e revisão lzabel Cristina Rodrigues Revisão Ana Lúcia Horn, Carolina Manley, Desirée Araújo, Dilma Dias Ratto, Edna Viana, Juliana Rochetto, Jussara R. Gomes, Regina Barrozo, Yara Affonso Coordenador de iconografia e licenciamento de textos Expedito Arantes Supervisora de licenciamento de textos Elaine Bueno Iconografia Mareia Trindade Diretor de operações e produção gráfica Reginaldo Soares Damasceno
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Franco, Dalton Sebastião Química cotidiano e transformações, 3• ano/Dalton Sebastião Franco. - 1. ed. - São Paulo : FTD, 2016. (Coleção Q uímica cotidiano e transformações) Componente curricular: Química. ISBN 978-85-96-00340-7 (aluno) ISBN 978-85-96-00341-4 (professor)
1. Química (Ensino médio) 1. Título. li. Série. 16-03352
CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7
Reprodução proibida: Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados â
Em respeito ao meio ambiente. as folhas deste livro toram produzidas com fibras obtidas de árvores de florestas plantadas. com origem certificada.
EDITORA FTD S.A. Rua Rui Barbosa, 156 - Bela Vista - São Paulo-SP CEP 01326-010 - Tel. (0-XX-11) 3598-6000 Caixa Postal 65149 -CEP da Caixa Postal 01390-970 www.ftd.com.br E-mail: central.alendimento@ftd.oom.br
Impresso no Parque Gráfico da Editora FTD CNPJ 61.186.490/0016-33 Avenida Antonio Bardella, 300 Guarulhos-SP - CEP 07220-020 Tel. (11) 3545-8600 e Fax (11) 2412-5375
Na história da humanidade, a Química sempre se fez presente, proporcionando bem-estar e assegurando meios para o desenvolvimento de tecnologias de última geração, além de permitir, é claro, o controle de qualidade de vários produtos disponíveis no mercado de consumo direto. Podemos afirmar que nunca se produziram tantos materiais e dispositivos que dependem da Química como atualmente. Praticamente tudo o que nos cerca envolve a Química, desde a tinta que imprimiu estas palavras até os nanotubos usados nos microcomputadores. Por isso, precisamos aplicar com sabedoria os conhecimentos químicos para que todos possam vivenciar o que essa ciência proporciona de melhor. Foi pensando nisso que escrevemos este livro para você, caro aluno. Vivemos um momento de grandes mudanças. Aprender Química é estabelecer vínculos com o meio em que vivemos e entender como essa ciência se desenvolveu ao longo do tempo. A abordagem adotada neste livro evidencia a importância da Química e permitirá que você contribua de forma efetiva com a busca de uma sociedade mais justa e ambientalmente sustentável.
Bom estudo!
Abertura dos capítulos Cada capítulo é introduzido por páginas duplas que recorrem a imagens, textos e questões que estimulam a exploracão de conhecimentos prévios, a reflexão, o levantamento de hipóteses, a realização de pesquisas, entre outros. No final da seção de exercícios complementares, há questões que retomam o tema explorado na abertura.
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Esta seção mostra a construção de determinado(s) conceito(s) e/ou apresenta os cientistas envolvidos no contexto do desenvolvimento da Química.
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Nesta seção há atividades práticas, experimentos, por exemplo, que complementam a teoria, auxiliando na aprendizagem.
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São questões relacionadas aos temas tratados no capítulo, extraídas dos vestibulares das principais universidades do país e das provas do Exame Nacional do Ensino Médio. No final desta seção, há sempre uma ou mais questões que retomam o tema explorado na abertura do capítulo.
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Esta seção é constituída por textos, imagens e atividades que exploram a interdisciplinaridade dos conteúdos abordados por meio de questionamentos e debates .
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Química em rede
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Neste boxe, há sugestões que complementam e auxiliam a compreensão dos temas tratados. Os ícones indicam o tipo de sugestão:
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Sugestão
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Exercícios complementares
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Conexões Esta seção apresenta textos e atividades que visam estimular a pesquisa, a reflexão e o protagonismo do aluno sobre conteúdos relacionados com meio ambiente, cidadania, tecnologia e sociedade.
• Capítulo 1 - Introdução à Química Orgânica ....................................................................10 O significado de Quimica Orgânica .................................12
,. Enois.............................................................................................................41 Fe nó is.......................................................................................................41 Éteres....................................................................................................... 44 Aldeídos................................................................................................... 44
O elemento químico carbono e os postulados de Kekulé.........................................................................13
Cetonas ................................................................................................. 46 Ácidos carboxílicos........................................................................ 46
Cadeias carbônicas................................................................................14
Contexto historico..................................................................... 48
Hidrocarbonetos.......................................................................................17
Ésteres....................................................................................................... 49
Alcanos ......................................................................................................17
Funções mistas .................................................................................. 50
Alcenos, alquenos ou olefinas ...........................................19
Compostos nitrogenados..............................................................51
Alcinos ou alquinos .......................................................................21
Am i nas....................................................................................................51
Hidrocarbonetos aromáticos ...............................................21
Amidas ...................................................................................................... 53
Contexto histórico........................................................................ 23
Nitrocompostos............................................................................. 54
Hidrocarbonetos ramificados............................................. 24
Nitrilas....................................................................................................... 54
Combustíveis................................................................................................ 26
Uma aplicação de compostos nitrogenados e oxigenados...................................................... 55
Petróleo .............................................................................................................. 27 As frações do petróleo.............................................................. 29
Compostos halogenados............................................................ 56
Conexões ...................................................................................................33 Exercícios complementares . ..... _ ...... . ... 34
Nomenclatura de compostos halogenados.......... 56
Conexões................................................................................................. 58 Exercícios complementares...........................................59
• Capítulo 2 - Funções orgânicas.................... 36 Compostos oxigenados.................................................................. 38
AIcoois........................................................................................................38 ·~ e , rede ............................................................................ 40
• Capítulo 3 - Propriedades físicas dos compostos orgânicos...................................... 62 Polaridade e eletronegatividade........................................ 64
Solubilidade dos compostos orgânicos........................................................................................................... 65
Isomeria espacial.................................................................................... 88
Interações dipolo induzido-dipolo induzido ...... 65
Isomeria óptica............... .·-····················· ··-····················· ··-·· ······ 93 Atividade prática............................................................................ 96
Interações dipolo permanente-dipolo permanente ......................................................................................... 66 ligações de hidrogênio............................................................ 67 Química em rede ............................................................................ 69
Isomeria geométrica ................................................................... 88
Contexto histórico...... ..-····················· ··-····················· ··-······· 100
Conexões ................................................................................................ 102 Exercícios complementares ........ ··-·· ···· .... 104
Temperatura de fusão e ebulição.......................................71 Influência da massa molar..................................................... 72
• Capítulo 5 - Reações de substituição, adição e eliminação...........106
Influência da cadeia .................................................................... 72
Introdução às reações orgânicas...................................... 108
Conexões................................................................................................... 74 Exercícios complementares ............................................76
Classificação das reações ......................................................108
Influência das forças intermoleculares......................71
Classificação dos mecanismos.......-························-······· 108
Reações de substituição.·-························-························-·······109
• Capítulo 4 - Isomeria ....................................................... 00
Halogenação Radicalar dos Alcanos.......................... 109 Substituição em compostos aromáticos . ··-··· ·· 111
A descoberta da isomeria............................................................02
Química em rede . ..... ··-··············· ··-············· ··-··· ··· 115
Isomeria constitucional (ou plana).................................. 02
Reações de adição e eliminação.....-························-······· 11 6
Isomeria de função ....................................................................... 83
Hidrogenação catalítica e desidrogenação........ 117
Isomeria de cadeia ........................................................................ 84
Halogenação..................... .·-····················· ··-····················· ··-······· 11 8
Isomeria de posição ..................................................................... 85
Ad ição e eliminação de HX................................................ 11 8
Isomeria de compensação ou metameria .............. 86
Hidratação e desidratação..............·-························-······· 120
Isomeria constitucional dinâmica ou tautomeria ................................................................................... 86
Conexões ..................................................................·-··························· 122 Exercícios complementares_ .......... . . . .. ..... 124
• Capítulo 6 - Outras reações organ1cas............................................................................................. 128 A
Polímeros de adição.......................................................................... 154
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Polietileno (PE)........ ·-··········· ·-··········· ·-· .. 154 Policloreto de vinila (PVC) ................................................... 154
Reações de oxirredução de compostos orgânicos.......................................................................130
Polipropileno (PP) .. ··-····· ........ ··-····· ....... ··-· .. 155
Oxidação de álcoois ................................................................... 131
Poliestireno (PS)............................................................................. 155
Oxidação de alcenos ................................................................. 132
Po Iitetrafl uoroeti leno (PTFE)... ··-······ .. ..... ··-··· ... 155
Redução de compostos orgânicos a álcoois................................................................................................. 134
Poli-isopreno (IR) ..........................................................................156
Comportamento ácido-base dos compostos orgânicos....................................................................... 136 Acidez de compostos orgânicos..................................... 136 Química em rede .......................................................................... 138 Basicidade de aminas ............................................................... 138 Sais orgãnicos....-............................................................................. 139
Esterificação................................................................................................ 141 Ésteres de ácidos graxos........................................................ 141 Contexto histórico...................................................................... 144 Transesterificação e produção de biodiesel ................................................................................................ 144
Conexões................................................................................................146 Exercícios complementares ......................................... 14 8
Contexto histórico...... .·-····················· ··-····················· ··-······· 157 Atividade prática..........................................................................158
Copolímeros................................ ·-····················· ·-····················· ·-· ····160 Polímeros de condensação ....................................................... 161 Poliéster................................. ··-····················· ··-····················· ··-·· ···· 161 Poliamidas ...........................................................................................162 Baquelite ······························ ··-····················· ··-····················· ··-······· 163 Silicone....................................................................................................164
Reciclagem de plásticos .·-··········· ·-··········· ·-· ... 164
Conexões ................................................................................................ 166 Exercícios complementares ......... ·-·· .... ...... 168
• Capítulo 8 - Noções de Bioquímica............................................................................................110
• Capítulo 7 - Polímeros ................................................. 150
A Química da vida ...............................................................................112
A origem dos polímeros .............................................................. 152
Lipídios...............................................................................................................112
Classificação dos Polímeros................................................ 153
Gorduras insaturadas e saturadas ......................-....... 172
Carboidratos............................................................................................... 175
Emissão Beta ..................................................................................... 197
Mono e dissacarídeos............................................................... 175
Emissão Gama....................·-························-························-······· 198
Fermentação alcoólica ............................................................ 176
Leis das emissões radioativas...............................................198
Química em rede .......................................................................... 177
Aminoácidos ............................................................................................... 11s Am inoácidos essenciais e - essenc1a1s . . ................................................................................... 180 nao
Ligação peptídica ......................................................................... 180
Nucleotídeos............................................................................................... 181 Polímeros naturais .............................................................................. 183 Polissacarídeos ................................................................................ 183 Proteínas............................................................................................... 184 Atividade prátíca.......................................................................... 185 Ácidos desoxírribonucleico (DNA) e ríbonucleico (RNA) ................................................................. 186
Conexões................................................................................................ 188 Exercícios complementares......................................... 190 ~
Estabilidade nuclear ..... ·-··········· ·-··········· ·-· ... 199 Decaimentos radioativos ...................................................... 200
- art1ºfº1c1a1s • . ........................·-························-·······202 Transmutaçoes Fissão nuclear............................................................................................202 Projeto Manhattan..... .·-····················· ··-····················· ··-·······203 Reator Nuclear ................................................................................ 206
Fusão nuclear............................. .·-····················· ··-····················· ··-·······213 Aceleradores de partículas .................................................213
Aplicações da radioatividade............·-························-······· 214 Radioisótopos ou traçadores radioativos ............. 214 Radiação ionizante e gamagrafia......................·-······· 215 Datação por carbono-14....................·-························-·······215
Conexões . ...... .. ....
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Exercícios complementares ... ...... ·-·· .... ...... 219
Capítulo 9 - Radioatividade..............................192
Apêndice ..................................................................................................221
Origem dos estudos sobre a radioatividade ..... 194
Referências bibliográficas._........................-.......223
Contexto histôrico...................................................................... 196
As emissões nucleares ................................................................... 197 Emissão Alfa ...................................................................................... 197
Sugestões para pesquisa e leitura ..... 223 Lista de siglas...................·-························-························-·······224
[...)
Montanha de lixo Um aterro pode atingir até 100 metros de altura 1. O aterro começa com a escavação de um grande buraco. Mas, antes disso, o solo é perfurado atê o lençol freático para verificar se não ê arenoso demais e calcular o limite da escavação: o fundo não pode ficar a menos de 2 metros do lençol 2. Tratores compactam a terra do fundo do buraco. Sobre o solo compactado ê colocada uma espécie de manta de polietileno de alta densidade e, sobre ela, uma camada de pedra britada, por onde passam os líquidos e gases liberados pelo lixo. A cada 5 metros de lixo ê feita uma camada de impermeabilização. 3. Para drenar o percolado {líquido que sai do lixo misturado à água da chuva) a cada 20 metros são instaladas calhas de concreto, que levam a mistura[ ... ) até a lagoa de acumulação. 4. Para evitar que alguém jogue lixo clandestinamente ou que algum desavisado entre no aterro, a área ê toda cercada. Em São Paulo, por exemplo, ê obrigatório criar um cinturão verde de pelo menos 50 metros de largura ao redor do aterro, com vegetação nativa. 5. O lixo solta gases, que são captados por uma rede de tubos verticais cheios de furinhos. Por esses canos, os gases sobem e chegam à superfície do aterro. Alguns gases são recolhidos em tambores e outros são liberados na atmosfera - o metano, em contato com o ar, pega fogo. 6. Engenheiros calculam que cada metro cúbico de lixo pesa cerca de 0,6 tonelada. Cada camada do aterro tem 5 metros de altura: 4 metros de lixo e 1 metro de terra, brita e a manta de polietileno. Em cidades pequenas, o limite é de três camadas, mas nas metrópoles elas chegam a 20. 7. O percolado, aquele líquido que escorre da montanha de lixo, ê tratado no próprio aterro e lançado no esgoto ou, como acontece em São Paulo, ê recolhido em um "piscinão" e transportado em caminhões para uma estação de tratamento de esgoto. 8. Balanças parecidas com aquelas que vemos nas estradas controlam a quantidade de lixo que chega ao aterro em cada caminhão. Caminhões coletores como os que vemos nas ruas carregam de 7 a 9 toneladas, mas há carretas capazes de levar atê 40 toneladas por viagem. 9. Esta ê a área responsável por coordenar e monitorar as atividades do aterro. É a qui também que se avalia se já é hora de encerrar as atividades do aterro e encomendar a construção de um novo. 10. Quando o aterro esgota sua capacidade, ê preciso fechá-lo. A maior parte deles dá origem a áreas verdes de conservação. Como o gás e o percolado continuam sendo gerados por pelo menos 15 anos, não se recomenda que o terreno seja usado para construções. MIZUTA, E. Como é construído um aterro sanitário? Mundo Estranho, São Paulo, Edição 61, mar. 2007. Disponível em: <http://mundoestranho.abril.eom.br/materia/como-~construido-um-aterro-sanitario>. Acesso em: 26 maio 2016.
• O que é biogás e como ele pode ser utilizado?
O significado de Química Orgânica No final do século XVIII e início do XIX a Química Orgânica se estabeleceu como a ciência que estudava compostos extraídos dos organismos vivos. Nesse período, a teoria da força vital constituía a corrente de pensamento em voga. Segundo essa teoria, também chamada de "vitalismo", a síntese de compostos orgânicos ocorria por ação de uma força associada à vida, ou seja, esses compostos nunca poderiam ser sintetizados em laboratório a partir de compostos inorgânicos. Em 1828, o cientista alemão Friedrich Wõhler (1800-1882), discípulo do defensor do vitalismo Jõns Jacob Berzelius (1779-1848), sintetizou uma substância orgânica, a partir de um composto inorgânico, abalando portanto os fundamentos da teoria da força vital. Experimentos realizados por outros químicos se seguiram a esse, contribuindo para a decadência do vitalismo. Atualmente define-se a Química Orgânica como o ramo que estuda a estrutura, as propriedades, a composição e as reações de compostos que contêm o elemento carbono. Embora nem todas as substâncias que contêm carbono em sua composição possam ser chamadas de orgânicas, a maioria das quase 1O milhões de substâncias desse elemento pertence a essa classe de compostos. Lidamos com compostos orgânicos o tempo todo no nosso dia a dia. Eles estão nos seres vivos, constituem nossos alimentos e armazenam a informação genética da vida. (É importante frisar que "comida orgânica" não é uma comida feita de compostos orgânicos; todo alimento é constituído de compostos orgânicos. Esse termo significa que o alimento foi produzido sem o uso de pesticidas e fertilizantes sintéticos.) Estão também em nossas roupas de fibras sintéticas ou naturais, nas peças de um computador, no papel usado nos livros, em um aparelho de celular e nos combustíveis. São as reações orgânicas que garantem o desenvolvimento e a manutenção dos seres vivos e que fornecem a energia necessária para que possamos movimentar nossos membros e exercer atividades intelectuais. São elas que a indústria farmacêutica emprega para a fabricação de medicamentos que podem aumentar nossa expectativa de vida.
Figura 1. Micrografia de fibra sintética (náilon) usada na fabricação de roupas. cordas etc. O náilon é sintetizado a partir de compostos orgânicos. Aumento aproximado de 150 vezes e colorida artificialmente.
12
Capítulo 1
O elemento químico carbono e os postulados de Kekulé O carbono é capaz de formar longas cadeias fazendo ligações entre si. Essa propriedade explica o fato de existirem tantas substâncias diferentes contendo carbono. Em 1858, o cientista considerado por muitos o pai da Química Orgânica como a conhecemos atualmente, Friedrich August Kekulé (1829-1896), desenvolveu, em uma publicação extensa, alguns postulados a respeito de como o átomo de carbono apresenta-se nos compostos orgânicos. Esses postulados foram fundamentais para o entendimento de como são formadas as cadeias carbônicas - que veremos mais adiante - e, consequentemente, os compostos orgânicos. De acordo com Kekulé: •
O carbono é tetravalente, ou seja, tem quatro elétrons na camada de valência e é capaz de formar quatro ligações covalentes. A seguir, temos a representação das possíveis formas de ligação. 1
e /
1 '-.
4 ligações simples
•
"e = /
-- ( -2 ligações duplas
2 ligações simples
1 ligação simples
1 ligação dupla
1 ligação tripla
Quando o átomo de carbono realiza quatro ligações simples, elas são equivalentes entre si. Observe no exemplo a seguir que, independentemente da posição em que o átomo de hidrogênio se encontra, o composto representado é o mesmo, o triclorometano.
CC
H
1
1
e
cc
CC CC
CC
1
1
e l'cc CC,,...H
e
/ 1"-
e.e
/ 1"-
cc e.e H
e ,,...l'cc H CC
A disposição espacial das ligações nos compostos orgânicos foi proposta alguns anos depois, em 1874, por Joseph Achille Le Bel (1847-1930) e Jacobus Henricus van't Hoff (1852-1911 ). De acordo com esses cientistas, quando um átomo de carbono forma quatro ligações simples, a disposição espacial dessas ligações é tal que é como se o átomo de carbono ocupasse o centro de um tetraedro regular, e os átomos ligados a ele, os vértices. Chamamos essa disposição de arranjo tetraédrico. H '" ,, ' ' "' ' '' ' ' ' ' '' ' ' ,,' '' ' ' ,' ' '' '• ,, ' ' '' ' '
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H ' - - - - - - - - - -· ·
-- -- .... - - -
/ //
H \
,'
--H
Figura 2. Diferentes maneiras de representar espacialmente a molécula de metano (CHJ. Observa-se, em (a), a disposição das ligações simples apontando para os vértices do tetraedro. Em (b). vê-se uma simplificação dessa representação, na qual o traço cheio indica que a ligação entre o hidrogênio 1 e o carbono aponta para fora do plano da folha de papel (aproximando-se do leitor). Já a linha tracejada indica que a ligação entre o hidrogênio 4 e o carbono aponta para dentro do plano da folha de papel (afastando-se do leitor). Introdução à Química Orgânica
13
Cadeias carbônicas ~
Como vimos, os compostos orgânicos são f ormados fundamenta lmente por átomos do elemento carbono, que constituem a estrut ura que chamamos de principal. Essa estrutura é denominada cadeia carbônica . Sabemos ta mbém que átomos de outros elementos químicos, diferentes de carbono e hidrogênio, podem fazer parte de moléculas orgânicas. Eles são denominados heteroátomos e podem estar tanto na estrutura principal entre dois átomos de carbono como fora dela . No primeiro caso, considera-se que f azem parte da cadeia carbônica principal. Existem diversas maneiras de representar uma cadeia carbônica. As principais são a fórmula estrutural plana, a fórmu la estrutural condensada, a fórmula est rutural em linha (ou bastão), o modelo de varetas e esferas e o modelo de preenchimento (Figura 3).
H
H
H
H
1
1
1
1
H - C- C-C-C-H 1
1
1
1
H
H
H
H
fórmula estrutural plana
fórmula estrutural condensada
fórmula estrutural em linha (ou bastão)
modelo de varetas e esferas modelo de preenchimento Figura 3. Algumas formas de representar um composto orgânico. Como exemplo, temos o butano. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
e
carbono primário
•
carbono secundário
e e
carbono terciário carbono quaternário
Figura 4. Representação esquemática de átomos de carbono primário, secundário, terciário e quaternário em uma cadeia carbônica. (Imagem com cores ilustrativas.)
14
Capírulo 1
Em fórmu las estruturais condensadas. podemos simplificar quando há repetições do grupo CH 2 colocando-o entre parênteses e acrescentando um índi ce que indique a quantidade de repetições que ocorrem sem int errupções. Por exemplo, a fórmula estrutural condensada CH 3 CH 2CH 2CH 3 pode ser si mplificada como CH 3 (CH} 2 CH 3 . Um átomo de carbono em uma ca deia carbônica é classificado com base na quantidade de átomos de carbono com os quais ele está ligado. O carbono é primário quando se liga a nenhum ou a apenas um átomo de carbono; secundário quando se liga a dois átomos de carbono; terciário quando se liga a t rês átomos de carbono; e quaternário quando se liga a quatro átomos de carbono. Na representação ao lado, encontramos átomos de carbono primário, secundário, terciário e quaternário . Trata-se de uma representação simplificada de uma molécula, pois não são mostradas todas as ligações feitas pelos átomos de carbono. As cadeias carbônicas podem ser classificadas de acordo com alguns critérios que estão dispostos de forma simplificada na Tabela 1.
Tabela 1. Classificação das cadeias carbônicas Critérios
Classificações
Exemplos
Cadeias saturadas Apresentam somente ligações simples entre carbonos ao longo da cadeia carbônica.
H
H
1
1
H - C - C -H 1
1
H
H
Quanto à saturação H H I \ C=C \ / H H
Cadeias insaturadas Apresentam pelo menos uma ligação dupla ou tripla entre carbonos ao longo da cadeia carbônica.
Cadeias ramificadas Apresentam pelo menos uma ramificação, ou seja, outros átomos de carbono fora da cadeia principal, ao longo da cadeia carbônica (ou mais de duas extremidades).
H
H
1
1
1
H- C - C - C -H 1
Quanto à disposição dos átomos de carbono Cadeias não ramificadas Não apresentam ramificações ao longo da cadeia carbônica.
1
1
H
CH 3 H
H
H
H
1
1
1
H- C - C - C -H
Cadeias homogêneas Formadas exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio.
1
1
1
H
H
H
H
H
1
1
H - C - C- H
Quanto à presença de heteroátomo Cadeias heterogêneas Formadas por pelo menos um heteroátomo, que deve estar entre átomos de carbono.
1
1
H
H
H
H
1
1
H- C - 0 - C -H
Cadeias abertas (acíclicas) Apresentam extremidades, os átomos de carbono não formam ciclos. Quanto à presença de ciclos
H
1
1
H
H
Todos os compostos acima têm cadeias abertas.
Cadeias fechadas {cíclicas) Não apresentam extremidades, os átomos de carbono formam um ou mais ciclos. Obs.: Uma cadeia fechada com ramificação (ou seja, com pelo menos um carbono fora do ciclo) é chamada de mista.
H
H
1
1
H- C - C -H 1
1
H- C - C -H 1
1
H
H
H H \/ H H c H~c,.,. '-cLH 1 1 H/C'- ,.,.C\H c /\ H H H H
Cadeias alifáticas Cadeias abertas ou fechadas (nesse caso, chamadas alicíclicas) que não contêm grupos (anéis) aromáticos em sua estrutura.
Quanto à aromaticidade*
H 1
H,
Cadeias aromáticas Contêm grupos (anéis) aromáticos em sua estrutura.
c
_....C "'- _....H "'c
li
H
1
c c _.... ' c ~ '
H
1
H • A aromatiàdade é uma propriedade muito importante dos compostos orgânicos e será estudada mais adiante neste capítulo.
Introdução à Química Orgân ica
15
Professor. as respostas completas das atividades desse livro estão no guia de resol!!Çôes em Orientações para o professor.
1. (UFMG) A estrutura dos compostos orgânicos pode ser representada de diferentes modos. Analise estas quatro fórmulas estruturais:
constituintes desse óleo é a oleína, cuja estrutura química está representada a seguir.
o H
OH oleína
Professor, nessa estrutura a inter· secção entre as ,etas indica que há um átomo de carbono.
OH ~c"-cH - b - H HC/ 3
OH
1
H
O número de átomos de carbono na estrutura da oleína é igual a a) 16.
d)20.
@ 18.
e) 17.
c) 19.
4. (UFRGS-RS) O limoneno é um composto orgânico natural existente na casca do limão e da laranja. Sua molécula está representada abaixo.
A partir dessa análise, é correto afirmar que o número de compostos diferentes representados nesse . , conJunto e
@ l.
c) 3.
b) 2.
d)4.
4 '-'::::: 5 3
2
2. (PUC-RJ) A seguir está representada a estrutura do ácido fumárico.
1~
Sobre essa molécula, é correto afirmar que ela:
o HO
a) é aromática.
OH
o
b) apresenta fórmula molecular C10H1s@ possui cadeia carbônica insaturada, mista e homogênea. d) apresenta 2 carbonos quaternários.
A respeito desse ácido, é correto afirmar que ele possui: a) somente átomos de carbono secundários e cadeia carbônica normal. b) átomos de carbono primários e secundários, e cadeia carbônica ramificada. @ átomos de carbono primários e secundários, e cadeia carbônica insaturada.
e) possui somente 2 ligações duplas e 8 ligações simples. 5. (PUC-RJ) Um grupo de compostos, denominados ácidos graxos, constitui a mais importante fonte de energia na dieta do homem. Um exemplo destes é o ácido linoleico, presente no leite humano. A sua fórmula estrutural simplificada é:
d) átomos de carbono primários e terciários, e cadeia carbônica saturada. e) átomos de carbono primários e terciários, e cadeia carbônica ramificada. 3. (UEA-AM) O óleo da amêndoa da andiroba, árvore de grande porte encontrada na região da Floresta Amazônica, tem aplicações medicinais como antisséptico, cicatrizante e anti-inflamatório. Um dos principais
16
Capítulo 1
Sua cadeia carbônica é classificada como: a) Aberta, normal, saturada e homogênea; b) Aberta, normal, insaturada e heterogênea; c) Aberta, ramificada, insaturada e heterogênea; d)Aberta, ramificada, saturada e homogênea; @ Aberta, normal, insaturada e homogênea.
Hidrocarbonetos
-
Uma vez que os compostos orgânicos são muito numerosos, seu estudo é convenientemente dividido em classes chamadas de funções orgânicas. As funções orgânicas (também denominadas funções químicas ou classes funcionais) são grupos de substâncias que apresentam semelhanças na estrutura e, consequentemente, nas propriedades químicas. O que as identifica são os tipos e a disposição dos átomos nas estruturas das moléculas. Uma das classes fundamentais de compostos engloba substâncias extraídas principalmente de rochas betuminosas, de resinas vegetais e do petróleo. Trata-se dos compostos pertencentes à função orgânica hidrocarboneto. Os hidrocarbonetos são formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio. De modo geral, apresentam baixo ponto de fusão e ebulição, baixa solubilidade em água e sofrem decomposição quando submetidos a temperaturas entre 450 ºC e 500 ºC. Para facilitar seu estudo, podemos dividi-los nos seguintes subgrupos: alcanos (ou parafinas), alcenos (alquenos ou olefinas), alcinos (ou alquinos), alcadienos (ou dienos), alcanos cíclicos (cicloalcanos ou ciclanos), alcenos cíclicos (cicloalcenos ou ciclenos) e aromáticos.
~ Alcanos Nos alcanos (antes também denominados parafinas) os átomos de carbono estão unidos por ligações simples. 1
1
1
1
- c- cPode-se estabelecer uma relação entre o número de carbonos e o número de hidrogênios em um alcano. Todo composto classificado como alcano terá a fórmula geral C0H20 + 2, em que n é igual ao número de átomos de carbono. Por exemplo, CH 4, C2H6, C3 H8 , C4 H10 são todos alcanos e obedecem à fórmula geral C0H20+ 2. CH 4
C2H6
C3 H8
H
H H
H H H
1
H- C- H
1
1
H- C- C- H
1
1
1
H
H H
1
1
C4H10 1
H- C- C- C- H 1
1
1
H H H
H H H 1
1
1
H 1
H- C- C- C- C- H 1
1
1
1
H H H H
CnH2n+ 2 O órgão que regulamenta as regras de nomenclatura é a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). Segundo a IUPAC, o nome de um hidrocarboneto não ramificado deve ser estabelecido de acordo com um prefixo, um infixo e um sufixo. Essas regras devem ser aplicadas com base na estrutura representativa das moléculas; portanto, existirão casos de nomenclatura puramente teóricos, com base em estruturas que não existem ou ainda não foram isoladas e identificadas. •
O prefixo refere-se ao número de átomos de carbono; tem origem no latim, exceto para os quatro hidrocarbonetos de cadeia mais curta (com um, dois, três e quatro carbonos), que têm origem no grego.
•
Os infixos referem-se ao tipo de ligação que ocorre entre átomos de carbono. Para os alcanos, usa-se an.
•
O sufixo faz referência à função. No caso da função hidrocarboneto, todos os subgrupos têm o sufixo o . Introdução à Química Orgânica
17
Na Tabela 2, temos alguns exemplos de alcanos e seus respectivos nomes. Tabela 2. Nomenclatura de alguns alcanos Número de Fórmula Prefixo carbonos molecular 1
CH4
met
2
C2H6
et
3
C3Hs
prop
4
C4 H10
but
5
CsH,2
pent
6
C6H1•
hex
7
C1H,6
hept
8
CsH,s
oct
9
C9H20
non
10
C10H22
dec
$ ] ~ " ~
f m
Figura 5. O material que os surfistas utilizam em suas pranchas como antiderrapante é principalmente o hidrocarboneto tetracontano, um alcano com cadeia de 40 carbonos (Ci0 H82). Esse composto é conheciao como parafina, nome usado antigamente para designar o subgrupo alcanos. ~ ~
E,
~
"'~ j
'ª Figura 6. Tanque de GNV instalado no porta-malas de um veículo de passe10.
18
Capítulo 1
Fórmula estrutural
(IUPAC) metano
CH 4 H3C -
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves que, à temperatura ambiente e à pressão atmosférica, permanece no estado gasoso.
Nome oficial
H3C H3C H3C H3C H3 C H3C H3C H3C -
CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH2 -
CH2-
CH 2-
CH2 - CH 2-
CH 2-
CH2 -
CH 2-
heptano
CH 3
CH2-
CH 2-
CH 2-
hexano
CH3
CH 2-
CH 2-
CH 2-
pentano
CH 3
CH 2-
CH 2-
CH 2-
butano
CH 3
CH 2-
CH 2-
CH 2-
propano
CH 3
CH2 - CH 2-
CH 2-
CH 2-
CH2 -
CH2-
etano
CH 3
CH 2-
CH2-
octano
CH 3 CH 3
CH 2-
CH 3
nonano decano
O metano (CH 4), um dos gases liberados pelos resíduos orgânicos depositados nos aterros sanitários, como vimos no texto de abertura deste capítulo, é o menor dos alcanos. Trata-se também do componente principal do gás natural, que pode conter pequenas quantidades de etano, dióxido de carbono e nitrogênio. O gás natural é um combustível que apresenta alto poder calorífico, sendo, por isso, bastante utilizado na indústria e no abastecimento doméstico. Em algumas regiões do país, também é utilizado como combustível em carros. Nessa aplicação, ele é chamado de gás natural veicular (GNV), e a Agência Nacional do Petróleo (ANP) determina que ele tenha, no mínimo, 87% de metano. O GNV é amplamente empregado em frotas de táxi, por ser mais econômico que a gasolina ou o álcool (etanol). Os carros adaptados para receber o GNV têm um tanque, geralmente posicionado no porta-malas, onde ele é armazenado sob alta pressão. Além de econômico, o GNV também é ecologicamente mais adequado por não conter enxofre e por apresentar uma queima mais limpa em relação aos combustíveis líquidos. Já o gás liquefeito de petróleo - GLP - consiste em uma mistura dos hidrocarbonetos propano e butano, que são inodoros e mais densos que o ar. Esses compostos são separados no início do processo de destilação do petróleo. O GLP é acondicionado em botijões ou tanques, e seu comércio, regulamentado pela ANP. O uso do GLP está bastante difundido atualmente como combustível doméstico e industrial. Aos botijões do- Figura 7. A queima de combustíveis como o mésticos são acrescentadas substâncias gás natural e o gás liquefeito de petróleo (GLP) é a fonte de boa parte da energia que usamos malcheirosas para que se identifiquem para cozinhar e para realizar muitas outras atividades em casa e na indústria. vazamentos mais facilmente.
I>
Alcanos cíclicos, cicloalcanos ou ciclanos
Os alcanos também podem apresentar cadeias carbônicas fechadas, sendo denominados alcanos cíclicos, cicloalcanos ou ciclanos. A nomenclatura dos cicloalcanos é construída de forma análoga à dos alcanos de cadeias abertas com o acréscimo da palavra ciclo à frente do nome. Ao lado, temos a representação de cicloalcanos com 4, 5 e 6 átomos de carbono e seus nomes oficiais (note que, entre os carbonos, só há ligações simples).
H2 C - CH 2
H2 C
/
CH 2 '-
CH 2
H2 c- CH 2
/ H2C - CH 2
ciclobutano
ciclopentano
1
\
1
CH 2 'H2 C CH 2 /
~ Alcenos, alquenos ou olefinas
1
Os alcenos são hidrocarbonetos de aspecto oleoso. Apresentam cadeias abertas e insaturadas (com uma ligação dupla). Todo composto classificado como alceno terá a fórmula geral CnHin· A nomenclatura dos alcenos segue as seguintes regras: •
O prefixo refere-se ao número de átomos de carbono, como no caso dos alcanos; o infixo para os alcenos é o en, e o sufixo, o.
•
Alcenos com quatro ou mais átomos de carbono devem ter a posição da insaturação identificada por um localizador numérico. Para isso, numeramos os carbonos da cadeia a partir da extremidade mais próxima da ligação dupla. Observe o alceno a seguir. 1
2
3
1
H2C, ..,...CH2 CH 2 ciclo-hexano
11
H2C =CH - CH 2- CH 3 Segundo a nomenclatura atualizada da IUPAC, esse composto deve se chamar but-1-eno (ou 1-buteno, segundo recomendação anterior da IUPAC). O prefixo but, como vimos no caso dos alcanos, indica a presença de quatro carbonos, o infixo en indica que se trata de um alceno, e o número 1 refere-se à posição da ligação dupla (a insaturação) em relação à extremidade da cadeia carbônica mais próxima. No caso do but-2-eno (ou 2-buteno), podemos numerar os carbonos a partir de qualquer extremidade, pois a insaturação encontra-se no meio da cadeia.
Vejamos outros exemplos: 1
2
3
4
5
H3C- CH = CH- CH 2- CH 3 eteno
propeno
pent-2-eno
O menor e mais simples representante dos alcenos é o eteno. Também chamado de gás etileno, é um hormônio vegetal utilizado para acelerar o amadurecimento de frutos. Industrialmente, esse hidrocarboneto está relacionado à síntese de inúmeros polímeros (que estudaremos no capítulo 7) e à obtenção de álcool. Seu valor econômico é tão grande que, em termos proporcionais, é a quinta substância mais utilizada industrialmente, ficando atrás apenas do ácido sulfúrico (H2 S04 ), do óxido de cálcio (CaO), da amônia (NH 3) e do gás oxigênio (O).
Figura 8 . Usina petroquímica de produção de etileno em Wuhan, China. Foto de 2013.
Introdução à Química Orgânica
19
I> Alcenos cíclicos, cicloalcenos ou ciclenos Da mesma forma que temos alcanos de cadeia fechada, também temos alcenos de cadeia fechada, que são denominados alcenos cíclicos, cicloalcenos ou ciclenos. A nomenclatura dos cicloalcenos é feita de forma semelhante à nomenclatura dos alcenos de cadeia aberta; contudo, devemos acrescentar a palavra ciclo à frente do nome dado à cadeia carbônica. Abaixo, temos alcenos cíclicos com 4, 5 e 6 átomos de carbono.
H
/e~ H 2C
\
/
CH
H2C - CH 2 ciclobuteno
1
l
3
H2 C = CH - CH 2 -
I> Alcadienos ou dienos
5
.t
CH = CH 2
pent-1,4-dieno 3
1
:o: 6
hept-2,5-dieno
ciclopenteno
cido-hex-1,4-dieno
Vimos os alcenos caracterizados pela presença de uma única ligação dupla. Contudo, existem alcenos com duas ou mais insaturações. Eles são chamados de alcadienos ou dienos. A nomenclatura desses compostos segue as reg ras dos alcenos, com algumas modificações: o infixo é dien, quando há duas ligações duplas, e trien, quando há três ligações duplas; e a posição das insaturações é também indicada por localizadores numéricos, que devem ser separados por vírgulas. Sua fórmula geral é C 0 H20 _ 2 .
· · propost os Exerc1c1os 1. Considerando seus conhecimentos, faça o que se pede: a) Qual a fórmula estrutural do metano? b) O gás metano pode ser produzido por meio da decomposição dos resíduos orgânicos descartados. Pesquise qual tipo de decomposição (aeróbia ou anaeróbia) produz o gás metano. Justifique sua resposta. 2. (Mack-SP) O cracking ou craqueamento do petróleo consiste na quebra de moléculas de cadeia longa, obtendo-se moléculas menores, que são utilizadas como matéria-prima para a produção de substâncias indispensáveis no nosso dia a dia. As equações abaixo representam reações de cracking. cat. à
cat. ll
O produto comum nas três equações, que é matéria-prima na obtenção de polietileno usado na manufatura de sacos plásticos é o
3. (Fatec-SP) O gás liquefeito de petróleo, GLP, é uma mistura de propano, C3 H8 , e butano, C4l\0 Logo, esse gás é uma misn1ra de hidrocarbonetos da classe dos @ alcanos. b) alcenos. c) alcinos.
d) cicloalcanos. e) cicloalcenos.
4. (Uema) O GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), também conhecido popularmente como gás de cozinha, é um combustível fóssil não renovável que pode se esgotar de um dia para o outro, caso não seja utilizado com planejamento e sem excesso. Ele é composto, dentre outros gases, por propano (~H8), butano (C4 Hu) e pequenas quantidades de propeno (C3H6) e buteno (C4H8) . Esses compostos orgânicos são classificados como hidrocarbonetos que apresentam semelhanças e diferenças entre si. Com base no tipo de ligação entre carbonos e na classificação da cadeia carbônica dos compostos acima, pode-se afirmar que: a) os compostos insaturados são propano e butano.
a)metano.
d) propeno.
@ os compostos insaturados são propeno e buteno. c) os compostos insaturados são propeno e butano.
b) octano.
@ eteno.
d) os compostos apresentam cadeias homocíclicas.
c) etano.
20
Escreva no caderno
Capítulo 1
e) os compostos possuem cadeias heterocíclicas.
~ Alcinos ou alquinos
!
Os alcinos são hidrocarbonetos que apresentam uma ligação tripla (C = C) e têm a fórmula geral C0H20 _2, que é igual à dos alcadienos. Assim, uma mesma fórmula geral pode representar dois ou mais compostos diferentes. A nomenclatura dos alcinos segue as seguintes regras: • •
1 5
~
~
;
.,,~
O prefixo refere-se ao número de átomos de carbono, como no caso dos l alcanos e alcenos; o infixo para os alcinos é o in, e o sufixo, o . Alcinos com quatro ou mais átomos de carbono devem ter a posição da insaturação identificada por um localizador numérico. Para isso, numeramos os carbonos da cadeia a partir da extremidade mais próxima da ligação tripla. Vejamos alguns exemplos: HC
= CH etino
1
HC
2
3
HC
= C-
CH3
Figura 9. O maçarico de oxiacetileno queima uma mistura de oxigênio e gás acetileno para produzir uma chama com temperatura de até 2500 ºC .
propmo
.C
1
2
3
4
S
= ( - CH2- CH3 H3C - (=e - CH2- CH3 but-1-ino
pent-2-ino
O alcino mais simples - e o mais importante - é o etino, também chamado de gás acetileno ou oxiacetileno. Ele é usado como combustível em maçaricos para a realização de cortes e soldas. O etino pode ser produzido a partir do carvão mediante um processo de duas etapas. Primeiro, o carvão (coque) reage com cal virgem (óxido de cálcio, CaO) para produzir carbeto de cálcio e monóxido de carbono. Essa etapa requer temperaturas elevadas. Em seguida, o carbeto de cálcio obtido reage com água (hidrólise) para formar gás acetileno e cal hidratada (hidróxido de cálcio). CaO(s) CaC/s)
Coque: tipo de combustível derivado da hulha (carvão betu minoso). Reveja o tema Termoquímica para relembrar os tipos de carvão mineral.
+ 3 C(s) ~ CaCis) + CO(g)
+ 2 H20(f) ~ C2H2(g) + Ca(OH)/aq)
~ Hidrocarbonetos aromáticos No início do desenvolvimento da Química Orgânica, entre os diferentes hidrocarbonetos extraídos da natureza e utilizados em laboratório, algumas moléculas destacaram-se por apresentar propriedades peculiares: embora certamente fossem hidrocarbonetos (só continham hidrogênio e carbono na composição), apresentavam, mesmo quando puros, um aroma característico. Além disso, continham hidrogênio em proporção muito menor quando comparados com os demais compostos, e sua queima tinha um aspecto diferenciado. O principal representante dessa classe de compostos é o benzeno, que re- ~ cebeu esse nome porque era obtido principalmente de uma resina balsâmica 5 conhecida como " benzoína". Os cientistas levaram muito tempo para conseguir Figura 10. Produtos que contêm óleo de motor, fluido de explicar as características desse composto, cuja fórmula empírica era surpreen- benzeno: isqueiro, vaselina, impermeabilizante dente: um átomo de hidrogênio para cada átomo de carbono. Concluiu-se que para telhados e alcatrão. deveria ser um composto altamente insaturado. Após certo tempo, ele foi incluído em uma nova classe de compostos orgânicos, os aromáticos. H H 1 1 Kekulé foi o primeiro a apontar para o fato de que todos os compostos aromáti,,;C .,..e~ cos contêm uma estrutura de seis carbonos e que ela é mantida mesmo após certas H - Cr 'C - H H- C C- H 1 li li 1 transformações químicas e decomposições. Uma vez que os conhecimentos sobre a C- H H- C::,.. .,..C - H H- C ligação química no início do século XIX não eram suficientes para decifrar a estrutura 'e~ "'e do benzeno, apenas com o desenvolvimento da mecânica quântica na década de 1 1 H H 1920, chegou-se às estruturas ao lado, equivalentes entre si. Introdução à Química Orgânica
21
Como podemos observar, a cadeia carbônica do benzeno, também chamada de anel benzênico ou anel aromático, é cíclica e constituída de seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio. Nota-se também a presença de três ligações duplas entre átomos de carbono. Mas é preciso ter em mente que essa é apenas uma representação: na verdade, essas ligações não estão fixas. A estrutura cíclica do benzeno não é formada por uma sucessão de ligações simples e duplas, mas por seis ligações iguais entre si, intermediárias ent re duplas e simples, ao longo das quais os elétrons se movimentam em círculo. Esse deslocamento de elétrons entre os átomos (nesse caso, os do anel benzênico), sem que a posição desses átomos seja alterada, é chamado de ressonância. A ressonância aumenta a estabilidade da molécula, diminuindo a sua reatividade, e garante propriedades químicas diferentes das dos demais compostos insaturados. Ela é representada com uma seta de duas pontas (não confunda com as setas que expressam reações em equilíbrio químico) entre as duas estruturas distintas, denominadas estruturas de ressonância. A seguir mostramos essa representação utilizando fórmulas estruturais em linha.
Dizemos que os elétrons estão deslocalizados, chamamos o benzeno de híbrido de ressonância e costumamos representá-lo como um hexágono com um círculo inscrito (indicando a ressonância).
o Em razão desse fenômeno, as ligações entre os átomos de carbono no anel benzênico não são nem simples, nem duplas, elas têm um caráter intermediário. As cadeias carbônicas fechadas aromáticas podem ser classificadas quanto ao número de anéis. As monocíclicas ou mononucleares apresentam apenas um anel. Veja os exemplos a seguir.
o
o
CH3
As policíclicas ou polinucleares apresentam dois ou mais anéis. Quando dois ou mais anéis apresentam pelo menos uma aresta em comum, dizemos que eles são condensados.
0 0 anéis condensados
0 0 anéis isolados
A nomenclatura dos hidrocarbonetos aromáticos tem raiz em aspectos históricos e, por isso, não obedece a regras sistemáticas. O naftaleno é o mais comum, já que é comercializado nos supermercados sob a forma de naftalina (naftaleno impuro).
O
00
benzeno
naftaleno
antraceno
A maior parte do carvão extraído de jazidas é transformada em coque, cujo destino são os altos-fornos de produção de ferro e aço. Ao aquecer o carvão na ausência de ar e a altas temperaturas (processo denominado destilação seca), ocorre sua decomposição e a formação de substâncias voláteis e um líquido viscoso - o alcatrão da hulha. A partir do alcatrão da hulha, e por destilação fracionada, obtém-se a maioria dos compostos aromáticos: benzeno, tolueno, naftaleno etc.
22
Capítulo 1
Contexto histórico August Keku lé e Archibald Scott Couper (1831-1892) descobriram que os átomos de carbono podem se ligar diretamente uns aos outros formando cadeias carbônicas, com inúmeras possibilidades de formas e tamanhos. Esse feito, aparentemente simples, conseguiu explicar a existência da enorme variedade de compostos orgânicos conhecidos em meados do século XIX. É interessante observar que os dois cientistas chegaram a seus postulados independentemente, sem conhecer o trabalho um do outro. Kekulé estudava para se tornar arquiteto, mas, na Universidade de Giessen, Alemanha, encantou-se com as palestras de Justus von Liebig (1803-1873) e terminou seus estudos graduando-se em Química. A seguir, trabalhou na França, na Suíça e, finalmente, na Inglaterra. Bem depois de publicar um famoso artigo em que divulgava seus postulados, Kekulé contou que teve sua primeira inspiração sobre as cadeias de carbono viajando em um ônibus londrino. Kekulé disse ter visto átomos de carbono em "uma dança vertiginosa"! Mais tarde, em 1862, quando escrevia um livro didático, Kekulé conta que, enquanto cochilava à frente da fogueira em sua casa, sonhou novamente com cadeias de carbono dançantes, mas, dessa vez, viu uma cadeia que, parecida com uma cobra mordendo o próprio rabo, formava um círculo, o que lhe deu a ideia da forma anelar da molécula de benzeno.
Caricatura de Kekulé baseada em seu sonho.
Ilustração do anel benzênico como mostrado no livro didático de Kekulé, l ehrbuch der organischen Chemie (Livro escolar de Química Orgânica, em tradução aproximada), de 1859.
Antes de se tornar químico, Couper estudou Filosofia e Letras na Escócia. É possível que seus estudos de línguas tenham influenciado as analogias que ele fazia entre as ligações atômicas e a maneira como as palavras são formadas. De fato, Couper foi o primeiro a representar as ligações covalentes da forma como fazemos hoje, ou seja, usando linhas de ligação e símbolos atômicos. Couper escreveu um artigo sobre como os átomos de carbono se ligariam e o confiou a Charles-Adolphe Wurtz (181 7-1884), um colega, para apresentá-lo à Academia Francesa de Ciências. No entanto, Wurtz adiou tanto a apresentação que o artigo de Couper só foi lido depois da publicação do artigo de Kekulé. Depois desse evento, Couper, talvez pela mágoa e consequente briga com Wurtz, sofreu um colapso nervoso, retirou-se para o interior da Escócia e nunca mais publicou suas ideias.
Retrato de Archibald Scott Couper.
Atividade
Escreva
no caderno
• Você conhece outros casos na história da ciência em que dois ou mais cientistas desenvolveram teorias parecidas, mas apenas um recebeu a fama?
Introdução à Química Orgânica
23
~ Hidrocarbonetos ramificados Para entendermos a nomenclatura dos hidrocarbonetos ramificados, precisaremos compreender o papel dos grupos substituintes em uma cadeia carbônica principal (ou seja, na cadeia com a maior sequência de carbonos). Chamamos de g rupo subst it uin t e todo grupo de átomos ligado à cadeia principal na posição de um átomo de hidrogênio. Damos nomes a esses substituintes porque vários deles são muito recorrent es nas moléculas orgânicas. A Tabela 3 apresenta vários exemplos de grupos substituintes orgânicos.
Tabela 3. Exemplos de grupos substituintes orgânicos 1
H3C -
H3 C -
meti!
CH 2
CH 2 -
CH 2 -
H3C -
1
CH 2
butil (antes denominado n-butil)
H3C - CH 2 -
CH 2 -
1
CH 2
H3C -
propil (antes denominado n-propil)
etil
1
H3 C -
1
CH -
CH 3
sec-butil (ou s-butil)
He3
CH -
sec-propil (ou isopropil)
1
e1 -
CH 3
1
CH
HC3
CH -
CH
1
3
CH 3
2
CH 3
terc-butil (t-butil)
isobutil
1 1
H2 C = CH etenil (vinil)
o
©rCH
2
H2 C = CH -
1
CH l
propenil (alil)
fenil
benzi!
A nomenclatura de hidrocarbonetos de cadeias carbônicas ramificadas obedece a regras específicas estabelecidas pela IUPAC e depende do nome dos grupos substituintes.
Tabela 4. Regras IUPAC de nomenclatura de hidrocarbonetos ramificados
24
Hidrocarboneto
Regras
AIcanos
- Considera-se cadeia carbônica principal a cadeia mais longa. Em caso de duas ou mais possibilidades, dá-se preferência à cadeia com maior número de ramificações. - A numeração da cadeia deve ser feita de tal forma que os grupos substituintes {as ramificações} recebam os menores localizadores {números) possíveis. - Os nomes dos grupos substituintes precedem o nome da cadeia principal e devem ser listados em ordem alfabética {ignorando os prefixos di, tri, tetra etc., bem como sec e terc, mas não ciclo e iso}. - O nome do último grupo {ramificação} deve ser ligado ao da cadeia principal sem a utilização de hífen ou espaço ent re eles, exceto quando o nome da cadeia principal inicia com a letra h, por conta das reg ras de formação de palavras em língua portuguesa. - Para grupos substituintes repetidos, devemos utilizar os quantificadores di, tri, tetra etc.
Capítulo 1
Exemplos
meti! s
7
Gt: 31
4
6
etil
----/
3-etil-2-metil-heptano
meti! 1 --....._ 2
s
7 6
•
l
1
isopropil
y"
3-isopropil-2-metil-heptano
Continuação da Tabela 4. Regras IUPAC de nomenclatura de hidrocarbonetos ramificados Exemplos
Hidrocarboneto
Regras
Alceno
- Nos alcenos, a cadeia principal é a maior que contém a dupla ligação. - As ramificações são localizadas na cadeia principal e nomeadas da mesma maneira descrita para os alcanos. Contudo, a numeração da cadeia deve ser feita de maneira que o grupo funcional (ligação dupla) receba o menor localizador numérico possível. No caso de a insaturação se encontrar no meio da cadeia, levam-se em consideração as ra mificações.
metil
rn
8
6
l
2 1
7
etil
' 3-eti1-6-metiloct-4-eno
- Nos alcinos. a cadeia principal é a maior que contém a tripla ligação.
metil 9
1 ;
- As ramificações são localizadas na cadeia principal e nomeadas da mesma maneira descrita para alcanos e alcenos. A numeração da cadeia deve ser feita de maneira que a insaturação receba o menor localizador. Caso a ligação tripla se encon tre no meio da cadeia, levam-se em consideração as ramifi cações.
Alcino
•
s :7
1
2-
3
•\
1
8
/ 7 6 \
e~ s
me
meti!
meti!
4, 5. 6,8-tetrametilnon -2-ino
No caso dos compostos aromáticos, quando há dois grupos substituintes no benzeno, é comum também o uso dos prefixos orto, meta e para. O prefixo orto indica que há ramificações nas posições 1 e 2; meta, nas posições 1 e 3; e para, nas posições 1 e 4 .
o metilbenzeno (tolueno)
1,2-dimetilbenzeno (o -xileno)
1,3-dimetilbenzeno (m-xileno)
1,4-dimetilbenzeno (p-xileno)
Os hidrocarbonetos ramificados são nomeados segundo regras específicas da IUPAC. Com base nessas regras, represente a fórmula estrutural em linha (ou bastão) do composto 3-etil-2-metil-4-propil-heptano. Resolução metil
meti! 2 7 6
s
propil 3-etil -2-meti1-4-propi1-heptano
•
3
etil
3-etil-2-metil-4-propil-heptano
Introdução à Química Orgânica
25
1. A seguir, vemos os principais grupos substituintes orgânicos derivados de hidrocarbonetos com até qua-
CH3
CH3
1
1
H- C - Cl-1 - C- CH3
tro átomos de carbono.
''2
1
CH3
HC3
1
CH3 (li)
1
1
H 3 C - CH2 - CJ.1 ' '2 - CH 2
HC - CH2 - CH - CH3 3
CH2 - CH3
1
1
HC - CH - CH3 3
3
C - CH 1
~ ~
1
1
HC -
H- C - CH - C =CH - CH
~C - CH - C~ 3
1
CH3
CH3
Considerando as representações acima, responda às questões:
2
1
3
?H - C~
e~ (III)
3. (PUC-RJ)
a) O que é um grupo substituinte orgânico? b) Qual o nome oficial de cada um dos substituintes representados?
2. Considerando as regras de nomenclatura da IUPAC vistas no estudo dos alcanos, dos alcenos e dos alcinos, dê o nome oficial para os hidrocarbonetos . a seguir. H CH2C~ 1 1 H - C - c~- c~- C - H 1 1 H
Segundo as regras da IUPAC, a nomenclatura do composto representado acima é: a) 2-etil-hex-1-ano b) 3-metil-heptano c) 2-etil-hept-1-eno d) 3-metil-hept-1-eno
(I)
@ 3-etil-hept -1-eno
Combustíveis O termo combustível está diretamente ligado ao conceito de fonte de energia calorífica. Podemos definir combustível como qualquer material que reage vigorosamente com um comburente, como o oxigênio, liberando energia. De acordo com essa definição, muitos materiais podem ser classificados como combustíveis. Entre os compostos orgânicos, aqueles pertencentes à função hidrocarboneto são especialmente aplicáveis como combustíveis. Muitos deles constituem os chamados combustíveis f ósseis, pois são produzidos a partir de fontes minerais como petróleo ou carvão, que, por sua vez, resultam da sedimentação de plantas e animais que viveram há vários milhões de anos. Estes são utilizados para suprir a alta demanda energética atual, abastecendo automóveis, máquinas, navios, aviões, fogões, entre outros. Os combustíveis fósseis são fontes energéticas não renováveis. A urgência de substituir essas fontes por outras, renováveis, tem impulsionado um grande número de cientistas no desenvolvimento de alternativas, como os biocombustíveis.
26
Capítulo 1
O combustível mais antigo em uso, e até hoje amplamente utilizado em alguns países, como o Brasil, é a lenha. A extração de lenha para manter os fornos de queima de cerâmica, de indústrias de beneficiamento e de produção de carvão resulta na devastação de grandes áreas de floresta. Essa exploração da natureza, muitas vezes ilegal e descontrolada, pode levar à extinção de um grande número de espécies vegetais e animais, além de causar outros problemas ambientais, como a desertificação e o aquecimento global. A combustão completa de um hidrocarboneto produz gás carbônico e água. Mas há situações em que essa queima se dá de maneira incompleta. Por exemplo, se o meio em que a reação ocorre for pobre em oxigênio, pode haver a formação de monóxido de carbono (CO) e carbono (C) na forma de finíssimas partículas de fuligem, também chamadas de negro de fumo. Tanto o CO quanto ] ~ a fuligem são extremamente prejudiciais à saúde humana.
Como f azer o teste da gasolin a adulterada. Manual do Mundo Comunicação LTDA., 20082015. Disponível em: <http:// tub. im/jrotaf>. Acesso em: 29 mar. 2016. No site há um vídeo mostrando um jeito fácil de descobrir se a gasolina foi adulterada.
~
•
~
Combustão completa:
+ 2 0 2 (g) ~ CO/g) + 2 H2 0(f)
CH 4 (g) •
~
-
u ••
Combustão incompleta:
CH/g)
+
CH 4 (g)
1,5 0 2 (g) ~ CO(g)
+ 2 H20(f)
+ 0/g) ~ C(s) + 2 H2 0(f)
Essa situação de escassez de oxigênio é o que observamos em veículos mal regulados, em que a captação de ar para a câmara de combustão do motor é ineficiente ou a injeção de combustível é excessiva. A natureza do hidrocarboneto também pode contribuir para uma combustão incompleta. Alguns hidrocarbonetos tendem a queimar de forma incompleta, como é o caso dos aromáticos. Muitas vezes a adulteração de combustíveis de automóvel é feita pela adição de compostos aromáticos. Sua queima produz não só monóxido de carbono e fuligem, como também compostos menores prejudiciais à saúde quando inalados.
Figura 11. A fumaça negra liberada pelo escapamento de veículos mal regulados deve-se à combustão incompleta de combustível.
Petróleo Encontrado sempre em conjunto com o gás natural, o petróleo é o principal representante dos combustíveis fósseis. Formado por uma mistura extremamente complexa de compostos orgânicos, entre os quais, principalmente, hidrocarbonetos - tanto alifáticos quanto aromáticos - , ele é frequentemente mencionado na mídia por conta de seu alto valor de mercado e de sua importância em diferentes setores da economia. Estudos demonstram que o petróleo se formou a partir de vegetais e animais em processo de decomposição. Essa matéria orgânica teria se acumulado no fundo da água de baías, deltas e outras regiões, sendo posteriormente coberta por espessas camadas de outros sedimentos em razão da movimentação da crosta terrestre. Por causa de certas reações, da pressão e do calor, a matéria orgânica sofreu transformações, formando o petróleo. As camadas submetidas a esses agentes de transformação são chamadas de rochas geradoras e devem apresentar um conteúdo de matéria orgânica igual ou superior a 1%. O petróleo, uma vez formado, migra para rochas de maior porosidade. A idade de uma jazida de petróleo pode chegar a 100 milhões de anos, o que não é muito tempo se a compararmos com a idade estimada da Terra (4,5 bilhões de anos). A temperatura é um fator importante na formação do petróleo. Estudos revelam que as melhores condições ocorrem entre 60 ºC e 140 ºC. Nessas condições são formados os principais constituintes da fração leve do petróleo (veremos mais adiante quais são as frações do petróleo), como a gasolina e o querosene, compostos constituídos de cadeias carbônicas relativamente pequenas. Em temperaturas muito altas não há formação de compostos com cadeias carbônicas grandes em razão do processo de craqueamento.
Craqueamento: do inglês cracking, significa "quebra". Na indústria petroquímica, esse processo é utilizado para quebrar moléculas orgânicas complexas, com cadeias carbônicas grandes, e transformá-las em compostos mais simples, com cadeias carbônicas menores.
Introdução à Química Orgânica
27
i
~e
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g
~ ~
lll
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~
"~
"' Sangue n egro. Direção: Paul Thomas Anderson. EUA: Miramax, 2007. 1 DVD (158 m in). Título original: There wi ll be blood O filme se passa no início do século XX, no Texas, e mostra a transformação de um homem, Daniel Plainview (Daniel Day-lewis), em magnata do petróleo. Terra prometida. D ireção: Gus Van Sant. EUA: Paramount Pictures, 2013. 1 DVD (106min). Título original: Promised Land ~
2 ~ ~
RRA PROMETIDA
Steve Butler (Matt Damon) trabal ha em uma empresa de extração de gás. Um dia, ele e uma colega de traba lho, Sue Thomason (Frances McDormand), são enviados a uma cidade do interior para convencer os moradores da região a negociar os direitos de perfuração de seus terrenos. As coisas, entretanto. não caminham como eles esperavam, e Steve acaba questionando as próprias convicções.
] ~ {!!
., "'
O marco inicial da exploração do petróleo data de 1859 com a perfuração do poço de Coronel Drake, na Pensilvânia, EUA. Mas ele já era conhecido em épocas mais remotas e recebeu diversos nomes, como betume, azeite, asfalto, lama, óleo de rocha etc. Segundo narrativas históricas, Alexandre, o Grande, ficou maravilhado com o fogo que emanava de forma permanente como resultado da combustão do petróleo proveniente da região de Kirkuk, no atual Iraque. No Brasil, a primeira descoberta de petróleo remonta a 1939, em Lobato, Bahia. Em pouco mais Figura 12. Unidade de craqueamento em refinaria de petróleo localizada na Rússia. Foto de 2014. de meio século, o Brasil conseguiu sua autossuficiência em petróleo, atingiu elevados níveis de capacitação e desenvolveu nichos específicos de tecnologia de ponta. Alguns cientistas dizem que a era do petróleo ainda está longe de acabar. Um grande reservatório de petróleo leve foi descoberto há alguns anos na Bacia de Campos (RJ). Esse reservatório está a mais de 6 km de profundidade, em uma camada de rocha denominada pré-sal. Chamamos de camada pré-sal uma extensa faixa que fica abaixo de uma camada de sal e cuja profundidade varia de 6 km a 8 km. No Brasil, a camada pré-sal compreende uma faixa que se estende do litoral do estado do Espírito Santo ao litoral do estado de Santa Catarina. A exploração do pré-sal tornou-se possível após o desenvolvimento de tecnologias para extração de petróleo em águas profundas. ~
O petróleo bruto é trans.,.~ portado por dutos ou navios <é para terminais de armazenai menta e, posteriormente, para as refinarias. Ao chegar às refinarias, ele passa por processos físicos de separação. De início, a filtração e a decantação separam, respectivamente, os fragmentos sólidos e os líquidos imiscíveis. Em seguida, o produto obtido, chamado de óleo cru, que consiste em uma mistura de diversos compostos orgânicos, é submetido à dest ilação f racionada em uma torre de fracionamento. Figura 13. Plataforma de petróleo na Baía de Guanabara. RJ. 2015. A maior parte das reservas de petróleo do Brasil está em poços localizados em campos marítimos.
28
Capítulo 1
~ As frações do petróleo Na Tabela 5 são mostradas algumas das frações separadas do petróleo mediante destilação fracionada. Tabela 5. Frações típicas obtidas mediante destilação do petróleo Faixa aproximada de ebulição (ºC)
Número de átomos de carbono por molécula
Uso
Abaixo de 20
c,-c.
Gás natural, gás de cozinha, produtos petroquímicas
20-60
CS- (6
Éter de petróleo, solventes
60-100
(6- (7
Ligroína (nafta leve), solventes
40-200
Cs- C,o
Gasolina (gasolina de destilação direta)
175-325
C,2- C,a
Querosene e combustível de avião
250-400
Acima de C12
Gasóleo, óleo combustível e óleo diesel
Líquidos não voláteis
Acima de c20
Óleo mineral refinado, óleo lubrificante e graxa
Sólidos não voláteis
Acima de C20
Parafina, asfalto e alcatrão
Fonte: SOLOMONS, T. W. G. e FRYHLE, C. B. Organic Chemistry. 10th ed. John Wiley & Sons, lnc., 2011. p. 139.
O petróleo pode ser classificado em petróleo leve, médio ou pesado. O petróleo leve é aquele formado, principalmente, por moléculas de baixo peso molecular; o pesado apresenta predominantemente moléculas de elevado peso molecular; já o médio tem composição intermediária. O Oriente Médio, por exemplo, produz petróleo leve, com predominância de gás liquefeito de petróleo - GLP (o gás de cozinha), gasolina e naftas. Esse tipo de petróleo é muito valorizado no mercado internacional. Já o petróleo produzido no Brasil e em outros países da América do Sul é pesado, ou seja, predominam os óleos combustíveis e o asfalto. Por causa disso, há bastante investimento em pesquisas sobre técnicas de craqueamento para aumentar o aproveitamento do petróleo obtido.
Existem diferentes critérios para a avaliação da qualidade da gasolina. O nível de poluentes emitidos, a massa de resíduos e o desempenho são alguns deles. O desempenho está relacionado à compressibilidade, ou seja, quanto a gasolina pode ser comprimida por ação de uma força externa. Essa propriedade é importante, pois a compressão é um dos estágios do f uncionamento do motor de combustão interna, empregado em automóveis. Para mensurá-la, foi criado o índice de octanagem. Quanto maior for a compressibilidade de um composto, maior será o índice de octanagem. Hidrocarbonetos de cadeias carbônicas ramificadas suportam maior compressão e são combustíveis melhores por aumentarem a potência dos motores onde são usados. Gasolinas com alta octanagem queimam mais regularmente e são, por isso, combustíveis mais eficientes. Por convenção, atribuiu-se ao isoctano (2,2,4-trimetilpentano, um dos
componentes da gasolina, composto bastante ramificado e, portanto, altamente compressível) um índice de octana gem igual a 100. Como se trata de uma medida relativa, atribuiu-se, também por convenção, ao heptano (um hidrocarboneto de cadeia longa e não ramificada) um índice igual a zero. Assim, uma gasolina com índice de octanagem igual a 95, embora seja uma mistura extremamente complexa de hidrocarbonetos, comporta-se praticamente como uma mistura que contém 95°/o de isoctano e 5% de n-heptano. No Brasil, as gasolinas variam de incolor a amareladas, dependendo da sua composição e dos processos de refino. Encontram-se também gasolinas nas cores verde e azul, em razão da adição de corantes, que servem para indicar diferentes índices de octanagem. A cor azul é reservada às gasolinas de maior octanagem, empregadas em carros de corrida e na aviação.
Introdução à Química Orgânica
29
sa1a de máquinas
Produção de petróleo (em mil barris por diar
Reserva de petróleo (em bilhões de barris)""
Estados Unidos
14021
sem dados
Arábia Saudita
11624
Rússia
10847
China
4598
cana dá
4383
Emirados Árabes Unidos
3474
Irã ,.._
3 377
'
'
3364
Kuwait
2 767
Venezuela
2685
Nigéria
2428
catar
2055
1. Leia o texto a seguir. O processo de produção de energia elétrica é similar em todas as usinas que utilizam como matéria-prima os combustíveis fósseis em estado sólido ou líquido - o que inclui a maioria dos derivados de petróleo. De forma bastante simplificada, esse material é transportado até a usina, estocado e, posteriormente, queimado em urna câmara de combustão. O calor obtido nesse processo é usado para aquecer e aumentar a pressão da água, que se transforma em vapor. Este vapor movimenta as turbinas que transformam a energia térmica em energia mecânica. O gerador transforma a energia mecânica em energia elétrica. ANEEL. Atlas de energia elétrica do Brasil. 3. ed. Brasília, DF. 2008. Parte Ili. Disponivel em: <www.aneel.gov.br/ arquivos/PDF/atlas_par3 _cap7.pdf>. Acesso em: 29 mar. 2016.
Considerando as informações do texto acima e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Cite pelo menos um combustível no estado sólido e outro no estado líquido. b) Considerando o combustível C8 H18, represente (em seu caderno), por meio de uma equação química devidamente balanceada, sua queima em uma câmara de combustão que utilize gás oxigênio como comburente. c) Cite as transformações químicas e físicas da matéria envolvida no processo descrito no texto. d) Cite as formas de energia que foram convertidas. 2. Das frações que compõem o petróleo, o GLP (gás liquefeito de petróleo) e a gasolina são as de maior utilização diária. O GLP é uma mistura dos hidrocarbonetos propano e butano; já a gasolina é uma mistura complexa de hidrocarbonetos com predominância de isoctano (2,2,4-trimetilpentano) . Contudo, heptano, hexano e outros também aparecem. Ao isoctano foi atribuído o valor de 100% de octanagem, e ao heptano, de Oo/o. Considerando seus conhecimentos e as informações do texto, faça o que se pede. a) Em seu caderno, represente por uma fórmula estrutural os componentes do GLP. b)O propano e o butano são substâncias inodoras? Em caso afirmativo, explique o motivo do forte odor quando ocorrem vazamentos de GLP em nossas casas. c) O que significa índice de octanagem? d)Represente em seu caderno a fórmula estrutural e molecular do composto orgânico usado como referência de 0% na escala de octanagem.
32
Capítulo 1
3. O petróleo apresenta diversas frações que podem ser separadas por processos de destilação. Entre elas, temos o querosene, o óleo diesel, a parafina e o asfalto. Pesquise sobre as principais características de cada uma dessas frações. Leve sua pesquisa para a sala de aula e compare com as informações obtidas por seus colegas. 4. Muitos filmes já retrataram a exploração do petróleo, mostrado como um líquido escuro e viscoso que jorra do poço por causa da pressão exercida por substâncias gasosas presentes. Contudo, os derivados do petróleo podem variar bastante de cor, desde o muito escuro ao quase incolor. De fato, quando abastecemos um carro nos postos de gasolina, a cor do combustível não é escura. Além disso, os postos comercializam outros derivados do petróleo, como os óleos lubrificantes, o óleo diesel e o GNV, todos muito distintos do petróleo de que se originam. Considerando seus conhecimentos sobre petroquímica, faça o que se pede. a) Como é possível obter gasolina e outros derivados do petróleo? b) O gás GLP é uma mistura de propano e butano. Escreva em seu caderno as fórmulas estruturais dessas substâncias utilizando a fórmula estrutural em linha (ou bastão). 5. (UEM-PR) O grande dilema da utilização indiscriminada de petróleo hoje em dia como fonte de energia é que ele também é fonte primordial de matérias-primas industriais, ou seja, reagentes que, submetidos a diferentes reações químicas, geram milhares de novas substâncias importantíssimas para a sociedade. A esse respeito, assinale o que for correto. [Escreva em seu caderno a soma das alternativas corretas.] 01) O craqueamento do petróleo visa a transformar moléculas gasosas de pequena massa molar em compostos mais complexos a serem utilizados nas indús. , . tr1as quumcas. 02) A destilação fracionada do petróleo separa grupos de compostos em faixas de temperatura de ebulição diferentes. 04) A gasolina é o nome dado à substância n-octano, obtida na destilação fracionada do petróleo. 08) O resíduo do processo de destilação fracionada do petróleo apresenta-se como um material altamente viscoso usado como piche e asfalto. 16) Grande parte dos plásticos utilizados hoje em dia tem como matéria-prima o petróleo. Soma: 26 (02 + 08 + 16)
Quais são as "mais de 4, 7 mil substâncias tóxicas" no cigarro? Ao todo, são 5 315 substâncias (cerca de 4,7 mil nocivas) na fumaça do cigarro. O número pode chegar a 8 622 se também forem considerados os compostos presentes na folha do tabaco e os aditivos industriais. Eles são inseridos artificialmente para turbinar o cigarro em vários aspectos, como dar sabor e aroma mentolados ao fumo, diminuir a irritação (tornando a fumaça mais palatável) e potencializar os efeitos da nicotina. [... ]
Quando inalada, essa mistura venenosa, que inclui solventes orgânicos, ácidos, metais pesados e até mesmo materiais radioativos, prejudica demais o organismo, causando alergias, intoxicações nos pulmões, doenças cardíacas, cegueira, impotência e vários tipos de câncer. [... ] SALLA, F. Quais são as "mais de 4,7 mil substâncias tóxicas" no cigarro? Mundo Estranho, São Paulo, ed. 137, (20147]. Disponlvel em: <http:// mundoestranho.abril.com. br/materia/quais-sao-as-mais-de·4· 7•mil· substancias-toxicas-no-cigarro>. Acesso em: 11 abr. 2016.
Campanha de 2015 para o controle do tabagismo e a promoção da saúde, realizada pelo Ministério da Saúde, Governo Federal.
O que é alcatrão? O alcatrão não é uma substância única, como é a nicotina, mas sim o nome dado a uma mistura altamente complexa com cerca de 4000 compostos químicos, que se formam durante a queima, devido à combustão incompleta dos materiais orgânicos presentes nos cigarros, charutos, cigarrilhas ou qualquer outro produto fumigeno. Dentre os compostos químicos encontrados no alcatrão já foram identificadas mais de 40 substâncias cancerígenas para o homem, como: Aminas Aromáticas [...], Benzeno [... ], Arsênio, Cádmio, Níquel e Cromo [... ], Nitrosarninas [... ]. Alcatrás recolhido em praia de Louisiana, EUA, 2015. A presença dessa mistura complexa nessa praia é atribuída à explosão da plataforma de petróleo Deepwater Horizon, que ocorreu cinco anos antes no Golfo do México.
Atividades
ANVISA. O que é alcatrão? Disponível em: <http://portal.anvisa.gov.br/wps/ content/Anvisa+Portal/Anvisa/Perguntas+Frequentes/ Derivados+do+Tabaco/07e9f4804560e62a84b3d42475bf1155>. Acesso em: 11 abr. 2016.
Escreva no caderno
1. Quando escrevem ou comentam a respeito de produtos fumígenos ou tabagismo, a mídia e as pessoas em geral
muitas vezes cometem certos equívocos com relação a alguns conceitos químicos. Um desses erros consiste em afirmar que o alcatrão é uma das substâncias que compõem a fumaça do cigarro. Com base no segundo texto, discuta com seus colegas como corrigir essa afirmação. 2. Levante hipóteses sobre o motivo pelo qual a queima do cigarro dá origem a tantos produtos diferentes. 3. Na composição da fumaça do cigarro, são encontradas substâncias de diferentes classes. A maioria dessas substâncias é orgânica, e muitas delas pertencem à função hidrocarboneto. Os hidrocarbonetos, em geral, são substâncias pouco reativas. No entanto, o dano causado por eles ao organismo é muito elevado. Como se explica essa aparente contradição? Discuta com seus colegas e o professor.
Introdução à Química Orgânica
33
1. (Enem/MEC) As moléculas de nanoputians lembram figuras humanas e foram criadas para estimular o interesse de jovens na compreensão da linguagem expressa em fórmulas estruturais, muito usadas em química orgânica. Um exemplo é o NanoKid, representado na figura:
4. O tolueno é um importante solvente utilizado na indústria. Supondo que você disponha de uma grande quantidade de óleo combustível, obtido por destilação fracionada do petróleo, como seria possível obter tolueno a partir do óleo combustível em uma indústria petroquímica? 5. (Enem/MEC) O potencial brasileiro para transformar lixo em energia permanece subutilizado - apenas pequena parte dos resíduos brasileiros é utilizada para gerar energia. Contudo, bons exemplos são os aterros sanitários, que utilizam a principal fonte de energia ali produzida. Alguns aterros vendem créditos de carbono com base no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), do Protocolo de Kyoto.
11
Essa fonte de energia subutilizada, citada no texto, é o: a) etanol, obtido a partir da decomposiç.ã o da matéria orgânica por bactérias.
nanokid CHANTEAU, S. H.; TOUR, J. M. The Journal of Organic Chemistry, v. 68,
n. 23, 2003 (adaptado).
Em que parte do corpo do NanoKid existe carbono quaternário? @ Mãos.
d)Abdômen.
b)Cabeça.
e) Pés.
c) Tórax.
2. (UERJ) O petróleo de base parafínica é uma mistura cujos principais componentes são os alcanos. A ordenação crescente da massa molar dos alcanos de cadeia normal gera uma progressão aritmética de razão igual a: a) 10.
@ 14.
b) 12.
d) 16.
3. (UEG-GO) O hidrocarboneto abaixo, segundo as normas de nomenclatura da IUPAC (International Union of Pure andApllied Chemiso·y) , é o:
b) gás natural, formado pela ação de fungos decompositores da matéria orgânica. c) óleo de xisto, obtido pela decomposição da matéria orgânica pelas bactérias anaeróbias. @ gás metano, obtido pela atividade de bactérias anaeróbias na decomposição da matéria orgânica. e) gás liquefeito de petróleo, obtido pela decomposição de vegetais presentes nos restos de comida. 6. (Fuvest-SP) Admite-se que as cenouras sejam originárias da região do atual Afeganistão, tendo sido levadas para outras partes do mundo por viajantes ou invasores. Com base em relatos escritos, pode-se dizer que as cenouras devem ter sido levadas à Europa no século XII e, às Américas, no início do século XVII. Em escritos anteriores ao século XVI, há referência apenas a cenouras de cor roxa, amarela ou vermelha. É possível que as cenouras de cor laranja sejam originárias dos Países Baixos, e que tenham sido desenvolvidas, inicialmente, à época do Príncipe de Orange (1533-1584). No Brasil, são comuns apenas as cenouras laranja, cuja cor se deve à presença do pigmento betacaroteno, representado a seguir.
@ 3-etil-2-metiloctano. b) 6-etil-7-metiloctano. c) 3-isopropiloctano. d) 2-metil-3-etiloctano.
34
Capítulo 1
betacaroteno
Com base no descrito anterior, e considerando corretas as hipóteses ali aventadas, é possível afirmar que as cenouras de coloração laranja: a) podem ter sido levadas à Europa pela Companhia das Índias Ocidentais e contêm um pigmento que é um polifenol insaturado. b) podem ter sido levadas à Europa por rotas comerciais norte-africanas e contêm um pigmento cuja molécula possui apenas duplas ligações eis.
a)
b)
@)
c) podem ter sido levadas à Europa pelos chineses e contêm um pigmento natural que é um poliéster saturado. d) podem ter sido trazidas ao Brasil pelos primeiros degredados e contêm um pigmento que é um polímero natural cujo monômero é o etileno. @ podem ter sido trazidas a Pernambuco durante a invasão holandesa e contêm um pigmento natural que é um hidrocarboneto insaturado. 7. (UFRGS-RS) A levedura Saccharomyces cerevis1ae é responsável por transformar o caldo de cana em etanol. Modificações genéticas permitem que esse microrganismo secrete uma substância chamada farneseno, em vez de etanol. O processo produz, então, um combustível derivado da cana-de-açúcar, com todas as propriedades essenciais do diesel de petróleo, com as vantagens de ser renovável e não conter enxofre.
fameseno
Considere as seguintes afirmações a respeito do farneseno. 1. A fórmula molecular do farneseno é C 16H24 •
II. O farneseno é um hidrocarboneto acíclico insaturado. III. O farneseno apresenta apenas um único carbono secundário. Quais estão corretas? a)Apenas 1.
d)Apenas I e II.
@Apenas II. c) Apenas rrr.
e) I, II e ill.
8. (UFRGS-RS) A estrutura correta para o hidrocarboneto alifático saturado que tem fórmula molecular C11H22 e que apresenta grupamentos etila e isopropila , em sua estrutura e:
d)
e)
9. (UPF-RS) O alcatrão de hulha é um líquido escuro e viscoso que apresenta em sua composição o benzeno, o tolueno, os dimetilbenzenos, o naftaleno e o fenantreno. Sobre o tema, considere as seguintes afirmações: 1. Os hidrocarbonetos aromáticos são aqueles que possuem pelo menos um anel ou núcleo aromático, isto é, um ciclo plano com seis átomos de carbono que estabelecem entre si ligações ressonantes.
Il. Devido à ressonância das ligações duplas, os aro, . . . ,.. , . , maticos nao sao compostos estaveis e so reagem em condições enérgicas. III. O metilbenzeno, conhecido comercialmente por tolueno, é um composto aromático derivado do benzeno e possui fórmula molecular C7H,4 • IV. O benzeno é um composto aromático bastante estável devido à ressonância das ligações duplas. Está correto apenas o que se afirma em:
a) I, II e IV. b) II, Ili e IV.
c) I, II em.
@ IeIV.
d) I, III e IV.
10. Pesquise por que parte do gás metano produzido em um aterro sanitário deve ser queimado. Introdução à Química Orgâ nica
35
A cana-de-açúcar, planta bastante cultivada no Brasil, teve origem na Ásia, onde é cultivada desde tempos remotos, e se espalhou pelo mundo com a imigração humana. No Brasil, foi introduzida no século XVI e seu cult ivo prosperou na região Nordeste, onde se adaptou ao solo e ao clima quente e desempenhou um importante papel na economia do Brasil Colônia. Originalmente, seu cultivo servia à produção de açúcar, mas hoje seu principal produto é o álcool (etanol), utilizado como combustível, aditivo, produto de limpeza, matéria-prima na indústria, aguardente, entre out ros usos. O açúcar é obtido a partir de alguns processos de separação e purificação do caldo da cana. O etanol, para ser produzido, precisa que o caldo da cana seja t ransformado por microrganismos. A essa transformação damos o nome de fermentação alcoólica, em que o etanol é obtido a partir do açúcar (sacarose) presente no caldo. Além da produção do álcool e do açúcar (em forma de melado, açúcar mascavo, rapadu ra, açúcar refinado), a planta ainda é utilizada como alimentação de gado, e seu bagaço pode ser queimado para gerar energia elétrica.
•
O etanol, como combustível, tem cada vez mais importância no cenário mundial. No Brasil, a principal fonte de etanol é a cana-de-açúcar. Sabendo algumas das características dessa planta, proponha outras fontes de produção do etanol.
Compostos oxigenados As funções químicas ou classes funcionais são um grupo de substâncias que apresentam semelhanças na fórmula estrutural. As substâncias que se agrupam em uma classe apresentam um grupo funcional característico, ou seja, um átomo ou um grupo de átomos que conferem as propriedades químicas semelhantes a esse conjunto de compostos. Existem diversas funções químicas em que podemos agrupar os compostos. Por exemplo, os que contêm oxigênio, isto é, compostos oxigenados, podem fazer parte das funções químicas álcool, enol, fenol, éter, aldeído, cetona, ácido carboxílico ou éster. Cada uma delas é caracterizada por um grupo funcional, como veremos a segu ir.
~ Álcoois
OH 1
C- R,
I \ R2
R3
álcool (representação genérica)
O etanol é o álcool mais conhecido e utilizado no dia a dia. Como vimos na abertura do capítulo, a maior fonte de obtenção do etanol no Brasil é a cana-de-açúcar. Apesar de o etanol ser popularmente chamado de álcool, na verdade esse é apenas um dos componentes de uma classe de compostos caracterizados por um grupo funcional. Os álcoois são compostos que apresentam o grupo OH (hidroxila) ligado diretamente a um carbono saturado. As indicações R 1, R 2 e R 3 representam grupos substituintes derivados de hidrocarbonetos; nessas posições também pode haver átomos de hidrogênio. Dependendo do tipo de átomo de carbono a que o OH se encontra ligado, podemos chamar o álcool de primário, secundário ou terciário. Alcoois que apresentam o grupo hidroxila ligado a carbono primário são classificados como álcoois primários. Os que apresentam a hidroxila ligada a carbono secundário são ditos álcoois secundários. Se a hidroxila estiver ligada a carbono terciário, o álcool será terciário. Observe a Tabela 1 a seguir. Tabela 1. Exemplos de álcoois primário, secundário e terciário
carbono primário
Fórmula estrutural
H 1 H C- C- OH 3 1 H
OH 1 c H c/ 1'-cH 3 H 3
OH 1 CH - C- CH 3 1 3 CH 3
Fórmula molecular
C2H60
C3H8 0
C4 H100
Classificação
Álcool primário
Álcool secundário
Álcool terciário
carbono secundário carbono terciário •
hidroxila
l> Nomenclatura da função álcool De acordo com a nomenclatura oficial, recomendada pela IUPAC, o álcool é nomeado considerando-se que a hidroxila substitui átomos de hidrogênio em um hidrocarboneto. Por exemplo, o menor hidrocarboneto é o metano. Se substituirmos um átomo de hidrogênio do metano por um grupo OH, formaremos um álcool. O nome desse álcool é construído com base no nome do alcano, substituindo o sufixo o (característico dos alcanos e demais hidrocarbonetos) pelo sufixo oi, próprio da nomenclatura dos álcoois.
H
H
1
1
H- c- H 1
38
Capítulo 2
H- C- OH 1
H
H
metano
metanol
Álcoois com três ou mais átomos de carbono devem ter a cadeia carbônica numerada de tal forma que o carbono no qual está ligado o grupo funcional receba o menor número possível. Alcoois de cadeias ramificadas devem apresentar os nomes das ramificações listados segundo a ordem alfabética, como visto no estudo de hidrocarbonetos. O álcool presente em bebidas, produtos de limpeza e combustível de automóveis (Figura 1) é o etanol.
j .2 ,_.., . g'
~
!" .___'-•Figura 1. O álcool utilizado como combustível é o etanol.
CH3 - CH 2 - OH etanol
Vejamos mais alguns exemplos: H 3
11
2
H C- CH - C - OH 3
1
2
y
1
H
1 4
3
11
2
H C - CH - CH - C- OH 3
OH
1
2
2
OH s 4 3 2 12 H e - CH - CH - CH -
4
~
3
2
H
H propan-1-ol
propan-2-ol
butan-1-ol
OH
ciclo-hexanol
1
2-metilpropan-2-oi
2-metilbutan-2-ol
De maneira geral, a nomenclatura de um álcool obedece à seguinte regra:
+
prefixo
infixo
número de átomos de e
+
sufixo
an en in
oi
e-
OH
1
3-metilpentan-1-ol
OH
OH
~
11
H
CH3 butan-2-ol
~
2
1
H
4 J
2 1
2,3-dimetilbutan-2-oi Professor. relembre com os alunos as difeientes fonnas de representação das cadeias. Os exemplos acima podem ajudá-lo. Se julgar adequado, peça aos alunos que representem a mesma cadeia utilizando difeientes formas.
~ Alcoois com dois ou mais grupos hidroxila O etilenoglicol é um álcool com duas hidroxilas usado na indústria automobilística como anticongelante da água do radiador, pois produz uma solução aquosa com menor temperatura de congelamento e maior temperatura de ebulição que a água pura. A fórmula estrutural do etilenoglicol é: HO
./'---V'OH
etan-1,2-diol (etilenoglicol)
Outro álcool com mais de um grupo hidroxila e de grande aplicabilidade é o propan-1 ,2,3-triol. A temperatura ambiente, trata-se de um composto líquido e inodoro. No comércio, o propan-1,2,3-triol é vendido com o nome de glicerol ou glicerina. Esse triálcool tem várias utilidades: pode ser empregado na confecção de bolos, com a finalidade de reter umidade, na fabricação de sabonetes e até no preparo de explosivos (Figura 2). O glicerol é um subproduto do preparo do biodiesel. A seguir, temos a fórmula estrutural em linhas e a fórmula estrutural em varetas e esferas para o propan-1,2,3-triol. J
1
HO!"OH OH propan-1,2,3-triol
j ~
~ ,:,
~
propan-1,2,3-triol
Figura 2. O glicerol tem várias aplicações, como na indústria de cosméticos e na indústria bélica para produção da dinamite (trinitroglicerol).
(Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Note que acrescentamos di e tri ao sufixo oi nesses dois exemplos para indicar a presença de dois e três grupos OH, respectivamente. Funções orgânicas
39
Química em rede O álcool no organismo humano [...1 O vinho e a cerveja foram provavelmente as bebidas alcoólicas mais conhecidas na Antiguidade. As pessoas não sabiam explicar a produção dessas bebidas a partir da uva e da cevada, mas no caso do vinho, em particular, associaram esse mistério e os seus efeitos no organismo humano a uma divindade mitológica específica: o deus Dioniso ou Baco.
no benefício nutritivo do que ele come. Dessa forma, os alcoólicos sempre desenvolvem desnutrição. O consumo agudo de etanol também pode levar à hipoglicemia, pois inibe a formação de carboidratos a partir do lactato e dos aminoácidos [... ). [ ... ) LEAL, M. C., ARAÚJO, D. A. de e PINHEIRO, P. C.Alcool ismo e Educação Química. Química Nova na Escola, v. 34, n. 2, p. 58-66, maio 2012. Disp-0nível em : <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc34_2/03-QS-42-11 .pdf> Acesso em: 12 fev. 2016.
[...1 O vinho e a cerveja eram obtidos exclusivamente pelo processo de fermentação alcoólica, mas apresentam teor alcoólico relativamente baixo. Com o processo de destilação, introduzido na Europa pelos árabes na Idade Média, surgiram bebidas alcoólicas com teores mais altos. Entre o século X e XII, os alquimistas europeus classificaram o produto da destilação como aqua ardens, literalmente água que pega fogo, e atribuíram a ela propriedades místico-medicinais.
[...1 A partir da Revolução Industrial, registrou-se grande aumento na oferta de destilados e um maior consumo por toda parte. Com as bebidas destiladas, o consumo tornou-se mais perigoso[ ... ).
[...1 Logo que chega ao estômago, cerca de 20% do etanol passam diretamente para a corrente sanguínea através das paredes estomacais. Os 80% restantes vão para o intestino delgado, onde também serão absorvidos pela corrente sanguínea.
[...1 Uma vez na corrente sanguínea, o etanol, com sua estrutura pequena e simples, é rapidamente distribuído por todo o organismo. [ ... )
O álcool interfere na capacidade de as células absorverem e usarem nutrientes de outros alimentos. Ele também atrapalha a absorção de vitaminas e aminoácidos no trato gastrointestinal e aumenta a perda de vitaminas (como tiamina, piridoxina e ácido pantotênico) na urina. Ainda que o alcoólatra coma bem, o álcool lhe retira o ple-
Atividades
Estátua de Dionísio- na mitologia grega, o deus do vinho- com um cacho de uvas.
Escreva no caderno
1. Além dos problemas sociais e nutricionais relacionados ao alcoolismo, cite outros problemas causados no organismo pelo consumo de álcool.
2. O consumo exagerado de álcool está relacionado aos altos índices de acidentes de trânsito (principalmente entre jovens) e também a casos de mortes violentas. Quais as formas de identificação do alcoolismo e quais são os tipos de tratamento indicados?
40
Capítulo 2
~ Enóis Os enóis são compostos que apresentam o grupo hidroxila ( - OH) ligado diretamente a um carbono alcênico, ou seja, insatu rado por uma dupla ligação . As indicações R1, R2 e R3 representam grupos substi tu intes derivados de hidrocarbonetos; nestas posiçõ es também pode haver átomos de hidrogên io .
enol (representação genérica)
~ Nomenclatura da função enol A nomenclatura of icial de um enol, recomendada pela IUPAC, tem o prefixo e o infixo dos alcenos e o sufixo dos álcoois. Assim:
+
prefixo número de átomos de e
infixo
+
sufixo oi
en
Como no caso dos alcenos, enóis com t rês ou mais átomos de carbono devem ter a cadeia carbônica numerada de tal forma que o carbono insaturado que contenha o grupo OH receba o menor número possível. Vejamos alguns exemplos:
OH H"\ 2 1/ C=C HC - l C~ "H 3
2
but-1-€n-1-ol
4
OH 12
~
but-1-en-2-ol
4
OH 12
~
but-2-en-2-ol
~ Fenóis Os fenóis são compostos que apresentam o grupo hidroxila (- OH) ligado diretamente a um carbono aromático. O fenol mais simples é o hidroxibenzeno, cuja fó rmula está representada a seguir.
hidroxibenzeno (fenol comum)
O hidroxibenzeno foi descoberto em 1834 pelo químico alemão Friedlieb Ferdinand Runge (1795- 1867). Deve ser armazenado de forma adequada, pois é um material corrosivo e irritante à pele e às mucosas. Se for ingerido, poderá ser fatal, pois causa queimaduras e ataca sistema nervoso, rins e fígado. Apesar de sua periculosidade, o fenol é bastante empregado como conservante para madeira e na produção de fó rmica. Outra aplicação do hidroxibenzeno é na obtenção de cresóis. Com base neles se produzem os cresolatos de sódio, popularmente conhecidos como creo linas, utilizados como desinfetantes. Funções orgânicas
41
t>
Nomenclatura da função fenol Na nomenclatura oficial dos fenóis, recomendada pela IUPAC, considera-se o
fenol um derivado do benzeno. Assim, a hidrolixa (OH) recebe o nome de hidroxi, e os demais ligantes ao anel benzênico são considerados substituintes. Veja alguns exemplos a seguir e note que o carbono ligado à hidroxila recebe o número 1 e o carbono ligado a outro grupo, o menor número possível em relação ao carbono ligado ao OH. OH
OH 1
60 2 5
4
4
2-metil-hidroxibenzeno
~
j
3
CH 3
3-metil-hidroxibenzeno
Há outras maneiras de nomear os fenóis. Lembre-se de que " o" significa
lFt t ití::
"orto" (posição 1,2 no benzeno), " m " significa " meta" (posição 1,3 no benzeno) e "p" significa "para" (posição 1,4 no benzeno).
-~ ~
I
~
OH
~
&CH 3
Exemplos de alimentos que contêm polifenóis.
Uma alimentação saudável, necessariamente, deve incluir frutas e hortaliças, as quais estão relacionadas à prevenção de doenças e manutenção do bom fu ncionamento do organismo. Além de serem fonte de fibras, vitaminas e o utros compostos essenciais ao organismo humano, as f rutas e hortaliças são ricas em polifenóis. Estudos acerca da atuação dessa classe de substâncias no organismo mostraram que o consumo de polifenóis está relacionado à prevenção de doenças cardiovasculares e neurodegenerativas, além de alguns tipos de câncer. Esse efeito se deve à ação antioxidante dos polifenóis no organismo, atuando na redução e inibição dos danos provocados pelos radicais livres. Banana, manga, laranja, abacaxi, cebola, brócolis e repolho estão entre as principais fontes de polifenóis consumidas no Brasil.
2-metilfenol o-metil-hidroxibenzeno (o-cresol)
t>
Capítulo 2
0
HOÔ CH 3
3-metilfenol m-metil-hidroxibenzeno (m-cresol)
CH 3 4-metilfenol p-metil-hidroxibenzeno (p-cresol)
Polifenóis Assim como os álcoois, os fenóis também podem apresentar duas ou mais
hidroxilas ligadas à cadeia carbônica. O catecol, o resorcinol e a hidroquinona (nomes populares) são exemplos de polifenóis, pois apresentam duas hidroxilas ligadas diretamente ao anel aromático. OH
OH 6 5
o
OH
OH
1
l 3 4
4
OH 1,2-di-hidroxibenzeno (catecol)
1,3-di-hidroxibenzeno (resorcinol)
1,4-di-hidroxibenzeno (hidroquinona)
Essas t rês substâncias são utilizadas na indústria química. O catecol é utilizado na síntese de outros compostos orgânicos. O resorcinol é utilizado na indústria da borracha e como agente terapêutico da acne humana. Porém, a ingestão indevida pode causar intoxicação aguda, provocando vários problemas à saúde. A hidroquinona é usada como revelador fotográfico, na produção de corantes e de cosméticos para clarear a pele. A hidroquinona também é um componente do tabaco e, nesse caso, está associada a lesôes oxidativas do DNA e desenvolvimento de leucemias.
42
OH
1. O grupo hidroxila aparece em diversos compostos orgânicos, como álcool, enol e fenol. Estruturalmente, podemos diferenciar essas três funções considerando o grupo de átomos ao qual o grupo hidroxila se liga. Por exemplo, os fenóis são compostos que apresentam o grupo OH ligado diretamente a um carbono ' . aromat1co. Com base nessas informações e considerando seus conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar que: a) a estrutura H3C - CH20H representa um enol. @ o menor enol tem fórmula molecular C2H40. c) o hidroxibenzeno é um álcool aromático.
O Brasil está fechando o cerco às pessoas que insistem em dirigir depois de consumirem bebidas alcoólicas. [... ) A nova Lei Seca não admite nem sequer um gole de cerveja. Antes, o motorista era liberado quando o bafômetro detectava qualquer concentração até 0, 1 miligrama de álcool por litro de ar. Ou então quando, ao submeter-se ao exame de sangue, o laudo apontava até 2 decigramas de álcool por litro de sangue. Agora, o ar e o sangue não podem conter vestígio nenhum de álcool. Westin, R. Mais rígida, lei se<a enfrenta tradição brasileira de beber e dirigir. Agência senado, 5 fev. 2013. Disponível em: <http://wwwl 2.senado.leg. br/noticias/materias/2013/02/05/mais-rigida-lei-secaenfrenta-tradicao-brasileira-de-beber-e-dirigir>. Acesso em: 12 mar. 2016.
a) A notícia usa o termo álcool como sinônimo de etanol Explique, do ponto de vista químico, se essa é uma associação correta ou não.
d) o propan-2-ol é um diálcool.
e) o prop-l-en-2-ol é um álcool. 2. Para representar as substâncias químicas, utilizamos modelos. No caso da Química Orgânica, podemos representar as moléculas pelos modelos de fórmulas estruturais planas e, em alguns casos, pelos modelos de varetas e esferas, como os representados a seguir.
n I
IV
III
(Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Considerando que essas representações são todas referentes a álcoois, faça o que se pede. a) Determine a fórmula molecular do álcool secundário. b) Indique a fórmula que representa o álcool de maior uso doméstico. c) Qual o nome oficial, segundo a IUPAC, para o álcool de número III? 3. Em 2013, a Lei Seca existente no Brasil foi reformulada, estipulando novas regras para a punição do motorista que for pego dirigindo após ingerir bebidas alcoólicas.
b) Reflita e discuta com seus colegas sobre a importância da Lei Seca para a segurança no trânsito. 4. (UFRN) A seguir se fornecem informações sobre duas substâncias. • O álcool meo1ico, ou metanol, é uma substância tóxica, que pode causar cegueira e até a morte quando ingerido, inalado ou absorvido pela pele em determinada quantidade, como aconteceu em Salvador no início de 1999, quando 40 pessoas morreram devido ao consumo de aguardente contaminada com metanol. Esse tipo de álcool é usado como solvente, como combustível ecológico e na síntese de compostos orgânicos. • O álcool etílico, ou etanol (também um álcool), tem aplicação na indústria de bebidas, e é usado como solvente e como combustível ecológico. Sobre essas substâncias responda: a) Uma pessoa encontrou dois frascos, cada um com um rótulo no qual aparecia somente a palavra álcool, sendo que um continha etanol e o outro metanol. Escreva as fórmulas estruturais do metanol e do etanol, que devem ser colocadas nos frascos a fim de diferenciá-los e evitar um acidente. b) O metanol é uma substância que, nas condições ambientais de 25 ºC e 1 atrn, se apresenta como um líquido e não como um gás ou um sólido. Baseando-se na sua composição e estrutura, explique esse comportamento do metanol nas condições dadas. 5. Com base no que você estudou sobre as funções álcool, enol e fenol, construa as fórmulas estruturais dos seguintes compostos: a) 4-metilpentan-2-ol b) 2-metilfenol c) propen-2-ol Funções orgânicas
43
1 ~ Éteres ~
Os éteres são compostos que apresentam átomo de oxigê~ nio como heteroátomo e têm o seguinte grupo funcional:
j
As indicações R1 e R2 representam grupos substituintes deri- vados de hidrocarbonetos. Dados históricos mostram que as primeiras aplicações dos ~ éteres foram como anestésicos. Antes da descoberta do uso de ·"z éteres para esse fim, as cirurgias eram realizadas sem que o paciente estivesse completamente anestesiado, o que limitava os tipos de procedimentos que poderiam ser realizados e causava imenso desconforto aos doentes, fazendo com que muitos morressem durante a cirurgia. O etoxietano, também chamado de éter dietílico ou simplesmente éter etílico, foi utilizado como anestésico no século XIX (Figura 3), mas teve seu uso suspenso com a descoberta de novas substâncias mais seguras e que serviam também como anestésico.
i, N
Figura 3. Quadro de 1882 mostrando a primeira cirurgia utilizando anestesia geral. O paciente foi operado de um tumor no pescoço, sendo anestesiado com éter etílico, que está em um pequeno frasco nas mãos do médico à esquerda no quadro.
,,.o,
H3C- CH 2
CH 2- CH 3
etoxietano
~ Nomenclatura da função éter A nomenclatura IUPAC recomendada para os éteres se baseia nos grupos orgânicos ligados ao átomo de oxigênio (R1 e R2). Assim, o nome é dado pelo prefixo de R1 (que apresenta menor número de carbonos) + oxi + nome do hidrocarboneto correspondente ao R2 (que apresenta maior número de carbonos). O nome do éter também pode ser dado pelos nomes dos grupos seguidos do sufixo ico citados em ordem alfabética.
+
prefixo número de átomos de carbono no R,
infixo OXI
+
sufixo nome do hidrocarboneto correspondente ao R2
Vejamos alguns exemplos:
metoximetano (éter dimetilico)
etoxietano (éter dietílico)
metoxi-isopropano (éter isopropílico e metílico)
~ Aldeídos Os aldeídos são compostos que apresentam o grupo funcional - CHO ligado à cadeia carbônica. Esse grupo recebe o nome de formila, aldoxila ou carbonila aldeídica. A indicação R representa um grupo substituinte derivado de hidrocarbonetos; nesta posição também pode haver um átomo de hidrogênio.
o
//
R- C
\
44
Capítulo 2
formila, aldoxila ou carbonita aldeidica
H
I> Nomenclatura da função aldeído A nomenclatura oficial de um aldeído, recomendada pela IUPAC , tem o prefixo e o infixo dos hidrocarbonetos e o sufixo ai. A numeração da cadeia é feita a partir da extremidade que contém o grupo funcional. prefixo
+
+
infixo
número de átomos de C
sufixo
an en m
ai
Vejamos alguns exemplos:
o 2
o
4~
'I
3
3~
H
2
0
H
propanal (aldeído propiônico)
S
o ~H 4
2
1
CH 3
pentana!
3-etil-4-metilpent-4-enal
O aldeído de menor massa molar é o metanal, que apresenta o grupo carbonila ligado a um átomo de hidrogênio. Esse aldeído, chamado também de aldeído fórmico, é utilizado no preparo de uma solução aquosa chamada formal, usada para conservar tecidos orgânicos. Além desse uso, o metanal é produzido em grandes quantidades para aplicações na indústria de plásticos e resinas. O formal era comumente encontrado em farmácias e supermercados, até que a proibição da comercialização dessa substância se deu, principalmente, em razão do uso indiscriminado de formal como alisante de cabelo nas chamadas escovas progressivas. Quando em contato com a pele e com o couro cabeludo, o formal pode causar dor, ardência e até queimaduras. Essa substância também é classificada como cancerígena, ou seja, os vapores de formal, quando inalados, podem aumentar o risco de desenvolvimento de alguns tipos de câncer, como o de nasofaringe. A inalação dos vapores de formal apresenta um efeito ainda mais pronunciado em cabeleireiros, que estão sujeitos à exposição prolongada a essa substância. Outros aldeídos comuns são o aldeído acético, ou etanal, utilizado na produção de fármacos. e a acroleína, um aldeído formado durante o processo de frituras de alimentos gordurosos.
o
o
//
HC - C 3
H C= CH- C 2
\
H
\
H
metanal ou aldeído fórmico
Figura 4. Imagem de um cartaz da campanha "Diga não ao formol ". O uso do formo! no alisamento capilar é proibido por lei.
o
//
//
H- C \
11
H2C~ 4 ,.....CH~ ,;- C.....__ ( cl CH2 H H C,..... H2 3
butanal
3
H
etanal ou aldeído acético
propenal ou acroleína
Na indústria de cosméticos e de alimentos, os aldeídos são utilizados como aromatizantes. Os mais comuns são o benzaldeído, o salicilaldeído, a vanilina e o cinamaldeído (nomes populares).
o li
~
C- H
benzaldeido (odor de amêndoas)
o
li C-H
o o H C,..... 3
©rCH 3 salicilaldeido (odor de amêndoas)
HO
o
li
o
C- H
vanilina (odor de baunilha)
11
~CH~CH,.....
C- H
cinamaldeido (odor de canela) Funções orgânicas
45
~ Cetonas Os compostos pertencentes à classe funcional das cetonas são aque-
?i ) ligada a dois l-c-
les que se caracterizam por apresentar uma carbonila (
grupos substituintes derivados de hidrocarbonetos, representados por R1 e R2 . Nesse caso, não podemos ter um átomo de hidrogênio como um dos substituintes.
o
//
R- C 1
\
R2 carboni la (R, e R2 # H)
t> Nomenclatura da função cetona A nomenclatura IUPAC para as cetonas de cadeia aberta é dada substituindo-se a terminação o do nome do hidrocarboneto de mesmo número de átomos de carbono pelo sufixo ona. A cadeia principal deve ser numerada de tal forma que se dê ao carbono da carbonila o menor localizador numérico possível.
+
prefixo
infixo
número de átomos de e
+
an en in
sufixo ona
o 4
pentan-2-ona
o ~
o ~
propanona
butanona
l
2
4-etil-3-metil-ciclo-hexanona
A menor cetona é a propanona, também conhecida comercialmente por acetona. É, sem dúvida, a cetona comercial de maior importância, sendo amplamente utilizada como removedora de esmaltes. Juntamente com a butanona, são solventes industriais muito comuns, visto que dissolvem uma gran de variedade de substâncias orgânicas e são de baixa toxicidade.
~ Ácidos carboxílicos Os ácidos carboxílicos são compostos que se caracterizam por apresentar o grupo funcional carboxila (- COOH) ou carboxílico.
o
//
R- C \
grupo carboxila ou carboxílico
OH
A indicação R representa um grupo substituinte derivado de hidrocarbonetos; nessa posição pode também haver um átomo de hidrogênio. A presença do grupo carboxila confere a essa classe de compostos propriedades características, como a acidez. Entretanto, a acidez desses compostos é relativamente baixa, tanto em água quanto em outros solventes. A ionização dos ácidos carboxílicos pode ser representada de acordo com a equação a seguir.
o
//
R- C \
OH
o
+
H2O
//
R- C \
+
Hl O+
o
A seta menor no sentido da reação direta indica a baixa ionização da maioria dos ácidos carboxílicos.
46
Capítulo 2
~ Nomenclatura da função ácido carboxílico O sistema IUPAC de nomenclatura dos ácidos carboxílicos é baseado no nome do hidrocarboneto do qual o ácido deriva, com a substituição do sufixo o pelo sufixo oico e o acréscimo do nome da função (ácido) antes do prefixo. +
função ácido
+
prefixo
+
infixo
número de átomos de C
sufixo
an en .m
OICO
Tabela 2 . Nomenclatura dos ácidos carboxílicos ,
Acido + prefixo + infixo + oico
Fórmula
Nome oficial
Nome popular
+ met + an + oico
Ácido metanoico
Acido fórmico
+ et + an + oico
Acido etanoico
Acido acético
Acido
+ prop + an + oico
Acido propanoico
Acido propiônico
Acido
+ but + an + oico
Acido butanoico
Acido butírico
o
//
H- C \
Acido
OH
o
//
HC - C 3
Acido
\
OH
o
//
H C - CH - C 3
l
\
OH
o
//
H C- CH - CH - C 3
2
2
\
OH
Em alguns casos, o nome popular do ácido carboxílico tem origem no latim. Por exemplo: o termo fórmico vem do latim formica, que significa "formiga", uma referência às formigas vermelhas que liberam esse ácido durante sua picada. O termo acético vem de acetum, que significa "azedo". Butírico vem de butyrum, que significa "manteiga", nome dado em razão de esse ácido ser o responsável pelo cheiro e sabor característicos da manteiga rançosa. Além da numeração da cadeia carbônica principal - que é feita a partir do grupo funcional carboxila - para designar ramificações ou outros grupos funcionais, uma forma alternativa de nomenclatura de ácidos faz uso do alfabeto grego. No caso dos ácidos carboxílicos, tanto a numeração da cadeia carbônica como a denominação dos carbonos utilizando o alfabeto grego são feitas independentemente da ramificação ou do outro grupo funcional presente. Assim, o carbono vizinho à carbonila (C= O) será o carbono 2 ou alfa (ex). O carbono seguinte será o carbono 3 ou beta (13), e assim por diante.
o
~
u
3
l
1,1
1
\
H C- CH- C 3
OH
~
u
3
2
1//
1
\
H C- CH - CH-C 3
OH
ácido 2-hidroxipropanoico (ácido a-hidroxipropanoico) (ácido lático)
o
y
4
2
CH 3 ácido 2-metilbutanoico (ácido a-metilbutanoico)
b 5
3
u
2
o
Antipirético: medicamento
OH
que combate a febre. Antisséptico: medicamento que combate infecções. Antifúngico (ou fungiàda): medicamento que combate fungos.
1 ,1
H C- CH - CH - CH - C 3
OH
~
y
4
2
1
2
CH 3
\
ácido 3-metilpentanoico (ácido t3-metilpentanoico)
Entre os ácidos carboxílicos cuja cadeia carbônica é aromática, o ácido benzoico é o mais importante. Obtido no século XVIII pelo químico e farmacêutico sueco Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), é chamado também de ácido benzenocarboxílico. Esse composto apresenta alto ponto de fusão (122,3 ºC) e de ebulição (249,2 ºC) e tem grande importância na indústria farmacêutica, uma vez que é utilizado na produção de antipiréticos, antissépticos e antifúngicos.
o 11 e ~ ' OH ácido benzenocarboxílico (ácido benzoico) Funções orgânicas
47
Contexto histórico O desenvolvimento do ácido acetilsalicílico Um dos fármacos mais consumidos em todo o mundo tem como base o ácido acetilsalicílico, princípio ativo que teve a sua fórmula desenvolvida ao longo do tempo. O seu precursor, a salicilina, foi utilizado pelo médico Hipocurus, no século V a.e., obtido a partir do chá da casca do salgueiro-branco (Salix alba) para o tratamento da febre e dores de parto. O uso das folhas e cascas do salgueiro ainda era adotado no século 1d.C., pelo médico grego Pedanius Dioscorides, para tratamento de dores reumáticas. Foi apenas no século XIX que o princípio ativo presente na folha e na casca do salgueiro, a salicilina, foi isolado por Henri Leroux, um farmacêutico francês. Em 1838, Raffaele Piria, químico italiano, conseguiu obter ácido salicílico a partir da salicilina. E nesse mesmo ano a produção do ácido salicílico passou a ocorrer em escala industrial. O ácido salicílico, apesar de ter uma ação eficaz, causava muitos efeitos colaterais e possuía sabor amargo, por isso o uso contínuo desse fármaco era desconfortável para os pacientes. Em 1897, Felix Hoffman, um químico de uma importante indústria farmacêutica internacional, para Pedanius Dioscorides, médico, farmacêutico e botânico grego. atender ao pedido de seu pai, que sofria com os Século I d.e. efeitos colaterais do tratamento contínuo de reumatismo crônico por meio do uso do ácido salicílico, preparou, no laboratório de sua empresa, o ácido acetilsalicílico. Esse derivado do ácido salicílico não apresentava os efeitos colaterais de seu precursor, mantendo, porém, sua ação analgésica. Logo depois, em 1899, o fármaco foi patenteado.
o
o
OH
Molécula de ácido acetilsalicílico
Ao longo de mais de 100 anos do início da fabricação do ácido acetilsalicílico, já foram vendidos mais de 350 bilhões de comprimidos. Hoje, é utilizado mundialmente por mais de 200 milhões de pacientes e é considerado o terceiro analgésico mais vendido no mundo.
Atividades
Escreva no caderno
1. O texto afirma que, apesar de a casca do salgueiro ser utilizada para o tratamento de dores desde o século V a.e., a extração do princípio ativo contido nela - a salicilina - , bem como a síntese do ácido salicílico e do ácido acetilsalicílico, ocorreu apenas no século XIX. Pesquise e discuta com seus colegas sobre as possíveis razões para isso.
48
Capítulo 2
2. Sabendo que 350 bilhões de comprimidos de ácido acetilsalicílico já foram produzidas e que esse fármaco é consumido por mais de 200 milhões de pacientes no mundo, reflita sobre a importância desse fármaco na cadeia produtiva da indústria farma' . ceut1ca.
~
Ésteres Os ésteres são compostos caracterizados pela presença do grupo funcional
9)
carbonila (
ligado a um grupo R1 e a um grupo OR2 . A indicação R, -(representa um grupo substituinte derivado de hidrocarbonetos e, nesta posição, também pode haver um átomo de hidrogênio, e R2 , um grupo substituinte derivado de hidrocarbonetos.
o
//
RC 1 \ 0-R
2
I> Nomenclatura da função éster De acordo com a IUPAC, para nomearmos um éster, devemos: nomear a cadeia que contém a carbonila com base no número de átomos de carbono, acrescentando o sufixo oato; depois, nomear a outra cadeia, acrescentando o sufixo ila. prefixo,
+
infixo
'--.,....-'
'--.,....-'
número de átomos de e
an en in
sufixo,
+
+
de
oato
+
+
prefixo,
Volte à fórmula do ácido acetilsalicílíco, mostra· da anteriormente, e chame a atenção dos alunos para a função éster presente nela.
sufixo,
'---,....-'
'--.,....-'
número de átomos de e
ila
Vejamos alguns exemplos:
H- 1\
o
o
H- 1\
0 - CH 3
0 - CH 2 CH 3
metanoato de metila
metanoato de etila
o
//
CH - C 3
\
O- CH 2CH 3 etanoato de etila
Os ésteres são compostos que fazem parte do nosso cotidiano, pois estão presentes em perfumes, cosméticos, sorvetes, bolos, balas, doces, medicamentos e diversos outros produtos. O processo de síntese em laboratório dos compostos dessa classe funcional foi estabelecido no final do século XIX, mais precisamente em 1895, por Emil Fischer e Arthur Speier. Eles obtiveram um éster por meio do aquecimento de um álcool com um ácido carboxílico em presença de um catalisador, o ácido sulfúrico. Esse processo é conhecido atualmente como esterificação de Fischer e será visto posteriormente, quando for estudada a reação de esterificação. O emprego industrial dos ésteres é vasto. De fato, é comum encontrá-los em quase todos os rótulos em embalagens de alimentos processados. Um alimento aromatizado artificialmente, por exemplo, contém flavorizantes, que, geralmente, são ésteres.
- f\
o
CH3 CH 2
O- CH 2CH 2CH 3
propanoato de propila
Flavorizante: palavra de origem inglesa utilizada para designar substâncias que artificialmente dão aroma e sabor a alimentos industrializados.
Tabela 3. Alguns exemplos de ésteres utilizados como tlavorizantes
o Aroma d e m açã
Arom a de lar anja
)(º~ o )(o
Etanoato de etila
Etanoato de octila
o
Arom a de abacaxi
~º~
Arom a de banana
o )(º~
Butanoato de etila
Etanoato de 3-metilbutila
Funções orgânicas
49
f ~ ~
j
-ª
'§.
~ ~
" §'
~ Funções mistas Existem compostos que apresentam duas ou mais funções químicas, sendo, por isso, classificados como funções mistas. A glicose, por exemplo, é uma substância de função mista. Nela podemos identificar um grupo funcional de aldeído e cinco grupos funcionais de álcool. No hormônio feminino estrogênio, podemos identificar as funções fenol e álcool.
"' aldeído
O~ /H
~e 1
CH 3 OH
H- C- OH
'-'~~
1
álcool
H
HO- C1
H- C- OH
álcoois
1
H- C- OH 1
CH 2 0H
HO fenol estrogênio
glicose Figura 5. Quanto mais rica em algas e camarões for a alimentação dos flamingos, mais vermelha será sua plumagem. A astaxantina, molécula responsável pela coloração dos flamingos, faz parte do grupo das xantofilas, carotenoides que apresentam duas ou mais funções químicas.
1. Leia o texto a seguir.
Conheça os perigos da escova progressiva para os cabelos Proibida novamente nos salões de beleza do Rio de Janeiro, a escova progressiva com formo! virou queridinha das mulheres que querem fios lisos sem o aspecto artificial dos alisamentos tradicionais. Mas a substância pode trazer riscos à saúde, principalmente em quem aplica o produto, e a longo prazo enfraquece e quebra os cabelos. VIANNA, M. Conheça os perigos da escova progressiva para os cabelos. Zero Hora, 3 abr. 2009. Disponível em: <http:J/zerohora.dícrbs.com.br/rs/·noticia/2009/04/conhecaos-perigos-da-escova-progressiva-para-os-cabelos-2463894.html>. Acesso em:16 mar. 2016.
Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Cite as principais aplicações do formal. b) O formol representa risco apenas à saúde de quem utiliza o produto como alisante de cabelo. Você concorda com essa afirmação? Justifique sua resposta. c) O formal é uma substância composta? Justifique sua resposta.
2. O termo feromônio pode se referir a uma substância em particular ou a uma mistura de substâncias que permite a comunicação entre indivíduos da mesma
50
Capítulo 2
espécie, configurando-se em uma linguagem. Os insetos se comunicam por sinais químicos emitidos, e, para cada ripo específico de feromônio, ocorre uma reação, isto é, há feromônios de marcação de trilha, de alarme, de ataque, de agregação de indivíduos, de cópula, entre outros. Alguns exemplos de feromônios:
o 11
H3C- CH2 c{cH]6 CH3 Feromônio liberado pela formiga Oecophylla longinoda ao se preparar para a luta.
o
l
H3Cf:H 2 4
< H
Feromônio de alarme liberado pelas formigas ao pressentir perigo de morte.
~OH Feromônio de trilhas liberado pela abelha Apis mellifera. Em dias de ventania e chuva, há dificuldade de retomo para a colmeia e muitas abelhas acabam morrendo, pois a trilha se desfaz.
Indique quais as funções orgânicas presentes em cada uma das moléculas mostradas e determine suas nomenclaturas segundo a IUPAC. 3. A propanona é uma das substâncias mais vendidas em todo o mundo. Utilizada como solvente, pode ser empregada, por exemplo, para a retirada de esmalte de unhas. Ao se fazer uso da propanona, não se deve deixar o frasco aberto, pois ela evapora rapidamente. Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Qual a diferença entre a propanona e a acetona (vendida em farmácias)? b) A propano na tem alta volatilidade? Justifique com base no texto. c) O nome propanona sugere a presença de quantos carbonos? 4. A seguir temos a representação de dois hormônios muito importantes para o desenvolvimento de um individuo, a testosterona (hormônio masculino) e a progesterona (hormônio feminino).
o
a) Quais são os grupos funcionais oxigenados presentes na testosterona? b) Quais são os grupos funcionais oxigenados presentes na progesterona?
5. Os ácidos carboX11icos são de grande utilidade em nosso cotidiano. Os processos industriais de produção de alimentos enlatados ou de medicamentos raramente são divulgados e, por isso, não temos acesso a todos os compostos utilizados. No entanto, se observarmos os rótulos das embalagens que contêm esses produtos, encontraremos dados como composição, valores energéticos, presença ou ausência de sódio, entre outros. Cite pelo menos uma aplicação dos ácidos carboxílicos na produção de alimentos e na de medicamentos. Esses dados devem ser relatados com base em suas observações e leituras de rótulos de embalagem de alimentos e de bulas de medicamentos. 6. O uso dos ésteres na indústria de alimentos é vasto, principalmente como aromatizante. O cheiro de pera presente em um iogurte, por exemplo, deve-se à pre-
sença do etanoato de pentila. Considerando essas informações, faça o que se pede. a) O etanoato de pentila pertence a qual função química?
o
o testosterona
progesterona
b)Represente a fórmula estrutural do etanoato de pentila.
Compostos nitrogenados ~
Estamos constantemente em contato com substâncias voláteis, que percebemos como agradáveis ou desagradáveis ao olfato. Alguns odores desagradáveis nos sugerem algo em decomposição em um ambiente ou má qualidade de um alimento. Quando, por exemplo, estamos próximos a um rio ou lagoa e sentimos um cheiro forte, sabemos que o ambiente ali se encontra degradado. Um odor ruim de um alimento resulta de sua decomposição. O mau cheiro de um peixe estragado é causado pela presença de substâncias como a piridina, um composto nitrogenado de grande volatilidade que facilmente passa para o estado gasoso e se espalha pelo ambiente.
o
N piridina As substâncias nitrogenadas - ou seja, que contêm nitrogênio - podem ser
agrupadas nas seguintes classes funcionais: aminas, amidas e nitrocompostos. Estudaremos essas funções nos próximos tópicos.
~ Aminas Considera-se que as aminas são compostos derivados da amônia (NH 3 ), a partir da substituição de um, dois ou três átomos de hidrogênio por grupos Funções orgânicas
51
R- NH2
aminas primárias
R- NH- R aminas secundárias R- N- R aminas terciárias 1
R
substituintes provenientes de hidrocarbonetos. A pi ridina é um exemplo - nesse caso, a cadeia carbônica que substitui os hidrogênios é cíclica. As aminas podem ser classificadas de acordo com a quantidade de grupos substituintes provenientes de hidrocarbonetos. Aminas que possuem apenas um grupo substituinte proveniente de hidrocarbonetos são classificadas como aminas primárias. Da mesma forma, se houver dois grupos substituintes, serão classificadas como aminas secundárias e, se houver três grupos substituintes, aminas terciárias.
Figura 6. Aminas voláteis como a piridina contribuem para o cheiro forte de peixes em decomposição.
~ Nomenclatura da função amina Plofessor, caso seja necessário, retome a nomen· datura de grupos substitllintes, estudada no ca· pítulo anteriOf.
O nome oficial das aminas, de acordo com a IUPAC, é construído nomeando-se os grupos substituintes que se encontram ligados ao átomo de nitrogênio e acrescentando-se o termo amina. Para aminas secundárias e terciárias, é inserido o pref ixo apropriado (di ou tri), se os substituintes tiverem a mesma quantidade de carbonos e estrutura. Se forem diferentes, os nomes dos grupos substituintes serão colocados em ordem alfabética. grupos substituintes
+
função
'-v--'
em ordem alfabética
amina
Vejamos alguns exemplos: HC- N- H 3
H C- N- CH
1
H metilamina
3
1
H dimetilamina
3
H C- N- CH 3
1
CH 3 trimetilamina
3
CH3 CH2 - N- CH 2 CH 2CH 3 1
CH 3 etilmetilpropilamina
Em alguns casos, podemos usar outra nomenclatura, em que a amina é considerada um substituinte (-NH).
aminobenzeno (fenilamina ou anilina)
52
Capítulo 2
1,2·diaminobenzeno (o -diaminobenzeno)
1,3-diaminopropano
A anilina (aminobenzeno) é um composto de grande aplicação, principalmente na produção de corantes, explosivos e polímeros. O cheiro forte de tecidos animais em decomposição é em parte provocado pelos compostos putrescina e cadaverina. Resultado da decomposição de proteínas, esses compostos se volatizam e se espalham pelo ambiente.
1,4-diaminobutano (putrescina)
1,5-diaminopentano (cadaverina)
~ Amidas Podemos dizer que as amidas também são compostos derivados da amônia (NH 3), em que o nitrogênio se liga a uma carbonila. As amidas são classificadas em primárias, secundárias ou terciárias, de acordo com o número de átomos de hidrogênio substituídos (um, dois ou três) por carbonilas. A indicação R representa uma cadeia carbônica; nesta posição também pode haver um átomo de hidrogênio.
o
o
//
R- C \
o li
11
R- C \
NH 2
o
o li
11
C- R
R- C \
/ NH
C- R
/ N 1
e
/ ~ R O amidas secundárias
amidas primárias
amidas terciárias
~ Nomenclatura da função amida Segundo o sistema de nomenclatura proposto pela IUPAC, deve-se atribuir à amida o nome do hidrocarboneto substituinte (sem o sufixo o) seguido do termo amida. hidrocarboneto substituinte prefixo
+ infixo
+
função amida
Exemplos:
o
o
o
11
li
li
H- C- NH2
H3C- C- NH 2
metanamida
etanamida
o - C- NH2 pentanamida
benzam ida
A nomenclatura IUPAC também estabelece que o nome do composto pode ser dado pelo(s) nome(s) do(s) grupo(s) que se encontra(m) ligado(s) ao átomo de nitrogênio, antecedido(s) pela letra N e, em seguida, dando-se nome à cadeia carbônica contendo a carbonila. Observe os exemplos:
o
o li
11
H-C-NHCH3 H C-C-N-CH 3
1
3
CH 3 N-metilmetanamida
N,N-dimetiletanamida
N-etil-3-metilpent-4-enamida Funções orgânicas
53
De todas as amidas, uma das mais comuns no nosso cotidiano é a ureia, uma diamida cuja fórmula está representada a seguir.
o li
lc\
H2N
NH 2
Primeira substância orgânica sintetizada em laboratório (por Friedrich Wõhler, em 1828), a ureia é utilizada industrialmente na fabricação de fertilizantes (Figura 7), medicamentos, cremes hidratantes (umectantes}, anestésicos, sedativos, hipnóticos, entre outros produtos.
Figura 7. Fazendeiro aplica fertilizante em plantação de cana-de açúcar em Catanduva,
SP, 2014.
~ Nitrocompostos Os nitrocompostos são uma classe funcional que contém o grupo nitro (- N02 ). Para dar o nome IUPAC desses compostos, devem-se considerar os grupos - N02 como substituintes na cadeia carbônica. Exemplos: CH 3
nitrometano
trinitrotolueno
O trinitrotolueno, conhecido como TNT, é um nitrocomposto explosivo, utilizado para fins militares e em indústrias. A ampla utilização desse explosivo deve-se às suas características, como a resistência ao choque, o que faz com que sejam minimizados os riscos de explosão acidental.
~ Nitrilas Essa classe funcional é caracterizada pela presença do grupo C1ano (- CN ou - C = N). Para nomear as nitrilas, devemos dar nome à cadeia carbônica ligada ao nitrogênio da nitrila. Exemplos: CH 3 -CN
CH 3 -CH 2 -CH 2 - CN
etanonitrila (acetonitrila)
butanonitrila
H2 C=CH - C==N prop-2-enonitrila
A acetonitrila é bastante utilizada na indústria química para produção de plásticos e na indústria têxtil para produção de fibras acrílicas.
54
Capítulo 2
Uma aplicação de compostos nitrogenados e oxigenados Existem muitos componentes que reagem para que possamos obter a cor desejada de tintura de cabelo. As tinturas de cabelo contêm substâncias que são oxidadas por peróxido de hidrogênio. As reações que produzem a tintura de cabelo ocorrem em pH básico, que é o que permite que o peróxido de hidrogênio e as substâncias que compõem as tinturas penetrem no cabelo. Veja, a seguir, algumas moléculas que compõem cores de tinturas. Repare que, no 1,3-difenol, no 1-3-aminofenol e no 1,3-diaminobenzeno, a mudança
dos grupos funcionais substituintes no anel aromático produziram tinturas de colorações bastante diferentes. O mesmo pode ser observado nas substâncias 4-metoxi-1,3-diaminobenzeno e 4-metoxi-1,3-aminofenol: na primeira, de cor azul-púrpura, temos um grupo amino e na segunda estrutura, de cor verde, no mesmo lugar há uma hidroxila no anel aromático, ou seja, um grupo fenol. Nas substâncias 1,4-diaminobenzeno e 1,3-diaminobenzeno, a posição do grupo amino faz com que as colorações sejam diferentes. /'...N/'...
HOVOH 1 '<::
Á
h
HO~
.... •)
· ··)
. ;
1,3-amlnofenol marrom{laro
1,3·dlfenol amarel~sverdeado
• - - -- --~
1,4-diamlnobenzeno marrom-escuro
1,3-dietilaminofenol marrom,ollva
OH
OH
.. ··•
·•
.O
H2 N~ H
4-metoxi•1,3-amlnofenol verde
1,5-dl· hidroxinaftaleno violeta-azulado
. y.
.......•
4-metoxl-1,3·dlaminobenzeno azul-púrpura
2-metil·1,S·amlnofenol magenta
..·•
·····>
1,3-dlaminobenzeno azul-escuro
2-metil·1,4-aminofenol vermeih~scuro
Fonte de pesquisa: lhe chemistry of permanent hair dyes. Compound lnterest, 14 maio 2015. Disponível em: <http://www.compoundchem.com/2015/05/14/hair-dyes/>. Acesso em: 22 jun. 2015. Funções orgânicas
55
Compostos halogenados São compostos que apresentam halogênio(s) (F,Cf, Br, 1) na cadeia carbônica . Também são denominados haletos orgânicos ou derivados halogenados. São chamados de haletos de alquila quando o halogênio está ligado a um carbono saturado e de haletos de arila quando o halogênio está ligado diretamente a um carbono aromático.
~ Nomenclatura de compostos
halogenados De acordo com a IU PAC, basta nomear o halogênio e a cadeia carbônica a qual ele está ligado (a numeração da cadeia para indicar a posição do halogênio deve começar na extremidade mais próxima a ele). Vejamos alguns exemplos: 1
H 1
1
1
H H
ó
1
2,3-diclorobutano
iodobenzeno
Cf Cf 1
1
1
1
H C- C- C- CH 3
bromometano
Cf CfCf
Figura 8. Soldados americanos desinfetando com DDT pessoas libertadas de campos de concentração.
56
Capítulo 2
3
H C- C- C- CH 3
3
CH 3 H 2-iodo-3-metilbutano
Um importante organoclorado é a substância conhecida como dicloro-difeniltricloroetano (DDT), cuja fórmula está representada ao lado. O DDT, que foi sintetizado em 187 4, teve suas propriedades inseticidas descobertas em 1939 e passou a ser muito utilizado em todo o mundo. Inicialmente foi usado no combate de insetos transmissores de doenças, sendo aplicado diretamente no corpo das pessoas (Figura 8). Após a Segunda Guerra Mundial, começou a ser utilizado em campos agrícolas, e, poucos anos depois, foram identificadas contaminações e mortes em decorrência de sua aplicação nessas áreas. Estudos sobre os impactos que essa substância provoca no ambiente e na saúde humana fizeram seu uso declinar. O DDT foi banido em vários países. No Brasil, em 2009, foi proibida a fabricação, a importação, a exportação, a manutenção em estoque, a comercialização e o uso do DDT.
1. (UFRGS-RS) O carmaterol, cuja estrutura é mostrada abaixo, está em fase de testes clínicos para o uso no tratamento de asma.
OH
H 1
N
OH N......_
li o
H
4. (Fuvest-SP) A tuberculose voltou a ser um problema de saúde em todo o mundo, devido ao aparecimento de bacilos que sofreram mutação genética (mutantes) e que se revelaram resistentes à maioria dos medicamentos utilizados no tratamento da doença. Atualmente, há doentes infectados por bacilos mutantes e por bacilos não mutantes. Algumas substâncias (A, B e C) inibem o crescimento das culturas de bacilos não mutantes. Tais bacilos possuem uma enzima que transforma B em A e outra que transforma C em A. Acredita-se que A seja a substância responsável pela inibição do crescimento das culturas.
Assinale a alternativa que contém funções orgânicas presentes no carmaterol. a) Ácido carboxílico, éter e fenol
@ Amina, amida e fenol c) Álcool, éster e fenol d) Aldeído, amina e éter
A
e) Álcool, amina e éster 2. Existem diversos anestésicos de ação tópica, ou seja, de ação localizada. Entre eles, podemos citar a prilocaína, cuja fórmula se encontra representada a seguir:
QCH3
~
e fH 3
/H
N-C-CH-N 1
\
H
prilocaína
CH2 CH2 CH3
Com base na estrutura da prilocaína e em seus conhecimentos, identifique as funções orgânicas nitrogenadas presentes nesse anestésico.
O crescimento das culturas de bacilos mutantes é ini-
bido por A ou C, mas não por B. Assim sendo, dentre as enzimas citadas, a que está ausente em tais bacilos deve ser a que transforma: a) ésteres em ácidos carboxílicos. @ amidas em ácidos carboxHicos.
3. A adrenalina e o propranolol são substâncias que têm comportamentos opostos no organismo humano: enquanto a adrenalina aumenta os batimentos cardíacos, o propranolol os diminui. As fórmulas estruturais das duas substâncias estão representadas a seguir.
HO
o
HO
c) ésteres em amidas. d) amidas em cetonas. e) cetonas em ésteres.
5. (UFSJ-MG) A defenildramina foi um dos primeiros anti-histamínicos utilizados para tratar urticária, ri-
OH
nite e reações alérgicas decorrentes de picadas de insetos. Sua estrutura química é apresentada a seguir:
1
CH- CH2- NH- CH 3
CH3
adrenalina
1
o~
OH 1
0 0
N
"'cH3
0-CH-CH-CH-NH-CH-CH 2 2 1 3 CH 3 propranolol
As funções orgânicas presentes na difenildramina são
Identifique as funções orgânicas oxigenadas e nitrogenadas presentes nas duas estruturas. Cite as fun-
a) éster e metacrilato.
ções comuns aos dois compostos.
b)álcool e amida.
c) metoxila e nitro. @)éter e amina. Funçõ es orgânicas
57
Morfina, nicotina e cafeína 1... j
O ópio, extraído das sementes da papoula, apresenta 24 alcaloides diferentes, inclusive a morfina.
Dada a tendência dos homens a desejar tudo que proporciona sensações agradáveis, não surpreende que três diferentes moléculas de alcaloides - a morfina da papoula, a nicotina do tabaco e a cafeína do chá, do café e do cacau - sejam requisitadas e apreciadas há milênios. Mas, a despeito de todos os benefícios que proporcionaram à humanidade, essas moléculas também ofereceram perigo. Apesar, ou talvez por causa, de sua natureza viciadora, elas afetaram muitas e diferentes sociedades de diversas manerras.
1... j Durante centenas de anos o ópio continuou visto como erva medicinal. Era bebido numa infusão amarga ou engolido na forma de uma pílula esmagada. Na altura do século XVIII, e particularmente do século XIX, artistas, escritores e poetas na Europa e nos Estados Unidos passaram a usar o ópio para alcançar um estado mental onírico que, segundo supunham, aumentava a criatividade. Mais barato que o álcool, o ópio começou a ser usado também pelos pobres. Durante esses anos, suas qualidades viciadoras, quando reconhecidas, raramente constituíam preocupação. Seu uso era tão difundido que se administravam doses de preparados de ópio até para recém-nascidos e criancinhas na primeira dentição; propagandeados como xaropes calmantes e cordiais, eles chegavam a conter até 10% de morfina. O láudano, uma solução de ópio em álcool frequentemente recomendada para mulheres, era amplamente oonsurnido e podia ser oomprado em qualquer farmácia sem receita médica. Essa foi uma forma socialmente aceitável de ópio até sua proibição, no principio do século XX.
[...1 O ópio contém 24 diferentes alcaloides. O mais abundante, a morfina, representa cerca de 10% do extrato de ópio in natura, uma secreção viscosa e seca das cápsulas da papoula. A morfina pura foi isolada pela primeira vez desse látex da papoula em 1803, por um boticário alemão, Friedrich Sertuner. Ele chamou o composto que havia obtido de morfina, em alusão a Morfeu, o deus romano dos sonhos. A morfina é um narcótico, uma molécula que entorpece os sentidos (assim eliminando a dor) e induz o sono.
[...1 Nos dias atuais, a morfina e os compostos a ela relacionados continuam entre os mais eficazes analgésicos conhecidos. Lamentavelmente, o efeito analgésico parece estar correlacionado ao vício. A codeína, um composto semelhante encontrado em quantidades muito menores no ópio (cerca de 0,3 a 2%) vicia menos, mas também é um analgésico menos poderoso. A diferença estrutural é muito pequena; a codeina tem um CH30 que substitui o HO [... j.
Atividades
Escreva no caderno
Muito antes que a estrutura completa da morfina fosse oonhecida, foram feitas tentativas de modificá-la quimicamente na esperança de produzir um oomposto que fosse um analgésico melhor, livre de propriedades viciadoras. Em 1898, [... ) os químicos submeteram a morfina à mesma reação de acilação que oonvertera o ácido salicílico em [... ) [ácido acetilsalicílioo). Eles raciocinavam logicamente: estava oomprovado que[ ...) [o ácido acetilsalicílicoj era um excelente analgésico e muito menos tóxioo que o ácido salicílico. [... j De início, os resultados pareceram promissores. A diacetilmorfina era um naroótico ainda mais poderoso que a morfina, tão eficaz que doses extremamente baixas produziam efeito. Mas sua eficácia mascarava um problema maior, óbvio quando se fica sabendo o nome pelo qual a diacetilmorfina passou a ser comumente chamada. A princípio comercializada como Heroína - a designação se refere a um medicamento "heroico" - , ela é uma das substâncias mais poderosamente viciadoras de que se tem conhecimento. Os efeitos fisiológicos da morfina e da heroína são os mesmos [...). Mas a molécula de heroína é mais facilmente transportada pela corrente sanguínea através da barreira sangue-cérebro que a morfina, produzindo a euforia rápida e intensa pela qual anseiam os que se tornam viciados. A Heroína [... ) foi comercializada como calmante da tosse e remédio para dores de cabeça, asma, enfisema e até tuberculose. [... ) Atualmente, a maior parte dos países proíbe a importação, fabricação ou posse de heroína. Mas isso de pouco adianta para sustar seu comércio ilegal. Os laboratórios montados para manufaturar heroína a partir de morfina muitas vezes têm grande dificuldade em se descartar do ácido acético, um dos subprodutos da reação de acilação. Essa substância tem um cheiro muito caracteristioo de vinagre, que é uma solução de 4 % desse ácido. O cheiro costuma alertar as autoridades para a existência de um fabricante ilícito de heroína. Cães policiais especialmente treinados são capazes de detectar débeis traços de odor de vinagre abaixo do nível da sensibilidade humana. [ ... J
LE COUTEUR. P.; BURRESON, J. Os botões de Napoleão: as 17 moléculas que mudaram a história. Rio de Janeiro: Zahar, 2006. cap. 13, p. 225 - 230.
HO''
0''
Hc.Áo 3 Estruturas da morfina e da heroína, respectivamente.
1. Como visto no texto, mesmo conhecendo os efeitos viciantes e colaterais do consumo de morfina, ela é o analgésico mais potente conhecido, sendo essa droga ou algum de seus derivados utilizados em quadros clínicos de dores agudas. Debata com seus colegas se o uso de drogas psicotrópicas dessa natureza é ou não adequado nesses casos. 2. A nicotina presente no tabaco, alcaloide de consumo permitido atualmente, também foi centro da tensão entre proibição e liberação de seu uso ao longo da história. Pesquise qual a estrutura desse composto. Qual sua ação no organismo? 3. A cafeína também é um alcaloide de ação psicoativa, mas pode ser adquirida em qualquer lugar do mundo com livre consumo, sendo o café sua fonte mais comum. Pesquise e discuta com seus colegas quais características da cafeína fazem dela uma substância de consumo lícito. Há limites nesse consumo?
58
Capítulo 2
1. (Fuvest-SP) Em 2009, o mundo enfrentou uma epi-
demia, causada pelo vírus A(HlNl), que ficou conhecida como gripe suína. A descoberta do mecanismo de ação desse vírus permitiu o desenvolvimento de dois medicamentos para combater a infecção, por ele causada, e que continuam necessários, apesar de já existir e estar sendo aplicada a vacina contra esse vírus. As fórmulas estruturais dos princípios ativos desses medicamentos são:
3. (UFPR) A capsaicina é a substância responsável pelo sabor picante de várias espécies de pimenta. A capsaicina é produzida como metabólico e tem provável função de defesa contra herbívoros. A estrutura química da capsaicina está indicada a seguir:
o N
HO
o
NH
o/"-.._
HO
HN
oÂ
~)lNH H
NH2
oseltamivir
H
i
)( zanamivir
Examinando-se as fórmulas desses compostos, verifica-se que dois dos grupos funcionais que estão presentes no oseltarnivir estão presentes também no zanam1VIr. Esses grupos são característicos de: @ arnidas e éteres. b) ésteres e álcoois. c) ácidos carboxílicos e éteres. d) ésteres e ácidos carboxílicos. e) amidas e álcoois.
Assinale a alternativa que apresenta as funções orgânicas presentes nessa molécula. @ Fenol, éter e amida. b)Fenol, álcool e amida. c) Álcool, éster e amina. d) Fenol, amina e cetona. e) Éster, álcool e amida. 4. (Enem/MEC) A produção mundial de alimentos poderia se reduzir a 40°/o da atual sem a aplicação de controle sobre as pragas agrícolas. Por outro lado, o uso frequente dos agrotóxicos pode causar contaminação em solos, águas superficiais e subterrâneas, atmosfera e alimentos. Os biopesticidas, tais como a piretrina e a coronopilina, têm sido uma alternativa na diminuição dos prejuízos econômicos, sociais e ambientais gerados pelos agrotóxicos.
2. (Mack-SP) Observe as representações a seguir:
o pi retrina
HO \ ~
Ü
Carbono
•
Oxigênio
'o=;>=
O Hidrogênio
o
coronopilina
As estruturas A, B, C, D e E, representadas anteriormente, correspondem a cinco compostos orgânicos oxigenados que pertencem, respectivamente, às fun. çoes orgarucas: ~
.
a) álcool, éter, éster, cetona e aldeído. b)aldeído, cetona, ácido carboxílico, álcool e éster. c) álcool, cetona, éster, éter e ácido carboxílico. @))aldeído, éter, éster, cetona e ácido carboxílico. e) álcool, éster, éter, cetona e aldeído.
Identifique as funções orgânicas presentes simultaneamente nas estruturas dos dois biopesticidas apresentados: ' , a) Eter e ester. d) Aldeído e cetona. (QJ)Cetona e éster. , c) Alcool e cetona.
e) Éter e ácido carboxílico.
5. (UERJ) Algumas doenças infecciosas, como a dengue, são causadas por um arbovírus da família Flaviridae. Funções orgânicas
59
São conhecidos quatro tipos de vírus da dengue, denominados DEN 1, DEN 2, DEN 3 e DEN 4; os três primeiros já produziram epidemias no Brasil. A doença, transmitida ao homem pela picada da fêmea infectada do mosquito Aedes aegypti, não tem tratamento específico, mas os medicamentos frequentemente usados contra febre e dor devem ser prescritos com cautela. Na tabela abaixo são apresentadas informações sobre dois medicamentos: medicamento
fó rmula estrutural
paracetamol
m assa m olar (g · m ol- 1)
151
O grupamento responsável pelo efeito protetor mais eficaz é denominado: a) nitrila
c) carbonila
b) hidroxila
@)carboxila
8. (Vunesp-SP) Em todos os jogos olímpicos há sempre uma grande preocupação do Comitê Olímpico em relação ao doping. Entre as classes de substâncias dopantes, os betabloqueadores atuam no organismo como diminuidores dos batimentos cardíacos e como antiansiolíticos. O propranolol foi um dos primeiros betabloqueadores de sucesso desenvolvidos e é uma substância proibida em jogos olímpicos.
HO OH ácido acetilsalicflico
180
OH
propranolol
Na estrutura do paracetamol está presente a seguinte função da química orgânica: a) éter
@
amida
c) cetona
d) aldeído
6. (UERJ) Um produto industrial consiste na substância orgânica formada no sentido direto do equilíbrio químico representado pela seguinte equação:
o
A partir da análise da fórmula estrutural do propranolol, assinale a alternativa que apresenta corretamente sua fórmula molecular e as funções orgânicas presentes.
~ O H + HO,...,...._,___ A função orgânica desse produto é:
@ C 16 H 21 N0 2 , amina, álcool e éter.
@ éster b) cetona
c) C 16 H 21 N0 2 , amida, álcool e éter.
b) C 16 H8 N0 2 , amida, fenol e éter.
c) aldeído d) hidrocarboneto
d) C 16H 8 N0 2 , amina, álcool e éster. 7. (UERJ) Na pele dos hipopótamos, encontra-se um tipo de protetor solar natural que contém os ácidos hipossudórico e nor-hipossudórico. O ácido hipossudórico possui ação protetora mais eficaz, devido à maior quantidade de um determinado grupamento presente em sua molécula, quando comparado com o ácido nor-hipossudórico, como se observa nas representações estruturais a seguir.
o
O
OH
o ácido hipossudórico
60
Capítulo 2
o
o
9. (UEA-AM)
O óleo da amêndoa da andiroba, árvore de grande porte encontrada na região da Floresta Amazônica, tem aplicações medicinais como antisséptico, cicatrizante e anti-inflamatório. Um dos principais constituintes desse óleo é a oleína, cuja estrutura química está representada a seguir.
o
o O HO
HO
o
e) C 16 H8 N0 2 , amina, álcool e éter.
HO
OH O HO
ácido nor-hipossudórico
oleína
Na estrutura da oleína são encontrados grupos funcionais característicos da função orgânica @ ácido carboxílico. b) álcool. c) cetona.
d) aldeído. e) és ter.
13. Uma das principais substâncias responsáveis pelo sabor ardido da pimenta-do-reino é a piperina, cuja fórmula estrutural é mostrada a seguir. Localize e nomeie os grupos funcionais oxigenados e nitrogenados.
o
10. (UFPel-RS) A erva-mate é uma planta originária da América do Sul, com cujas folhas, quando secas, se produzem o tererê (água fria) e o chimarrão (água quente) ; quando torradas, o chá-mate. Nessa planta foram identificados vários compostos orgânicos na fração hidrodestilada, dentre os quais o que está representado abaixo.
14. (Unioeste-PR) A reação de Schoten-Bauman é um método prático de obtenção de compostos carbonilados, como mostrado na reação abaixo:
H 3 C-CH2 -CH=CH-CH=CH-CHO
Pelas regras de nomenclatura dos compostos orgânicos, essa substância é identificada como:
o
//
R- C
\
o
+
R' - NH
ce
2
//
R- C
\
+
HCC
NHR'
@lhepta-2,4-dienal ou 2,4-heptadienal. b) hepta-3,5-dienal ou 3,5-heptadienal. c) heptan-2,4-dial ou 2,4-heptanodial.
O produto carbonilado obtido nesta reação pertence à farru1ia:
d) hepta-3,5-dienol ou 3,5-heptadienoL
a) das aminas.
e) hepta-2,4-dienol ou 2,4-heptadienol.
@ das amidas.
11. A água é uma substância que apresenta geometria angular em que as duas ligações O - H formam entre
c) das nitrilas.
si um ângulo de 104,5°. Sua fórmula estrutural é representada a seguir:
e) dos ésteres.
o
d) dos ácidos carboxílicos.
15. O Brasil é líder mundial na produção de etanol proveniente da cana-de-açúcar, ocupan-
H,,.- " H Substituindo os dois hidrogênios da água pelos grupos orgânicos derivados de hidrocarbonetos etil e fenil, determine o composto obtido e sua classe funcio-
do uma posição de destaque em relação a essa tecnologia, o que faz com que o etanol brasileiro esteja à frente de concorrentes in-
nal. Desenhe sua estrutura no caderno.
ternacionais. A importância do etanol e de outros biocombustíveis é cada vez mais re conhecida, pois eles podem trazer vantagens
12. A seguir, estão representados os principais grupos funcionais oxigenados. Indique o nome da classe funcional que cada um desses grupos funcionais representa. \
a) - C - OH
o
// f) - C \
/ 1
H
1
b) - C = C - OH c) o-OH
o
// g) - C \ OH
o
// h) - C \
o-
ambientais em relação ao uso de derivados do petróleo, como a gasolina. a) Represente a reação de fermentação da glicose que dá origem ao etanol e identifique as funções orgânicas presentes nas moléculas envolvidas. b) Por que o etanol é considerado um combustível renovável? Debata com seus colegas a importância do desenvolvimento desse tipo de combustível. c) Pesquise sobre a tecnologia do etanol de segunda geração e liste quais os pontos positivos dessa técnica. Funçõ es orgânicas
61
Você já observou o que acontece com a água da chuva que cai sobre as folhas de uma planta? Ao chover, a água que atinge a folha não molha sua superfície, mas arrasta a sujeira nela depositada pelo vento, o que ajuda a planta a se manter limpa. Esse efeito repelente é conhecido como efeito lótus. As folhas de muitas plantas são protegidas por uma mistura de compostos orgânicos, principalmente hidrocarbonetos. Esses compostos participam da constituição das folhas, formando uma camada impermeabilizante e repelente sobre elas. 1. Que relação você imagina que exista entre o fato de as plantas possuírem uma camada de hidrocarbonetos em sua superfície e repelirem a água? 2. Você já observou manifestações semelhantes ao efeito lótus no seu dia a dia, além das gotas de orvalho nas plantas?
As folhas de muitas plantas
apresentam uma superfície capaz de repelir a água.
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•
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•
I
•
•
• •
•
'
•
Polaridade e eletronegatividade
-
As propriedades físicas dos compostos orgânicos estão diretamente relacionadas aos conceitos de polaridade e eletronegatividade. Para entendermos o motivo pelo qual as folhas repelem a água por terem uma camada de hidrocarbonetos, precisamos relembrar alguns conceitos estudados anteriormente. De maneira geral, os conceitos de polaridade e eletronegatividade se relacionam da seguinte maneira: se em uma ligação química os átomos que se ligam possuírem valores diferentes de eletronegatividade, haverá a formação de um dipolo, isto é, um polo positivo e outro negativo que são gerados pelas cargas elétricas parciais ou densidades eletrônicas. Observe a seguir a Figura 1 (a) que representa um mapa da densidade eletrônica da molécula de água (H20 ). A região mais avermelhada é a de maior densidade eletrônica (mais negativa). Nessa região está o átomo de oxigênio, que é mais eletronegativo que o de hidrogênio. De cima para baixo, o mapa vai f icando mais azulado, onde estão os hidrogênios, reg ião que é de menor densidade eletrônica (mais positiva). Observe também na Figura 1 (b) a escala de cores que representa a variação da densidade eletrônica.
Escala de cores da densidade eletrônica
menor quantidade maior quantidade de cargas negativas de cargas negativas (elétrons) (elétrons)
Figura 1. a) Representação do mapa de densidades eletrônicas da molécula de água (vermelho onde a densidade eletrônica é maior, azul onde é menor). b) Na escala de cores, observamos da esquerda para a direita as cores que representam o aumento da densidade eletrônica {azul para vermelho). {Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Assim, podemos afirmar que a água é uma molécula polar. Ela apresenta uma região bem def inida de carga elétrica positiva e outra região também bem definida de carga elétrica negativa. Para determinar se uma molécula é polar ou apoiar, devemos calcular a soma vetorial das diferenças de eletronegatividade entre átomos que participam de uma ligação, ou seja, o somatório dos dipolos. Quando ele for diferente de zero, dizemos que a molécula é polar. Veja essa análise para a molécula de água:
'
,
,'
''
,
'
''
''
'
'
A partir dos valores de eletronegatividades dos elementos químicos, podemos def inir a seguinte ordem de eletronegatividade: F > O> N > Cf > Br > 1= S = C > P = H > metais Apesar de existir uma pequena diferença entre a eletronegatividade de átomos de carbono e átomos de hidrogênio, os hidrocarbonetos são moléculas apoiares.
64
Capítulo 3
Observe um outro exemplo com base na representação da molécula de metano: há cargas parciais nos átomos de carbono e hidrogênio. Além de essas cargas serem muito fracas, os átomos estão dispostos simetricamente na molécula (geometria tetraédrica), de forma que os vetores se cancelam. A soma vetorial é, portanto, nula. Por isso, consideramos o metano uma substância apoiar.
-µ, + µ, - = µ. µ, + µ. = µ. =o O benzeno, outro exemplo de hidrocarboneto e também de molécula apoiar, apresenta distribuição simétrica de cargas. Observe no mapa que a densidade eletrônica maior está concentrada no centro (parte vermelha), enquanto a densidade eletrônica menor, na parte periférica da molécula (parte azul). Veja a Figura 2.
H 1
H,
,.....e~ ,....-H e e li 1 e e
H,..... ' C-::;:::- ' H 1
H
Figura 2. Representação da molécula de benzeno, C6 H6 (à esquerda), e do mapa de densidades eletrônicas da mesma molécula (à direita). (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.) ~
~
...
Solubilidade dos compostos orgânicos ' ~
A solubilidade das substâncias orgânicas é uma propriedade de interesse das mais diversas áreas, como a farmacêutica, a de produtos saneantes e a ambiental. A solubilidade de um fármaco pode determinar a sua absorção, distribuição, biotransformação e excreção. No caso de produtos saneantes, como os detergentes, a solubilidade influencia no poder de limpeza, e também permite prever os impactos no ambiente, se descartados inadequadamente, como a contaminação de solos e aquíferos. Na determinação da periculosidade de um poluente orgânico, leva-se em consideração a sua capacidade de dispersão, a solubilidade e a biodisponibilidade. Diversos fatores podem interferir na solubilidade das substâncias em geral, como temperatura, pressão etc. Para compostos orgânicos, além desses fatores, é importante considerar as interações intermoleculares entre as substâncias que fazem parte do solvente e do soluto e suas polaridades. Para remover a sujeira de uma roupa, por exemplo, devemos utilizar, além da água, sabão ou detergente. Isso porque a maior parte dos componentes da sujeira são pouco solúveis em água.
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Figura 3. Na presença de sabão, é possível fazer a remoção de gorduras, utilizando água. Além da polaridade, as forças intermoleculares são importantes na explicação da solubilidade dos compostos orgânicos.
Propriedades físicas dos compostos orgânicos
65
~ Interações dipolo induzido-dipolo induzido Os derivados do petróleo são exemplos de hidrocarbonetos muito utilizados como solventes de tintas, vernizes e outras substâncias que não são solúveis em água. Diferentemente da água, que é polar, os hidrocarbonetos são substâncias apoiares que dissolvem outras substâncias apoiares por interações intermoleculares do tipo dipolo induzido. Moléculas apoiares, como os hidrocarbonetos, estabelecem interações por meio da movimentação de nuvens eletrônicas, que são as regiões onde há elétrons. Essa movimentação ocorre quando as moléculas se aproximam, e a interação entre as eletrosferas dessas moléculas faz com que os elétrons se repilam. Essa aproximação, então, leva a uma separação momentânea de cargas nas moléculas, ou seja, formação de dipolos instantâneos. Assim, criam-se, nas moléculas envolvidas, regiões de altas e baixas densidades eletrônicas. Essa interação é chamada de dipolo induzido, pois ela só existe quando as moléculas apoiares estão próximas umas das outras e é resultante de uma movimentação momentânea de elétrons.
~ Interações dipolo
permanente-dipolo permanente As forças intermoleculares do t ipo dipolo permanente-dipolo permanente ocorrem entre moléculas polares que têm momento dipolar permanente, como o HBr (brometo de hidrogênio). Por causa da diferença de eletronegatividade entre o átomo de hidrogênio e o de bromo, a molécula de HBr apresenta uma região permanente de carga parcial positiva e outra de carga parcial negativa. As forças intermoleculares dipolo permanente-dipolo permanente também ocorrem em compostos orgânicos. A molécula de clorometano (CH 3 Ct') é um exemplo de composto orgânico que interage com outras moléculas por meio das forças intermoleculares do tipo dipolo permanente. O clorometano é uma molécula polar. O cloro é mais eletronegativo que os hidrogênios ligados ao carbono. Assim, há momento dipolar permanente nessa molécula, sendo que a região onde está o cloro tem maior densidade eletrônica, e a região da molécula onde estão os hidrogênios, menor densidade eletrônica. Assim, ocorre atração entre as moléculas através dos polos de cargas opostas (Figura 4).
;H
ce- c- H 'H
Figura 4. Representação da molécula de clorometano e do mapa de densidades eletrônicas da mesma molécula à direita. Essas moléculas interagem por forças do t ipo dipolo permanente-dipolo permanente. (Imagem fora de escala e em cores il ustrativas.)
Moléculas polares podem induzir a formação de dipolo em moléculas apoiares. Assim, o diclorometano (C H2 Ct'2 ), polar, mistura-se ao hexano (C 6 H14), apoiar, por meio de interações do tipo dipolo permanente-dipolo induzido.
66
Capítulo 3
~ Ligações de hidrogênio A intensidade de uma interação eletrostática depende da magnitude das cargas positiva e negativa dos átomos envolvidos e da distância entre elas. Quanto maior a magnitude das cargas e menor a distância entre elas, maior será a intensidade da força eletrostática. As ligações de hidrogênio ocorrem entre moléculas que possuam átomo de hidrogênio ligado a um átomo pequeno e bastante eletronegativo, mais especificamente ao f lúor (F), oxigênio (O) ou nitrogênio (N). Eles resultam da forte atração eletrostática entre o átomo de hidrogênio ligado (ligação covalente) ao flúor, oxigênio ou nitrogênio de uma molécula e o átomo de flúor, oxigên io ou nitrogênio da molécula vizinha. Na Figura 5 a seguir, temos a rep resentação das ligações de hidrogênio utilizando o mapa de densidade eletrônica das moléculas para verificar como ocorre a interação entre elas. Observe a região avermelhada de cada molécula de água (onde estão os oxigênios) e perceba que ela está próxima à região azulada (onde estão os hidrogênios) de outra molécula. Isso indica que as regiões de densidade de carga opostas se atraem.
Figura 5. Representação da atração entre as moléculas de água, mostradas com o mapa de densidades eletrônicas das moléculas. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Como a condição necessária para a ocorrência de ligação de hidrogênio é a presença de um átomo H ligado covalentemente a F, O ou N, podemos ter ligações de hidrogênio também em compostos o rgânicos que con tenham certos grupos funcionais, como álcoois, ácidos carboxílicos e aminas. Nas moléculas desses compostos, no estado líquido ou no estado sólido, ocorrem interações do tipo ligações de hidrogênio. O etanol, que é um álcool, e o ácido acético (ácido etanoico), que é um ácido carboxílico, são exemplos de compostos orgânicos que fazem ligações de hidrogênio entre as suas moléculas. Observe que as ligações de hidrogênio entre as moléculas estão representadas por pont ilhados.
Figura 6. Representação das interações entre as moléculas de etanol (a) e entre as moléculas de ácido acético (b). As ligações de hidrogênio estão representadas por pontilhados. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Propriedades físicas dos compostos orgânicos
67
Podemos também representar as ligações de hidrogênio e os mapas de densidade eletrônica de cada uma das moléculas que interagem entre si dessa forma. Observe, na Figura 7, as representações das ligações de hidrogênio formadas entre as moléculas de metanol (CH 3 0H) e água.
água
metanol Figura 7. Representação das ligações de hidrogênio (tracejado) ent re as moléculas de metanol e água. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
água
Cadeias carbônicas de certas moléculas podem ter simultaneamente extremidades polares e apoiares. Geralmente essas substâncias possuem cadeias carbônicas longas e a parte apoiar pode ser chamada de hidrófoba, pois ela não interage com a água, e a parte polar, de hidrófila, que interage com a água. Os álcoois, por exemplo, dependendo do comprimento da cadeia carbônica, têm maior ou menor solubilidade em água. Isso ocorre porque neles existem uma porção polar (grupo funcional - OH), que faz ligação de hidrogênio com a água, e outra apoiar (cadeia carbônica). Para álcoois de cadeias carbônicas pequenas, a polaridade do grupo funcional predomina sobre a apolaridade da cadeia carbônica. Portanto, álcoois de cadeias pequenas, como o metanol, o etanol e o propan-1-ol, são miscíveis em água em qualquer proporção de volume. No entanto, à medida que a cadeia carbônica aumenta (quatro ou mais átomos de carbono), a solubilidade dos álcoois em água diminui. Os sabões e detergentes, por exemplo, possuem uma cadeia com uma parte apoiar e outra parte polar. Assim, podem solubilizar-se em solventes polares ou apoiares. Esses compostos são considerados surfactantes, ou tensoativos, que são substâncias capazes de perturbar a interface entre dois líquidos imiscíveis. Por exemplo, a graxa (mistura de hidrocarbonetos, portanto, apoiar) não pode ser retirada de roupas usando apenas água (polar), pois as duas substâncias são imiscíveis (não se misturam). O uso de um surfactante é necessário para possibilitar a interação entre elas, a graxa pode então ser retirada na lavagem da roupa com uma mistura de água e sabão.
O parte polar parte apoiar
Representação da fórmula estrutural da molécula genérica de um sabão
68
Capítulo 3
O- Na+
Química em rede Anemia falciforme A hemácia é a célula vermelha presente no sangue com formato arredondado, cuja cor se deve à presença de moléculas chamadas de hemoglobina. A hemoglobina tem ferro em sua const ituição e é responsável pelo t ran sporte de oxigênio no corpo. Se houver deficiência de ferro no organismo - por exemplo, por alimentação inadequada, verminose ou perda de sangue - pode ocorrer a redução da quantidade de hemoglobina, prejudicando o transporte de oxigênio, que impede os órgãos de funcionarem corretamente, quadro conhecido como anemia por falta de ferro. Porém, há um outro t ipo de anemia que se dá por uma anormalidade da molécula de hemoglobina, a anemia falciforme. O químico estadunidense Linus Carl Pauling (1901-1994) ident ificou que a anemia fa lciforme era causada por alterações na estrutura da molécula de hemoglobina, chamada de hemoglobina S (a de um indivíduo sadio recebe o nome de hemoglobina A). As moléculas da hemoglobina A apresentam em sua constituição um aminoácido cuja estrutura tem uma extremidade polar, que permite sua interação com o meio aquoso. Nas moléculas da hemoglobina S, esse aminoácido é substituído por um apoiar, o que resulta em solubilidade mais baixa, acarretando uma hemácia em formato de foice, que não transporta oxigênio com eficácia e não passa facilmente pelas veias.
À esquerda, imagem de uma hemácia afoiçada (rica em hemoglobina S) e, à direita, uma hemácia saudável (rica em hemoglobina A). Imagem produzida com microscópio eletrônico de varredura, aumento aproximado de 4400 vezes.
A anemia falciforme, que é uma doença genética, não se resolve com mudança de alimentação ou out ro medicamento; sua cura ainda não foi encontrada. Algumas pessoas com anemia falciforme podem não apresentar sintomas. Porém, outras pessoas podem ter diversos sintomas como crises de dores fortes provocadas pelo bloqueio do f luxo sanguíneo e pela falta de oxigenação nos tecidos, fadiga intensa, palidez, atraso no crescimento, feridas nas pernas e tendência a infecções, que, se não tratadas adequadamente, podem levar à morte.
Representação do bloqueio de fluxo sanguíneo causado pelas hemácias em formato de foice. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas).
Atividades
Escreva no caderno
1. Uma das explicações para o aparecimento, há milhares de anos, da anemia falciforme, é que ela é o resultado de uma adaptação genética ao ambiente. Pesquise do que se trata essa adaptação.
2. O chamado "teste do pezinho" é uma importante análise a ser realizada na primeira semana de vida de toda criança. Pesquise qual é a finalidade desse teste e por que seu diagnóstico é importante.
Propriedades físicas dos compostos orgânicos
69
1. Quando utilizamos apenas água para lavar um talher sujo de gordura, é mais difícil efetuar a tarefa. Porém, se utilizarmos um sabão ou detergente, a limpeza do talher acontece rapidamente.
Essas características ajudam os peritos em suas análises nos processos investigativos. Considerando essas informações e seus conhecimentos, faça o que se pede.
Abaixo temos a representação de um detergente.
a) Entre o ácido carboxílico e o éster citados no texto, ambos de cadeias carbônicas não ramificadas, qual apresenta maior solubilidade em água? Justifique.
extremidade 1
b) Feri tos foram chamados para analisar urna casa onde moram dois adultos e duas crianças. Não foi possível recuperar algumas IPL de um dos vidros, que sofreu a ação da água. É mais provável que tenham se perdido as IPL das crianças ou dos adultos? Justifique sua resposta.
extremidade 2
Sabendo que as gorduras são predominantemente apolares, faça o que se pede. a) Classifique a polaridade das extremidades 1 e 2 do detergente representado.
4. Quando utilizamos óleo vegetal para fritar os ali-
b)Qual das porções interage fortemente com as gorduras?
mentos, ternos ao final urna porção de óleo que, se descartada no ralo da pia, gera grandes impactos am-
c) Qual das porções é hidrófila?
bientais, pois o óleo polui lagos, riachos e rios.
2. Quando misturamos gasolina e água, formamos um sistema bifásico em que a gasolina fica sobre a fase aquosa. A gasolina é urna mistura de hidrocarbonetos em que o componente predominante é o isoctano
Considerando esses fatos, pesquise e responda por que o óleo vegetal descartado no ralo da pia causa impactos ambientais.
CCaH1a)·
5. Os sabões e detergentes permitem a solubilização de materiais insolúveis em água, corno os óleos e as gorduras. A seguir, representamos uma gordura (1), um detergente (II) e um sabão (III).
Com base nessas informações e em seus conhecimentos, responda às questões a seguir. a) Gasolina e água são líquidos miscíveis? Por quê? b) Qual dos dois líquidos tem maior densidade? c) Que tipo de sistema (homogêneo ou heterogêneo) a gasolina formaria com o benzeno líquido? 3. Em processos de investigaç.ã o criminal, a observação de objetos - com superfície lisa ou polida - deslocados da sua posição original pode revelar vestígios papilares. Esses vestígios são chamados de impressões papilares latentes (IPL). Popularmente, são chamados de impressões digitais. Há basicamente dois tipos de IPL: as visíveis e as ocultas. As visíveis podem ser observadas se os dedos estavam sujos de tinta ou sangue. Já as ocultas resultam dos vestígios de suor que os dedos deixaram em algum local. A composição química do suor muda à medida que crescemos, ou seja, quando criança, nossas IPL ocultas são predominantemente formadas por ácidos carboxílicos contendo até 12 átomos de carbono; quando adultos, nossas IPL ocultas são constituídas por ésteres orgânicos com até 32 átomos de carbono.
70
Capítulo 3
(11)
(1)
(Ili)
o
Com base nessas informações e em seus conhecimentos sobre o assunto, faça o que se pede. a) Justifique por que a gordura é urna substância insolúvel em água. b)Copie em seu caderno a estrutura do detergente e indique a porção hidrófila e a porção hidrófoba.
Professor. ressalte que as partículas não podem SEI vistas dentro de um recipiente. Trata-se ape· nas de uma representação didática para facilitar a coml){eensão do conceito de interações inter· moleculares.
Temperatura de fusão e de ebulição •
Em situações cotidianas, nos deparamos com diferentes estados físicos de inúmeros materiais. Sabemos, por exemplo, que a água em condições ambiente se encontra no estado líquido e que, ao ser resfriada, solidifica-se (forma gelo). O tempo todo estamos em contato também com a água na forma de vapor. Para compostos moleculares, as interações que existem entre as moléculas, chamadas de interações intersólido gasoso moleculares, são as responsáveis por manter as moléculas Figura 8. Na representação das partículas de um material próximas umas das outras nos estados líquido e sólido. No genérico em estados físicos diferentes, do estado sólido para o estado gasoso, essas interações diminuem, e as moléculas estado gasoso, há um afastamento entre as partículas. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.) se afastam. A forma como as partículas interagem entre si e algumas propriedades dessas partículas determinam a quantidade de energia necessária para a t ransformação de estado físico da matéria. Assim, as temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias orgânicas estão relacionadas a três fatores: tipo de interação intermolecular, massa molar e estrutura da cadeia carbônica que constitui o composto orgânico.
~ Influência das forças intermoleculares O tolueno, o benzaldeído e o ácido benzoico são t rês substâncias que possuem anel aromático, porém grupos funcionais diferentes. Quando se determinam experimentalmente as temperaturas de ebulição dessas substâncias, encontramos, respectivamente, os seguintes valores: 11 O ºC, 178 ºC e 249 ºC.
H
O CH 3
o tolueno t, = -94 ºC t, = 110°C
~/
O
OH
e
~/
o
o
benzaldeído t, = -57ºC t, = 178 º(
ácido benzoico t,= - 22°( t, = 249 º(
e
A diferença de ponto de ebulição e fusão das três substâncias pode ser explicada pelas forças intermoleculares que atuam em cada uma das substâncias. Entre as moléculas de tolueno, um hidrocarboneto apoiar, estabelece-se forças do tipo dipolo induzido-dipolo induzido. Essa interação é bastante fraca (menos energia é necessária para rompê-la), se comparada às outras forças de interação entre moléculas. Assim, para o sólido fundir e para o líquido se tornar vapor, as temperaturas são mais baixas, em comparação com as moléculas polares. O benzaldeído, que possui o grupo formila (- COH), é uma molécula polar. Assim, o tipo de força intermolecular nessa substância é dipolo permanente-dipolo permanente, mais forte que a interação que ocorre entre as moléculas de tolueno, por isso as temperaturas de fusão e ebulição do benzaldeído são maiores que as do tolueno. O ácido benzoico apresenta os maiores pontos de fusão e ebulição. Isso ocorre porque na molécula de ácido benzoico temos uma carboxila (- COOH) com o átomo de hidrogênio ligado ao oxigênio por ligação covalente. Nesse caso, a interação que ocorre entre esse átomo de hidrogênio e o átomo de oxigênio da molécula vizinha é do tipo ligação de hidrogênio. Esse tipo de interação é muito forte e requer bastante energia para ser rompida. As substâncias que possuem características que as permitem fazer esse tipo de interação possuem os pontos de fusão e ebulição maiores que os de substâncias semelhantes, mas com grupos funcionais diferentes. Propriedades físicas dos compostos orgânicos
71
Em resumo, a intensidade das interações entre as moléculas de uma substância depende do tipo de força intermolecular, ou seja, ligações de hidrogênio sâo mais intensas que as interações dipolo permanente-dipolo permanente, que, por sua vez, são mais fortes que interações do tipo dipolo induzido-dipolo induzido. Essa diferença entre as forças de interação produzirá um efeito nos pontos de ebulição e fusão das substâncias. Para evidenciar como as interações intermoleculares influenciam na temperatura de ebulição das substâncias, vamos analisar mais um exemplo em que as duas substâncias possuem mesma massa porém grupos funcionais distintos. O propan-1-ol, que é um álcool, possui interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio e, por isso, possui temperatura de ebulição maior que o metoxietano, que é um éter e apresenta interação intermolecular do tipo dipolo permanente.
propan-1-ol (60 g/mol)
metoxietano (60 g/mol)
t, = 97 ºC
t, = 7 ºC
~ Influência da massa molar Para substâncias que possuam Tabela 1. Massa molar e ponto de ebulição de alcanos mesma função orgânica, a forma Massa molar Temperatura de como as moléculas interagem entre Nome Fórmula (g/mol) ebulição (ºC) si é semelhante. No caso dos hidrocarbonetos, por exemplo, a intera- 148 Metano CH4 16 ' ção intermolecular é do tipo dipolo - 8•60 H3C - CH 3 Etano 30 induzido. Vamos analisar qual é a Propano H3 C - CH 2 - CH3 46 -210 tendência da temperatura de ebuli' ção de seis hidrocarbonetos de ca- o•50 H3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 Butano 62 deia aberta, não ramificada e satura36,06 Pentano H3C - CH2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 72 da (Tabela 1). Do metano ao hexano, há um Hexano H3C - CH 2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 86 68.73 aumento da massa molar das subsFonte de pesquisa: LIDE, D. R. (Ed.). Physical tâncias e da temperatura de ebulição. Com base nesses dados, podemos identiConstants of Organic Compounds. ln: LIDE, D. R. (Ed.). CRC Handbook of Chemistry ficar e generalizar que quanto maior for a massa molar de uma substância, que and Physics. 89th ed. (Internet Version). possua mesma função e mesmas características da cadeia, maior será a tempeBoca Raton, FL: CRC: Taylor and Franás, 2009. p. 3-72; 3-232; 3-282; 3-326; 3-414; ratura de ebulição. 3-440.
~ Influência da cadeia Quando analisamos temperaturas de fusão e de ebulição de substâncias que tenham a mesma função orgânica e mesma massa molar, o comprimento da cadeia principal é um fator importante para justificar a diferença entre as temperaturas de ebulição. Vamos analisar as temperaturas de ebulição de alcanos que apresentam cinco átomos de carbono e massa molar de 72 g · mo1- 1•
CH 3 1
CH 3 CCH 3 1
CH 3 pentano t, = 36 ºC
2-metilbutano t, = 28 ºC cadeia carbônica principal diminui
72
Capítulo 3
2,2-dimetilpropano te = 9,S°C
Nesse caso, a massa molar e o tipo de interação intermolecular (dipolo induzido) são semelhantes nos três compostos. Contudo, o comprimento da cadeia carbônica principal diminui (no sentido da seta), do pentano, que tem cadeia carbônica principal com 5 carbonos, ao 2,2-dimetilpropano, que tem cadeia carbônica principal com 3 carbonos. De forma geral, podemos dizer que, quanto maior a cadeia principal da molécula, maior a superfície de contato entre as moléculas, aumentando a possibilidade de interações intermoleculares, acarretando maior temperatura de ebulição da substância.
1. Butano e metilpropano estavam armazenados em dois frascos fechados. No rótulo de identificação, os nomes dos compostos foram apagados, mas as temperaturas de ebulição ainda eram legíveis: OºC e -12 ºC.
4. Observe as fórmulas estruturais dos compostos abaixo e suas respectivas temperaturas de ebulição: CH 3
Com base em seus conhecimentos e nas informações acima, faça o que se pede.
l. propano
n. propan-1-ol III. propanal IV. ácido propanoico
3. Fatores como função orgânica e estrutura da molécula influenciam no tipo de interação intermolecular e, consequentemente, nas temperaturas de ebulição e fusão dos compostos orgânicos. Observe os compostos representados a seguir: (1)
H3 C"---/CH 3 propano
pentano
H3 C-OH
1
1
N
N
o
a) Represente a fórmula estrutural plana de cada um dos compostos. b)Associe cada uma das representações acima às temperaturas de ebulição, justificando sua resposta. 2. Organize os compostos a seguir em ordem crescente de temperatura de ebulição de acordo com as forças intermoleculares.
H CH3
(1)
(11)
\ = 79°(
t. = 100°(
Justifique a diferença entre as temperaturas de ebulição para os compostos (I) e (II).
5. As vitaminas, presentes nos alimentos e essenciais para o funcionamento do metabolismo, são compostos orgânicos. Essa classe é formada por uma ampla gama de compostos, que apresentam grande diversidade em suas estruturas químicas. Observe as fórmulas estruturais das moléculas de algumas vitaminas abaixo: H3 C CH3
CH3 ~
~
OH vitamina A (t = 62 º()
CH3
metanol
CH3
'
HO .
- 1:I. o
heptano
o
HO-.../ vitamina e (ty = 193 º()
2-metilbutano
2,2-dimetilpropano
Compare os compostos de cada dupla e determine qual apresenta maior temperatura de ebulição. Explique sua resposta.
HO
OH
a) Qual das duas vitaminas é mais solúvel em água? Justifique. b) Explique por que a vitamina C apresenta maior temperatura de fusão que a vitamina A. Propriedades físicas dos compostos orgânicos
73
Aditivos alimentares [ ... )
Aditivo alimentar é qualquer ingrediente adicionado aos alimentos intencionalmente, sem o propósito de nutrir, com o objetivo de modificar as características físicas, químicas, biológicas ou sensoriais do alimento[ ... ). Há a necessidade do controle do uso dessas substâncias devido a alguns riscos que podem oferecer à população e em algumas pessoas em especial, como os indivíduos que são alérgicos a determinado aditivo alimentício. Na literatura, há informações a respeito de algumas dessas substâncias que podem causar sérios problemas de saúde como câncer, desenvolvimento de alergias, hiperatividade, entre outros. [... ) Esses aditivos alimentares, indicados nos rótulos dos produtos, mas sem informação dos seus efeitos na saúde humana, não possibilitam ao consumidor mais preocupado com seu bem-estar escolher alternativas mais saudáveis. [... )
C)
1
V
Os corantes artificiais são exemplos de aditivos alimentares muito utilizados na produção de alimentos industrializados.
1... ) Antes de ser autorizado o uso de um aditivo, deve ser feita a adequada avaliação toxicológica, considerando qualquer efeito cumulativo, sinérgico ou de proteção. Os aditivos alimentares devem ser mantidos sob observação e ser reavaliados, conhecendo-se sempre as informações científicas que surjam sobre esse tema. Não interessam apenas as propriedades específicas que os convertem em aditivo alimentar, mas todas as suas ações colaterais e contraindicações, especialmente aquelas derivadas de seu uso prolongado[ ... ).
74
Capítulo 3
[ ... )
Deve-se dar ênfase a estudos na administração de substâncias por longos períodos para que seja possível detectar lesões como os efeitos cancerígenos, entre outros. Os testes de toxicidade crônica são considerados, portanto, como o principal método de avaliar o rísco potencial de um aditivo utilizado em alimentos. A maioria deles é permitida em concentrações 100 vezes abaixo daquela na qual o risco é conhecido como zero[... ]. Essas restríçôes se devem ao conhecimento dos males que alguns aditivos podem causar como, por exemplo, os antioxidantes BHT (Butil-hidroxitolueno) [...] e BHA (Butil-hidroxianisol) [... ). que são substâncias genotóxicas e causam danos aos genes de uma célula ou de um organismo[... ). OH
OH
OCHa BHT
BHA
Estudos [... ) mostraram que o BHT causa problemas hepáticos, provoca aumento do metabolismo e reduz, desse modo, o tecido adiposo. Pode ainda ativar o aparecimento de tumores no pulmão, causar problemas gastrointestinais e hepáticos em camundongos. Reduz a reserva hepática de vitamina A e é encontrado em alimentos ricos em óleos e gorduras como manteiga, carnes, cereais, bolos, biscoitos, cerveja, salgadinhos, batatas desidratadas, gomas de mascar [... ). O BHA provoca aumento da excreção urinária de ácido ascórbico, aumento da mortalidade perínatal e retardas de crescimento nos filhotes, sendo encontrado em cereais e alimentos ricos em gordura. Individualmente ou seu somatório, o BHT e o BHA são permitidos pela legislação brasileira com limite de 50 mg/kg nos compostos [... ).
[...] Os corantes que são muito utilizados para colorir balas e caramelos são considerados maléficos à saúde humana[ ... ]. A Tartrazina [... ), corante amarelo, pode causar reações alérgicas como asma, bronquite, rinite, náuseas, broncoespasmos, urticária, eczema e dor de cabeça[... ]. A Ingestão Diária Aceitável (IDA) da tartrazina é de 7,5 mg/kg, e é usada em alimentos como balas, caramelos, confeitos, gelatinas e similares[ ... ). [...]
A Eritrosina [... ]. considerado um dos responsáveis por alterações no comportamento humano, é um corante rosa-cereja que apresenta potencial carcinogênico. [.. ) Ela também é utilizada para colorir bombons, frutas em conservas, xaropes de frutas, doces, pastilhas, sodas e sorvetes[ ... ]. ALBUQUERQUE, M.V., et ai. Educação alimentar: uma proposta de redução do consumo de aditivos alimentares. Química nova na escola, São Paulo, v. 34, n. 2, p. 51-57, maio 2012. Disponível em : <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc34_2/02-QS·33·11 .pdf> Ace.sso em: 16 mar. 2016.
Atividades
..,
Escreva no caderno
1. Tente explicar, com base nas propriedades físicas dos compostos orgânicos, por que o BHT e o BHA são mais encontrados em alimentos industrializados ricos em óleos e gorduras.
2. Analise algumas embalagens de produtos industrializados e tente identificar os aditivos alimentares. Liste-os e pesquise qual a função deles no alimento industrializado.
3. Dados os efeitos nocivos de diversos aditivos alimentares, discuta com seus colegas se é necessário e possível substituir os alimentos analisados na primeira atividade por alimentos que não tenham aditivos em sua composição. Há opções industrializadas sem aditivos?
Propriedades físicas dos compostos orgânicos
75
1. (UFRJ) A solubilidade dos compostos é um conhecimento muito importante em química. Sabe-se que, de uma forma geral, substâncias polares dissolvem substâncias polares e substâncias apoiares dissolvem substâncias apoiares.
Em um laboratório, massas iguais de tetracloreto de carbono, água e etanol foram colocadas em três recipientes idênticos, conforme se vê na figura a seguir. li
composto continha em cada frasco, o aluno mediu o ponto de ebulição (P.E.) e a solubilidade em água de cada composto, possibilitando a elaboração da tabela abaixo.
Composto
P.E. (ºC) a latm
Solubilidade em água (g/100 g águaa25ºC)
1
97
infinita
li
36
insolúvel
111
117
7,9
Ili
Com base nos dados da tabela e considerando que a massa molar do propan-1-ol é 60 g · mo1- 1, do butan-1-ol é 74 g·mo1- 1 e do n-pentano é 72 g·mo1- 1, o aluno pode chegar à conclusão de que os líquidos I, n e III eram, respectivamente: a) butan-1-ol, n-pentano e propan-1-ol. b) butan-1-ol, propan-1-ol e n-pentano. tetracloreto de carbono (6 ml)
água
etanol
c) propan-1-ol, butan-1-ol e n-pentano.
(10 ml)
(13 ml)
@ propan-1-ol, n-pentano e butan-1-ol. e) n-pentano, butan-1-ol e propan-1-ol.
a) Mostre, por meio de desenhos semelhantes ao apresentado, como fica a mistura de I e II, identificando cada substância, e como fica a mistura de II e III. b)A graxa lubrificante utilizada em automóveis é uma mistura de hidrocarbonetos pesados derivados de petróleo com aditivos diversos. Indique qual, dentre os três solventes apresentados, é o mais adequado para remover uma mancha de graxa em uma camisa. Justifique sua resposta. 2. (UEM-PR) Pode-se verificar a existência de ponte de hidrogênio (ligação de hidrogênio) entre duas moléculas de a) C2 H6 •
b) H3C- 0 -CH3 •
4. (UEPB) A fragrância de um perfume é um complexo sistema de substâncias originalmente extraídas de plantas ou de animais, dentre os quais encontram-se os óleos essenciais. Os químicos já identificaram cerca de três mil desses óleos, sendo que cerca de 150 possuem importância comercial, tais como:
CH 3
CH 3
1
1
H c / c~c/CHi '-CH / c ~ c/CH20H 3
1
H
2
geraniol (óleo de rosas) (1)
1
H
@ H3C-CH2- 0H. d)H3 C-CHO. e) C6 H6 •
3. (UEM-PR) Ao fazer a limpeza de um armário em um laboratório de química, um aluno deparou-se com três frascos sem rótulo, contendo compostos líquidos e incolores. A listagem de compostos na porta do armário mostrava que o mesmo armazenava propan-1-ol, butan-1-ol e n-pentano. Para descobrir qual
76
Capítulo3
c,s-iasmona (óleo de jasmim) (2)
e) todas as estruturas são muito parecidas porque apresentam átomo de oxigênio, por isso espera-se que elas tenham propriedades físicas (pontos de fusão, ebulição, volatilidade) e químicas (reatividade) semelhantes. civeta (óleo do gato-de-algália) (3)
muscona (óleo de veado almiscareiro) (4)
linalol (óleo de flor de laranja) (5)
5. (EsPCEx-SP) O suor humano é praticamente inodoro, contudo algumas bactérias que vivem na superfície da pele degradam derivados proteicos produzindo normalmente substâncias ácidas, responsáveis pelo odor desagradável do suor. Dentre os produtos de degradação que podem gerar cheiro azedo e de ranço, têm-se os ácidos comumente denominados de acético, butírico e láctico, cujas estruturas são mostradas . a seguir. H
..,..OH H - C - C::,.,, 1
~o
1
Principais componentes de alguns óleos essenciais.
• O ano de 1990 representou o auge no comércio do óleo de almíscar (musk), quando cerca de 1400 kg do óleo foram coletados, com a morte de 50 mil veados almiscareiros. • O quilograma do óleo de jasmim natural custa cerca de R$ 5.000,00. A mesma quantidade da fragrância artificial chega a custar R$ 5,00. Um quilograma desse óleo requer, para ser obtido, cerca de oito milhões de flores. Analisando esses dados, sobre os temas forças intermoleculares e funções orgânicas, é correto afirmar que: a) as estruturas (1) e (5) apresentam a função álcool e, por isso, espera-se que sejam os menos voláteis, tendo em vista suas incapacidades de formar ligações de hidrogênio com a mistura solvente (etanol + água). @as estruturas (2), (3) e (4) apresentam a função cetona, sendo que a estrutura (3) tem maior massa molar e isso contribui para uma menor volatilidade dessa substância. c) a presença do heteroátomo oxigênio nas estruturas proporciona a formação de forças intermoleculares muito fortes, como íon-dipolo e dipolo induzido-dipolo induzido, proporcionando baixa volatilidade para estes compostos. d)nas estruturas podem-se encontrar as funções álcool, cetona e aldeído.
H ácido acético
H
H
H
1 1 1 ..,..OH H - C- C- C- C::,.,,
1 H
1
H
~o
1
H
ácido butírico
H
H
1
1
1
1
H
OH
H - C - C - C(
OH
~o
ácido láctico
Com relação a estas substâncias citadas, são feitas as afirmativas abaixo. I. Ácido acético é a nomenclatura usual do compos-
to que, segundo a nomenclatura oficial da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), é denominado de ácido metanoico. Il. As substâncias apresentadas possuem na estrutura grupos que caracterizam a função química ácido carboxílico. III. O motivo de o ácido láctico apresentar maior ponto de fusão que o ácido butírico pode ser atribuído aos fatos de o ácido láctico ter maior massa molecular e de ser capaz de estabelecer maior número de fortes interações intermoleculares. Propriedades físicas dos compostos orgânicos
77
Dados: - massas atômicas: C = 12 u; H
=
1 u; O
=
16 u
Das afirmativas apresentadas está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas I e II.
@)apenas II e fII. e) todas.
c) apenas I e III.
6. (FGV-SP) O segmento empresarial de lavanderias no Brasil tem tido um grande crescimento nas últimas décadas. Dentre os solventes mais empregados nas lavanderias industriais, destacam-se as isoparafinas, I, e o tetracloroetileno, n, conhecido comercialmente como percloro. Um produto amplamente empregado no setor de lavanderia hospitalar é representado na estrutura III.
7. (UFU-MG) Alfredo Volpi é um pintor que gostava de misturar tintas e criar novas cores. Sua obra era dominada pelas cores e pelo estilo abstrato geométrico, sendo as bandeirinhas multicoloridas sua marca registrada. Dentre os pigmentos naturais mais utilizados porVolpi estão os do grupo das antocianinas, responsáveis pela coloração de folhas, frutas e flores. A pelargonidina é uma antocianina que produz coloração laranja-avermelhada de diferentes frutas, como a amora, a acerola e o morango. A estrutura de uma molécula de pelargonidina está representada a seguir.
http:J/www.freedom.inf.br/revista/hc18/household.asp http:J/www.ccih.med.br/Caderno%20E.pdf. (Adaptado)
Considerando cada uma das substâncias separadamente, as principais forças intermoleculares que ocorrem em I, n e III são, correta e respectivamente: I.
H 1
Disponível em: <http:J/www.mac.usp.br/mac/templates/exposicoes/exposicao_ permanente_obras/imagem/volpil .jpg>. Acesso em: 29 jul. 2015.
H - C- H H
H
H
H
H
1
1
1
1
1
OH
+
H - C- C- C- C- C- C- H
II.
1
1
1
1
1
1
H
H
H
H
H
H
ce
O
li
OH
H C ~ O/ 3
a) dipolo-dipolo; dipolo induzido-dipolo induzido; dipolo-dipolo. b) dipolo-dipolo; dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio.
@ dipolo induzido-dipolo induzido; dipolo induzido-dipolo induzido; ligação de hidrogênio. d) ligação de hidrogênio; dipolo induzido-dipolo induzido; dipolo induzido-dipolo induzido. e) ligação de hidrogênio; dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio. Capítulo 3
~
OH
OH
"ce
ce /
o
#
C = C/
78
~
ce
"
III.
HO
Volpi preparava suas tintas utilizando uma emulsão de verniz (que é um derivado do petróleo) e claras de ovos (que contêm cerca de 90o/o de água) como solvente, sendo que: @ essa emulsão apresenta a propriedade de dissolver tanto compostos polares quanto apolares. b) a presença de grupos hidroxila na estrutura da pelargonidina justifica sua alta solubilidade no verniz. c) na estrutura da pelargonidina encontram-se as funções álcool e ácido carboxílico. d) a fórmula molecular da pelargonidina é C16H11 0 5 • 8. (UEMG) Óleos essenciais são compostos aromáticos voláteis extraídos de plantas aromáticas por processos de destilação, compressão de frutos ou extração com o uso de solventes. Geralmente, são altamente complexos, compostos às vezes de mais de uma centena de componentes químicos.
São encontrados em pequenas bolsas (glândulas secretoras) existentes na superfície de folhas, flores ou no interior de talos, cascas e raízes.
A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é
As fórmulas estruturais de alguns componentes de óleos essenciais, responsáveis pelo aroma de certas ervas e flores, são:
b)2 - 4 - 3 -5.
HO
a)2 - 4 - l - 3.
@ 4-1 - 3 - 5. e)4 - 5 - l - 3.
c) 3 -5- 4 -1. 1O. (UPF-RS) Em uma análise química, foram determinadas algumas propriedades das substâncias orgânicas abaixo representadas.
!inalo!
~
HO
":::::,... eugenol
1
~o
citronelal
,}--j
\
;}
anetol
Em relação a esses compostos, é correto afirmar que:
@ o linalol e o citronelal possuem mesma fórmula molecular. b) o !inalo! é um álcool de cadeia carbônica não ramificada. c) os óleos essenciais são compostos que possuem altas temperaturas de ebulição. d) o citronelal é um ácido carboxílico de cadeia carbônica saturada.
9. (UFRGS-RS) Na coluna abaixo, estão listados cinco pares de substâncias, em que a primeira substância de cada par apresenta ponto de ebulição mais elevado do que o da segunda substância, nas mesmas condições de pressão. Na segunda coluna, encontra-se o fator mais significativo que justificaria o ponto de ebulição mais elevado para a primeira substância do par. Associe corretamente esta coluna à segunda. 1. CCl 4 e CH4
2. CHCl 3 e C02 3. NaCl eHCe 4. H 20eH 2S 5. S0 2 e C0 2
('l.%) intensidade das ligações
de hidrogênio ('l.%) massa molecular mais
elevada (/~ ) estabelecimento de ligação iônica ('l.%) polaridade da molécula
Considerando as representações estruturais dessas substâncias, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta. a) Todas apresentam interações intermoleculares, do tipo ligação de hidrogênio e, portanto, temperaturas de ebulição elevadas. b)As interações que ocorrem entre as moléculas das substâncias l e II são do tipo ligações de hidrogênio. @ A ordem crescente das temperaturas de ebulição para as substâncias é li < I < III. d)As substâncias I e II são apoiares e por isso se dissolvem em água. e) A substância 11 apresenta cadeia carbônica ramificada, assim, suas temperaturas de fusão e de ebulição são mais altas quando comparadas com a substância representada em I. 11. O efeito hidrófobo (efeito lótus) que uma folha possui está sendo estudado há anos pelos cientistas, na tentativa de copiá-lo. Atualmente, cientistas conseguiram desenvolver uma substância capaz de repelir a água e gerar um efeito similar ao efeito lótus. A aplicação dessa descoberta pode ir desde a produção de capas de chuvas mais eficientes até o recobrimento de aparelhos eletrônicos, tornando-os impermeáveis.
Essa substância é composta de longas cadeias que possuem propriedades físicas que repelem a água. Considerando essas informações, discuta as possíveis propriedades físicas dessa substância capaz de repelir água. Propriedades físicas dos co mpostos orgânicos
79
1 sanguíneo. Formação de coágu ~o de 4 300 vezes to aproxima ) (Aumend rtificialmente. e colon aª
., , '
O conceito de isomeria é muito importante para a análise de algumas substâncias presentes no nosso dia a dia. Com base nele, podemos compreender certas propriedades físico-químicas e fisiológicas dessas substâncias. Por exemplo, a coagulação do sangue depende de uma série de processos químicos e biológicos que induzem a atuação do sistema plaquetário. Nesse mecanismo, podemos destacar a ação de duas substâncias: a prostaciclina 12 e a tromboxana A 2 . A função da prostaciclina 12 é impedir a coagulação do sangue no sistema circulatório, além de produzir vasodilatação. Já a tromboxana A2 é excretada no momento em que ocorre um ferimento, produzindo contração dos músculos lisos e induzindo a formação de coágulo por meio da agregação das plaquetas. Esses dois compostos são isômeros, ou seja, apresentam a mesma fórmula molecular (C 20H320 5). mas estruturas distintas.
COOH
ÔH prostaciclina 12
~
l(~)···
..
COOH
#
. OH tromboxana A,
As diferenças entre as estruturas conferem a cada um desses compostos propriedades distintas, o que possibilita ao organismo diferenciá-los e empregá-los no momento adequado. ~ •
O que aconteceria se, após sofrer um corte, fosse produzido pelo organismo de uma pessoa prostacíclina 12 em vez de tromboxana A2 ?
-
A descoberta da isomeria Na década de 1820, dois químicos alemães, Justus Liebig (1803-1873) e Friedrich Wõhler (1800-1882), descobriram duas substâncias muito diferentes - o fulminato de prata e o cianato de prata - que tinham a mesma fórmula molecular. Liebig e Wõhler, a princípio, divergiram quanto ao significado de seus resultados, mas, após se encontrarem e compararem seus dados, chegaram à conclusão de que ambos estavam corretos. Em 1830, Jõns Jacob Berzelius (1779-1848) recebeu para análise os trabalhos desses dois cientistas sobre a suposta descoberta de dois compostos com propriedades físicas e químicas diferentes e mesma fórmula molecular (AgCNO). Berzelius viu que os trabalhos eram consistentes e classificou esses dois compostos como isômeros, do grego iso, mesmo, e meros, parte, porção. Hoje os denominamos cianato de prata (AgCNO) e isocianato de prata (AgNCO) e os classificamos como isômeros inorgânicos. Ag+c
= N-
o-
Ag+N
cianato de prata
=c-
o-
isoc.ianato de prata
Em 1828, Wõhler contribuiu para o fim do vitalismo sintetizando ureia a partir do aquecimento de cianato de amônia. Essas duas substâncias distintas apresentam a mesma fórmula molecular (CH 4 N2 0). Como, nesse caso, um composto é inorgânico e o outro, orgânico, dizemos apenas que são isômeros. Íl
Assim, podemos definir isomeria como o fenômeno apresentado por duas ou mais substâncias que têm a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais. Conhecer isômeros e saber identificá-los é muito importante, pois eles apresentam propriedades diferentes e, portanto, podem ter aplicações diferentes. Estudaremos agora alguns tipos de isomeria.
Isomeria constitucional {ou plana) Como cada átomo de carbono é capaz de fazer quatro ligações, nas substâncias orgânicas existe um número maior de combinações possíveis entre os elementos químicos de uma molécula que nas substâncias inorgânicas. Assim, o número de compostos orgânicos isômeros é maior que o de inorgânicos. Considere a fórmula molecular C5 H12, por exemplo. Veja as duas moléculas representadas a seguir. CH - CH - CH -CH 3
1
2
3
CH 3 pentano
2-metilbutano
Observe que as duas substâncias apresentam a mesma fórmula molecular, mas se diferenciam pela estrutura da cadeia carbônica. Enquanto a estrutura do 2-metilbutano é ramificada, a do pentano é linear. Essas duas substâncias são, portanto, um exemplo de compostos isômeros. Quando as diferenças existentes entre os compostos isômeros estão relacionadas com sua constituição, em termos de função orgânica, cadeia carbônica ou posição de um grupo funcional na estrutura, dizemos que ocorre isomeria constitucional, também conhecida como isomeria plana. A seguir, estudaremos os principais casos de isomeria constitucional.
82
Capítulo 4
~ Isomeria de função A isomeria de função é um caso de isomeria constitucional em que a diferença entre os isômeros está na classe funcional a que cada um deles pertence. Considerando, por exemplo, a fórmula molecular C3 H6 0, observe a seguir duas fórmulas estruturais possíveis. Tabela 1. Comparação entre dois compostos de fórmula C3 ~ 0 Fórmula molecular
Fórmula estrutural
Nome lUPAC
Função orgânica
Propanal
Aldeído
Propanona
Cetona
~o H C - CH - C 3
2
"
H
C3H6 0
o 11 e H3e/ "-cH 3
Embora essas duas substãncias apresentem a mesma fórmula molecular, analisando suas fórmulas estruturais, podemos perceber que são dois compostos diferentes, com funções quím icas distintas: aldeído e cetona . Dessa forma, dizemos que o propanal e a propanona são isõmeros de fun ção.
pro panal
propanona
Figura 1. Representação das estruturas tridimensionais do propanal e da propanona. (Imagens fora de escala e em cores ilust rativas.)
Essa diferença confere aos compostos propriedades físico-químicas distintas. Os dois isômeros são líquidos incolores à temperatura de 25 ºC e à pressão de 105 Pa. Se tivéssemos que os diferenciar em um laboratório de Química, poderíamos utilizar a densidade, a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição, como mostra a Tabela 2. Tabela 2. Algumas propriedades físico-químicas d e dois compostos isômeros d e função Substâ ncia
Temperatura de fusão (ºC)
Temperatura de ebulição (ºC)
Densidade a 25 ºC (g/cm3 )
Propanal
- 800 •
48,0
0,8657
Propanona
- 94•7
56, 1
0,7845
LIDE, D. R. (Ed.). Physical constants of organic compounds. ln: CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed. (Internet Version). Boca Raton, FL CRC:Taylor and Francis, 2009. p. 3·4; 3·440. Isomeria
83
A Tabela 3 mostra outros exemplos de isômeros de função.
Tabela 3. Exemplos de isômeros de função Classes funcionais
Alcool e éter
Acido carboxílico e éster
Fórmulas estruturais e nomenclatura
Fórmula molecular
(entre parêntesis, nomenclatura não oficial)
C4 H10 0
CH 3 CH 2CH2 CH2 0 H
CH3 CH 2 0CH2 CH 3
butan-1-ol
etoxietano
CH3CH2 CH 2 C
C4H8 0 2
-r-º '-- OH
ácido butanoico
CH 3 CH 2 C
-r-º '-- O -
CH
3
propanoato de metila OH
Alcool e f enol
CH20 H
o
C7H8 0
fenilmetanol (álcool benzílico)
CH3
o
orto-hidroximetilbenzeno (o-hidroxitolueno ou o-cresol)
OH
1
Fenol e éter
CH 3
o
C7H8 0
orto-hidroximetilbenzeno (o-hidroxitolueno ou o-cresol)
o
_O -
CH3
metoxibenzeno (éter fenilmetílico ou anisol)
~ Isomeria de cadeia A isomeria de cadeia é um caso de isomeria constitucional em que dois ou mais compostos pert encem à mesma função, mas apresentam cadeias carbôn icas d ife rentes. O butano e o metilpropano são exemplos de isômeros de cadeia, pois, apesar de pertencerem à mesma função orgânica (ambos são hidrocarbonetos) e t erem a mesma fó rmula molecular (C4 H1o}, suas moléculas apresent am cadeias carbônicas diferent es: a cadeia do butano não é ramificada, enquant o a do metilpropano apresenta ramificação. H3C -
CH 2 -
CH2 -
CH3
H C3
CH 1
CH 3
CH 3 C,H,0 butano (não ramificado)
C, H, 0 metilpropano (ramificado)
Figura 2. Representação das estruturas tridimensionais do butano e do metilpropano.
(Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
84
Capítulo 4
Outro caso de isomeria de cadeia ocorre entre moléculas com cadeia carbônica aberta e moléculas com cadeia carbônica fechada. Propeno e ciclopropano, ambos com a mesma fórmula molecular (C 3 H6 ), são exemplos. CH 2
/ \ H3 C -
CH = CH 2
H2 C - CH 2
C,H6
C1H•
propeno (cadeia aberta)
cic.lopropano (cadeia fechada)
A isomeria de cadeia também pode ser observada entre moléculas com cadeia carbônica homogênea e moléculas com cadeia carbônica heterogênea. Observe o exemplo a seguir. A propan-2-amina e a etilmetilamina apresentam fórmulas moleculares iguais a C3 H9 N, mas o primeiro composto tem cadeia homogênea e o segundo, heterogênea. Verifica-se esse tipo de isomeria quando a modificação da posição do heteroátomo altera o tipo de cadeia sem que seja alterado o grupo funcional.
Heteroátomo: átomo diferente de carbono inserido na cadeia carbôn ica.
NH2 1
CH 3 -
CH -
CH 3
CH 3 - CH 2 - NH - CH 3
C3H9N
C3H9N propan-2-amina (homogênea)
etilmetilamina (heterogênea)
~ Isomeria de posição A isomeria de posição é um caso de isomeria constitucional em que dois ou mais compostos se diferenciam apenas pela posição do grupo funcional, do grupo substituinte ou da insaturação. Com a fórmula molecular C3H8 0, por exemplo, é possível representar os seguintes álcoois:
H3C - CH 2 C,H80
OH
OH
1
1
H3C - CH -
CH 2
CH 3
'"
.3
o propan-1-ol
c,H.o
propan-1-ol
propan-2-ol
A localização do grupo funcional (nesse caso, a hidroxila) diferencia as estruturas das duas moléculas acima. Portanto, esses dois álcoois são isômeros de posição. Já nos dois compostos a seguir, observe que a localização da insaturação é o que diferencia as estruturas. H2 e = CH - CH 2 C,H8
H3e - CH = CH - CH 3 C,H8
CH 3
but-1-eno
but-2-eno
propan-2-ol
Assim, but-1-eno e but-2-eno são exemplos de isômeros de posição. Analisando as estruturas dos isômeros o-, m- ep-hidroximetilbenzeno, observamos que eles também são exemplos de isômeros de posição e que a diferença entre suas fórmulas estruturais está na posição do grupo substituinte (nesse caso, o grupo metil). OH
OH
o
figura 3. Representação das estruturas tridimensionais do propan-1-ol e do propan-2-ol. (Imagens fora de escala e em cores ilust rativas .)
OH
o CH 3
C1 H80
c,H.o
c,H.o
o-hidroximetilbenzeno
m-hidroximetilbenzeno
p-hidroximetilbenzeno Isomeria
85
~ Isomeria de compensação ou metameria A isomeria de compensação ou metameria é um caso de isomeria constitucional em que dois ou mais compostos apresentam a mesma cadeia principal heterogênea, mas se diferenciam quanto à posição do heteroátomo. Os casos de isomeria de compensação podem ser encontrados em moléculas das fun ções éter, éster, amina e amida (que apresentam heteroátomos). Considere, por exemplo, os éteres representados a seguir, cuja fórmula molecular é C4 H100. H3 C -
CH 2 -
0 -
CH2 -
CH 3
H3 C -
0 -
etoxietano
CH 2 - CH 2 metoxipropano
CH 3
Analisando a fórmula estrutural do etoxietano e do metoxipropano, observamos que ambos apresentam o grupo funcional éter e têm cadeias carbônicas abertas, saturadas, heterogêneas e não ram ificadas. A única diferença entre eles é a posição do heteroátomo, nesse caso, o oxigênio. Etoxietano e metoxipropano são, portanto, isômeros de compensação ou metâmeros. A metilpropilamina e a dietilamina também são isômeros de compensação . Ambas apresentam a mesma fó rmula molecular e suas fórmulas estruturais se diferenciam apenas pela posição do nitrogênio do grupo amina.
etoxietano
metoxipropano Figura 4. Representação das estruturas tridimensionais do etoxietano e do metoxipropano. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
HC-N -
CH -
1
3
2
CH 2
CH
3
H C3
CH -
N1
2
H
CH 2
CH
3
H
C,H 11 N metilpropilamina
C, H11N dietilamina
Outro exemplo de isomeria de compensação, ou metameria, ocorre entre o metanoato de propila e o etanoato de etila:
H-
o
o
11
11
C-
0 - CH 2 - CH 2 C,H0 0 2 metanoato de propila
CH 3
HC 3
C-0-CH 2 -CH 3 C,H0 02 etanoato de etila
~ Isomeria constitucional dinâmica ou tautomeria A isomeria constitucional dinâmica, ou tautomeria, é um caso part icular da isomeria de função e ocorre quando as substâncias químicas pertencem a classes funcionais d iferentes, mas coexistem em equilíbrio químico dinâmico. A tautomeria é um fenômeno bastante comum entre aldeídos, cetonas e enóis em solução aquosa, porque os elétrons da dupla ligação desses compostos apresentam a possibilidade de movimentação, o que permite a constante conversão entre as funções químicas. Isso signif ica dizer que sempre que um aldeído estiver presente em uma solução, também haverá presença de seu enol e vice-versa. O mesmo ocorre entre a cetona e seu enol correspondente. Na representação a seguir, a seta menor indica uma menor tendência de formação dos enóis. OH
-7'0
1
H3C -
CH = CH enol
c,H.o
tautomeria aldoenólica
H3C-CH 2 - C '-._ aIde ido H
o
OH
11
1
H3C -
C=CH 2 enol
c,H.o 86
Capítulo 4
H3 C tautomeria cetoenólica
C - CH 3 cetona
C3H60
1. O que você entende por isomeria? A isomeria é um fenômeno exclusivo dos compostos orgânicos?
Alguns feromônios utilizados pela abelha Apis mellifera
2. Isômeros constitucionais são compostos de mesma fórmula molecular, mas que apresentam fórmulas estruturais diferentes. A seguir, listamos alguns pares de compostos.
Feromônio
Função
CH 3 CCH 2(CH 2) 3CH 2 CH = CHCOOH
Inibe o desenvolvimento dos órgãos sexuais das abelhas operárias.
o (1)
11
OH ~ C H3
VcH
CH 3
3
Sinal para ataque coletivo no caso de as abelhas pressentirem pengo.
1
CH 3COO(CH2 ) 2 CH
(li}
1
CH 3
"'>
CH 20H
Marca a trilha de retorno para a colmeia.
(111)
l
Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede.
OH 1 e CH2 = CH - CH - CH3
Considerando seus conhecimentos, determine quais dos pares listados são isômeros e qual o caso de isomeria constitucional representado. 3. Leia o texto a seguir e responda às questões. [ ... ]
Os feromônios são substãncias químicas usadas na comunicação entre indivíduos da mesma espécie. A mensagem química tem como objetivo provocar respostas comportamentais como alarme, agregação, colaboração na produção de alimentos, defesa e acasalamento, dentre outras. A emissão dessa mensagem pode produzir uma sinalização durável ou fugaz. A maior parte dos feromônios já identificados é constituída por uma mistura de moléculas, estando uma delas presente em maior quantidade. (...J
a) Identifique as funções orgânicas oxigenadas presentes nos feromônios I, II e Ill. b)Dê o nome oficial para o feromônio representado em III. c) Proponha um isômero de cadeia não ramificada para o feromônio que serve de sinal para ataque coletivo, de tal forma que a nomenclatura do isômero comece por etanoato. 4. A seguir, utilizando o modelo de bastão, temos diversas representações de compostos.
OH
..<:::::::,,,
.,,.,o....._
(1)
(li)
OH
,) (V)
,)........_
=----"OH (111)
(IV)
~
~
OH
(VI)
(VIII)
QUADROS, A. L. Os feromônios e o ensino de Química. Quimica Nova na Escola, São Paulo: Sociedade Brasileira de Química. n. 7, 1998. p. 8. Disponível em: <http:/lqnesc.sbq.org.br/online/qnesc07/relatos.pdf>. Acesso em: 29 mar. 2016.
Considerando seus conhecimentos sobre isomeria constitucional:
O quadro a seguir apresenta três feromônios utilizados pela abelhaApis mellifera que servem de sinal para diversas situações.
b) indique um par de isômeros de cadeia. 1e VIII
a) indique um par de isômeros de função. c) indique um par de isômeros de posição. d) indique um par de tautômeros.
11
ev
IVeVI
Ili e VII
Isomeria
87
Isomeria espacial ~
O termo "estereo" em estereoisomeria tem origem grega e significa, na linguagem científica moderna, tridimen sional.
No estudo da isomeria constitucional vimos que as diferenças entre dois ou mais compostos de mesma fórmula molecular podiam ser verificadas com base em sua fórmula estrutural plana. No entanto, além dos isômeros constitucionais, existem também casos de isomeria espacial, ou estereoisomeria, em que os isômeros só podem ser diferenciados quando consideramos a disposição espacial dos átomos presentes nas moléculas. Um arranjo diferente dos átomos em uma molécula, mesmo que seja mantida a sequência de átomos, dá origem a uma nova configuração no espaço tridimensional. Existem dois tipos de isomeria espacial: isomeria geométrica e isomeria óptica.
~ Isomeria geométrica Os alcanos são compostos formados exclusivamente por ligações simples entre átomos de carbono. Como a energia de rotação em torno do eixo de uma ligação simples carbono-carbono é relativamente pequena (2,9 kcal/mol), os carbonos das ligações C- C presentes nos alcanos podem rotar livremente, mesmo à temperatura ambiente. Vamos analisar a representação dessa rotação na molécula do etano.
rotação de 60°
Figura 5. Representação esquemática da rotação da ligação C- C no etano. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
Na Figura 5, é representada uma rotação de 60º em torno do eixo de ligação entre os dois átomos de carbono (ligação simples). Esse tipo de fenômeno produz isômeros conformacionais, chamados também de rotâ meros, que apresentam energias potenciais diferentes entre si. O posicionamento dos átomos de hidrogênio após rotação resulta em uma maior repulsão entre eles, por isso as energias potenciais do etano antes e depois da rotação são diferentes. No caso desse composto, em que há uma ligação simples entre os átomos de carbono, a diferença de energia entre esses rotâmeros é muito pequena. Assim, mesmo à temperatura ambiente, os dois se convertem um no outro, continuamente. Vamos considerar, agora, os alcenos. O alceno mais simples é o eteno, formado por dois átomos de carbono e quatro átomos de hidrogênio. Nesse composto, todos os átomos se posicionam em um mesmo plano.
Figura 6. Representação das estruturas plana e tridimensional do alceno. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Nesse caso, a ligação dupla entre os átomos de carbono impede a livre rotação.
88
Capítulo 4
Aumentando a cadeia carbônica dos alcenos, t emos o propeno (C3 H6) e os alcenos com fórmula molecular C 4 H8 • Entre os isômeros constitucionais de fórmu la C 4 H8 , há o but-1-eno, o metilpropeno e o but-2-eno. Todos esses isômeros apresent am rotação impedida em torno da ligação dupla. O but-2-eno é um caso particular, pois, em virtude do impedimento da rotação em torno da ligação dupla, há dois arranjos possíveis para os grupos metil (- CH 3) ligados aos carbonos que participam da ligação dupla. Se t raçarmos um plano horizontal imaginário que passe pela ligação dupla, como na representação a seguir, observaremos que os grupos met il podem estar do mesmo lado (para cima) ou em lados opostos (um para cima e outro para baixo) do plano.
H3 C, ,.,.H C= C H,.,. '-CH
H3C, ,.,.C H3 C= C
H,.,.
'H
cis-but-2 -€no grupos metil (- CH,) do mesmo lado do plano
3
trans-but·2·eno grupos metil (- CH,) em lados opostos do plano
Figura 7. Representação das estruturas tridimensionais do cis-but-2-eno e do trans-but-2-eno. (1magens fora de escala e em cores il ustrativas.)
trans-but-2-eno
cis-but-2-eno
As palavras eis e trans são ut ilizadas como prefixos na nomenclatura dos isômeros geométricos que se diferenciam pela posição de átomos ou grupo de átomos em relação a um plano específico. Cis vem do latim e significa " deste lado" e é ut ilizado quando os grupos iguais se encontram de um mesmo lado do plano imaginário. Já o pref ixo
trans, do latim,
" através", é utilizado quando esses
grupos se encontram em lados opostos do plano. Essas duas estruturas não são interconversíveis, ou seja, uma for ma não pode ser convert ida na outra e constituem, portanto, substâncias diferentes, com propriedades físico-químicas distintas, como mostra a Tabela 4 .
Tabela 4. Algumas propriedades físico-químicas do eis- e do trans-but-2-eno Fórmula estrutural
Nome
Cis-but-2-eno
H3C
'c = c,.,.
CH 3
H/
'H
H3C,
,.,.H C= C
Trans-but-2-eno H
/
'-
Temperatura de fusão (°C)
Temperatura de ebulição (°C)
Polaridade
- 138,9
3,71
Polar
- 105,5
0,88
Apoiar
CH 3
LIDE, D. R. (Ed.). Physical constants of organic compounds. ln: CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed. (Internet Version). Boca Raton, Fl: CRC: Taylor and Francis, 2009. p. 3·74. Isomeria
89
Óleos e gorduras têm como componente majoritário os triacilglicerídeos, que são derivados de ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos podem conter insaturações, o que possibilita a existência das formas eis e trans. No caso desses compostos, os isômeros eis são predominantes. Ácidos graxos trans, que dão origem à chamada gordura trans, são formados a partir de ácidos graxos eis, encontrados em óleos vegetais. por uma reação denominada isomerização. A isomerização se dá, principalmente, pela hidrogenação parcial de óleos vegetais, procedimento utilizado, por exemplo, para a produção de margarina. A influência do consumo de ácidos graxos trans na saúde vem sendo
·- -
objeto de diversos estudos nos últimos anos. Esses compostos têm sido relacionados à elevação do colesterol total, por isso recomenda-se que seu consumo seja moderado. Para identificar os alimentos com alto teor de gorduras transem sua composição, é essencial a leitura dos rótulos dos alimentos industrializados.
R,,
c= c R2 /
,,.,. R3 "-R4
Para que haja isomeria geométrica:
R,
*R
2
Frituras normalmente contêm grande quantidade de gorduras trans.
Para que um composto apresente isomeria geométrica, é necessário que em sua molécula haja o impedimento da livre rotação dos átomos de carbono que participam de uma ligação carbono-carbono. Outra condição que deve ser satisfeita é que os grupos ligantes de um carbono (R1 e Rz) e do outro (R3 e R4) sejam diferentes entre si. Como vimos, com a fórmula C4 H8 podemos representar o but-1-eno, o metilpropeno e o but-2-eno. Todos esses isômeros apresentam impedimento de livre rotação dos átomos de carbono em torno da ligação dupla. Contudo, nem todos apresentam isomeria geométrica. Observe na Figura 8 que o but-1-eno apresenta no carbono da esquerda dois ligantes iguais (R1 = Ri), que são os átomos de hidrogênio. No caso do metilpropeno, além dos dois ligantes iguais no carbono da esquerda, ainda temos dois grupos metil ligados ao carbono da direita. Portanto, essas duas moléculas não apresentam isômeros geométricos.
H....._ H,,.,.
,,.,. H C= C "-CH CH 2
3
R,
= R, but-1-eno
R, = R,eR, =R, metilpropeno
Figura 8. Representação das estruturas planas e tridimensionais do but-1-eno e do metilpropeno. (Imagem fora de escala e em cores ilust rativas.)
Para que haja isomeria cis-trans, é preciso, ainda, que R1 Vejamos outro exemplo:
ce . . ._
, .,. ce
C= C
H,,.,.
"-H
cis-1,2-dicloroeteno
trans-1,2-dicloroeteno
Para não gerar ambiguidades, os termos eis e trans devem ser evitados quando três ou quatro átomos ou grupos de átomos diferentes estão ligados aos carbonos que participam da ligação dupla. Nesses casos. um sistema alternativo, denominado sistema E-Z, foi adotado pela IUPAC para nomear esses alcenos.
90
Capítulo 4
Considere, por exemplo, o composto a seguir.
_.. ., Br
Cf, C= C
F.....--
'H
Como se trata de um alceno em que quatro átomos diferentes estão ligados aos carbonos que participam da ligação dupla, é preciso usar o sistema E-Z para nomeá-lo . Para isso, primeiramente analisamos os dois átomos diretamente ligados a cada carbono da dupla ligação e os classificamos por ordem de prioridade. O de maior prioridade será aquele com maior número atômico. Se os substituint es de maior prioridade de cada carbono estiverem do mesmo lado, o alceno é denominado Z, do alemão zusammen , que significa " junto ". Se os substituintes de maio r prioridade estiverem em lados opostos, o isômero será E, do alemão entgegen, que significa "oposto". Portanto, o exemplo acima deve ser nomeado (Z)-2-bro mo-1-cloro-1-fluoroeten o . Diversas moléculas biológ icas apresentam esse tipo de isomeria, como é o caso do retinal. Na nossa retina existem células fotossensíveis que apresentam em sua estrutura uma proteína chamada opsina. A essa proteína está ligada uma molécula chamada retinal, que apresenta isomeria E-Z. Quando a luz incide sobre o ret ina!, presente na retina na forma de (Z)-ret inal, ocorre uma reação fotoquímica que leva à formação do (E)-ret inal e de um impulso elétrico, que é encaminhado pelo nervo óptico ao cérebro, permitindo-nos enxergar.
H3C
SH3 H
~
\ ./
H CH 3
CH3 H ~
~
CH 3 H H3C _CH 3 H ~
,...
H
H H3C
H
fótons de luz
H CH 3
o
H
~
(Z)·retinal
H
Professor. caso julgue neces~rio complemente comentando que caso os dois átomos ligados a um carbono da dupla ligação tenham o mesmo número atômico, deve-se seguir comparando os átomos desses grupos ligantes até encontrar aqueles com diferente número atômico.
CH3
~
H
o
~
H
H
(E)-retinal
Termos uma d ieta rica em fru tas e verduras é de fu ndamental importância. Em especial, é interessante incluirmos as que contêm betacaroten o, para garantir a boa saúde de nossa visão. O betacaroteno é um pigmento amarelo-alaranjado precursor biológico da vitamina A, que pode ser convertida em (Z)-retinal no . organismo.
Figura 9. Exemplo de alimentos ricos em betacaroteno.
~ Isomeria geométrica em compostos cíclicos Nas cadeias carbônicas fechadas, também há impedimento da livre rotação em torno de uma ligação carbono-carbono. Nessas moléculas, o próprio ciclo impede a rotação. Assim, em cadeias carbônicas fechadas, se houver dois ligantes, diferentes entre si, de pelo menos dois carbonos vizinhos no ciclo, haverá isomeria geométrica. Um exemplo é o 1,2-dimetilciclopropano que apresenta dois isômeros diferentes, um com os dois grupos meti! do mesmo lado do ciclo (eis) e outro com os dois grupos metil em lados opostos (trans).
R,
R,
R,
Para que haja isomeria geométrica:
H
*R
2
R3
*R
4
H
H H
R,
H
H
H
H
cis-1,2-dimetilciclopropano
trans-1,2-dimetilciclopropano Isomeria
91
1. O estudo da isomeria é dividido em dois grandes ca-
sos: constitucional e espacial. A isomeria geométrica faz parte da isomeria espacial. Para que dois compostos sejam isômeros, a primeira condição é que eles apresentem a mesma fórmula molecular. Cite as demais condições necessárias para . . , . que ocorra a 1somer1a geometr1ca. 2. (UEG-GO) Considere o alceno de menor massa molecular que apresenta isomeria geométrica e, em seguida, represente as estruturas dos isômeros:
7. Entre os motivos que levam à prescrição do mel como complemento alimentar estão suas propriedades antioxidantes, as quais estão relacionadas com a presença de substâncias como os ácidos fenólicos e os flavonoides em sua composição. De fato, várias substâncias da classe dos ácidos fenólicos já foram identificadas no mel, como os ácidos cinâmico, cafeico, ferúlico e p-cumárico.
a) eis e trans desse alceno; b) constitucionais possíveis para esse alceno.
3. Represente as estruturas de dois ácidos carboxílicos de fórmula molecular C4 H4 0 4 que sejam isômeros ' . geometr1cos. 4. Com a fórmula molecular C4H8 , existem pelo menos cinco compostos diferentes. Represente as fórmulas estruturais planas de cada um desses compostos e indique os isômeros eis-trans no caso dos compostos que apresentam isomeria geométrica. 5. Podemos representar diversos compostos isômeros constitucionais ou geométricos com a fórmula molecular C3H4 Ce2 • Considerando seus conhecimentos e essa fórmula molecular, é correto afirmar que temos . . , . 1somer1a geometr1ca no composto:
A seguir, temos as fórmulas estruturais dos compos-
tos citados. COOH
a) 1,1-dicloroprop-l -eno.
HO
@ l,2-dicloroprop-1-eno. c) 2,3-dicloroprop-l-eno.
COOH
e) 1,1-diclorociclopropano.
6. Entre os compostos a seguir, indique quais apresentam isomeria geométrica. Justifique sua resposta. CH2 = CHCH2CH 3 CH3 CH = CHCH3
H H \cl / \
H - C- C- H 1
ce ce HC - C = C - CH CH3 CH3 (IV)
92
Capítulo4
HO ácido ferúlico (111)
ácido para-cumárico (IV)
8. (UFS-SE) Qual das fórmulas pode corresponder à de dois compostos: um eis e outro trans?
(111)
1
'
a) Identifique as funções químicas oxigenadas presentes em cada um dos ácidos. b) Qual(is) dos ácidos representados apresenta(m) isômeros geométricos? c) Represente o isômero geométrico do ácido ferúlico apresentado.
(li)
1
HO
COOH
Considerando seus conhecimentos e as representações acima, faça o que se pede.
(1)
3
ácido cafeico (l i)
ácido cinâmico (1)
d) 3,3-dicloroprop-l -eno.
1
COOH
HO
3
a)CH3 - CH 3
d)CCe2 = CH2
b)CH2 = C8i
e)CH=CH
@ CHCe = CHCe
~ Isomeria óptica A isomeria óptica está relacionada com o comportamento das estruturas químicas tridimensionais quando em presença de luz polarizada. A luz polarizada oscila apenas em um plano. Esse tipo de luz é obtido ao se passar um feixe de luz não polarizada - como a luz do sol, de uma vela ou de uma lâmpada - , através de um filtro polarizador, como o mostrado na Figura 10.
filtro polarizador vertical
filtro polarizador horizontal - - - -
~
observador
feixe de luz incidente (não polarizado) luz polarizada verticalmente
~ \
Figura 10. Representação esquemática da polarização de um feixe de luz. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
fonte de luz
A luz não polarizada é emitida em todas as direções. Quando ela passa por um filtro polarizador vertical, apenas os feixes de luz nessa direção o atravessam. Dessa forma, a luz se torna polarizada. Se colocarmos outro filtro polarizador na sequência, perpendicular ao primeiro (rotação de 90°), impedimos a passagem de luz, de modo que um observador posicionado atrás do segundo filtro não é capaz de enxergá-la. Utilizamos esse procedimento de polarização da luz para avaliar o comportamento óptico de uma substância . Para isso, recorremos a um aparelho chamado polarímetro (Figura 11). Seu funcionamento consiste no seguinte: uma amostra da substância é colocada em um recipiente denominado tubo de amostra, e nele incidem-se feixes de luz polarizada. Após passar pelo tubo, a luz polarizada interage ou não com a amostra e, em seguida, atravessa outro filtro polarizador, também chamado de analisador. Esse analisador nos permite verificar a influência da substância presente no tubo sobre o plano de oscilação da luz polarizada. Caso a substância seja capaz de girar o plano da luz polarizada, ela é opticamente ativa. Caso não haja giro do plano da luz polarizada, as moléculas da substância são opticamente inativas. luz não polarizada
luz polarizada
!\ .
'-'-;::.,· _j. •• .....
fonte de luz
...
observador
filtro polarizador (vertical)
tubo de amostra contendo moléculas opticamente ativas
analisador
Figura 11. Representação esquemática da polarização da luz por interação com uma substância opticamente ativa em um polarímetro. O observador determina o ângulo de polarização da luz girando o analisador até permitir que a luz passe. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.) Isomeria
93
As substâncias opticamente ativas são chamadas de dextrorrotatórias (ou dextrógiras) quando giram a luz polarizada no sentido horário (para a direita) e são indicadas por um sinal de mais (+) entre parênteses antes do nome. Já quando o plano da luz polarizada gira no sentido anti-horário (para a esquerda) ao passar pela amostra, as substâncias são chamadas de levorrotatórias (ou levógiras) e são indicadas por um sinal de menos (- ) entre parênteses antes do nome. Mas quais moléculas são capazes de girar o plano da luz polarizada? De maneira geral, podemos dizer que todas as moléculas assimétricas são opticamente ativas. Moléculas assimétricas são aquelas cuja imagem especular não pode ser sobreposta à imagem original da molécula. Imagens especulares são imagens produzidas quando objetos são colocados diante de um espelho. Por exemplo, quando colocamos a mão direita na frente de um espelho, observamos que a imagem formada é semelhante a uma mão esquerda (Figura 12a). Porém, quando colocamos a mão esquerda sobre a direita, notamos que as duas não podem ser sobrepostas ou, em outras palavras, as duas imagens não coincidem (Figura 12b). Concluímos então que nossas mãos são assimétricas. Imagem especular produzida pela mão direita
A mão direita e a esquerda não se sobrepõem.
Figura 12. Representação da formação de uma imagem especular e sua sobreposição com a imagem real. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
Podemos fazer o mesmo imaginando a estrutura de uma molécula orgânica diante de um espelho, produzindo sua imagem especular. (É importante frisar que isso é um exercício de imaginação! Não podemos colocar uma molécula diante do espelho.) Na Figura 13, temos a representação de uma molécula contendo um átomo de carbono central, em cor preta, formando uma estrutura tridimensional tetraédrica com quatro ligantes (substituintes) diferentes nos vértices do tetraedro. Note que a imagem especular que se forma e a imagem original não podem ser sobrepostas, ou seja, trata-se de uma molécula assimétrica. Quando um carbono está ligado a quatro ligantes distintos, dizemos que tal carbono é assimétrico ou quiral.
o \\
Figura 13. Representação da imagem especular de uma molécula qualquer em que o carbono é o átomo central. Note que as duas imagens (real e especular) não são sobreponíveis. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
94
Capítulo 4
Moléculas que têm pelo menos um carbono assimétrico (quiral) são assimét ricas, o que garante que elas não apresentam plano de simetria. Ou seja, não há um plano que possa dividir a molécula em duas partes simétricas. Dessa forma, sempre que houver dois ou mais substituintes idênticos em um carbono, a imagem especular e a original da molécula serão sobreponíveis e haverá pelo menos um plano de simetria possível (Figura 14).
plano de simetria
Simetria: correspondência relativa. em grandeza, forma e posição, entre as partes dispostas em cada lado de uma linha divisória, um plano médio, um centro ou um eixo.
., 2 substituintes iguais
3 substituintes iguais
4 substituintes iguais
Figura 14. Representação de um plano de simetria em três moléculas com diferentes quantidades de substituintes iguais. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
A presença de um carbono quiral produz assimetria molecular, que, por sua vez, implica uma atividade óptica da molécula quando na presença de luz polarizada, ou seja, uma solução dessa substância tem a capacidade de girar o plano da luz polarizada. Como vimos, esse giro do plano da luz polarizada pode ocorrer para a direita (moléculas dextrógiras) ou para a esquerda (moléculas levógiras). Podemos representar uma molécula genérica contendo um carbono assimétrico pela fórmula molecular CHXVZ e pelo modelo de esferas e varetas mostrado na Figura 15. Neles, H representa um átomo de hidrogênio e X, Y e Z, átomos individuais ou grupos de átomos diferentes.
H /
carbono quiral (assimétrico)
z
Figura 15. Representação de uma molécula qualquer que apresenta um carbono quiral. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.) Isomeria
95
O ácido lático, por exemplo, é uma substância cujas moléculas apresentam assimetria molecular. Portanto, enquadra-se na fórmula CHXYZ. Veja a seguir uma representaçâo bidimensional dessa molécula.
O carbono quiral é geralmente identif icado nas fórmulas est ruturais por um asterisco.
H
H
1
1
H e -e· 3
o
z-c· -
1
1
A molécula de ácido lático é assimétrica (quiral) e seus isômeros ópticos, dextrógiro e levógiro, sâo imagens especulares um do outro. Uma vez que sâo moléculas quirais, isso implica dizer que sâo imagens nâo sobreponíveis (Figura 16). Os isômeros ópticos cujas moléculas apresentam entre si uma relação objeto-imagem especular não sobreponíveis são chamados de enantiômeros.
Atenção
Objetivos
Componentes sólidos reácláveis devem ser descartados adequadamente ou, quando possívet guardados para reutilização no laboratório.
• Familiarizar-se com o aspecto tridimensional das moléculas orgânicas. • Investigar algumas formas de organização dos átomos em estruturas orgânicas. • Reconhecer os diferentes tipos de isomeria.
Materiais • modelo molecular do tipo vareta/bola • espelho plano • 1 folha de papel
Procedimentos 1ª parte
a) Utilizando o modelo molecular, construa um modelo estrutural que represente uma molécula de metano (CH4 ) com um átomo de carbono, quatro átomos de hidrogênio e quatro ligações simples. b) Posicione o modelo molecular construído sobre uma folha de papel. c) Analise e anote o arranjo das quatro ligações simples em volta do átomo de carbono. Experimente girar a molécula e analisá-la em diversos ângulos de visão. d) Segurando o modelo molecular do metano com uma mão, posicione-o sobre um papel de tal forma que duas bolinhas que representam hidrogênios aproximem-se do papel, como exemplificado na figura ao lado. e) Analise o modelo molecular e a sombra que é projetada sobre a folha .
l/
f) Esboce no papel, seguindo o sombreamento, a estrutura pla-
na do metano e faça uma comparação entre o modelo molecular e a estrutura plana desenhada. g) No modelo molecular, troque uma das bolinhas do hidrogênio por uma do átomo de cloro. Repita as análises feitas para o modelo molecular do metano.
96
Capítulo4
H
c - H /
H
-
H
H
e· H e·······; · ~ CO2H 3
e· HO e /
HO
2
ácido (+ )-lático
\'····· cH 3 OH
ácido (-)-lático
Vale lembrar que, nas representações dos enantiõmeros do ácido lático, é utilizada a notação em cunha. Segundo essa representação, ligações que estão no pla) no (da folha de papel) são representadas por traços(- ). As cunhas cheias ( indicam que o grupo hidroxila está para fora do plano do livro, enquanto as cunhas t racejadas ( .. .... •")indicam que o grupo metil está para dentro do plano.
Figura 16. Representação dos dois enantiômeros do ácido lático. (Imagens fora de escala e em cores ilust rativas.)
2ª p arte a) Construa um modelo estrutural que represente uma molécula de propano (C 3H8 ). b) Após analisar a estrutura formada, escolha duas esferas que representem átomos de hidrogênio e as substitua por esferas que representem átomos de cloro. Anote a estrutura da molécula que você criou. c) Utilize o modelo molecular para construir todas as possíveis representações estruturais para a molécula C3H6 Ct2 • Cada vez que você montar uma estrutura diferente, anote-a. d)Verifique com os seus colegas se as estruturas encontradas são as mesmas ou se há diferenças. 3ª p arte a) Com auxílio do modelo molecular e de seus conhecimentos sobre isomeria, construam, em grupo, isômeros de cadeia aberta a partir da fórmula C3 H60 2 • b) Observe cada estrutura e utilize a projeção da sombra das estruturas em um papel ou seus reflexos em um espelho para ter certeza de que se trata de um isômero, e não de uma representação diferente para a mesma molécula. c) Anote as estruturas construídas no caderno e, posteriormente, verifique com os colegas de sala as estruturas encontradas. Escreva no caderno
Para conduir
1. Forneça o nome de acordo com as regras da IUPAC das estruturas representadas a seguir. O que você pode concluir Professor, para a realização dessa primeira atividade. após analisar nome e estrutura dessas moléculas? H 1
c e --C--H
H
H~ /
ce--C--ce
1
ce
ce
você pode disponibilizar o mesmo modelo molecular utilizado na atividade prática ou iocentivar que os alunos produzam um com materiais alternativos.
H
c H~ H
H
c
~ce
ce/ ~ce
2. Comparando duas estruturas tridimensionais que apresentam a mesma fórmula molecular, como é possível saber se elas representam dois isômeros diferentes ou a mesma molécula? 3. F.screva as fórmulas estruturais dos compostos orgânicos com fórmula molecular C3H6Ce2 que constituem isômeros (parte II). Indique os tipos de isomeria que distingue esses compostos. 4. Escreva as fórmulas estruturais dos compostos orgânicos de cadeia aberta isoméricos com fórmula molecular C3 H60 2 que você encontrou no Jogo da Isomeria. Contabilize o número de isômeros ao final.
Isomeria
97
~ Cálculo do número de enantiômeros O ácido lático tem um carbono quiral e apresenta dois isômeros com atividade óptica: um dextrógiro e um levógiro. Contudo, substâncias orgânicas com dois ou mais carbonos quirais têm um número maior de isômeros ópticos (enantiômeros). Vamos usar como exemplo o ácido 2-amino-3-hidroxibutanoico.
H3 c -
H 1
H 1
O
li
c· - c· - c 1
1
OH
NH2
OH
ácido 2-amino-3-hidroxibutanoico
Observe que nesse ácido existem dois carbonos assimétricos (quirais), marcados com asterisco. Podemos determinar o número de enantiômeros por uma função exponencial do tipo 2°, em que n é o número de carbonos quirais. Essa relação foi proposta pelo químico holandês Van't Hoff. Portanto, no ácido indicado, temos quatro enantiômeros (22 = 4), como mostra a Figura 17. espelho
espelho
.
H .....__
e-- NH
H2 N.....__
2
e-
1
H..- ~ -
..
..
..
H
H.....__
1
HO..-c -
oH
.
e-
NH2
.
H2N.....__
1
1
H
HO..- ~ -
enantiômeros
.
e -- H
H..- ~ -
H
.
oH
enantiômeros
Figura 17. O ácido 2-amino-3-hidroxibutanoico apresenta dois pares de enantiômeros.
~ Racematos ou misturas de enantiômeros Racematos são misturas de enantiômeros, ou seja, moléculas dextrógiras e
levógiras, em solução, na mesma concentração. Isso implica que os racematos, também chamados de misturas racêmicas, são opticamente inativos, ou seja, não produzem giros no plano de oscilação da luz polarizada. Isso acontece porque o giro do plano da luz polarizada do isômero dextrógiro, para a direita, é compensado pelo giro causado pelo isômero levógiro, para a esquerda. Como os dois giros são idênticos, porém em sentidos opostos, o valor final do giro do plano da luz polarizada da mistura é nulo. Podemos dizer que o número de misturas racêmicas que uma molécula quiral pode produzir corresponde à metade do número de estereoisômeros ativos, uma vez que são formados pela mistura em partes iguais de dois enantiômeros. No caso do ácido 2-amino-3-hidroxibutanoico, temos: IOA = 2° ~ IOA = 22 = 4 MR = 2° - 1
~
MR = 21 = 2
Em que: n: número de carbonos quirais diferentes IOA: isômeros opticamente ativos MR: misturas racêmicas
98
Capítulo 4
A síntese orgânica, principalmente na in- ~ dústria farmacêutica, tem como uma de suas aplicações a síntese de moléculas orgânicas ~ com algum tipo de atividade no organismo. Suponha que na síntese de um medicamento ~ seja obtida uma mistura racêmica, mas somente um isômero seja desejável. O paciente, ao ingerir um medicamento obtido por meio dessa síntese irá ingerir 50°/o de um composto químico desnecessário. É importante ainda ter a certeza de que o isômero indesejado não causará algum efeito adverso ao organismo. Uma síntese orgânica de moléculas com centro quirais pode ser realizada de duas maneiras: uma que resulta em uma mistura racêmica e outra, chamada assimétrica, que resulta em um produto com pureza óptica ou quantidades mínimas do estereoisômero indesejado.
j
i
Figura 18. Atualmente existem medicamentos comercializados em sua forma enantiomérica pura.
l> Isomeria óptica em cadeias cíclicas Vimos que a presença de carbono quiral em uma molécula produz assimetria molecular e, consequentemente, atividade óptica. Contudo, até o momento, só fizemos representações de carbonos quirais em moléculas cujas cadeias carbônicas são abertas. Cadeias carbônicas fechadas (cíclicas) também podem apresentar isomeria óptica. Para isso, devem apresentar assimetria molecular. Por exemplo, considere a molécula do (E)-1-bromo-2-clorociclopropano.
H
Br
Cf H
H
H Observe que nessa molécula existem dois carbonos quirais, o que leva à ocorrência de isômeros opticamente ativos. Lembre-se de que, para determinar a quantidade desses isômeros, temos: IOA = 2° = 2 2 = 4. Assim, para a molécula do (E)- 1-bromo-2-clorociclopropano, temos 4 isômeros opticamente ativos. No mentol, uma substância encontrada em plantas aromáticas, estão presentes t rês carbonos quirais (carbonos marcados com asterisco). Logo, o mentol apresenta oito isômeros opticamente ativos, ou seja, IOA = 2° = 23 = 8.
•
OH
2-isopropil-5-metilciclo-hexan-1-ol (mentol) Isomeria
99
Contexto histórico A tragédia da talidomida
Em 1957, uma empresa farmacêutica alemã lançou uma nova droga que podia ser aplicada como sedativo e para combater enjoas, a talidomida. Essa droga foi comercializada em todo o mundo e vastamente receitada para mulheres grávidas, que costumam ter enjoas matinais. Em 1961, um médico australiano relatou que no hospital onde trabalhava houve um grande aumento de casos de crianças nascidas com má-formação. Todas as mães haviam sido tratadas com a talidomida. Estudos confirmaram, ainda naquele ano, que a talidomida era a responsável pelo nascimento de milhares de bebês com deformações graves nos braços e nas pernas ou mesmo ausência de membros. O medicamento foi então retirado do mercado em todo o mundo. A molécula de talidomida é quiral e era comercializada como racemato, ou seja, a mistura dos dois isômeros. Depois da tragédia ocorrida, descobriu-se com testes em animais que apenas o isômero levógiro causava deformações, o isômero dextrógiro era um sedativo eficaz. De fato, as pesquisas demonstraram que mesmo a administração apenas da ( +)-talidomida também seria perigosa, já que essa substância é racemizada no organismo humano, isto é, a ( + )-talidomida é metabolizada, formando a (- )-talidomida.
o
o H,, N
'•
,,H
o
• N
o
o
\
H
(- )-talidomida
Durante as décadas de 1960 e 1970, as indústrias farmacêuticas alemãs e suas distribuidoras travaram batalhas na justiça ao redor do mundo para evitar o pagamento de indenizações às vítimas. Depois de 51 anos de silêncio, em 2012, a fabricante alemã comunicou ao público um pedido de desculpas que foi recebido com indignação pelas vítimas sobreviventes, uma vez que ele não foi acompanhado por um reconhecimento de culpa. A talidomida voltou ao mercado mundial para o tratamento de doenças e síndromes como a aids, o lúpus e o mieloma múltiplo (um tipo de câncer). No Brasil, a talidomida é proibida desde 1997 para mulheres em idade fértil. Organizações que defendem as vítimas da talidomida denunciam que ainda hoje a talidomida é receitada sem os devidos cuidados.
Atividades
100
o
•
~
o
••
N
o
(+)-talidomida
Escultura em bronze em memória das vítimas da talidomida, exposta em Stolberg, Alemanha, 2012.
Escreva no caderno
1. Antes de lançar uma nova droga, as empresas far-
2. Ao redor do mundo, todos os anos, centenas de no-
macêuticas precisam realizar testes clínicos para provar que o medicamento é seguro. Você considera que a empresa alemã que desenvolveu a talidomida deva ser responsabilizada pelos danos que esse medicamento provocou? Que tipo de apoio espera-se que as vítimas recebam nesses casos?
vos medicamentos são lançados. Discuta com seus colegas quais cuidados devem ser tomados para evitar a comercialização de medicamentos capazes de trazer danos à saúde humana.
Capítulo 4
1. (UERJ) Duas das moléculas presentes no gengibre
são benéficas à saúde: shogaol e gingerol. Observe suas fórmulas estruturais:
o
JJ ,
li #
HO
HO
OH
f
gingerol
Aponte o tipo de isomeria espacial presente, respectivamente, em cada uma das estruturas. Nomeie, ainda, as funções orgânicas correspondentes aos grupos oxigenados ligados diretamente aos núcleos aromáticos de ambas as moléculas. 2. O estudo da isomeria óptica está relacionado com a assimetria molecular: moléculas assimétricas atuam girando o plano da luz polarizada. O caso mais comum de assimetria molecular ocorre quando uma molécula apresenta carbono quiral (carbono assimétrico). Moléculas com um carbono quiral apresentam um par de isômeros ópticos ou enantiômeros. Considerando as representações a seguir e seus conhecimentos sobre isomeria óptica, faça o que se pede. (li)
(1)
Br\
H-;, H
c- c
1
Br
\'H H
H2C
\
a) Em um polarímetro, quando podemos afirmar que uma substância é opticamente ativa? b)O nome oficial do ácido tartárico é ácido 2,3-di-hidroxibutanodioico. Represente sua fórmula estrutural e indique o número de carbonos quirais presentes.
4. O captopril, medicaCH 3 mento utilizado no HS N . controle da pressão • ···~ H H arterial, é vendido nas o o,,,.,._ farmácias na sua forOH ma opticamente pura, ou seja, somente aquecaptopril la que é ativa no organismo. Observe a estrutura do captopril, mostrada acima. a) Quantos carbonos quirais são observados na estrutura do captopril? b) Qual a importância da comercialização desse medicamento na sua forma opticamente pura?
5. Com a fórmula molecular C4H100 é possível a construção de quatro compostos pertencentes à função álcool. Com relação a esses álcoois, represente a fórmula estrutural plana daquele que apresenta isomeria óptica.
Br\ / Br H3C-..... c - c -- H
/
BAGATIN, O. et ai. Rotação de luz polarizada por moléculas quirais: uma abordagem histólica com proposta de trabalho em sala de aula. Química Nova na Escola, São Paulo: Sociedade Brasileira de Química, n. 21 , p. 35. maio 2005.
Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede.
shogaol
O li
limão e louro). Mas o mais surpreendente é que o mesmo efeito foi observado em soluções alcoólicas de cânfora, de alguns açúcares e de ácido tartárico.(...]
\
CH2
/
j
H 2C - CH
\
C - CH
/\
H3C
6. A vitamina C, ou ácido ascór- ~ bico, é certamente a vitamina mais conhecida. Foi a primei- = ra a ser descoberta (1928), ~ a primeira a ser estrutural- ~ mente caracterizada (1933) 3( e a primeira a ser sintetizada em laboratório (1933). Atualmente, milhões de quilogramas de vitamina C são sintetizados em todo o mundo a cada ano.
3
H
a) A substância representada em I pode apresentar isomeria constitucional ou geométrica? Justifique. b) Pode-se identificar carbono quiral nas moléculas I e II? Em caso afirmativo, copie as estruturas em seu caderno, marque o(s) carbono(s) quiral(is) com asterisco e determine o número de isômeros opticamente ativos.
~
A seguir, temos a fórmula estrutural da vitamina C.
3. Leia o texto a seguir. [...] Em 1812, Jean Baptiste Biot observou que, quando luz polarizada atravessava um cristal de quartzo convenientemente cortado, seu plano de polarização era rotacionado em um ângulo proporcional à espessura do cristal Ele observou também que para alguns cristais a rotação ocorria para a direita e para outros a rotação era para a esquerda. Interessado no fenômeno, Biot estudou-o mais a fundo e percebeu efeitos similares quando a luz polarizada atravessava certos líquidos, como a terebintina e alguns óleos naturais (extrato de
HO HO
·. 11. o -...-::;;-0 HO
OH
Considerando seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Quais funções orgânicas oxigenadas estão presentes na vitamina C? b)A vitamina C é uma substância opticamente ativa? Justifique sua resposta. Isomeria
101
O uso de feromônios na agricultura Os feromônios são substâncias secretadas por indivíduos de uma espécie que visam provocar reações específicas em outros indivíduos da mesma espécie. Dependendo de sua estrutura química e propriedades, os feromônios são usados para atrair parceiros para o acasalamento, para demarcação de território, entre outras finalidades. Um dos feromônios usados pelas moscas fêmeas para atraírem os machos é o cis-9-tricoseno. Seu isômero na forma trans não atua como feromônio, não sendo reconhecido pelos insetos. Os feromônios sexuais têm sido estudados e aplicados em programas de controle e combate a pragas em lavouras. Leia o texto a seguir que fala sobre essas aplicações.
Insetos utilizam feromônios para se comu nica r na natureza.
I... J Os feromônios sexuais têm sido estudados, quanto à sua eventual aplicação nos programas de combate às pragas da lavoura, pelo menos em quatro düerentes aspectos: 1. Como monitor, ou seja, para determinação do nível populacional de diferentes pragas, do que resulta orientação segura sobre a ocasião oportuna para a aplicação dos tratamentos químicos. Assim, ostra-
102
Capítulo4
tamentos químicos somente deverão ser aplicados quando a população alcançar um determinado nível; quando abaixo desse nível, os tratamentos poderão ser dispensados. Dessa maneira, o feromônio fornece, por assim dizer, uma fotografia do grau de infestação, revelando a necessidade ou não de tratamentos. [... [ 2. Os feromônios sexuais poderão ter também aplicação nos estudos bioecológicos como, por exemplo:
levantamentos, curvas de flutuações, alcance e altura de voo, hábitos (diurnos e noturnos}, horas de maior atividade dos insetos, etc. Poderão auxiliar nas determinações de ocorrência e incidência de pragas em diversas regiões e, mesmo, orientar os trabalhos de erradicação. 3. Um outro aspecto do emprego de feromônios sexuais é o de "controle massal", isto é, controle direto das populações de insetos. O feromônio é colocado em armadilhas, atraindo as pragas de maneira específica, sendo então capturadas em grande número, promovendo queda de população e como consequência, de prejuízos. 4. Existem, ainda, sistemas denominados de "confusão dos machos" [... ]. em que doses maiores de feromônios sexuais, e também mais intensamente distribuídas, promovem o desnorteamento na procura das fêmeas. Com tal aplicação o ar fica como que saturado de feromônio sexual da fêmea e os machos não sabem como proceder para a procura do sexo oposto, ficando desorientados, poís são atraídos em todas as direções, sem detectar o ponto zero (ausência de feromônio) , permanecendo então, como que inertes até sobrevir a morte. Para alguns técnicos, esses dois últimos métodos devem apresentar resultados positivos especialmente quando as infes-
taçôes forem pequenas. As infestações pesadas deverão requerer os tratamentos químicos tradicionais ou outras medidas. Pesquisadores norte-americanos, da Estação Experimental de New York (Departamento de Entomologia), com um experimento muito bem conduzido, apresentaram subsídios que demonstraram, em parte, a grande utilidade da captura em massa de um inseto com o emprego do feromônio sexual, com relação à infestação final. [... ]. A captura em massa de machos, através de armadilhas com feromônio apresentou reduções de ataque altamente significativas: pomares que apresentavam anteriormente porcentagens de infestação de frutos da ordem de 12,4% e 8,5% passaram a mostrar somente 0,5% e até 0,09% de frutos danificados por essa praga, em consequência desse tratamento. (...] [ ... ]
Na atualidade, os feromônios sexuais usados na defesa das lavouras contra as pragas e comercializados por firmas de renome são de origem sintética. Naturalmente, para atingir a síntese, eles foram primeiramente constatados ou detectados, extraídos, isolados e purificados para determinação da estrutura química, sofrendo posteriormente a operação de síntese, que possibilita a sua produção padronizada e em larga escala. [ ... ]
CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE SANIDADE VEGETAL. Comunicado Técnico n. 43: Feromônios e seu emprego nos programas de controle de pragas agrícolas. São Paulo: Instituto Biológico, 19 jun. 2006. Disponível em: <http://www.biologico.sp.gov.br/artigos_ok.php?id_artigo~43> Acesso em: 8 mar. 2016.
Atividades
Escreva no caderno
1. Uma das vantagens do uso dos feromônios no controle de pragas agrícolas é a de diminuir ou até dispensar o uso de praguicidas. Procure saber que problemas de contaminação por praguicidas o uso dos feromônios pode evitar.
2. A agricultura utiliza outras substâncias naturais, além dos feromônios, para o controle de pragas. É o caso do ácido crisantêmico, que é um inseticida natural produzido pelos crisântemos (um tipo de planta). Pesquise que contribuições essa substância pode dar para a agricultura. 3. Discuta com seus colegas qual o papel da Química Orgânica na produção de feromônios sintéticos e qual a importância do reconhecimento dos possíveis isômeros dessas substâncias.
4. Mesmo com os avanços tecnológicos promovidos pela Ciência, há grande uso de praguicidas tóxicos na agricultura. Debata com seus colegas se os praguicidas são um mal necessário.
Isomeria
103
1. (UEM-PR) Observe a lista de moléculas orgânicas abaixo e assinale a(s) alternativa(s) correta(s) a respeito da isomeria. Soma: 30 (02 + 04 + 08 + 16) butan-1-ol, isopropanol, éter dietílico, propanona, n-propanol, ciclopropano, propanal, propeno, metoxipropano, 1,2-dicloroeteno. 01) O propano! e o propanal são isômeros de cadeia. 02) Há pelo menos 2 pares de moléculas que podem ser classificados como isômeros funcionais. 04) Somente uma molécula pode apresentar isome. geometr1ca. ' . na 08) As moléculas butan-1-ol, éter dieu1ico e metoxipropano podem ser classificadas, duas a duas, como isômeros de função duas vezes, e como metâmeros uma vez.
b) Identifique o tipo de isomeria e escreva as fórmulas estruturais dos isômeros que o pterostilbeno pode formar, considerando-se que as posições dos substituintes em seus anéis aromáticos não se alteram e que esses anéis não estejam ligados a um mesmo átomo de carbono.
3. (UEPA) A lignina é um polímero de constituição difícil de ser estabelecida, por causa não somente da complexidade de sua formação, baseada em unidades fenilpropanoides (figura abaixo), como também porque sofre modificações estruturais durante seu isolamento das paredes celulares das plantas. Eles são altamente condensados e muito resistentes à degradação. A sequência em que as unidades p-hidroxifenila (1), guaiacila (2) e siringila (3), em proporções diferentes são condensadas, é o que define a origem da lignina, ou seja, a planta de origem.
16) Nenhuma das moléculas apresenta isomeria ' . opuca.
2. (UFSCar-SP) O resveratrol é uma substância orgânica encontrada em casca de uva vermelha, e é associada à redução da incidência de doenças cardiovasculares entre os habitantes de países nos quais ocorre consumo moderado de vinho tinto. Mais recentemente, foi encontrada outra substância com propriedades semelhantes, na fruta "blueberry'' (conhecida no Brasil como mirtilo), substância esta denominada pterostilbeno. As fórmulas estruturais do resveratrol e do pterostil-
OH
1
e
HO
OH
OH
(1)
(2)
(3)
Sobre os compostos fenilpropanoides, analise as afirmativas a seguir. I. Os compostos 1 e 2 são isômeros de função.
beno são fornecidas a seguir. H
OH
~e 1
H OH resveratrol
II. Os compostos 2 e 3 são isômeros de posição. Ili. O composto 3 não possui carbono quiral. IV. O composto 1 possui isomeria eis e trans. V. Os compostos 2 e 3 não são isômeros. A alternativa que contém todas as afimiativas corretas é: a) I e Il
c) II e IV
b)Ielll
d)IIeV
@)III e V
4. (UFRJ) Diferentes modelos podem ser usados para H
OH
1
e~
e 1
H
OCH 3 pterostilbeno
a) Escreva o nome de todas as funções químicas oxigenadas presentes no resveratrol e no pterostilbeno.
104
Capítulo 4
representar os elementos e as substâncias químicas. Com base no modelo de Dalton, propõem-se os seguintes símbolos para representar os elementos:
•
hidrogênio
cloro
o oxigênio
carbono
Desta forma, as moléculas da água e do metanol podem ser representadas conforme as figuras a seguir:
@a lactose possui dez carbonos assimétricos. c) a galactose não é um composto opticamente ativo. d) as funções presentes nos três compostos são: álcool e anidrido.
A CH,OH
H,O
Existem 3 compostos com fórmula molecular C2H2Ce2 • Um deles é o trans-1,2-dicloroeteno, que pode ser representado segundo a figura a seguir.
a) Represente, usando os mesmos símbolos, os outros compostos de fórmula molecular C2 H2 Cf2 • b)Dê o nome do composto de fórmula molecular C4 H9Cf que apresenta atividade óptica. 5. (UERN) A intolerância à lactose é o nome que se dá à
incapacidade parcial ou completa de digerir o açúcar existente no leite e seus derivados. Ela ocorre quando o organismo não produz, ou produz em quantidade insuficiente, uma enzima digestiva chamada lactase, cuja função é quebrar as moléculas de lactose e convertê-las em glucose e galactose (figura). Como consequência, essa substância chega ao intestino grosso inalterada. Ali, ela se acumula e é fermentada por bactérias que fabricam ácido lático e gases, promovem maior retenção de água e o aparecimento de diarreias e cólicas. CH20H HO
a) a glucose possui sete hidrogênios.
6. [... J O [ácido acetilsalicílico) deve ser evitado nos pacientes com dengue por dois motivos: O primeiro deles é a possibilidade da Síndrome de Reye. Apesar de rara, a síndrome de Reye, grave encefalopatia associada a hepatite, pode ser desencadeada por [ácido acetilsalicílico J em pacientes com diversas viroses, tais como varicela, influenza e dengue. Apesar de mais comum nas crianças, adultos também podem ser acometidos. O segundo motivo é o risco de plaquetopenia pela dengue, que pode ser agravada pelo uso concomitante de antiagregantes plaquetários.
[... 1 PESARO, A. E.; DAMICO, É.; ARANHA, L. F. C. Dengue: manifestações cardíacas e implicações na terapêutica antitrombótica. Arquivos brasileiros de cardiologia, São Paulo, v. 89, n. 2, ago. 2007. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_ arttext&pid=S0066-782X2007001400015>. Acesso em: 20 mar. 2016.
O ácido acetilsalicílico é um antiagregante plaquetário que age no organismo de forma contrária à tromboxana A 2 , uma importante substância que funciona como agente agregante. Observe as estruturas dessas moléculas e responda os itens a seguir.
0 o o
..
.•'
COOH
/
...
CH 20H O
O OH 4
OH OH
OH
----rOH
Lactose
OH tromboxana A,
COOH
~ ~
CH 20H HO
o
OH
CHzOH OH HO
OH O-galactose
o
OH
OH OH D-glucose
(Disponivel em: http:l/acomidadavizinha.blogspot.com.br/2014/03/ in tolera ncia-lactose. html. Adaptado.)
A respeito dos compostos ilustrados anteriormente, é correto afirmar que:
ºYCH3
o
ácido acetilsalicílico
a) Quais as funções orgânicas presentes nas moléculas apresentadas? b) As moléculas de tromboxana e de ácido acetilsalicílico apresentam isômeros opticamente ativos? Justifique sua resposta. c) Pesquise sobre os efeitos da plaquetopenia no corpo humano e seus riscos para a saúde. Isomeria
105
O níquel é produzido em larga escala em países como a Rússia. Uma de suas aplicações é em reações como a de hidrogenação catalítica, em que ele atua como catalisador. A hidrogenação catalítica - uma reação de adição e um dos temas que estudaremos neste capítulo - serve de base para a produção de margarina, cuja primeira fórmula foi desenvolvida, por volta de 1869, pelo químico e farmacêutico francês Hippolyte Mege-Mouries (1817-1880). A origem etimológica da palavra "margarina" é margaron, termo grego que significa "pérola". Logo após sua produção, a margarina apresenta uma cor acinzentada, o tom amarelado que conhecemos resulta da adição de corantes. • Você saberia explicar o que é gordura hidrogenada?
Introdução às reações orgânicas Desde a síntese da ureia realizada por Wõhler em 1828, milhões de substâncias orgânicas vêm sendo sintetizadas. Utilizando materiais simples ou bastante complexos, orgânicos ou inorgânicos, os cientistas produzem classes de substâncias como antibióticos, pesticidas, adoçantes, polímeros, catalisadores, entre outras. O mundo das sínteses é fascinante. Para um cientista, é um grande sonho a produção de uma nova substância que, além de não gerar impactos ambientais, tenha aplicação cotidiana e/ou auxilie na melhoria da qualidade de vida da sociedade. As reações orgânicas são muito importantes atualmente por serem utilizadas na obtenção de diversos produtos e materiais, dos medicamentos que tomamos para a cura de uma doença ao plástico que utilizamos para embrulhar os alimentos. Por isso, trata-se de um campo de grande importância. Vejamos primeiramente como essas reações são classificadas. -
2!õ
-
200
-
1S0
-
100
-
so
Figura 1. O béquer acima pode estar preenchido com álcool etílico (etanol), acetona (propanona) ou mais de 5 mil outras substâncias orgânicas que se apresentam como líquidos incolores. Sabemos que as substâncias podem ser identificadas por meio de suas propriedades físicas e químicas. Outra forma de identificá-las é mediante reações orgânicas.
~ Classificação das reações A maior parte das reações orgânicas podem ser classificadas em três categorias: reações de adição, reações de eliminação e reações de substitu ição. Estudaremos algumas reações desses três tipos neste capítulo. Para compreendê-los, é importante perceber as alterações estruturais que cada um provoca. Por exemplo, em reações de substituição, um átomo (ou grupo de átomos) de determinado reagente é substituído (trocado) por outro átomo ou grupo de átomos provenientes de outro reagente. Nesse tipo de transformação, as ligações entre átomos de carbono não se alteram. Já em uma reação de adição, duas moléculas reagem entre si resultando em um único produto. Geralmente esse processo ocorre entre uma molécula que tenha insaturação (ligação dupla ou tripla) - um alceno ou alcino - e outra molécula que é totalmente incorporada à estrutura da primeira . Nessas reações, sempre ocorre a eliminação da insaturação entre os átomos de carbono envolvidos. No caso de reações de eliminação, átomos ou grupos de átomos, ligados a carbonos vizinhos, são removidos da molécula de um reagente, resultando em dois produtos. Quando isso acontece, é formada uma insaturação entre os átomos de carbono envolvidos nessa reação.
~ Classificação dos mecanismos Quando estudamos as reações químicas, principalmente as reações inorgânicas, é comum apresentarmos somente a reação global e não evidenciarmos as etapas de todo o processo. Entretanto, com frequência, as reações químicas acontecem em etapas. O conjunto dessas etapas é denominado mecanismo de reação. Um mecanismo deve apresentar a sequência de rompimento e formação das ligações químicas e as energias envolvidas em cada etapa do processo. A quebra de uma ligação química, processo denominado cisão ou clivagem, pode ocorrer por homólise ou heterólise. As cisões homolíticas são aquelas em que o par de elétrons da ligação é separado de forma igual, resultando em espécies químicas que apresentam elétrons desemparelhados (que estão sem par), também chamados de radicais livres. Os radicais livres são instáveis e bastante reativos. No exemplo a seguir, a
108
Capítulo 5
luz produz cisão homolítica na molécula de cloro, o que dá origem a radicais livres. O ponto destacado em verde simboliza o elétron desemparelhado.
ce-ce __lu_z_
:(f.,+ :ce .. •• •• radicais livres
Os radicais livres podem ser descritos, portanto, como espécies químicas que apresentam em sua estrutura elétrons desemparelhados, ou seja, a camada de valência incompleta. Assim, são espécies extremamente reativas, podendo reagir entre si ou com outros compostos, formando espécies mais estáveis. No organismo, os radicais livres podem ser produzidos pelas células na respiração celular. Fatores como poluição, álcool, fumo, entre outros podem também originar uma grande quantidade de radicais livres, que causam danos às células sadias, podendo até matá-las. As cisões heterolíticas são aquelas em que o par de elétrons da ligação é separado de forma desigual, re-
Figura 2. É importante ressaltar que uma alimentação saudável, que inclua verd uras, frutas e legumes, ajuda no combate ao excesso de radicais livres no organismo, pois nesses alimentos há substâncias denominadas antioxidantes, que reagem com os radicais livres, impedindo possíveis danos às células. Bancas com frutas e legumes à venda no mercado municipal de Monte Azul, MG, 2015.
su ltando em espécies químicas que apresentam cargas elétricas (íons). De acordo com sua estrutura eletrônica, os íons formados são classificados em eletrófilos (geralmente carregados positivamente) ou nucleófilos (geralmente carregados negativamente).
Reações de substituição ~
As reações de substituição são muito utilizadas na Química. A partir de uma substância, como o benzeno, é possível obter, por meio de reações de substituição, pesticidas, princípios ativos de medicamentos, substâncias usadas para fabricação de artefatos bél icos, entre muitas outras. Abordaremos agora algumas reações de substituição importantes: halogenação, nitração, sulfonação, alquilação e acilação.
Eletrófilo: espécie química que apresenta deficiência de elétrons, podendo, em uma reação química, aceitar um par de elétrons. Por essa característica, os eletrófilos são classificados como ácidos de Lewis. Nucleófilo: espécie química que possui d isponibilidade para doar pares de elétrons em uma ligação química. Por essa característica, os nucleófilos são classificados como bases de Lewis.
~ Halogenação radicalar dos alcanos Os alcanos são um grupo de compostos pertencentes à classe dos hidrocarbonetos (formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio) em que a cadeia carbônica é saturada. Por causa da estabilidade das ligações em suas estruturas, os alcanos apresentam baixa reatividade química, sendo necessárias condições específicas para reagirem - por exemplo, luz e/ou aquecimento. Sob essas condições, os halogênios reagem bem com os alcanos, em reações de substituição denominadas halogenação (cloração, bromação etc.). Por exemplo, a reação entre metano e cloro implica a substituição de um hidrogênio do metano por um átomo de cloro:
CH 4 (g) + Cfz{g)
luzouaqueómento
CH 3 Cf(g) + H(f(g)
Além dessa reação, denominada monocloração do metano, podem ocorrer a dicloração, a tricloração e a tetracloração do metano. Reações de substituição, adição e eliminação
109
CH 4 (g)
+ 2 ceig)
luz ou aquecimento
CHig)
+ 3 cez(g)
luz ou aquecimento
CH 4 (g)
+ 4 e e2(g)
luz ou aquecimento
CH2Ce2(g) + 2 HCe(g)
+ 3 HCe(g) CCeig) + 4 HCf(g)
CHCe3(g)
Note que nesses casos é preciso que haja uma quantidade adequada de gás cloro. Se o alcano apresentar mais de um tipo de átomo de carbono, produtos diferentes podem ser gerados na halogenação. Considere, por exemplo, o propano (CH3CH 2CH3), que apresenta dois t ipos de átomos de carbono: primário e secundário. Desse modo, no processo de monocloração do propano, podemos formar dois produtos diferentes: o 1-cloropropano e o 2-cloropropano. Os produtos obtidos diferem somente em relação à posição do átomo de cloro na cadeia carbônica. Portanto, quando um alcano com carbonos de tipos diferentes passa por uma reação de halogenação, há a formação de uma mistura de compostos isômeros.
ce 1
43%
~ - - H3C- CH 2- CH 2 + HCf 1-<:loropropano
ce 57%
1
H3 C-CH-CH 3 + HCf
- --
2-cloropropano
Experimentalmente, observa-se que hidrogênios ligados a carbonos terciários têm maior tendência de serem substituídos que hidrogênios ligados a carbonos secundários, que, por sua vez, têm maior tendência de serem substituídos que hidrogênios ligados a carbonos primários. Na monocloração do propano, o produto formado em maior quantidade (ou o produto principal) é o 2-cloropropano, pois nessa molécula o átomo de cloro substitui um átomo de hidrogênio ligado a um carbono secundário e na outra (1-cloropropano) a substituição ocorre em um carbono primário. Prever a identidade do produto principal pode não ser tão simples, pois há outros fatores que interferem no processo de substituição. De qualquer forma, a regra da ordem de substituição dos hidrogênios é comumente empregada, e costuma-se representar apenas o produto principal de reações de halogenação de alcanos. Vejamos outro exemplo de observação dessa regra. No caso da monocloração do metilpropano, obtemos também dois produtos diferentes, o 1-cloro-2-metilpropano e o 2-cloro-2-metilpropano. 36%
3
H3C - ~H - CH3 +
cel
+
H C-CH- CH
luz ----<
1
l
CH 3
ce
2
HCf
1-<:loro-2-metilpropano
ce
CH 3
64%
1
HC-C-CH 3
1
3
+
HCf
CH 3 2-cloro-2-metilpropano
O 2-cloro-2-metilpropano é obtido numa proporção maior, porque o hidrogênio ligado ao carbono terciário tem maior tendência de ser substituído pelo átomo de cloro.
11 O
Capítulo 5
1. Classifique as reações orgânicas abaixo em adição, eliminação ou substituição: I) CH3CH3 (g)
+ Br2 (g) ,~ C~CH2 Br(g) + HBr(g)
II) CH2 = CH2 (g) + H 2 (g) III) CH3 - CH2 0H(f)
~
CH3 - CH3 (g)
4. Levando em consideração que, nas reações de halogenação, há preferência de substituição dos hidrogênios ligados aos carbonos terciários, analise as reações a seguir e assinale a opção correta quanto à formação do produto principal.
H,SO• • CH2 = CH 2 (g) + H20(f)
2. Os alcanos são hidrocarbonetos cuja fórmula geral é
b) Represente a reação de dicloração do alcano de menor massa molar. 3. Estabeleça a reação entre o 2-metilbutano e o bromo sob ação da luz. Indique os produtos formados. Para isso, considere que a reação seja de monobromação. Indique, também, o produto principal da reação.
Br
1
1
@ H3 C - C- CH3 +Br2
C0 H 20+ 2 • Sabendo que o alcano reage em proporção estequiométrica com o cloro em um processo que envolve radicais livres e ação da luz, faça o que se pede. a) Considerando os valores de n = 1, 2, 3 e 4, podemos dizer que as massas molares dos alcanos formam uma sequência matemática denominada progressão aritmética. Determine a razão dessa progressão. (Dados: C = 12 u, H = 1 u)
H -
H3 C - C - CH3 + HBr
1
1
C~
CH3
H
H H
1
1
b)H3C - C- CH3+
1
ce2- ce- c- c-
1
H
1
1
CH3+ HCe
H H
H
H
H
H
H
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
c)H3 C - C - C - CH 3 + I2 - I - C- C - C - CH3 + HI H
H H
CH 3
H
CH3
H H
1
1
1
1
1
1
H
H
H
d)H3C - C- CH 3 + Br2 - Br - C - C - CH3+ HBr
~ Substituição em compostos aromáticos Os hidrocarbonetos aromáticos compreendem um grupo enorme de compostos orgânicos. Já sabemos que sua característica principal é a presença de um ou mais anéis benzênicos e que eles podem ser obtidos de misturas complexas derivadas do petróleo ou mediante destilação do alcatrão de carvão. Além de grande utilidade nas indústrias, esses compostos desempenham papel importante na bioquímica de todos os seres vivos. O representante mais simples dessa classe de compostos é o benzeno. Muitos compostos químicos são formados pela substituição de hidrogênios do anel benzênico por outros grupos. Veja um resumo das principais reações de substituição envolvendo benzeno, que estudaremos a seguir.
l>
(Y
N02
~R sulfonação
nitra~
V
X halogenação
V
A
V
o
ilação
H
acilação
('-.,. R li
(Y ~
benzeno
Halogenação do benzeno
A halogenação do benzeno é uma reação de substituição de um átomo de hidrogênio do anel benzênico por um átomo do grupo dos halogênios. Como a reatividade do benzeno é baixa - por causa da estrutura de ressonância do anel - , é preciso recorrer a um catalisador. Normalmente empregam-se compostos que podem ser representados como FeX3 e ACX 3, em que X
é um átomo do grupo dos halogênios; esses compostos atuam favo recendo a formação de um cátion (X+), que reage rapidamente com o benzeno. Reações de substituição, adição e eliminação
111
Quando a halogenação é do tipo bromação, a espécie reativa Br+, proveniente da reação entre o FeBr3 e o Br2 , reage com o anel benzênico, formando o cátion bromocicloexadienilo como intermediário da reação. FeBr3
+ Br2 -
o+
FeBr;
-
+ Br+
H ~Br
Br•
V
cátion bromocicloexadienila
Em seguida, esse cátion reage com FeBr; e ocorre a retirada do próton do composto, originando o bromobenzeno. Nessa etapa, há a restituição do catalisador FeBr3 e a formação de HBr. A reação global pode ser representada por:
o
(YBr
FeBr,
+ HBr
bromobenieno
benzeno
Note que a halogenação pode ocorrer em qualquer carbono do anel, já que todos os seis são secundários.
I>
Nitração e sulfonação do benzeno
A reação entre o benzeno e o ácido nítrico (HN03 ) concentrado é denominada nitração. Para que ocorra, é necessária a presença de ácido sulfúrico (H 2 Sq), que atua como catalisador. A reação global pode ser representada por:
0
H
+ HO - N02 H,so,
benzeno
ácido nítrico
Note que o hidrogênio do anel é substituído por um grupo nitro (-NO). O ácido nítrico é representado dessa forma por causa da sua fórmula estrutural: HO- N <"'
o
'O
A reação entre o benzeno e o ácido sulfúrico é denominada sulfonação. Em processos industriais, utiliza-se ácido sulfúrico fumegante, ou seja, ácido sulfúrico acrescido de trióxido de enxofre (SO). A reação global pode ser representada por:
o-
benzeno
H
+ HO - 503H _
e,._ _
ácido sulfúrico
o
503 H
+ H2 0
ácido benzeno sulfônico
Note que o hidrogênio do anel é substituído por um grupo ácido sulfônico (- S03 H). O ácido sulfúrico é representado dessa forma por causa da sua fórmula estrutural:
o 1
HO - S- OH 1
o 112
Capítulo 5
l> Alquilação e acilação de Friedel-Crafts Em 1877, os cientistas Charles Friedel (1832-1899) e James Mason Crafts (1839-1917) descobriram que os haletos de alquila ou de acila podiam reagir com o benzeno, desde que na presença de ácidos fortes de Lewis, como o cloreto de alumínio, que atua como catalisador da reação. Os dois processos foram denominados de alquilação e acilação de Friedel-Crafts e deram origem a um grupo de compostos de grande importância atualmente. No exemplo a seguir, um hidrogênio do anel é substituído por um grupo metila, proveniente do cloreto de metila, na presença de cloreto de alumínio como catalisador.
o
Atee,
+ cloreto de metila
benzeno
metilbenzeno
Já neste outro exemplo, um hidrogênio do anel é substituído por um grupo etanoíla, proveniente do cloreto de etanoíla, na presença de cloreto de alumínio como catalisador.
o
o li
o +
\ /
C- CH
ce
Atee,
cloreto de etanoíla
benzeno
Acila: é um grupo substituinte orgânico que deriva de um ácido carboxílico por eliminação da hidroxila (- OH}. Como exemplo, temos os grupos etanoíla - ou acetila - , propanoíla, butanoíla - ou butirila - etc. Sua fórmula geral é:
o li e
R/ '-
0c"cH3
3
Alquila: é um grupo substituinte orgânico de fórmula geral -CnH2n+ 1. Ele se forma quando um átomo de hidrogênio é removido de um hidrocarboneto saturado (como exemplo, temos os grupos meti! - ou metila - , etil - ou etila - , propil - ou propila etc.}.
+
HCt'
Lembrando que a letra R representa a cadeia carbônica que está ligada à carbonila.
fenilmetilcetona (acetofenona)
l> Reatividade e orientação
da substituição em aromáticos
Quando representamos uma reação de monossubstituição do benzeno, não nos preocupamos com a posição à qual o substituinte (átomo ou grupos de átomos) se ligará. Qualquer hidrogênio do anel pode ser substituído, pois todos os carbonos são equivalentes entre si. Entretanto, se formos representar uma segunda reação de substituição, a qual carbono se ligará o segundo substituinte? Nas posições orto, para ou meta (em relação ao carbono ligado ao primeiro substitui nte)? Experimentalmente, verificou-se que o átomo ou grupo de átomos já ligado ao anel orienta a segunda substituição. Quando um substituinte já ligado ao benzeno direciona a segunda reação de substituição de modo que os produtos sejam uma mistura de isômeros orto e para, ele é denominado orlo-para-dirigente. Como exemplos, temos: -OH, -OCH 3, -NH 2 álcoóis, éteres e aminas
-Br -Cf -F -1 ' haletos '
'
- CH3, -CH 2-CH 3, - CH 2- CH 2- CH3 etc. alquilas
Quando um substituinte já ligado ao benzeno direciona a segunda reação de substituição de modo que o produto seja apenas de isómero meta, ele é denominado meta-dirigente. Como exemplos, temos:
o
- NO2
- 50 3 H
li - COH
o
li -CH
o -C= N
li - CCH 3
o
Professor. neste momento não é necessãrio maio· res aprofundamentos sobre o assunto para dar continuidade aos nossos estudos de Química. A intenção é a de que os alunos percebam que um subslituinte ligado a um anel aromático altera a reatividade desse anel e direóona a segunda reação de substituição.
li
- COCH3 Reações de substituição, adição e eliminação
113
Vejamos agora dois exemplos de substituição em benzenos monossubstituídos. Como o grupo metila é orto-para-dirigente, na reação entre tolueno e ácido nítrico teremos:
HNO,IH,so.
metilbenzeno (tolueno)
N02 2-nitrometílbenzeno (2-nitrotolueno) ",
4-nitrometilbenzeno (4-nitrotolueno)
(orlo)
3-nitrometílbenzeno (3-nitrotolueno) (meta)
63%
3%
34%
(para)
/
porcentagem dos produtos formados
Como o grupo carbaldeído (- CHO) é meta-dirigente, na reação entre benzaldeído e cloro teremos:
O~ ,,,..H
O~ ,,,..H
c
O~ ,,,..H
c
c
Cf
ce, 1Aece,
Cf Cf benzaldeido
2-clorobenzaldeído (orlo)
",
19%
3-clorobenzaldefdo (meta) 72%
4-clorobenzaldefdo
(para) 9% /
porcentagem dos produtos formados
Como funcionam os explosivos? 1...1 A história dos explosivos começou na China do ano 1000 d.C., com a descoberta da pólvora: um pó preto formado pela mistura de carvão, enxofre e salitre (nitrato de potássio), utilizado então apenas para fabricar fogos de artifícios. Foi o frade alemão Berthold Schwarz quem, no início do século XIV, criou a primeira arma de fogo, inaugurando o uso da pólvora para fins bélioos. Durante 500 anos, esse foi o único material empregado para detonar canhões, bombas, fuzis e pistolas - até que, em 1846, foi descoberta, pelo químioo italiano Ascanio Sobrero, a nitroglicerina, líquido oleoso formado pela reação da glicerina, substância obtida a partir de gordura animal, com ácido nítrico e sulfúrico. "O problema da nitroglicerina é que ela é altamente instáveL a ponto de explodir com o mínimo calor, contato ou fricção. Isso cria grande dificuldade de manuseio", afirma o químico Cláudio Di Vitta, da Universidade de São Paulo (USP). Para torná-la mais segura, a substância passou a ser misturada com outros componentes. Assim foi criada, em 1867, a dinamite, o explosivo mais utilizado até hoje para demolição e escavações de canais, estradas e túneis. [... j. Outro explosivo descoberto no século XIX foi o TNT, ou trinitrotolueno, utilizado principalmente em munição militar, como minas, granadas e bombas. O motivo é que se trata de urna substância mais segura, porque só explode em contato com duas outras substâncias: azida de chumbo e fulminato de mercúrio. [ ... ] GORZONI, P. de P. Como funcionam os explosivos? Superinteressante, São Paulo: Ed.Abril, n. 180a, set. 2002. Disponível em: <http://super.abril.com.br/ciencia/como-funcionam-osexplosivos>. Acesso em: 6 abr. 2016.
114
Capítulo 5
Detonador de dinamites antigo.
Química em rede Tolueno em colas Em 2006, uma multinacional alemã comprou uma fabricante de colas localizada no interior de São Paulo. Um dos grandes desafios posto para seus executivos foi, com base em práticas da matriz, eliminar o uso do solvente toluol, que dava a uma famosa cola produzida pela filial o cheiro característico de " cola de sapateiro " .
O custo é imediato. O retorno ... 1... 1 1... ] Do início ao fim, a mudança na fórmula do produto envolveu custos. Primeiro, encontrar o substituto ideal para o toluol. Depois, absorver os gastos com a produção, encarecidos em 10%, sem aumentar o preço final. O mais difícil, no entanto, foi convencer uma legião de marceneiros, principal público do produto, de que o cheiro diferente da nova versão lançada em 2009 não era sinônimo de cola mais "fraca". Foi necessário organizar cursos e palestras para 40 000 marceneiros de norte a sul do país sobre as vantagens do produto e como usá-lo adequadamente. "Felizmente, a ideia pegou", diz Sérgio Crude, responsável pela área de sustentabilidade da empresa. Segundo a (multinacional], as vendas caíram no ano da mudança, mas voltaram a subir nos anos seguintes. [ ... ]
SEGALA, M. O custo é imediato. O retomo... Estudo Exame - Rio +20, 13 jun. 2012. Pesquisa. Disponível em: <http://planetasustentavel.abril.com.br/ noticia/desenvolvimento/sustentabilidade-custo-imediato-retorno-demora-praticasambientais-692845.shtml> Acesso em: 2 fev. 2016.
Além de, no passado, ter sido utilizado em colas, como mencionado no texto acima, o tolueno (também conheciA cola de sapateiro contém metilbenzeno (ou tolueno), do como toluol) está presente em adesivos, removedores composto extremamente tóxico. de tintas, esmaltes de unha e t intas. Esse composto tem ação psicotrópica e é a terceira droga lícita mais consumida no Brasil, depois do álcool e do tabaco. Isso o torna um problema de saúde pública em razão da facilidade de obter produtos que o contêm - podem-se comprar alguns deles por menos de 1O reais. O público consumidor é composto principalmente de jovens em situação de rua, entre os quais a prática de "cheirar cola", como é conhecido o uso dessa droga, é popular, causando dependência química. No Brasil, a não proibição do uso do tolueno na fabricação de produtos acaba contribuindo para que muitos desses jovens em situação de rua tenham fáci l acesso a essa substância, podendo, assim, tornar-se dependentes dela. No Chile, onde existe proibição, uma porcentagem muito menor da população é afetada pelo uso desse solvente. Um dado mais alarmante é que o vício em tolueno pode levar à procura de outras drogas, pois o uso constante dessa substância causa tolerância, de forma que o usuário acaba recorrendo a outras drogas para obter o mesmo efeito. Assim, iniciativas como a da multinacional alemã são de extrema importância para evitar que a população tenha contato com essa substância tão danosa.
Atividades
Escreva no caderno
1. Pesquise quais são os efeitos da exposição ao tolueno
no organismo. Quais impactos ele pode ter sobre os trabalhadores expostos diariamente aos produtos que ainda contêm essa substância na composição?
2. Além de evitar danos à saúde, não utilizar o tolueno é também uma ação ambientalista. Discuta com seus colegas o porquê dessa afirmação.
3. Existem três tipos de cola: com base em solvente orgânico; com base em água; e as que reagem quimicamente ao entrar em contato com o ar. Porém, todas elas possuem um princípio de funcionamento em comum. Pesquise que princípio é esse e como as colas eram feitas no passado.
Reações d e substituição, adição e eliminação
115
1. (UFU-MG) Considere a reação do benzeno com cloreto de etanoíla. Nesta reação o produto principal é:
o H 3C-<
ce ce
o
+
3
o
@)I
o
'<::::
CH 3
ce o
C YCH3 b)
Aece
CH3
#'
2. Num processo de síntese foi estabelecida a seguinte rota sintética: em presença de luz, o metano foi monobromado e, em seguida, reagiu com o benzeno em presença de FeBr3• Com base nessas informações, represente as reações descritas na rota de síntese. 3. Observe as reações a seguir e faça o que se pede. (II)
ce2 Aece,
(!)
fi,SO,! S03
©
CH,CH2Ce
- - --+(III)
Fece,
a) Dê o nome das reações. b) Dê a fórmula e o nome do produto de cada uma das reações. 4. A produção de compostos a partir do benzeno, como os nitrogenados, é de grande importância para a indústria. A nitração do benzeno é um processo que ocorre na presença de ácido sulfúrico. Com relação ao processo de mononitração do benzeno, faça o que se pede. a) Quais os nomes dos reagentes utilizados nesse processo? b) Represente a reação por uma equação química. c) Qual o nome do produto obtido? 5. (ITA-SP) Considere o composto aromático do tipo C6H 5Y, em que Y representa um grupo funcional ligado ao anel. Assinale a opção errada com relação ao(s) produto(s) preferencialmente formado(s) durante a reação de nitração deste tipo de composto nas condições experimentais apropriadas. @ Se Y representar o grupo -CH3, o produto formado será o m-nitrotolueno. b) Se Y representar o grupo -COOH, o produto formado será o ácido m-nitrobenzoico. c) Se Y representar o grupo - NHz, os produtos formados serão o-nitroanilina e p-nitroanilina. d)Se Y representar o grupo -N02, o produto formado será o 1,3-dinitrobenzeno. e) Se Y representar o grupo -OH, os produtos formados serão o-nitrofenol e p-nitrofenol.
Reações de adição e eliminação De modo geral, as reações de adição são processos em que duas substâncias reagem para formar uma nova substância. Esquematicamente, podemos representar esse t ipo de reação por:
A+ B~C
Se achar que convém, mencione que o ciclo·
propano e o ciclobutano, alcanos cíclicos, po· dem sofrer reações de adição com abertura da cadeia. Isso ocorre porque nessas moléculas as ligações são desestabilizadas pela tensão que existe nesse ciclos.
116
Capítulo 5
em que um composto B é adicionado a um composto A para formar um composto C. Dependendo do composto B adicionado, a reação de adição recebe um nome específico: hidrogenação (B é uma molécula de hidrogênio), halogenação (B é uma molécula formada por átomos do grupo dos halogênios), hidratação (B é uma molécula de água) e adição de HX (B é uma molécula formada por um halogênio e um hidrogênio). As reações de adição ocorrem preferencialmente - mas não exclusivamente - em substâncias insaturadas, ou seja, naquelas que apresentam ligações duplas ou triplas na cadeia principal. As classes funcionais mais comuns que reagem por adição são os alcenos e os alcinos. Reações de eliminação, em contrapartida, ocorrem com a produção de duas moléculas a partir de uma, de acordo com a equação:
A~B+C As principais reações de eliminação são a desidrogenação de alcanos (em que C é uma molécula de gás hidrogênio), desidratação de álcoois (em que C é uma
molécula de água) e a eliminação de haletos (em que C é uma molécula do tipo HX). Todas ocorrem em condições reacionais específicas, na presença de catalisadores e/ou a temperaturas elevadas. Essas reações são empregadas na obtenção de alcenos de cadeias carbônicas abertas ou fechadas. As reações de eliminação são de grande importância industrial, pois são a base para a obtenção de substâncias usadas na produção de diferentes materiais plásticos, tais como frascos, brinquedos, mangueiras para água, tubulação de gás, entre outros.
~ Hidrogenação catalítica e desidrogenação O químico francês Paul Sabatier (1854-1941 ), entre muitos trabalhos na área científica, ficou conhecido por seus estudos sobre ações catalíticas. Desenvolveu, em 1899, juntamente com o químico e filósofo Jean-Baptiste Senderens (1 856-1937), um método de hidrogenação catalítica de óleos, utilizando níquel e outros metais como catalisadores. Esse procedimento, que ficou conhecido como reação de Sabatier-Senderens, favoreceu também a fabricação de sabões de baixo custo, pois foi possível utilizar, como matéria-prima, gorduras derivadas de pescados em vez de outras gorduras animais. Na hidrogenação catalítica, um alceno reage com hidrogênio na presença de um catalisador - como o níquel, o paládio ou a platina - ; o hidrogênio é adicionado ao alceno formando um alcano. A presença do catalisador favorece a adição de hidrogênio, pois facilita a quebra da ligação H - H na molécula H2 (g). H2C = CH 2
+ H2 - Ni-.C H3 - CH 3
H2 C = CH - CH 3
+ H2
Ni
Esse tipo de reação pode ocorrer de maneira total ou parcial quando um dos reagentes é um alcino, como o etino, e podemos ter como produto final um alcano ou um alceno, respectivamente. No processo de hidrogen ação parcial, a ligação tripla existente entre os átomos de carbono do alcino é rompida e dois átomos de hidrogênio ligam-se a cada carbono que participa da ligação tripla, originando um produto com uma ligação dupla, um alceno. Já nos casos de hidrogenação total, ocorre a ligação de quatro átomos de hidrogênio com os carbonos da ligação tripla do alcino, originando um produto com uma ligação simples, um alcano. Observe os exemplos a seguir. •
~
i
~
~
.x"'
.
õ
~
Figura 3. O paládio é um dos catalisadores que pode ser utilizado nas reações de hidrogenação. A imagem dos cristais de paládio foi obtida por meio de microscopia eletrônica de varredura. Esses cristais foram aumentados aproximadamente 60 vezes, e as cores, acrescentadas artificialmente.
Hidrogenação parcial do etino H- C=C - H
+ H2
H \
H
H
H
/ C= C / \ eteno
•
Hidrogenação total do etino
H H- C=C - H + 2 H2
H
\ / H- C- C- H / \ H H etano
O processo inverso, denominado desidrogenação, é extremamente importante na indústria de matérias-primas para plásticos. Nesse processo, átomos de hidrogênio são eliminados de moléculas orgânicas a altas temperaturas - maiores que 800 ºC - e na presença de um catalisador. Ao final do processo, obtém-se um alceno ou alcino e gás hidrogênio. O propano gasoso, por exemplo, extraído do petróleo sofre desidrogenação para fornecer propeno, matéria-prima para fabricação de polipropileno, um plástico muito versátil, utilizado até na fabricação de papel-moeda. Reações de substituição, adição e eliminação
117
~ Halogenação As reações de halogenação de alcenos são aquelas nas quais dois átomos do grupo dos halogênios se ligam aos carbonos que participam da ligação dupla no alceno.
ce H2C= CH-CH3+
cce.
1
cel - - H2C- ~H-CH3 ce
A halogenação com bromo é uma boa forma de se verificar a presença de insaturação em um composto. O bromo, quando em solução de tetracloreto de carbono (CCC4), apresenta coloração vermelha; quando adicionamos um alceno, essa solução é descorada, em razão da formação de dibrometos ou tetrabrometos (veja reação a seguir). Portanto, a perda de cor de uma solução de Br2 em CCC4 indica que o composto orgânico adicionado apresenta insaturação. Br
Br
1
1
H C = CH + Br __ c_ce-=-· - H2C - CH2 2 2 2 No caso dos alcinos, a halogenação, como a hidrogenação, também ocorre de maneira parcial ou total, podendo resultar em compostos com isomeria geométrica quando o produto for um alceno. Nas reações de halogenação parcial de um alcino, observamos que um átomo de bromo se liga a cada um dos carbonos insaturados. Já nas reações de halogenação total, observa-se que dois átomos de bromo se ligam a cada carbono da insaturação, resultando em um alcano como produto. Veja as reações a seguir. •
Halogenação parcial H3C - C = C- CH 3 +
Br2
H3 C
cce.
\ /
but-2-ino
Br
/
C= C
\
Br
CH3
trans-1,2-dibromobut-2-eno
•
Halogenação total H3C- C = C- CH3 + 2 Br2
ªr ªr CH
H3 e\ :
cce,
/
but-2-ino
: /
e -e
Br
3
\
Br
2,2,3,3-tetrabromobutano
~ Adição e eliminação de HX A adição de HX a moléculas de alcenos converte hidrocarbonetos insaturados em haletos. O processo é realizado na ausência de água. Em alguns casos, como no mostrado a seguir, pode-se utilizar um solvente (por exemplo, o ácido acético) que permita a dissolução do cloreto de hidrogênio (polar) e do eteno (apoiar).
ce CH 3COOH
eteno
cloreto de hidrogénio
1
H3C- CH 2 cloroetano
Quando essas reações envolvem alcenos com três ou mais átomos de carbono, há a formação de dois produtos distintos. Por exemplo, na adição de HBr
118
Capítulo 5
a uma molécula de propeno, formam-se como produto o 1-bromopropano e o 2-bromopropano.
1-bromopropano propeno
H C - CH - CH
brometo de hidrogênio
3
1
3
Br 2-bromopropano (produto principal)
Experimentalmente, observa-se que o 2-bromopropano é o produto principal da reação. Isso ocorre por causa do mecanismo proposto para essa reação, que é baseado na regra de Markovnikov, em homenagem ao químico russo Vladimir Vasilyevich Markovnikov (1838-1904), que a postulou: na adição de HX a um alceno, o hidrogênio liga-se preferencialmente ao átomo de carbono envolvido na ligação dupla que possui o maior número de átomos de hidrogênio, ou seja, o carbono mais hidrogenado. Na presença de peróxidos, reações entre alcenos e HBr, sob ação da luz, não seguem a regra de Markovnikov. Nesses casos, temos uma adição anti-Markovnikov ou efeito peróxido, em que o hidrogênio se liga ao carbono menos hidrogenado. Br presença de peróxido
1
H3C - CH 2 - CH 2 1-bromopropano propeno
brometo de hidrogênio
H C - CH - CH ausência de peróxido
3
1
3
Br 2-bromopropano
Essa ideia foi proposta em 1933, pelos químicos Morris Kharasch (1895-1957) e Frank Mayo (1 908-1987). A adição de HX a alcinos também pode ocorrer de maneira parcial, e o alcino é convertido em alceno halogenado, ou de maneira total, e o alcino é convertido em alcano halogenado (haleto orgânico). Observe as reações a seguir. •
Adição parcial de HX H3 C- C=C - CH 3
+ HBr
but-2-ino E-2-bromobut-2-eno
•
Adição total de HX H3 C- C=C- CH 3
+ 2 HBr
but·2·ino 2,2·dibromobutano
É possível também obter alcenos eliminando-se HX de haletos. Esse processo, chamado também de desidro-halogenação, requer uma base forte e altas temperaturas para ocorrer. Uma vez que o meio é fortemente alcalino, a molécula de HCC formada é rapidamente neutralizada, originando sal e água. Essa neutralização favorece a continuidade da reação principal.
ce H3e -
CI H2
KOH/álcool ll,
H2e = CH 2
+
KCe + H2o Reações de substituição, adição e eliminação
119
De forma análoga à adição, a desidro-halogenação de haletos orgânicos cujas cadeias apresentem mais que três átomos de carbono resulta em mais de um produto possível. De acordo com a regra de Saytzeff, estabelecida pelo químico russo Alexander Mikhaylovich Saytzeff (1841-191 O), o átomo de hidrogênio, nas reações de eliminação, é retirado do carbono menos hidrogenado vizinho ao halogênio. Dessa forma, para o 2-cloro-2-metilbutano, observa-se a seguinte reação:
ce H e-e -CH -CH
,,...- CH 2 H2 C=C......_ CH 3
2-metilbut· 1-eno (produto minoritário)
1
3
1
2
CH 3
KOH/álcool I!,.
3
HC 3
CH 3
'C=CH - CH 3 HC,,...3
2-metilbut-2-eno (produto majoritário)
Observe que um carbono com três e outro com dois átomos de hidrogênio são vizinhos do que está ligado ao cloro. Assim, segundo a regra de Saytzeff, o hidrogênio que é preferencialmente eliminado com o halogênio na desidro-halogenação é o do CH 2 •
~ Hidratação e desidratação O processo de hidratação de alcenos consiste na reação desses compostos com água, na presença de um ácido como catalisador. Como uma das ligações do alceno é rompida pela água, esse processo também é conhecido como hidrólise. Nesse tipo de reação, há formação de álcoois, obedecendo à regra de Markovnikov. Para entendê-lo, vamos representar a molécula de água como H - OH . Assim, o hidrogênio liga-se ao carbono mais hidrogenado e o OH, ao outro, menos hidrogenado. OH H,so.
1
H3 C- CH - CH 3 propan-2-oi
propeno
As reações de hidratação de alcinos, como no caso dos alcenos, consistem na quebra de uma insaturação por meio da adição de átomos de hidrogênio e grupos hidroxila (- OH) a carbonos insaturados da molécula. Por exemplo, alcinos em solução aquosa de ácido sulfúrico são hidratados, formando um composto enol, de baixa estabilidade. Observe a reação. H OH H- C==C - H +H2 O
H,so.
1
1
H- C = C - H
No caso da desidratação de álcoois, o processo pode ocorrer a partir de uma única molécula (desidratação intramolecular) ou a partir de duas moléculas (desidratação intermolecular).
~ Desidratação intramolecular Essas reações ocorrem, geralmente, a temperaturas próximas de 180 ºC, dependendo do tipo de álcool, do solvente e do catalisador empregados. O termo "intra" significa dentro, pois essa reação implica a eliminação de água (por isso chamamos de desidratação) da própria molécula de álcool. Veja a reação a seguir. H
OH
1
1
H2 C- CH 2
120
Capítulo 5
H2S04 concentrado 180 ºC
Observe que a eliminação da molécula de água permite a formação de insaturação na molécula orgânica, e um alceno é obtido como produto final. A desidratação intramolecular também obedece à regra de Saytzeff:
H3 C - CH= CH - CH 3 but·2·eno (produto majoritário)
OH
H,so.
1
H3 C- CH2 - CH - CH3 butan-2-ol
H3 C - CH 2 - CH = CH 2 but·1·eno (produto minoritário)
t>
Desidratação intermolecular
A desidratação intermolecular ocorre entre moléculas de álcoois, formando éteres como produto final, além da água. Esse processo ocorre na presença de ácido sulfúrico (H 2S0 4) como catalisador, porém, diferentemente da desidratação intramolecular, ele requer temperaturas mais baixas, em torno de 140 ºC. OH
O
1 H2C - CH 3
H,so. -----
140 •c
I \
H C- C 3 H
2
C - CH + H 3 2
1. As reações de adição de HX a alcenos obedecem à regra de Markovnikov, segundo a qual o hidrogê-
d) Seguramente trata-se de uma desidratação intermolecular.
nio será adicionado, preferencialmente, ao carbono mais hidrogenado da dupla-ligação para formar o produto principal.
e) O reagente dessa reação recebe o nome de propan-1-ol.
Considerando essa regra e seus conhecimentos, represente a reação de adição de HC e ao alceno 2-metilbut-2-eno, indicando o nome do produto principal. 2. Observe a reação de adição a seguir. H· H C - C = CH- CH - CH + H 0 _ ..:.;;___ 3
2
1
3
2
CH3 Qual o nome dessa reação e do produto orgânico principal formado? 3. Considere a equação química representada a seguir: OH 1
H3 C - CH - CH3
4. Considerando a reação representada a seguir e seus conhecimentos sobre reações de eliminação, faça o que se pede. condições
A - - - - - -+ adequadas
H2 C = CH - CH2 - CH3 + B
a) Caso o composto A seja um álcool, proponha o nome oficial IUPAC para ele. b) Proponha o nome oficial IUPAC para o composto A caso ele seja um haleto orgânico e o rendimento da reação seja de 100% .
5. Represente no caderno, por uma equação química, a reação de eliminação de HCe do 2-clorobutano em presença de hidróxido de potássio e álcool. Para isso, considere que seja formado o produto principal (majoritário) de acordo com a regra de Saytzeff. 6. Ao reagirmos but-1-eno com HCe, produzimos o ha-
Sobre esse processo, assinale a alternativa correta. a) O produto A é um álcool em quaisquer condições. b)Se a reação for de desidratação intramolecular, o produto A é um éter.
@Em condições adequadas, o produto A pode ser o propeno.
leto orgânico A como produto principal. Por outro lado, aquecendo o produto A em presença de KOH e álcool, eliminamos o HC e, formando o alceno B. Considerando que B é o produto principal da segunda reação, determine se o alceno B é igual ao alceno inicial. Justifique sua resposta representando as duas reações descritas por meio de equações químicas. Reações de substituição, adição e eliminação
121
O DDT ainda é utilizado em alguns países para controle de mosquitos que transmitem doenças como a ma lária, a dengue e a zika. Korat, Tailândia, 2016.
Poluentes Orgânicos Persistentes Poluentes orgânicos persistentes (POPs) são compostos sintéticos resistentes à degradação e altamente estáveis e, portanto, muito persistentes no ambiente. São tóxicos e apresentam grande capacidade para a "bioacumulação" em organismos vivos. Também pode ocorrer a "biomagnificação" desses poluentes, ou seja, apresentam acúmulo progressivo ao longo da teia alimentar. Outra característica muito importante é que podem ser transportados para regiões onde nunca foram aplicados. A capacidade de transporte a longas distâncias, ou seja, a extraordinária mobilidade que caracteriza os POPs é decorrente de sua sernivolatilidade. Esses compostos podem evaporar e condensar sucessivamente, dependendo das condições climáticas, ao longo das latitudes terrestres, em direção aos polos, num processo chamado "destilação global". Esse mecanismo explica a presença de POPs nas regiões remotas onde nunca foram utilizados, como as ilhas oceânicas e a Antártica.
122
Capítulo 5
A dispersão ambiental dos POPs é sem dúvida a sua propriedade mais impact.a nte, transformando-os num problema de dimensões globais. Atualmente há 22 substâncias banidas ou restritas pela Convenção de Estocolmo, que pertencem a três categorias: 1) Pesticidas: (13)
Foram intencionalmente espalhados no meio ambiente como meio de controlar pragas e aumentar a produção de alimentos [... J. 2) Produtos industriais: (7) São compostos sintéticos utilizados principalmente como óleo isolante em equipamentos elétricos[... ]. [ ...] 3) Subprodutos não intencionais: (2) [...] ocorrem na forma de misturas complexas nos processos de incineração, siderurgia, e combustão da ma-
deira. Como são subprodutos de processos, a estratégia para minimizar a sua emissão é a realização de inventários para identificar suas fontes de emissão e intervenção nos processos geradores. Como os POPs chegam ao mar? Os POPs podem atingir os oceanos via drenagem urbana e/ou transporte atmosférico. Uma vez no oceano, os POPs são distribuídos e transferidos através da coluna d'água, biota e sedimento [...]. Existe uma evaporação signífícativa da superfícíe do oceano para a atmosfera. Também podem sofrer processos de dispersão, degradação e concentração símilar aos demais poluentes como o petróleo e os metais pesados. Os processos de dispersão são influenciados pela circulação oceânica. A turbulência é responsável pela místura e diluição dos organoclorados, enquanto as correntes são responsáveis pelo transporte efetivo. Muitos POPs podem sofrer transformações através de reações fotoquimícas, degradações por ação de mícrorganismos ou uma combinação destes fenômenos. Uma pequena parte dos POPs na água do mar é dissolvida pelos processos de mistura (turbulência) e a maior parte é incorporada às mícelas coloidais. Os POPs associados a estas substâncias que formam 90 % da matéria orgânica dissolvida na água do mar são transferidos para o fitoplâncton estabelecendo um equilihrio dinâmico entre material particulado e fito plâncton. O material particulado não assimilado pelo fitoplâncton, e que constitui a maior fração, é incorporado ao sedimento. Consequentemente, os sedimentos de fundo tornam-se importantes reservatórios e fontes de POPs no oceano.
Lavagem a seco [ ...]
Lavar a seco significa lavar por meio de fluido ou solvente não aquoso, isto é, trata-se de um processo que limpa sem utilizar a água. Dessa forma, apesar de o nome ser lavagem a seco, o processo deixa o que está sendo lavado molhado, mas usando um solvente orgânico no lugar da água, o qual poderá ser facilmente evaporado ao final do processo. [... ] [ ... ]
O solvente tetracloroeteno, comercialmente conhecido como percloroetileno ou simplesmente PERC (sigla em português) ou PCE (sigla em inglês), é usado largamente na indústria de lavagem a seco como agente de limpeza. [... ] A fórmula molecular do percloroetileno é c 2ce4 [ ••• ] [ ... ]
Ao percloroetileno, estão associados problemas carcinogênicos em animais como, por exemplo, incidência de adenomas renais ou adenocarcinomas em ratos machos, aumento da incidência de células leucêmicas em ratos e aumento de tumores hepatocelulares em camundongos. Encontra-se na literatura estudos que apontam para um aumento do risco de câncer entre trabalhadores de lavanderias que lavam a seco. Em homens e mulheres, são três as principais vias de contaminação desse solvente: por inalação de seus vapores, por absorção pelo trato gastrointestinal e por absorção pela pele. Dentro de certas condições de trabalho, um excesso de exposição ao percloroetileno pode causar irritação de pele, olhos, garganta e nariz e provocar dores de cabeça, tonturas e náuseas. [...] [ ... ]
MONTONE, R. C. Poluentes Orgânicos Persistentes. Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo, 19 ago. 2015. Disponível em: <http://www.io.usp.br/index.php/oceanos/textos/ poluicao/69-portugues/publicacoes/series-divulgacao/poluicao/956· poluentes-organicos-persistentes>. Acesso em: 17 abr. 2016.
Atividades
""
BORGES, L D.; MACHADO, P. F. L. lavagem a seco. Química Nova na Escola, v. 35, n. 1, p. 11-18, fev. 2013. Disponível em: <http:J/qnesc.sbq.org.br/online/qnesc35_ 1/03-QS·64-11 .pdb. Acesso em: 17 abr. 2016.
Escreva no caderno
1. Faça uma pesquisa sobre os poluentes orgânicos persistentes que são organoclorados e, utilizando informações dos textos e os conhecimentos adquiridos com seus estudos, aponte duas desvantagens da produção e do uso de solventes orgânicos clorados. 2. Lavagens a seco e com água geralmente têm preços similares. No entanto, os custos de implementação, manutenção e tratamento de efluentes de cada uma é diferente. Faça uma pesquisa sobre os custos ambientais e materiais de cada tipo de lavagem e escreva um pequeno panorama comparativo entre as duas. 3. Proponha iniciativas que podem ajudar a reduzir o impacto ambiental do uso de solventes clorados.
Reações de substituição, adição e eliminação
123
1. Um alcano de massa molar 72 g · mo1- 1 reage com cloro sob a ação da luz para formar três produtos monoclorados, dos quais apenas um apresenta atividade óptica.
um processo de substituição. Represente em seu caderno a reação do benzeno com o cloro em presença do catalisador AeCe3 •
Com base nessas informações e considerando seus conhecimentos, faça o que se pede.
4. (PUC-PR) A monocloração do 2-metilpentano pode fornecer vários compostos, em proporções diferentes. Dos compostos monoclorados, quantos apresentarão carbono quiral ou assimétrico?
a) Qual a fórmula molecular do hidrocarboneto? b) Qual o nome dos três produtos orgânicos obtidos? c) Identifique com um asterisco o carbono assimétrico no produto que apresenta isomeria óptica. 2. (Fuvest-SP) A reação do propano com cloro gasoso, em presença de luz, produz dois compostos monoclorados. CH3- CH2 - CH2 + 1
ce ce
a)4.
c) 1.
b) 5.
d)2.
@)3.
5. (UERJ) Aminofenóis são compostos formados pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio ligados aos carbonos do fenol por grupamentos NH 2 • Com a substituição de apenas um átomo de hidrogênio, são formados três aminofenóis distintos.
1
+ CH3- C - CH3 + 2 HCf 1
presentadas em:
H
Na reação do cloro gasoso com 2,2-dimetilbutano, em presença de luz, o número de compostos monoclorados que podem ser formados e que não possuem, em sua molécula, carbono assimétrico é: a) 1.
@2.
c) 3.
d)4.
ce
o ce
124
OH a)
H,N,,O
e) 5.
3. Em todo o mundo, são produzidas anualmente milhões de toneladas de inseticidas. Entre eles, o DDT representava a maior parte da produção. Atualmente, no entanto, o uso desse inseticida tem sido proibido em diversos países. Usado para combater insetos, o DDT se tornou alvo de críticas de ambientalistas com base em pesquisas que demonstraram que, com o uso prolongado desse inseticida, muitos insetos passaram a ter resistência contra ele. Além disso, fatores como sua toxicidade se tornaram preocupantes, pois o acúmulo dessa substância nos alimentos submetidos à pulverização causa danos a tecidos animais e graves problemas à saúde humana.
ce
As fórmulas estruturais desses compostos estão re-
ce
OH
H2N"() QNH2
OH b) 8zN'O ""'
OH
Q
""'
1
OH
&NH2 1
H 2 N~
1
OH
c)
OH
OH
OH
H N~ 2
NH2
NH 2 OH
@)
OH
OH
((NH 2
Q
NH
2
NH 2 6. (UFG-GO) Hidrocarbonetos alifáticos saturados podem sofrer reações de halogenação. Considerando-se o hidrocarboneto de fórmula molecular C8 H18, determine:
Com base nessas informações sobre o DDT, cujo nome oficial é diclorodifeniltricloroetano, faça o que se pede.
a) a fórmula molecular plana do isômero que fornece apenas um haleto quando sofre uma mono-halogenação; b) a massa molar quando esse hidrocarboneto sofre halogenação total. Considere como halogênio o átomo de cloro.
a) Identifique a função orgânica encontrada na molécula desse composto. b) Em parte do nome do DDT, temos "clorofenil", o que indica que há um átomo de cloro ligado ao anel benzênico. O clorobenzeno pode ser preparado por
7. (UFC-CE) As reações orgânicas relacionadas abaixo possibilitam a preparação de compostos de interesse comercial, por exemplo, os protetores solares (a), e a preparação de matéria-prima (b, c) para a fabricação de inseticidas, corantes, pigmentos e antissépticos.
Capítulo 5
ce
o D c ('Y ~
V
y.
z.
V Q
CH3
(a)
~OCH
ção de uma levedura geneticamente modificada. Essas leveduras modificadas atuam no processo de fermentação, mas, ao invés de etanol, produzem a molécula conhecida como farneseno, fórmula molecular C15H24, cuja fórmula estrutural é fornecida a seguir.
3
"-::: CH
2
+ Br
+
ce2
luz 2 ultravioleta
Fece, ausência de luz
('Yce
V (c)
Analise as seguintes afirmativas, relacionadas com as reações X, Y e Z: 1. X é uma reação de substituição, caracterizada como alquilação de Friedel-Crafts. Il. Y é uma reação de adição, caracterizada como halogenação. li. Z é uma reação de substituição, caracterizada como halogenação. Com base nas informações acima, assinale a alternativa correta. a) 1 e II são verdadeiras. b) 1 e III são verdadeiras. c) Somente II é verdadeira. d) II e IH são verdadeiras. @ Somente III é verdadeira. 8. (UFSJ-MG) A produção industrial de margarinas pode ser feita utilizando-se o mesmo princípio da reação de adição de Sabatier-Senderens, diferenciando-se, no entanto, em relação aos reagentes de partida. No caso da produção de margarinas, ocorre a a) esterificação de substâncias presentes em óleos e gorduras vegetais. b) desidratação intermolecular de ésteres presentes na manteiga. c) adição de hidrogênio a alcenos e alcinos derivados do petróleo. @ hidrogenação catalítica de lipídios insaturados presentes em óleos vegetais. 9. (Vunesp-SP) Em sua edição de julho de 2013, a revista Pesquisa FAPESP, sob o título de Voo Verde, anuncia que, até 2050, os motores de avião deverão reduzir em 50°/o a emissão de dióxido de carbono, em relação às emissões consideradas normais em 2005. Embora ainda em fase de pesquisa, um dos caminhos tecnológicos para se atingir essa meta envolve a produção de bioquerosene de caldo de cana-de-açúcar, com a utiliza-
Por hidrogenação total, o farneseno é transformado em farnesano, conhecido como bioquerosene. Nessa hidrogenação, a cadeia carbônica original do farneseno é mantida. Represente a fórmula estrutural, escreva o nome oficial do farnesano (bioquerosene) e forneça a equação química balanceada que representa a reação para a combustão completa de 1 molda substância. 10. (Unifor-CE) Os alcenos sofrem reação de adição.
Considere a reação do eteno com o ácido clorídrico (HCf) e assinale a alternativa que corresponde ao produto formado. a) CH 3 CH3
@ CH3 CH 2CC
b) c ecH2CH2Ce c) c eCHCHCe
e) CH2CCCH2Ce
11 . (UFPE) Quando o 2-bromopentano sofre reação de
eliminação, os produtos A e B, abaixo, podem ser formados:
~~ A
B
Com base nessa informação, analise as proposições . a segutr.
~ O produto B é o majoritário, de acordo com a regra de Saytzeff.
~ Os produtos A e Bsão transe eis, respectivamente. ~ O composto de partida é um haleto orgânico que . . , . possui um centro ass1metr1co.
~ Os produtos A e B são isômeros de posição. ~ O subproduto desta reação é o bromo (Br2). 12. (UERJ) O paládio é um elemento químico muito em-
pregado como catalisador em reações de hidrogenação, uma vez que pode adsorver 900 vezes seu volume em gás hidrogênio. Em um experimento, foi realizada a hidrogenação parcial de 12,24 g de pent-2-ino, obtendo-se uma mistura de dois isômeros. Reações de substituição, adição e eliminação
125
Considerando a densidade do hidrogênio igual a 0,08 g · L- 1 e a do paládio igual a 12,0 g · mL-1, calcule a massa de paládio, em gramas, necessária para adsorver todo o hidrogênio consumido nessa reação. Em seguida, apresente as fórmulas espaciais em bastão dos isômeros formados. 13. (IFBA) Os compostos cujas estruturas estão representadas aos pares possuem uma ou mais de uma propriedade que os diferenciam.
o
15. (PUC-RJ) Os alcenos e alcinos possuem cadeias insaturadas, o que confere maior reatividade desses hidrocarbonetos em relação aos alcanos. Com relação aos hidrocarbonetos, assinale a opção em que não ocorrerá uma reação de adição. a) Etino + H2 0
d)Buteno + H20
@)Etano + Br2 c) Eteno + Cé'2
e) Propino + Br2
16. (Mack-SP) Dois hidrocarbonetos A e B apresentam as características assinaladas na tabela abaixo. Características
-7' (R)-carvona
Composto alicíclico saturado (S)-carvona
par de isômeros (1)
ciclopropano
propeno
par de isômeros (2)
Acerca das propriedades e da relação de isomeria entre os compostos, é correto afirmar: a) As cetonas insaturadas (R)-carvona e a (S)-carvona são consideradas isômeros cis-o·ans. b) Com base nas estruturas, conclui-se que a combustão completa de 1 mol de ciclopropano libera a mesma quantidade de calor que a combustão completa de 1 mol de propeno. c) O par de isômeros constitucionais apresenta um composto como a imagem do outro, refletida em um espelho.
@A
hidrogenação catalítica do ciclopropano e do propeno forma o mesmo composto, o propano.
e) Uma mistura equimolar das cetonas (R)-carvona e (S) -carvona é levógira. 14. (UEPB) Reação química é a denominação dada à transformação que uma substância sofre em sua constituição íntima, quer pela ação de outra substância, quer pela ação de um agente físico (calor, luz, eletricidade... etc.), conduzindo à formação de um ou mais compostos novos. Imagine o 1-buteno sofrendo reação de adição com uma molécula de ácido bromídrico (HBr), de acordo com o mecanismo da reação de Markovnikov (em ausência de peróxido) e de Kharasch eem presença de peróxido).
126
A
B X
Descara solução de bromo em CCé'4
X
Sofre preferencialmente reação de adição 1,4
X
Sofre reação de substituição quando reage com Br2 em presença de luz U.V.
X
Analisando as informações da tabela, os hidrocarbonetos A e B são, respectivamente, a) hexa-1,4-dieno e ciclopropano. b) buta-1,3-dieno e benzeno. c) butano e ciclopenteno. @ buta-1,3-dieno e ciclo-hexano. e) buta-1,2-dieno e ciclopropano. 17. (UFMS) É correto afirmar que o composto dado a seguir, que reage com hidrogênio, na presença de níquel em pó e sob aquecimento, para formar o propano, é o a) CH3CH2CH2 0H @)CH3CH = CH2
d)CH 3CH2COOH e) CH 3 CH2CH3
c) CH3CH2CH = CH2 18. (UFPE) O HCé', o HBr e o HI transformam os alcenos nos correspondentes haletos de alquila. Na reação do HBrcom o H3 C- CH = CH2 , na ausência e na presença de peróxidos, ocorrerá respectivamente: @ a formação do 2-bromopropano e a formação do 1-bromopropano.
Assinale a alternativa que corresponde, respectivamente, aos produtos obtidos:
b) a formação do 1-bromopropano e a formação do 2-bromopropano.
a) 1,2-dibromobutano; 1,3-dibromobutano. b) l -bromo-2-buteno; 2-bromo-1-buteno. c) 1-bromobutano; 2-bromobutano. d) 3-bromobutano; 2-bromobutano. @ 2-bromobutano; 1-bromobutano.
c) a formação do 1-bromopropano e a reação não ocorre.
Capítulos
d)a formação do 2-bromopropano e a reação não ocorre. e) a reação não ocorre e a formação do 1- bromopropano.
19. (PUC-SP) Grupos ligados ao anel benzênico interferem na sua reatividade. Alguns grupos tornam as posições orto e para mais reativas para reações de substituição e são chamados orto e para-dirigentes, enquanto outros grupos tornam a posição meta mais reativa, sendo chamados de meta-dirigentes.
A seguir, apresentamos três casos de hidrogenação catalítica de alcenos.
* Grupos orto e para-dirigentes: - CC, - Br, - NH2 , - OH, - CH3 - N02 , - COOH, - S03 H As rotas sintéticas I, II e III foram realizadas com o
objetivo de sintetizar as substâncias X, Y e Z, respectivamente. I.
ll.
© ©
H2S04 (conc)
ee Aeee, 2
eH,ee III. ©
Aeee,
H2C =CH2
I)
* Grupos meta-dirigentes:
HN0 3 (conc)
21. Na indústria petroquímica, os alcanos podem ser preparados a partir dos alcenos por processo de adição de hidrogênio na presença de um catalisador, geralmente níquel, paládio ou platina. Para isso, devemos tratar o alceno com hidrogênio na presença do catalisador finamente dividido (sólido em pó).
produto intermediário
produto intermediário
ee, Aeee,
ee Atee, 2
H2
II)
HC-CH =CH 2 3
+
H2
III)
HC-C=CH-CH
+
H2
1
3
3
Ni/6
Ni/6 Ni/6
CH2 1
CH2
X
Considerando seus conhecimentos sobre o processo, faça o que se pede.
y
HN03 (conc) produto intermediário H,S0 (conc) 4
+
a) Qual o nome de cada um dos reagentes orgânicos? b) Qual o nome de cada um dos produtos obtidos?
z
c) Entre os três reagentes orgânicos, qual deles apresenta estereoisomeria geométrica?
Após o isolamento adequado do meio reacional e de produtos secundários, os benzenos dissubstituídos X, Y e Z obtidos são, respectivamente: a) orto-cloronitrobenzeno, meta-diclorobenzeno e para-nitrotolueno.
22. Um aluno do curso de Química decidiu estudar a reatividade dos haletos de alquila e alcinos. Para isso, partiu de 1,2-dicloropropano e realizou os seguintes passos:
@ meta-cloronitrobenzeno, orto-diclorobenzeno e para-nitrotolueno. KOH/álcool
c) meta-cloronitrobenzeno, meta-diclorobenzeno e meta-nitrotolueno.
li
d)para-cloronitrobenzeno, para-diclorobenzeno e orto-nitrotolueno. e) orto-cloronitrobenzeno, para-cloronitrobenzeno.
orto-diclorobenzeno
p
e
20. Na presença de ácido sulfúrico, o tolueno pode reagir com ácido nítrico em um processo denominado nitração. A extensão desse processo depende das condições do meio reacional, como temperatura, umidade e concentração do catalisador, podendo fornecer um produto mononitrado, dinitrado ou trinitrado. Esse último ocorre em condições bem específicas, pois a nitração fica progressivamente mais difícil conforme se adiciona grupos nitro no anel aromático. Baseado nisso e em seus conhecimentos, escreva a estrutura do produto trinitrado, justificando a escolha das posições dos substituintes.
Espantado, quando caracterizou o produto P, o aluno percebeu que ele não tinha a mesma estrutura do material de partida. Forneça a estrutura de P e explique esse fato, com base nos seus conhecimentos sobre reaçoes organ1cas. -
A
•
23. Utilizando os conhecimentos adquiridos ao longo desse capítulo, releia o texto inicial e, sabendo que óleos são compostos insaturados e gorduras, compostos saturados, elabore uma descrição do processo de fabricação da gordura hidrogenada, indicando o nome da reação, os reagentes necessários e as condições apropriadas. Reações de substituição, adição e eliminação
127
Há algo no ar Não se sabe ao certo quando surgiu o conceito de perfume, cuja palavra deriva do latim per fumun ou pro tumun, que significa "através da fumaça". Mas a história da perfumaria parece ter se iniciado antes das civilizações mesopotâmicas, consideradas o berço da humanidade e nas quais foram descobertos os primeiros recipientes para o acondicionamento de incensos, a versão inicial dos perfumes. [ .•. J
A história da Antiguidade revela que os materiais relacionados à perfumaria serviam a fins religiosos, bem como ao embelezamento e à alimentação, além de serem empregados para tratamento da saúde.
Rumo aos deuses As primeiras sociedades da Mesopotâmia compreendiam que queimar incensos lhes facilitaria o caminho à vida eterna. A fumaça liberada pela queima de resinas, exsudatos, cascas e outras matérias orgânicas era a via de contato entre os humanos e os deuses, a quem eram oferecidas oferendas. Há décadas, sabemos que a fumaça tem uma composição quimica complexa, em que diversas substâncias estão presentes conjuntamente no estado sólido e gasoso. Por estar envolta no ar quente, a fumaça sobe e se dissipa lentamente, até sumir frente a nossos olhos. Assim, parece que o ser humano antigo acreditava que esse material volátil continuaria a subir sempre, chegando aos deuses, e que seria capaz de acompanhar a alma aos céus. Mas o uso do calor sobre o material vegetal não se limitou à queima e teve grande impacto histórico na comercialização das ervas aromáticas e medicinais, gerando um dos negócios mais lucrativos da humanidade. A secagem controlada de partes das plantas estende a vida útil delas, o que permitiu a comercialização a longa distância, com implicações na disputa de territórios e nas grandes guerras. Homens e mulheres perfumavam os ambientes e a si mesmos, enquanto esses materiais eram usados no combate às doenças e na conservação dos alimentos. Hoje, sabemos que essas aplicações se devem às propriedades antimicrobianas de várias substâncias quimicas naturais, por meio das quais as plantas se defendem do ataque de invasores. REZENDE, e Há algo no ar. Ciência Hoje, n. 283, v. 48, jun. 2011. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.eom.br/revista-ch/2011 /283/pdf_aberto/ haalgonoar283.pdf/at_download/file>. Acesso em: 15 mar. 2016.
1. Pesquise e dê alguns exemplos de substâncias que encontramos nos perfumes. Elas apresentam alguma característica em comum?
2. Em sua opinião, é possível sintetizar em laboratório moléculas associadas a aromas encontrados na natureza?
Reações de oxirredução de compostos orgânicos Quando estudamos oxirredução, vimos que uma espécie química sofre oxidação quando ela transfere elétrons para o agent e oxidante. Já a redução de uma espécie química é caracterizada pelo recebimento de elétrons provenientes do agente redutor. Em outras palavras, o agente redutor causa a redução de uma espécie química, sendo oxidado, enquanto o agente oxidante causa a oxidação de uma espécie química, sendo reduzido. A transferência de elétrons em uma reação de oxirredução pode ser verificada mediante determinação da variação do número de oxidação (Nox). Para íons monoatômicos, o Nox equivale à carga que o íon possui. Para compostos moleculares, como é o caso dos compostos orgânicos, o Nox de cada átomo corresponde à sua carga parcial, que varia de acordo com os outros átomos aos quais ele se liga. É importante lembrar que as eletronegatividades dos elementos que se unem por ligação covalente podem ser diferentes, o que leva a um deslocamento da densidade eletrônica no sentido do elemento mais elet ronegativo. Essa distribuição desigual de elétrons determina o número de oxidação de um átomo em uma molécula. Quando o Nox de um elemento aumenta, dizemos que houve uma oxidação e, quando ele diminui, uma redução. Observe, como exemplo, a reação de comi; bustão a seguir. Nela, o Nox do carbono varia de ~ -4 para +4; nesse caso, há uma oxidação. Já o lf: i oxigênio reduz: seu Nox varia de O para -2. Por~ ~ tanto, nessa oxirredução, o metano é o agente redutor e o gás oxigênio, o agente oxidante.
i
!
Nox=O • Nox = - 4
• erdetJ " elétrons: oxi ou
nhou· létrons: reduziu Nox = 2 N _ ox -
+4
Oxidou: C; reduziu: O; oxidante: 0 2; redutor: CH,. Figura 1. Bolhas de metano aprisionadas em uma poça congelada. O gás metano foi produzido por matéria em decomposição no f undo da poça. O metano é um dos componentes do biogás.
Para compostos orgânicos de função oxigenada, podemos utilizar o seguinte critério para identificar a redução e oxidação dos compostos: a redu ção de uma molécula orgânica implica um aumento no conteúdo de átomos de hidrogênio dessa molécula (ou uma diminuição do número de ligações entre um átomo de oxigênio e um de carbono), e a oxidação, um aumento no conteúdo de átomos de oxigênio dessa molécula (ou um aumento do número de ligações entre um átomo de oxigênio e um de carbono). Esse critério é válido para identificar a oxidação ou redução da maioria dos compostos orgânicos, pois quando o oxigênio faz uma ligação covalente com um átomo menos eletronegativo, por exemplo, um átomo de carbono, o Nox desse átomo aumenta.
1
R~C- H 1
130
Capítulo 6
[O) [H]
1
[OI
T
[H]
R- C- H
H
H
Nox do átomo _ 3 de carbono
-1
menor número de oxidação
o
OH
H
li
R- 0 - H
+1
o [O] [H]
R- ~ - OH
+3 maior número de oxidação
No esquema, [O) indica o emprego de um agente oxidante e [H). o de um agente redutor. Note que o aumento do Nox coincide com o aumento do número de átomos de oxigênio ligados ao carbono (ou o aumento do número de ligações entre carbono e oxigênio) e que a diminuição do Nox do carbono coincide com o aumento do número de átomos de hidrogênio ligados ao carbono.
Fermentação acética O químico francês Lavoisier (1743-1794) escreveu no livro "Tratado de Química Elementar" que o vinagre não era nada mais que o vinho acetificado devido à absorção do oxigênio[ ... ]. Somente mais tarde, Pasteur mostrou que sem a participação da bactéria acética não há formação do vinagre. [... ]. [ ...]
A fermentação acética corresponde à transformação do áloool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característioo de vinagre. As bactérias acéticas constituem um dos grupos de microrganismos de maior interesse econômico, de um lado pela sua função na produção do vinagre e, de outro, pelas alterações que provocam nos alimentos e bebidas. [ ... ]
Existem vários tipos de vinagre: de vinho. de maçã, de arroz, balsâmico, entre outros.
RIUON, L. A. Sistema de produção de vinagre: fermentação acética. Embrapa uva e vinho. Sistema de Produção, 13, dez. 2006. Disponível em: <https://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTMLNinagre/SistemaProducaoVinagre/fermentacao.htrn>. Acesso em: 15 mar. 2016.
~ Oxidação de álcoois Já estudamos que a função química álcool é caracterizada pela ligação do grupo hidroxila (- OH) a um átomo de carbono saturado. Dependendo do tipo de átomo de carbono ao qual se liga o OH, os álcoois podem ser classificados em primários, secundários ou terciários. De modo geral, a oxidação de álcoois primários produz aldeídos. Os aldeídos, ao serem oxidados, produzem ácidos carboxílicos. Veja o caso do etanol, por exemplo:
o
H 1
H C-C-OH 3
//
[O]
H e-e 3
1
o
[O]
\
3
H
H etanol
//
H e-e
\
OH
etanal
ácido etanoico
No caso dos álcoois secundários, a oxidação produz cetonas. Considere, por exemplo, a oxidação do propan-2-ol, representada a seguir: OH 1
HC -C-H 3
1
CH 3 propan-2-ol
[O]
//0 HC-C 3
[OI
A oxidação não ocorre
\
CH 3 propanona
A oxidação de álcoois a aldeído ou cetona também é chamada desidrogenação . Esse processo consiste na retirada de átomos de hidrogênio e pode ser considerado o inverso da hidrogenação (ganho de hidrogênio). Em Biologia, é comum chamar a oxidação de álcoois de desidrogenação, por conta da retirada de átomos de hidrogênio da estrutura. No entanto, nesse caso, eles não são eliminados como uma molécula de HiDe modo geral, os álcoois terciários não oxidam. Essa reação ocorre apenas em condições de alta energia, como na combustão (lembre-se de que a combustão é também uma oxidação).
OH 1
H C - C - CH 3
1
(O] 3
A oxidação não ocorre
CH 3 2-metilpropan-2-ol Outras reações orgânicas
131
As reações de oxidação de álcoois possuem várias aplicações. Uma delas é no aparelh o denominado bafômet ro. No Brasil e em vários outros países, consumir álcool antes de dirigir veículos é proibido por lei. Uma maneira de verificar se um motorista desobedeceu a essa lei é utilizar o bafômetro. Os bafômetros mais simples são descartáveis e consistem em pequenos tubos preenchidos com uma mistura que tem como componente uma espécie oxidante contendo crômio(VI), de coloração laranja característica. Em contato com o etanol, este é oxidado, e a espécie contendo crômio é reduzida para um composto de crômio(III), que é verde. Portanto, uma reação química, que pode ser visualizada, ocorre se houver vapores de etanol no hálito do motorista.
-·-,~ negativo
Figura 2. Representação do teste do bafômetro. Desde 2013, não é mais tolerada qualquer quantidade de álcool no sangue do motorista. Para testes com o bafômetro, o limite de to lerância, desde esse ano, é de 0,05 mg de etanol por litro de ar.
positivo = mais de O, 1 mg/l
positivo = 0,3 mg/l ou mais
Por empregar um sal de crômio nocivo e não ser específico para etanol, esse dispositivo tem sido gradativamente substituído por outro mecanismo, baseado na reação do etanol com 0 2 .
-Figura 3. O bafômetro de célula de combustível é mais preciso na identificação do teor alcoólico no hálito do motorista.
~ Oxidação de alcenos A identidade dos produtos obtidos na oxidação de um alceno dependerá das condições e da mistura reacional a que esta molécula for submetida. Vamosestudar três reações de oxidação de alcenos: branda, enérgica e ozonólise. A oxidação branda de alcenos ocorre quando o agente oxidante utilizado é um composto como o permanganato de potássio (KMn04 ) em solução aquosa diluída e resfriada, neutra ou levemente alcalina. Essa reação é também conhecida como di-hidroxilação, pois cada um dos carbonos que se ligam por ligação dupla recebe uma hidroxila.
132
Capítulo 6
A seguir, como exemplo, temos a equação da oxidação branda do propeno. OH 1 HC - C3 1
[OVH,O
oxidação branda
OH 1 C1
H
H H
Esse tipo de oxidação é usado no teste de Baeyer, que é empregado para diferenciar alcenos de ciclanos isômeros. Quando oxidados, os alcenos formam dióis vicinais (vizinhos). Nesse processo, a solução muda da cor violeta para a marrom por causa da transformação do permanganato de potássio em dióxido de manganês, Mn02 • Isso não é observado quando o reagente é um ciclano. Soluções concentradas de permanganato de potássio em meio ácido (KMn0 4 /H+) a quente e soluções concentradas de dicromato de potássio em meio ácido (K 2Cr 20 7 /H+) constituem agentes oxidantes, denominados enérgicos, que são capazes de romper a ligação dupla presente em uma molécula de alceno. Os produtos dessa reação dependem da estrutura do alceno. Por exemplo, se os dois átomos de carbono da dupla ligação forem terciários, o produto obtido da oxidação enérgica do alceno será formado unicamente por cetonas: CH 3 [O)
H C - C = C - CH 1
oxidação enérgica
3
CH 3
HC-
C= O 1
3
+
1
O= C-
CH 3
CH 3
2, 3-dimetil-but-2-eno
propanona
propanona
Se apenas um dos carbonos da dupla ligação for terciário, e o outro, secundário, o produto será formado por uma cetona e um aldeído, que, por causa das condições oxidantes da mistura reacional, é imediatamente oxidado a ácido carboxílico: CH 3 H
3
e - eI =
orgânico contendo em sua estrutura dois grupos - OH.
CH 3
1 3
Diol ou glicol: composto
CH 3 [O)
1
C - CH
3
1
oxidação enérgica
O=C - CH 3
+ H C- C= O 3
1
OH
H 2-metil-but-2-eno
propanona
ácido etanoico
Figura 4. Resultado de teste de Baeyer para diferenciar alcenos de ciclanos isômeros. No tubo à esquerda, a solução não teve sua coloração alterada, evidenciando que a substância adicionada era um ciclano. No tubo à direita, a solução torna-se marrom, evidenciando que houve adição de um alceno.
O ozônio também é um reagente que causa a oxidação dos alcenos. Nesse caso, ocorre a quebra da ligação dupla com formação de compostos carbonilados. Dependendo da estrutura do alceno, os produtos carbonilados obtidos serão aldeídos ou cetonas ou uma mistura desses compostos. Considere a ozonólise do 3-metilpent-2-eno em presença de zinco, representada a seguir. H,O
+ O=C
Zn 3-metilpent-2-eno
butan-2-ona
,.....CH 3
'-H
etanal
Nesse exemplo, verificamos a produção de cetona e aldeído. De maneira geral, se um dos átomos de carbono que faz a dupla ligação for terciário, teremos a formação de uma cetona. Se um dos átomos de carbono que faz a dupla ligação no alceno for secundário, há formação de um aldeído. A ozonólise de alcenos é bastante utilizada na indústria química para obtenção de aldeídos e cetonas. Outras reações orgânicas
133
~ Redução de compostos orgânicos a álcoois A hidrogenação catalítica de compostos orgânicos não é a única maneira de causar a redução de um composto orgânico. Os compostos que possuem funções orgânicas oxigenadas, por exemplo, podem ser reduzidos a álcoois por agentes redutores variados. Os redu tores mais utilizados são os hidretos, o hidrogênio livre e o reagente de Grignard. Hidretos como o boroidreto de sódio (NaBH) e o hidreto de lítio e alumínio (LiACH4 ) são dois agentes redutores bastante utilizados. A seguir, apresentamos alguns exemplos de redução por hidretos.
o
o
11
H3C - C - OH
11
NaBH4
HC 3
ácido etanoico
C-
NaBH 4
H
etanal
o H3C -
OH
li
C-
LiAfH 4
CH 3
1
HC-CH-CH 3 3 álcool secundário
cetona
Outro agente redutor eficiente é obtido pela reação de ácidos com metais. O ácido clorídrico, por exemplo, em concentração adequada reage com metais como o zinco (Zn), o ferro (Fe) e o estanho (Sn), produzindo hidrogênio atômico, que é instável e muito reativo. Zn(s) + 2 HCC(aq) - ZnCC2 (aq) + 2 [H] Os hidrogênios livres reagem eficientemente com aldeídos e cetonas, convertendo-os em álcoois.
o
OH
11
R-
C-
Zn/HCf
H
1
R-
CH 2
Também podemos utilizar um grupo de compostos conhecidos como co mpostos de Grignard para fazer a redução de compostos orgânicos. Desenvolvidos pelo químico f rancês François Auguste Victor Grignard (1871-1935), são compostos organometálicos (que apresentam pelo menos uma ligação entre um átomo de carbono e um de metal) utilizados para redu zir ácidos carboxílicos, aldeídos e cetonas. Nessa reação, um grupo alquila é introduzido na cadeia carbônica do reagente, aspecto que a diferencia das reduções de aldeídos e cetonas estudadas até o momento, em que o álcool obtido apresenta o mesmo número de átomos de carbono que o reagente. As reações de redução de Grignard envolvem um intermediário, que posteriormente hidrolisa, produzindo o composto desejado.
o R1 - MgCC composto de Grignard
+
li
R-2 C- R3
OMgCC 1
R - C- R 2
1
3
OH H - OH
1
R- C - R 2
1
RI
R,
intermediário
álcool
3
+ Mg(OH)CC
Na equação genérica, a indicação R1 no composto de Grignard, deverá ser um grupo alquila. No composto que será reduzido, R2 e R3 podem ser um substituinte de cadeia carbônica ou hidrogênio.
134 Capítulo 6
1. Um hidrocarboneto, cuja massa molar é 56, foi tratado com permanganato de potássio em meio básico, resultando em um diálcool em que as duas hidroxilas se localizam em carbono secundário. Com base nesses dados, represente a reação química de formação desse álcool por uma equação química.
e) a oxidação do álcool II pode formar aldeído como produto intermediário.
4. Alguns dos principais componentes dos óleos essenciais que constituem os perfumes são o mentol, o eugenol, a carvona e o terpineol, que estão representados a seguir. OH
2. (PUC-RJ) Considere a substância a seguir sofrendo oxidação na presença de uma solução diluída de permanganato de potássio (KMnO4 ) em meio levemente alcalino.
OH mentol
o eugenol
OH carvona
terpineol
a) Represente o produto obtido da oxidação do mentol e diga a qual função orgânica ele pertence. Nestas condições, o produto orgânico da reação é: a)
b)Represente, por meio de uma equação química, a oxidação branda do terpineol.
b)
c) Represente o produto obtido da oxidação enérgica da carvona. Considere, para isso, que os dois alcenos sejam oxidados.
5. O propeno é um gás muito usado na indústria petroquímica como matéria-prima para a produção de vários compostos. Contudo, quando em presença de ozônio, água e zinco, o propeno é oxidado formando dois aldeídos.
OH
c)
OH
Com base nessas informações, represente por meio de uma equação química a reação descrita.
OH
6. Quando alcenos são tratados com ozônio na presença de água e zinco, forma-se uma mistura de aldeído e/ou cetona, dependendo do tipo de alceno. Em um experimento laboratorial, estudantes trataram determinado alceno nas condições acima descritas e obtiveram como produto da reação compostos orgânicos de fórmula molecular C3H 60.
OH e)
o 3. A seguir, estão representados três álcoois. OH 1 HC - CH - CH3 3 (li)
(1)
OH 1 HC - C - CH 3 1 3 CH3 (111)
Sobre esses álcoois, podemos afirmar que: a) o propan-2-ol (composto II) é um álcool secundá-
Considerando essas informações e seus conhecimentos, represente uma possível estrutura para o alceno em questão.
7. (UEPG-PR) As reações em que participam reagentes de Grignard apresentam grande versatilidade, permitindo o preparo de muitos tipos de produtos. Considerando as equações a seguir, assinale o que for correto. A + CH 3 -MgCe - B B + H20 - C + Mg(OH)Ce
rio e, em presença de K2Cr20 7 e ácido sulfúrico, é oxidado a ácido carboxílico.
01) Se a substância A for metanal, C será etanol.
b) a oxidação do álcool III em meio ácido produz cetona.
02) A formação de B é uma reação de adição.
@)a oxidação do álcool I pode dar origem a dois com-
04) Se A for butanal, C será 2-pentanol.
d)independentemente do meio (ácido ou básico), os
08) Em todas as reações, B é um composto organometálico.
três álcoois sofrem oxidação para formar aldeídos.
16) Para que C seja 2-propanol, A deverá ser propanona.
•
A
•
postos morgan1cos.
Soma: 15 (01
+ 02 + 04 + 08) Outras reações orgânicas
13 5
Comportamento ácido-base dos compostos orgânicos
~
i No dia a dia nos deparamos com diversas substâncias que apresentam caráter i ácido ou básico. Encontramos substâncias ácidas em frutas, como limão, laranja e
lã t5
:;, abacaxi, e substâncias básicas em produtos de limpeza e medicamentos. ~ !!! Apesar de associarmos o caráter ácido de uma substância ao gosto azedo, ~ e o caráter básico ao sabor adstringente (que "amarra" a boca), não devemos 1 identificar as substâncias pelas propriedades organolépticas. Existem ácidos e bases extremamente tóxicos, mesmo em baixa concentração; portanto, nenhuma substância deve ser provada ou cheirada como forma de teste ou identificação. A acidez e a basicidade não são atributos, mas sim um comportamento da matéria. Trataremos desse comportamento agora, focando os compostos orgânicos.
-
Figura 5. Os limões apresentam substâncias de caráter ácido, responsáveis por seu gosto azedo.
Propriedades organolépticas: são as propriedades dos materiais percebidas pelos sentidos
~ Acidez de compostos orgânicos A maioria dos ácidos orgânicos se comporta como ácidos de Arrhenius e Brõnsted-Lowry. Esse comportamento é consequência da estrutura do grupo funcional carboxila (-COOH), que contém um hidrogênio ionizável. Em solução aquosa, quase todos liberam íons H+, que são incorporados à estrutura da água. Observe a equação de ionização do ácido acético:
humanos, como a cor, o odor, a textura, o som e o sabor.
H- 0: +
o
H- 0 - H
1 H
+
1 H
)lo-
Figura 6. A intensidade do cheiro exalado pelas cabras e bodes está relacionada aos ácidos carboxílicos caproico, caprílico e cáprico em seu suor.
A acidez de compostos orgânicos pode ser afetada pela substituição de átomos na molécula. Os substituintes modificam a estrutura eletrônica da molécula, afetando as ligações químicas. Por exemplo, quando um átomo de hidrogênio do grupo metila ligado à carboxila do ácido acético é substituído por um átomo de cloro, em solução aquosa, o ácido cloroacético tem maior acidez que o ácido acético.
:o:
·o· • • H
11
C
..
\ / \ / e o I \. ..
H
H
Capítulo 6
+
:O- H /
H H
água
C
.. e o: ..
\ / \
I
H
H
ácido acético
136
••
li
··•
••
+
0- H li HH
H
íon acetato
íon hidroxônio
+
·o· • • H
·o· • •
11
C H \ / \ .. ! b+c Q I \..
ii-Cf
+
H
:õ - H / H
ácido cloroacético
li
H
C
-cc
H
..
+
\ / \ b+C o: I \,. ..
água
Õ- H
+
li HH íon hidroxônio
íon cloroacetato
O átomo de cloro que substituiu o hidrogênio é muito eletronegativo. Ele polariza para si a densidade eletrônica da molécula, diminuindo a quantidade de elétrons sobre a carboxila. A esse fenômeno dá-se o nome de efeito indutivo negativo (ou eletroatraente). Uma menor densidade eletrônica na carboxila se traduz em ligações mais fracas. Logo, fica mais fácil ionizar o átomo de hidrogênio desse grupo. Quanto maior for a eletronegatividade do grupo eletroatraente, maior será o efeito sobre a acidez. Nesse contexto, devemos lembrar que, para os halogênios, a eletronegatividade diminui na seguinte ordem: F > Cf > Br > 1. Considerando a substituição de um hidrogênio no ácido acético pelos halogênios citados, temos a seguinte escala de acidez: H 1
//
1- C- C
~
"oH
O
H
O
1
<
1
//
Br - C- C
~
O
H
//
ce- c- c
<
~
\OH
O
H
<
1
//
1
\
F - C- C
\OH
H
H
aumento da acidez por causa do aumento de eletronegatividade do halogênio substítuinte
A posição do grupo eletroatraente em relação à carboxila também influencia a acidez. Compare os dois ácidos abaixo.
o
o
//
//
H C- CH - CH - C 3
2
1
CC
H C- CH - CH - C 3
\
2
1
CC
OH
ácido 2-clorobutanoico
pK,
Professor. se necessário, relembre aos alunos que pK, = -logK,. Quanto menor o pK,. maior é a acidez do composto.
\
OH
ácido 3-clorobutanoico
2,86
4,05
Quanto mais próximo da carboxila estiver o grupo eletroatraente, maior será a acidez. Portanto, o ácido 2-clorobutanoico, em meio aquoso, apresenta maior acidez que o ácido 3-clorobutanoico. Se, em vez de cloro, houver um grupo meti la ( - CH), observaremos o efeito contrário. Caso substituíssemos um hidrogênio do ácido acético (pK. = 4, 76) por um grupo metila, teríamos o ácido propanoico (pK. = 4,87), que tem acidez um pouco menor que o ácido acético. H
O
1
11
H ,.·C, .,,.C, ' I C OH
H
I ·-.
H H ácido propanoico
Nesse caso, o grupo metila promove um efeito indutivo positivo (ou eletrodoador), que fortalece a ligação 0 - H, dificultando a ionização do átomo de hidrogênio. Quanto maior o grupo alquil ligado à carboxila, menos ácido será o composto. Outras reações orgânicas
137
Química em rede As propriedades físico-químicas dos medicamentos determinam sua ação biológica. O estudo da acidez e do grau de ionização dos compostos que fazem parte dos remédios é muito importante para a compreensão dos processos de absorção pelo organismo e para a Farmacêutico adiciona elaboração de medicamentos que se comportem como desejado. A maioria dos fármacos é absorvida no intestino. No entanto, ácidos f racos e subs- matéria-prima para ser empregada em tâncias neutras podem ser absorvidos, em determinada proporção, no estômago. O meio produção de remédio, estomacal é predominantemente ácido, enquanto o meio intestinal é predominantemente Ribeirão Preto, SP, básico, o que leva à absorção seletiva nos dois órgãos de medicamentos administrados por 2 14 · via oral. Em função da importância da dissolução na absorção, muitos fármacos ionizáveis (ácidos ou bases) são utilizados na forma terapêutica de sais. A atividade biológica de muitos medicamentos (ácidos ou bases fracas) também está diretamente relacionada ao seu grau de ionização. Enquanto alguns (fenóis e ácidos carboxílicos) agem na forma molecular, outros (sulfonamidas, sais de amônia quaternário) o fazem na forma ionizada . Portanto, o pH desempenha importante papel na atividade biológica . Essas variáveis de acidez e de basicidade são pensadas ao se elaborar um novo medicamento, já que o local e a velocidade de absorção são de fundamental importância para o efeito terapêutico.
º
Atividades
Escreva no caderno
1. A margem entre o efeito terapêutico e os efeitos indesejáveis de medicamentos é tênue. Identifique, em uma bula de medicamento, quais os termos utilizados para indicar efeitos indesejáveis de medicamentos e pesquise sobre o significado desses termos.
blema ligado ao consumo indiscriminado e por longo prazo desses medicamentos sem orientação médica. 3. A saúde pública nacional não se restringe apenas ao tratamento em hospitais. O controle de epidemias, os procedimentos preventivos e a garantia de tratamento para a população também fazem parte da saúde pública. A lei dos medicamentos genéricos, de 1999, facilitou o acesso da população a tratamentos. Pesquise qual a diferença entre medicamentos de referência, genéricos e similares.
2. Medicamentos para dor de cabeça, prisão de ventre, dor muscular, cólica, inchaço e inflamações podem ser livremente comprados em farmácias. Com base na leitura do texto e nos termos vistos na primeira atividade, discuta com seus colegas se existe algum pro-
~ Basicidade de aminas Para compreender o caráter básico das aminas, vamos considerar a origem dessas substâncias. As aminas derivam da amônia (NH3) mediante substituição dos átomos de hidrogênio por grupos orgânicos. Em meio aquoso, a amônia reage com a água. Nessa reação, a H2 0 transfere um próton (H+) para o NH 3 , produzindo os íons OH- e NH; (íon amônia). Observe o esquema a seguir. H+
NH/ g)
+
+
Processo semelhante ocorre quando temos uma amina em meio aquoso: a água transfere para a molécula da amina um próton (H+), gerando íons OH- . H+
R- NH2
+
+
Assim, as aminas têm caráter básico. Como vimos quando estudamos as funções orgânicas, as aminas podem ser classificadas em primárias, secundárias ou terciárias, de acordo com a quantidade de grupos substituintes. Por exemplo, a metilamina é uma amina primária, a dimetilamina, uma amina secundária, e a trimetilamina, uma amina terciária. CH 3 - NH2 H3C - NH - CH 3 H3 C - N - CH3 1
CH3 metilamina
138
Capítulo 6
dimetilamina
trimetilamina
Em aminas, os efeitos indutivos positivos ou eletrodoadores - gerados por alquilas, por exemplo - aumentam sua basicidade; já os efeitos indutivos negativos ou eletroatraentes - gerados por arilas ou halogênios, por exemplo - diminuem a basicidade delas.
Arila: grupo substituinte derivado de anel aromático.
~ Sais orgânicos As aminas, por seu caráter básico, reagem com ácidos inorgânicos e formam compostos iônicos denominados sais de amônio. A seguir temos uma representação de uma reação genérica entre uma amina primária e um ácido de um halogênio X. H+ ••
R-
R-
HX
+
NH 2
NH+x3
sal de amônio
As aminas também reagem com outras substâncias de caráter ácido, como os ácidos carboxílicos. Nas reações entre ácidos orgânicos e bases inorgânicas formam-se sais orgânicos. ácido orgânico + base inorgânica - sal orgânico + água A nomenclatura dos sais de ácidos carboxílicos é baseada no nome do ácido que deu origem ao sal. Nesse caso, o sufixo -oico é substituído pelo sufixo -oato.
Além disso, deve-se citar o nome do cátion metálico que constitui o sal.
+
prefixo
.
numero de átomos de
e
infixo
+
sufixo
an en
oato
+
de
+
cátion metálico nome do cátion
m
Observe a seguir alguns exemplos de reações de neutralização entre um ácido orgânico e uma base inorgânica e os sais orgânicos formados.
o H - C// \
+
+
NaOH
OH hidróxido de sódio
ácido metanoico
metanoato de sódio (formiato de sódio)
o
//
2 H3 C- C \
o
+
Ca(OH) 2
OH hidróxido de cálcio
o
3
+
\
2 H2 0
etanoato de cálcio (acetato de cálcio)
água
o
+
KOH
©-<
+
H20
o -K+
OH ácido benzoico
//
HC- C
o- 2 cai +
ácido etanoico (ácido acético)
@-e~
água
hidróxido de potássio
benzoato de potássio
água
Figura 7. O benzoato de sódio é um dos sais orgânicos comumente utilizados nas indústrias de alimentos e bebidas como conservador, agente bacteriostático (inibidor da proliferação de bactérias) e f ungicida. Outras reações orgânicas
139
1. Existem quatro ácidos carboxílicos isômeros com a fórmula molecular C5 ~ 00 2 • Entre eles, apenas um é de cadeia carbônica não ramificada. Considerando essas informações, faça as atividades . a segurr. a) Construa as fórmulas estruturais dos quatro isômeros citados e dê seus nomes oficiais recomendados pela IUPAC. b) Entre esses ácidos, qual é o de menor acidez quando em solução aquosa?
A descoberta dos ácidos orgânicos, especialmente
os carboxílicos, está intimamente relacionada ao desenvolvimento da química experimental. Neste contexto, Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), um notável quimico experimental sueco, desempenhou um papel primordial. Dentre os 15 a 20 mil experimentos atribuídos a ele, estão as descobertas de compostos orgânicos de natureza ácida (ácidos carboxílicos e fenóis), como os ácidos tartárico (2, 3-di-hidroxibutanodioico). málico (2-hidroxibutanodioico), láctico (2-hidroxípropanoico), oxálico (etanodioico), úrico, gálico (3,4,5-tri-hidroxibenzoico), cítrico (2-hidroxipropan-1,2,3-tricarboxílico). [... ] AORUCCJ, A. R.; SOARES. M. H. F. R; CAVALHEIRO, E. T. G. Ácidos orgânicos: cios primórdios da química experimental à sua presença em nosso cotidiano. Químíca Nova na Escola, São Paulo, n. 15, maio 2002. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc15/vl 5a02.pdf>. Acesso em: 12 mar. 2016.
Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Represente a fórmula estrutural do ácido carboxílico aromático citado no texto. b)Compare a acidez do ácido málico e a acidez do ácido lático, indicando qual deles é o mais ácido. c) Considerando a estrutura do ácido cítrico, representada abaixo, classifique-o em mono, di ou triácido de Arrhenius, quando em solução aquosa. O
OH
i1
HO.,...
c
~º
CH 2 - C1 - CH2 - C 1 ' OH OH ácido cítrico
3. Com a fórmula molecular C4H7Cf 0 2 , existem três ácidos carboxílicos de cadeias carbônicas não ramificadas. Construa as fórmulas estruturais desses três ácidos, dê seus nomes recomendados pela IUPAC e coloque-os em ordem crescente de acidez quando em solução aquosa.
140
Capítulo 6
a) as aminas formam soluções aquosas ácidas. b) a etilamina tem maior acidez que a metilamina. @ a metilamina é menos básica que a etilamina. d)as duas soluções apresentam a mesma acidez. e) as duas soluções apresentam pH < 7.
s_Quando preparamos peixes, podemos sentir o chei-
2. Leia o texto a seguir.
º~C -
4. Duas soluções aquosas são preparadas pela dissolução de arninas. A solução I foi obtida dissolvendo-se metilamina, e a solução Il foi obtida pela dissolução de etilarnina. Com base apenas nos efeitos eletrônicos produzidos pelos grupos substituintes, podemos afirmar que:
ro intenso que é exalado. Esse cheiro é resultado da volatilização de aminas, geralmente metilamina, dimetilamina e trimetilamina, para o ambiente. Para combater esse odor, recomenda-se adicionar suco de limão ao peixe. Com base em seus conhecimentos e nas informações anteriores, responda: Que tipo de reação ocorre entre os componentes do suco de limão e as aminas presentes na carne do peixe?
6. As arninas podem ser definidas como compostos derivados da amônia pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio por grupos monovalentes derivados de hidrocarbonetos. Os grupos monovalentes podem ser alquilas (derivados de alcanos) ou arilas (derivados de compostos aromáticos), entre outros. Considerando essas informações, construa as fórmulas estruturais das aminas listadas a seguir, organizando-as em ordem crescente de força básica. I) etilamina;
III) dietilarnina;
II) fenilamina;
N) difenilamina.
7. O suor que produzimos apresenta entre seus componentes um ácido hexanoico, cuja fórmula molecular é CsHuCOOH. Esse composto apresenta odor característico, porém, quando na forma de sal de sódio, o cheiro praticamente desaparece. Considerando essas informações e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Represente a fórmula estrutural plana do ácido em questão, sabendo que ele apresenta cadeia carbônica não ramificada. b) Represente a equação de ionização do ácido em meio aquoso. c) Represente a reação do ácido com hidróxido de sódio e dê o nome do sal formado.
Atualmente, a síntese de ésteres (esterificação) em laboratório pode ser realizada de diversas maneiras, mas o processo desenvolvido por Fischer e Speier ainda é muito utilizado. Nele, um ácido carboxílico reage com um álcool para gerar um éster. No exemplo a seguir temos a reação entre o ácido etanoico e o etanol, formando etanoato de etila:
o
//
HC - C 3
\
esterificação
+
OH ácido etanoico
etanol
etanoato de etila
água
Observe que o éster é constituído por parte do ácido carboxílico e parte do álcool. O processo contrário também é possível; o éster pode reagir com água em meio ácido para gerar ácido carboxílico e álcool. Chamamos o processo inverso de hidró lise ácida de ésteres. A seguir temos a representação da hidrólise ácida do etanoato de etila:
o
o
//
HC- C 3
\
hidrólise
+
H'
3
+
\
OH
O- CH 2 CH 3 etanoato de etila
//
HC - C
água
ácido etanoico
etanol
~ Ésteres de ácidos graxos Alguns compostos pertencentes à classe dos lipídios (também chamados de lipídeos ou lípides) são ésteres formados a partir de ácidos graxos e glicerol. Os ácidos carboxílicos graxos, ou simplesmente ácidos graxos, são ácidos monocarboxílicos de cadeias longas (mais de 1O átomos de carbono), não ramificadas, com número par de átomos de carbono. Existem ácidos graxos saturados (que formam as gorduras, sólidas à temperatura ambiente) e ácidos graxos insaturados (que formam os óleos, líquidos à temperatura ambiente). Normalmente, esses ácidos não são identificados pelo seu nome sistemático segundo a IUPAC, mas pelo seu nome usual, relacionado à planta da qual são extraídos, por exemplo, ou pelo nome biológico, que indica a posição das ligações duplas. Os ácidos oleico, linoleico e linolênico, nomes usuais, são também chamados de ácidos ômega-9 (ro9), ômega-6 (ro6) e ômega-3 (ro3), respectivamente. A numeração, nesse caso, indica o carbono que faz a dupla ligação, sendo que este carbono é contado a partir da extremidade oposta à função carboxila.
Figura 8. O ômega-3, encontrado em peixes, é comercializado em cápsulas. Acredita-se que esse composto esteja associado à diminuição do risco de doenças cardíacas. Outras reações orgânicas
141
Os lipídios podem ser sintetizados a partir de um ácido graxo e glicerol, um álcool. A seguir temos um exemplo de reação de esterificação entre o glicerol e o ácido octadecanoico (ácido esteárico).
o li
H3C-fCH 2hC - O- CH 2
o
HO- CH 2 esterificação
1
11
HO- CH 1
+ 3 H20
H3C-fCH 2~C - O- CH
hidrólise
o
HO- CH 2
li
H3C-fCH 2~C - O- CH 2 glicerol
ácido octadecanoico
lipídio
água
Como nessa reação de esterificação o álcool possui três hidroxilas, a proporção estequiométrica entre ácido graxo e glicerol pode chegar a 3 : 1 .
1> Saponificação Ainda que utilizemos produtos de higiene todos os dias, raramente nos questionamos sobre sua composição. Na realidade, a maior parte dos sabões, detergentes, xampus, condicionadores de cabelo, cremes dentais, amaciantes de roupas e desengordurantes existentes no mercado é à base de sais de ácidos carboxílicos. Uma maneira de se obter esses sais é por hidrólise básica de ésteres, como mostra a equação a seguir.
o + NaOH
R--1' \
H,O
0- R base
éster
sal orgânico
álcool
Os lipídios, quando aquecidos em meio aquoso alcalino, ou seja, na presença de uma base (NaOH ou KOH), também são hidrolisados, produzindo sais de ácidos graxos superiores. Esse processo, representado a seguir, é denominado saponificação, e o sal de ácido graxo recebe o nome de sabão.
o li
H3C-fC H2 ~e -
o- eH2
o 11
H3C-fCH 2hC - O- CH
HO- CH 2 H,OINaOH
1
HO - CH
o
1
HO - CH 2
li
H3C-f CH 2"fi6C- O- CH 2 lipídio
Figura 9. As cores, produzidas pouco antes de as bolhas estourarem, resultam da interferência que ocorre entre os raios de luz refletidos na parte da frente e na parte de trás do filme f ino formado por água e sabão.
142
Capítulo 6
octadecanoato de sódio (sabão de sódio)
glicerol
Os sabões são espécies químicas que apresentam comportamento peculiar, pois podem interagir com substâncias de polaridades diferentes. Isso ocorre porque são constituídos de uma cadeia carbônica grande apoiar (parte hidrófoba ou lipofílica) e de uma porção dotada de carga elétrica, sendo, por isso, polar (parte hidrófila ou lipofóbica).
o ou
H H H H H H H H H H H H H H H H H O 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 // H- c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c - c
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
b-Na•
extremidade polar (hidrófila ou lipofóbica)
cauda apoiar (hidrófoba ou lipofílica)
Quando o sabão é adicionado a um reciágua piente com água contendo pequenas quantidades de sujeira na forma de gorduras ou óleos, suas moléculas tendem a interagir com a sujeira por meio da cauda apoiar; isso acaba criando uma espécie de capa com a parte polar voltada para fora interagindo fortemente com a água. Esses glóbulos, chamados de micelas, são miscíveis em água e ajudam na remoção de partículas de sujeira. É importante considerar que os sais orgânicos não f icam restritos aos sais de ácidos carboxílicos. Existem também os sais de ácidos sulfônicos e os sais de amônia, que são chamados de detergentes. Um exemplo comum de detergente derivado de ácido sulfônico é o dodecilsulfato de sódio, também conhecido como lauril sulfato de sódio (muito comum em xampus e condicionadores, por exemplo). Compostos que apresentam grupos com carga negativa ( - SO~ e - SO~, por exemplo) são denominados
extremidade polar cauda apoiar
Figura 1O. Representação esquemática da formação de uma micela. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
tensoativos aniônicos.
o
~
o
// / \
s
o o-Na• dodecilsulfato de sódio
Outro tipo de detergente muito usado é o cloreto de dodecilamônio, um sal de amônia. Compostos que apresentam grupos com carga positiva (- NHt, por exemplo) são denominados tensoativos catiônicos.
Outras reações orgânicas
143
[ Contexto histórico Fabrico de sabão 1...J É bastante provável que o processo de fabrico do sabão tenha sido uma descoberta acidental. Pessoas que cozinhavam em fogo de lenha talvez tenham notado que gorduras e óleos que pingavam da comida sobre as cinzas produziam uma substância que, na água, formava espuma. Não devem ter demorado muito para descobrir que essa substância era um útil agente de limpeza e que podia ser deliberadamente produzida com o uso de gorduras ou óleos e cinzas de madeira. Essa descoberta deve sem dúvida ter ocorrido em muitas partes do mundo, como atesta o fabrico de sabão por muitas civilizações. Cilindros de barro contendo um tipo de sabão e instruções para sua manufatura foram encontrados em escavações de sítios dos tempos babilônios, com quase cinco mil anos de idade. Fábrica de sabão, 1880. Registros egípcios de 1500 a.e. mostram que eram fabricados sabões com gorduras e cinzas, e ao longo dos séculos há referências ao uso de sabão na indústria têxtil e na tinturaria. Sabe-se que os gauleses empregavam um sabão feito com gordura de cabra e potassa para deixar seus cabelos maís brilhantes e avermelhados. Outro uso desse sabão era uma pomada para engomar o cabelo, urna espécie de gel primitivo. Acredita-se que também os celtas descobriram como fabricar sabão, e o usavam para se banhar e lavar roupas.
1... J PENNY. Le Couteur. Os botões de Napoleão. Trad. Maria Luiza X. de A. Borges. Rio de Janeiro: Zahar, 2006. p. 260. Escreva
Atividades
no caderno
1. A descoberta do sabão não possui uma data determinada. No texto há a indicação de que, entre várias possibilidades, ele tenha sido descoberto por meio da observação do produto formado pela queda de óleo sobre as cinzas de madeira, por pessoas que cozinhavam em fogo a lenha. O que há nesses componentes que permitiram que o sabão fosse formado?
2. Apesar de o uso do sabão ser relatado na história desde o século I, a fabricação de sabão, como na fi. gura presente na seçao, so, teve seu crescimento no século XIX. lsso ocorreu nessa época por causa de dois grandes avanços promovidos por Nicolas Leblanc e Michel Eugene Chevreul. Pesquise sobre a contribuição desses dois cientistas.
-
~ Transesterificação e produção de biodiesel O biodiesel é uma importante alternativa ao uso de combustíveis fósseis para abastecer a frota de veículos em todo o mundo. Ele polui menos, não contém enxofre nem compostos aromáticos e, principalmente, é produzido a partir de fontes renováveis. Basicamente, obtém-se biodiesel de óleos vegetais extraídos de sementes oleaginosas, como a soja, a mamona, o coco e o amendoim. Esses óleos são uma mistura de diferentes composições de triésteres de cadeias longas (lipídios). A principal etapa na obtenção do biodiesel é a reação de transesterificação, em que um lipídio reage com um álcool, produzindo glicerol e ésteres derivados do álcool utilizado. No Brasil, devido à abundância dessa matéria-prima, o álcool utilizado nessa reação é o etanol. Há diferentes métodos de transesterificação. Um dos mais comuns é o uso de NaOH (hidróxido de sódio) ou KOH (hidróxido de potássio) como catalisador. A seguir mostramos a equação geral de uma reação de transesterificação.
o
o
//
HC - 0 - C- R1 2
H2C- OH
o
//
HC - 0 - C- R2
o
+
catalisador
3 R4 - 0H
1/
144
Capítulo 6
HC- OH
álcool
R1 - C- Q- R4
o
+
//
R2 - C- 0 - R4
o
H2 C- OH
HC0 - C- R3 2 lipídio
//
glicerol
//
R3 - C- 0 - R4 ésteres
1. O uso dos ésteres na indústria de alimentos é vasto, principalmente como aromatizante. O cheiro de banana presente em um iogurte, por exemplo, deve-se à presença do etanoato de 3-metilbutila (ou etanoato de isopentila). Considerando essas informações, faça as atividades seguintes. a) O etanoato de 3-metilbutila pertence a qual função química? b) Represente a fórmula estrutural do etanoato de 3-metilbutila. c) Represente a reação entre o ácido carboxílico e o álcool utilizados na produção dessa substância.
2. O glicerol é um triálcool cujo nome oficial é 1,2,3-propanotriol. Sua importância industrial é enorme. Na produção de um panetone, por exemplo, o glicerol é adicionado à massa para reter umidade. Por isso, o glicerol é chamado de umectante. E não é só na indústria que o glicerol é importante. O glicerol reage com ácidos graxos saturados para formar as gorduras, que são reservas de energia chamadas de lipídios. Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, faça o que se pede. a) Represente a fórmula estrutural do glicerol. b) Represente, utilizando linhas tracejadas, as interações que caracterizam o papel umectante do glicerol. Como são chamadas essas interações? c) Utilizando o ácido octadecanoico e o glicerol, represente a reação de esterificação total entre as duas substâncias. 3. A seguir estão representados compostos da função ' ester.
c) Represente a fórmula estrutural plana do ácido carboxílico que deu origem a três dos ésteres representados. d)Dê a fórmula molecular do éster N. 4. A ação dos sabões, sais de ácidos carboX11icos de sódio ou de potássio, é prejudicada na presença de água dura. Faça uma pesquisa sobre a água dura, mostrando o que é e de que forma interfere na ação dos sabões. Os detergentes, quando comparados aos sabões, sofrem a mesma ação na presença da água dura? Leve sua pesquisa para a sala e compartilhe informações que encontrou com a turma. Ouça também o trabalho de seus colegas. 5. Os detergentes sintéticos de cadeias carbônicas não ramificadas apresentam boa biodegradabilidade. Entretanto, detergentes de cadeias carbônicas ramificadas não são biodegradáveis. Há pouco tempo esse dado era desconhecido por parte dos usuários e, independentemente do tipo de cadeia carbônica, todos os detergentes eram lançados em rios, córregos e outros meios aquáticos, causando danos ao ambiente. Infelizmente, mesmo cientes dessas informações, muitos usuários, inclusive indústrias, ainda lançam detergentes não biodegradáveis pelo ralo. Considere seus conhecimentos sobre impactos ambientais causados pelo lançamento de matéria orgânica em rios e outros meios aquáticos, as informações do texto e as fórmulas estruturais a seguir. alquilbenzenossulfonatos de sódio
o linear (1)
I)
III) ' ~
uuu II)
I!!
IV)
o
?
ramificado (11)
(Imagens fora d e escala e em cores ilustrativas.)
a) Classifique como biodegradáveis ou não biodegradáveis os detergentes representados.
Considerando as representações dadas e seus conhecimentos, faça o que se pede.
b) Em casa, observe os rótulos dos detergentes, como aqueles de lavar louças. É possível identificar a presença de um dos componentes apresentados?
a) Crie uma legenda indicando quais elementos químicos estão presentes nas fórmulas. b) De acordo com a nomenclatura IUPAC, dê o nome de cada um dos compostos listados.
c) Aponte os principais danos que os detergentes causam aos rios, lagos e outros mananciais. Se necessário, discuta a questão com o professor de Biologia antes de elaborar o texto. Outras reações orgânicas
145
Aposta no biodiesel Combustível feito à base de grãos pode aliviar a demanda por diesel e diminuir o impacto no efeito estufa Para superar o desafio de atender à crescente demanda por energia de forma sustentável, causando o menor impacto possível ao ambiente, é necessário buscar alternativas energéticas que possam substituir os combustíveis fósseis, mesmo que parcialmente. O limite ao uso do petróleo não vai se dar pelo esgotamento da fonte, mas pela redução da capacidade ambiental do planeta de absorver os gases oriundos de sua combustão. [... ] O transporte é um dos maiores responsáveis pela emissão de poluentes, uma vez que depende da queima (combustão) do petróleo e de seus derivados - combustíveis não renováveis com alto teor de carbono.[ ...] Hoje a maior preocupação é o transporte rodoviário, que tem crescido muito, principalmente nos países em desenvolvimento, por conta do aumento populacional e do aumento das riquezas geradas e dístribuídas. Maior renda resulta no consequente aumento da motorização. Estima-se que nas próximas décadas o uso de energia em transporte nos países em desenvolvimento represente cerca de 40% do consumo de energia mundíal. [... ] [...]
146
Capítulo 6
Para atender a essa demanda, surgem os biocombustíveis. Do ponto de vista estratégico, é urna alternativa interessante, pois podem ser produzidos em diferentes regiões. Do ponto de vista ambiental é positivo, uma vez que, produzidos de biomassa renovável, suas emissões de dióxido de carbono são praticamente anuladas quando a biomassa volta a crescer, pois, para a fotossíntese, ela usa o mesmo dióxido de carbono contido na atmosfera, o que possibilita um balanço nulo deste gás. Além das questões globais, os biocombustíveis apresentam vantagens relativas ao meio ambiente local: como não possuem enxoúe em sua composição, sua queima não provoca emissão de óxidos de enxofre, poluente danoso à qualidade do ar. Do ponto de vista econômico, representa muitas vezes um combustível mais barato e produzido localmente, como o caso do álcool brasileiro. Empregam mais trabalhadores, em geral os menos qualificados. Além disso, o uso de um combustível que melhora a qualidade do ar reduz as despesas do Estado com saúde pública. Com base nesta argumentação, podemos concluir que, como alternativa à gasolina e ao diesel, os biocombustíveis são de extrema relevância e urgência (...]
No Brasil, o cultivo da cana-de-açúcar para a produção do álcool combustível já é um exemplo para o mundo de alternativa energética competitiva baseada na biomassa.[ ...]
[...] A mesma evolução pode se esperar do biodiesel. Trata-se de um combustível alternativo ao óleo diesel mineral, resultado da transformação química de matérias-primas de óleos vegetais, como dendê, soja, mamona, entre outros, ou gorduras animais e resíduos gordurosos, como o óleo residual de fritura e esgoto sanitário. A obtenção de ésteres pode ocorrer por meio de vários processos: transesterificação dos triglicerídeos constituintes da matéria-prima, hidrólise dos triglicerideos em ácidos graxos e sua posterior esteríficação ou craqueamento catalitico ou térmico. O processo mais utilizado atualmente é o primeiro, onde ocorre a reação dos óleos vegetais com metanol ou etanol, na presença de um catalisador, tendo como produtos o biodiesel e a glicerina, que pode ser usada, por exemplo, na indústria farmacêutica. (...] RIBEIRO, S. K.Aposta no biodiesel. ScientificAmerican Brasil. Disponível em: <http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/aposta_no_biodiese1.html>. Acesso em: 17 mar. 2016.
São Paulo só terá ônibus não poluentes em 2018 Os novos ônibus municipais contratados pela Prefeitura, a partir da licitação a ser iniciada em março, terão emissão zero de gases de efeito estufa. Poderão ser elétricos, híbridos, movidos a etanol ou biodiesel, mas nenhum combustível fóssil (petróleo ou gás) será permitido a partir de 2018. [... ] A medida é consequência da Lei de Mudanças Climáticas, proposta na administração passada pelo então secretário do Verde, Eduardo Jorge, e aprovada pelo Legislativo. Para cumpri-la, a Prefeitura vai incluir a exigência de motores não poluentes no edital da nova concorrência. (...] SERVA, leão. São Paulo só terá ônibus não poluentes em 2018. Folha de S. Paulo, 16 fev. 2015. Disponível em: <http://www1 .folha.uol.com.br/colunasneaoserva/2015/02/159031 0-sao-paulo-so-tera-onibus-nao-poluentes-ate-2018.shtml>. Acesso em: 17 mar. 2016.
Atividades
Escreva no caderno
1. A primeira reportagem apresenta argumentos para justificar o aumento da demanda energética e a urgência da pesquisa em biocombustíveis. Utilizando essas informações e seus conhecimentos, dê um panorama da situação brasileira no desenvolvimento de biocombustíveis.
2. Os óleos para produção do biodiesel podem vir de culturas variadas. Pesquise as possíveis culturas que possibilitam a produção de biodiesel no Brasil e onde essas culturas são exploradas. 3. Discorra sobre a importância econômica, estratégica e ambiental de medidas como aquela tomada pela Prefeitura de São Paulo, evidenciada na segunda reportagem.
Outras reações orgânicas
147
1. O dicromato de potássio, também conhecido como bicromato de potássio, é um sólido cristalino de cor avermelhada que apresenta boa solubilidade em água e álcool Esse composto é muito utilizado nas indústrias para produção de corantes, eletrogalvanização, pirotecnia, fabricação de vidros, produção de cerâmica e outras finalidades. Além disso, é usado como agente oxidante, empregado principalmente na oxidação de álcoois para obtenção de cetonas. Com base nas informações acima e em seus conhecimentos, considere a oxidação do composto orgânico butan-2-ol e assinale a alternativa que indica a cetona produzida. Justifique sua resposta mostrando a reação. a) Ácido butanoico.
d) But-2-eno.
b) Etoxietano. c) Butanal.
@ Butanona.
Considerando esses ácidos em solução aquosa, é correto afirmar que: a) o de maior acidez é I. b) o maior efeito indutivo positivo está em III. c) li é o que apresenta maior efeito indutivo negativo.
@o de menor acidez é o II. e) I é mais ácido do que III. 5. (UEG-GO) As propriedades químicas e físicas das moléculas orgânicas são decorrentes da narureza dos grupos funcionais em suas estruturas. Nesse contexto, considere a molécula orgânica a seguir e responda ao que se pede. a)Preencha os quadros [escreva em seu caderno] com as respectivas funções orgânicas.
W/#P'al
HO
/
2. Determinado alceno sofre ozonólise segundo a reação abaixo:
OH
o
H3C - C = O 1
CH3
o i
alceno
/
0 3 / H2 0
2
H
\
/
H
OH
\
+
H
Zn
~l20'"'~ "" ,""'"0 ""w,..,..01,..,,
//
C - CH - CH.- C 2
H
b) Identifique o hidrogênio mais ácido, justificando a sua resposta.
C=O
6. (UFPE) Ácido acético e ácido trifluoroacético apresentam as seguintes fórmulas estruturais:
+ ZnO
o 11
Qual é a fórmula e o nome do hidrocarboneto apresentado? Professor. comente com os alunos que eles encontiarão nos seus estudos questões de vestibular com nomenclatura desatualizada.
3. (Uespi-PI) Um esrudante de Química estava pesquisando o conteúdo de um frasco. Verificou que esse conteúdo d escorava uma solução de KMnO4 (permanganato de potássio). Observou também que, quando tratado com ozônio em presença de zinco em pó, dava corno produto somente o propanal. Neste contexto, podemos dizer que o frasco contém: a) buteno-1.
d)pentano.
(11)
HC 3 -
,:70 C ' OH
~C -
CH -
1 CH 3
148
Capítulo 6
li
CF3 - C - OH
Ambos os ácidos carboxílicos são solúveis em água Sobre estes compostos, assinale [indique no caderno] verdadeiro (V) ou falso (F): I.
~ Os dois ácidos liberam íons em solução aquosa.
II.
~ O grau de dissociação iônica do ácido acético é lOOo/o.
m. ~ O ácido acético é mais forte que o N.
4. Considere os ácidos carboxílicos etanoico, metilpropanoico e cloroetanoico representados a seguir. (1)
CH 3 - C - OH
o
ácido tri-
fluoroacético.
e) propeno.
(fil}hexeno-3. c) ciclopropano.
W:o/P,01
OH
o
+
!W/'#41
~O
grupo CF3 influencia na acidez do grupo carboxílico.
V. ~ O ácido trifluoroacético tem massa molar superior à do ácido acético.
(lll)
,:70 C
' OH
,:70
ce- CH2 - e
' OH
7. (Enern/MEC) Leia o texto a seguir. No ano de 2004, diversas mortes de animais por envenenamento no zoológico de São Paulo foram
evidenciadas. Estudos técnicos apontam suspeita de intoxicação por monofluoroacetato de sódio, conhecido como composto 1080 e ilegalmente comercializado como raticida. O monofluoroacetato de sódio é um derivado do ácido monofluoroacético e age no organismo dos mamiferos bloqueando o ciclo de Krebs, que pode levar à parada da respiração celular oxidativa e ao acúmulo de amônia na circulação.
monofluoroacetato de sódio Disponível em: httpl/www1 .folha.uol.com.br. Acesso em: 5 ago. 201 O(adaptado).
O monofluoroacetato de sódio pode ser obtido pela:
a) desidratação do ácido monofluoroacético, com liberação de água. b) hidrólise do ácido monofluoroacético, sem formação de água. c) perda de íons hidroxila do ácido monofluoroacético, com liberação de hidróxido de sódio. @ neutralização do ácido monofluoroacético usando hidróxido de sódio, com liberação de água. e) substituição dos íons hidrogênio por sódio na estrutura do ácido monofluoroacético, sem formação de ' agua
8. Dê o nome oficial, segundo o sistema da fUPAC, para cada um dos compostos representados a seguir.
9. (UFG-GO) O quadro, a seguir, reproduz algumas informações do rótulo de um desinfetante de uso geral: MODO DE USAR: Puro: como desinfetante de vasos sanitários, latas de lixo. Diluído: na limpeza de pisos, banheiros, azulejos. Use duas colheres de sopa por litro de água. COMPOSIÇÃO: tensoativos catiônicos, solvente e corantes. Componente ativo: cloreto de alquildirnetilbenzilamônio e cloreto de dialguildimetilamônio. Analisando-se essas informações e considerando-se os conhecimentos da Química, esse desinfetante: 1. ~ no "MODO DE USAR: Puro" é urna mistura.
2. ~ no "MODO DE USAR: Diluído" não contém íons. 3. ~ no "MODO DE USAR: Diluído" contém amesma quantidade do "Componente ativo" por litro de água que a quantidade existente em duas colheres de sopa. 4. ~ temos nomes de seus componentes ativos escritos segundo as regras da IUPAC.
10. (PUC-RJ) Na transesterificação representada a seguir, 1 mol da substância 1 reage com 1 mol de etanol, na presença de um catalisador (cat), gerando 1 rnol do produto Ill e 1 rnol do produto IV.
~o + o-
1;º a) H - C \
etanol li
o - Na+
cat
Ili
+ IV álcool
Considerando-se os reagentes, o produto IIl e o produto IV (que pertence à função orgânica álcool), responda ao que se pede. a) Represente a estrutura do produto III utilizando notação em bastão. b) Dê o nome do produto IV, segundo as regras de nomenclatura da IUPAC. c) Escreva a fórmula molecular da substância I.
o d)
e)
o
\--
o
// cc -o/ \ o-
Ca2 +
11. Os ésteres possuem muitas aplicações na indústria química. Além do seu uso como essências em perfumes, eles são importantes na produção de lipídios, sabão, biodiesel, entre outros. Cite quais são as diferenças entre a reação de esterificação para a produção de ésteres usados corno essências e para a produção de lipídios. Outras reações orgânicas
149
A sacolinha plástica comum é um produto derivado do petróleo, mais especificamente da naha. A nafta, após ser separada das demais f rações do petróleo, é decomposta em vários monômeros, entre eles o eteno, que, por sua vez, é polimerizado em polietileno, composto utilizado para produzir os f ilmes plásticos que dão origem às sacolas. As sacolas plást icas surgiram na década de 1950 como alternativa às embalagens de papel e se popularizaram de tal forma que hoje o descarte incorreto delas é considerado por muitos um grande problema ambiental, pois, uma vez no ambiente, podem demorar centenas de anos para se degradar, além de poluir rios e oceanos. Atualmente, existem várias ações para diminuir os impactos ambientais desse produto. Algumas cidades estão proibindo o seu uso e/ou incentivando sua substituição por outros tipos de sacolas, como as oxibiodegradáveis, as biodegradáveis e as chamadas ecobags. 1. Faça uma pesquisa sobre a origem e as diferenças entre as sacolas plásticas comuns, biodegradáveis e oxibiodegradáveis. Qual delas você considera mais adequada para minimizar os impactos ambientais? 2. As ecobags são sacolas mais resistentes que podem ser reutilizadas inúmeras vezes. No entanto, muitas pessoas as utilizam como acessório, comprando várias e descartando-as da mesma forma que as sacolinhas de polietileno. Discuta com os seus colegas sobre o motivo de esses materiais serem de difícil degradação e quais ações seriam mais adequadas para diminuir os impactos gerados pelas sacolas plásticas.
I
-
-
..
-
,\
Sacos plรกsticos presos em รกrvore.
\
151
-
A origem dos polímeros Monômero: dos radicais gregos mono ("uma") e mero ("parte"). Polímero: dos radicais gregos poly ("muito") e mero ("parte").
Cinema Parad iso. Dir.: Giuseppe Tornatore. Itália/ França: Columbia Pictures do Brasil, 1988. 1 DVD (155 m in). Títu lo original: Nuovo Cinema Paradiso.
Os polímeros naturais como madeira, couro, algodão, fibras vegetais, lã e proteínas animais são utilizados pelo ser humano há milhares de anos. Inspirados nas moléculas naturais e visando suprir novas necessidades, foram desenvolvidos os polímeros semissintéticos ou artificiais, ou seja, polímeros naturais modificados em laboratório. Um dos primeiros a serem produzidos, por volta de 1885, foi o nitrato de celulose, que podia ser esticado em longas tiras e era empregado, entre outras coisas, na fabricação de resinas para revestir escadas de madeira e na produção de películas de filmes. Apesar de toda a revolução causada pela tecnologia digital, há ainda cineastas que preferem usar as películas de filmes. Esse material é altamente inflamável, o que acarreta risco de incêndio. O primeiro polímero totalmente sintético foi obtido em 1907 por meio da reação do fenol com o formaldeído, formando um produto chamado baquelite ou polifenol. O polifenol é utilizado na produção de aparelhos elétricos para gravação fonográfica, cabos de panelas de pressão e interruptores elétricos. A estrutura química desse polímero foi compreendida apenas por volta de 1920. Os polímeros são resultantes da ligação de moléculas pequenas, umas às outras, numa cadeia. As pequenas moléculas individuais são chamadas de monômeros, e as cadeias e redes formadas por elas são denominadas polímeros. Os polímeros são, portanto, macromoléculas de alta massa molar formadas por unidades de moléculas menores, chamadas monômeros ou simplesmente meros.
Salvatore é um diretor de cinema maduro que é surpreendido pela noticia da morte de A lfredo. o antigo projetista do cinema Para diso. Depois de 30 anos ausente, ele retorna à sua cidade natal para o funeral de Alfredo, ao mesmo tempo que relembra toda a sua trajetória, desde os primeiros contatos com os f ilmes até seu romance com uma jovem de quem nunca mais ouviu falar. Em uma das cenas é mostrado um incêndio que ocorre no cinema, provocado pela queima de f ilmes de nitrocelulose.
Figura 1. As películas de nitrocelulose são muito inflamáveis. Após um incêndio em um cinema em Paris, em 1897, as cabines de projeção passaram a ter revestimento de estanho para conter possíveis incêndios.
152
Capítulo 7
~ Classificação dos polímeros Os polímeros podem ser agrupados de acordo com três categorias: origem, fusibilidade e método de obtenção. No que diz respeito à origem, chamamos um polímero de natural quando o encontramos na natureza. O amido e a celulose são exemplos. Os polímeros semissintéticos são encontrados na natureza, mas têm pelo menos uma de suas propriedades alterada em laboratório. Por exemplo, a borracha extraída da seringueira é um polímero natural. Porém, como apresenta baixa resistência, ela é submetida ao processo de vulcanização (que será abordado mais adiante neste capítulo) para que algumas de suas propriedades sejam melhoradas, tornando-se um polímero semissintético. Já os sintéticos são aqueles que não existem na natureza e são produzidos apenas em laboratórios. Os plásticos são exemplos.
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Figura 2. Campo de algodão e fábrica antiga de borracha. O algodão é um polímero natural; a borracha natural, quando vulcanizada em fábricas, é exemplo de polímero semissintético.
Em relação à fusibilidade, os polímeros são classificados em termoplásticos ou termofixos. Polímeros termoplásticos mudam de estado físico ao serem aquecidos. O polietilenotereftalato (PET) - usado na fabricação de garrafas, por exemplo - funde ao ser aquecido e é, portanto, um polímero termoplástico. Polímeros termofixos (também chamados de termorrígidos) não sofrem fusão quando são aquecidos. A baquelite (utilizada na fabricação de cabos de panela, por exemplo) faz parte da classe dos termofixos. Quanto ao método de obtenção, temos os polímeros de adição e os de condensação. Neste capítulo, estudaremos essas duas classes. Em resumo, temos:
Quanto à origem
Classificação dos polímeros
rNatural
~
l
Semissintético Sintético
Figura 3. A baquelite, que compõe o material de revestimento do bocal de lâmpadas, é um polímero termofixo.
Quanto à fusibilidade {Termoplástico Termofixo
Quanto ao método Adição de obtenção { Condensação
Polímeros
153
Polímeros de adição Na polimerização por adição, como o próprio nome expressa, ocorrem reações de adição entre os monômeros. Nas reações de adição, todos os átomos dos reagentes aparecem no produto. Assim, na polimerização por adição , várias moléculas (monômeros) se tornam uma (polímero) sem que haja a formação de outros produtos.
~ Polietileno (PE) Na formação do polietileno, a dupla ligação de cada uma das moléculas de etileno (eteno) é rompida, formando uma ligação covalente entre os carbonos de moléculas vizinhas. Dessa reação resulta uma macromolécula denominada polímero de eteno ou etileno (ou polietileno). Normalmente, representamos esse processo da seguinte forma:
H H \ / n C=C / \ H H
Figura 4. Os filmes plásticos utilizados para proteger alimentos e alguns tipos de embalagens e garrafas são feitos de polietileno. um material de grande importância industrial.
H H 1 1 C-C
catalisador .6, p
~ ~
etileno
n
polietileno
Para a obtenção do polietileno foram necessários anos de pesquisas e a contribuição de vários cientistas para que as condições adequadas (pressão, catalisador e temperatura) fossem estabelecidas.
~ Policloreto de vinila (PVC) O policloreto de vinila (PVC) é muito usado em nosso cotidiano - tubulações, mangueiras e coberturas plásticas são feitas de PVC . A produção desse polímero envolve reação de adição entre moléculas de clo roeteno, também chamadas de cloreto de vinila. Esse polímero é um material duro, de estrutura molecular bastante regular e quebradiço, mas pode ser amolecido pela adição de certas substâncias (adit ivos), denominadas plastificantes.
O processo de polimerização ocorre na presença de catalisadores (como os peróxidos) de acordo com a reação geral representada a seguir.
H H
Figura 5. Diversos tubos e conexões são feitos de policloreto de vinila (PVC).
catalisador
ó,P
1
C-C 1
H cloroeteno ou cloreto de vinila
1 1
ce n
policloroetileno ou policloreto de vinila (PVC)
Por ser um material de grande aplicação no cotidiano, o alto volume de descarte de objetos feitos de PVC faz com que haja uma g rande quantidade desse material nos aterros sanitários municipais. Um fato preocupante é que o PVC é um polímero de baixa estabilidade térm ica, ou seja, à temperatura de aproximadamente 130 º C ele é degradado, liberando ácido clo rídri co, substância que, se descartada incorretamente, pode causar sérios danos ao meio ambiente.
154
Capítulo 7
~ Polipropileno {PP) Muitos polímeros são variações do polietileno, diferindo apenas por ter um ou mais átomos de hidrogênio do monômero substituídos por outros átomos ou grupos (o PVC também pode ser considerado uma variação do polietileno). A molécula de propileno possui um grupo - CH 3 substituindo um dos hidrogênios da molécula de etileno. Esse composto é obtido no craqueamento de hidrocarbonetos e pode ser polimerizado para formar longas moléculas, nas quais grupos - CH 3 estão ligados a átomos de carbono alternados em uma cadeia semelhante à do polietileno. A seguir, temos a reação geral de formação do polipropileno. H
/
\
n
H H+ i.\, p
( = (
\
/
H
H
H
1
1
C- C H
CH 3
Figura 6. Cadeiras e mesas plásticas podem ser feitas de polipropileno (PP).
1
1
CH n
propeno
polipropileno (ou PP)
~ Poliestireno {PS) O poliestireno é utilizado para produzir utensílios domésticos, como copos, pratos e outros vasilhames descartáveis, embalagens, isolantes térmicos e espumas. Esse polímero é obtido mediante reação entre monõmeros chamados de vinilbenzeno, fenileteno ou estireno. A reação de polimerização está representada a seguir. H n
/
\
H catai isa dor
( = (
\
ó
H
H
1
1
ij
C-C
~ -~ Ê~
ó~
i.\, p
H
vinilbenzeno ou estireno
poliestireno (ou PS)
:S .. ~fi
oi
n
Por causa das interações entre os anéis benzênicos e do fato de esses grupos volumosos obstruírem o movimento relativo das cadeias, o poliestireno é menos flexível que o polietileno. É possível, entretanto - como no caso do PVC - , torná-lo mais flexível mediante incorporação de aditivos denominados plastificantes. Quando o poliestireno é tratado com agentes expansores, como o pentano, é obtido um produto chamado de poliestireno expandido (EPS, do inglês expanded polystyrene). O produto da expansão pode ser formado por até 98 º/o de ar em sua composição. Esse material tem inúmeras aplicações, sendo bastante empregado na confecção de embalagens isolantes térmicas.
"'"'
Figura 7. Diversos objetos de uso cotidiano são feitos de poliestireno (PS), como isolantes térmicos, copos e talheres descartáveis.
Água -régia: mistura de ácidos nítrico e clorídrico concentrados.
~ Politetrafluoroetileno {PTFE) O politetrafluoroetileno (PTFE) é muito usado no revestimento de vasilhames de cozinha por causa de sua propriedade antiaderente. Como apresenta baixa reatividade mesmo a altas temperaturas, é bastante seguro seu uso no revestimento em panelas. Trata-se de um plástico bastante resistente a agentes químicos altamente corrosivos, como a água-régia.
F \
/
catalisador
n C=C /
F
\
F F
F i.\,
F
tetrafluoroeteno
p
1
1
1
1
C-C
F F
n
politetrafluoroetileno ou politetrafluoreteno (ou PTFE)
Figura 8. Panela com revestimento de PTFE. Polímeros
155
~ Pol i-isopreno (IR)
A palavra rubber (borracha, em inglês) foi cunhada em 1770 pelo químico inglês Joseph Priest ley ao descobrir que um pedacinho dessa substância apagava (rub out) t raços feitos a lápis de modo mais eficiente que o pão úmido, ma terial utilizado na época.
Em 1839, Charles Goodyear produziu, pela primeira vez, uma borracha com propriedades de alta resistência e elasticidade a partir da borracha extraída de seringueira (Hevea brasiliensis). Esse processo de produção ficou conhecido como vulcanização (de Vulcano, deus do fogo na mitologia romana). A borracha natural (poli-isopreno, cuja sigla, IR, vem do inglês isoprene rubber) é um polímero do 2-metil-buta-1,3-dieno (isopreno) e se forma segundo a seguinte reação: H3C \
catalisador
t., p
/
/
H
C= C \
CH 2 H2 C
n
borracha natural (poli-isopreno)
isopreno
A borracha também é conhecida como elastômero. Elastômeros são materiais macromoleculares que recuperam rapidamente sua forma e dimensões iniciais após a aplicação de uma tensão ser interrompida. A vulcanização consiste em uma reação entre borracha natural (poli-isopreno) e enxofre na presença de um catalisador apropriado.
+
s enxofre
catalisador
t., p
n borracha natural (poli-isopreno)
Figura 9. Seringueira, Hevea brasiliensis, em Neves Paulista, SP. 2014.
n borracha semissintética ou vulcanizada
Os átomos de enxofre permitem que as cadeias poliméricas sejam interligadas. Isso altera significativamente as propriedades físicas da borracha, aumentando sua resistência e elasticidade, o que amplia suas aplicações. t interessante frisar que nem todas as ligações duplas do poli-isopren o são rompidas no processo de vulcanização. A necessidade de um material de baixo custo e de grande disponibilidade levou os cientistas, no final do século XIX, a buscar formas alternativas de produção de borracha. Dessa busca resultou a borracha sintética . Professor, se achar que convém, chame atenção para o fato de que Sna equação da reação de vulcanização não representa um àtomo do elemento enxofre. Trata-se, neste caso, de uma representação simplifrcada para uma reação que tem o enxofre como um dos reagentes, por isso a equação não está balanceada.
A invenção da borracha sintética [... ]
Para imitar o produto natural da Hevea brasiliensis, os cientistas se propuseram a reproduzir o poli-isopreno em laboratório - e quase que invariavelmente fracassaram. Fartos de isopreno, o substituíram pelo butadieno (C4 H6} na esperança de finalmente conseguirem criar um polimero sintético similar à borracha. Foi assim que, em 1910, em São Petersburgo, o químico russo Sergey Lebedev (1874-1934) criou o polibutadieno, utilizando etanol para que o butadieno e o sódio dessem início à polimerização. Estava criada a borracha artificial. Na década de
156
Capítulo 7
1940, a União Soviética se tornou o maior produtor mundial de borracha sintética. A descoberta do polibutadieno, conhecido hoje como borracha de butadieno (BR), desencadeou a indústria da borracha sintética. Outras borrachas sintéticas se seguiram: a borracha de butadienoestireno (SER), na década de 1930, e a borracha de silicone (SR), na década de 1940. No fim da década de 1960, a borracha sintética levou ao declínio da borracha natural e hoje a supera tanto em produção quanto em usos.[ ...] CHALlONER, J. 1001 invenções que mudaram o mundo. Trad. Carolina AIfaro, Pedro Jorgensen, Paulo Polzonoff Jr. Rio de Janeiro: Sextante, 201 O. p. 551.
Contexto histórico Os promotores da borracha [... 1 Por volta de 1834, logo depois que a primeira febre da borracha arrefeceu, o inventor e empresário norte-americano Charles Goodyear deu inicio a uma série de experimentos que desencadearam uma nova e muito mais prolongada febre da borracha no mundo inteiro. (...) Ocorreu-lhe a ideia de que misturando um pó seco com a borracha seria possível absorver o excesso de umidade que a tomava tão pegajosa quando fazia calor. Seguindo essa linha de raciocinio, Goodyear tentou misturar várias substâncias com borracha natural. Nada funcionava. Todas as vezes que lhe parecia ter encontrado a fórmula certa, o verão provava que se enganara. (...) Charles Goodyear demonstrando o processo de vulcanização, 1839. Uma linha de experimentação, contudo, pareceu realmente oferecer esperança. Quando tratada com e viscosa que se formou. Agora tinha certeza de que ácido nitrico, a borracha se transformava num material enxofre e calor transformavam a borracha da maneira aparentemente compacto e macio; tudo que Goodyear que tentava descobrir havia muito; não sabia, porém, queria era que permanecesse assim, a despeito das flu- quanto enxofre nem quanto calor eram necessários. tuações de temperatura. Mais uma vez, arranjou finan- Com a cozinha da família servindo de laboratório, Goociadores, e estes conseguiram firmar um contrato com o dyear levou adiante seus experimentos. Amostras de governo para o fornecimento de malas postais emborra- borracha impregnadas de enxofre foram prensadas chadas. Dessa vez Goodyear estava certo de que teria entre ferros quentes, assadas no forno, tostadas sobre sucesso. Quando as malas postais ficaram prontas, ele o fogo, defumadas sobre a chaleira e enterradas sob as guardou num cômodo, trancou a porta e viajou com areia aquecida. a familia para as férias de verão. Ao voltar, viu que as A perseverança de Goodyear finalmente foi recompenmalas haviam derretido e se transformado na conhecida sada. Após cinco anos, ele finalmente descobriu um proinutilidade informe. cesso que produzia resultados uniformes: uma borracha A grande descoberta de Goodyear aconteceu no in- permanentemente rija, elástica e estável, no inverno ou no verno de 1839, depois que ele fizera experiências com verão.( ...) enxofre em pó como agente secante. Acidentalmen1...1 te, deixou cair um pouco de borracha misturada com LE COUTEUR, P.; BURRESON, J. Os botões de Napoleão: as 17 moléculas enxofre sobre um fogão quente. Sabe-se lá como, foi que mudaram a história. Trad. Maria Luiza X. de A. Borges. Rio de Janeiro: Zahar, 2006.p.137·138. capaz de reconhecer potencial na massa carbonizada
Atividades
Escreva no caderno
1. Ao enviar uma amostra de sua borracha recém-for-
2. Na tentativa de aprimorar as propriedades térmicas
mulada para a Grã-Bretanha, Goodyear possibilitou que Thomas Hancock, um inglês especialista em borracha, percebesse vestígios de enxofre em pó em uma das amostras e deduzisse o processo de vulcanização. Quando finalmente solicitou a patente bri-
da borracha, o texto nos revela que Goodyear adicionou à borracha um pó seco na expectativa de que esse absorvesse o excesso de umidade da borracha e evitasse seu amolecimento. A umidade era a responsável pelo amolecimento da borracha?
tânica, Hancockjá havia requerido os direitos sobre um processo quase idêntico. Recusando uma oferta de metade da patente de Hancock se desistisse de sua reivindicação, Goodyear entrou com uma ação legal e perdeu. Discuta com seus colegas as atitudes dos dois cientistas. Você considera que Hancock teve uma atitude ética? Converse com seu professor de filosofia sobre o tema da ética.
3. Sabendo que, quanto maior a temperatura de amo-
lecimento e o ponto de fusão de um polímero, mais resistente esse polímero se toma às alterações de temperatura e que átomos de enxofre podem ser incorporados a cadeias poliméricas por meio de aquecimento, explique por que o contato da borracha com o fogão tornou-a resistente às alterações de temperatura.
Polímeros
157
1. A seguir, temos três monômeros de adição utilizados na produção de plásticos e de outros polímeros. Com base nesses monômeros, estabeleça a reação de polimerização, identificando o nome e a sigla do polímero formado. a) Eteno ou etileno. b) Cloroeteno. c) Propeno. 2. O vinilbenzeno é matéria-prima para produção de polímeros utilizados em copos, pratos e outros vasilhames descartáveis, embalagens, isolantes térmicos e espumas. Represente a reação de polimerização do vinilbenzeno. 3. (Unicamp-SP) Marcas Esmaecidas - Gel feito de látex
natural é a mais recente promessa para combater rugas. Um teste preliminar realizado com 60 mulheres
de idade próxima a 50 anos indicou uma redução de 80o/o das rugas na região da testa e dos olhos, após quase um mês de uso diário de um gel antirrugas feito de látex da seringueira. Esses dados são parte de uma reportagem sobre farmacologia, divulgada pela
Revista n. 157. a) O látex natural, a que se refere o texto, é uma dispersão coloidal de partículas de polímeros que, após coagulação, leva à formação da borracha natural. A partir da estrutura dos monômeros fornecidos, represente dois polímeros do látex, usando 4 monômeros em cada representação.
b) Calcule a massa molar (g · mol- 1) de um látex cuja cadeia polimérica, para efeito de cálculo, é constituída por 10 000 unidades do monômero.
Atenção
Componentes sólidos recicláveis devem ser descartados adequadameote ou, quando possivel, guardados para reutilização no laboratório.
Objetivo
• Analisar as características conferidas pelo uso de aditivos em polímeros e investigar a influência das interações intermoleculares sobre as propriedades desses compostos.
Materiais • • • • • •
2 béqueres de 500 mL bastão de vidro pote de plástico colheres de sopa e de café saco plástico com lacre luvas de látex (opcional)
• cola branca líquida à base de poliacetato de vinila (PVAc) • borato de sódio (bórax) • amido de milho , • agua • corante alimentício líquido ou em pasta (opcional)
Procedimentos a) Prepare duas soluções diferentes utilizando os béqueres. 1. Solução de poliacetato de vinila
2. Solução de borato
• 3 colheres de sopa de cola branca à base de PVAc
• 2 colheres de sopa de borato de sódio
• 3 colheres de sopa de água
• algumas gotas de corante (opcional)
• 250 mL de água
b)Misture cada uma das soluções utilizando o bastão de vidro, tomando o cuidado de não utilizar o mesmo bastão para ambas sem lavá-lo antes. c) Num saco plástico com lacre, adicione, à sua escolha, de 3 a 6 colheres de sopa da solução de poliacetato de vinila e de 1 a 3 colheres de sopa da solução de borato, selando o lacre do saco plástico em seguida. Aguarde entre 10 e 15 segundos e misture o material com suas mãos pelo lado de fora do plástico. Observe as mudanças nas propriedades físicas do material conforme o conteúdo é misturado.
158 Capítulo 7
d)Depois de misturar por alguns minutos, tome nota das propriedades físicas do material - descreva alguns aspectos como flexibilidade, tenacidade, viscosidade, maleabilidade e ductibilidade. e) Em um pote pequeno de plástico, adicione 1 colher de sopa de cola branca líquida, 1 colher de sopa de amido de milho, 1 colher de sopa de água e 1 colher de café de borato de sódio. Aguarde alguns segundos e comece a misturar os ingredientes. f) Quando a mistura se tornar mais rígida, remova-a do pote plástico utilizando a colher e comece a moldar com as mãos uma pequena bola. Maneje e molde por cerca de cinco minutos e tome nota das propriedades físicas do material ao final do experimento.
Para conduir
Escreva no caderno
A organização dos polímeros em solução depende da intensidade da interação entre o solvente e o polímero. A maioria dos polímeros se apresenta, quando dissolvida, na forma de um novelo. Quando o solvente interage intensamente com o polímero, o novelo se desenrola para aumentar a área em contato com o solvente, e a viscosidade da solução aumenta. No caso contrário, o polímero se enrola ainda mais para reduzir o contato com o solvente, e a viscosidade da solução diminui. Um pequeno fragmento da estrutura do PVAc, ou poliacetato de vinila, está reproduzido a seguir.
H3 C
\ ;C = O
o, C--0
/ HC 3
O
\ CH - CH \ CH - CH / \ CH - CH/ \ CH / / o o \ C - CH \ C2
2
2
//
3
o
n
CH
//
3
o
De posse das informações fornecidas e da representação do polímero, responda: 1. A água interage intensamente com esse polímero? Qual a propriedade visível que justifica sua resposta?
2. No experimento, foi adicionado borato à solução de PVAc. A estrutura do borato depende de alguns fatores do meio, mas simplificadamente podemos considerar que, nesse experimento, ele assume a estruutra a seguir: OH
e HO__-/B~ OH HO
Quais foram as principais alterações nas propriedades físicas que você observou quando o borato foi adicionado?
3. Um aluno do Ensino Médio levantou três hipóteses acerca da ação do borato na solução de PVAc. Julgue cada uma delas e justifique sua resposta. I. O borato interage muito intensamente com a cadeia de PVAc.
II. A interação entre o borato e o polímero se dá por interações do tipo dipolo induzido. III. Uma mesma unidade de borato pode interagir com várias cadeias de PVAc ao mesmo tempo. 4. No experimento de moldagem (procedimentos e e f), realizado com menos água e mais borato, foi possível observar a mesma alteração nas propriedades físicas? Qual a função do amido nesse experimento?
Polímeros
159
Copolímeros Até o momento, estudamos alguns dos polímeros obtidos por adição de monômeros iguais. Esse tipo de polímero é denominado homopolímero, pois é constituído por unidades idênticas, com exceção, evidentemente, das unidades que se encontram nas extremidades da macromolécula. A seguir veremos alguns exemplos de polímeros obtidos a partir de monômeros diferentes, ou seja,
copolímeros.
©
catalisador
n HC = CH + n H e = CH - CH = CH 2
vinil benzeno
2
2
©
HC - CH - CH - CH = CH - CH 2
e== N
2
2
n
but-1,3-dieno
n HC = CH + n HC = CH - CH = CH 2 2 1 2 propenonitrilo
6, p
BuNa-S
catalisador 6,
p
H C - CH - CH - CH = CH - CH 2
1
2
C= N but-1,3-dieno
2
n BuNa-N
Alguns copolímeros recebem denominação especial, caso de BuNa-N e BuNa-S. Essas siglas são comercialmente conhecidas e vêm das iniciais dos nomes dos monômeros ut ilizados, além do catalisador. Por exemplo, na copolimerização do propenonitrilo com o but-1,3-dieno, obtém-se o BuNa-N; na copolimerização do estireno (vinilbenzeno) com o but-1,3-dieno, obtém-se o BuNa-S . Essas siglas derivam do inglês e significam : Bu = but-1 ,3-dieno Na = catalisador metálico (sódio) N
=
nitrilo
S = estireno, que em inglês se escreve styrene Os copolímeros não são formados com uma alternância regular entre os monômeros. Apesar de a representação ser feita para mostrar como se ligam os dois monômeros existentes na mistura reacional, na cadeia polimérica a ligação entre os dois monômeros não é regularmente alternada. Assim, por exemplo, na f ormação do BuNa-N, moléculas de propenonitrilo podem se ligar a outras moléculas de proprenonitrilo ou a but-1 ,3-dieno. O mesmo pode acontecer com o but-1,3-dieno na formação do polímero. Nas indústrias, os polímeros e/ou copolímeros podem ser misturados, obtendo-se blendas poliméricas. Quando miscíveis, as propriedades das blendas derivam das propriedades dos polímeros individuais. De acordo com a apl icação, são preparadas diferent es blendas, de composiçôes distintas, resultando em polímeros com propriedades físico-químicas variadas.
160
Capítulo 7
Polímeros de condensação ~
Os polímeros de condensação podem ser copolímeros ou homopolímeros, cuja reação de formação envolve a eliminação de uma molécula pequena, em geral, água ou ácido clorídrico.
~ Poliéster Os poliésteres são aplicados na fabricação de linhas de pesca, fibras têxteis, garrafas plásticas, entre outros. O poliéster mais utilizado é o polietilenotereftalato. w
~1 1 1
•
1
1
Figura 10. Alguns dos fios de tecidos que utilizamos diariamente são poliêsteres.
~ Polietilenotereftalato (PET) O polietilenotereftalato (PET) é obtido por meio da reação entre o etan-1,2-diol (etilenoglicol) e o ácido tereftálico. Apresenta grande versatilidade de uso, baixo custo de processamento, resistência térmica, química e mecânica. Também possui boa transparência e brilho.
\co~ c/
o H0
1
o
\ OH HO - CH 2 CH 2 - OH
ácido tereftâlico (ou 1,4-benzenodicarboxílico)
etan-1,2-diol (etilenoglicol)
n polietilenotereftalato (PET)
Por causa de suas propriedades, o PET é um polímero de amplo uso no cotidiano, sendo uma das suas aplicações mais conhecidas a confecção de embalagens de refrigerantes, águas e sucos.
-
Figura 11. O PET ê utilizado na confecção de muitos materiais, entre eles as garrafas de bebidas.
Polímeros
161
~
~ Poliamidas
,,if1 i j
As longas cadeias das poliamidas podem ser dispostas em fios ou moldadas 1 em estruturas de grande resistência mecânica. As ligações de hidrogênio que -~ se formam entre os grupos amina e a carbonila de cadeias diferentes garantem ::; resistência à tração. As poliamidas têm recebido muita atenção no cenário industrial. Vejamos alguns exemplos. ~
~ Náilon-66 A reação entre o ácido hexanodioico e a hexan-1,6-diamina resulta no polímero chamado náilon. O mais conhecido chama-se náilon-66, por causa do número de átomos de carbono em cada um dos monômeros, 6 no ácido hexanodioico e 6 na hexan-1,6-diamina.
o
~ /
o
o
//
C - (C H ) - C 2 4
HO
\
+
OH ácido hexanodioico
H - N - (CH ) - N - H 1
26
H
1
catalisador 6, p
li
Figura 12. O náilon é usado em telas de proteção, obrigatórias em construções de edifícios.
o
e-
li (CH) - ( - N - (CH) - N 2 4
H
1
H
hexan-1,6-diamina
2 6
1
H
+ n H20
n
náilon-66
Os náilons apresentam alta resistência à abrasão (desgaste por fricção) e ao ataque de agentes químicos. Moldáveis e bastante fortes, são utilizados na produção de embalagens. fibras têxteis, fios de pesca, tapetes, meias, cerdas de escovas, entre outros materiais.
~ Aramida A aramida é obtida a partir do ácido tereftálico e do 1,4-diaminobenzeno.
catalisador 6, p
ácido tereftálico (ou 1.4-benzenodicarboxílico)
1,4-diaminobenieno (ou p-fenilenodiamina) aram ida
As fibras de aramida apresentam grande resistência ao impacto, inclusive ao impacto de artefatos bélicos, sendo usadas na produção industrial de coletes à prova de balas. Esse polímero é também um excelente isolante térmico. Estudos experimentais mostram que essa poliamida é capaz de suportar temperaturas de até 1 000 ºC por 8 segundos sem entrar em combustão.
Figura 13. Luvas isolantes e coletes à prova de balas sáo feitos de fibras de aramida.
162
Capítulo 7
I> Resina ureia-formaldeído Os polímeros de revestimento, como os impermeabilizantes, garantem maior durabilidade a diversos materiais de uso diário. A resina ureia-formaldeído é utilizada para revestimento de pisos de madeira. A reação de sua produção pode ser representada da seguinte forma: forma ldeido
o li e / \
H - N
o li e I \
H H \ I
N- H
1
e li o
H- N
1
o li e I \
catalisador
N-
1
H
.6., p
1
H H
H H
ureia
ureia
o 11 e I \
N
N - CH - N
N
1
1
1
2
1
n resina
~ Baquelite O formaldeído (metanal) pode reagir também com o fenol para produzir uma estrutura polimérica denominada baquelite. A reação de polimerização ocorre em várias etapas. O resultado é um produto cuja estrutura apresenta muitos anéis interligados por meio de grupos metilenos. De forma resumida, a reação de polimerização pode ser representada da seguinte maneira:
formaldeído
H OH H O
H
2
OH H
~ H H~ /~\
hidroxibenzeno (fenol)
OH
OH
o
o
- CH OH
hidroxibenzeno (fenol)
catalisador .6., p
o
OH
CH 2 ! I CH 2
Ü
CH 2 - CH2 OH OH
baquelite (fragmento de estrutura tridimensional)
Atualmente a baquelite é utilizada para isolamento de fios, em peças de carro, bolas de bilhar, cabos e alças de panelas etc.
• •• • • • ••
-.--•.. .- ••-• •• • 1
1
'1
• 1
1 1 1
•
•
1
• '1 ' • •• • • • •• '
• •
•
1
• • •• •
Figura 14. Bolas de bilhar e peças de dominó são materiais produzidos a partir do polímero baquelite.
• • • ~ • ••
Polímeros
163
•
• •
~ Silicone ;,-
Os silicones consistem em cadeias longas que resultam da polimerização do & dimet ilsilioxano. :.:
!
CH 3
CH 3 1
1
HO - Si -
OH
1
HO - Si - OH
catalisador .1, p
1
CH 3 dimetilsilioxano
CH 3
CH 3
CH 3
1
1
Si - 0 - Si 1
1
CH 3
CH 3 n
ti
+
n H2 0
dimetilsilioxano
Apesar de esse polímero não apresentar carbono como elemento principal, ele possui grande importância no cenário industrial. O silicone é usado, por exemplo, na fabricação de tecidos à prova de água, na produção de colas quentes e aparelhos ortodônticos, em procedimentos cirúrgicos e estéticos, em materiais de uso culinário, entre outras aplicações.
Figura 15. O silicone é utilizado para vedar pias.
Reciclagem de plásticos
-
Os polímeros mais conhecidos são os plásticos, que estão presentes em diversos objetos de nosso cotidiano: nas sacolas de supermercados, nos carros, nos copos descartáveis, nas cadeiras escolares, nas garrafas de bebidas gaseificadas, entre muitos outros. A quantidade de objetos plásticos é tão grande que a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) passou a padronizar os tipos de plásticos por meio de números específicos. O número deve ser escrito dentro de um triângulo, que simboliza que o material pode ser reciclado. Normalmente, esse triângulo é impresso em alto relevo e encontrado no fundo do recipiente. As embalagens PET são ident ificadas pelo número 1; as de PVC, pelo número 3; e as de polipropileno (PP), pelo número 5.
Polietilenotereftalato Garrafas de água, sucos e bebidas carbonatad as, filmes para ra d iografias, entre outros.
Polipropileno Potes de margarina, dobradiças, autopeças, tampas de frascos, entre outros.
Polietileno de alta densidade Frascos de iogurte, suco e leite, produtos de limpeza, entre outros.
Poliestireno Pratos e copos descartáveis, brinquedos, produtos de escritório, entre outros.
Policloreto de vinila Embalagem de alimentos e medicamentos, tubos e conexões usados em construção civil, entre outros.
Outros Mamadeiras, lentes de óculos, para-choques de carro, maçanetas, entre outros.
Polietileno de baixa densidade Embalagens flexíveis de arroz e açúcar, entre outros. Basicamente, existem quatro t ipos de reciclagem de plásticos: primária, secundária, terciária e quaternária. A primária é muito utilizada nas indústrias de produção e consiste no reaproveitamento de aparas e de outras peças que seriam descartadas pelo controle
164
Capítulo 7
.."...
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de qualidade da indústria. Já a secundá ria é normalmente feita pelos catadores ou então na própria indústria de reciclagem. Depois de separados adequadamente, transformam-se os resíduos plásticos em pequenos grânulos, que são reutilizados na produção de materiais como pisos, mangueiras, sacos de lixo, lonas, fibras, componentes de carros, entre outros. A te rciária consiste no reprocessamento do plástico já utilizado. A técnica permite transformar o polímero em monômeros que poderão ser utilizados como matéria-prima nas refinarias ou indústrias petroquímicas. Trata-se de uma técnica importante, pois possibilita a produção de plásticos novos com a mesma qualidade do original. Na quat ernária, a energia é produzida a partir da queima de resíduos plásticos. Não se trata de uma simples queima, pois o plástico é reutilizado como combustível na geração de energia elétrica. A energia cont ida em 1 kg de plástico equivale à energia contida em 1 kg de óleo combustível. Os benefícios da reciclagem são inúmeros, mas para que ela seja possível é necessário que haja a coleta seletiva de materiais, ou seja, a separação e identificação correta do que é descartado no lixo. A análise das propriedades dos polímeros também é essencial para avaliar se eles podem ser reciclados ou não. Para passarem pelo processo de reciclagem, é necessário que os plásticos sejam amolecidos e remoldados; sendo assim, materiais termorrígidos, como a baquelite, não podem ser reciclados.
1. A identificação dos polímeros é convencionada pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas):
cada tipo de plástico recebe uma numeração específica, representada dentro de um triângulo que simboliza a reciclagem do material. A seguir, apresentamos os símbolos presentes em materiais de uso cotidiano.
PVC
PEBD
PP
PS
Considerando seus conhecimentos e as informações acima, identifique cada um dos polímeros representados.
2. A reciclagem tem papel fundamental na diminuição dos impactos ambientais resultantes do acúmulo de lixo no ambiente. Para isso, é necessário realizar coleta seletiva dos diferentes materiais plásticos descartados. É importante repensar as atitudes cotidianas, levando sempre em consideração a tríade "reciclar, reduzir e reaproveitar". Existem diversas formas de reciclagem, entre elas, a reciclagem primária e a secundária. Explique como funcionam esses dois processos.
Texto comum às questões de 3 a 5. Ao nosso redor, estão presentes muitas substâncias e materiais poliméricos. Um carpete ou tapete, por exemplo, é composto de fibras de poliamida, polipropileno, além de outros polímeros. O piso de madeira
pode ser revestido de camadas de melaminaformol, um verniz. Os chinelos são feitos de PVC - policloreto de vinila - ou de acetato de vinila A maciez de um colchão é garantida por uma placa de espuma de poliuretano, revestida por um tecido de poliéster, tingido com corantes dispersos, como a antraquinona. O lençol, por sua vez, é fabricado por meio de uma reação entre etilenoglicol e ácido tereftálico. Mesmo se o lençol for lOOo/o algodão, suas fibras de celulose são tratadas com produtos químicos (hidróxido de sódio e outros) para garantir resistência e brancura. A cama, quando feita de madeira, quase sempre é revestida de verniz - resina poliuretânica ou laca nitrocelulósica. Algumas camas, porém, são fabricadas com metais fundidos, polidos com abrasivos (ácidos). Analisando os compostos descritos, faça o que se pede.
3. As fibras que compõem os tapetes e os carpetes apresentam em sua composição polímeros como polipropileno e poliamidas. Represente a reação de polimerização do hidrocarboneto. 4. Uma poliamida bastante comum em nosso cotidiano é o náilon-66. Quais são os monômeros utilizados na produção desse polímero? Represente o processo de formação do polímero por meio de uma equação quí. mica. 5. Na fabricação dos chinelos, temos o uso do PVC. Represente a unidade de repetição do PVC. Polímeros
165
Resíduos sólidos descartados inadequadamente contaminam rios, lagos e mares.
Sopão de plástico Imagine um prato de sopa à sua frente, daqueles caldos cheios de pedacinhos de legumes diferentes. Só que para cada pedaço de legume boiando há outros 6 pedaços de plástico. Você seria capaz de comer tudo sem mandar para dentro ao menos uma bolinha de plástico bolha? O albatroz e a tartaruga-marinha, que se alimentam de moluscos, medusas e algas no grande sopão dos oceanos do mundo, não conseguem. Comem os alimentos e engolem junto o lixo sólido que flutua no mar. O mais comum é morrerem de desnutrição, com o estômago que, de tão entulhado, fica incapaz de ingerir ou absorver nutrientes. A cena de uma necropsia no estômago de um albatroz mostrada num vídeo [... ] é tão contundente que já devia ter virado campanha antissaquinho de supermercado. Com o bisturi, a bióloga cutuca e tira de dentro do bicho duas mãos cheias de lixo: 5 tampinhas de garrafa, 1 caneta, 1 pedaço de tela e até 1 escova de roupa! São os chamados entulhos marinhos, pedaços de lixos sólidos levados pelas correntes desde a Antártida até a Groenlândia e que vitimaram até agora 267 espécies da fauna marinha[... ]. Em todo o mar, 60 a 80% desse lixo é plástico. E essa sopa com 6 nacos de sujeira para cada 1 de legume - quer dizer, de zooplãncton - existe de verdade num canto do planeta. Ela é feita de 3,5 milhões de toneladas de lixo sólido, que se espalha por uma área pouco maior que o estado de Minas Gerais, a meio caminho entre a Califórnia e o Havaí. É o chamado Grande Lixão do Pacífico. Não, ninguém teve a insanidade de despejar conscientemente o entulho
166
Capítulo 7
lá. Foram as próprias correntes marinhas que carregaram tudo para um tipo de redemoinho, os vórtices, onde eles ficam presos e se concentram cada vez mais. Esses vórtices existem em vários lugares dos oceanos. Mas nenhum é tão entulhado quanto o Grande Lixão. A descoberta dele [... ] pelo cientista Charles Moore, levou os ecologistas a fazer campanhas mais agressivas contra a poluição plástica, em comparação com outras grandes fontes poluidoras dos oceanos, como os vazamentos de petróleo e o despejo de esgoto e de fertilizantes. O problema do plástico é que ele não é biodegradável. [... ]. Ele só é quebrado pela luz do Sol, muito lentamente (algo como 450 anos para uma garrafinha de água), em pedaços cada vez menores, mas sempre polímeros plásticos. [... ] E, se o oceano virou um enorme lixão, a culpa não é de como ocupamos o mar, mas do que fazemos na terra. O cálculo mais aceito é que 80% da poluição dos mares é produzida no continente. Do esgoto ao sapato largado no bueiro. "O oceano fica num nível mais baixo do que qualquer lugar no planeta. O entulho plástico não vem só da costa, mas dos estados do interior, do escoamento dos rios", diz o cientista Charles Moore. "O oceano é o destino final de todo o nosso lixo." CARMELlO, C. Sopão de plástico. Superinteressante Edição Verde, dez. 2008. lixo. Disponível em: <http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/lixo/ conteudo_411180.shtml>. Acesso em: 16 mar. 2016.
Saco é um saco [...1 Todo mundo sabe que as sacolinhas de supermercados são um grande problema ambiental. Depois que o consumidor chega em casa e organiza suas compras nos devidos lugares, elas viram um amontoado de material desnecessário e de destino incerto. (...] [...] O plástico leva cerca de 400 anos para se decompor nos aterros sanitários ou nos lixões e o uso de material descartável em excesso resulta no acúmulo de lixo que vai parar nos bueiros, nos rios e nos mares, matando animais, demandando altos investimentos do governo para limpar( ...] e piorando a qualidade de vida das pessoas. São distribuídas, no mundo, entre 500 bilhões e um trilhão de sacolas plásticas por ano. Um produto que tem custo zero para o cliente, mas requer injeções de recursos para solucionar as complicações que elas causam a longo prazo. Por que as pessoas insistem, afinal de contas, em fazer uso das sacolinhas? Uma das causas, de acordo com o Ministério (do Meio Ambiente] é uma característica da sociedade brasileira: o reúso para o acondicionamento de lixo, que acontece em todas as classes sociais. Introduzidas na década de 1980, elas causaram uma revolução na coleta de lixo, principalmente para as populações de classe baixa, que não compravam - e ainda não têm o costume de comprar - sacos de lixo por causa do preço.
(...1 Muitas pessoas ainda acreditam que a solução está na reciclagem, mas como as sacolas são descartadas incorretamente, geralmente misturadas a outros resíduos,
Atividades
elas ficam contaminadas e inviabilizam o processo. Além disso, o problema do excesso persiste. São 800 sacolas por ano para cada brasileiro enquanto existem várias alternativas como as bolsas de feira, as sacolas retornáveis e os carrinhos. A ideia é recusar, sempre que possível, as sacolinhas que já se tomaram vilãs internacionais e já são encontradas até mesmo em locais considerados paraísos ecológicos. [... ] Os oxibiodegradáveis e (... ] (os bioplásticos] não resolvem por si só os problemas ambientais causados pelas sacolas plásticas descartadas como lixo ou como recipiente para o lixo. Além disso, o fato de ser biodegradável pode levar a sociedade a pensar que o material irá se decompor naturalmente, o que incentivaria odescarte irresponsável. O plástico oxibiodegradável é que, sob certas condições de luz e calor, se fragmenta e toma o manejo desses resíduos mais complexo porque ainda não foi determinado o seu impacto. Quanto à tecnologia dos bioplásticos, que podem ser biodegradáveis e compostáveis, o MMA entende que deve ser incentivada no Brasil, como já acontece em outros países. No entanto, no que diz respeito ao uso do bioplástico para a confecção de sacolas, existe uma ressalva importante: sem a implementação de uma política de coleta seletiva, de sistemas de compostagem e biodigestores, a aplicação deste material agravaria a situação dos depósitos de lixo no que diz respeito ao acúmulo de resíduos orgânicos, liberando mais gases de efeito estufa como co2 e CH4• OLIVEIRA. M. Saco eum saco. Planeta Sustentável, 22 jun. 2009. lixo. Disponível em: <http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/lixo/ conteudo_479075.shtml>. Acesso em: 16 mar. 2016.
Escreva no caderno
1. Como visto nos textos, uma das grandes vilãs res-
ponsáveis pelo acúmulo de plásticos no ambiente são as sacolas de supermercado. Quantas sacolas, em média, você e sua faID11ia usam por semana? Elas são usadas como sacos de lixo ou são descartadas? Se descartadas como lixo, elas são separadas como material reciclável?
2. Existe uma legislação brasileira específica que trata do uso de sacolinhas? Discuta com seus colegas se é
possível reduzir a quantidade utilizada ou substituí-las por outros materiais.
3. Em janeiro de 2016, o relatório do Fórum Econômico Mundial previu que se o crescimento do consumo de plástico se concretizar como as projeções apontam, até 2050 haverá mais plásticos do que peixes nos oceanos. Discuta com seus colegas quais medidas podem ser tomadas para evitar que essa previsão se torne realidade.
Polímeros
167
1. (Enem/MEC) A caixinha utilizada em embalagens como as de leite "longa vida" é chamada de "tetra brick", por ser composta de quatro camadas de diferentes materiais, incluindo alumínio e plástico, e ter a forma de um tijolo (brick, em inglês). Esse material, quando descartado, pode levar até cem anos para se decompor. Considerando os impactos ambientais, seria mais adequado: a) utilizar soda cáustica para amolecer as embalagens e só então descartá-las. @ promover a coleta seletiva, de modo a reaproveitar as embalagens para outros fins.
ser recuperada graças a tecidos "artificiais" constituídos de células de pacientes ou de doadores. O tecido deve se desenvolver sobre um suporte de biomaterial resistente, biodegradável e compatível - que permite aderência e diferenciação de células à medida que a cultura cresce. O biomaterial hidrolisa-se à proporção que as células se desenvolvem e se unem aos tecidos adjacentes. O biomaterial com essas características é um copolímero dos ácidos glicólico e láctico obtido por reações químicas que podem ser representadas, resumidamente, pela equação quimica. (BROWN e outros, 2005, p. 429-430).
o
c) aumentar a capacidade de cada embalagem, ampliando a superfície de contato com o ar para sua decompos1çao. d) constituir um aterro específico de embalagens "tetra brick", acondicionadas de forma a reduzir seu volume. e) proibir a fabricação de leite "longa vida", considerando que esse ripo de embalagem não é adequado para conservar o produto. 2. (Enem/MEC) Os plásticos, por sua versatilidade e menor custo relativo, têm seu uso cada vez mais crescente. Da produção anual brasileira de cerca de 2,5 milhões de toneladas, 40o/o destinam-se à indústria de embalagens. Entretanto, este crescente aumento de produção e consumo resulta em lixo que só se reintegra ao ciclo natural ao longo de décadas ou mesmo de séculos. Para minimizar esse problema, uma ação possível e adequada é: a) proibir a produção de plásticos e substituí-los por matena1s renovaveJS, como os metais. •
•
I
•
•
b) incinerar o lixo de modo que o gás carbônico e outros produtos resultantes da combustão voltem aos ciclos naturais. c) queimar o lixo para que os aditivos contidos na composição dos plásticos, tóxicos e não degradáveis, sejam diluídos no ar. @ estimular a produção de plásticos recicláveis para reduzir a demanda de matéria-prima não renovável e o acúmulo de lixo. e) reciclar o material para aumentar a qualidade do produto e facilitar a sua comercialização em larga escala. 3. (UFBA) A perda extensiva da pele de indivíduos portadores de queimaduras ou de úlceras de pele pode
168
Capítulo 7
li
+ nHOCHCOH 1
CH3
o li
o li
o
o
11
11
-OCH 2CO-(?HCOCH 2CO-t0 ~HC- + (n+ l)8i0 CH3
CH3
A partir dessas informações, classifique o copolímero de acordo com a reação química representada e com o grupo funcional presente na estrutura e, em seguida, escreva a fórmula estrutural condensada dos produtos resultantes da hidrólise do biomaterial em meio ácido. 4. (UEM-PR) Um polímero é uma macromolécula formada pela repetição de pequenas e simples unidades químicas (os monômeros) ligadas covalentemente. Se apenas uma espécie de monômero está presente na estrutura do polímero, este é chamado de homopolímero. Se espécies diferentes de monômeros são empregadas, o polímero recebe a denominação de copolímero. Sobre os polímeros, assinale o que for correto. 01) A reação da borracha (natural ou sintética) com
enxofre é denominada vulcanização. 02) Os polímeros termoplásticos amolecem quando são aquecidos. 04) Os polímeros termofixos apresentam elevadas
temperaturas de fusão. 08) Os homopolímeros polipropileno e politetrafluoretileno são sintetizados por meio de reações de substituição. 16) Mesas de madeira, camisetas de algodão e fo lhas de papel contêm materiais poliméricos em sua constituição. Soma: 19 (01 + 02 + 16)
5. (Enem/MEC) O uso de embalagens plásticas descartáveis vem crescendo em todo o mundo, juntamente com o problema ambiental gerado por seu descarte inapropriado. O politereftalato de etileno (PET), cuja estrutura é mostrada, tem sido muito utilizado na indústria de refrigerantes e pode ser reciclado e reutilizado. Uma das opções possíveis envolve a produção de matérias-primas, como o etilenoglicol (1,2-etanodiol), a partir de objetos compostos de PET pós-consumo.
o HO
11~
o 11
c - o - c - O - CH2- CH2- 0
H n
Disponível em: www.abipet.org.br. Acesso em: 27 fev. 2012 (adaptado).
Com base nas informações do texto, uma alternativa para a obtenção de etilenoglicol a partir do PET é a: a) solubilização dos objetos. b) combustão dos objetos. c) trituração dos objetos. @ hidrólise dos objetos. e) fusão dos objetos. 6. (UEM-PR) Uma indústria de reciclagem de plásticos utiliza 3 recipientes, de 30 000 litros cada, contendo em cada recipiente líquidos com densidades diferentes para separar os plásticos que são coletados. Um desses recipientes contém uma solução com o dobro de volume de água em relação ao volume de etanol; o outro contém água pura e o terceiro uma solução aquosa de cloreto de sódio a lOo/o (º/o em massa). Sabendo-se que os plásticos reciclados por essa indústria apresentam as densidades descritas no quadro abaixo, assinale o que for correto.
Plástico
Densidade (g/mL)
Polipropileno
0,90
Polietileno
0,95
Poliestireno
1,05
Poli(cloreto de vinila)
1,25
Considere: - densidade da água pura = 1,0 g/mL; - densidade do etanol = O, 78 g/mL; - que a mistura de água e etanol apresenta volume final aditivo em relação aos volumes iniciais utilizados;
- que o volume da solução de cloreto de sódio seja o mesmo da água pura utilizada para sua preparação; - densidade do NaCe = 2,1 g / mL. 01) A separação do plástico de embalagens em forma de garrafas deve ser feita com a prévia trituração dessas embalagens. 02) No recipiente contendo água é possível separar polipropileno de polietileno. 04)Umacargadematerialparareciclagemqueapresenta somente 3 tipos de plástico, dentre os listados anteriormente, poderá ser separada utilizando-se somente 2 dos 3 recipientes. 08) O recipiente contendo a solução aquosa de NaCe é utilizado para separar o PVC dos outros 3 plásticos. 16) Na solução de etanol em água, o polipropileno afunda, enquanto todos os outros plásticos ficam flutuando na superfície do líquido. Soma: 13 (01 + 04 + 08) 7. O acúmulo de plásticos descartados no meio ambiente é um problema que pode afetar seriamente a vida marinha. Animais frequentemente confundem materiais plásticos, como sacolas e garrafas, com alimentos, e a ingestão desse lixo os leva à morte.
A poluição de mares por resíduos sólidos gera um sério problema ambiental.
A conscientização sobre os problemas que podem ser causados pelo descarte indevido de materiais plásticos continua sendo uma das melhores formas de combate a esse importante problema ambiental. A política dos 5 Rs traz orientações sobre descarte, reciclagem e reúso de materiais de todos os tipos, inclusive os plásticos. Pesquise sobre a política dos 5 Rs e como ela pode ser introduzida no dia a dia, visando um consumo mais sustentável e responsável.
Polímeros
169
[... J
As demandas de mercado dos peixes têm sofrido mudanças importantes nos últimos anos, especialmente devido ao discurso fortemente embasado no paradigma epidemiológico que tem associado a ingestão deste item alimentar a inúmeros benefícios à saúde. Assim, torna-se cada vez mais comum a divulgação de textos científicos que destacam a superioridade nutricional dos peixes em comparação a outros produtos de origem animal, especialmente por ser fonte de proteínas de alto valor biológico, das consideráveis quantidades de vitaminas lipossolúveis, fósforo, ferro, cobre, selênio, iodo (para os de água salgada), bem como ácidos graxos poli-insaturados ômega-3. Possivelmente, o discurso sobre os benefícios dos peixes à saúde, redução das Doenças Cardiovasculares (DCV) e outras Doenças Crônicas Não Transmissíveis (DCNT), alinhado ao seu valor nutricional, tenha sido o gatilho para o aumento das demandas por este alimento. O interesse pelos peixes, especialmente aqueles naturais de águas geladas, como o atum e o salmão, se fortaleceu em decorrência dos estudos que investigaram a dieta dos povos lnuit [ou inuítesJnos anos 70. Os primeiros pesquisadores observaram que, apesar da ausência da disponibilidade de frutas e hortaliças e o alto consumo de alimentos de origem animal, a incidência de infarto agudo do miocárdio era reduzida nesta população. Ao investigar de forma mais aprofundada a composição nutricional dos alimentos que compunham a dieta deste povo, identificou-se que tais peixes apresentavam altos teores de ácidos graxos poli-insaturados ômega-3. A partir daí, as pesquisas se multiplicaram e é possível observar que novos artigos são publicados todos os dias abordando uma gama cada vez maior de possíveis benefícios e mecanismos metabólicos de ação deste ácido graxo. J.. . ]
OLIVEIRA, J. M. de. O peixe e a saúde: das recomendações para o consumo às possibilidades ambientais de atendê-lo. Segurança Alimentar e Nutricional, Campinas, 20(Supl), p. 141-146, 2013. Disponível em: <http://www.unicamp. br/nepaipublicacoes/san/201 3/XX_l _suplemento/docs/o-peixe-e-a·saude-das·recomendacoes-para-o-consumo-aspossibilidades-ambientais-de-atende-lo.pdf>. Acesso em: 20 abr. 2016.
1 . Você sabe de que são formadas as proteínas? Pesquise o que são proteínas de alto valor biológico. 2 . O que significa dizer que uma vitamina é lipossolúvel?
170
Os inuites habitam regiões árticas do Canadá, Alasca e Groenlândia.
171
A Química da vida
O ó leo d e Lorenzo. Oi r.: George Miller. EUA: Universal Pictures, 1992. 1 DVD (129 min}. Título original: Lorenzo's Oi/. Feito com base em uma história real, o filme O óleo d e Lorenzo retrata a vida de um casal cujo filho Lorenzo recebe o diagnóstico de adrenoleucodistrofia (ALO} - doença rara e incurável - e que resolve estudar em busca de soluções, conseguindo desenvolver um óleo que ajuda a controlar a doença. A ALO é uma enfermidade degenerativa que está relacionada ao acúmulo de ácidos graxos no cérebro; o óleo desenvolvido pelos pais de Lorenzo freia a formação desses ácidos e é utilizado até os dias atuais para o tratamento da doença.
A estabilidade da massa corpórea e do aspecto geral de um indivíduo adulto e sadio esconde as grandes flutuações diárias de seu metabolismo. De fato, o organismo humano é submetido a situações opostas em que se alternam abundância e escassez de nut rientes e responde a elas no sentido de manter certo equilíbrio, denominado homeost ase. Se as refeições apresentarem diversidade na composição dos nutrientes absorvidos, cada um dos compostos (ou biomoléculas) que os constituem poderá ter mais de um destino metabólico. Um fato interessante é que cada uma dessas vias metabólicas possui desenvolvimentos diferentes, e isso implica diferentes velocidades de acionamento, dependendo da situação fisiológica em que se encontra o indivíduo. Os carboidratos, por exemplo - tipo de biomolécula presente em uma grande variedade de alimentos-, podem ser imediatamente oxidados a (02 e H20 , mas também podem ser utilizados para a produção de aminoácidos não essenciais, polimerizados a glicogênio ou armazenados como gordura. Os organismos vivos dependem dessas biomoléculas (carboidratos, lipídios, proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos), que podem sintetizar ou obter de alimentos, e elas estão submetidas a todas as leis da Física e da Química. Vamos estudar algumas dessas biomoléculas agora.
Os lipídios formam uma classe de compostos de estrutura variada. Insolúveis em água, eles participam ativamente de diversas funções biológicas: constituem, com as proteínas, a estrutura da membrana das células e, acumulados sob a pele, funcionam como isolantes térmicos e reservatórios de energia. Além disso, alguns lipídios podem atuar como hormônios, caso dos esteroides. Os triglicerídeos ou triacilgliceróis são as formas lipídicas mais simples e se constituem a partir de uma reação de esterificação entre ácidos graxos e glicerol. São encontrados na maioria das células eucarióticas servindo como reservatórios de energia. Nos vertebrados, existem células especializadas, os adipócitos, que armazenam grandes quantidades de triglicerídeos. Eles estão presentes também em sementes, sendo utilizados como fonte de energia na germinação. Os óleos e as gorduras são triglicerídeos de origem vegetal e animal, respectivamente. Outros lipídios de interesse biológico são as ceras, o colesterol (o maior representante dos lipídios esteroides) e a lecitina.
~
Gorduras insaturadas e saturadas
A presença ou não de ligações duplas nas cadeias carbônicas dos ésteres de ácidos graxos dos triglicerídeos define o estado físico dessas substâncias à temperatura ambiente. Com base nessa característica, pode-se estabelecer as seguintes definições:
172
Capítulo 8
•
as gorduras são triésteres de ácidos graxos, sólidas à temperatura ambiente, pois são form adas a partir de ácidos carboxílicos de longas cadeias saturadas; as gorduras saturadas são obtidas de alimentos de origem animal, como carnes vermelhas e brancas, leite e derivados integrais (manteiga, creme de leite. iogurte, nata).
•
os óleos são triésteres de ácidos graxos, líquidos à temperatura ambiente, pois as cadeias carbônicas dos ácidos graxos que lhes deram origem são insaturadas. Alguns exemplos desses óleos (ou gorduras insaturadas) são o azeite de oliva e os óleos de canola e de milho. Eles são encontrados também em amêndoas, no abacate etc.
IO
De maneira geral, temos: óleos
~
gorduras
lipídios insaturados ~
~
lipídios saturados
I
~
origem vegetal
~
1 -
origem animal
É possível converter óleos em gorduras, ou torná-los mais saturados. Esse ~ processo é empregado na fabricação da margarina. Para isso deve-se fazer a ,g ~ saturação parcial ou total das cadeias carbônicas que constituem o óleo por ;,; meio da reação de hidrogenação catalítica. Nessa reação, ligações duplas entre átomos de carbono são t ran sformadas em simples. As gorduras trans são um dos produtos secundários do processo de hidrogenação. A ingestão de gorduras saturadas fornece ao corpo cadeias longas e flexíveis Figura 1. Batata frita, carnes processadas, entre outros alimentos de átomos de carbono. O corpo pode usá-las para produzir o lipídio colesterol, industrializados, são ricas em gorduras trans, cujo consumo, assim sua concentração no plasma sanguíneo aumentaria. segundo a Agência Nacional de A origem do colesterol pode ser exógena (que provém do exterior do orga- Vigilância Sanitária (Anvisa), causa nismo), oriunda de carnes, gema de ovo e gorduras animais, ou endógena (que aumento do colesterol total e do ruim (LDL) e diminuição do provém do interior do organismo); nesse caso, ele é sintetizado diretamente pelo colesterol colesterol bom (HDL). Est udaremos fígado a partir de outros lipídios. esse tópico mais adiante neste A presença de taxas adequadas de colesterol no sangue é fundamental para o capítulo. bom funcionamento do nosso organismo. Esse lipídio tem funções importantes e bioquimicamente necessárias, por exemplo, ele é precursor de vários hormônios e faz parte da membrana celular. O fígado desempenha papel essencial no controle do colesterol. Esse órgão é responsável tanto por sua fabricação quanto por sua eliminação (quando as taxas de colesterol estão altas). Por problemas hereditários ou por excesso de consumo, o colesterol pode não ser completamente metabolizado pelo fígado, o que eleva os riscos de doenças do coração.
!
~ Cerídeos Os cerídeos são ésteres formados pela reação entre um ácido graxo e um monoálcool de cadeia longa. Conhecidos comercialmente como ceras, esses lipídios podem ser de origem animal ou vegetal. De importância econômica, os cerídeos são usados para a fabricação de diversos produtos, como ceras de assoalho, velas e cosmét icos. A cera de abelha, por exemplo, pode ter um de seus componentes principais obtidos em laboratório, a partir da reação entre o ácido palmítico e o álcool merissílico (triacontan-1-ol), formando o palmitato de merissila. ácido palmitico
C15H31 -COOH
palmitato de merissila
álcool merissílico
+
HO-C30H61
~
C15H31 - C00-C30H61
+
H2 0
Figura 2. A cera de abelha é formada. na verdade, por aproximadamente 284 compostos. Ela é extraída das colmeias e utilizada na confecção de velas, frutas e flores artificiais, cosméticos etc.
Noções de Bioquímica
173
Texto comum às questões de 1 a 3. Cá psula de óleo reduz sint omas de TPM PROMESSA DE ALÍVIO Pesquisadores usaram cápsulas de gordura contra a TPM Sintomas combatidos pela pílula Alterações de humor, irritabilidade, crises de choro, cefaleia e depressão '-----~
Oque tem na cápsula Ácido gama-linoleico. ácido oleico, ácido linoleico. outros ácidos poli·insaturados e vitamina E O ESTUDO
11
120 pacientes entre 16e49anos tomaram. por seis meses, pílulas de 1 g ou 2gconten· do ácidos graxos essenciais ou placebo
. . Esses ácidos ajudam M na formação da prostaglandina El. uma substância que está envolvida na regulação do sistema nervoso central. entre outras funções
li
Aprostaglandina El
regula os efeitos da prolac~na. hormônio que provoca sintomas da TPM
Inchaço, cólicas- --r
Ácidos graxos essenciais O que são Óleos não produzidos pelo corpo, que só podem ser obtidos de fontes alimentares (salmão. linhaça e óleos de peixe, por exemplo) ou cápsulas, vendidas em farmácias Benefícios
Fonte: Folha Online, 18 jan. 2011. Disponível em: <wwwl.folha.uol.com. br/equilibrioesaude/862214-capsula-de· oleo-reduz-sintomas-de-tpm.shtml>. Acesso em: 19 abr. 2016. Fornecido pela Folhapress.
As substâncias têm efeitos
Dores nos membros inferiores - --\-----/
1. De acordo com o infográfico acima, estão presentes
na cápsula diversos ácidos insaturados, entre eles o ácido oleico (ácido octadec-9-enoico) e o ácido linoleico (ácido octadec-9,12-dienoico). Com base em seus conhecimentos sobre nomenclatura de ácidos
na regulação celular, contribuem para a ação anti·inflamatória. têm efeito cardiovascular positivo e contra a depressão
4. (Fuvest-SP) Os ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. São representados por uma fórmula geral RCOOH, em que R representa uma cadeia longa de hidrocarboneto (saturado ou insaturado). Dados os ácidos graxos abaixo, com seus respectivos pontos de fusão,
carboxílicos e na abordagem breve de ácidos graxos feita quando estudamos reações orgânicas, tente re-
Ácido graxo
Fórmula
P.F./°C
presentar com fórmulas estruturais esses dois ácidos.
linoleico
C17H29COOH
-11
2. Pesquise o que são as prostaglandinas e em quais pro-
erúcico
C21 H41 COOH
+34
palmítico
C,5H31COOH
+63
cessos metabólicos do corpo estão envolvidas. 3. É comum que nutricionistas e outros médicos reco-
mendem às mulheres, uma semana antes do início do ciclo menstrual, a ingestão de uma boa quantidade de linhaça, cereal que alivia os sintomas pré-menstruais. Elabore uma justificativa para essa recomendação.
174
Capítulo 8
temos, à temperatura ambiente de 20 ºC, como ácido insaturado no estado sólido apenas o(s): a) linoleico. d) linoleico e o erúcico. b) erúcico. @ erúcico e o palmítico. c) palmítico.
Carboidratos '
Mencionamos que as gorduras podem desempenhar papel de reserva energética para o corpo humano. No entanto, quando necessita de energia rapidamente, nem sempre nosso corpo metaboliza as gorduras. O processo inicial para obtenção de energia é a queima dos açúcares. Os açúcares, também denominados hidratos de carbono, carboidratos ou glicídeos, são os compostos que fornecem energia de maneira mais imediata para o organismo e, por isso, são chamados de combustível das células. A deficiência dessas substâncias na dieta provoca cansaço, emagrecimento e pode levar à desnutrição. Os carboidratos podem ser encontrados em diversos alimentos, como mel, frutos, cana-de-açúcar e leite.
A çúcar: do árabe as-sukkar. vindo do persa shakar. que tem origem na palavra sharkara (sânscrito), cujo significado é grão doce, grão de areia ou areia grossa.
Figura 3. Trigo, milho e arroz são alguns exemplos de alimentos ricos em carboidratos.
Além de fonte de energia, os açúcares também desempenham outras funções. A celulose, por exemplo, é um açúcar com função estrutural, pois participa da constituição da parede celular das células vegetais. Estruturalmente, os carboidratos são compostos polifuncionais do t ipo poliálcool-aldeído ou poliálcool-cetona - ou qualquer outra substância que por hidrólise produza um desses compostos. Ainda que seja necessário na dieta, o consumo exagerado de carboidratos leva ao aumento da taxa de açúcar no sangue (glicemia).
~ Mono e dissacarídeos Os monossacarídeos são açúcares que apresentam de 3 a 7 átomos de carbono. Observe a seguir a representação estrutural de quatro monossacarídeos: a glicose, a galactose, a ribose e a desoxirribose.
H
,l--- - 0
H
HO
,1---0
OH
glicose (hexose)
OH H
OH H
OH
H
OH
galactose (hexose)
OH H
OH
OH
ribose (pentose)
H H OH
H
desoxirribose (pentose)
Noções de Bioquímica
175
O
ti
H
e
1 H- C- OH 1 CH 20H gliceraldeído
di-hidroxiacetona
Existem diferentes tipos de açúcares que são chamados genericamente de oses. Os monossacarídeos são divididos em aldoses quando pertencem à função aldeído, como o gliceraldeído, ou cetoses quando pertencem à função cetona, como a di-hidroxiacetona (Veja ao lado). A sacarose, carboidrato da cana-de-açúcar, e a lactose, carboidrato do leite, são exemplos de dissacarídeos, isto é, moléculas formadas por dois monossacarídeos:
H H
,1----0 HO
,1----0
H)('o H
H
o H
OH
H H
H
OH
H
OH
sacarose (açúcar da cana)
OH
lactose (açúcar do leite)
Quando ingeridos, esses dissacarídeos sofrem hidrólise, liberando monossacarídeos. Na hidrólise da sacarose, são produzidas a glicose e a frutose; na hidrólise da lactose, são produzidas a glicose e a galactose. Quando temos a união de várias moléculas de monossacarídeos, chegamos a um polissacarídeo. O amido, o glicogênio e a celulose, por exemplo, são formados por vários monossacarídeos, no caso, moléculas de glicose. A estrutura e outros detalhes dos polissacarídeos serão vistos mais adiante neste capítulo.
~ Fermentação alcoólica Alguns microrganismos, como as leveduras, utilizam a fermentação alcoólica como um processo de obtenção de energia. Ela consiste na transformação de carboidratos em álcool. Todas as bebidas alcoólicas resultam desse processo, diferenciando-se pelo teor alcoólico, pela composição de suas matérias-primas e por outros compostos que são adicionados durante sua produção. A equação abaixo representa, bem resumidamente, a fermentação alcoólica da glicose.
glicose
etanol
dióxido de carbono
Intolerância à lactose Após ingestão de determinados alimentos como leite, queijos e iogurtes, a lactose é hidrolisada em nosso organismo por uma enzima denominada lactase. Como aproximadamente 40°/o da energia requerida pelos bebês advém do metabolismo da lactose, eles precisam de uma quantidade significativa de lactase para digerir esse carboidrato. A medida que crescemos, produzimos uma quantidade menor de lactase. Em alguns casos, a produção é tão baixa que o adulto é considerado deficiente dessa enzima. Sem a lactase, a lactose
Para consumir alimentos ricos em lactose, como alguns queijos, pessoas com deficiência de lactase podem ingerir cápsulas que contêm essa enzima.
176
Capítulos
não é hidrolisada nem absorvida no intestino delgado, passando diretamente ao intestino grosso, onde é fermentada pela f lora local, produzindo ácido láctico e gases como dióxido de carbono, irritantes para a mucosa do intestino. Essa combinação de fatores leva à diarreia e ao desconforto abdominal.
Química em rede Carboidratos [... f Suas propriedades já eram estudadas pelos alquimistas, no século 12. Durante muito tempo acreditou-se que essas moléculas tinham função apenas energética no organismo humano. A glicose, por exemplo, é o principal carboidrato utilizado nas células como fonte de energia. O avanço do estudo desses compostos, porém, permitiu descobrir outros eventos biológicos relacionados aos carboidratos, como o reconhecimento e a sinalização celular, e tomou possível entender os mecanismos moleculares envolvidos em algumas doenças causadas por deficiência ou excesso dessas moléculas. [ ...J
Os primórdios do estudo de carboidratos estão ligados ao seu uso como agentes adoçantes (mel) ou no preparo do vinho a partir da uva. Nos escritos dos alquimistas mouros, no século 12, há referências ao açúcar da uva, conhecido hoje como glicose. Os relatos iniciais sobre açúcares na história vêm dos árabes e persas. Na Europa, o primeiro agente adoçante foi sem dúvida o mel, cuja composição inclui frutose, glicose, água, vitaminas e muitas outras substãncias. Há indícios de que Alexandre, o Grande - o imperador Alexandre m da Macedônía (356-323 a.C.) - introduziu na Europa o açúcar obtido da cana-de-açúcar, conhecido hoje como sacarose (e o primeiro açúcar a ser cristalizado). Adificuldade do cultivo da cana-de-açúcar no clima europeu levou ao uso, como alternativa, do açúcar obtido da beterraba (glicose), cristalizado em 1747 pelo farmacêutico alemão Andreas Marggraf (1709-1782). A história dos carboidratos está associada a seu efeito adoçante, mas hoje sabemos que a maioria desses compostos não apresenta essa propriedade. A análise da glicose revelou sua fórmula quírníca básica - CH20 , que apresenta a proporção de um átomo de carbono para uma molécula de água. Daí vem o nome carboidrato (ou hidrato de carbono). Tal proporção mantém-se em todos os compostos desse grupo. Os mais simples, chamados de monossacarideos, podem ter de três a sete átomos de carbono, e os mais conhecidos - glicose, frutose e galactose - têm seis. A fórmula desses três açúcares é a mesma, CJf,2 0 6 , mas eles diferem no arranjo dos átomos de carbono, hidrogênio e oxigênío em suas moléculas.
Tipos e formas diferentes de açúcar.
Os monossacarídeos, principalmente as hexoses, podem se unir em cadeia, formando desde dissacarídeos (com duas unidades, como a sacarose, que une uma frutose e uma glicose) até polissacarideos (com grande número de unídades, como o amido, que tem cerca de 1.400 moléculas de glicose, e a celulose, formada por entre 10 rníl e 15 rníl moléculas de glicose). Embora muitos polissacarideos sejam formados pela mesma unidade (glicose, no caso do arnído e da celulose), as diferenças em suas estruturas, como presença ou não de ramificações e variedade nas ligações entre as unidades, conferem a eles propriedades físico-quírnícas muito diversas. Outro polissacarideo importante é a quitina, que constitui o exoesqueleto - a carapaça - dos artrópodes (insetos e crustáceos). A estrutura molecular da celulose e da quitina impede que sejam digeridas pelas enzimas do nosso trato gastrintestinal. A celulose, presente na madeira, é o composto orgãníco mais abundante no planeta. Como o filo dos artrópodes tem o maior número de espécies e indivíduos na natureza, a quitina é outro polissacarídeo abundante. Além disso, os ácidos nucleicos (DNA e RNA), moléculas responsáveis pela hereditariedade e encontradas em todos os seres vivos, têm açúcares (ribose e desoxirribose) em suas estruturas. Os carboidratos, portanto, são os compostos biológicos predominantes na natureza.
1... J
POMIN, V. H.; MOURÃO, P. A. de S. Carboidratos. Ciência Hoje, v. 39, n. 233, p. 25·27, dez. 2006. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.eom.br/banco-de-imagens/lg/protected/ch/233/carboidratos.pdf/at_download/file>. Acesso em: 20 abr. 2016.
Atividades
Escreva no caderno
1. Ao contrário do clima europeu, o clima brasileiro sempre foi ideal para o cultivo de cana-de açúcar, tendo ela desempenhado papel central na produção agrícola brasileira por um grande período da História. Pesquise em qual período histórico a cana-de-açúcar teve destaque no Brasil e como é seu cultivo nos dias de hoje. (Peça ajuda aos professores de História e Geografia.)
2. A celulose, um polissacarídeo formado por entre 10 mil e 15 mil moléculas de glicose, não é metabolizada pelos seres humanos. Pesquise, em grupo, por que a celulose não é metabolizada e determine qual polissacarídeo encontrado em vegetais é metaboliza-
do pelos seres humanos e qual polissacarídeo está presente em nosso organismo como reserva de energia.
3. A ingestão excessiva de carboidratos está associada a problemas de saúde como diabetes e obesidade. Para evitar, diminuir seus efeitos ou manter estáveis essas complicações, são encontrados produtos em que os açúcares estão reduzidos ou foram substituídos. Dois termos são encontrados na identificação de produtos voltados a dietas alimentícias, light e diet. Pesquise a diferença entre esses termos. As pessoas que necessitam da redução de carboidratos na dieta podem utilizar os produtos com qualquer uma dessas identificações?
Noções de Bioquímica
177
1. Os carboidratos podem ser classificados em monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Cite dois exemplos de cada um desses carboidratos.
a) Complete a equação a seguir, que representa a transformação do dissacarídeo em glicose e galactose:
C12H22011 + ········
2. (Unicamp-SP) Os nossos heróis estranharam a pre-
= ··························
+ C6H1206
b) Se, com a finalidade de atender às pessoas defi-
sença dos dois copos sobre a mesa, indicando que teria passado mais alguém por ali. Além disso, havia leite e, pela ficha cadastral, eles sabiam que o guarda não podia tomá-lo, pois sofria de deficiência de lactase, uma enzima presente no intestino delgado. Portanto, se o guarda tomasse leite, teria diarreia. Na presença de lactase, a lactose, um dissacarídeo, reage com água dando glicose e galactose, monossacarídeos.
cientes em lactase, principalmente crianças, um leite for tratado com a enzima lactase, ele terá o seu "índice de doçura" aumentado ou diminuído? Justifique. Lembre-se de que o "poder edulcorante" é uma propriedade aditiva e que traduz quantas vezes uma substância é mais doce do que o açúcar, considerando-se massas iguais. A lactose apresenta "poder edulcorante" 0,26, a glicose 0,70 e a galactose 0,65.
Aminoácidos Os aminoácidos são as unidades formadoras das proteínas, cujo estudo será feito mais adiante. O aminoácido é uma molécula composta de duas funções: ácido carboxílico e amina. Lembre-se de que a primeira apresenta o grupo carboxila (- COOH) e a segunda, o grupo amina (- NH2). Os aminoácidos apresentam a mesma fórmula básica, diferenciando-se apenas pelo grupo R, denominado grupo lateral. Esse grupo pode ser pequeno como o metil, caso da alanina, ou algum grupo maior, por exemplo, o benzil e o isopropil. Na posição de R pode haver também um átomo de hidrogênio, constituindo o aminoácido glicina. Os aminoácidos estudados pertencem à classe dos alfa-aminoácidos, pois o grupo amina está ligado ao carbono alfa em relação à carboxila, conforme visto anteriormente quando abordamos a nomenclatura de ácidos carboxílicos. Exemplos de aminoácidos
Fórmula básica de aminoácido
1
Q
O //
1
\
H- C- C NH2
ácido carboxílico
H
H 1
O
glicina (Gly)
O //
1
\
e- e- e
H 3
OH
H 1
NH 2
OH
alanina (Ala)
//
R- C- C 1
NH 2 amrna
\
OH
o
H 1
O //
1
\
CH - C- C 2
NH2 fenilalanína (Phe)
OH
H 1
O //
1
\
H3 C- CH- C- C
1
CH3
NH2
OH
valina (Vai)
A afinidade das cadeias R dos aminoácidos pela água é importante para sua função. Os aminoácidos em que o grupo Ré formado por cadeias orgânicas apoiares são chamados de aminoácidos hidrofóbicos. Já os aminoácidos classificados como polares (hidrofílicos) são os que têm, nas cadeias laterais, grupos que permitem interações com a água.
178
Capítulo 8
Estrutura e classificação dos aminoácidos apoiares (hidrofóbicos)
coo1
+
HN- C- H
coo1
+
H
CH 3
CH
1
3
CH
CH 2
/\
alanina (Ala)
glicina (Gly)
HN - C- H
1
3
1
+
H N- C- H
1
3
coo-
1
+
H N- C- H
1
3
coo-
1
+
H N- C- H
1
3
coo-
/ \
1
H3 C CH 3
H2 C CH3
CH
/\
vali na (Vai)
1
H3 C CH 3
CH 3
leucina (Leu)
coo-
coo-
1
+
1
3
CH 2
CH 2
HN - C - H 1
3
1
3
1
+
H N - C- H
1
3
1
+
HN - C- H
HN- C- H
coo-
coo-
1
+
isoleucina (lle)
CH 2
CH 2
1
1
c
CH2 1
~
prolina (Pro)
s 1
~
HC, ...--, ,,,::::; HN
fenilalanina (Phe)
CH 3
I
OH
triptolano (Trp)
metionina (Met)
tirosina (Tyr)
polares (hidrofílicos)
polares sem carga
coo1
+
HN - C- H 1
3
coo+
1
HN- C- H 1
3
CH 2
CH 2 0H
1
coo-
1
1
+
HN- C- H 1
3
1
H N- C- H 1
3
CH2 1
1
coo-
CH 3 treonina (Thr)
c
+
aspartato (Asp)
1i
H2 N
coo-
coo-
coo-
H- C- OH
serina (Ser)
CH 2
polares com carga positiva (básicos)
polares com carga negativa (ácidos)
+
1
HN - C- H 3
1
+
glutamina (Gln)
1
3
CH 2
CH 2
1
1
CH 2
CH 2
1
1
coo+
1
H N- C- H 3
1
1
+
H N- C- H 1
3
CH 2 cisteina (Cys)
1
HN- C- H CH 2
c
1
o
asparagina (Asn)
3
1
CH 2 1
~c"
1
histidina (His)
NH
1
c
+// \ NH 2 H2 N arginina (Arg)
1
CH 2
;i
H2 N
+
3
1
1
SH
coo-
1
1
CH 2 lisina {Lys)
+
HC NH / \+ HN = CH
CH 2
CH2
+NH3
coo-
1
HN - C- H HN - C- H
1
o
coo-
CH 2 1
cooglutamato (Glu)
Fonte: MARZZOCO, A.; TORRES, B. B. Bioquímica básica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007.
Noções de Bioquímica
179
~ Aminoácidos essenciais e não essenciais Para construir as proteínas de que necessitam, os seres vivos usam 20 tipos de aminoácidos que existem na natureza. Entre os 20 aminoácidos, os seres humanos são capazes de produzir 12 tipos, os chamados aminoácidos não essenciais, ou naturais. Os outros oito, denominados essenciais, estão presentes em alguns alimentos. Os aminoácidos essenciais, cujo aporte deve ser por meio da alimentação, são fenilalanina, leucina, isoleucina, valina, triptofano, metionina, treonina e lisina. As principais fontes desses aminoácidos são as carnes, o leite e os queijos. Alimentos de origem vegetal são relativamente deficientes em aminoácidos essenciais. Por isso, é importante que pessoas vegetarianas combinem uma série de alimentos - como leguminosas e grãos integrais - para chegar a uma refeição rica em aminoácidos.
[> Caráter anfótero dos aminoácidos Como vimos, os aminoácidos apresentam a função ácido carboxílico e a função amina. Os aminoácidos, portanto, são compostos de caráter anfótero, ou seja, apresentam caráter simultaneamente ácido e básico. O caráter anfótero dos aminoácidos pode ser entendido pela teoria ácido-base de Brõnsted-Lowry, segundo a qual ácido é toda espécie química doadora de íons H+ (prótons) e base é toda espécie química capaz de receber prótons H+. Quando ocorre uma reação intramolecular ácido-base entre os grupos ácido e amina, temos a origem de um íon cuja estrutura apresenta um polo negativo e um positivo, denominado zwitteríon (veja a seguir). Por isso, os aminoácidos apresentam alta solubilidade em água e baixa solubilidade em solventes pouco polares.
Figura 4. Algumas leguminosas, como ervilha, soja e feijão, têm alto teor de aminoácidos.
caráter ácido
H
O
1
// \
H
O
R- C- C
1
//
H- C - C
1
1
\
NH2
NH +
OH
3
caráter básico
o-
zwitteríon
~ Ligação peptídica A ligação entre dois aminoácidos vizinhos é denominada ligação peptídica e ocorre entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila de outro aminoácido. Para que essa ligação seja formada, o grupo carboxila de um dos aminoácidos perde um grupo hidroxila (-OH) e outro aminoácido perde um hidrogênio. Há uma reação de condensação e o grupo formado é uma amida. ligação peptidica
H
R1
1
O //
e- e 1
NH2
\
OH
H
+
1
O //
H- N- C- C
1
1
H
R2
\
OH
H enzima
O
1
//
Rl- c - c 1
NH2
\
1
//
1
\
N- C- C
1
H
R2
dipeptideo (amida)
180
Capítulo 8
o
H
OH
+
H20
As moléculas formadas na condensação dos aminoácidos são chamadas peptídeos. Dependendo da quantidade de aminoácidos condensados, temos um dipeptídeo (dois aminoácidos), tripeptídeo (três aminoácidos), tetrapeptídeo (quatro aminoácidos), e quando o número de aminoácidos condensados atinge uma quantidade superior a quatro aminoácidos, é denominado polipeptídeo. As grandes cadeias polipeptídicas são as proteínas. A nomenclatura do peptídeo formado obedece à seguinte sequência reacional: •
o aminoácido que fornece o grupo carboxílico para formação da ligação peptídica é nomeado em primeiro lugar e com terminação il;
•
o aminoácido que fornece o grupo amino é nomeado em segundo lugar e fornece o próprio nome;
•
o grupo amino que não reagiu está localizado à esquerda da representação estrutural do dipeptídeo e o grupo carboxílico que não reagiu está localizado à direita.
o
o
li
H- N- CH - C- OH 1
+
11
H- N- CH- C- OH
2
H glicina (Gly)
enzima
o
o
11
11
H N- CH - C - N- CH - C- OH
1
1
CH 3
H
CH 3
alanina (Ala)
dipept ideo Gly-Ala
1
1
H
2
2
Portanto, o dipeptídeo que se forma mediante reação entre glicina e alanina, como representado ao lado, é denominado glicilalanina (Gly-Ala).
Nucleotídeos Um nucleotídeo é uma estrutura molecular constituída por um grupo fosfato, uma pentase (açúcar formado por 5 carbonos) e uma base nitrogenada. Os nucleotídeos são as unidades que constituem os ácidos nucleicos - DNA e RNA -, que serão vistos com mais detalhes mais adiante no capítulo. Os ácidos nucleicos são macromoléculas constituídas por centenas ou até milhares de unidades de repetição, chamadas nucleotídeos, ligadas entre si.
base nitrogenada
NH2
fosfato
o-o-
N ,,f ---.,.,- """' N
i
P- O...._-CH 2 O
'\ ______I ) N
N
1
o
fosfato
desoxirribonucleotídeo (unidades do DNA)
açúcar base nitrogenada
base nitrogenada fosfato
o-o-
i
o cadeia de nucleotídeos
---......1
P- O - -CH 2 O 1
< N
N
NH2
"""')N N
açúcar
OH
OH
ribonucleotídeo (unidades do RNA)
Noções de Bioquímica
181
1. [...J Fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo, de herança autossômica recessiva, cujo defeito metabólico (geralmente na fenilalanina hidroxilase) teva ao acúmulo de fenilalanina [...] no sangue e aumento da excreção urinária de ácido fenilpirúvico e fenilalanina. Foi a primeira doença genética a ter um tratamento realizado a partir de terapêutica dietética específica.
Sem a instituição de diagnóstico e tratamento precoces, antes dos 3 meses de vida (através de programas de triagem neonatal), a criança portadora de fenilcetonúria apresenta um quadro clinico clássico caracterizado por atraso global do desenvolvimento neuro-psico-motor, deficiência mental, comportamento agitado ou padrão autista, convulsões, alterações eletroencefalográficas e odor característico na urina. Pacientes que fazem o diagnóstico no período neonatal e recebem a terapia dietética adequada precocemente não apresentam o quadro clinico descrito. [... ] BRASIL Ministério da Saúde. Protocolo dioico e diretrizes terapêuticas: fenilcetonúria. Disponível em: <http://sna.saude.gov.brnegisla/legisla/informes/ SAS_P847_02informes.doo.Acesso em: 1Omaio 2016.
De acordo com o texto, a fenilcetonúria pode ser diagnosticada na fase neonatal. Pesquise de que forma esse diagnóstico normalmente é feito. 2. (Unifesp-SP) As mudanças de hábitos alimentares e o sedentarismo têm levado a um aumento da massa corporal média da população, o que pode ser observado em faixas etárias que se iniciam na infância. O consumo de produtos light e diet tem crescido muito nas últimas décadas e o adoçante artificial mais amplamente utilizado é o aspartame. O aspartame é o éster metílico de um dipeptídeo, formado a partir da fenilalanina e do ácido aspártico.
o
o
li
+
li
H3 N- CH- C- NH- CH- C- Q- CH 1
1
CH 1
2
-o1 c\ o
''3
outro aminoácido com a liberação de uma molécula de água. Essas ligações pertencem ao grupo funcional amida.
o H3C
OH
H 3C
CH3
H N SH
o
N
1
H
NH2
o
l ~N H 1 H
NH2
A estrutura química acima representa um peptídeo formado exclusivamente por aminoácidos. Assim, assinale a alternativa que corresponde, respectivamente, à quantidade de aminoácidos presentes nessa estrutura e à quantidade de moléculas de água que foram liberadas na formação desse peptídeo. a)4e5.
@se 4.
b) 5 e 5.
e) 4 e 3.
c) 4 e 4. 4. (UFU-MG) Em refrigerantes do tipo light, utiliza-se fenilalanina como adoçante dietético. A fenilcetonúria - doença cujos sintomas são atraso no desenvolvimento psicomotor, convulsões, hiperatividade, tremor e microcefalia - é caracterizada pelo efeito ou ausência de uma enzima que metaboliza a fenilalanina. Embora seja hereditária, essa doença pode ser detectada logo após o nascimento por meio do "teste do pezinho". Pessoas com fenilcetonúria devem evitar refrigerantes dietéticos à base de fenilalanina, cuja estrutura está disposta abaixo.
CH 2
H
H O \ 1 // N- C- C
Ü
/
H
a) Com base na estrutura do aspartame, forneça a estrutura do dipeptídeo fenilalanina-fenilalanina. b) Para se preparar uma solução de um alfa-aminoácido, como a glicina (NH2 - CH2 - COOH), dispõe-se dos solventes H20 e benzeno. Justifique qual desses solventes é o mais adequado para preparar a solução. 3. (Mack-SP) Os peptídeos são biomoléculas formadas pela união de dois ou mais aminoácidos por meio de ligações peptídicas, estabelecidas entre um grupo amina de um aminoácido, e um grupo carboxila de
1
62 CH
\
OH
Dados: Massa molar: 165 g/mol.
Com base nessa estrutura, faça o que se pede. a) Identifique duas funções orgânicas presentes na estrutura da fenilalanina. b) Escreva o nome da fenilalanina segundo a IUPAC. c) Equacione a reação da fenilalanina com hidróxido de sódio. d) Calcule a concentração equivalente em moVL de um refrigerante que contenha 0,33 g/L de fenilalanina. 0,002 mol/L
Capítulo 8
CH3
1
aspartame
182
o
N
5. {UEM-PR) Isoleucina, leucina e valina são aminoácidos essenciais, ou seja, aminoácidos que não são produzidos pelo nosso organismo. Assim, nós precisamos ingeri-los por meio de alimentação ou por suplemento alimentar. Com base na estruntra química dos aminoácidos, assinale o que for correto.
01) A carbonila é um grupo funcional presente nas estruturas dos aminoácidos. 02) A leucina possui um substituinte isobutil e a valina um substituinte isopropil. 04) Cada um dos aminoácidos citados possui em sua estrutura um centro quiral. 08) A molécula da isoleucina pode existir sob a forma de dois isômeros ópticos. 16) A leucina e a isoleucina são isômeros constitucio-
isoleucina
vali na
nais de posição. Soma: 18 (02 + 16)
Polímeros naturais Polímeros naturais são moléculas grandes (macromoléculas) de elevada massa molar encontradas na natureza. De modo geral, são solúveis em água. Uma grande quantidade de compostos poliméricos atua em diversos processos relacionados à vida, mediando funções fisiológicas, constituindo componentes estruturais da pele, cabelo, chif res, entre outros e armazenando energia. Vimos no capítu lo anterior que os polímeros se constituem mediante a ligação de moléculas pequenas, umas às outras, numa cadeia . A segu ir, abordaremos alguns exemplos de polímero natural - como as proteínas, os polissacarídeos e os ácidos desoxirribonucleico (DNA) e ribonucleico (RNA) - , mostrando os monômeros que os constituem .
~ Polissacarídeos Vimos que os monossacarídeos são carboidratos que apresentam de 3 a 7 átomos de carbono. Como exemplos, temos a glicose, a galactose, a ribose e a desoxirribose. Já a sacarose e a lactose são exemplos de dissacarídeos, un ião de dois monossacarídeos. Os polissacarídeos são formados por longas cadeias de monossacarídeos. Na natureza, o amido, o glicogênio e a celulose são exemplos de polissacarídeos. O amido pode ser encontrado no milho, no arroz, no feijão, na batata e na mandioca. É usado como reserva de glicose, ou seja, como fonte de energia em vegetais. O glicogênio é a forma na qual os animais armazenam a glicose no fígado e nos músculos. A celulose é o material que constitui a parede das células vegetais. Alimentos como verduras e frutas são ricos nesse polímero. A celulose presente na madeira é usada para fabricação de papel.
CH 2 0H H
o
H
o
OH H
CH 2 0H H
H
o
H
o
H
o H
OH
OH H OH
H
CH 20H
OH
CH 2 0H
n Celulose Noções de Bioquímica
183
~ Proteínas
i
ij ·!é
:. ] ~
figura 5. O leite, os queijos, os iogurtes, as carnes vermelhas, a soja e outras leguminosas são exemplos de alimentos ricos em proteína.
As proteínas são polímeros naturais formados pela condensação de aminoácidos ou, como mencionado anteriormente, são grandes cadeias polipeptídicas. Embora apresentem estruturas e funções diversas, todas as proteínas são sintetizadas a partir dos mesmos 20 aminoácidos existentes na natureza. O número de aminoácidos é relativamente pequeno, mas a possibilidade de combinação para formar proteínas diferentes é muito grande, uma vez que a proteína é o resultado da união de centenas ou milhares de aminoácidos ligados em uma sequência determinada. As proteínas são diferenciadas com base em três fatores: o número de aminoácidos que formam a cadeia polipeptídica, o tipo de aminoácido presente e a sequência em que os aminoácidos se ligam uns aos outros. As proteínas desempenham muitas funções e participam de uma variedade de processos biológicos: atuam como catalisadores em diversas reações químicas no organismo (enzimas); fortalecem os mecanismos de defesa (anticorpos); atuam no controle global do metabolismo (hormônios); são responsáveis por mecanismos contrácteis musculares; participam da atividade dos genes; etc. Nosso corpo pode sintetizar proteínas. Para isso, as células precisam dos aminoácidos obtidos por ingestão de alimentos com alta concentração proteica ou por síntese no próprio organismo a partir de reações catalisadas por enzimas específicas.
t> A estrutura das proteínas A estrutura das proteínas determina sua função em um organismo e pode ser analisada em diferentes níveis. A sequência dos aminoácidos que forma a proteína é denominada estrutura primária. É muito importante, uma vez que mudanças nas posições ou ligações entre os aminoácidos podem provocar desde alterações de função até doenças. estrutura primária
estrutura secundária
estrutura terciária
estrutura quaternária
~ LTs j - - -- - - · · ~ -- ~ ' , ,
•
~i'
_ Lis ) 1!
, Gil)
Ilustração produzida com base em: NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger princíples of Biochemistry. 4. ed. New York: W. H. Freeman, 2004. p. 89. figura 6 . Níveis estruturais de uma proteína genérica.
, l;u ,
.
, V~I ) 'I!
Aia,
\ H Js ) __ __ _ ____..__ _-,J,' a hélice
sequência dos aminoácidos
.,. ...
.,.,. . . "'
,~ + . . . !!d~~\ cadeia polipeptídica
subunidades formadas
No entanto, as proteínas não se limitam, na natureza, a uma cadeia de aminoácidos. A partir de ligações de hidrogênio intramoleculares, realizadas entre grupos amida pertencentes à mesma molécula, a proteína assume um arranjo estável em que se verifica padrões estruturais repetitivos, denominado estrutura secundária. Esse arranjo posteriormente se dobra, e grupos laterais de polaridade similar se aproximam, formando a estrutura terciária. Esta é única para cada proteína e depende diretamente da estrutura primária, que nunca é a mesma para proteínas diferentes. Existe ainda a estrutura denominada quaternária, formada pela associação de estruturas terciárias. Uma vez que a estrutura terciária é formada por interações intermoleculares, mudanças significativas de temperatura, pH e polaridade dos solventes podem alterar também a forma das proteínas. A deformação da proteína recebe o nome de desnaturação proteica. A desnaturação faz com que a proteína perca sua função biológica.
184
Capítulo 8
Objetivos • Investigar e avaliar a influência do pH sobre a estrutura da proteína caseína. • Observar as mudanças de propriedade que resultam da alteração de estrutura.
Materiais • béquer ou copo de 250 mL • béquer ou qualquer vasilhame de lL • proveta de 100 mL • bastão de vidro
Atenção
• colher de sopa
Esta atividade prática deve ser realizada
• morim ou outro tipo de pano de algodão • palitos de madeira • 1 L de leite integral
sob supervisão e orientação do professor.
Componentes sólidos recicláveis devem ser descartados adequadamente ou, quando possível guardados para reutilização no laboratório.
.
• VInagre • bicarbonato de sódio
Procedimentos "Ili
a) Ao béquer de lL adicione 500 mL de leite integral e 75 mL de vinagre comercial. Você observará a formação de coágulos. Misture por cerca de cinco minutos, até perceber que a coagulação terminou. b) Deixe os coágulos decantando por aproximadamente 10 minutos e filtre a mistura utilizando o morim. Reserve o soro (ou seja, a parte líquida), esprema o material retido no morim para remover o excesso de água e o transfira para o béquer de 250 mL. Adicione 1 colher de sopa de bicarbonato de sódio a esse material e misture os sólidos. Você perceberá o surgimento de bolhas. c) Observe o produto pastoso obtido ao final: trata-se de um adesivo à base de caseína. Teste seu adesivo colando pequenos pedaços de papel ou madeira, como palitos de madeira.
Para conduir
Escreva no caderno
1. Qual nível estrutural da proteína foi alterado pela modificação de pH? Por quê?
2. A caseína representa apenas 4% da composição em massa do leite integral. No entanto, você deve ter obtido uma grande quantidade de coágulo. Levante hipóteses sobre essa observação. 3. A cola de caseína foi eficaz como adesivo de papel e madeira? Em caso afirmativo, explique o
que faz com que o adesivo produzido seja eficaz nessa aplicação.
4. Quais os componentes que restaram no soro do leite?
Noções de Bioquímica
185
~ Acidas desoxirribonucleico (DNA) e ribonucleico (RNA)
Bases púricas NH2 N
N::r
l
o HN
>
A
NH
N
HN 2
adenina (A)
NH2 N::r
N N
1
>
NH
guanina (G)
Bases pirimídicas o CH 3 HN
1
o HN 1
1
oAN
oAN
oAN
1
1
1
H
H
H
citosina (0
timina (T)
uracila (U)
Vimos anteriormente que os nucleotídeos são as unidades (monômeros) que se ligam para formar os polímeros naturais chamados ácidos nucleicos - ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). No caso do RNA, a pentase dos nucleotídeos é uma ribose; no DNA, a pentase é uma desoxirribose (reveja o tópico nucleotídeos). As bases nitrogenadas podem ser classificadas em dois grupos: as púricas (adenina e guanina), derivadas da molécula purina, e as pirimídicas (citosina, timina e uracila), derivadas da molécula pirimidina. A seguir, temos as fórmulas estruturais dessas moléculas. Entre essas bases, três são comuns ao DNA e ao RNA: adenina, citosina e guanina. Já a timina é uma base presente apenas no DNA e a uracila é uma base presente apenas no RNA.
t> A estrutura do DNA
Figura 7. Representação da molécula de DNA (imagem fora de escala e em cores ilustrativas).
186
Capítulo 8
Em 1953, os cientistas James Watson (1928-) e Francis Crick (1916-2004), que contaram com a importante contribuição da biofísica britânica Rosalind Franklin (1920-1958), propuseram um modelo para a molécula de DNA. Muitos experimentos foram realizados em busca da confirmação desse modelo e os resultados obtidos comprovaram a proposta de Watson e Crick. De acordo com esses cientistas, duas cadeias de nucleotídeos, ligados covalentemente uns aos outros por meio dos grupos fosfatos, interagem para formar a estrutura do DNA. Essas interações são do tipo ligações de hidrogênio e ocorrem entre as bases nitrogenadas. Em virtude da conformação das moléculas, as bases nitrogenadas têm lugares específicos para as interações intermoleculares. Essa especificidade de ligação das bases nitrogenadas está relacionada ao número de ligações de hidrogênio. A timina e a adenina interagem por duas ligações de hidrogênio; a citosina e a guanina interagem por três ligações de hidrogênio. Por isso, a molécula de DNA é semelhante a uma espiral (como uma escada construída de cordas, veja a ilustração da Figura 7; essa estrutura é conhecida também como dupla-hélice). A escada tem os degraus formados pelas interações intermoleculares de bases nitrogenadas, sempre em pares. Os "corri mãos" são formados pelas pentases e pelos grupos fosfatos, ligados uns aos outros por ligações covalentes. Pesquisas recentes mostraram que o DNA pode assumir uma grande variedade de estruturas além dessa que está representada.
1. (UFG-GO) Sabe-se que o número de ligações de hidrogênio entre as bases que compõem o DNA está diretamente relacionado à sua estabilidade térmica. Considere as estruturas planas dessas bases, mostradas a seguir.
(_l):
e) aberta, homogênea, ramificada e saturada. NH
3. (UFRGS-RS) Para a análise da qualidade do leite são monitorados vários parâmetros físico-químicos. As
2
1
R guanma
adenina
b) aberta, heterogênea, simples e insaturada. d) fechada, heterogênea, ramificada e insaturada.
N--,)l / H N
a) fechada, homogênea, ramificada e saturada. @ fechada, heterogênea, ramificada e saturada.
o N
A cadeia carbônica da glicose pode ser classificada como:
avaliações de propriedades corno, por exemplo, densidade, crioscopia e teor de proteína, o qual é calculado pelo teor médio de nitrogênio, são utilizadas para detectar possíveis adulterações. Considere as afirmações abaixo, sobre os possíveis métodos de adulteração do leite. citosina
I. A adição de água ao leite é facilmente detectável,
timina
R = açúcar
O fragmento de DNA mais estável termicamente é:
II. A adição de ureia pode compensar a diminuição de densidade e a diminuição de teor médio de nitrogê-
a) T A C C G A T T A C ATGGCTAATG b) C C G T A T T A T A
nio, causadas pela adição de água. IIl. A adição de sacarose pode compensar a diminui-
GGCATAATAT c) C G A C A T G T C A
ção de densidade e a diminuição de teor médio de nitrogênio, causadas pela adição de água, sem o efeito
GCTGTACAGT d) G A C T T C G G C A
tóxico apresentado pela ureia. Quais estão corretas?
CTGAAGCCGT
@c
A G
c
T
cc
G T
c
a)Apenas I.
GTCGAGGCAG
b)Apenas II.
2. (Feevale-RS) A celulose é um polímero orgânico presente nas paredes das células vegetais, mais especificamente um polissacarídeo da glicose, conforme mostra a figura abaixo.
H
c) Apenas lII. @ Apenas I e II. e) I, II e IH.
4. (UERJ) Na presença de certos solventes, as proteínas
CH2 0H H O OH 1 ~H H --+ 0 H 'I--
pois diminui a densidade e aumenta a temperatura de congelamento.
sofrem alterações tanto em sua estrutura espacial quanto em suas propriedades biológicas. No entan-
-V
to, com a remoção do solvente, voltam a assumir sua conformação e propriedades originais.
OH
glicose
CH 20H H
-o
H OH H
o o
OH H OHH H
o CH2 0H celulose
H
o
Essas características mostram que a conformação espacial das proteínas depende do seguinte tipo de
CH20H H OH H
H
H OH
o-
estrutura de suas moléculas: @ primária b) secundária c) terciária d) quaternária Noções de Bioquímica
187
Artéria - - - - - - - - fluxo sanguíneo
depósito de gordura
:__--hemácia
Representação d e corte longitudinal d e artéria com depósitos de gordura. Estes pert urbam o f luxo sanguíneo e podem dar origem a um q uadro de arteriosclerose.
Colesterol, HDL e LDL Os índices de colesterol dos jovens brasileiros são preocupantes. É o que aponta o Estudo de Riscos Cardiovasculares em Adolescentes (Erica), primeiro levantamento nacional neste sentido. Realizada em todas as capitais do país e em cidades com mais de 100 mil habitantes, a pesquisa indica que cerca de 20% dos jovens entre 12 e 17 anos estão com o colesterol acima do limite recomendado e quase a metade (46,8%) tem níveis de HDL (o colesterol bom) baixo - menor que 45 mg/dl. Esse é o resultado que mais preocupa os pesquisadores. Isso porque índices baixos de HDL estão relacionados com doenças cardíacas e a morte precoce por problemas no coração. Como explica o cardiologista José Rocha Faria Neto, da Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUC-PR), esses resultados também são indicativos de alimentação ruim e sedentarismo.
188
Capítulo 8
"Embora não seja um fator de risco como o LDL (colesterol ruim) alto, o HDL baixo está associado a uma dieta ínadequada, a obesidade e à falta de exercícios", comenta o médico, que é um dos realizadores da pesquisa. Na avaliação dele, esses números reforçam a necessidade de políticas públicas que incentivem mudanças de hábito. Cerca de 30% das mortes hoje no pais são causadas por doenças cardíacas, se nada for feito hoje, esse índice só irá aumentar nos próximos anos", prevê. No artigo, o pesquisador aponta que os níveis de colesterol bom dos jovens brasileiros são piores que o dos americanos, que vivem há alguns anos uma epidemia de obesidade. Como esse é o primeiro estudo nacional que fez urna avaliação do risco cardiovascular dos adolescentes do país, não é possível dizer se a situação hoje é pior que a de dez anos atrás, por exemplo. Mas, o dia a dia do consultório médico toma evidente que os hábitos mudaram. "Temos uma
geração de crianças sedentárias, que passam muitas horas na frente da televisão, videogames e tablets. Brincam pouco, fazem pouca atividade física ", comenta Faria Neto, com base também no que vê diariamente no hospital. A defesa aos exercícios não é à toa Estudos indicam que a atividade física ajuda a elevar os níveis de HDL no organísmo e a reduzir o LDL. Um dos motivos para isso ocorrer é o fato de os exercícios aumentarem o fluxo sanguíneo, o que evita que as gorduras - o LDL e os triglicerídeos - se acumulem nas artérias. OLINDA, C. Nível de colesterol de jovens brasileiros é preocupante. Gazeta do Povo, caderno saúde, 1Oabr. 2016. Disponível em <http:J/www.gazetadopovo.com.br/saude/nivel-de-colestero1·dejovens·brasileiros-e-preocupante-eeo8fndo0o7dq2p8tauticfpw>. Acesso em: 22 abr. 2016.
A relação entre doenças cardíacas e ácidos graxos envolve a proporção entre a lipoproteína de alta densidade (HDL, do inglês high density /ipoprotein) e a lipoproteína de baixa densidade (LDL, do inglês /ow density lipoprotein). Estudos sobre a síntese e o metabolismo do colesterol nos últimos anos possibilitaram a determinação das taxas adequadas dessas substâncias em nosso corpo. Lipoproteínas são moléculas de lipídios associadas a moléculas de proteínas. O LDL é a principal fonte de colesterol para os tecidos do nosso corpo. Altas taxas de colesterol podem produzir aterosclerose, que consiste no depósito de placas de colesterol nas paredes internas das artérias que irrigam o tecido do coração. Esses depósitos obstruem os vasos, dificultando ou impedindo a passagem do sangue, o que pode ocasionar a morte dos tecidos do coração pela falta de oxigênio. Já o HDL atua rem ovendo o colesterol dos tecidos para o fígado, onde é degradado e excretado. Além do nível total de colesterol, a proporção entre o HDL e o LDL auxilia na determinação do risco de doença cardíaca. Os triglicerídeos poli-insaturados re-
Atividades
"
duzem o colesterol, mas também abaixam a proporção HDL : LDL. Os triglicerídeos monoinsaturados, como o azeite, embora não reduzam os níveis do colesterol, aumentam a razão HDL : LDL, isto é, a proporção entre a boa e a má lipoproteína. Como vimos, os triacilgliceróis podem ser convertidos em gorduras por reação de hidrogenação catalítica; como a hidrogenação é parcial, restituem-se uma ou mais ligações duplas no final do processo, algumas delas na disposição espacial trans, por serem termodinamicamente mais estáveis. Daí vem o nome " gorduras trans", termo bastante utilizado. Essas gorduras podem ser prejudiciais à nossa saúde, pois, além de participarem do processo de formação de LDL, também diminuem a quantidade de HDL. Por isso, os nutricionistas sugerem dietas mais rigorosas aos pacientes com taxas inadequadas de colesterol. Geralmente, para eliminar o colesterol em excesso, recomenda-se ingerir poucos alimentos gordurosos e praticar exercícios físicos regularmente.
H H
HO
H
:::::--..
Pode-se deduzir a baixa polaridade da molécula de colesterol com base em sua estrutura. Por causa dessa propriedade, sâo necessárias lipoproteínas para transportar o colesterol por meio do sangue, que é composto majoritariamente por água, na qual o lipídio não se solubiliza.
Escreva
no caderno
1. Reflita e escreva um pequeno parágrafo incluindo
gordura trans? Compartilhe os resultados com seus colegas e elenque os produtos mais consumidos pela turma.
exemplos de aspectos do estilo de vida das crianças e adolescentes que podem contribuir para a intensificação das dislipidemias (distúrbios nos níveis de lipídios e/ou lipoproteínas no sangue).
3. Discuta com seus colegas quais mudanças de hábitos
2. Faça um levantamento dos alimentos ingeridos por você diariamente, pesquisando nos rótulos o nível de gordura contido neles. Quais são os alimentos com maior teor de gordura? Quais são os que apresentam
seriam possíveis adotar em relação ao levantamento realizado dos alimentos mais ingeridos. Há no mercado opções mais saudáveis para serem consumidas pela turma? Debata com seus colegas se é possível fazer as trocas de maneira satisfatória.
Noções de Bioquímica
189
1. (Fuvest-SP) Louis Pasteur realizou experimentos pioneiros em Microbiologia. Para tornar estéril um meio de cultura, o qual poderia estar contaminado com agentes causadores de doenças, Pasteur mergulhava o recipiente que o continha em um banho de água aquecida à ebulição e à qual adicionava cloreto de sódio. Com a adição de cloreto de sódio, a temperatura de ebulição da água do banho, com relação à da água pura, era ~ , 11 O aquecimento do meio de cultura provocava !W#~. As lacunas podem ser corretamente preenchidas, respectivamente, por: @ maior; desnaturação das proteínas das bactérias presentes. b) menor; rompimento da membrana celular das bac' . terias presentes. c) a mesma; desnaturação das proteínas das bactérias. d) maior; rompimento da membrana celular dos vírus. e) menor; alterações no DNA dos vírus e das bactérias. 2. (UFG-GO) Leia o texto a seguir para responder à questão. Na digestão, os alimentos são modificados quimicamente pelo organismo, transformando-se em moléculas que reagem no interior das células para que energia seja liberada. A equação química, não balanceada, a seguir representa a oxidação completa de um mol da substância tributirina, também conhecida como butirina, presente em certos alimentos. c1sH2606
+
º2
~ co2
+ H20
Lili= -8120 kJ/mol
A butirina está presente na manteiga e é utilizada na produção de margarina. Suponha que nos processos metabólicos toda a energia liberada na oxidação da butirina seja convertida em calor. Nessa situação, quantos mols de butirina são necessários para aumentar de 2 ºC a temperatura corporal de um homem de 101,5 kg e a que classe de moléculas pertence a butirina? Dados: CHomcm = 1,0 cal/(g ºC); 1 cal"" 4,0 J @ 0,1 e lipídio. b) 0,4 e lipídio. c) 0,1 e proteína.
d) 0,4 e proteína. e) 0,4 e carboidrato.
3. (IFSC) A cor da pele se deve à quantidade de um polímero natural, a melanina, um pigmento biológico que é produzido na epiderme. Esse polímero é quimicamente considerado de massa e complexidades variáveis, sendo sintetizado pelos melanócitos. Os melanócitos são células situadas na camada basal
190
Capítulo 8
da pele, entre a epiderme e a derme. A produção da melanina pelos melanócitos é feita a partir da oxidação progressiva do aminoácido tirosina. [...] Assim, quanto maior a quantidade de melanina produzida, mais escuro será o tom da pele e vice-versa. Fonte: <http://www.brasilescola.comlquimica/a•quimica-envolvida-na-cor-pele. htm>. Acesso: 28 maio 2016.
HO
~
f
o
NH 2
//
1
CH - CH - C 2
[O]
\
OH tirosina
[O]
HO HO
,:Ç" ~
o
//
'
e
\
N H
OH
monômero da melanina
Assinale a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01) A tirosina, precursora da melanina, possui em sua estrutura as funções amina, álcool e ácido carboxílico. 02) A tirosina tem massa molar igual a 165 gramas. 04) O monômero do qual é formada a melanina possui nove carbonos, quatro oxigênios, sete hidrogênios . ,.. . . . e um n1trogen10 em sua consutu1çao.
-
08) O produto da reação mostrada acima não possui carbonos quirais. 16) Na tirosina, o carbono ligado ao nitrogênio é um carbono assimétrico. Soma: 28 (04 + os + 16)
4. (UPE-PE) Inicialmente denominada no Brasil como "Profissão: Perigo", "MacGyver" foi uma série de televisão que fez muito sucesso nas décadas de 1980 e 1990. Em um dos episódios da série, com a ajuda de uma colega, MacGyver interrompe o vazamento em um tanque contendo solução de ácido sulfúrico. Parte dessa cena inusitada é retratada a seguir: - Parece que as explosões racharam a fundação também. O ácido está escorrendo da fenda para o chão. - Não há nada que possamos fazer para reparar? - Talvez a gente possa improvisar um esparadrapo. - Com o quê? Aquilo ali é ácido sulfúrico, lembra? - Com isto aqui! -1? - Para nós, isso aqui são I. Para o ácido sulfúrico, é lactose e sacarose, dissacarídeos. O ácido reagirá com os ll para formar o m elementar e um resíduo viscoso.
Deve ser o bastante para obstruir a fenda. Temporartamente, pelo menos. Após o material ser introduzido na fenda, há o efeito desejado, e o vazamento é interrompido por causa da formação de uma crosta. Considerando a situação proposta na cena, que termos (I, II e III) devem preencher as lacunas para que o diálogo da ação tenha o efeito almejado por MacGyver? I
II
III
gênio: na transformação de 1 mol de glicose ou na transformação de 1 mo! do ácido graxo proveniente do lipídio cuja fórmula estrutural é mostrada anteriormente? Explique. Durante o período de preparação para a Copa de 2014, um jogador de futebol recebeu, a cada dia, uma dieta contendo 600 g de carboidrato e 80 g de gordura. Durante esse período, o jogador participou de um treino por dia. b)Calcule a energia consumida por km percorrido em um treino (kcaVkrn), considerando que a energia necessária para essa atividade corresponde a 2/ 3 da energia proveniente da dieta ingerida em um dia.
a) Caixas de almôndega
Peptídios
Ferro
b) Barras de cereais
Triglicerídeos
Oxigênio
c) Sacos de leite em pó
Aminoácidos
Cálcio
Energia por componente dos alimentos:
d)Pacotes de biscoito
Açúcares
Sódio
Carboidrato........... 4 kcaVg
Carbono
Gordura.................9 kcaVg
@Tabletes de chocolate Açúcares
5. (Fuvest-SP) A dieta de jogadores de futebol deve fornecer energia suficiente para um bom desempenho. Essa dieta deve conter principalmente carboidratos e pouca gordura. A glicose proveniente dos carboidratos é armazenada sob a forma do polímero glicogênio, que é uma reserva de energia para o atleta.
Dados:
416 kcal/km
Distância média percorrida por um jogador: 5 000 m/treino 6. (UPE-PE) A informação nutricional exibida no rótulo de um determinado produto alimentício é apresentada abaixo. PORÇÃO DE 200 mL QUANTIDADE POR PORÇÃO
%Vil(' )
44 kcal = 18S kJ
2
CARBOIORATOS
11 g
4
PROlÚNAS
Og
o o o
VAlOR ENERGtnco
GORDURAS TOTAIS
Certos lipídios, contidos nos alimentos, são derivados do glicerol e também fornecem energia.
o H2C- 0 - CCH2 (CH2) 9 CH 3
Og
GORDURAS TRANS
Og
GORDURASMONOINSATURADAS
Og
GORDURASPOU~NSATURADAS
Og
COLESTEROL
0mg
FIBRA ALIMENTAR
Og
o o
SÓDIO
26 mg
1
POTÁSSIO
322mg
..
O produto que atende a essas especificações é o(a)
o HC - O- CCH2 (CH2 ) 9 CH 3
.. .. ..
GORDURASSATURADAS
"% VALORES DIÁRIOS OE REfERtNCIA COMBASE EMUMADIETA OE2000 kcal OU8400 kJ.
11
11
Og. das quais:
um lipídio derivado do glicerol
o 11
H 2C - 0 - CCH2 (CH2) 9 CH 3
a)vinagre. b)requeijão. c) óleo de soja. @ água de coco. e) azeitona em conserva.
a) Durante a respiração celular, tanto a glicose quanto os ácidos graxos provenientes do lipídio derivado do glicerol são transformados em C02 e H 20. Em qual destes casos deverá haver maior consumo de oxi-
7. Pesquise sobre os efeitos benéficos dos ácidos graxos poli-insaturados ômega-3.
Noções de Bioquímica
191
A Medicina Nuclear é uma especialidade médica que utiliza métodos seguros, praticamente indolores, não invasivos e de relativo baixo custo para fornecer informações que outros exames diagnósticos não conseguiriam, através do emprego de fontes abertas de radionuclídeos. Habitualmente os materiais radioativos são administrados in vivo, por via venosa, oral, inalatória ou subcutânea, e apresentam distribuição para órgãos ou tipos celulares específicos, não havendo risco de reações alérgicas. Esta distribuição pode ser ditada por características do próprio elemento radioativo. [...]. A radioatividade da maioria dos elementos empregados cai para a metade [... ] em questão de horas ou dias e a radiação emitida é do tipo gama [... ]. O tempo de permanência dos materiais radioativos no corpo do paciente é ainda mais reduzido, considerando-se que muitas vezes ocorre eliminação deste pela urina. [... ] A dose de radiação dos procedimentos diagnósticos em Medicina Nuclear é, de uma forma geral, similar ou inferior à de outros métodos diagnósticos que empregam raios X. Nas aplicações diagnósticas, a distribuição do radiofármaco no corpo do paciente é conhecida a partir de imagens bidimensionais (planares) ou tomográficas (SPECT), geradas em um equipamento denominado câmara cintilográfica. A maior ou menor captação dos compostos permite avaliar a função dos tecidos, ao contrário da maioria dos métodos radiológicos que dão maior ênfase na avaliação morfológica
dos órgãos. A avaliação funcional realizada pela Medicina Nuclear traz, muitas vezes, informações diagnósticas de forma precoce em diferentes patologias. Essas alterações podem ser detectadas quando ainda não há mudanças significativas na anatomia e mesmo antes dos sintomas aparecerem, conferindo à cintilografia elevada sensibilidade diagnóstica e promovendo melhores chances de tratamento efetivo ao paciente. Assim, estamos muito acostumados com as imagens anatômicas em exames complementares, que localizam, medem, calculam volumes, avaliam a forma em três dimensões, em cortes tomográficos e que caracterizam estruturalmente os órgãos e as lesões em estudo. Porém, a imagem funcional acrescenta uma informação diferente e o objetivo aqui é outro: conhecer o comportamento metabólico e como está a função do órgão em estudo. Outra vantagem é poder realizar, de uma só vez, exames de corpo inteiro no paciente como, por exemplo, no caso da cintilografia óssea e pesquisas de metástases. Dentre os exames em Medicina Nuclear hoje disponíveis, incluem-se análises do funcionamento do coração, cérebro, tireoide, rins, fígado e pulmões, avaliação de doenças nos ossos, além do diagnóstico de tumores nos principais órgãos do corpo. [...]. SOCIEDADE BRASILEIRA OE MEDICINA NUCLEAR. O que é Medicina Nuclear? São Paulo, (2016?). Disponível em: <http://www.sbmn.org.br/site/medicina_nuclear>. Acesso em: 4 abr. 2016.
• O diagnóstico cintilográfico permite compreender o estado da atividade cerebral em um intervalo de tempo específico e relativamente curto. Que tipo de doença tem seu diagnóstico beneficiado por essa técnica?
; 1
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• •
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1
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Origem dos estudos sobre a radioatividade
Proteção impede efeitos danosos à saúde durante exames de raios X 1... ) As radiografias são parte das rotinas de diversas especialidades médicas. O exame de raios X [... ) toma uma série de diagnósticos muito simples e rápidos. Mas, apesar de o procedimento ser útil, algumas medidas de proteção à saúde dos pacientes e trabalhadores precisam ser tomadas [...] [para) sua realização. Os raios X são ondas eletromagnéticas capazes de atravessar a matéria. Sua produção [atualmente] é obtida a partir da colisão de elétrons com um alvo de tungstênio dentro de um tubo especial, fechado a vácuo. O feixe resultante é direcionado para a pessoa através de uma janela.
Em 1895, o físico alemão Wilhelm Conrad Rõentgen (1845-1923), trabalhando com descargas elétricas em um tubo de raios catódicos, observou a projeção de luminosidade em uma tela recoberta com uma substância fluorescente (platinocianeto de bário), que estava a cerca de 2 metros do tubo. O equipamento estava completamente coberto por um material opaco à luz (como uma cartolina preta) e, mesmo assim, os raios emitidos eram capazes de atravessar o material e emitir um brilho na tela. Ao girar a tela, deixando o lado sem o material fluorescente voltado para o tubo, Rõentgen observou que a luminosidade permanecia, ou seja, os raios também eram capazes de atravessar a tela. Na época, já era sabido que os raios catódicos não alcançavam mais do que poucos centímetros no ar, portanto, devia tratar-se de outro tipo de emissão. Como Rõentgen desconhecia a natureza dessa radiação, batizou os raios penetrantes que observou de raios X, em homenagem às incógnitas da Matemática. Depois de testar diversos materiais na presença dos raios X, Rõentgen percebeu que apenas uma placa de chumbo era capaz de bloqueá-los totalmente. Aproximou, então, um pequeno disco de chumbo da tela fluorescente, esperando enxergar sua sombra, entretanto acabou observando não apenas a sombra do disco, mas também a dos ossos de sua mão. Rõentgen passou então a utilizar chapas fotográficas para obter resultados permanentes, que pudessem ser divulgados nas revistas científicas da época. Uma dessas imagens, a mão de sua esposa usando um anel, ficou famosa como a primeira radiografia da história, chamada na época de "rõentgenograma" (Figura 1).
J
. Aparelho utilizado atualmente para obtenção de radiografias por emissão de raios X.
"'
1
V
1... ] [... ] a orientação para quem trabalha com raios X é a de obedecer ao tripé 'tempo, blindagem e distância'. "O profissional deve ficar o menor tempo possível, na maior distância da fonte e sempre utilizar equipamentos apropriados, como biombos e aventais de chumbo - material de alta densidade - ou [permanecer) atrás de parede com blindagem"[... ).
1... ) PROTEÇÃO impede efeitos danosos à saúde durante exames de raios X. Globo Ciência. São Paulo, 7 dez. 2013. Disponível em: <http:// redeglobo.globo.comlglobociencia/ noticia/2013/06/296protecao-impedeefeitos-danosos-saude-durante-exames· de-raios·x.html>. Acesso em: 4 abt 2016.
194
Capítulo 9
Figura 1. Apenas seis semanas após a descoberta dos raios X. Rõentgen conseguiu uma imagem dos ossos da mão de sua esposa, que estava usando um anel. Para isso, foi necessário um tempo de exposição aos raios por cerca de 15 minutos. Atualmente, é possível obter uma radiografia com ótima resolução em segundos.
Essa nova tecnologia foi rapidamente utilizada na Medicina. Ela tornou possível a visualização de ossos fraturados ou mesmo de objetos metálicos alojados no corpo, como um projétil, facilitando o trabalho dos médicos em cirurgias, por exemplo. A repercussão dessa descoberta no meio científico, de forma geral, também foi muito significativa. A maioria dos materiais se apresentava "transparente" nas chapas fotográficas, o que abriu uma nova perspectiva de investigação sobre a constituição da matéria. Os cientistas já sabiam que alguns materiais eram capazes de fluorescer por conta própria, ou causar fluorescência de outros materiais próximos a eles. Com a descoberta dos raios X por Rõentgen, a pesquisa desses fenômenos foi retomada. Uma contribuição especial veio em 1896, por parte do físico francês Antoine-Henri Becquerel (1852-1908). Ele descobriu que compostos contendo urânio eram capazes de provocar um fenômeno similar aos raios X em chapas fotográficas protegidas, mesmo no escuro. Durante muito tempo, acreditou-se que esses compostos emitiam raios X constantemente, mas estudos posteriores demonstraram que essa conclusão estava incorreta. Em 1898, a física polonesa Marie Sklodowska Curie (1867-1934) e seu marido, o físico francês Pierre Curie (1859-1906), direcionaram suas pesquisas para as emissões anteriormente estudadas por Becquerel e descobriram que outros elementos emitiam raios semelhantes aos observados no urânio, como o tório. Ao analisar alguns minérios naturais, Marie descobriu que um minério de urânio, chamado na época de pechblenda (Figura 2), apresentava emissão três vezes maior do que se esperava para a quantidade de urânio presente, o que a fez concluir que deveriam existir impurezas nesse material que fossem altamente emissoras. Ao conseguir isolar uma dessas impurezas, Marie verificou que se tratava de um novo elemento químico, o qual foi denominado polônia, em homenagem ao seu país natal. Dois meses mais tarde, ao aprimorar os métodos de purificação utilizados, Marie, com auxílio de seu marido, determinou também a presença de outro elemento, um emissor ainda mais potente, o qual recebeu o nome de rádio (do latim radium). O polônia é um emissor de radiação 400 vezes mais potente que o urânio, enquanto o rádio é 900 vezes mais potente. O fenômeno da emissão de raios por esses elementos foi denominado por Marie de radioatividade, mas não foi plenamente compreendido na época. Ela, seu marido e Becquerel sabiam apenas que eram emissões de partículas e ondas eletromagnéticas provenientes dos núcleos atômicos desses elementos. Atualmente a radioatividade é definida como um fenômeno natural ou não em que o núcleo de um átomo emite partículas, ondas eletromagnéticas, ou ambas, para o meio. Em 1903, Becquerel e o casal Curie receberam o Prêmio Nobel de Física por suas pesquisas em radioatividade. Em 1911, Marie recebeu também o Prêmio Nobel de Química pelos serviços prestados ao avanço da Química com a descoberta dos elementos rádio e polônia. Marie foi a primeira mulher a se tornar professora na Sorbonne, universidade francesa de grande prestígio, e também a primeira cientista a receber dois prêmios Nobel. Além disso, Marie é, até hoje, a única cientista agraciada com o prêmio Nobel em duas áreas distintas. Em 1934, Marie faleceu em decorrência de uma anemia aplástica, provavelmente em virtude das fortes doses de radiação a que foi exposta durante os vários anos de trabalho com materiais radioativos. Anemia aplástica ou aplasia medular: doença causada pela produção insuficiente dos g lóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas pela medula óssea.
Caso julgue apropriado, comente com os alu· nos que as radiações eletromagnéticas são conside,adas raios X quando apresentam com· primento de onda entre 10- 11 me 10-• m e são formadas na colisão de elétJons, libe,ados por um cátodo aquecido, contra um ânodo metálico. Ou seja, os raios X não são emissões nudeares.
Figura 2. Amostra de pechblenda, uma variedad e impura de uraninita, minério rico em urânio.
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Figura 3. Marie Curie em seu laboratório no Instituto Rádio de Paris, em 1912. Radioatividade
195
1
Contexto histórico
A mulher cientista: representação e realidade Observe uma pintura e uma litogravura representando dois casais renomados que desempenharam importantes papéis na história da Química. Em seguida, leia os textos a respeito dessas duas obras. O icônico retrato de Marie-Anne Paulze Lavoisier e Antoine Laurent Lavoisier, parte do acervo do Metropolitan Museum of Art, na cidade de Nova York, revela o caráter colaborativo da relação do casal. Nessa obra, o pintor coloca Madame Lavoisier como protagonista, no centro da pintura: em vestes luminosas, recebendo a maior parte da luz e olhando diretamente para o observador enquanto encobre a figura de seu marido. A figura encoberta é ninguém menos que o cientista responsável por reinventar a Química como ciência, ao final do século XVIII. Por esse motivo, apesar do destaque dado a Marie-Anne na pintura, no título da obra, Retrato de Antoine Lavoisier e sua mulher, Marie-Anne não recebe o mesmo destaque. Antoine-laurent Lavoisier (1743-1794) e O que muitas vezes escapa à compreensão geral é o papel fundamental de Madame Lavoi- sua esposa Mariesier na proeminência de Antoine. Marie-Anne estudava ciência e frequentemente se engajava ·Anne Pierrette Paulze Lavoisier (1758-1836) em embates filosóficos com o marido. Foi responsável por traduzir bilateralmente obras de im- em pintura de 1788. portantes cientistas para francês e inglês. Mais ainda, ela editou, ilustrou e registrou os métodos e resultados que foram compilados no Tratado elementar de química, obra escrita por Lavoisier, mas que expõe o genial caráter científico do casal, pelo qual Marie-Anne só recebeu os devidos créditos muito posteriormente.
[...1 A frequente ênfase no gênero de Marie Curte e seu casamento colocavam sua vida não convencional dentro de uma história mais apropriada para [...] o público: mulher - o que significava dizer, esposa - primeiro, cientista em segundo. Uma caricatura de 1904, publicada na revista Vanity Fair, [...] é um arrebatador exemplo do papel que as imagens desempenharam na criação do mito Curte - de um homem brilhante e sua leal companheira que batalhou contra a pobreza e a indiferença em nome da investigação científica. A ilustração mostra o esposo e a esposa [... J no laboratório, seus olhares[ ... ] focados em um pequeno e brilhante[... ] [material nas mãos de] um beatífico Pierre. Marie fica de lado, uma mão repousando sobre o ombro dele, uma expressão de intensa concentração em sua face.[ ... ] Na legenda lê-se, simplesmente, "Rádio".
[...1 Fosforescência ironicamente não é uma propriedade do rádio. Mas radioatividade - uma palavra e conceito introduzidos por Marie - é. A ideia dela de que a radiação vinha do interior do átomo foi um grande salto conceitua!. Dada sua idade (31, na época), contexto (ainda uma estudante) e gênero, foi também corajosa. [... ]
Litogravura de Pierre e Marie Curie, publicada na revista Vanity Fair, em 1904.
CHEMICAL HERITAGE STAFF. Vanity Unfair. Chemical Heritage Magazine. Philadelphia: Chemical Heritage Foundation Summer edition, v. 29, n. 2, 2011 . [Tradução livre.] Disponível em: <www.chemheritage.org/discover/magazine/articles/ 29·2-vanity·unfair.aspX>.Acesso em: 4 abr. 2016.
Até pouco tempo atrás, as ciências exatas (Física, Matemática e Química) eram praticadas exclusivamente por homens. Na história da ciência, os nomes de destaque são quase sempre masculinos. Entretanto, muitas mulheres contribuíram significativamente para seu progresso, em alguns casos, sem o reconhecimento devido na época em que viveram.
Atividades
Escreva
no caderno
1. Observe a representação de Marie-Anne Lavoisier e Marie Curie nas duas obras. Qual delas recebeu mais destaque? Sugira uma explicação para esse fato. 2. O primeiro texto apresenta uma justificativa para o pouco destaque do nome de Marie-Anne Lavoisier no título do quadro. É possível que esse fato tenha outra explicação? Qual?
3. O parlamento polonês aprovou uma resolução declarando 2011 como o Ano de Marie Curie em comemoração ao centenário do Prêmio Nobel a ela concedido. Foi o primeiro Prêmio Nobel concedido a uma mulher. Pesquise e escreva um pequeno texto a respeito das contribuições de Marie Curie para a história da Química. 4. Pesquise nomes de mulheres cientistas que contribuíram direta ou indiretamente para o desenvolvimento da Ciência. Todas receberam o reconhecimento devido em sua época? Converse com seus colegas sobre o preconceito sofrido pelas mulheres na área da ciêncja em outros séculos.
196
Capítulo 9
As emissões nucleares Em 1898, Ernest Rutherford ( 1871-1937) realizou um experimento para determinar algumas características das emissões radioativas, tendo descoberto as partículas alfa e beta. Repetindo o mesmo experimento, Paul Villard (1860-1934) detectou também a presença da radiação gama (Figura 4).
placa carregada positivamente bloco de chumbo
amostra de material radioativo
e
placa carregada negativamente
anteparo fluorescente Ilustração produzida com base em: CHANG, R. Química.Trad. E. J. H. D'Bourneville. Novena edición. Cidade do México: McGraw-Hill: lnteramericana, 2007. p. 46. Figura 4 . Representação esquemática do que ocorre quando um feixe da emissão radioativa passa por duas placas com cargas elétricas opostas. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
~ Emissão alfa Rutherford percebeu que o feixe de partículas alfa (a) emitido pelo material radioativo era ligeiramente desviado na direção da placa carregada negativamente e que, portanto, apresentava carga positiva. Rutherford também mediu o ângulo de desvio dessas partículas e encontrou valores pequenos, o que o fez concluir que a partícula a apresentava grande valor de massa comparado às outras emissões. Atualmente sabe-se que as partículas ex são formadas por dois prótons e dois nêutrons, mas nenhum elétron. Elas são representadas por ;ex. A partícula ex, quando emitida, é capaz de capturar dois elétrons do meio, formando um átomo de hélio:
Por esse motivo, dizemos que a partícula a é um núcleo de hélio ou um átomo de hélio com carga 2 +. A partícula ex não apresenta grande penetrabilidade em tecidos biológicos e outros meios, sendo retida, por exemplo, por uma simples folha de papel.
Tecido biológico: conjunto de células especializadas que realizam funções determinadas. Exemplos: epiderme, derme, tecido ósseo etc.
~ Emissão beta No experimento de Rutherford, o feixe de partículas beta (13) sofria grande desvio na direção da placa carregada positivamente, o que indicava presença de carga negativa e uma massa bem menor do que a das partículas a. As partículas 13 apresentam penetrabilidade em tecidos biológicos bem maior que a das partículas ex, sendo barradas por uma placa de alumínio de 5 mm de espessura ou de chumbo de 1 mm de espessura. Radioatividade
197
~ Emissão gama O que significa o símbolo da radiação?
O desenho é chamado trifólio, o mesmo nome que se dá às ervas com folhas em forma de trevo. Mas ninguém ainda conseguiu explicar com segurança sua origem. "Sabemos que ele foi rabiscado pela primeira vez em 1946, no laboratório de radiação da Universidade da Califórnia, em Berkeley, Estados Unidos", explica o físico americano Paul Frame, da Universidade de Michigan, que por anos estudou a origem do símbolo. Depois, se disseminou pelo resto do mundo. Difícil é dizer por que os pesquisadores escolheram exatamente aquela forma. Eles podem ter buscado inspiração numa imagem semelhante, que era utilizada na base naval de Berkeley. O trifólio servia para indicar o risco do movimento das hélices dos navios ali atracados. "Também é possível que o círculo central represente a fonte radioativa e as três pás indiquem os diferentes tipos de radiação: alfa, beta e gama". suspeita Frame. "Qualquer que tenha sido a origem, foi uma boa escolha, pois o símbolo é fácil de ser desenhado e identificado, além de não se parecer com outros sinais de alerta", afirma. "Hoje, em qualquer lugar do mundo, toda substância que emitir radiação deve ter essa imagem", explica Demerval Rodrigues, do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), de São Paulo. Ou seja, se você a vir, convém afastar-se. O PERIGO em forma de trevo. Superinteressante. São Paulo: Abril, ed. 144, 1~ set. 1999. p. 27. Superintrigante. Superinteressante/ Abril Comunicações S. A.
198
Capítulo 9
A emissão gama (-y), também chamada de radiação gama, ao contrário das emissões ex e 13, não é formada por partículas, mas sim por ondas eletromagnéticas que são emitidas sempre que ocorre emissão ex ou 13. Porém, como essa emissão não altera nem o número atõmico nem o número de massa do átomo, em geral, ela não é representada em equações. Por serem ondas eletromagnéticas, as emissões -y não apresentam massa nem carga elétrica, contudo, apresentam alto poder de penetrabilidade, podendo atravessar objetos espessos e densos. Somente materiais com espessas camadas de chumbo e/ou concreto podem frear esse tipo de emissão. A Figura 5 mostra a capacidade relativa de penetração das emissões ex, 13 e -y em diferentes materiais.
a\la ~<J)
1O cm de chumbo
0,5 cm de chumbo papel (< 1 mm)
Ilustração produzida com base em: KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; TOWNSEND, J. R. Chemistry & Chemical Reactivity. 8th ed. Belmont Brooks/Cole: Cengage learning, 2012. p. 1060. Figura 5. Representação esquemática da capacidade relativa de penetração das partículas a da radiação '1· (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
e 13 e
O estudo das emissões radioativas no início do século XX levou à observação de certas regu laridades. O químico inglês Frederick Soddy (1877-1956), que foi assistente de Rutherford e descobridor dos isótopos, identificou que, quando um núcleo emite uma partícula alfa (~a), seu número atômico e seu número de massa diminuem em duas e quatro unidades, respectivamente. Essa lei é reconhecida atualmente como lei de Soddy e pode ser representada genericamente por:
Um exemplo da aplicação dessa lei é a emissão de uma partícula alfa por um núcleo de urânio-238, formando tório-234:
Do mesmo modo que havia uma regularidade na emissão de partículas o:, havia também regularidade para a emissão de partículas 13, enunciada na lei de Soddy, Fajans e Russel: quando um núcleo emite uma partícula 13, seu número de massa permanece constante, mas seu número atômico aumenta em uma unidade, formando um novo núcleo, isóbaro do primeiro. Podemos representar genericamente essa lei da seguinte maneira: ~X ~ z+~ Y
+ -~13
Os núcleos que emitem partículas 13 são chamados de betaemissores. Um exemplo é o núcleo de césio-137. Na emissão de uma partícula 13 pelo 137Cs, há formação de um núcleo, isóbaro, de bário-137: 131 Cs ~ 55
ºª
+
131 Ba 56
- 11-'
Estabilidade nuclear Após muitos estudos, descobriu-se que as emissões de partículas e radiações eletromagnéticas ocorrem espontaneamente em núcleos instáveis. A estabilidade de um núcleo está relacionada com as forças existentes entre as partículas que o compõem (conhecidas como forças nucleares fortes) e pela relação entre a quantidade de nêutrons e de prótons. Por exemplo, o elemento hidrogênio possui 3 isótopos: JH, ~H e ~H. O isótopo de massa atômica 3 (~H) é o único radioativo. O elemento nitrogênio possui isótopos com as massas atômicas que vão de 12 a 18, porém apenas os isótopos de massa atômica 14 e 15 são estáveis. De modo geral, os elementos de número atômico maior que 83 (bismuto) e os elementos artificiais, tecnécio (Z = 43) e promécio (Z = 61 ), são instáveis (radioativos). Os núcleos dos isótopos que possuem mais nêutrons do que os núcleos estáveis tendem a emitir partículas beta ( _~13 ). Um exemplo dessa reação é a t ran sformação de carbono-14 em nitrogênio-14, que pode ser equacionada da seguinte forma:
1:c
~
1;N + -~13
De modo semelhante, os núcleos dos isótopos que possuem menos nêutrons do que os núcleos estáveis tendem a emitir um pósitron ( +~13) ou capturar um elétron. Exemplos: 3sK 19 ~ 3sA 1s r 55 26 Fe
+
- ºe 1
+
~
ºª
+1 1-'
Pósitron: partícula de carga positiva (+1) e massa igual à do elétron, também chamada de antipartícula do elétron ou elétron positivo.
55 25 Mn
Já os núcleos com número atômico maior que 83 tendem a emitir partículas alfa (~o:), reduzindo assim o número de nêutrons e o número de prótons em duas unidades. Exemplo:
Quando um núcleo instável se transforma em outro mais estável por emissão radioativa espontânea, dizemos que ocorreu uma transmutação natural ou que o núcleo decaiu (em virtude da diminuição no número atômico e/ou de massa) ou desintegrou. Em geral, nesse processo ocorrem várias emissões sucessivas, até que o núcleo formado seja o mais estável possível. O urânio-238, por exemplo, sofre transmutação natural, transformando-se em chumbo-206. série de emissões
Radioatividade
199
~ Decaimentos radioativos O decaimento de um núcleo depende da sua estabilidade: núcleos instáveis decaem, emitindo partículas e formando outros núcleos mais estáveis. Para o estudo matemático dos decaimentos radioativos, devemos, inicialmente, entender o parâmetro período de meia-vida ou período de semidesintegração (t ~ , ou P), que é o tempo necessário para que o número de núcleos radioativos de um elemento em uma amostra seja reduzido à metade. A Tabela 1 mostra alguns períodos de meia-vida. Tabela 1. Período de meia-vida de alguns isótopos radioativos Isótopo
Meia-vida
233Th
22,3 minutos
1301
12,4 horas
º'I
8,02 dias
60(0
5,27 anos
137(5
239Pu
30,2 anos 2,41 · 106 anos
238LJ
4,47 · 109 anos
Fonte de pesquisa: HOLDEN, N. E. Neutron scattering and absorption properties. ln: LIDE, D. R. (Ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physícs. 89th ed. (Internet Version). Boca Raton, FL: CRC: Taylor and Francis, 2009. p.11-185-11-197.
O decaimento radioativo pode ser expresso graficamente por uma curva de decaimento. Essa curva pode ser elaborada por meio de uma função que relaciona número de nuclídeos radioativos ou em função da massa do nuclídeo radioativo com o tempo. Gráfico 1. Curva de decaimento radioativo do oxigênio-15, em massa Massa de 150 (mg)
10,0 5,0
2,5 .___._,......._ _ _.......,__.__ ___J...__.._.__ __._ _.__ _
O
2 1' meia-vida
4 2• meia-vida
Tempo (minutos)
6 3' meía-1/Ída
Gráfico elaborado com base em: KOT2, J. C.; TREICHEL, P. M.; TOWNSEND, J. R. Chemistry & Chemical Reactivity. 8th ed. Belmont: Brooks/Cole: Cengage Learning, 2012. p. 1070.
Observe que, no início (tempo zero), temos a massa (m0) de 20 mg do isótopo radioativo e após o primeiro primeiro período de meia vida, esse valor é reduzido à metade. Após o segundo período de meia vida o valor da massa é igual a 1/4 da massa inicial. Após o terceiro período de meia vida, 1/8, e assim sucessivamente. Também podemos representar o decaimento por uma sequência numérica: 1,
1,
1,
'
Como o número de núcleos radioativos sempre diminui em 50º/o a cada período, podemos dispor essa sequência como uma progressão geométrica (PG)
- -1 . d e razao 2
200
Capítulo 9
1. Considerando seus conhecimentos acerca das emissões radioativas de núcleos instáveis, responda:
@ A partícula indicada por X é um próton. b)A partícula indicada por X é um deutério.
-
. ' sao 1soropos.
a) Em termos de alterações nucleares, o que significa uma emissão alfa? b) O que é uma transformação nuclear?
e) Nenhuma das anteriores.
2. Considerando as características das emissões a , f3 e 'Y, copie em seu caderno o quadro abaixo e complete-o.
Emissão Símbolo
Penetrabilidade em tecidos biológicos
Carga
///
Alfa
•
/
Beta
/ / /
Gama
.•
V
/
/
/
.
/, w/
3. O elemento químico polônio (Po) recebeu esse nome em homenagem de Marie Curie ao seu país natal, a Polônia. O polônio-210, cujo número atômico é 84, sofre decaimento por emissão de partículas beta. Considerando a emissão de uma única partícula beta: a) Represente em seu caderno o processo por uma equação de decaimento nuclear. b) Determine o número de nêutrons do núcleo resultante desse decaimento. 125 nêutrons c) Diga qual a relação nuclear existente entre o núcleo de polônio e o núcleo resultante. d) Localize na tabela periódica a qual elemento químico o núcleo formado nesse decaimento pertence e indique-o utilizando seu símbolo, número de massa e numero atom1co. ,
A
7. A desintegração de um elemento radioativo ocorre segundo a sequência X ~ Y ~V~ W. Podemos, então, afirmar que são isótopos: a)VeW
@xew
b)YeW
e)XeY
/
,
/
-
. ' sao 1sotonos.
•
4. Considerando que o elemento químico utilizado no experimento de Rutherford tenha sido polônio-214, um emissor alfa de número atômico 84, determine o número de nêutrons do núcleo resultante do decaimento do polônio por emissão de 3 partículas alfa. 124 nêutrons
5. Em um processo de decaimento de um núcleo de urânio-238 (~ U) foram emitidas partículas alfa e beta, resultando em um núcleo de chumbo ( ~ Pb) . Determine o número total de emissões alfa e beta envolvidas nesse processo. 6. O carbono-14 c;c) é formado na parte mais alta da atmosfera, pela interação de nêutrons, provenientes dos raios cósmicos, com átomos de nitrogênio c1; N), segundo a equação incompleta:
c)YeV
8. (Mack-SP) 2011 - Ano Internacional da Química A UNESCO, em conjunto com a IUPAC, decidiu instituir, em 2011, o Ano Internacional da Química, tendo, como meta, promover, em âmbito mundial, o conhecimento e a educação química em todos os níveis. Além da celebração dos inúmeros benefícios da Química para a humanidade, o ano de 2011 também coincide com o centésimo aniversário do recebimento do prêmio Nobel de Química por Marie Curie, celebrando a contribuição das mulheres à ciência. Marie Curie e seu marido Pierre Curie descobriram, em 1898, o elemento químico radioativo Polônio, de número atômico 84, que foi batizado com esse nome em homenagem à Polônia, pátria de origem de Marie Curie. O elemento químico polônio tem 25 isótopos conhecidos, com números de massa que variam de 194 a 218. O Po-210 é o isótopo natural mais comum, com um período de meia-vida de 134,8 dias, e sua reação de decaimento produz o chumbo (Pb-206). O decaimento do Po-210 a Pb-206 é corretamente expresso pela equação: a) 2: Po
'""? 2:
Pb + a
b) 2~Po
'""? 2:
Pb +
c) 2~ Po
'""? 2:
Pb + a +
@f~Po
'""?
e) 2~ Po
'""?
2
f3 f3
: Pb + a
1
Sobre essa equação, pode-se afirmar corretamente:
~ Pb +
f3
9. Considere um decaimento radioativo em que a massa inicial era de 400 g e que a massa final foi de 6,25 g. Sabendo que se trata do elemento carbono-14 e que seu período de meia-vida é de 5 715 anos, determine ' . o tempo necessano para que o processo ocorra. 34 290 anos Radioatividade
201
Transmutações artificiais Uma transmutação artificial ocorre quando, em um laboratório, um núcleo é bombardeado com partículas, transformando-se em outro, ou seja, formando um núcleo de outro elemento químico. A primeira transmutação artificial aconteceu no início do século XX, em 1919, quando Rutherford conseguiu transformar o elemento químico nitrogênio em oxigênio por meio do bombardeamento do nitrogênio-14 com partículas alfa, formando oxigênio-17 e um próton, como mostra a equação: 14N 7
+
4 , 2ª - ,
11 8
0 +
Seguida a essa transmutação, muitas outras foram realizadas, permitindo identificar outras partículas subatômicas, como o nêutron, que foi descoberto em 1932 quando o físico inglês James Chadwick (1891-1974) bombardeava núcleos de berílio com partículas alfa.
~
Em 1934, o físico italiano Enrico Fermi (1901-1954) e seus colaboradores {_ observaram que, quando um átomo de urânio-238 era bombardeado com um nêutron de baixa energia, este era capturado pelo núcleo e era possível identifi::, ~ car um elemento com número atômico igual a 93. Essa reação pode ser representada da seguinte forma: .
!
239U ~ 92
0o
- 1P
+
239 Np 93
Como até aquele momento o urânio (Z = 92) era o elemento químico de maior número atômico conhecido, esse experimento deu início à descoberta dos elementos chamados transurânicos, com número atômico maior que 92 e que, portanto, viriam após o urânio na tabela periódica. A partir do estudo dessa reação foi possível também a produção dos primeiros isótopos radioativos usados na Medicina.
1 1 Figura 6. Enrice Fermi em seu laboratório na Universidade de Chicago, em 1945.
Em 1938, os físicos alemães Otto Hahn (1879-1968) e Fritz Strassmann (1 9021980) bombardearam núcleos de urânio-235 com nêutrons e, em vez de reproduzirem os resultados obtidos por Fermi, identificaram núcleos de bário na amostra, de número de massa igual a 141. A resposta para essa aparente inconsistência foi dada pela física austríaca Use Meitner (1878-1968) e Otto Frisch (1904-1979), seu sobrinho, também físico. Eles concluíram que nesse processo ocorria a divisão do núcleo de urânio, a qual Meitner chamou de fissão, ao mesmo tempo em que era liberada uma enorme quantidade de energia e mais nêutrons eram formados. Os detalhes de como ocorre essa reação foram descobertos após o trabalho de diversos cientistas. Hoje, sabe-se que o urânio-235, ao ser bombardeado, captura um nêutron formando inicialmente o urãnio-236. O U-236 é instável e sofre fissão, produzindo dois novos núcleos radioativos, bário-141 e criptônio-92, três
202
Capítulo 9
nêutrons e liberando grande quantidade de energia (cerca de 2 · 10 13 J · mol- 1), como representado na Figura 7 .
ln +
O
236u
235u 92
92
..
-'()
•
nêutron 236u 92
.
'~Ba
o
Ilustração produzida com base em: CHANG, R. Qulmica. Tradução: E. J. H. D'Bourneville. Novena ediáón. Cidade do México: McGraw-Hill: lnteramericana, 2007. p. 981.
Figura 7. Representação esquemática da f issão nuclear do urânio-235. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Além disso, Meitner observou que, sob circunstâncias adequadas, esses novos nêutrons formados eram capazes de interagir com outros núcleos de urânio-235, ocorrendo novas reações, liberando ainda mais energia e dando origem ao que chamamos de reação em cadeia (Figura 8). Essa reação termina, espontaneamente, quando todo o urânio-235 presente é consumido ou quando os nêutrons liberados são retirados da reação por ação externa. o
....•.. ·~~·. .. .·...... -~······ .·'·" ___
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36
Ilustração produzida com base em: CHANG, R. Qulmica. Tradução: E. J. H. D'Bourneville. Novena edic.ión. Cidade do México: McGraw-Hill: lnteramericana, 2007. p. 982.
-o
Figura 8. Representação esquemática da reação em cadeia durante a fissão nuclear do urânio-235. A formação do urânio-236 foi omitida para facilitar o entendimento. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
o
Portanto, no processo de f issão nuclear, um núcleo, ao ser atingido por uma partícula, torna-se altamente instável e se divide em partes menores, mais estáveis, liberando uma grande quantidade de energia. Se houver número suficiente de núcleos (massa crítica), pode ocorrer uma reação em cadeia, amplificando a quantidade de energia liberada. O entendimento sobre essas reações foi de extrema importância para o desenvolvimento das usinas nucleares e das bombas atômicas, como veremos a seguir. Radioatividade
203
~ Projeto Manhattan Notícias de que a Alemanha estaria oonduzindo um programa destinado à produção de um artefato bélico baseado na energia nuclear desencadearam, por parte do governo[...} [dos EUA]. esforços para a criação de seu próprio programa nuclear {tomou-se célebre a carta de Einstein a Roosevelt, alertando sobre a conveniência de um programa nuclear por parte dos aliados). Surgiu o Projeto Manhattan, que terminaria por contar oom a participação de célebres físicos americanos como Oppenheimer {líder do projeto) e Feynman, além de físicos europeus que emigraram para os Estados Unidos fugindo da guerra, bem oomo da perseguição política por ela gerada, como Fermi, por exemplo. O projeto americano para a oonstrução da primeira bomba atômica terminou por ser bem-sucedido, com a produção de "Little boy" e "Fat man", lançados sobre Hiroshima e Nagasaki, respectivamente.
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O início do fim. Direção: Rola nd Joffé. EUA: Paramount Home Entertainment, 1989. Vídeo (127 min). Título original: Fat man and Little boy. O filme recria um dos capítulos mais marcantes da história do Projeto Man hattan, a construção das bombas atômicas Fat man e Little boy no Laboratório de Los Alamos, no remoto deserto do Novo México, e as intercorrências envolvidas, principal mente entre o general Leslie Groves, que comandou o pro jeto, e J. Robert Oppenh ei mer, cientista responsável pelo desenvolvimento das bombas.
Figura 9. Imagens computadorizadas da estrutura das bombas atômicas de urânio, "Little boy" (à esquerda), e de plutônio,"Fat man" (à direita). (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.) Em fins de 1942, os físicos do projeto já haviam desenvolvido teorias que determinavam, convenientemente, como se poderia produzir uma bomba baseada na fissão nuclear, realizado experimentos conclusivos e estabelecido toda uma série de possíveis rotas para a produção de material físsil. Restava ainda a fundamental questão de como produzir grandes quantidades dessas perigosas substâncias sendo capazes de constituir o elemento liberador de energia num artefato nuclear que funcionasse de forma controlada. Grande parte do trabalho que tomou possível a construção da primeira bomba nuclear foi executada por químicos, engenheiros e metalurgistas. A Quimica Analitíca, em particular, desempenhou um papel fundamental para o êxito do Projeto Manhattan, uma vez que através de seu emprego tornou-se possível a produção, identificação, purificação e estudo da reatividade das substâncias que faziam parte dos reatores nucleares ou eram neles produzidas. Muitas das técnicas analiticas necessárias para a realização das atividades quimicas indispensáveis para o projeto já eram conhecidas antes da guerra, porém muitas tiveram de ser adaptadas e outras foram ainda criadas, a fim de atender à necessidade de estudar-se ínfimas quantidades de material radioativo. FARIAS, R. F. Para gostar de ler a história da Química. 3. ed. Campinas: Atomo, 2008. v. 1. p. 88.
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t> Bomba atômica
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Bombas dos EUA devastam Hiroshima e Nagasaki com horror nuclear em 1945
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Figura 10. "Cogumelo atômico" formado pela explosão da bomba atômica sobre Hiroshima em 1945.
204
Capítulo 9
Pilotada pelo coronel Paul Warfield Tibbets Jr., uma superfortaleza aérea dos Estados Unidos, o B-29, chamado de "Enola Gay", sobrevoava a cidade japonesa de Hiroshima no dia 6 de agosto de 1945. Era uma segunda-feira e , às 8h15min, o mundo conheceu o inferno nuclear. De uma altitude de 9 mil metros, foi lançada uma bomba atômica de 4,5 toneladas, apelidada de "Little boy", detonada a 580 metros do solo. Sem praticamente nenhum som, uma intensa luminosidade e um imenso cogumelo tomaram o céu da cidade, provocando um rastro de horror e destruição nunca vistos na história. De repente, a cidade começou a arder em chamas, e 80 mil pessoas morreram instantaneamente. Sobreviventes, com roupas desintegradas, quase nus, sangravam pelas ruas. Entre os prédios em ruínas, havia milhares de corpos carbonizados e gente gritando por socorro. Moradores contaram que muitos corriam para o rio, onde já estavam milhares de corpos, para tentar apagar o fogo de si mesmos. Num raio de dois quilômetros do epicentro da explosão na cidade, quase tudo foi reduzido a pó, sendo que as construções ficaram seriamente danificadas até uma distância de quatro quilômetros. Vidros e metais derreteram, peixes morreram e a água dos rios sofreu contaminação. Uma chuva preta, com grande quantidade de poeira radioativa, caiu no dia seguinte, contaminando áreas mais distantes do epicentro da explosão. No total, o primeiro bombardeio atômico da História matou 140 mil pessoas, deixando cicatrizes em outras 60 mil, numa população de 400 mil na época.
Gen: pés descalços (Hadashi no Gen), de Keiji Nakazawa. São Paulo: Conrad, 1999-2001. 168 p. A série, composta por quatro
volumes, retrata a experiência pessoal do autor, Keiji Nakazawa, que tinha 6 anos quando a bomba nuclear foi lançada sobre Hiroshima. Segundo Nakazawa, as cenas de família, os personagens e vários acontecimentos retratam pessoas e eventos reais, sendo que alguns ele mesmo presenciou. O autor buscou por meio dessa série, na forma de mangás, denunciar a destruição causada pela bomba atômica e os grandes malefícios dos conflitos bélicos de modo geral.
Figura 11. Maquetes da cidade de Hiroshima antes e depois da explosão da bomba atômica em 1945.
O cenário apocalíptico viria a se repetir três dias depois. Após o ataque a Hiroshima, os Estados Unidos, comandados pelo presidente Truman, lançaram uma segunda bomba nuclear, no dia 9 de agosto, sobre Nagasaki. A bomba atômica de plutônio devastou a cidade, às 11h02min, deixando 74 mil mortos e um número igual de feridos. O número de vítimas na cidade foi menor que em Hiroshima porque as condições climáticas e a geografia ajudaram. O dia nublado fez o bombardeiro B-29 Bokscar jogar a bomba de plutônio a cerca de três quilômetros do centro da cidade, onde estava a maior concentração de moradores. Cercado por montanhas, o lugar também teve o seu raio de devastação mais limitado. Os dois bombardeios atômicos, os únicos da história, forçaram a rendição do Japão [... ]. no dia 15 de agosto de 1945, levando ao fim da Segunda Guerra Mundial no dia 2 de setembro, quando foi assinada a sua capitulação. E o planeta passou a conviver com o temor da ameaça nuclear à humanidade, mais agudo durante a corrida armamentista e os anos da Guerra Fria( ...]. Sete décadas após a capitulação do Japão, na época um império belicista, o país ainda contabiliza as vítimas da radiação nuclear. O número ultrapassou os 250 mil.( ... ] VILLELA. G. Bombas dos EUA arrasam Hiroshima e Nagasaki com horror nuclear em 1945. O Globo. Rio de Janeiro, 9 jun. 2015. No maior massacre da História, bombardeio atômico devastou as duas cidades, matou 250 mil pessoas e forçou o Japão à capitulação, encerrando a Segunda Guerra Mundial. Por Acervo/Agência O Globo. Disponível em: <http://acervo.oglobo.globo.com/fatos-historicos/ bombas-dos-eua-devastam-hiroshima-nagasaki-com-horror-nuclear-em-1945-13509628#ixzz3ajJhmPAd>. Acesso em: 4 abr. 2016.
Na bomba detonada sobre Hiroshima, o material físsil, urânio-235, estava separado em dois cilindros com massas de urânio inferiores à massa crít ica (necessária para a ocorrência da reação em cadeia). Um explosivo comum (TNT, t rinitrotolueno) foi então utilizado para unir os dois cilindros no momento da detonação, superando a massa crítica e dando início à rea ção em cadeia e à consequente liberação de energia (Figura 12). Já na bomba utilizada sobre Nagasaki, o plutônio-239, utilizado como material físsil, foi comprimido pela detonação de um explosivo comum, iniciando a reação. Como a energia produzida nas reações desencadeadas na fissão nuclear é enorme, ela é liberada na forma de uma grande explosão. As bombas detonadas sobre Hiroshima e Nagasaki equivaliam a 20 mil toneladas de TNT. Entretanto, o poder de destruição de uma bomba atômica não está relacionado apenas à quantidade de energia liberada, mas também à grande quantidade de radiações emitidas pelos produtos das reações, que são substâncias radioat ivas.
Capitulação: convenção segundo a qual um chefe militar en trega ao inimigo o posto que defende ou as tropas que comanda; rendição. antes da explosão
TNT
(explosivo)
U-235 massa subcritica de urânio-235 detonação do explosivo
fissão
Ilustração produzida com base em: CHANG, R. Química. Tradução: E. J. H. D'Boumeville. Novena edición. Cidade do México: McGraw-Hill: lnteramericana, 2007. p. 982.
Figura 12. Representação esquemática do processo de detonação de uma bomba de urãnio-235. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.) Radioatividade
205
~ Reator nuclear Em 1942, Enrice Fermi e seus colaboradores construíram, na Universidade de Chicago, o primeiro reator nuclear. A intenção era estudar a reação em cadeia envolvendo a fissão nuclear do urânio-235, para utilizar a energia liberada na geração de energia elétrica. Um dos primeiros problemas enfrentados pelos cient istas foi como enriquecer uma amostra de urânio com o isótopo físsil U-235, que representa apenas O, 7o/o do urânio encontrado na natureza, enquanto mais de 99°/o é urânio-238. Esse problema foi contornado com o aprimoramento de técnicas de separação, como a ultracentrifugação gasosa. Para isso, o urânio purificado do minério é transformado em gás (UF6), que é inserido na ultracentrífuga, onde o U-238, mais pesado, vai para o fundo e o U-235, mais leve, sobe. O gás com maior quantidade de U-235 vai para outra centrífuga onde a separação se repete. Esse processo é chamado de enriquecimento de urânio. O urânio utilizado nos reatores nucleares para geração de energia apresenta entre 3% e 5º/o de urânio-235, enquanto, para o uso nas bombas atômicas, é necessário o enriquecimento em 90º/o . O gás enriquecido de urânio-235 é transformado em dióxido de urânio (U0 2) e comprimido na forma de pequenos cilindros (pellets), que são inseridos no reator dentro de varetas revestidas com uma liga de zircônio (Figura 13). O zircônio é um metal resistente à corrosão e que praticamente não absorve nêutrons, o que aumenta o rendimento da reação de fissão. Porém, com o enriquecimento em urâ~ nio-235, o controle da reação em cadeia se , ~ torna mais difícil e, por isso, nos reatores nu-· cleares são usadas também varetas contendo e
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cádmio metálico ou boro (na forma de ácido bórico ou carbeto de boro). Essas varetas são chamadas de barras de controle e são utilizadas para absorver os nêutrons liberados, diminuindo a velocidade da reação. As varetas contendo os pel/ets de urânio e as barras de controle são inseridas den-
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tro de um enorme recipiente de chumbo, chamado vaso de pressão, que funciona como uma barreira de contenção. Esse vaso
Entenda o processo de enriquecimento de urânio. Último Segundo, São Paulo, 8 fev. 2010. Disponível em: <http:// tub.im/pisrk9>. Acesso em: 4 abr. 2016. lnfográfico que ilustra desde o processo de extração do urânio da natureza até o enriquecimento em urânio-235.
206
Capítulo 9
é ainda recoberto por uma estrutura de concreto com cerca de 5 m de espessura na base, usada como barreira adicional para evitar qualquer emissão de radiação para o ambiente. A energia liberada nas reações dentro do reator é dissipada na forma de calor e, dentro do vaso de pressão, é utilizado um líquido (água ou sódio líquido) para sua refrigeração.
Figura 13. Pellets de urânio enriquecido e parte de uma vareta utilizada em reatores nucleares. Cada pe/let é capaz de produzir a mesma quantidade de energia que a queima de 800 kg de carvão.
O líquido é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 325 ºC e circula dentro de um gerador de vapor. O vapor passa, então, por uma turbina que gera energia elétrica, a qual é distribuída pelas linhas de transmissão (Figura 14). Ao sair da turbina, o vapor é resfriado em um condensador que, em geral, utiliza água de uma fonte próxima, que é devolvida ao ambiente a uma temperatura um pouco mais alta que a inicial.
estrutura de concreto - barras de controle
J linhas de transmissão
vapor
vaso de
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varetas de--t----"'.?IJ~· combustível
vapor de água não radioativo
gerador elétrico
torre de resfriamento -+
spray de água
o água resfriada
fonte de água
pellet
Os reatores nucleares são utilizados em usinas como fonte de calor, de modo semelhante ao que ocorre em uma caldeira de usina térmica convencional. Nesses casos, como não há emissão de gases causadores do efeito estufa, a energia gerada em usinas nucleares é muitas vezes chamada de "energia limpa ". Porém, as usinas nucleares geram impacto ambiental, já que o aumento da temperatura da água que retorna ao ambiente diminui a solubilidade dos gases, como o oxigênio, prejudicando a manutenção da vida aquática . Além disso, nem todos os produtos radioativos formados na reação de fissão podem ser reaproveitados. O material radioativo que precisa ser descartado é chamado de rejeito radioativo ou "lixo nuclear". Esse material, por emitir radiação, representa um risco à população e ao meio ambiente, devendo ser armazenado em recipientes de chumbo, envoltos por concreto, e depositados em locais seguros por tempo suficiente para que os núcleos radioativos decaiam e passem a emitir níveis não prejudiciais de radiação. Uma das formas atuais de armazenamento dos produtos da fissão do urânio-235 é sua mistura com vidro a altas temperaturas (Figura 15), o que permite a redu ção do volume de resíduo formado e facilita seu armazenamento em local adequado. Outro risco envolvido é a ocorrência de falhas no funcionamento dos reatores e no sistema de refrigeração, que podem ocasionar vazamentos e até mesmo explosões, como aconteceu em Chernobyl, em 1986, e em Fukushima, em 2011 .
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Figura 14. Representação esquemática do funcionamento de uma usina nuclear, com as partes de um reator em destaque. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
Sugestão
.
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Fissão nuclea r. Produção: PhET: interactive simulations, Universidade do Colorado, 2012. Disponível em: <http:// tub.im/8e8rbv>. Acesso em: 4 abr. 2016. Simulação interativa sobre o processo de fissão nuclear do urãnio-235. Na primeira aba, observa-se a variação de energia no processo de fissão. Na segunda aba, é possível analisar como ocorre a reação em cadeia da fissão do urânio-235, de acordo com a quantidade inicial desse isótopo e/ou do isótopo 238, e a di ferença en tre uma reação em cadeia ocorrendo em um espaço aberto ou em uma câmara de contenção. Na terceira aba, é possível simular o funcionamento de um reator nuclear. Observe o efeito da posição das barras de controle na energia gerada e na temperatura interna do reator. Figura 15. Mistura de vidro fundido com rejeitos radioativos em um recipiente de platina, sendo vertida sobre um molde de aço. A vitrificação é uma opção para imobilizar os rejeitos radioat ivos de forma estável para seu armazenamento. Radioatividade
207
erno A USINA NUCLEAR
Em 26 de abril de 1986, na usina nuclear de Chernobyl, aconteceu o acidente nuclear mais devastador do século XX, cujo impacto ao meio ambiente permanecerá durante séculos.
A PRODUÇÃO DE ENERGIA
} FICHA TÉCNICA
Antiga URSS
TIPO OE REATOR
RBMK Urânio-235 a 2%
COMBUSTIVEL
QUANTIDADE DE REATORES Mar Negro
POTÊNCIA POR REATOR
4
REATOR NUCLEAR A fissão nuclear do material combustivel gera grande quantidade de calor.
VAPOR O calor, por sua vez. é utilizado para gerar vapor a alta pressão.
TURBINA O vapor aciona uma turbina.
GERADOR Transforma a rotação da turbina em eletricidade.
1ooo megawatts elétricos 3 200 megawatts térmicos
UM TESTE ARRISCADO
:O'-l segundos
A causa do acidente foi um teste mal realizado. Diversas normas de segurança foram violadas durante a sua realização e os sistemas automáticos de segurança foram desconectados. Para o teste foi utilizado o reator n• 4.
COMEÇA O TESTE O reator operava a uma potência abaixo da recomendada. Apenas oito barras de controle estavam totalmente introduzidas. O sistema de resfriamento de emergência foi desconectado. Foram fechadas as válvulas para reduzir o fluxo de água para resfriamento.
COMO FUNCIONAVA O REATOR
r.;:t
COMBUSTÍVEL NUCLEAR Formado por pequenos cilindros contendo dióxido de urânio. acondicionados em varetas feitas de uma liga de zircônio. Areação de fissão nuclear do U-235 gera grande quantidade de calor. Permitem regular a velocidade da reação no reator. de acordo com a altura em que estão inseridas (agem como o freio de um automóvel). +
POSIÇÃO e Barras totalmente eX1raídas. Este procedimento é proibido: por segurança, é necessário que pelo menos 30 barras de controle fiquem inseridas no reator para que ele não fique instável.
POSIÇÃO b --1-+1----,11 Barras parcialmente,_,1ª --~ b~_c_, introduzidas. Os reatores de Avelocidade da reação Oternobyl tinham é controlada. 200 barras de controle.
li BLOCO DE GRAFITA ----' Utilizado como moderador da fissão, freia os nêutrons para favorecer a estabilidade da reação em cadeia. Êaltamente inflamável. por isso. a maioria dos reatores atuais utiliza água como moderador. [;] CIRCUITO DE RESFRIAMENTO A ÁGUA - - 1. A água entra pela parte inferior do canal de resfriamento. RESFRIAMENTO 2. Resfria o núcleo. 3. Ao aquecer, a água se transforma em vapor. 4. Ovapor sai pela parte superior em direção às turbinas.
208
Capúulo9
:~-n
• IU
AUMENTA A TEMPERATURA Foram retiradas as barras de controle automático do núcleo, causando superaquecimento do fluxo de água.
ESCALADA TÉRMICA Foi produzido um excesso de vapor, que começou a substituir a água. O vapor, entretanto, não absorve calor nem freia a fissão.
As barras estavam na
•
POSIÇÃO INCORRETA (c). Para chegar até a posição a (que desliga o reator). elas precisaram primeiro passar pela posição b, o que aumentou a potência do reator por um curto período de tempo.
O urâ uo c,;querta
(
I] BARRAS DE CONTROLE
POSIÇÃO a Barras totalmente ~i1---11-introduzidas. Com as varetas nesta posição. a velocidade da reação em cadeia diminui, interrompendo a reação.
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NÚCLEO Parte central do reator onde ficam as varetas de combustlvel.
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1
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EMERG{NOA O botão de emergência foi pressionado por um operário e as barras de controle foram introduzidas no núcleo. Neste tipo de reator, esse processo demora 20 segundos e, quando as barras começam a entrar, a potência do reator aumenta durante alguns segundos.
- ... - ·
1•EXPLOSÃO A potência do reator tornou-se 100 vezes maior que o limite. Os cilindros de urânio reagiram com a água e explodiram, assim como os canais de refrigeração.
Explosão da tampa do reator
8 dias foram suficientes para que a nuvem radioativa cobrisse quase toda a Europa e o norte da África.
A explosão atingiu
1 d se passaram até que o então chefe de governo soviético n!Cllllhea!sse o fato publicamente.
1000 metros de altura.
A explosão projetou uma nuvem de partfculas radioativas.
-
Para conter a
construida, em volta
• 1 •
55000
Localização \
eator
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sob cuidados
com sequelas
AS REGIÕES MAIS CONTAM! Regiões inutilizadas
, domingo, 4 de maio (8 dias depois)
• 1 •
Sob controle ~rmanente
Em crianças ucranianas menores de 14 anos Número de casos por milh~
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1981-1985 (ANTES DE CHERNOBYL) 1986-1997 (DEPOIS DE CHERNOBYL)
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UCRÂNIA
Fonll! de dados: CHERN08Yl.Acdde11t 1986. World Nuclear iiii:'~~iwei'eiemiit~:'.:www;:wiiiw.';iiiiila:iiiiclim~iil'õiiiiãiJõii: .; a«ident.aspx>. Acesso em: 28 maio 2016. THE HUMAN Cllllsequella!5 oi the Chemobyl acddent A strategy for ll!CIM!IJ· A repart _.lssioned by UNDP 11111 UNICEF with the support of UN--OCHA 11111 WIIO. Disponi'll!I em: <Chemobyltnlp. for recoverwdf>.Aa!sso em: 28 maio 2016.
Imagem fora de escala e em cores ilustrativas. Os mapas utilizados neste infográfico são meramente ilustrativos. Radioatividade
209
t> O acidente em Fukushima Em 11 de março de 2011, um terremoto seguido de tsunami provocou um grave acidente na Central Nuclear de Fukushima 1, formada por seis reatores nucleares, na ~ cidade de Okuma, na província de ; Fukushima, no Japão. O terremoto ......... ~ alcançou 9 pontos na escala Richter í e seu epicentro foi bem próximo ao litoral, a poucos quilômetros abaixo .1l da crosta terrestre. No momento do terremoto, 11 usinas localizadas em quatro centrais nucleares na região Nordeste do Japão foram desligadas. Porém, após o desligamento é necessário que o reator seja resfriado, para que a pressão interna diminua. Após uma hora do início do resfriamento dos reatores de Fukushima 1, um tsunami atingiu o local, danificando o sistema e interrompendo o funcionamento dos geradores de energia elétrica da central nuclear. Os técnicos passaram então a injetar água do mar para resfriar os reatores. Porém, como o calor produzido ainda era muito elevado, a água do mar se tornou vapor rapidamente. A altas temperaturas, a reação entre o vapor de água e o zircônio do revestimento das varetas de combustível formou óxido de zircônio e gás hidrogênio e liberou ainda mais energia. A reação entre o H2 (g) liberado e o gás oxigênio do ar foi a responsável por uma sequência de explosões. As explosões nos reatores destruíram parte da contenção (Figura 16) e liberaram uma quantidade de radiação 8 vezes acima do limite permitido, forçando o governo japonês a evacuar a população em um raio de 20 km ao redor da usina. Além disso, centenas de toneladas de água do mar foram contaminadas pela radiação. Esse acidente nuclear foi o maior ocorrido desde o acidente em Chernobyl, alcançando o nível 7 na INES, a escala internacional de eventos nucleares e radiológicos (resumida na Figura 17).
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Figura 16. Prédios dos reatores 3 e 4 da Central Nuclear de Fukushima 1 destruídos após as explosões. Foto de 20 mar. 2011.
Figura 17. Representação da escala internacional de eventos nucleares e radiológicos (INES), com descrição resumida de cada nível.
Nível 7 - - - - - - - - - - ! Acidente grave - liberação grave de radiação; múltiplos efeitos à saúde e ao meio ambiente.
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Nível 6
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Nível 4 Nível 3
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Nível 2 Nível 1
--1 Anomalia -Anomalia além do regime de operação autorizado.
Nível O
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Acidente de maior alcance - Risco fora da área da instalação; danos graves no núcleo -------1 do reator e/ou nas barreiras radiológicas; liberação limitada de radiação; possibilidade de 1exigência de aplicação parcial de contramedidas preventivas. Acidente de alcance local - Sem risco importante fora da área de instalação; danos importantes - - - ----1 no núcleo do reator e/ou nas barreiras radiológicas; exposição fatal de um trabalhador; liberação 1 pequena de radiação; exposição do público em tomo dos limites prescritos. Incidente sério - Perda total das barreiras de segurança; dispersão grave da contaminação; efeitos agudos sobre a saúde de um trabalhador; liberação muito pequena de radiação; exposição do público a uma fração dos limites prescritos.
----- ___J Incidente - Incidente com falhas importantes nos dispositivos de segurança; dispersão
G> G>
- - - - - - ---l Acidente sério - liberação importante de radiação; possibilidade de exigência de aplicação integral de contramedidas preventivas.
-----i importante da contaminação e/ou exposição de um trabalhador.
-i Desvio - Nenhuma importância com relação à segurança.
Fonte de pesquisa: AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA ATÔMICA. Estrutura básica da Escala Internacional de Eventos Nucleares. ln: ELETRONUCLEAR. Estudo de Impacto Ambiental da Unidade 3 da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto. Rio de Janeiro. v. 6. Disponível em: <http://www.eletronuclear.gov.br/hotsites/eia/v06_ 12_analise.html#1233>. Acesso em: 4 abr. 2016.
21 O
Capítulo 9
I> Acidente radiológico em Goiânia Quando um acidente envolve um reator nuclear, instalações do ciclo de produção do combustível nuclear ou o transporte desse combustível, dizemos que ocorreu um acidente nuclear. Entretanto, quando o acidente envolve apenas uma fonte radioativa ou um gerador de radiação, dizemos que se trata de um acidente radiológico. Por isso, acidentes radiológicos são mais comuns e mais frequentes do que os acidentes nucleares. Em 1987, um acidente radiológico com uma cápsula de césio-137, em Goiânia, atingiu centenas de pessoas de forma direta ou indireta. O problema teve início quando um catador de materiais recicláveis se interessou por uma peça de chumbo, que estava localizada em um prédio abandonado em que funcionava o Instituto Goiano de Radioterapia. A peça foi coletada e desmontada para ser vendida a um ferro-velho, violando seu compartimento interno, uma cápsula de platina contendo um pó branco. No ferro-velho os funcionários terminaram de desmontar a peça, deixando à mostra o pó, que emitia uma luz azul brilhante no escuro. Encantado pelo brilho azul, o dono do ferro-velho transformou a cápsula em uma espécie de talismã e distribuiu amostras do pó para familiares e amigos. Após alguns dias, essas pessoas começaram a passar mal, sentindo fraqueza, náuseas, tontura, além de, em alguns casos, apresentarem queimaduras na pele. Desconfiada de que a origem desses problemas fosse o pó brilhante, a esposa do dono do ferro-velho levou a peça à vigilância sanitária, onde o material ficou sobre uma cadeira por dois dias. Médicos do hospital que recebeu as primeiras pessoas com os sintomas suspeitaram de uma possível contaminação radioativa e decidiram chamar um físico, que trouxe consigo um contador Geiger, um medidor de radiação (Figura 18). Ao chegar ao prédio da vigilância sanitária, o físico constatou a alta radioatividade presente no local. Passados 16 dias, o acidente radiológico de Goiânia foi descoberto.
cátodo
ânodo
vidro transparente
tubo metálico
amostra radioativa gás argônio detector
Radiação causa deformidades em borboletas que vivem em Fukushima
Representação de uma borboleta da região de Fukushima com anomalia das asas (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas).
Ainda não se conhecem os efeitos sobre a saúde humana do acidente nuclear que afetou Fukushima (... ]. Mas cientistas japoneses já flagraram deformidades ligadas à radiação em borboletas que vivem na área do desastre. (O acidente ocorreu quando elas ainda estavam na forma de larva.] Os efeitos, que incluem asas de tamanho desigual ou amarfalhadas, antenas com pontas duplas e olhos malformados, estão descritos em artigo na revista especializada "Scientific Reports". A equipe liderada por Atsuki Hiyama, da Universidade das Ilhas Ryukyu, coletou borboletas da espécie Zizeeria maha. Elas são consideradas bons indicadores do estado do ambiente porque seu organismo é sensível a alterações ambientais. [... ]
alto-falante bateria
Ilustração produzida com base em: CHANG, R. Qufmica. Tradução: E. J. H. D'Bourneville. Novena edición. Cidade do México: McGraw-Hill: lnteramericana, 2007. p. 991. Figura 18. Representação esquemática de um contador Geiger. A radiação emitida por uma amostra radioativa entra no tubo metálico através de um vidro t ransparente e ioniza o gás em seu interior (argônio), gerando uma corrente elétrica, que é indicada no painel do detector. (Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.)
Para os cientistas, os dados servem como sinal de alerta. RADIAÇÃO causa deformidades em borboletas que vivem em Fukushima. Folha de S. Paulo, São Paulo, 15 ago. 2012. Fornecido pela Folhapress. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/ fsp/saudeciencia/60855-radiacaocausa-deformidades-em-borboletasque-vivem-em-fukushima.shtml>. Acesso em: 4 abr. 2016.
Radioatividade
211
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Uma história para rele mbrar e prevenir. Revista Césio 25 anos, Secretaria de Estado da Saúde de Goiás, 2012. Disponível em: <http://tub.im/uz5aav>. Acesso em: 4 abr. 2016. Publicação em homenagem aos 25 anos (completados em 2012) do acidente radiológico de Goiân ia.
A Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) foi imediatamente acionada, as áreas contaminadas foram interditadas e centenas de pessoas passaram por triagem e medição da contaminação. Por se tratar de uma quantidade relativamente pequena (cerca de 19 g) de cloreto de césio-137 (137CsC.f), a extensão da contam inação foi controlada rapidamente. Segundo a Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). aproximadamente 113 mil pessoas foram testadas, das quais 249 apresentaram contaminação corporal interna e/ou externa. Deste g rupo, 14 fora m t ransferidas em estado grave para um hospital no Rio de Janeiro, das quais 4 fa lecera m nos dias seguintes. Posteriormente, em torno de 60 pessoas vieram a falecer, entre vítimas altamente contaminadas, trabalhadores que atuaram na descontaminação e fun cionários da Vigilância Sanitária de Goiânia. As casas nas áreas contaminadas fo ram derrubadas, os animais expostos à radiação foram sacrificados, a vegetação do local foi removida e a terra, revolvida. Foram gerados em torno de 6 000 toneladas de resíduos contam inados, inicialmente colocados em tambores e contêineres (Figura 19) e depois armazenados em grandes caixas de concreto e aterrados em um depósito definitivo na cidade de Abadia de Goiás, a cerca de 20 km de Goiânia. Estima-se que serão necessários 300 anos para que a radiação emitida pelo césio-137 presente nos resíduos decaia a níveis seguros. O acidente com o césio-1 37 em Goiânia é até hoje o maior acidente radiológico da história, tendo sido classificado como nível 5 segundo a INES. Esse acidente deixou claro o desprepa ro dos órgãos públicos da época para lidarem com a situação, tanto na fiscalização das atividades envolvendo materiais radioativos, quanto na identificação das causas da contaminação e no tratamento dos rejeitas gerados. Grande parte das pessoas que trabalhou na descontaminação não tinha qualquer treinamento ou informação sobre os riscos a que estava exposta. Em 1997, foi construído no local do aterro o Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste que, além de armazenar e monitorar o decaimento radioativo dos rejeitas gerados no acidente, realiza pesquisas nas áreas de ciências ambientais e nucleares.
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Figura 19. Tambores e contêineres contendo resíduos contaminados por césio-137 recolhidos no acidente de Goiânia. Note que, a partir de menos de 20 g de material radioativo, foram gerados cerca de 6 000 toneladas de resíduos.
212
Capítulo 9
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Fusão nuclear
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Ao contrário da fissão nuclear, em que um núcleo é dividido em partes menores, na fusão nuclear, dois núcle- " os leves se juntam para formar um mais pesado, liberando ~ grande quantidade de energia. Um exemplo é a fusão de quatro núcleos de hidrogênio (prótons) para formar um núcleo de hélio, com liberação de dois pósitrons. Essa reação pode ser representada pela seguinte equação: 4:H ~ ~He
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Essa é uma reação extremamente energética, que ocorre em estrelas, como o Sol. Supõe-se que essa seja também a reação que iniciou a síntese de todos os elementos químicos no Universo. Entretanto, para que ela ocorra, são necessárias altas pressões e temperaturas entre 106 K e 107 K, condições nas quais os átomos de hidrogênio se encontram no estado de plasma (Figura 20). Como a energia liberada na reação de fusão é bem maior que na reação de fissão, ela seria muito útil em usinas. Entretanto, a tecnologia necessária para controlar adequadamente essa reação ainda não foi desenvolvida.
Figura 20. O material ejetado da superfície solar nas chamadas erupções solares encontra-se na forma de plasma. Imagem de 2012.
~ Aceleradores de partículas Os aceleradores de partículas são instrumentos que utilizam fortes campos eletromagnéticos para impulsionar partículas até que adquiram velocidade próxima à da luz e possam, então, colidir com um alvo. Existem dois tipos principais de aceleradores, os lineares e os circulares. Um exemplo de acelerador linear é o tubo de raios catódicos, em que uma diferença de potencial projeta o feixe de partículas na direção do ânodo. Já no acelerador circular, como o da Figura 21 , a trajetória curva acelera a partícula ou feixe de partículas a cada volta. O tipo de partícula utilizada nos aceleradores varia de acordo com o foco do experimento que se deseja realizar.
Conheça um acelerado r de partícul as e descubra para que ele serve. Produção: Olhar Digital, São Paulo, 5 jun. 2011. Disponível em: <http://tub. im/njxmys>. Acesso em: 4 abr. 2016. Vídeo explicando o funcionamento e as aplicações de um acelerador de partículas do tipo síncroton, como o localizado no Laboratório Nacional de Luz Síncroton, em Campinas.
Figura 21. Acelerador circular do Laboratório Nacional de l uz Síncroton, em Campinas (SP). 1magem de 201 O. Radioatividade
213
Aplicações da radioatividade As emissões radioativas são utilizadas na medicina, na agricultura, na arqueologia e em diversos ramos da indústria. Vamos ver alguns exemplos.
Nuclídeo: qualquer núcleo caracterizado por um número de massa e número atômico. Quando esse núcleo emite radiação ele é chamado de radionuclídeo.
~ Radioisótopos ou traçadores radioativos As radiações emitidas por isótopos radioativos, também chamados de ra-
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Figura 22. Detecção da emissão gama por absorção de iodo-131 em uma glãndula tireoide normal. As áreas em vermelho indicam maior concentração do radioisótopo.
dioisótopos ou radionuclídeos, podem atravessar a matéria e, dependendo da energia que possuem, podem ser reveladas por detectores de radiação. Dessa forma, o deslocamento de um radioisótopo pode ser acompanhado, e seu percurso traçado em função do tempo. Por esse motivo, recebe também o nome de traçador radioativo. Os radioisótopos são núcleos instáveis. Esses núcleos emitem partículas alfa, beta e/ou radiação gama, formando um novo núcleo, o que aumenta sua estabilidade. Na Medicina, os radioisótopos são utilizados com finalidade diagnóstica, terapêutica e de pesquisa. Com base nas emissões de um radionuclídeo, no processo de decaimento, podemos analisar o funcionamento de órgãos do nosso corpo. O iodo-131 , por exemplo, é utilizado no d iagnóstico e no tratamento de disfunções da t ireoide. Como essa glândula é responsável pela síntese de hormônios que possuem iodo na sua composição, ela absorve iodo do organismo, não distinguindo, porém, entre o iodo radioativo e a sua forma estável. Desse modo, é possível analisar a atividade da glândula por meio da emissão do iodo131 absorvido (Figura 22). Na agricultura, os radioisótopos são utilizados para analisar a absorção de nutrientes por uma planta. Por exemplo, a fim de determinar a rapidez com que o fósforo é absorvido, adiciona-se ao ferti lizante uma pequena quantidade de radioisótopo fósforo-32, um emissor de partículas beta com período de meia-vida de 14,3 dias. Assim, a velocidade com que o isótopo radioativo aparece nas folhas pode ser determinada (Figura 23).
Reatores nucleares: sabia que existe um dentro da cidade de São Paulo? Produção: Olhar Digital, São Paulo, 24 jul. 2011. Disponível em: <http://tub.im/ fs7jqp>. Acesso em: 20 maio 2015. Vídeo explicando o funcionamento do reator de pesquisa do lpen (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares}. localizado na Universidade de São Paulo. Esse reator é utilizado para diversos fins. mas o principal é a produção de radiofármacos, como o iodo-131.
Figura 23. Medição de radiação em frutos de uma árvore utilizando um contador Geiger.
214
Capítulo 9
~ Radiação ionizante e gamagrafia Na indústria alimentícia, as radiações ionizantes são utilizadas para irradiar os alimentos, reduzindo seu processo de maturação e de envelhecimento, além de eliminar os microrganismos presentes, o que aumenta sua durabilidade (Figura 24). Alimentos irradiados não se tornam radioativos, já que entram em contato com quantidades controladas das emissões dos núcleos radioativos.
Figura 24. Comparação entre duas porções de um mesmo alimento após determinado tempo, uma irradiada e a outra não. Observe a deterioração do alimento não irradiado.
De acordo com os estudos atuais, ingerir alimentos irradiados não causa nenhum tipo de prejuízo à nossa saúde. No Brasil, o uso de radiação está respaldado sob a legislação promulgada pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa). A Anvisa segue normas internacionais propostas por vários órgãos, como o Food and Drug Administration (FDA), que realizou mais de 400 estudos antes de aprovar a irradiação dos alimentos e concluiu que ela não oferece risco à população. A FDA é um órgão governamental estadunidense responsável pela administração e controle de alimentos, medicamentos e materiais biológicos. Além de aumentar a durabilidade de alimentos, o uso das radiações ionizantes resolveu um importante problema na indústria farmacêutica. Alguns materiais (como seringas, luvas cirúrgicas, gazes etc.), para serem esterilizados, necessitavam de temperaturas muito altas, que poderiam danificar as peças, descartando seu uso. Para evitar danificar os instrumentos, fontes radioativas são usadas para esterilização. Na Medicina Nuclear, a radiação ionizante é aplicada na chamada radioterapia, para tratamento do câncer. Nesse tipo de tratamento, a radiação emitida por elementos como o cobalto-60 e o césio-137 é utilizada, em doses preestabelecidas, para bombardear células cancerígenas, levando-as à morte ou reduzindo sua proliferação. Ao contrário da quimioterapia que atinge todo o corpo, a radioterapia é direcionada para uma área do corpo a ser tratada. As emissões nucleares são utilizadas também na indústria naval e aeronáutica para investigação de danos em locais de difícil acesso. Por exemplo, peças de navios, aviões e outros dispositivos podem ser inspecionados por gamagrafia. Nesse processo, a peça é irradiada com radiação gama e um filme fotográfico é utilizado para se obter uma espécie de radiografia. As imagens obtidas permitem avaliar a existência de rachaduras ou defeitos sem que a peça seja necessariamente removida.
~ Datação por carbono-14 Descoberta em 1946 por Willard Frank Libby (1908-1980) - o que lhe valeu o prêmio Nobel de Química em 1960 - a técnica de datação por carbono-14 é utilizada em arqueologia, antropologia e outras áreas para determinação da idade aproximada de diversos materiais e restos humanos. A técnica consiste na contagem do número de emissões do radioisótopo 14 do carbono. A grande vantagem dessa técnica é que uma pequena massa da amostra, da ordem de miligramas, é suficiente para a análise (Figura 25).
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Figura 25. Apenas uma pequena amostra de osso precisa ser removida para datação por carbono-14.
Radioatividade
215
No processo, determina-se a quantidade present e dos isótopos de carbono na amostra que se deseja datar e se estabelece a relação entre o número de átomos de carbono-14 e de carbono-12 ( :: ~) . Nos organismos vivos, essa proporção é aproximadamente constante, entretanto, após a morte, ela tende a dim inuir com o tem po, já que o carbono-14 sofre decaimento (Figura 26). Dessa forma, com base nessa relação, podemos determinar a idade da amostra utilizando o período de decaimento do carbono-14, que é de 5 7 15 anos, aproximadamente.
radiação cósmica Os raios cósmicos entram na atmosfera terrestre e colidem com átomos, formando um nêutron energético.
O nêutron
Quando esse nêutron colide com um átomo de nitrogênio-14 (sete prótons e sete nêutrons), forma-se um átomo de carbono-14 e é liberado um próton.
captura do nêutron
nitrogênio-14
" (02
carbono-14
o
próton
As plantas absorvem dióxido de carbono do ar, incorporando o carbono-14 através da fotossíntese.
Os animais e as pessoas ingerem carbono-14 das plantas.
Depois de morrer, a quantidade de carbono-14 nos tecidos (animal e vegetal) diminui, já que ele se transforma em nitrogênlo-14 por decaimento beta.
decaimento beta
0 4 particula beta
carbono-14
nitrogênio-14
Figura 26. Representação esquemática da formação, da incorporação e do decaimento
do ca rbono-14 na natureza. (Imagens fora de escala e em cores ilustrativas.)
216
Capítulo 9
1. (Unifesp-SP) 60 anos após as explosões das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki, oito nações, pelo menos, possuem armas nucleares. Esse fato, associado a ações terroristas, representa uma ameaça ao mundo. Na cidade de Hiroshima foi lançada uma bomba de urânio-235, e em Nagasaki, uma de plutônio-239, resultando em mais de cem mil mortes imediatas e outras milhares como consequência da radioatividade. As possíveis reações nucleares que ocorreram nas explosões de cada bomba são representadas nas equações: 23S Ü + n ~ 142 X + 9 1 I(r + 3n 92 Z 36
: Pu + n ~ 9i<JY
2
+ 5~Cs + Sn
Nas equações, Z, X, A e o tipo de reação nuclear são, respectivamente: a) 52, Te, 140 e fissão nuclear. b) 54, Xe, 140 e fissão nuclear. c) 56, Ba, 140 e fusão nuclear. @ 56, Ba, 138 e fissão nuclear. e) 56, Ba, 138 e fusão nuclear. 2. (Enem/MEC) A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir. "Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação." Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007 (adaptado).
A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois: @ o material é incapaz de acumular radiação, não se tornando radioativo por ter sido irradiado. b)a utilização de uma embalagem é suficiente para bloquear a radiação emitida pelo material. c) a contaminação radioativa do material não se prolifera da mesma forma que as infecções por rnicrorga. rusmos. d) o material irradiado emite radiação de intensidade abaixo daquela que ofereceria risco à saúde. e) o intervalo de tempo após a esterilização é suficiente para que o material não emita mais radiação. 3. (Enem/ MEC) O debate em torno do uso da energia nuclear para produção de eletricidade permanece an1al. Em um encontro internacional para a discussão desse tema, foram colocados os seguintes argumentos: 1. Uma grande vantagem das usinas nucleares é o
fato de não contribuírem para o aumento do efeito estufa, uma vez que o urânio, utilizado como "combustível", não é queimado, mas sofre fissão.
11. Ainda que sejam raros os acidentes com usinas nucleares, seus efeitos podem ser tão graves que essa alternativa de geração de eletricidade não nos permite ficar tranquilos. A respeito desses argumentos, pode-se afirmar que: a) o primeiro é válido e o segundo não é, já que nunca ocorreram acidentes com usinas nucleares. b)o segundo é válido e o primeiro não é, pois de fato há queima de combustível na geração nuclear de eletricidade. c) o segundo é valido e o primeiro é irrelevante, pois nenhuma forma de gerar eletricidade produz gases do efeito estufa. @ambos são válidos para se compararem vantagens e riscos na opção por essa forma de geração de energia. e) ambos são irrelevantes, pois a opção pela energia nuclear está-se tornando uma necessidade inquestionável. 4. (Enem/MEC) Na música "Bye, bye, Brasil", de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescal, os versos "puseram uma usina no mar talvez fique ruim pra pescar" poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do Estado do Rio de Janeiro. No caso de tratar-se dessa usina, em funcionamento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades poderiam ser causadas: @ pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha. b)pela oxidação de equipamentos pesados e por detonações que espantariam os peixes. c) pelos rejeitos radioativos lançados continuamente no mar, que provocariam a morte dos peixes. d) pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio. e) pelo vazamento de lixo atômico colocado em tonéis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina. 5. Uma das importâncias dos isótopos radioativos é a datação dos materiais fósseis ou bastante antigos. Sobre esse processo, responda: a) De que maneira o radioisótopo C-14, que tem sua emissão medida na datação, é incorporado por nós? b) Procure explicar como ocorre o processo de datação de fósseis por meio do radioisótopo C-14. c) Liste outros isótopos radioativos e suas aplicabilidades. Radioatividade
217
Radiofármacos para diagnóstico e terapia [... ] Um radiofármaco é uma substância que, por sua forma farmacêutica, quantidade e qualidade de radiação, pode ser utilizada no diagnóstico e tratamento de seres vivos, qualquer que seja a via de administração utilizada. De forma mais simples, podemos dizer que radiofármacos são moléculas ligadas a elementos radioativos (radioisótopos ou radionuclídeos}. constituindo dessa forma fármacos radioativos que são utilizados em uma especialidade médica denominada Medicina Nuclear. Os radiofármacos são utilizados em quantidades traços (traçadores radioativos) com a finalidade de diagnosticar patologias e disfunções do organismo. Em menor extensão, são aplicados na terapia de doenças, particularmente no tratamento de tumores radiossensíveis. [... ] A maioria dos procedimentos realizados atualmente em Medicina Nuclear tem finalidade diagnóstica O paciente recebe uma dose de um radiofármaco composto por um radionuclídeo gama emissor, e é posteriormente examinado por um equipamento capaz de detectar a radiação oriunda do paciente e convertê-la em uma imagem que representa o órgão ou sistema avaliado. Esses equipamentos são denominados cárnaras gama ou cárnaras de cintilação. e nesse caso adquirem imagens cintilográficas em um único plano. Mas podem ainda estar associados a tomógrafos, que permitem a aquisição de imagens em cortes, possibilitando a avaliação de um órgão em toda a sua profundidade. As imagens tomográficas em Medicina Nuclear são denominadas SPECT, sigla do inglês "Single Photon Emission Computer Tomography" ou seja, Tomografia Computadorizada por Emissão de Fóton Único. Dessa forma, todo exame em Medicina Nuclear inicia-se com a administração do radiofármaco ou fármaco radioativo. Podemos dizer que o radiofármaco é uma das principais ferramentas de trabalho do médico nuclear. Desenvolver e produzir radiofármacos significa estudar, entre outras coisas, a química da interação entre elementos radioativos e diferentes moléculas (substratos ou ligantes), para a preparação de compostos radioativos com afinidade e especificidade por diferentes órgãos, sistemas ou patologias. Os substratos para radiofármacos são geralmente compostos orgânicos, mas também podem constituir-se de espécies coloidais ou particuladas, proteínas (anticorpos ou peptídeos) ou
Atividades
mesmo células, como as células vermelhas e brancas do sangue.
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Até o momento, todos os isótopos conhecidos do tecnécio são radioativos, desde o tecnécio-90 ao tecnécio-110, e incluem oito pares de isômeros nucleares, entre eles 99mTc99Tc [...). Isômeros nucleares são nuclídeos que se diferenciam apenas pelo seu conteúdo energético. O nuclídeo no estado mais energético (metaestável} libera energia eletromagnética (radiação gama) na transição para um estado isomérico de energia mais baixa. O tecnécio-99m é um radionuclídeo que apresenta características fisícas ideais para utilização em Medicina Nuclear Diagnóstica: é monoemíssor gama de baixa energia [... ]. possui tempo de meia-vida físico relativamente curto[ ... ). e não emite radiação do tipo particulada (a ou 13-). Essas características físicas, em conjunto, possibilitam a aquisição de imagens cintilográficas com excelente resolução, utilizando-se os equipamentos de detecção de radiação atualmente disponíveis, sem comprometimento dosimétrico para o paciente. Assim, a grande maioria dos radiofármacos utilizados atualmente são preparados a partir desse radionuclideo [... ]. [ •.. J
A busca pela especificidade no diagnóstico movimenta pesquisas no mundo todo para o desenvolvimento de novos radiofármacos, com grande interesse por radiofármacos de tecnécio-99m, em razão das propriedades físicas ideais deste radionuclídeo, além da disponibilidade do uso através dos sistemas geradores e custo relativamente baixo.[ ... ] ARAÚJO, E. B. de. A utilização do elemento tecnécio-99m no diagnóstico de patologias e disfunções dos seres vivos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, v. 6, p. 31-35, 2005. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/onlinef cadernos/06/a08.pdf> Acesso em: 4 abr. 2016.
Esueva no caderno
utilizado no início do século XX e no início do século XXI. 2. Os efeitos das emissões nucleares no organismo dependem do nível e tipo de radiação aos quais se está exposto. Quais são os possíveis efeitos da absorção de radiação nuclear pelo corpo humano? Como é possível dosar ou medir a quantidade de radiação à qual o corpo está exposto? 3. Como visto no texto, há importantes aplicações para o conhecimento dos fenômenos da radioatividade, apesar dos marcantes e trágicos casos na história que envolveram esse conhecimento. Discuta com seus colegas quais são os prós e contras do uso da radioatividade na sociedade. Capítulo 9
Si
Radiofármacos. i A natureza do ligante geralmente determina a especificidade do radiofármaco. Outras vezes, a ligação do elemento radioativo ao substrato promove alterações nas propriedades químicas e, consequentemente, nas propriedades biológicas do composto. Dessa forma, após o estudo da ligação do elemento radioativo ao substrato, o desenvolvimento de um radiofármaco não pode prescindir dos estudos de distribuição biológica em animais de experimentação. de modo a determinar a eficácia da distribuição ou a especificidade biológica. Atualmente, o radionuclídeo mais importante para a preparação de radiofármacos com finalidade diagnóstica é o tecnécio-99m (99mTc).
1. Pesquise sobre o histórico de utilização de radioisótopos em Medicina e aponte diferenças entre a forma como era
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1. (UFRJ) Estima-se que, no Brasil, a quantidade de alimentos desperdiçados seria suficiente para alimentar 35 milhões de pessoas. Uma das maneiras de diminuir esse desper- Esse símbolo alimentos dício é melhorar a conservação dos identifica irradiados alimentos. Um dos métodos disponíveis para tal fim é submeter os alimentos a radiações ionizantes, reduzindo, assim, a população de micro-organismos responsáveis por sua degradação.
Uma das tecnologias existentes emprega o isótopo de número de massa 60 do cobalto como fonte radioativa. Esse isótopo decai pela emissão de raios gama e de uma partícula 13 e é produzido pelo bombeamento de átomos de cobalto de número de massa 59 com nêutrons. a) Escreva a reação de produção do cobalto-60 a partir do cobalto-59 e a reação de decaimento radioativo do cobalto-60. b) Um aparelho utilizado na irradiação de alimentos emprega uma fonte que contém, inicialmente, 100 gramas de cobalto-60. Admitindo que o tempo de meia-vida do cobalto-60 seja de cinco anos, calcule a massa desse isótopo presente após quinze anos de utilização do aparelho. 12.s g 2. (Unimontes-MG) O esquema a seguir apresenta parte de uma série de desintegração radioativa. Nele, estão mostradas as radiações emitidas, X, Z e W, além da radiação gama ( -y). "Y 210
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Considerando as informações fornecidas, pode-se afirmar que as radiações emitidas, X, Z e W, correspondem, respectivamente, às radiações: @)beta, beta e alfa. b) beta, gama e alfa.
c) alfa, alfa e alfa. d) alfa, beta e beta.
3. (FGV-SP) Os radiofármacos são utilizados em quantidades traços com a finalidade de diagnosticar patologias e disfunções do organismo. Alguns desses também podem ser aplicados na terapia de doenças, como no tratamento de tumores radiossensíveis. A maioria dos procedimentos realizados atualmente em medicina nuclear tem finalidade diagnóstica, sendo o 99mTc (m = metaestável) o radionuclídeo mais utilizado na preparação desses radiofármacos. O 99 Mo é o precursor desse importante radionuclídeo, cujo esquema de decaimento é apresentado a seguir: 99 Mo ll 99mTc X 99Tc ll 99z
No esquema de decaimento, a radiação X e o nuclídeo Z e seu número de nêutrons são, respectivamente: @)gama, Ru e 55.
d)alfa, Ru e 53. e) alfa, Rh e 54.
b)gama, Mo e 57. c) beta, Rh e 54.
4. (Unifesp-SP) Quando se fala em isótopos radioativos, geralmente a opinião pública os associa a elementos perigosos, liberados por reatores nucleares. No entanto, existem isótopos de elementos naturais que estão presentes no nosso dia a dia. O gráfico mostra a cinética de desintegração do rádio-226, que pode estar presente em materiais de construção, em geral em concentrações muito baixas para que se possa comprovar qualquer relação com danos à saúde. As coordenadas de um ponto do gráfico são indicadas na figura. massa (g) 900 800 700 600 500 400 300 200 100
,
(4 800; 100)
0+---,----,----,---,----.---,--0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 tempo (anos)
-, Dados: m = m 0 • 2 e, onde m: massa no tempo t; m 0 : massa no tempo O; c: tempo de meia-vida. A meia-vida desse isótopo, em anos, é igual a: a) 1400. b) 1500.
@ 1600. d) 1 700.
e) 1800.
5. (Fuvest-SP) Utilizando um pulso de laser*, dirigido contra um anteparo de ouro, cientistas britânicos conseguiram gerar radiação gama suficientemente energética para, atuando sobre um certo número de núcleos de iodo-129, transmutá-los em iodo-128, por liberação de nêutrons. A partir de 38,7 g de iodo-129, cada pulso produziu cerca de 3 milhões de núcleos de iodo-128. Para que todos os núcleos de iodo-129 dessa amostra pudessem ser transmutados, seriam necessários x pulsos, em que x é: a) 1
X
103
c) 3
X
1012
b)2
X
104
@6 X
1016
e)9
X
1018
Dado: constante de Avogadro = 6,0 x 1023 mo]- 1
* laser = fonte de luz intensa Radioatividade
219
6. (Unicarnp-SP) A Revista n• 162 apresenta uma pesquisa desenvolvida no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (!pen) sobre a produção de fios de irídio-192 para tratar tumores. Usados em uma ramificação da radioterapia chamada braquiterapia, esses fios são implantados no interior dos tumores e a radiação emitida destrói as células cancerígenas e não os tecidos sadios. O 192 Ir se transforma em 192 Pt por um decaimento radioativo, e esse decaimento em função do tempo é ilustrado na figura abaixo. atividade da amostra
100 .
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40 20
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100
200
300
400
500
tempo/dia
a) Considerando que a radiação é gerada por uma liga que contém inicialmente 20º/ o de 192 Ir e 80º/o de 192 Pt, depois de quantos dias essa liga se transformará em uma liga que contém 5º/o de 192 Ir e 950/o de 192 Pt? Mostre seu raciocínio. 150 dias b) O decaimento radiativo pode originar três diferentes tipos de partículas: ex, (3 e 'Y. Para efeito de resposta ao item, considere apenas ex e (3. A partícula (3 tem uma massa igual à massa do elétron, enquanto a partícula ex tem uma massa igual à do núcleo do átomo de hélio. Considerando essas informações, que tipo de decaimento sofre o 192 Ir, ex ou (3? Justifique. 7. (UERJ) Uma das consequências do acidente nuclear ocorrido no Japão em março de 2011 foi o vazamento de isótopos radioativos que podem aumentar a incidência de certos tumores glandulares. Para minimizar essa probabilidade, foram prescritas pastilhas de iodeto de potássio à população mais atingida pela radiação. A meia-vida é o parâmetro que indica o tempo necessário para que a massa de uma certa quantidade de radioisótopos se reduza à metade de seu valor. Considere uma amostra de 1 produzido no acidente nuclear, com massa igual a 2 g e meia-vida de 20 h. Após 100 horas, a massa dessa amostra, em miligramas, será cerca de: c) 250 d)500 @ 62,5 b)l25
TÓQUIO - A empresa Tepco informou, nesta terça-feira, que, na água do mar, nas proximidades da usina nuclear de Fukushima, foi detectado nível de iodo radioativo cinco milhões de vezes superior ao limite legal, enquanto o césio-137 apresentou índice 1,1 milhão de vezes maior. Uma amostra recolhida no início de segunda-feira, em uma área marinha próxima ao reator 2 de Fukushima, revelou uma concentração de iodo-131 de 200 mil becquerels por centímetro cúbico. Se a mesma amostra fosse analisada, novamente, no dia 6 de maio de 2011, o valor obtido para a concentração de iodo-131 seria, aproximadamente, em Bq/cm3 : a) 100 mil.
c) 25 mil.
e) 6,2 mil.
b) 50 mil.
@)12,5 mil.
NOTEEADOTE Meia-vida de um material radioaóvo é o intervalo de tempo em que metade dos núcleos radioaóvos existentes em uma amostra desse material decai. A meia-vida do iodo-131 é de 8 dias.
9. (Fuvest-SP) Em 1999, a região de Kosovo, nos Bálcãs, foi bombardeada com projéteis de urânio empobrecido, o que gerou receio de contaminação radioativa do solo, do ar e da água, pois urânio emite partículas alfa. a) O que deve ter sido extraído do urânio natural, para se obter o urânio empobrecido? Para que se usa o componente retirado? b) Qual a equação da primeira desintegração nuclear do urânio-238? Escreva-a, identificando o nuclídeo formado. c) Quantas partículas alfa emite, por segundo, aproximadamente, um projétil de urânio empobrecido de massa 1 kg? 8,3 · 10' partículas/s Dados: composição do urânio natural .....•.. U-238 - 99,3ºAi U-235 - 0,7% meia-vida do U-238 __________________ 5 x 109 anos constante de Avogadro _______ . _______ 6 x 1023 mol- 1 1 ano _________________________________ 3 x 107 s Alguns elementos e respectivos números atômicos 88
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8. (Fuvest-SP) A seguinte notícia foi veiculada por ESTADAO.COM.BR/lnternacional na terça-feira, 5 de abril de 2011:
220
Capítulo 9
10. A radioatividade, atualmente, é utilizada em benefício da sociedade. Em Medicina, um dos usos da radioatividade está na pesquisa e no diagnóstico de doenças por cintilografia. A cintilografia é uma técnica poderosa, mas seu emprego requer responsabilidade. Liste os cuidados necessários à aplicação dessa ferramenta de diagnóstico.
Grupos substituintes orgânicos monovalentes Terminação: il ou ila CH 3 1
HC - C- C 3 1 H2 CH 3 neopentil
HC - C- C- C- C 3 H2 H2 H2 H2 pentil
CH3
6o-toluil
CH 3
©m-toluil
CH 3 H H3 C = C vinil
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• Sites • lnternational Atornic Energy Agency [Agência Internacional de Energia Atômica)/Atoms For Peace. Disponível em: <http://tub.im/ucxooj>. • Agência Nacional de Energia Elétrica -ANEEL. Disponível em: <http://tub.im/cmmqcx> . • Agência Nacional de Vigilância Sanitária -Anvisa. Disponível em: <http://tub.im/rsissy>. • Brasil. Ministério da Saúde. Protocolo clinico e diretrizes terapêuticas: fenilcetonúria. Disponível em: <http://tub.im/6czkap>. • Britannica Escola Online. Disponível em: <http://tub.im/8e8w9n>. • Eletrobras I Eletronuclear. Disponível em: <http://tub.im/6su34o>. • Instituto Ciência Hoje. Disponível em: <http://tub.im/qceb3p>. • Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Ciência e Tecnologia a serviço da vida. Disponível em: < http ://tub.im/rrwbzo >. • LABIQ - Laboratório Integrado de Química e Bioquímica. Disponível em: <http://tub.im/b4gji3>. • Labvirtquímica - Laboratório Didático Vrrtual. Disponível em: < http://tub.im/fmm9nk>. • Mundo estranho. Disponível em: <http://tub.im/o9wqad>. • PhET: Simulações em física, química, biologia, ciências da terra. Disponível em: < http://tub.im/dddq5i>. • Planeta sustentável. Disponível em: <http://tub.im/3yq54m>. • Química nova na escola. Disponível em: < http://tub.im/dad43r>. • Química nova. Disponível em: <http:// tub.im/ndmf5m>.
• Recicloteca: centro de informações sobre reciclagem e meio ambiente. Disponível em: <http://tub.im/tpqyi5 >. • Superinteressante. Disponível em: <http://tub.im/559bu8>. • Scientific American Brasil. Disponível em: < http://tub.im/4trv56>. • Sociedade Brasileira de Medicina Nuclear. Disponível em: <http://tub.im/e2fnhb>. (Acessos em: 18 maio 2016)
• Livros • EMSLEY, J. Moléculas em exposição. 1. ed. São Paulo: Blucher, 2001. • HEISENBERG, W. A parte e o todo. 2. ed. São Paulo: Contraponto, 2011. • HOFFMANN, R. O mesmo e o não m esmo. 1. ed. São Paulo: Unesp, 2007. • KEAN, S. A colher que desaparece. Tradução de Claudio Carina. 1. ed. Rio de Janeiro: Zahar, 2011. • LE COUTEUR, P.; BURRESON, J. Os botões de Napoleão: as 17 moléculas que mudaram a história. 1. ed. Rio de Janeiro: Zahar, 2006. • SEGRÉ, E. Dos raios X aos quarks: físicos modernos e suas descobertas. 1. ed. Tradução de Wamberto Hudson Ferreira. Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1987. • SCHRODINGER, E. O que é vida? O aspecto físico da célula viva. 1. ed. São Paulo: Unesp, 1997. • SCHWARCZ, J. Barbies, Barnbolês e Bolas de Bilhar. 1. ed. Rio de Janeiro: Zahar, 2009.
• Discos • ATOMS for Peace. Amok. New York: XL, 2013. 1 CD. • YEASAYER. l'm Chemistry. ln: YEASAYER. Amen & Goodbye. Inglaterra: Mute records, 2016. 1 CD.
ATIKINS, P.; LORE'ITA, J. Princípios da Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre, 2012.
edición. Cidade do México: McGraw-Hill: Interamericana,
BENJAMIN, C. (Org.). Dicionário de biografias científicas. 1. ed. Rio de Janeiro: Contraponto, 2007.
CLAYDEN, J.; GREEVES, N.; WARREN, S.; WOTHERS, P.
BENSAUDE-VINCENT, B.; STENGERS, I. História da Química Lisboa: Instituto Piaget, 1992.
FARIAS, R. F. de Para gostar de ler a história da Química.
BROWN, T. L.; LEMAY Jr., H. E.; BURSTEN, B. E.; MURPHY, C. J.; WOODWARD, P. M.; STOLTZFUS, M. w. Chernistry: the central science. 13th ed. Nova Iorque: Pearson, 2015. BRUICE, P. Y. Organic Chernistry. 7m edition. Inglaterra: Pearson, 2013.
CHANG, R. Química. Trad. E. J. H. D'Bourneville. Novena 2007.
Organic Chernistry. 2nd edition. Inglaterra: Oxford, 2012.
3. ed. Campinas: Átomo, 2008. HOLDEN, N. E. Neutron scattering and absorption properties. ln: LIDE, David R. (Ed.). CRC Handbook of Chernistry and Physics. 89th ed. (Internet Version). Boca Raton, FL: CRC: Taylor and Francis, 2009.
223
Referências bibliográficas KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; TOWNSEND, J. R. Chemistry & chemical reactivity. Sthed. Belmont: Brooks/Cole: Cengage Learning, 2012.
SILVA, R. R.; BOCCHI, N.; ROCHA-FILHO, R. C.; MACHADO, P. F. L. Introdução à Química Experimental. 2. ed. São Paulo: Edufscar, 2014.
LIDE, D. R. (Ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. g9m ed. (Internet Version). Boca Raton, FL: CRC: Taylor and Francis, 2009.
SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Organic Chemistry. 101h ed. Nova Iorque: John Wiley & Sons, Inc., 2011.
McMURRY, J. Química orgânica. São Paulo: Cengage Learning, 2011.
THOMAS, J. E. (Org.). Fundamentos de engenharia de petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2001.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger principies of biochemistry. 3n1 ed. Worth publishers: Macmillan Higher Education, 2000.
VOLLHARDT, P.; SCHORE, N. Organic Chemistry. Structure and function. 6 1h edition. New York: W. H. Freeman and Company, 2011.
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224
Associação Catarinense das Fundações Educacionais Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná Centro de Seleção de Candidatos ao Ensino Superior do Grande Rio Exame Nacional do Ensino Médio Faculdade de Tecnologia Faculdade de Ensino e Pesquisa em Ciências da Saúde Fundação Getulio Vargas Faculdade de Medicina de Jundiaí Fundação Universitária para o Vestibular Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Sul-Rio-Grandense Instituto Tecnológico de Aeronáutica Universidade Presbiteriana Mackenzie Olimpíada Brasileira de Ciências Pontifícia Universidade Católica de Campinas Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Pontifícia Universidade Católica do Paraná Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Universidade de Caxias do Sul Universidade do Estado de Santa Catarina Universidade do Estado do Amazonas Universidade Estadual do Ceará Universidade Estadual de Goiás Universidade Estadual de Londrina Universidade do Estado de Minas Gerais Universidade Estadual de Maringá Universidade Estadual da Paraíba Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Uesc-BA Uespi-PI UFAC UFC-CE UFCG-PB UFES UFG-GO Ufla-MG UFMG UFMS UFMT UFPA UFPB UFPR UFRGS-RS UFRN UFRRJ UFSC UFSCar-SP UFSJ-MG UFSM-RS UFTM-MG UFT-TO UFU-MG Ulbra-RS Unemat-MT Unesp-SP Unicamp-SP Unifesp-SP Unifor-CE Unirio-RJ Univali-SC UTF-PR Vunesp-SP
Universidade Estadual do Rio Grande do Norte Universidade Estadual de Santa Cruz Universidade Estadual do Piauí Universidade Federal do Acre Universidade Federal do Ceará Universidade Federal de Campina Grande Universidade Federal do Espírito Santo Universidade Federal de Goiás Universidade Federal de Lavras Universidade Federal de Minas Gerais Universidade Federal do Mato Grosso do Sul Universidade Federal do Mato Grosso Universidade Federal do Pará Universidade Federal da ParaJba Universidade Federal do Paraná Universidade Federal do Rio Grande do Sul Universidade Federal do Rio Grande do Norte Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Universidade Federal de Santa Catarina Universidade Federal de São Carlos Universidade Federal de São João Dei-Rei Universidade Federal de Santa Maria Universidade Federal do Triângulo Mineiro Universidade Federal do Tocantins Universidade Federal de Uberlândia Universidade Luterana do Brasil Universidade do Estado do Mato Grosso Universidade Estadual Paulista Universidade Estadual de Campinas Universidade Federal de São Paulo Universidade de Fortaleza Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro Universidade do Vale do Itajaí Universidade Tecnológica Federal do Paraná Fundação para o Vestibular da Universidade Estadual Paulista