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100 Unidade II Unidade II 5 A QUÍMICA ORGÂNCIA E O CARBONO 5.1 Histórico da química orgânica A primeira proposta para a divisão da química em orgânica e inorgânica foi sugerida pelo químico sueco Torbern Olof Bergman (1735-1784) no ano de 1777. Segundo Bergman, a química inorgânica correspondia à parte da química que estuda os compostos presentes nos minerais, enquanto que a química orgânica correspondia à parte da química que estuda os compostos presentes de organismos vivos animais e vegetais. No ano de 1807, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) formulou a Teoria da Força Vital, segundo a qual os compostos orgânicos necessitavam de uma força maior – a vida – para serem sintetizados e não poderiam, portanto, serem sintetizados fora da célula viva. A Teoria da Força Vital foi derrubada em 1828 por Friedrich Wöhler (1800-1882), discípulo de Berzelius, a partir do aquecimento de cianato de amônio (um sal inorgânico). Durante esse aquecimento, o cianato de amônio se transformou em ureia (composto orgânico presente na urina), conforme a reação representada a seguir, que ficou conhecida como Síntese de Wöhler: NH4CNO UreiaCianato de amônio NH2 O=C∆ NH2 A partir da Síntese de Wöhler, o interesse no estudo e síntese de compostos orgânicos aumentou significantemente, impulsionado o desenvolvimento da química orgânica e a produção de novos compostos orgânicos. No final do século XIX, foi sintetizado o ácido acetilsalicílico (aspirina) pela Bayer e no começo do século XX, a cânfora e alguns terpenoides foram sintetizados por Gustaf Komppa (1867-1949). Como a definição de Bergman se tornou inadequada para diferenciar a química orgânica da inorgânica, o químico Friedrich August Kekulé (1829-1896) propôs uma nova definição para a química orgânica, aceita até os dias atuais. Kekulé conceituou a química orgânica como a parte da química que estuda o elemento químico carbono e seus compostos. 101 QUÍMICA Saiba mais Aprofunde seus conhecimentos lendo: SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 2. Entretanto alguns compostos químicos que apresentam o elemento carbono não são classificados como compostos orgânicos devido às suas propriedades químicas, como o grafite, o diamante, os compostos com íons cianeto, cianato, carbonato e bicarbonato, além do monóxido de carbono e do dióxido de carbono. Lembrete A química orgânica corresponde à parte da química que estuda a estrutura, as propriedades físicas e químicas, a composição, as reações e os processos de síntese dos compostos que contêm o elemento carbono. Os compostos orgânicos, além do carbono, podem apresentar também outros elementos químicos, como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo e halogênios. Esses elementos diferentes de carbono que tomam parte da estrutura dos compostos orgânicos são denominados elementos organógenos. Observação Elementos organógenos correspondem aos outros elementos químicos que estão presentes nas estruturas dos compostos orgânicos, como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo, dentre outros. 5.2 Características do átomo de carbono O esclarecimento da estrutura química do carbono por Kekulé e outros cientistas foi fundamental para o desenvolvimento da química orgânica. Segundo eles: • o carbono estabelece quatro ligações (tetravalência do carbono); • as quatro ligações químicas do carbono são iguais (igualdade das ligações); • os átomos de carbono podem se ligar uns aos outros formando sequências muito variadas (formação de cadeias carbônicas). Essas três propriedades do elemento químico carbono ficaram conhecidas como postulados de Kekulé. 102 Unidade II 5.3 Estrutura química do carbono Considerando que o elemento carbono tem número atômico 6, a distribuição eletrônica no estado fundamental em subníveis de energia é 1s2 2s2 2p2. Como consequência, ele apresenta quatro elétrons na camada de valência. Saiba mais Leia mais sobre a distribuição eletrônica de Linus Pauling e outros temas importantes na área de atomística em: BARIN, C. S. Introdução à atomística. Fundamentos de Química, Universidade Federal de Santa Maria, 2020. Disponível em: https://bit.ly/3sYPrid. Acesso em: 27 abr. 2021. A distribuição por orbital para o carbono indica que ele apresenta um orbital no subnível 1s com dois elétrons, um no subnível 2s com dois elétrons, e dois no subnível 2p, com dois elétrons desemparelhados. Assim, a distribuição eletrônica por orbital para o carbono no estado fundamental é: 1s² 2s² 2px¹ 2py¹ 2pz 0, como pode ser observado na figura a seguir. 2p2 2s2 1s2 Estado normal do carbono 2px 1 2py 1 2pz 0 Figura 25 Como o orbital do 2pz está vazio enquanto que o orbital 2s está preenchido, um dos elétrons do orbital 2s migra para o orbital 2pz (promoção do elétron). Com isso o carbono passa a apresentar quatro orbitais semipreenchidos, o que explica as quatro ligações para os átomos de carbono, com podemos ver na figura seguinte: 103 QUÍMICA 2p2 2s1 1s2 Estado ativado do carbono 2px 1 2py 1 2pz 1 Figura 26 Entretanto essa promoção de elétrons do orbital 2s para o 2pz indica orbitais com energias diferentes. Por essa distribuição, o carbono teria três ligações iguais (ligações que envolveriam a mesma energia), estando, assim, em desacordo com o postulado de Kékulé que afirma que as quatro ligações do carbono são iguais. O segundo postulado, que diz que as quatro ligações do carbono são iguais, é explicado pelo processo de hibridização dos orbitais, o qual, inclusive, também explica a capacidade do carbono de estabelecer ligações simples, dupla e tripla. 5.3.1 Hibridização sp3 No processo de hibridização sp3, após a promoção do elétron do orbital 2s para o 2pz, o 2s ganha energia, enquanto que os três orbitais 2p perdem. Os quatro orbitais então passam a apresentar o mesmo valor de energia e, como consequência, ficam com o mesmo valor para a energia de ligação, conforme demonstra a figura a seguir: 104 Unidade II 2p2 2s2 1s2 Estado normal do carbono 2px 1 2py 1 2pz 0 2p2 2s1 1s2 Estado ativado do carbono 2px 1 2py 1 2pz 1 2sp3 1s2 Estado hibridizado do carbono orbitais sp3 Figura 27 Nesse caso de hibridização, observa-se a participação de um orbital s e três orbitais p, portanto, a hibridização é denominada hibridização sp3 e cada orbital híbrido pode estabelecer uma ligação simples, realizada através da interação frontal entre os orbitais, tem-se então a ligação sigma (σ). Devido à disposição que os orbitais do carbono apresentam no espaço, observa-se entre cada um dos orbitais um ângulo de 109º28´, adquirindo geometria tetraédrica, e cada um dos orbitais está direcionado para o vértice do tetraedro regular. C Na fórmula estrutural do gás metano (CH4), pode-se notar que cada átomo de carbono possui quatro ligações sigma. C H H H H 105 QUÍMICA 5.3.2 Hibridização sp2 No processo de hibridização sp2, após a promoção do elétron do orbital 2s para o 2pz, o 2s ganha energia, enquanto dois orbitais 2p perdem energia, de forma que os três orbitais passam a apresentar o mesmo valor de energia (orbitais híbridos). Um dos orbitais não se hibridiza e continua sendo um orbital p puro, conforme a figura a seguir: 2p2 2s2 1s2 Estado normal do carbono 2px 1 2py 1 2pz 0 2p2 2p1 2s1 1s2 Estado ativado do carbono 2px 1 2py 1 2pz 1 2sp2 1s2 Estado hibridizado do carbono orbitais sp2 Figura 28 Nesse caso de hibridização, observa-se a participação de um orbital s e dois orbitais p, portanto, a hibridização é denominada hibridização sp2 e cada orbital híbrido pode estabelecer uma ligação química realizada através da interação frontal entre os orbitais; tem-se então uma ligação sigma (σ). O orbital p puro estabelece uma ligação química através da interação lateral com outro orbital p puro. Tem-se então a ligação pi (π), estabelecida entre dois átomos que já fizeram uma ligaçãosigma. Essas duas ligações juntas correspondem a uma ligação dupla realizada pelo carbono. Devido à disposição dos orbitais do carbono no espaço, observa-se entre cada um deles um ângulo de 120º, apresentando geometria trigonal plana, e cada um dos orbitais estão direcionados para o vértice de um triângulo. C 106 Unidade II Na fórmula estrutural do eteno (C2H4), pode-se notar que cada átomo de carbono possui três ligações sigma e uma ligação pi. C C H H H H 5.3.3 Hibridização sp No processo de hibridização sp, após a promoção do elétron do orbital 2s para o 2pz, o 2s ganha energia e apenas um 2p perde, de modo que apenas dois orbitais passam a apresentar o mesmo valor de energia (orbitais híbridos), já os outros dois orbitais não se hibridizam e continuam sendo orbitais p puros, como pode ser observado na figura: 2p2 2s2 1s2 Estado normal do carbono 2px 1 2py 1 2pz 0 2p2 2p2 2s1 1s2 Estado ativado do carbono 2px 1 2py 1 2pz 1 2sp 1s2 Estado hibridizado do carbono orbitais sp Figura 29 Nesse caso de hibridização, observa-se a participação de um orbital s e um orbital p, portanto, ela é denominada hidridização sp e cada orbital híbrido pode estabelecer uma ligação química realizada através da interação frontal entre os orbitais, com ligação sigma (σ). Os dois orbitais p puros estabelecem duas ligações químicas através da interação lateral com outro orbital p puro, e tem-se uma ligação pi (π). Essas ligações pi são feitas entre dois átomos que já têm uma ligação sigma e, juntas, as três ligações correspondem a uma ligação tripla realizada pelo carbono com hibridização sp com outro átomo, que também apresenta hibridização ou duas ligações duplas realizadas pelo carbono com hibridização sp com dois outros átomos com hibridização sp2. Devido à disposição dos orbitais do carbono no espaço, observa-se entre cada um dos orbitais um ângulo de 180º, apresentando geometria linear – cada um dos orbitais está direcionado para lados opostos de uma linha. C C 107 QUÍMICA Na fórmula estrutural do etino (C2H2) pode-se notar que cada átomo de carbono possui duas ligações sigma e duas ligações pi. C CH H Na fórmula estrutural do propadieno (C3H4), pode-se notar que o átomo de carbono central apresenta duas duplas ligações, sendo que cada uma das duplas ligações possui uma ligação sigma e uma ligação pi. C C C H H H H Resumindo, tem-se: Quadro 14 sp3 sp2 sp Tipos de ligação do carbono 4 σ 3 σ e 1 π 2 σ e 2 π Ângulo entre as ligações 109o28’ 120o 180o Forma geométrica Tetraédrica Trigonal Linear 6 REPRESENTAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS 6.1 Representação das cadeias carbônicas As cadeias carbônicas correspondem às estruturas formadas pela ligação entre os átomos de carbono que fazem parte da estrutura dos compostos orgânicos e de átomos de outros elementos químicos que estejam ligados a dois ou mais átomos de carbono, ou seja, estão localizados entre átomos de carbono. Atualmente existem diferentes formas para representar as cadeias carbônicas e, consequentemente, as estruturas dos compostos orgânicos. As principais formas de representar as estruturas desses compostos são: fórmula molecular, fórmula estrutural de Kekulé, fórmula condensada e fórmula de traços ou bastão. 6.1.1 Fórmula molecular Consiste na combinação dos símbolos dos elementos químicos e índices que indicam as quantidades de átomos de cada um dos elementos químicos presentes na estrutura dos compostos químicos. Por exemplo: 108 Unidade II • Etanol: C2H6O • Éter etílico: C4H10O • Acetona: C3H6O Nos compostos orgânicos, a fórmula molecular deve ser representada iniciando com o elemento químico carbono, seguido do elemento hidrogênio e depois os outros elementos em ordem crescente de eletronegatividade. 6.1.2 Fórmula estrutural de Kekulé Consiste na representação de todos os átomos presentes na estrutura dos compostos químicos e das ligações existentes entre cada um deles na estrutura dos compostos químicos. Exemplos: H H Etanol Éter etílico Propanona H H H H H H H H HHH H H H H H H H H H C C C C C C CC CO O O 6.1.3 Fórmula condensada Consiste numa representação mais simples que apresenta todos os átomos de carbono (e as ligações presentes entre eles) e os átomos diferentes de carbono e hidrogênio. Os átomos de hidrogênio são representados ao lado do átomo de carbono ao qual estão ligados, juntamente com um índice que aponta quantos hidrogênios estão ligados a esse carbono. Exemplos: • CH3 – CH2 – OH (etanol) • CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 (éter etílico) • H3C – CO – CH3 (propanona) 6.1.4 Fórmula de traços ou bastão Consiste numa representação na qual a cadeia é ilustrada por meio de um ziguezague de traços. Nessa representação, omitem-se os grupos C, CH, CH2 e CH3 e as pontas correspondem ao grupo CH3. As junções de dois traços correspondem a grupos CH2, as junções de três traços indicam a presença de um grupo CH e a junção de quatro traços indica a presença de um carbono quaternário. Os átomos diferentes de carbono e hidrogênio devem ser representados, assim como as ligações que estabelecem. 109 QUÍMICA Com relação às ligações, as simples são representadas por um traço, as duplas, por dois traços paralelos e as triplas, por três traços paralelos. Exemplos: Etanol Éter etílico Propanona OH O O A fórmula molecular do ácido acético (ácido etanoico) é C2H4O2. A fórmula estrutural de Kekulé, a fórmula condensada e a fórmula de traços ou bastão desse composto estão respectivamente demonstradas a seguir: H H Fórmula estrutural de Kekulé Fórmula de traços ou bastão Fórmula condensada H3C OH OHH H C O O O O Exemplo A cafeína, representada na fórmula de traços na figura seguinte, é uma substância encontrada no café e pertencente à classe das xantinas. Apresenta cor branca, é muito solúvel em água quente e tem ação sobre o sistema nervoso central, aumentando a capacidade de trabalhar, além de produzir dilatação dos vasos periféricos. Considerando a estrutura da cafeína, indique a fórmula molecular do composto. O O N N N N Resposta: C8H10N4O2 110 Unidade II Lembrete Todo composto orgânico possui em sua estrutura átomos do elemento carbono, portanto, para representar a fórmula molecular, deve-se iniciar pelo elemento carbono com o índice que aponta quantos átomos do elemento estão presentes no composto. Em seguida, representa-se o elemento químico hidrogênio, e depois os outros elementos presentes na fórmula, seguindo preferencialmente a sequência do menos eletronegativo para o mais eletronegativo. 6.2 Classificação do átomo de carbono A classificação de um determinado átomo de carbono em um composto orgânico é realizada considerando a quantidade de outros átomos de carbono ligados ao átomo em questão, independente do tipo de ligação química que existe entre eles. Um átomo de carbono pode ser classificado como carbono primário, secundário, terciário e quaternário. 6.2.1 Carbono primário Um átomo de carbono é classificado como primário quando está ligado a apenas um outro átomo de carbono, independentemente de: • o carbono ao qual se liga estar ou não ligado a outros átomos de carbono; • estabelecer ligação simples, dupla ou tripla. Para a classificação, consideram-se apenas os átomos de carbono. O exemplo a seguir representa os átomos de carbono de uma estrutura orgânica na qual podem ser observados quatro átomos de carbono primários. H H HH H H H HH HH H H N C 1º 1º 1º 1º C C C C C C O C 111 QUÍMICA 6.2.2 Carbono secundário Um átomo de carbono é classificado como secundário quando está ligado a dois outros átomos de carbono, independentemente de: • estar ligado a outros átomos diferentes de carbono; • estabelecer ligação simples, dupla ou tripla. Para a classificação, consideram-se apenas os átomos de carbono. O exemplo a seguir representa os átomos de carbono de uma estrutura orgânica na qual podem ser observados três átomosde carbono secundários. H H HH H H H HH HH H H N C 2º2º 2º C C C C C C O C 6.2.3 Carbono terciário Um átomo de carbono é classificado como terciário quando está ligado a três outros átomos de carbono, independentemente de: • estar ligado a outros átomos diferentes de carbono; • estabelecer ligação simples, dupla ou tripla. O exemplo a seguir representa os átomos de carbono de uma estrutura orgânica na qual pode ser observado um átomo de carbono terciário. 112 Unidade II H H HH H H H HH HH H H N C 3º C C C C C C O C 6.2.4 Carbono quaternário Um átomo de carbono é classificado como quaternário quando está ligado a quatro outros átomos de carbono. Nesse caso, o carbono estabelece apenas ligações simples com os outros átomos de carbono. O exemplo a seguir representa os átomos de carbono de uma estrutura orgânica na qual pode ser observado um átomo de carbono quaternário. H H H H H H HHH H H C C C O CC C C 4º H Exemplo Considere o composto 4-etil-4,5-dimetil hex-2-ino, cuja estrutura está representada a seguir, e classifique os carbonos da estrutura como carbono primário, carbono secundário, carbono terciário e carbono quaternário. 113 QUÍMICA C C C CH3 CH3 CH3 H3C H2CH3C CH 4º 2º 3º 2º 2º 1º 1º 1º 1º 1º Resposta: conclui-se, pela análise da figura, que o composto 4-etil-4,5-dimetil hex-2-ino apresenta cinco carbonos primários, três secundários, um terciário e um quaternário. 6.3 Classificação das cadeias carbônicas Os cientistas desenvolveram diferentes classificações para as cadeias carbônicas para facilitar o estudo e a identificação das estruturas dos compostos orgânicos. Na figura a seguir, observa-se uma representação gráfica contendo as classificações mais importantes e mais utilizadas na identificação das cadeias carbônicas. Essas classificações estão relacionadas: • ao fechamento das cadeias; • à disposição dos átomos na estrutura do composto; • ao tipo de ligação existente entre os átomos de carbono; • à natureza dos elementos químicos presentes na estrutura dos compostos orgânicos. A figura a seguir oferece um esquema das definições de cada uma dessas classificações: Isolada Condensada Normal ou ramificada Normal ou ramificada Alicíclicas Aromáticas Mononuclear Polinuclear Saturada ou insaturada Saturada ou insaturada Homogênea ou heterogênea Cadeias carbônicas Abertas, acíclicas ou alifáticas Fechadas ou cíclicas Homocíclica ou heterocíclica Figura 30 114 Unidade II 6.3.1 Fechamento das cadeias carbônicas Levando em consideração o fechamento ou não das cadeias carbônicas, elas são classificadas como: Cadeias abertas, acíclicas ou alifáticas São cadeias que apresentam duas ou mais extremidades e não contêm átomos de carbono formando anéis, ou seja, não apresentam uma sequência de átomos que se ligam entre sim formando um ciclo, como pode ser observado nos exemplos seguintes: Cadeias fechadas ou cíclicas São cadeias cujos átomos ligam-se formando anéis, ou seja, uma sequência de átomos liga-se entre si formando um ciclo e não apresentam extremidades, como se vê a seguir: Cadeias mistas São cadeias carbônicas que apresentam uma parte aberta, possuindo pelo menos uma extremidade, e uma parte fechada, como pode ser observado nos exemplos a seguir: 115 QUÍMICA Cadeias aromáticas São cadeias carbônicas que apresentam seis átomos de carbono ligados entre si por ligações simples e duplas intercaladas e que apresentam ressonância, como demonstram os exemplos a seguir: A cadeia aromática mais simples constituída por apenas uma sequência de seis átomos de carbono ligados entre si por ligações simples e duplas intercaladas é denominada anel aromático ou anel benzênico. Observação Toda cadeia carbônica que apresentar pelo menos um anel aromático e uma parte aberta ou fechada não aromática é classificada como cadeia aromática. 6.4 Disposição dos átomos na estrutura do composto Normal A disposição normal corresponde às cadeias carbônicas que possuem apenas átomos de carbono primário e/ou secundário na estrutura, apresentando, portanto, apenas duas extremidades, como nos exemplos seguintes: Ramificada A disposição ramificada corresponde às cadeias carbônicas que possuem pelo menos um átomo de carbono terciário ou quaternário na estrutura, apresentando, portanto, três ou mais extremidades, conforme vemos na seguinte representação. 116 Unidade II 6.5 Tipo de ligação existente entre os átomos de carbono Saturada A ligação saturada corresponde às cadeias carbônicas que apresentam apenas ligações simples entre átomos de carbono. Insaturada A ligação insaturada corresponde às cadeias carbônicas que apresentam pelo menos uma ligação dupla ou tripla entre átomos de carbono. Observação As duplas ou triplas ligações presentes na cadeia carbônica são denominadas insaturações. 117 QUÍMICA 6.6 Natureza dos elementos químicos presentes Homogênea Corresponde às cadeias carbônicas abertas constituídas apenas por átomos de carbono, como observado nos exemplos a seguir: OH OH O NH2 Heterogênea Corresponde às cadeias abertas que apresentam átomos diferentes de carbono na estrutura, ou seja, entre átomos de carbono há um ou mais átomos diferentes de carbono. Esse átomo localizado entre dois átomos de carbono é denominado heteroátomo. Os heteroátomos mais comuns são oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo, como se observa nas estruturas seguintes. N N O Homocíclica Corresponde às cadeias carbônicas fechadas constituídas apenas por átomos de carbono, ou seja, nas quais existem apenas átomos de carbono no anel da cadeia fechada, como observado nos exemplos a seguir. 118 Unidade II Heterocíclica Corresponde às cadeias fechadas que apresentam átomos diferentes de carbono na parte fechada da cadeia carbônica, ou seja, entre átomos de carbono presentes no anel, como se observa nas estruturas a seguir. O S N H Observação Os átomos diferentes de carbono que não estão localizados entre dois átomos de carbono não fazem parte da cadeia carbônica, não são denominados de heteroátomo e não são considerados na classificação da cadeia carbônica. 6.7 Classificação das cadeias carbônicas aromáticas As cadeias aromáticas mononucleares apresentam apenas um anel aromático, enquanto que as cadeias polinucleares apresentam dois ou mais anéis aromáticos. As cadeias polinucleares condensadas têm os anéis aromáticos ligados entre si por dois átomos de carbono, já as polinucleares isoladas apresentam os anéis aromáticos não ligados entre si, como se observa nas cadeias a seguir. Mononuclear Polinuclear condensada Polinuclear condensada Polinuclear isoladaPolinuclear isolada 119 QUÍMICA 7 FUNÇÕES ORGÂNICAS – PARTE I Atualmente são conhecidos aproximadamente sete milhões de compostos químicos (orgânicos e inorgânicos), dos quais aproximadamente seis milhões são compostos orgânicos. Em função disso, é fundamental reunir esses compostos em grupos com propriedades químicas semelhantes para facilitar a compreensão das propriedades químicas e para estabelecer as formas de nomenclatura para cada um deles. Ao grupo de compostos com propriedades semelhantes foi dado o nome de função química. Função química, portanto, corresponde a um conjunto de compostos químicos que apresentam propriedades químicas e, muitas vezes, físicas, semelhantes em razão de um grupo ou arranjo de átomos que são comuns em todos os compostos da série. Na química orgânica, os compostos que fazem parte de uma mesma função apresentam semelhanças estruturais devido à composição química dos compostos ou à presença de um grupo de átomos comuns a todos os compostos. Esse grupo de átomos comum aos compostos é denominado grupo funcional e é responsável pela semelhança nas propriedades químicas de todos os compostos incluídos na referida função. Algumas das principais funções orgânicas estão representadas no quadro a seguir, no qual são apresentados os nomes dasfunções, o grupo funcional que caracteriza a função e um composto da função que apresenta grande importância. Como pode ser observado no quadro, cada um dos grupos funcionais que caracteriza cada uma das funções tem um arranjo particular que a diferencia das outras funções orgânicas. Esse mesmo arranjo e as mesmas diferenças podem ser observadas nos compostos que a representam, indicados na terceira coluna. Quadro 15 Função orgânica Grupo funcional Composto representativo Hidrocarboneto CxHy CH3-CH2-CH2-CH3 Álcool R-OH H3C-CH2-OH Fenol OH OH Aldeído R H O H H3C O Cetona R R O H3C CH3 O Ácido carboxílico R OH O H3C OH O Éster R R O O H3C CH3O O Éter R R O H3C CH3O 120 Unidade II Lembrete Função química corresponde a um conjunto de compostos químicos que apresentam propriedades químicas semelhantes em razão de um grupo ou arranjo de átomos comuns em todos os compostos da série. Já o grupo ou arranjo de átomos que é comum em todos os compostos da série de compostos é denominado grupo funcional. As normas que devem ser utilizadas para dar nomes aos compostos orgânicos são definidas por uma organização internacional denominada Iupac (Organização Internacional de Química Pura e Aplicada). Um de seus objetivos é uniformizar os critérios para dar nome aos compostos químicos. De maneira geral, o nome oficial de um composto orgânico apresenta três partes: prefixo, afixo e sufixo. O prefixo (parte inicial do nome do composto) indica a quantidade de átomos de carbono presentes na cadeia carbônica. Os quatro primeiros prefixos que indicam as cadeias carbônicas com um, dois, três ou quatro átomos de carbono receberam nomes consagrados pelo uso (met, et, prop e but, respectivamente). As cadeias constituídas por cinco ou mais átomos de carbono são denominadas utilizando os prefixos gregos (pent, hex, hept etc.), como pode ser observado no quadro a seguir: Quadro 16 – Número de átomos de carbono presentes na cadeia N. de átomos Prefixo (parte inicial do nome) 1 met 2 et 3 prop 4 but 5 pent 6 hex 7 hept 8 oct 9 non 10 dec 11 undec 12 dodec 13 tridec 14 tetradec 15 pentadec 121 QUÍMICA O afixo (parte intermediária do nome do composto) indica a presença ou ausência de insaturações (duplas e triplas ligações) entre átomos de carbono, como pode ser observado no quadro seguinte: Quadro 17 Tipo de ligação entre átomos de carbono Afixo (parte central do nome) Apenas ligações simples – C – C – an Uma ligação dupla – C = C – en Duas ligações duplas – C = C = C – dien Três ligações duplas – C = C = C = C – trien Uma ligação tripla – C ≡ C – in Duas ligações triplas – C ≡ C – C ≡ C – diin O sufixo (parte final do nome do composto) indica a função química à qual pertence o composto orgânico. O quadro seguinte traz os sufixos para algumas funções orgânicas: Quadro 18 Função química Sufixo (parte final do nome) Hidrocarbonetos o Álcool ol Aldeído al Cetona ona Ácido carboxílico oico Éster oato/ila Éter oxi/ano Amida amida Amina amina Exemplo Nomeie os compostos a seguir: a) H3C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Resposta: Cinco átomos de carbono: pent Apenas ligações simples entre átomos de carbono: an pentano Função hidrocarboneto (possui apenas C e H): o 122 Unidade II b) HC ≡ C – CH3 Resposta: Três átomos de carbono: prop Apenas ligações simples entre átomos de carbono: in propino Função hidrocarboneto (possui apenas C e H): o c) H3C – CH2 – OH Resposta: Dois átomos de carbono: et Apenas ligações simples entre átomos de carbono: an etanol Função álcool (presença do grupo OH): ol d) H3C – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – COH Resposta: Seis átomos de carbono: hex Apenas ligações simples entre átomos de carbono: an hexanal Função aldeído (presença do grupo COH): al Além dessas regras fundamentais, outras são muito importantes devido à maneira como os átomos de carbono estão dispostos na cadeia. Por exemplo: • Quando a cadeia carbônica é fechada, antes do prefixo que indica a quantidade de átomos de carbono, se utiliza a palavra ciclo. • Caso a cadeia carbônica possua repetições de ramificações, grupos funcionais ou insaturações, deve-se utilizar os prefixos gregos di, tri, tetra etc. para indicar a quantidade das repetições. Esses prefixos devem ser escritos antes das palavras que identificam os nomes das ramificações, radicais funcionais ou insaturações. • Entre duas consoantes, coloca-se uma vogal, a ou o, dependendo da melhor fonia. 123 QUÍMICA • Para indicar a posição da ramificação, do grupo funcional ou mesmo da insaturação, deve-se numerar a cadeia carbônica a partir da extremidade mais próxima da ramificação, do grupo funcional ou da insaturação e esse número deve ser representado antes do termo que se deseja indicar. • Para a numeração da cadeia carbônica, as insaturações têm preferência sobre as ramificações, e o grupo funcional tem preferência sobre as insaturações e as ramificações. • A cadeia carbônica principal corresponde à sequência de átomos de carbono que contém o grupo funcional e as ramificações e, no caso de existirem duas possibilidades de cadeia principal, deve-se optar pela mais ramificada. • No caso de um composto de cadeia fechada, a cadeia fechada corresponde à cadeia principal. 7.1 Nomenclatura das ramificações As ramificações, também denominadas radicais ou substituintes, correspondem a grupos derivados dos hidrocarbonetos pela remoção de um átomo de hidrogênio da estrutura. Essas ramificações ou grupos substituintes equivalem aos grupos que estão ligados à sequência de átomos de carbono que constitui-se como cadeia principal. A nomenclatura das ramificações apresenta o sufixo é il ou ila. O quadro a seguir traz as principais ramificações derivadas dos hidrocarbonetos alifáticos. Quadro 19 Ramificação Nome H3C – Metil H3C – CH2 – Etil H3C – CH2 – CH2 – Propil | H3C – CH – CH3 Isopropil H3C – CH2 – CH2 – CH2 – Butil | H3C – CH – CH2 – CH3 Secbutil | H3C – C – CH3 | CH3 Tercbutil H3C – CH2 – CH2 – | CH3 Isobutil H2C = CH – Etenil ou vinil 124 Unidade II 7.2 Hidrocarbonetos Os hidrocarbonetos são os compostos orgânicos binários que contêm exclusivamente átomos de carbono e hidrogênio nas estruturas moleculares das substâncias. Os hidrocarbonetos, por serem a função química que apresenta maior quantidade de compostos, têm seu estudo dividido em classes menores, com base na presença ou ausência de insaturações e de cadeias fechadas. Pelas normas da Iupac, os hidrocarbonetos apresentam nomes terminados em o. As principais classes dos hidrocarbonetos são: • alcanos: hidrocarbonetos de cadeia aberta e que apresentam apenas ligações simples entre átomos de carbono; • alcenos: hidrocarbonetos de cadeia aberta e que apresentam apenas uma ligação dupla entre átomos de carbono; • alcinos: hidrocarbonetos de cadeia aberta e que apresentam apenas uma ligação tripla entre átomos de carbono; • alcadienos: hidrocarbonetos de cadeia aberta e que apresentam duas ligações duplas entre átomos de carbono; • ciclanos: hidrocarbonetos de cadeia aberta e que apresentam apenas ligações simples entre átomos de carbono; • ciclenos: hidrocarbonetos de cadeia fechada e que apresentam apenas uma ligação dupla entre átomos de carbono; • aromáticos: hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam pelo menos um anel aromático ou anel benzênico na estrutura. 7.2.1 Alcanos Os alcanos são compostos orgânicos pertencentes à função dos hidrocarbonetos alifáticos de cadeia aberta e que apresentam apenas ligações simples entre átomos de carbono sendo, portanto, saturados. Eles apresentam fórmula geral CnH2n+2 e são denominados parafinas devido à sua baixa reatividade. A nomenclatura oficial dos hidrocarbonetos é realizada utilizando o prefixo que indica a quantidade de átomos de carbono, o afixo queindica a presença de apenas ligações simples (an) e o sufixo que indica o nome da função (o), portanto todos apresentam terminação ano. 125 QUÍMICA Número de átomos + ano: • CH4 = metano • H3C – CH3 = etano • H3C – CH2 – CH3 = propano • H3C – CH2 – CH2 – CH3 = butano O metano é o principal componente do gás natural e, juntamente como o etano, constitui o GNV (gás natural veicular). O metano é formado na decomposição anaeróbica de matéria orgânica e é um dos grandes responsáveis pelo efeito estufa. O propano e o butano são os constituintes do gás liquefeito de petróleo (GLP), vendido em botijões para uso doméstico e industrial. Os alcanos que apresentam de cinco a doze átomos de carbono na estrutura molecular são líquidos e são encontrados na gasolina. Observação Os alcanos são extremamente apolares e insolúveis em água (são menos densos que ela). Os quatro alcanos mais simples são gases à temperatura ambiente e os outros são líquidos. Os que apresentam mais que 18 átomos de carbono na cadeia são sólidos. A tabela a seguir apresenta os principais alcanos de cadeia normal e seus respectivos pontos de ebulição. Pode-se observar que o ponto de ebulição aumenta com o aumento da cadeia carbônica, devido ao crescimento no número das interações intermoleculares fracas do tipo dipolo induzido-dipolo induzido. Tabela 13 Nome Fórmula molecular Fórmula estrutural Ponto de ebulição Metano CH4 CH4 -161 oC Etano C2H6 CH3 – CH3 -89 oC Propano C3H8 CH3 – CH2 – CH3 -44 oC Butano C4H10 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 -0,5 oC Pentano C5H12 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 36 oC Hexano C6H14 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 68 oC Heptano C7H16 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 98 oC 126 Unidade II As estruturas dos alcanos representadas na tabela anterior são denominadas fórmulas estruturais condensadas e são constituídas da representação dos carbonos, de suas ligações e dos átomos de hidrogênio ligados em cada um dos carbonos. A fórmula estrutural condensada pode ser substituída pela representação por bastão, na qual não são indicados os hidrogênios e as ligações são simbolizadas por linhas. Em cada um dos vértices que unem duas linhas, há um átomo de carbono que também não é representado. Como exemplo, considere as representações do pentano e do hexano: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Pentano – C5H12 Hexano – C6H14 > Muitos alcanos apresentam cadeia carbônica ramificada com átomos de carbono terciário e quaternário. Para a nomenclatura oficial dos alcanos de cadeia ramificada, deve-se seguir o passo a passo: • Identificar a cadeia principal que corresponde à sequência de átomos de carbono mais longa. Essa cadeia mais longa muitas vezes pode não estar escrita em uma linha reta. • Identificada a cadeia principal, todos os grupos ligados a ela são denominados ramificações ou substituintes. • Numerar os átomos de carbono da cadeia principal a partir da extremidade mais próxima dos substituintes para que forneça os menores números para as posições deles. • Fornecer o nome e a localização de cada ramificação com terminação il. • Quando dois substituintes estiverem presentes, mencioná-los em ordem alfabética. • Quando existirem dois ou mais substituintes iguais, identificar a quantidade indicada por um prefixo: di(2), tri(3), tetra(4), penta(5), ao nome do substituinte. 127 QUÍMICA As representações a seguir trazem exemplos de alcanos com seus nomes: 1 2 3-metil hexano 3 4 5 6 1 2 2,4-dimetil hexano 3 4 5 6 1 2 5-etil-2,3-dimetil heptano 3 4 5 6 7 1 2 3,3-dimetil pentano 3 4 5 1 2 4-etil-6-isopropil-2,3,6-trimetil nonano 3 4 5 6 7 8 9 128 Unidade II 7.2.2 Alcenos Os alcenos correspondem à classe dos hidrocarbonetos alifáticos, acíclicos e saturados com uma dupla ligação entre átomos de carbono portanto a fórmula geral dos alcenos é CnH2n. São também denominados alquenos ou hidrocarbonetos olefínicos por produzirem compostos com consistência oleosa quando reagem com halogênios. O alceno mais simples é o eteno ou etileno (CH2 = CH2). Esse composto é um hormônio vegetal e tem papel importante na germinação das sementes e no amadurecimento das frutas. O próximo membro da série é o composto de fórmula condensada representada por CH2 = CH – CH3, denominado propeno ou propileno. Para os alcenos com quatro ou mais átomos de carbono, o nome é pelo prefixo que indica a quantidade de átomos de carbono, seguido de um número que indica a posição da dupla ligação na cadeia carbônica e da terminação eno. O número que indica a posição da insaturação é separado do prefixo e do sufixo por hifens. Resumindo: Número de átomos de carbono + posição da dupla + eno A cadeia é sempre numerada a partir da extremidade mais próxima da dupla ligação, para que a posição da dupla apresente o menor número possível. A indicação da posição da dupla ligação para o eteno e o propeno não é necessária, pois ela está localizada sempre no primeiro carbono. Para o buteno e compostos seguintes, a posição da dupla ligação é necessária, como pode ser observado nos exemplos que seguem: 6 7 6 but-1-eno but-2-eno 3-etil-4-metil hex-2-eno 4-etil-2,3,5-trimetil hept-3-eno H2C = CH – CH2 – CH3 H3C – CH = CH – CH3 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 129 QUÍMICA Observação Os alcenos que apresentam de dois a quatro átomos de carbono, embora sejam gases pouco solúveis em água, são um pouco mais solúveis que os alcanos que apresentam a mesma quantidade de átomos de carbono. Assim como os alcanos, todos os alcenos são menos densos que a água, e suas temperaturas de ebulição e fusão aumentam à medida que cresce a cadeia, como pode ser observado na tabela seguinte. Tabela 14 Nome Fórmula Ponto de fusão (ºC) Ponto de ebulição (ºC) Eteno CH2 = CH2 -169 -104 Propeno CH3 – CH = CH2 -185 -47 1-buteno H2C = CH – CH2 – CH3 -185 -6 1-penteno CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 -106 30 7.2.3 Alcinos Os alcinos correspondem à classe dos hidrocarbonetos alifáticos, de cadeia aberta (acíclicos) e insaturados com uma tripla ligação entre dois átomos carbono. A fórmula geral dos alcinos é CnH2n-2 e os compostos pertencentes a essa classe também podem ser denominados alquinos. O alcino mais simples é o etino ou acetileno (HC ≡ CH). O próximo membro da série é o composto de fórmula condensada por CH ≡ C – CH3, denominado propino. Para os alcinos com quatro ou mais átomos de carbono, o nome é composto pelo prefixo que indica a quantidade de átomos de carbono, seguido de um número que indica a posição da tripla ligação na cadeia carbônica e da terminação ino. Resumindo: Número de átomos de carbono + posição da tripla + ino O número que indica a posição da insaturação é separado do prefixo e do sufixo por hifens, como pode ser observado nos exemplos seguintes. 130 Unidade II 1 1 6 6 7 7 8 6 hept-3-ino 4,5,6-trimetil oct-2-ino 4-etil-5-metil hex-2-ino pent-2-ino 5 5 5 5 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 7.2.4 Alcadienos Os alcadienos compreendem aos hidrocarbonetos alifáticos, de cadeia aberta e que apresentam duas ligações duplas entre átomos de carbono, portanto, a fórmula geral dos alcadienos é CnH2n-2. Os alcadienos que possuem as duplas ligações em carbonos consecutivos são denominados alcadienos de duplas acumuladas (H2C = C = CH2) e os que possuem as duplas separadas por uma ligação simples são denominados alcadienos de duplas conjugadas (H2C = CH – CH = CH2). Os alcadienos de duplas isoladas apresentam mais de uma simples ligação entre as duplas (H2C = CH – CH2 – CH = CH – CH3). A nomenclatura oficial dos alcadienos é realizada utilizando o prefixo di antes do termo eno e indicando a posição das duplas ligações considerando a numeração dos carbonos a partir da extremidade mais próxima das duplas, para que elas tenham os menores números possíveis. 131 QUÍMICA penta-1,4-dieno 4-metil hexa-1,2-dieno 5-metilhexa-1,4-dieno 7.2.5 Cicloalcanos e cicloalcenos Os hidrocarbonetos que apresentam cadeia fechada correspondem a uma subclasse à parte. Aqueles que contêm apenas ligações simples entre átomos de carbono e cadeia fechada são chamados de cicloalcanos ou ciclanos. Já os que têm uma ligação dupla entre átomos de carbono e cadeia fechada são denominados cicloalcenos ou ciclenos. As estruturas desses compostos muitas vezes são representadas como polígonos simples, nos quais cada vértice do polígono representa um átomo de carbono e as arestas indicam o tipo de ligação existente. Os anéis de carbono contendo menos de cinco átomos de carbono são tensionados porque o ângulo de ligação C – C nos anéis menores deve ser menor que o ângulo tetraédrico de 109,5º. A tensão é aumenta à medida que os anéis ficam menores. No ciclopropano, o ângulo é de apenas 60º. A nomenclatura oficial desses compostos é realizada introduzindo o prefixo ciclo ao nome do hidrocarboneto correspondente. Quando o composto apresenta ramificações, o anel deve ser numerado para que as ramificações ou substituintes tenham os menores números possíveis. No caso do cicloalcenos, a nomenclatura obrigatoriamente deve se iniciar pelos carbonos que possuem a dupla ligação, e os outros devem ter os números correspondentes de modo que as ramificações ou substituintes apresentem os menores números. ciclopropano ciclobutano ciclo-hexeno ciclopropeno ciclobuteno ciclopenteno ciclopentano ciclo-hexano 132 Unidade II metil ciclopropano etil ciclobutano 2-metil-3-turcbutil ciclopenteno 3,4-dimetil ciclo-hexeno 1-etil ciclopropeno isopropil ciclopentano 1,2-dimetil ciclo-hexano 7.2.6 Hidrocarbonetos aromáticos Os hidrocarbonetos aromáticos apresentam em sua estrutura um ou mais núcleos benzênicos (também denominados anéis benzênicos ou anéis aromáticos). O composto mais simples dessa classe é o benzeno (C6H6). Ele apresenta uma estrutura totalmente simétrica com ângulos de 120º entre os átomos de carbono. O benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos dessa classe possuem maior estabilidade química que os alcenos e alcinos devido à ressonância existente na estrutura cíclica dos seis átomos de carbono, como representado na figura seguinte: Essa ressonância se deve à delocalização dos elétrons π das ligações duplas. Como consequência, a estrutura do benzeno apresenta uma ligação química com tamanho menor que o tamanho de uma ligação simples (0,154 nm) e maior que o comprimento de uma ligação dupla (0,134 nm). O tamanho das ligações entre o carbono no benzeno é de 0,139 nm. O composto aromático mais simples recebe o nome de benzeno. Quando ele apresenta ramificações ligadas ao anel aromático, a nomenclatura é realizada citando o nome das ramificações ou substituintes em ordem alfabética e suas respectivas posições no anel aromático de tal forma que os radicais recebam os menores números possíveis. 133 QUÍMICA metilbenzeno ou tolueno isopropilbenzeno 1,2-dimetilbenzeno 3-etil-1-metilbenzeno 1-isopropil-2,3-dimetilbenzeno 2-etil-3-isopropil-1-metilbenzeno etilbenzeno 1-isopropil-2,4-dimetilbenzeno Compostos que possuem apenas dois radicais podem ter a nomenclatura realizada utilizando os prefixos orto, meta ou para. Orto corresponde às posições 1,2 das ramificações; meta, às posições 1,3 e para, às posições 1,4, como pode ser observado na seguinte representação: 1,2-dimetilbenzeno / o-dimetilbenzeno 1,3-dimetilbenzeno / m-dimetilbenzeno 1,4-dimetilbenzeno / p-dimetilbenzeno Os compostos aromáticos que apresentam mais de um anel aromático condensados têm nomes particulares. Os principais são: 134 Unidade II benzeno nafitaleno antracenofenentreno O benzeno é líquido à temperatura ambiente, altamente inflamável e muito tóxico. Apresenta odor adocicado e é utilizado como matéria-prima para a síntese de fenóis, anilina, trinitrotolueno (TNT), inseticidas e plásticos. Comercialmente, o benzeno é conhecido como benzina e é utilizado como solvente. O naftaleno, mais conhecido como naftalina, sublima facilmente, é um sólido branco de aroma intenso e pode causar sérios problemas de saúde como enxaqueca, náuseas, vômitos, inclusive podendo levar ao coma. O antraceno é utilizado na indústria de corantes e o fenantreno é a base de muitos esteroides. Os compostos aromáticos também produzem ramificações, sendo que as principais são o fenil (derivado do benzeno pela remoção de um átomo de hidrogênio, o benzil (derivado do tolueno pela remoção de um átomo de hidrogênio do grupo CH3) e o toluil (derivado do tolueno pela remoção de um átomo de hidrogênio do anel aromático), sendo que existem o o-toluil, o m-toluil e o p-toluil. A seguir são representados o fenil, o benzil e o-toluil. benzilfenil o-toluil CH2 CH3 8 FUNÇÕES ORGÂNICAS – PARTE II 8.1 Funções oxigenadas 8.1.1 Álcool Os compostos orgânicos pertencentes à função álcool apresentam o grupo hidroxila (—OH) ligado a pelo menos um carbono saturado sendo, portanto, compostos orgânicos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um ou mais hidrogênio pelo grupo hidroxila (—OH). Os álcoois que apresentam na molécula apenas uma hidroxila são denominados monoálcoois. Quando o álcool apresenta na molécula apenas duas hidroxilas, é chamado de diálcool, diol ou ainda glicol, e assim por diante. Caso existam várias hidroxilas, ele é denominado poliálcool ou poliol. 135 QUÍMICA Quando o grupo hidroxila está ligado a um carbono primário, secundário, ou terciário, o álcool é denominado, respectivamente, álcool primário, álcool secundário, ou álcool terciário. Pelas regras oficiais de nomenclatura para os compostos orgânicos, os álcoois recebem a terminação –ol. Para álcoois com mais de três átomos de carbono, é necessário indicar a localização do grupo –OH e isso é feito utilizando um prefixo numérico para indicar o número do átomo de carbono que contém o grupo OH. Para tanto, a cadeia deve ser numerada a partir da extremidade mais próxima do grupo hidroxila, e o prefixo numérico deve ser colocado antes do termo ol indicativo do nome do composto e separado por hifens, como pode ser observado nos exemplos seguintes: CH3 — CH2 CH3 — CH2 — CH2 CH3 — CH2 — CH2 — CH2 CH3 — CH — CH3 CH2 — CH2 CH2 — CH2 — CH2 CH3 — C — CH3 CH3 OHOHOHOHOHOH OH metil propan-2-ol álcool tercbutílico propan-2-ol álcool isopropílico etanol álcool etílico butan-1-ol álcool butílico propan-1-ol álcool propílico etan-1,2-diol etilenoglicol propan-1,2,3-triol glicerol OH OH OH 1 23 4 5 6 H3C H3C 3,4-dimetil hexan-2-ol OH CH3 CH3 136 Unidade II Lembrete A ligação O–H é polar, consequentemente, os álcoois são muitos mais solúveis que os hidrocarbonetos em solventes polares como a água, devido à capacidade do grupo OH de estabelecer ligações de hidrogênio com a água. Essa solubilidade diminui com o aumento da cadeia carbônica, pois aumenta a influência do caráter apolar da cadeia carbônica na solubilidade do álcool. Os álcoois com até 12 átomos de carbono e apenas um grupo hidroxila na estrutura são líquidos à temperatura ambiente, solúveis em água e apresentam menor densidade que a água, como pode ser observado na tabela abaixo. Tabela 15 Nome Fórmula condensada Ponto de ebulição Solubilidade em água Metanol CH3OH 65 ºC Infinita Etanol CH3CH2OH 78 ºC Infinita Propan-1-ol CH3CH2CH2OH 97 ºC Infinita Butan-1-ol CH3CH2CH2CH2OH 117 ºC 7,9 g em 100 mL Pentan-1-ol CH3CH2CH2CH2CH2OH 138 ºC 2,3 g em 100 mL Hexan-1-ol CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 157 ºC 0,6 g em 100 mL Heptan-1-ol CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH 176 ºC 0,2 g em 100 mL Observação Os pontos de ebulição dos álcoois são muito maiores que os pontos de ebulição dos hidrocarbonetos de mesma massa molar e mesmo tamanho de cadeia carbônica devido à capacidade dos grupos hidroxila de estabelecer ligação de hidrogênio. O etanol ou álcool etílico (H3C─CH2─OH) é considerado o álcool mais comum e é obtido a partir da fermentaçãoanaeróbica do açúcar, amido e outros carboidratos pelo fungo Saccharomyces cererisiae, como pode ser observado na equação: C6H12O6(aq) 2C2H5OH(aq) + 2CO2(g) Saccharomyces cererisiae Essa reação de fermentação é realizada na indústria de bebidas para a produção de vinhos, aguardentes, cervejas dentre outras bebidas nas quais o etanol está presente. 137 QUÍMICA O etanol é muito utilizado na indústria de perfumaria como solvente e como combustível de veículos automotores. Ele é uma substância facilmente absorvida no estômago e no intestino delgado e distribuída por todo o organismo, atuando como um depressor do sistema nervoso central. Quando consumido em excesso, pode causar pancreatite crônica, hepatite alcoólica, cirrose e atrofia testicular. O álcool 70% (mistura contendo 70 partes de etanol e 30 partes de água) possui concentração adequada para atuar como antisséptico e bactericida, pois, nessa proporção, ele desnatura as proteínas dos microrganismos, facilitando a entrada do etanol no interior das bactérias. Essa concentração também diminui a volatilização do etanol, permitindo um maior contato do álcool com a superfície a ser desinfectada. O álcool mais simples, o metanol ou álcool metílico (H3C─OH), é um líquido muito volátil e inflamável. O metanol apresenta usos industriais relevantes, sendo, inclusive, um solvente industrial muito importante devido à maior capacidade de dissolver substâncias que não apresentam boa solubilidade no etanol. Esse é o motivo de ele ser empregado na indústria de polímeros, preparo de colesterol, algumas vitaminas e formaldeído. O metanol é extremamente tóxico e pode causar leves irritações nos olhos, nas mucosas, no sistema nervoso, na pele e sérias lesões nos nervos ópticos. A exposição ao metanol pode causar vômitos, náuseas, dor de cabeça e cegueira. O colesterol possui uma cadeia carbônica com 27 átomos de carbono e uma hidroxila, sendo, portanto, um álcool. Esse composto tem papel fundamental em muitos processos bioquímicos como, por exemplo, o funcionamento da membrana plasmática. Por ser insolúvel em água e no sangue, é o responsável por muitas doenças cardiovasculares. HO Outro álcool muito importante para a indústria farmacêutica é o propan-1,2,3-triol, glicerol ou glicerina (HOCH2CH(OH)CH2OH). Esse álcool é um líquido viscoso que se dissolve rapidamente em água e é muito utilizado em preparações cosméticas (batons, hidratantes, pomadas e sabonetes), como amaciante de pele e na indústria de alimentos para manter a umidade de doces, panetones, bolachas e bolos. Na indústria, é classificado como umectante. O mentol (2-isopropil-5-metil-ciclo-hexanol) é um álcool cíclico que provoca uma sensação refrescante quando entra em contato com a pele. Ele é muito usado em produtos de beleza como géis pós-barba, loções de barbear e pastilhas contra a tosse, por apresentar propriedades anestésicas e anti-inflamatórias. 138 Unidade II OH 8.1.2 Fenóis Os fenóis são compostos derivados dos hidrocarbonetos aromáticos que apresentam a hidroxila (OH) ligada diretamente ao anel aromático, sendo, portanto, formados pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio ligados ao carbono do núcleo aromático (grupo hidroxila). Segundo a Iupac, o nome dos fenóis deve ser formado pela palavra hidroxi seguida do nome do aromático correspondente. No entanto, o termo fenol para indicar o hidroxibenzeno já é oficialmente aceito. Quando o composto apresenta ramificações ligadas ao anel aromático, o nome do fenol é realizado indicando inicialmente a posição e o nome do radical (ou radicais), em ordem alfabética, seguido da palavra hidroxibenzeno ou fenol, como pode ser observado nos exemplos a seguir: OH fenol ou hidroxibenzeno OH OH OH m-metil fenol o-metil fenol p-metil fenol 3-metil-1-hidroxibenzeno 2-metil-1-hidroxibenzeno 4-metil-1-hidroxibenzeno m-cresol o-cresol p-cresol 139 QUÍMICA OH 5-isopropil-2,3-dimetil fenol 5-isopropil-2,3-dimetil-1-hidroxibenzeno À temperatura ambiente, a grande maioria dos fenóis é sólida, apenas os mais simples ficam em estado líquido. Com relação à solubilidade, apenas o fenol mais simples (hidroxibenzeno) é solúvel em água, os outros são insolúveis. O fenol é o composto mais simples com um grupo hidroxila ligado a um anel aromático. Um dos muitos efeitos notáveis do grupo aromático é a acidez enorme do grupo OH. O fenol é um milhão de vezes mais ácido em água que um álcool não aromático típico, como o etanol. O fenol é usado industrialmente para fazer vários tipos de plásticos e corantes. Também é empregado como anestésico tópico em muitos borrifadores para garganta inflamada. Com relação ao comportamento ácido-base, todos os fenóis apresentam acidez, embora sejam ácidos muito fracos. Os fenóis são muito utilizados como desinfetantes, germicidas e bactericidas. Um exemplo é a creolina, que consiste de uma mistura equimolar de o-metilfenol, m–metilfenol e p-metilfenol. Alguns fenóis são utilizados na produção de creme para queimadura solar e para pé de atleta ou como princípio ativo para o tratamento de manchas na pele. 8.1.3 Éteres Os éteres são compostos orgânicos derivados dos álcoois pela substituição do átomo de hidrogênio da hidroxila por um grupo orgânico. Os éteres apresentam, portanto, um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de carbono (C–O–C) e fórmula geral: O R’R 140 Unidade II A nomenclatura oficial dos éteres é realizada considerando a maior sequência de carbonos como cadeia principal e recebe o nome do hidrocarboneto correspondente. A sequência menor de átomos de carbono é considerada, junto com o oxigênio, um radical, recebe a terminação oxi e vem escrita antes da sequência correspondente à cadeia principal, assim: Cadeia menor oxi + cadeira maior ano A nomenclatura não oficial dos éteres é feita indicando os nomes dos radicais ligados ao átomo de oxigênio em ordem alfabética com terminação ico, precedidos do nome da função. A seguir estão representados três éteres e seus respectivos nomes, sendo que o primeiro é o nome oficial e os outros dois os não oficiais, mas largamente utilizados. O O O metoxietano éter metiletílico etilmetil éter metoximetano éter dimetílico dimetil éter etoxietano éter dietílico dietil éter O etoxietano (éter dietílico, éter etílico, éter comum ou ainda éter sulfúrico) é um grande anestésico obtido no século XVI, através da reação entre duas moléculas de etanol na presença de ácido sulfúrico. Esse éter também é utilizado como solvente na extração de essências, gorduras e óleos. O etoxietano é muito volátil (ponto de ebulição 35º C) e altamente inflamável. Observação O átomo de oxigênio apresenta estrutura geométrica angular e os éteres também. Os grupos orgânicos correspondem aos vértices do ângulo, sendo assim, os éteres são compostos polares e com polaridade muito menor do que os álcoois de mesma quantidade de átomos de carbono. 8.1.4 Aldeídos Os aldeídos correspondem à classe de compostos orgânicos que apresentam o grupo aldoxila (–CHO), o qual corresponde a uma carbonila (–C=O) localizada na extremidade da cadeia. Assim, numa das extremidades da cadeia há um carbono ligado ao oxigênio por dupla ligação e ligado ao hidrogenio: O R H 141 QUÍMICA A nomenclatura oficial dos aldeídos é realizada indicando o prefixo correspondente à quantidade de carbono na cadeia, seguida do afixo que indica o tipo de ligação com o sufixo al. Fica assim: Quantidade de carbono + tipo de ligação + al Caso existam ramificações ligadas à cadeia carbônica, a posição e o nome das ramificações devem ser colocados antes do nome da cadeia carbônica principal e a numeração da cadeia carbônica deve ser iniciada a partir do carbono no grupo funcional. O O O H H H H metanal etanal propanal formaldeídoacetaldeído O O H H 3,4-dimetil hexanal 3-etil-4-isopropil-2-metil heptanal OO H H benzaldeído 2,3-dimetil benzaldeído O metanal (formaldeído) e o etanal (acetaldeído) são compostos gasosos à temperatura ambiente e apresentam odores extremamente desagradáveis. Os aldeídos com três ou mais átomos de carbono são líquidos e os que apresentam massas molares elevadas são sólidos. O formaldeído é encontrado em solução aquosa com teor de 40% e é utilizando como desinfetante. Ele foi muito utilizado na conservação de cadáveres e peças anatômicas, entretanto, devido à sua toxicidade, tem sido substituído por glicerina. O formaldeído é muito utilizado na produção de baquelita e medicamentos. 142 Unidade II 8.1.5 Cetonas As cetonas correspondem aos compostos orgânicos que apresentam grupo funcional carbonila (–C=O) ligado a dois radicais orgânicos, estando, portanto, no interior de uma cadeia carbônica, como na representação a seguir, em que R e R’ representam os radicais orgânicos ligados à carbonila. O R R’ Os nomes oficiais das cetonas apresentam terminação ona. Hidrocarboneto + ona Quando a cadeia carbônica apresenta mais que quatro átomos de carbono, ela deve ser numerada a partir da extremidade mais próxima da carbonila. É necessário representar a posição em que se encontra o átomo de oxigênio da carbonila, indicando o número antes do sufixo ona. Nos três exemplos seguintes, podem ser observadas cetonas nas quais o primeiro nome corresponde ao nome oficial e os outros, aos nomes não oficiais: O O O propanona butanona pentan-2-ona dimetilcetona etilmetilcetona metilpropilcetona acetona Nos compostos orgânicos pertencentes à função cetona, quando a estrutura do composto apresenta vários átomos de carbono e grupos substituintes ligados à cadeia carbônica principal, eles devem ser escritos antes do nome da cetona e mencionados em ordem alfabética, como pode ser observado nos três exemplos que seguem. 5-metil hexan-3-ona 6-etil-5,6-dimetil octan-3-ona 3-isopropil heptan-4-ona O O O As cetonas de menores massas molares são líquidas e solúveis em água, enquanto que as cetonas de massas molares elevadas são sólidas e insolúveis em água. A propanona (dimetilcetona ou acetona) é um importante solvente orgânico e é muito utilizada como solvente de tintas, vernizes e esmaltes; preparação de sedas artificiais e corantes; além de ser utilizada na obtenção de produtos de uso medicinal como clorofórmio e iodofórmio. 143 QUÍMICA A butanona (etilmetilcetona) é muito utilizada como solvente para a produção de tintas e vernizes. Lembrete O átomo de oxigênio apresenta alta eletronegatividade, sendo assim, as cetonas são compostos polares e com polaridade muito menor do que os álcoois de mesma quantidade de átomos de carbono. 8.1.6 Ácidos carboxílicos Os compostos pertencentes a esta função orgânica apresentam o grupo funcional constituído por um átomo de oxigênio ligado ao carbono por dupla ligação e uma hidroxila ligada ao mesmo átomo de carbono, como observado na fórmula geral dos ácidos carboxílicos: O R OH Esse grupo funcional é muitas vezes representado como (–COOH) e é denominado carboxila. A nomenclatura dos ácidos carboxílicos é realizada utilizando a palavra ácido seguida do nome do hidrocarboneto correspondente com terminação ico. Assim: Ácido hidrocarboneto + ico O O O OH OH OH H3C H3C H ácido metanoico ácido etanoico ácido propanoico ácido fórmico ácido acético ácido propiônico H3C H3C ácido benzoico ácido 3-etil-4-metil heptanoico CH3 OH OH O O Em meio aquoso, os ácidos carboxílicos apresentam comportamento de ácidos de Arrhenius pois se ionizam liberando íons hidrônio (H3O + ou H+) e o ânions correspondentes, como pode ser observado nas equações de reação de ionização do ácido metanoico e do ácido etanoico esquematizadas na figura seguinte: 144 Unidade II O O O O OH OH O- O- + + H+ H+ H H3CH3C H Esses compostos são ácidos fracos e, quanto maior a cadeia carbônica, mais fraco é o ácido correspondente, uma vez que o aumento da cadeia carbônica gera uma diminuição da polaridade da molécula e, consequentemente, uma diminuição do grau de ionização do ácido, liberando menor quantidade de íons hidrônio em solução. Os ácidos carboxílicos que apresentam de um a nove átomos de carbono na cadeia carbônica são líquidos à temperatura ambiente e solúveis em água. Essa solubilidade diminui com o aumento da cadeia carbônica. Os ácidos que possuem mais do que dez átomos de carbono são denominados de ácidos graxos, são insolúveis em água e, à temperatura ambiente, são sólidos. Vários ácidos carboxílicos são encontrados na natureza e têm aplicações industriais importantes. Como exemplo, podem ser citados o ácido metanoico e o ácido acético, o ácido benzoico e o ácido 2-hidroxibenzoico. O ácido metanoico (ácido fórmico) é encontrado nas formigas, taturanas e folhas de urtiga e é responsável pela ardência provocada pela picada das formigas ou quando se mexe na planta urtiga. Esse ácido é muito utilizado como desinfetante e em processos de tingimento de tecidos. O ácido etanoico (ácido acético) é o componente ácido do vinagre e se encontra numa concentração que varia de 3% a 3,5%. Também é formado durante o processo de azedamento dos vinhos na presença de gás oxigênio. Industrialmente é muito utilizado na preparação de corantes e perfumes. O ácido benzoico é usado como antisséptico e diurético e o ácido 2-hidroxibenzoico (ácido salicílico) é usado como antipirético e analgésico por atuar na redução da febre e da dor. O ácido salicílico também é utilizado também na síntese do ácido acetilsalicílico (AAS). 8.1.7 Ésteres Os ésteres são compostos orgânicos derivados dos ácidos carboxílicos pela substituição do átomo de hidrogênio ligado ao grupo –OH dos ácidos por substituintes orgânicos. Eles apresentam um átomo de oxigênio ligado ao carbono por dupla ligação e outro átomo de oxigênio, ligado ao mesmo carbono, ao qual liga-se um substituinte orgânico, como observado na fórmula geral representada a seguir, na qual R simboliza a cadeia carbônica e R’ indica o substituinte orgânico que substitui o hidrogênio da hidroxila. 145 QUÍMICA O R O—R’ A nomenclatura dos ésteres é realizada utilizando o nome do hidrocarboneto correspondente com terminação ato, seguido da preposição de e do nome do radical (substituintes) com terminação ila. Assim: Hidrocarboneto + ato + de + radical com a terminação ila O O O O O propanoato de metila butanoato de etila propanoato de isopropila benzoato de tercbutila benzoato de propila O O O O O O 3-isopropil hexanoato de etila O Muitos ésteres são responsáveis pelos aromas de flores e frutos, sendo utilizados como aromatizantes e flavorizantes na indústria de alimentos e na indústria farmacêutica, devido ao seu aroma agradável, para a fabricação de xaropes, refrescos, doces, pastilhas para proporcionar os aromas artificiais de frutas e flores. O quadro a seguir representa alguns ésteres e seus aromas e essências. 146 Unidade II Quadro 20 Ésteres Aromas e essências Metanoato de isobutila Framboesa Etanoato de isobutila Framboesa Metanoato de etila Uva Etanoato de pentila Banana Etanoato de benzila Jasmim Butanoato de etila Morango Butanoato de butila Damasco Hexanoato de etila Abacaxi Os ésteres cíclicos formados pela reação de condensação intramolecular da hidroxila de um grupo álcool com o grupo de um ácido carboxílico são denominados lactonas. As lactonas mais estáveis e mais comuns são as que apresentam cinco ou seis átomos de carbono na estrutura cíclica devido à menor tensão existente nas ligações entre os átomos que formam a cadeia cíclica. Como consequência, as lactonas com quatro e três átomos no anel só podem ser obtidas artificialmente. A nomenclatura das lactonas utiliza letras gregas para indicar o átomo de carbonoda cadeia do ácido carboxílico e tal nomenclatura se inicia atribuindo a letra alfa para o primeiro carbono ligado ao grupo –COOH, como se observa a seguir. α-lactona β-lactona γ-lactona δ-lactona 8.2 Funções halogenadas 8.2.1 Haletos orgânicos Os haletos orgânicos ou compostos halogenados são compostos orgânicos que apresentam na estrutura química átomos dos elementos halogênios (F, Cl, Br e I) ligados diretamente a átomos de carbono, portanto, são compostos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio por átomos de halogênio. Segundo as regras da Iupac, a nomenclatura oficial dos haletos orgânicos é realizada citando-se a posição e nome do halogênio seguido do nome do hidrocarboneto correspondente. Para haletos que apresentam dois ou mais átomos do mesmo halogênio, deve-se usar, antes do nome do halogênio, um prefixo grego (di, tri, tetra etc.) que indica a quantidade de átomos do halogênio em questão. 147 QUÍMICA H H HH H H CI C C C C CI CI CI CI CI CI CICI CI clorometano diclorometano triclorometano tetraclorometano ou ou ou cloreto de metila clorofórmio tetracloreto de metila CI CI CI CI H3C Br CI CI 1,2-dicloroetano 1-bromo-1,2-dicloroetano 1,1-dicloroetano H3C H3C H3CH3C CH3 CH3 Br Br CI 2-bromobutano 4-bromo-2-cloro-3,5-dimetil heptano 8.2.2 Haletos de acila Os haletos de acila são compostos orgânicos derivados dos ácidos carboxílicos obtidos pela substituição do grupo hidroxila (─OH) que se encontra ligado ao carbono da carboxila por átomo de halogênio (Cl, Br, I, F). Os mais importantes haletos de acila são os compostos derivados do elemento cloro. A nomenclatura oficial dos haletos de acila é realizada utilizando-se a palavra correspondente ao haleto (cloreto, brometo, iodeto) seguida do nome do radical acila correspondente ligado ao halogênio. O nome do radical acila é realizado utilizando o nome do hidrocarboneto correspondente seguido da terminação íla. cloreto de etanoíla cloreto de butanoíla cloreto de metanoíla H3C H3CCI CI CI H O O O CI O cloreto de benzoíla 148 Unidade II 8.3 Funções nitrogenadas 8.3.1 Aminas As aminas são compostos orgânicos derivados da amônia, NH3, formados através da substituição de um ou mais átomos de hidrogênio por radicais orgânicos. As aminas podem ser classificadas como amina primária (substituição de apenas um hidrogênio da amônia por um radical orgânico), amina secundária (substituição de dois hidrogênios da amônia por dois radicais orgânicos), e amina terciária (substituição de três hidrogênios da amônia por três radicais orgânicos). As aminas apresentam as fórmulas gerais representadas a seguir: R R R R R NRNH2 NH amina primária amina secundária amina terciária A nomenclatura oficial Iupac das aminas é feita pela citação dos nomes dos radicais orgânicos ou substituintes ligados ao nitrogênio em ordem alfabética seguidos da palavra amina, como se observa nos exemplos elencados na figura seguinte: CH3 – NH2 CH3 – CH2 – NH2 CH3 – CH2 – NH – CH3 metilamina etilamina etilmetilamina N N N CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H3C H3C H3C trimetilamina etilisopropilmetilamina fenildimetilamina As aminas mais simples (metilamina, dimetilamina, trimetilamina e outras) são gasosas à temperatura ambiente. As aminas que possuem radicais etila e superiores ligados ao nitrogênio são líquidas quando apresentam em sua estrutura até 12 átomos de carbono. As aminas com mais de 12 átomos de carbono na estrutura são sólidas à temperatura ambiente. Como o nitrogênio é muito eletronegativo, as aminas inferiores são solúveis em água devido ao estabelecimento de ligações de hidrogênio entre o par eletrônico livre do nitrogênio e o hidrogênio da molécula de água. As aminas superiores apresentam menor solubilidade em água devido ao aumento do caráter apolar oriundo da cadeia carbônica do radical alquila ou arila. 149 QUÍMICA As aminas apresentam um aroma intenso, que lembra o cheiro de peixe podre. A substância responsável por esse cheiro é a trimetilamina. Algumas aminas apresentam cheiro muito intenso e particularmente pungente, como a cadaverina e a putrescina, substâncias formadas durante a decomposição dos cadáveres. H2N NH2 NH2H2N pentanodiamina ou cadaverinabutanodiamina ou putrescina 8.3.2 Amidas As amidas são os compostos orgânicos que apresentam uma carbonila (carbono ligado a um átomo de oxigênio por dupla ligação) ligada diretamente a um átomo de nitrogênio. Esse nitrogênio pode estar ligado a dois átomos de hidrogênio ou a substituintes orgânicos, formando as amidas substituídas. O grupo funcional que caracteriza as amidas está representado a seguir. R representa quaisquer cadeias carbônicas: R-C O NH2 A nomenclatura das amidas é realizada utilizando o nome do hidrocarboneto correspondente seguido da palavra amida, como pode ser observado nos exemplos seguintes: NH2 H3C H3C NH2 NH2 H-C O O O metanamida ou etanamida ou propanamida formamida acetamida Quando a cadeia carbônica apresenta ramificações ou substituintes, a numeração da cadeia é realizada a partir do carbono do grupo funcional, ou seja, do carbono que está ligado ao oxigênio e ao nitrogênio, como representado nos exemplos seguintes: CH3 CH3 CH3 H3C H3C H3CNH2 NH2 O O 3,4-dimetil hexanamida 3-etil-4-metil hexanamida 150 Unidade II A ureia é uma amida muito importante, uma vez que constitui um dos produtos finais do metabolismo dos animais superiores e é eliminada na urina. A ureia é um sólido branco e cristalino e solúvel em água. Na indústria, é muito utilizada na fabricação de fertilizantes e adubos, além de ser matéria-prima para a produção de alguns explosivos. O NH2H2N As amidas cíclicas formadas pela reação de condensação intramolecular de compostos que contêm o grupo ácido carboxílico e o grupo amina são denominadas lactamas. A nomenclatura das lactamas é realizada utilizando letras gregas para indicar o átomo de carbono da cadeia do ácido carboxílico. Essa nomenclatura se inicia atribuindo a letra alfa para o primeiro carbono ligado ao grupo –COOH, como se observa a seguir: α-lactama β-lactama γ-lactama δ-lactama 8.3.3 Nitrilas As nitrilas são compostos orgânicos que apresentam o grupo (─C ≡ N), sendo resultantes da substituição do átomo de hidrogênio do cianeto de hidrogênio (H – C ≡ N ou HCN) por um substituinte orgânico (alcoíla ou arila). Consequentemente, as nitrilas apresentam fórmula geral R – C ≡ N, na qual R corresponde ao substituinte orgânico. A nomenclatura oficial das nitrilas é realizada utilizando o nome do hidrocarboneto correspondente seguido da palavra nitrila, como pode ser observado nos exemplos a seguir: H3C – C ≡ N H3C – CH2 – C ≡ N H3C – CH2 – CH2 – C ≡ N etanonitrila ou propanonitrila butanonitrila acetonitrila CN CN CH3 H3C 2-metilbutanonitrila benzonitrila 151 QUÍMICA A etanonitrila ou acetonitrila é muito utilizada na manufatura de tecidos sintéticos e como solvente para a extração de pesticidas de plantas ou de sementes, permitindo determinar o teor de pesticidas presentes nesses produtos. A mandioca brava contém uma nitrila denominada amigdalina ou [(6-O-β-D-glucopiranosil-β-D- glucopiranosil)oxi](fenil)acetonitrila (estrutura representada a seguir), por isso é importante picá-lae submetê-la a um cozimento prolongado para eliminar o HCN formado na decomposição da amigdalina, devido à reação da amigdalina com água. CN O C12H21O10 A amigdalina também é encontrada em caroços ou sementes de pêssegos, damascos, ameixas e outras frutas. 152 Unidade II Resumo Devido à numerosa presença dos compostos orgânicos na natureza, se faz necessário estudar suas características básicas de maneira independente das funções chamadas inorgânicas. Por definição, o composto orgânico é aquele em que o carbono está presente estruturalmente como elemento central. O carbono é um elemento químico peculiar, pois, sendo tetravalente, permite a formação de diferentes arranjos de ligações covalentes com os outros elementos. Com isso, é possível observar o átomo de carbono efetuando entre uma e três ligações covalentes com um átomo próximo. Tais arranjos de ligações covalentes são o que chamamos de ligações simples (uma ligação covalente com outro átomo), dupla (duas covalentes com outro átomo) e tripla (três covalentes com outro átomo). O carbono também apresenta a capacidade de, ao se ligar a outros átomos (carbono, oxigênio, nitrogênio etc.), formar um encadeamento linear, o qual chamamos de cadeia carbônica. As cadeias carbônicas são classificadas de acordo com algumas características, como presença de ramificação ou de ligação dupla ou tripla. Assim, podemos classificá-las, quanto ao seu fechamento, em cadeia alifática (aberta) ou cíclica (fechada); quanto à disposição dos carbonos na cadeia, em cadeia normal (todos os carbonos alinhados na mesma cadeia) ou ramificada (presença de um ou mais carbonos fora da cadeia principal); quanto ao tipo de ligação presente, em saturada (presença de apenas ligações simples) ou insaturada (presença de, no mínimo, uma dupla ou tripla ligação na cadeia principal); quanto ao tipo de átomo presente na cadeia principal, em homogênea (cadeia principal formada apenas por carbonos) e heterogênea (presença de um ou mais átomos diferentes do carbono na cadeia principal). Outra importante característica dos compostos orgânicos é que as reações ocorrem de acordo com a característica do carbono na cadeia. Assim, para prever em qual carbono a reação química ocorrerá, é necessário classificar os diferentes carbonos de acordo com sua posição na cadeia e o número de ligações efetuadas com outros carbonos. Para essa classificação, são definidos os chamados carbonos primários (ligados a apenas um carbono), secundários (ligados a dois carbonos), terciários (ligados a três carbonos) e quaternários (ligados a quatro carbonos). A estrutura de um composto orgânico pode ser reconhecida 153 QUÍMICA pela sua nomenclatura, uma vez que o nome é dado por três subdivisões: prefixo (indica o número de carbonos presentes na cadeia principal), trecho intermediário (indica se há apenas ligações simples ou também ligações duplas e/ou triplas) e sufixo ou terminação (indica o grupo funcional do qual a substância faz parte). É importante saber reconhecer o grupo funcional da substância orgânica, pois cada um terá propriedades químicas e físicas distintas. Assim, entende-se que as reações químicas que ocorrem para um aldeído são distintas das reações químicas que ocorrem para um hidrocarboneto, por exemplo. Dentre as principais funções orgânicas de interesse na área biológica, temos os hidrocarbonetos (formados apenas por carbono e hidrogênio), haletos (presença de halogênios substituindo um ou mais hidrogênios da cadeia), álcoois (presença de hidroxila substituindo um ou mais hidrogênios), aminas (nitrogênio substituindo um ou mais hidrogênios), cetonas (presença da carbonila entre carbonos na cadeia principal), aldeídos (presença de aldoxila nas extremidades da cadeia), ácidos carboxílicos (presença de carboxila nas extremidades da cadeia) e amidas (presença de um grupo amina substituindo O–OH da estrutura original de uma carboxila). Exercícios Questão 1. (Enem 2013) O brasileiro consome em média 500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão para evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. Disponível em: www.anvisa.gov.br. Acesso em: 1 ago. 2012. Adaptado. Considerando-se o valor de 6 x 1023 mol−1 para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? A) 7,5 x 1021 B) 1,5 x 1022 C) 7,5 x 1023 D) 1,5 x 1025 E) 4,8 x 1025 Resposta correta: alternativa B. 154 Unidade II Análise da questão Dose diariamente recomendada: 1000 mg de Ca Sabendo que 1000 mg = 1g 1mol Ca - 6.1023 átomos Ca ----- 40gx -------- 1g x = 6.1023 átomos. 1/40g x = 1,5.1022 átomos de Ca Questão 2. (Enem 2012) A produção mundial de alimentos poderia se reduzir a 40% 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. Identifique as funções orgânicas presentes simultaneamente nas estruturas dos dois biopesticidas apresentados: H H HO O O O O O O Piretrina Coronopilina H 155 QUÍMICA A) Éter e éster. B) Cetona e éster. C) Álcool e cetona. D) Aldeído e cetona. E) Éter e ácido carboxílico. Resposta correta: alternativa B. Análise da questão A) Alternativa incorreta. Justificativa: éteres são compostos que apresentam o radical C–O–C, ou seja, o oxigênio se apresenta como um heteroátomo no meio de uma cadeia carbônica. B) Alternativa correta. Justificativa: as funções orgânicas presentes simultaneamente nas estruturas dos dois biopesticidas apresentados são: cetona e éster. O C Grupo funcional cetona Grupo funcional éster C O ORR R R C) Alternativa incorreta. Justificativa: álcool é um composto orgânico nos quais um dos hidrogênios da cadeia é substituído por uma hidroxila (-OH). D) Alternativa incorreta. Justificativa: aldeídos são compostos que apresentam o radical funcional (–CHO), denominado aldoxila. Neles, o grupo carbonílico tem no mínimo um átomo de H ligado. E) Alternativa incorreta. Justificativa: ácidos carboxílicos são compostos que apresentam o radical funcional (–COOH), denominado carboxila. Na nomenclatura oficial, a terminação empregada é oico. 156 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 9 ELETRONEGATIVIDADE.JPG. Disponível em: https://bit.ly/3xS6oPa. Acesso em: 31 jan. 2013. Figura 10 ELETROPOSITIVIDADE.JPG. Disponível em: https://bit.ly/3use8F9. Acesso em: 31 jan. 2013. Figura 12 15500.JPG. Disponível em: https://bit.ly/3xQyxG8. Acesso em: 31 jan. 2013. Figura 16 BALANÇA mais sensível do mundo consegue medir a massa de um próton. Veja, 2012. Disponível em: https://bit.ly/3xDldoC. Acesso em: 31 jan. 2013. Figura 19 FELTRE, R. Química geral. 7. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 1. Figura 20 FELTRE, R. Química geral. 7. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 1. Figura 22 DISSOCIACAO-IONICA(1).JPG. Disponível em em: https://bit.ly/33iTJ9T. Acesso em: 31 jan. 2013. REFERÊNCIAS Audiovisuais MADAME Curie. Dir. Meryyn Leroy. Estados Unidos, 1943. 124 minutos. Textuais BALANÇA mais sensível do mundo consegue medir a massa de um próton. Veja, 2012. Disponível em: https://bit.ly/3xDldoC. Acesso em: 31 jan. 2013. BARIN, C. S. Introdução à atomística. Fundamentos de Química, Universidade Federal de Santa Maria, 2020. Disponível em: https://bit.ly/3sYPrid. Acesso em: 27 abr. 2021. 157 BRADY, J. E.; SENESE, F. Química: a matéria e suas transformações. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v. 1. CHANG,
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