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Centro Universitário de Volta Redonda Engenharia Ambiental Apostila Teórica de Química Orgânica Autora: Profª. Ana Cláudia Silva de Almeida FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 1. SUMÁRIO 1. A QUÍMICA ORGÂNICA E O ÁTOMO DE CARBONO 2 2. HIBRIDAÇÃO NO CARBONO 3 3. CADEIAS CARBÔNICAS 8 4. NOMENCLATURA DOS GRUPOS ALQUILA 11 5. SIMETRIA DO CARBONO 17 6. I S O M E R I A 17 7. CARBONO ASSIMÉTRICO 20 8. O POLARÍMETRO E A LUZ POLARIZADA 23 9. DESCOBERTA DE QUIRALIDADE EM MOLÉCULAS 24 10. A HISTÓRIA DA TALIDOMIDA 25 11. ESPECIFICAÇÃO DA CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA 26 12. CONFIGURAÇÃO R E S 27 13. ALCANOS 30 14. ALCENOS 57 15. ALCINOS 65 16. COMPOSTOS AROMÁTICOS 69 17. REAÇÕES EM SUBSTITUIÇÃO ELETROFÍLICA EM SISTEMAS AROMÁTICOS 76 18. EFEITOS DOS SUBSTITUINTES: REATIVIDADE E ORIENTAÇÃO 84 19. REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA 87 20. INSETICIDAS À BASE DE ORGANOSFORADOS E CARBAMATOS 95 21. VINHOTO 112 22. ALDEÍDO (PROBLEMA AMBIENTAL) 116 23. BIODIESEL 118 24. BIBLIOGRAFIA 126 1 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 1. A QUÍMICA ORGÂNICA E O ÁTOMO DE CARBONO Química Orgânica é a química dos compostos de carbono . Os compostos químicos dividem-se em duas classes: inorgânicos e orgânicos. Compostos inorgânicos eram os que se obtinham de minerais; os compostos orgânicos provinham de produtos animais e vegetais, quer dizer, de materiais produzidos por organismos vivos. Este pensamento que compostos orgânicos provinham apenas de materiais vivos prevaleceu até 1850, jamais poderia imaginar que se poderia sintetizar a partir de materiais inorgânicos, muito comuns nos dias atuais. Atualmente, a maioria dos compostos orgânicos prepara-se por síntese, embora a maneira mais fácil de obter e isolar estes compostos ainda continua sendo a partir de produtos animais e vegetais. Existem dois grandes reservatórios de material orgânico: o petróleo e o carvão, ambos provindo da transformação animal e vegetal. Estes materiais orgânicos são fontes de energia não renováveis, formados a milhões de anos por transformação da crosta terrestre. O petróleo vem sendo consumido de maneira desenfreada principalmente para produção de energia, menos de dez por cento são utilizado para produção de reagentes químicos, existem outras fontes de energia que já estão sendo utilizado para substituí-lo, que são as energias solares, elétricas, eólicas, nucleares. Os principais objetivos de estudo da química orgânica são: identificação de novas reações, como elas se produzem, determinação das suas possíveis aplicações. Os átomos de carbono podem fazer ligações com outros átomos, podem formar cadeias ou anéis com características físicas e químicas bem distintas. A química orgânica é largamente usada nas indústrias de: corantes, produtos farmacêuticos, papel , tinta, plásticos, alimentos, etc. Está amplamente ligada em várias áreas como: biologia, arqueologia, geologia, etc. 2 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia A maioria dos compostos orgânicos de interesse ambiental são moléculas eletricamente neutras que contêm ligações covalentes, que fazem quatro ligações por cada átomo de carbono; nos radicais livres fazem apenas três ligações. Vamos entender melhor o átomo de carbono. 2. HIBRIDAÇÃO NO CARBONO 1 – C (A=12; Z=6) 1s 2 2s 2 2p 2 2 – LIGAÇÃO (sigma) σ orbital molecular simétrico axial ( s – s; p – p) São ligações simples, chamadas de saturadas 3 – LIGAÇÃO(pi) π orbitais p; não hibridizados; átomos diferentes São ligações que são chamadas de insaturadas, apresentam dupla ou tripla ligação ● Simples: hibridização(sp 3 ), tetraédrica, 109 o 28', σ. Exemplo: molécula de metano (ALCANO) 3 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia ● Ligação dupla: hibridização (sp 2 ), trigonal, 120º Exemplo: molécula de eteno (ALCENO) 1 ligação π p-p(C-C) 1 ligação σ sp 2 -sp 2 (C-C) 4 ligações σ sp 2 -s(C-H) ● Ligação: hibridização (sp), linear, 180º Exemplo: molécula de etino (ALCINO) 2 ligações π ( p-p ) , 1ligação σ (sp-sp) , 2 ligações σ (sp-s) Ligações do C Representação Tipo Hibridização Ângulo 4 ligações simples -C- Somente σ sp 3 109 o 28' 1 ligação dupla -C= 3 σ e 1 π sp 2 120 o 1 ligação tripla -C Ξ 2 σ e 2 π sp 180 o 2 ligações duplas =C= 2 σ e 2 π sp 180 o 4 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 5 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Principais geometrias moleculares: Geometria Valência do átomo central Hibridação Exemplos linear duas ligações covalentes sp BeF 4 , CdBr 2 , HgCl 2 angular duas ligações e dois pares eletrônicos sp 3 H 2 O, H 2 S trigonal plana três ligações covalentes sp 2 BF 3 , B(CH 3 ) 3 , GaI 3 piramidal trigonal três ligações e um par eletrônico sp 3 NH 3 , PCl 3 tetraédrica quatro ligações covalentes sp 3 CH 4 , SiF 4 , TiCl 4 quadrado quatroligações e dois pares eletrônicos sp 2 d NiCl 4 - , PtCl 4 - gangorra quatro ligações e um par eletrônico sp 2 d SF 4 bipirâmide trigonal cinco ligações covalentes sp 3 d PCl 5 , MoCl 5 , TaCl 5 octaédrica seis ligações covalentes sp 3 d 2 SF 6 , SbF 6 - , SiF 6 - 2 6 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Geometrias Moleculares em 3D 7 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 3. CADEIAS CARBÔNICAS a) acíclicas, abertas ou alifáticas b) cíclicas ou fechadas c) normal ou ramificada normal ramificada d) saturada 8 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia e) insaturada f) homogênea ciclânica ciclênica g) heterogênea h) aromática mononuclear polinuclear HIDROCARBONETOS Alcanos (C n H 2n + 2) Alcenos (C n H 2n ) Alcinos (C n H 2n –2) Dienos (C n H 2n –2) Ciclanos (C n H 2n ) Aromáticos 9 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 10 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 11 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 4. NOMENCLATURA DOS GRUPOS ALQUILA 1) Radicais Derivados Radical = é o grupo que resulta ao se retirar um ou mais átomos de uma molécula Troca: ANO por IL ALCANO GRUPO ALQUILA CH 4 METANO CH 3 - METIL CH 3 CH 3 ETANO CH 3 CH 2 - ETIL CH 3 CH 2 CH 3 PROPANO CH 3 CH 2 CH 2 - PROPIL CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 BUTANO CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 - BUTIL ISOPROPIL SEC-BUTIL H 2 C=CH • H 2 C=CH-CH 2 • VINIL ALIL(A) 12 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia FENIL NAFTIL BENZIL PRINCIPAIS FUNÇÕES ORGÂNICAS Função Fórmula geral Nomenclatura IUPAC Exemplos ÁLCOOL R ⎯ OH OH ligado a C saturado nome de R ⎯ H − o + ol CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ CH 2 ⎯ OH 1-propan ol FENOL Ar ⎯ OH hidroxi + nome de Ar ⎯ H OH hidroxi benzeno ÉTER R ⎯ O ⎯ R 1 nome de R ⎯ O ⎯ + no R R ≤ R 1 CH 3 ⎯ O ⎯ CH 2 ⎯ CH 3 metoxi etano ALDEÍDO O || R ⎯C | H nome de R ⎯ CH 3 − o + al O || CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ C | H propan al CETONA O || R ⎯ C | R 1 nome de R ⎯ CH 2 ⎯ R 1 − o + ona O || CH 3 ⎯ C | CH 3 propan ona 13 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia ÁCIDO CARBO- XÍLICO O || R ⎯ C | OH ácid o nome de R ⎯ CH 3 − o + oico O || CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ C | OH ácido propan óico ÉSTER O || R ⎯C | O ⎯ R 1 nome de O || R ⎯ C | OH − ácido − ico + ato + nome de R 1 O || CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ C | O ⎯ CH 3 propano ato de metila AMINA H | R ⎯ N | H primári a nome de R + amina H | CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ CH 2 ⎯ N | H propil amina R 1 | R ⎯ N | H secundária nome de R nome de R 1 + amina CH 3 | CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ N | H metil etil amina 14 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia R 1 | R ⎯ N | R 2 terciária nome de R nome de R 1 nome de R2 + amina CH 2 − CH 3 | CH 3 − CH 2 − CH 2 − N | CH 3 metil etil propil amina AMIDA O || R ⎯ C | NH 2 primária nome de O || R ⎯ C | OH − ácido − ico + amida O || CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ C | NH 2 propano amida NITRILO R ⎯ C ≡ N nome de R ⎯ COOH − ácido − ico + nitrilo CH3 ⎯ CH 2 ⎯ C ≡ N propano nitrilo HALETO ORGÂ- NICO R ⎯ X (F, Cl, Br, I) nome de X + nome de R ⎯ H CH 3 ⎯ CH 2 ⎯ CH 2 ⎯ Cl 1-cloro propano 15 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia EXEMPLOS DAS PRINCIPAIS FUNÇÕES Hidrocarbonetos Só C e H butano Haleto Orgânico cloreto de etila cloro etano Álcool etanol álcool etílico Enol etenol Fenol fenol hidróxi-benzeno Aldeído benzaldeído etanal aldeído acético 16 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Cetona benzofenona difenil-cetona propanona dimetil cetona Ácido Carboxílico ácido etanóico ácido acético Éster metanoato de etila etanoato de etila acetato de etila Haleto de Ácido brometo de etanoila brometo de acetila Éter metóxi ciclobutano etóxi etano éter dietílico metóxi-benzeno Amina etil amina Amida etanamida acetamida 17 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Nitro Composto nitroetano Nitrila etano nitrila cianeto de metila Isonitrila isocianeto de metila Ácido Sulfônico ácido etano sulfônico Tiocomposto Substituição de O por S etano tiol etil mercaptana Composto de Grignard iodeto de metil magnésio NOMES PRÓPRIOS DE ALGUNS COMPOSTOS 18 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 19 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 5. SIMETRIA DO CARBONO Podem ser simétricos ou assimétricos, para ser considerado assimétrico é necessário que o carbono esteja ligado a diferentes funções orgânicas, dizemos portanto que o carbono apresenta quiralidade. Se um dos átomos for igual ao outro, este não é considerado assimétrico, não apresentando portanto quiralidade. 6. I S O M E R I A 1 – Conceito Quando dois ou mais compostos têm a mesma fórmula molecular, porém fórmulas estruturais diferentes. 2 – Isomeria Plana � fórmulas estruturais no mesmo plano a) De esqueleto Mesma função e diferentes nº de C na cadeia principal b) De série No mesmo grau de insaturação (1 ligação tripla = 2 ligações duplas); hidrocarboneto etilênico = cicloalcano de mesmo nº deC 20 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia c) De posição Mesma função e possuem a mesma cadeia principal, mudando apenas a posição dos radicais d) De compensação ou metameria Mesma função e apresentam um heteroátomo (O,S,N) e) De função ou química Funções diferentes f) Tautomeria ou dinâmica Equilíbrio dinâmico em solução 21 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 3 – Isomeria Geométrica � ligação dupla ou entre isômeros de cadeia cíclica a) CIS - TRANS 4- Isomeria Óptica São isômeros que diferem um dos outros apenas como os átomos dispõem no espaço ● luz para direita (sentido horário): dextrorrotatório/dextrógira = d ou + ● luz para esquerda (sentido anti-horário) levorrotatórias/levógira = l ou (-) 22 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 7. Carbono Assimétrico É considerado carbono assimétrico porque apresenta quatro ligações diferentes. *Isômeros opticamente ativo são isômeros que desviam o plano de luz polarizada. Para verificar se a estrutura é opticamente ativa, basta aplicar a fórmula 2 n , onde n é o número de carbonos assimétricos, no exemplo acima à estrutura apresenta um carbono assimétrico, portanto 2 n = 2 1 = 2. O resultado final quer dizer que o ácido láctico apresenta duas estruturas opticamente ativas, uma é considerada dextrógera porque desvia o plano de luz polarizada para a direita e a outra, levógera porque desvia o plano de luz polarizada para a esquerda. *Isômeros opticamente inativo são isômeros que não desviam o plano de luz polarizada. Para verificar se a estrutura é opticamente inativa, basta aplicar a fórmula 2 (n-1) , onde n é o número de carbonos assimétricos, no exemplo acima à estrutura apresenta um carbono assimétrico, portanto 2 (n-1) = 2 (1-1) = 2 0 = 1. O resultado final quer dizer que o ácido láctico apresenta uma estrutura opticamente inativa, que é a junção do dextrógero com o levógero que é chamada de mistura racêmica . * Composto meso são considerados opticamente inativos e para identificá-los basta verificar se a estrutura apresenta plano de simetria. Veja o exemplo abaixo: 23FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia *Enanciômeros São imagem especular uma da outra e não são sobreponíveis. Para compreender melhor coloque sua mão direita ao lado da sua mão esquerda, se colocar um espelho entre as mãos irá perceber que uma é imagem da outra, porém se tentar sobrepor não produzirá a mesma mão. Observe: Portanto são consideradas enanciômeras porque são imagens especulares uma das outras e não são sobreponíveis. 24 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia *Diastereoisômeros Não são imagem especular um do outro e não são sobreponíveis Vamos entender melhor no exemplo abaixo como identificar composto: opticamente ativo, inativo, enanciômero e diastereoisômeros. 2 n = 2 2 = 4 (isômeros opticamente ativo) 2 (n-1) = 2 (2-1) = 2 1 = 2 (isômeros opticamente inativo) a)Compostos opticamente ativo 25 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia b) Compostos opticamente inativo Mistura racêmica I +II, pois a junção das duas estruturas não desvia o plano de luz polarizada. Mistura racêmica III +IV, pois a junção das duas estruturas não desvia o plano de luz polarizada. c) Enanciômeros Estruturas: I e II; III e IV d) Diastereoisômeros Estruturas: I e III; II e IV; I e IV; II e III Na natureza existem exemplos bastante interessantes de quiralidade, ou preferência pelo lado esquerdo ou direito. Na figura abaixo pode-se observar que a espécie de trepadeira CONVOLVULUS ARVENSIS vira-se para a direita, enquanto a LONICERA SEMPERVIRENS vira-se para a esquerda, outro exemplo é a bactéria BACILLUS 26 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia SUBTILIS forma colônias de forma espirais que viram-se para a direita, que quando aquecidas tendem a virar para a esquerda. 8. O POLARÍMETRO E A LUZ POLARIZADA O raio de luz é constituído por um campo elétrico oscilante, associado a um campo magnético ortogonal, que oscila perpendicular à sua direção de propagação. A luz é considerada polarizada quando oscila em apenas uma direção, caso oscile em todas as direções não é considerada luz polarizada. Quando a molécula apresenta quiralidade , ela consegue desviar o plano de luz polarizada, para isto é usado para medir o desvio do plano de luz polarizada o polarímetro. Este aparelho é constituído de uma fonte de radiação não polarizada, geralmente uma lâmpada de sódio. A radiação é passada através de um polarizador que entra em contato 27 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia com o recipiente que contém a amostra a ser analisada que está dissolvida com um solvente que não interfere seu plano de propagação. Ao sair do recipiente , a radiação passa pelo analisador, onde o desvio é medido em ângulo de rotação. Se o desvio for para direita à substância é dextrógera representada pela letra d (+) e caso o desvio for para a esquerda à substância será chamada de levógera representada pela letra l (-). 9. DESCOBERTA DE QUIRALIDADE EM MOLÉCULAS Em 1848, Louis Pasteur, com seus 26 anos, havia concluído seu doutorado em Ciências e estava estudando a estrutura cristalina do tartarato de amônio e sódio. Os cristais do ácido tartárico foram colocados em barris de vinho durante a fermentação. Ele observou que a solução aquosa de um de seus cristais conseguia desviar o polarímetro para a direita, portanto tratava-se de uma substância opticamente ativa e dextrógera, porém as soluções de outros cristais não desviavam a luz polarizada do polarímetro, portanto tratava-se de uma substância opticamente inativa. Esses cristais opticamente inativos foram dissolvidos em água e recristalizado na forma do sal de amônio e sódio. Pasteur conseguiu observar a olho nu que existia duas formas cristalinas diferentes, o qual conseguiu separá-los com uma pinça. Logo após levou os cristais para o polarímetro e observou que um deles desviava a luz polarizada para a esquerda e o outro para a direita, portanto os cristais analisados opticamente ativo e um era imagem especular do outro. 28 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Apesar de muito parecidas, as substâncias quirais podem apresentar várias propriedades, como cheiro e sabor, além de diversas propriedades biológicas, completamente diferentes, conforme ilustrado nos seguintes exemplos: 10. A HISTÓRIA DA TALIDOMIDA Nos compostos listados anteriormente tem uma história interessante e trágica sobre a talidomida. Esta substância foi introduzida na década de 50 na Alemanha e na Inglaterra como sedativo hipnótico para mulheres grávidas que sofriam de enjôo. Em 1960, observou-se um aumento exagerado de recém-nascidos com focomelia, que é o encurtamento ou ausência dos membros superiores. Em 1961, foi descoberto por um pediatra australiano, W.G. McBride, que as mulheres grávidas que utilizaram essa substância nos primeiros três meses de gestação tinham crianças já comprometidas com 29 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia focomelia. Essa suspeita também foi confirmada por geneticistas alemães, quefoi imediatamente suspensa à comercialização da droga. Dados oficiais constataram que mais de dez mil crianças em 28 países, incluindo o Brasil nasceram deformadas devido o uso da talidomida. A talidomida é muito estudada nos dias atuais, porque já se sabe que o isômero R apresenta o efeito sedativo e o isômero S apresenta efeito teratogênico. Apesar de serem encontrados os enantiômeros R e S na forma pura, foi demonstrado que no plasma humano (pH fisiológico igual 7) a talidomida sofre racemização, o que inviabiliza a sua comercialização na forma enantiomericamente pura. Em 1965, um médico israelense descobriu por acaso que a talidomina é capaz de curar lesões causadas por lepra. No Brasil, ela é muito utilizada para o tratamento desta doença e recentemente têm encontrado na literatura a sua utilização no tratamento de AIDS, do glaucoma e do câncer, por isso tem sido levantado por alguns cientistas à volta deste fármaco. Devido a essas diferenças com propriedades biológicas apresentadas pêlos vários estereoisômeros e, principalmente, pela tragédia da talidomina, as indústrias agroquímicas e farmacêuticas têm concentrado esforços para produzir compostos opticamente puros, ou seja, na forma de apenas um dos enantiômeros. Só para se ter uma idéia do crescimento do mercado de fármacos enantiomericamente puros, em 1985 aproximadamente 99% dos medicamentos eram comercializados na forma de mistura racêmica. Em 1995, 20% dos medicamentos eram comercializados na forma de um único enantiômero e essa proporção tem crescido continuamente a cada ano. 11. ESPECIFICAÇÃO DA CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA Para determinar o arranjo espacial dos átomos ou grupos de átomos em torno de um carbono assimétrico é denominada configuração absoluta. Os químicos ingleses R.S. Cahn e C. Ingold e o suíço V. Prelog, propuseram um sistema de nomenclatura que, associado às regras da IUPAC, permitisse descrever os diferentes esteroisômeros de determinado composto. Esse sistema se baseia no uso das letras R ou S . 30 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 12. CONFIGURAÇÃO R E S Dessa forma, para designação da configuração absoluta no sistema R-S deve-se proceder da seguinte maneira: a) Os grupos ligados ao carbono assimétrico será numerado 1,2,3,4, sendo 1 a prioridade máxima; b) Visualizar a molécula, de modo que o grupo de menor prioridade 4 se encontre o mais afastado possível do observador. Os outros grupos deverão estar em um plano e projetados em direção ao observador. c) Traçar uma seta, partindo da maior prioridade 1, passando para a prioridade 2 até chegar 3. Se a direção do movimento da seta for no sentido horário (direção do movimento dos ponteiros de um relógio), o carbono receberá a denominação R , se for no sentido anti-horário, ele será denominado S. As regras para atribuir prioridade aos grupos ligados aos carbonos assimétricos são: 1. Os átomos de maior número atômico têm maior prioridade. Considere o exemplo: a) 31 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Nesse caso, os grupos ligados ao carbono assimétrico, em ordem decrescente de prioridade, são: Br(1)> Cl(2)> F(3)> H(4). Traçando uma seta no sentido 1-3, observa-se um movimento anti-horário e, portanto, o carbono recebe a denominação S. Por isso, o nome completo desse composto é (S)-bromoclorofluormetano. b) No exemplo b a configuração é chamada de Fischer. Nesse caso, também podemos atribuir ordem de prioridade levando em consideração o número atômico. Caso o grupo de menor prioridade (4) estiver na posição vertical, como no exemplo acima, é só observar o sentido das setas partindo do grupo de prioridade 1 em direção ao de prioridade 3. Nesse exemplo, a configuração representada é a S. c) No exemplo c o grupo de menor prioridade (4) está na horizontal, mantém-se fixa a posição de qualquer um dos grupos, exceto o de prioridade 4, e trocam-se as posições dos outros. Após realizarmos essa operação (a estereoquímica será a mesma), o grupo 4 estará ocupando uma posição vertical e, portanto, bastará proceder conforme já descrito anteriormente, ou seja, ligando as setas 1-3, fazendo isso temos configuração S. 2. Quando os grupos ligados ao carbono assimétricos forem poliatômicos, a prioridade será quanto maior for o número atômico do átomo diretamente ligado ao centro de quiralidade. 32 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Nesse exemplo, os átomos diretamente ligados ao carbono assimétrico, em ordem decrescente de prioridade, são: O> N> C > H. A configuração do carbono nesse caso é S. 3. Quando dois ou mais átomos ligados diretamente ao carbono assimétrico tiverem a mesma prioridade, devem-se então comparar, um a um, os dois elementos de maior prioridade ligados a eles, utilizando os mesmos critérios de número atômico. Caso haja empate, compare os próximos dois grupos de maior prioridade. Veja o exemplo abaixo: Nesse exemplo os átomos ligados diretamente ao carbono assimétrico, em ordem decrescente de prioridade, são: O > C,C >H. Portanto, os grupos –CH 3 e –CH 2 Br, a prioridade foi a mesma. Dessa forma, as prioridades dos átomos ligados a esses carbonos devem ser comparadas. No grupo CH 3 apresenta três átomos de hidrogênio, enquanto o grupo CH 2 Br apresenta 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de bromo que apresenta número atômico maior que o terceiro átomo de hidrogênio do grupo CH 3 . Portanto, a ordem decrescente de prioridade será: OH> CH 2 Br > CH 3 > H, e a configuração absoluta do composto, R. 33 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia13.ALCANOS Os primeiros dos hidrocarbonetos que iremos estudar, são ligações simples entre carbono – carbono, existindo apenas ligações do tipo δ (sigma). Sua hibridização é sp 3 e está na forma tetraédrica formando ângulo 109º28’. Os alcanos podem ser: acíclicos tendo fórmula geral C n H 2n + 2n e cíclicos tendo fórmula geral C n H 2n , os cicloalcanos apresentam menos 2 hidrogênios. ALCANOS CICLOALCANOS Propano (C 3 H 8 ) Ciclopropano (C 3 H 6 ) 34 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Butano (C 4 H 10 ) Ciclobutano (C 4 H 8 ) Pentano(C 5 H 12 ) Ciclopentano(C 5 H 10 ) Nomenclatura Segue o princípio básico já apresentado em relação ao número de carbono com seus respectivos prefixos + ANO proveniente de alcano. PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA NOMENCLATURA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Nº de carbono NOME 1 MET 2 ET 3 PROP 4 BUT 5 PENT 6 HEX 7 HEPT 8 OCT 9 NON 35 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 10 DEC 11 UNDEC 12 DODEC 13 TRIDEC 14 TETRADEC 15 PENTADEC 16 HEXADEC Exemplos: Ciclohex ano Prop ano Pent ano Ciclooct ano NOMENCLATURA DOS GRUPOS ALQUILA 1) Radicais Derivados Radical = é o grupo que resulta ao se retirar um ou mais átomos de uma molécula Troca: ANO por IL ALCANO GRUPO ALQUILA CH 4 METANO CH 3 - METIL CH 3 CH 3 ETANO CH 3 CH 2 - ETIL CH 3 CH 2 CH 3 PROPANO CH 3 CH 2 CH 2 - PROPIL CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 BUTANO CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 - BUTIL 36 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia ISOPROPIL SEC-BUTIL H 2 C=CH • H 2 C=CH-CH 2 • VINIL ALIL(A) NOMENCLATURA DOS ALCANOS DE CADEIA RAMIFICADA 1) Localize a cadeia mais longa e contínua de átomos de Carbono. Neste exemplo a cadeia mais longa e contínua de átomos de carbono é a numeração até 7 átomos de C. 2) Numere a cadeia mais longa começando com a extremidade da cadeia mais próxima da ramificação 3) Usam-se os números obtidos pela aplicação da regra 2 para designar a localização dos grupos substituintes. O nome-base é colocado por último e 37 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia o grupo substituinte precedido pelo número que designa sua localização na cadeia, é colocado primeiro. 3-metil-heptano 4) Quando dois ou mais substituintes estão presentes, começa a numerar a cadeia mais longa começando a extremidade da cadeia mais próxima da ramificação, e colocados os substituintes em ordem alfabética. 4-etil-2-metil-hexano 5) Quando dois ou mais substituintes estão presentes no mesmo carbono usa-se este número duas vezes 3-etil-3-metil-hexano 6) Quando dois ou mais substituintes são idênticos usa-se os prefixos: di, tri, tetra, etc. São separados por vírgulas para separar os números entre si. 38 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 2,3-dimetil-butano 2,3,4-trimetil-pentano Radical: Metil (Carbono 2) Cadeia Principal: Propano Radicais: Metil (Carbonos 3 e 4) Etil (Carbono 5) Isopropil (Carbono 5) Cadeia Principal: Octano Metil- Propano (não é necessário numerar pois não há outra posição para o radical) Este composto também é chamado de Isobutano 3,4-Dimetil-5-Etil-5-Isopropil- Octano (Note que neste caso a cadeia principal não foi uma seqüência representada numa linha reta) Ordem Alfabética Normalmente, na nomenclatura dos compostos ramificados, os radicais aparecem escritos pela ordem de complexidade (do menor para o maior). Esta é a regra mais utilizada no Brasil. A IUPAC, porém, aboliu esta regra em 1979. É recomendado que, ao nomear um composto qualquer ramificado, o nome dos radicais deve ser organizado em ordem alfabética (ignorando os prefixos iso, sec, tercio, di, tri, etc). Embora esta mudança tenha sido feita há mais de 20 anos (antes disso, as duas maneiras eram consideradas certas), esta regra é pouco difundida no Ensino Médio e Vestibulares. Aqui na página os radicais serão ordenados pela ordem de complexidade, para não contrariar o mais utilizado no Vestibular. Vale a pena frisar que esta nomenclatura está errada e que, principalmente em 39 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia textos em Inglês, os radicais vêm ordenados alfabeticamente. Com isso, o nome mais certo para o segundo exemplo acima é 5-Etil-4-Dimetil-5-Isopropil-Octano. 7) Quando duas cadeias de igual comprimento competem para a seleção dacadeia básica, escolhe-se a cadeia com o maior número de substituintes. 2,3,5-trimetil-4-propil-heptano (quatro substituintes) e não 2,3-dimetil-4-sec-butil-heptano (3 substituintes) 8) Quando a primeira ramificação ocorre a igual distância de qualquer das extremidades da cadeia mais longa, escolhe-se o nome que dá o menor número do primeiro ponto de diferença 2,3,5-trimetil-hexano e não 2,4,5-trimetil-hexano 40 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia PROPRIEDADES FÍSICAS E OBTENÇÃO INDUSTRIAL São ligações covalentes, que podem existir entre dois átomos da mesma espécie e são portanto classificadas como apolares ou podem existir entre dois átomos com pouca diferença de eletronegatividade e são consideradas ligeiramente polares. As forças que mantêm unidas as moléculas apolares são forças de Van der Waals, são muito fracas e curta. Os pontos de fusão e de ebulição aumentam, conforme aumenta o número de carbonos na cadeia, porque é necessário vencer as forças intermoleculares no líquido ou no sólido, que aumentam quanto maiores forem as moléculas. Os quatro primeiros carbonos são gases (C 1 -C 4 ), C 5 -C 17 são líquidos e os que contêm 18 ou mais átomos de carbono são sólidos. Cadeias ramificadas quando comparadas com cadeias contínuas, apresentam menor ponto de fusão e ebulição, isto porque com ramificação aproximam da forma esférica consequentemente enfraquece as forças intermoleculares. Os alcanos são solúveis em solventes apolares como: benzeno, éter, dicloro-metano e insolúveis em solventes polares O petróleo e o gás natural são as principais fontes naturais dos alcanos, seguido do carvão. Do petróleo separam-se por destilação diversas frações, as quais são muito aplicadas industrialmente. 41 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia FRAÇÃO TEMPERATURA DE DESTILAÇÃO Nº ÁTOMOS DE C Gás Abaixo de 20ºC C 1 -C 4 Éter de Petróleo 20-60ºC C 5 -C 6 Nafta Leve 60-100ºC C 6 -C 7 Gasolina Natural 40-205ºC C 5 -C 10 e cicloalcanos Petróleo de Iluminação 175-325ºC C 12 -C 18 e aromáticos Óleo de Lubrificação Líquidos não voláteis Provavelmente cadeias longas, ligadas a estruturas cíclicas Asfalto Sólidos não voláteis Estruturas Policíclicas PREPARAÇÃO 1) Hidrogenação dos alcenos Alceno Alcano 2) Redução dos haletos de alquilo a) Hidrólise dos reagentes de Grignard 42 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia b) Redução por meio metal e ácido PRINCIPAIS REAÇÕES 1) Halogenação Mecanismo 43 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Estabilidade dos radicais: terciário mais estável que o secundário que é mais estável que o primário que é mais estável que o radical metil. 3ª • 2ª • 1ª • CH 3 . 2) Combustão Reação dos alcanos com oxigênio, formando CO 2 , H 2 O e calor é a principal reação que se passa no motor de combustão interna. Apresenta mecanismos extremamente complicados, que ainda não se tem conhecimento, é uma reação muito exotérmica, inicia-se à altas temperaturas. Nos automóveis, ocorre explosão regular da mistura combustível-ar no cilindro, é substituída pela detonação que reduz a potência do motor. O problema da detonação resolveu dois processos: seleção apropriada dos hidrocarbonetos utilizados nos combustíveis e adição de tetraetilchumbo. Em 1922, no laboratório de investigação da General Motors descobriu que a adição de uma pequena quantidade de tetraetilchumbo (C 2 H 5 ) 4 Pb, aumenta o número de octanos do combustível, apresentando a gasolina com alto teor de chumbo. Antigamente havia problemas com a octanagem da gasolina, por isso a utilização de isoctano ativada com compostos de chumbo nos combustíveis, hoje em dia já se consegue obter do próprio petróleo uma fração de gasolina com melhor qualidade, pode-se utilizar alcanos de cadeia ramificada, alcenos e hidrocarbonetos aromáticos. 44 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia CHUMBO ORGÂNICO TETRAVALENTE Na América do Norte, usavam-se como aditivos da gasolina os compostos tetrametil de chumbo Pb(CH 3 ) 4 e tetraetil de chumbo Pb(C 2 H 5 ) 4 . Quando estes compostos são usados forma-se um depósito de chumbo que devem ser removidos para não causar danos ao motor, por isso, eram adicionadas pequenas quantidades de dibromo de etileno e dicloreto de etileno, com isto o chumbo metálico era removido sendo transportado para a atmosfera pelo tubo de escape no estado gasoso como: PbBrCl, PbBr 2 e PbCl 2 com a luz solar transforma-se PbO na forma de aerossol, que entram na cadeia alimentar e são depositadas nas ruas. Desta forma os compostos PbR 4 (chumbo tetraalquila) são voláteis, evaporam-se da gasolina e não são solúveis em água, mas são absorvidos através da pele. No fígado humano PbR 4 converte em íon PbR 3+ que são muito tóxicos chegando atravessar a barreira sangue-cerébro. Com a proibição de chumbona gasolina na América do Norte e na Europa a ingestão de chumbo diminuiu, em alguns países, ainda permanece o uso de chumbo como aditivo na gasolina, como conseqüência o ar é a principal fonte de contaminação. No México muitas crianças estão com alto índice de Pb no seu organismo oriunda das emissões veiculares e outra parte indiretamente através dos alimentos e da água. No Brasil, também foi proibida a utilização destes compostos tetraalquila como aditivos na gasolina, sendo substituído por álcool. O chumbo não é tão perigoso quanto o mercúrio, porém, a população está mais exposta ao chumbo do que o mercúrio. Ambos os metais são mais tóxicos na forma de seus compostos orgânicos do que como cátions inorgânicos simples. Os sinais de envenenamento por chumbo são mais evidentes do que o mercúrio, ou de qualquer outra substância. 3) Pirólise 45 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Pirólise significa decomposição de um composto pela ação do calor. Quando nos referimos a pirólise dos alcanos é particularmente conhecido como craque ou craqueamento. Existem vários tipos de craque ou craqueamento que são: térmico, a vapor, hidrocraque e craqueamento catalítico. a) craqueamento térmico: os alcanos passam por uma câmara altamente aquecida. Alcanos com alto peso molecular transforma-se em mais baixo peso molecular. Neste processo obtém predominantemente etileno (C 2 H 4 ) b) craqueamento a vapor: dilui-se o alcano com vapor de água a uma temperatura 700-900ºC durante uma fração de segundo. Muito utilizado industrialmente para obtenção: etileno, propeno, butadieno, isopreno c) hidrocraque: realizado na presença de um catalisador e hidrogênio à uma alta pressão em temperaturas mais baixas (250-450º) d) craqueamento catalítico: as frações de destilação do petróleo de alto ponto de ebulição são colocadas em contato com catalisador sílica-alumina, em uma temperatura 450-550ºC. 4) Nitração Os alcanos podem ser nitrados utilizando-se ácido nítrico concentrado em condições enérgicas (aprox. 400 o C), produzindo nitro-compostos: 46 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia 5) Sulfonação Os alcanos podem ser sulfonados utilizando-se ácido sulfúrico concentrado a alta temperatura, produzindo ácidos sulfônicos: Estudo de Caso: METANO Metano (CH 4 ) é um hidrocarboneto simples, é um dos produtos finais da decomposição anaeróbia das plantas e é considerado um gás muito importante para a engenharia ambiental. É encontrado como constituinte principal do gás natural, nas minas de carvão e nos pântanos recebendo o nome de gás dos pântanos, o qual é observado o borbulhar em águas estagnadas. As principais fontes de metano são: ● emanação através de vulcões de lama e falhas geológicas; ● decomposição de resíduos orgânicos; ● extração de combustível mineral: 20% (metano é extraído de depósitos geológicos como combustível mineral juntamente com outros combustíveis; ● o processo de digestão em animais herbívoros 17%; ● bactérias encontradas em plantações de arroz 12%; ● aquecimento ou combustão de biomassa anaeróbica. 47 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia A emissão de metano no mundo é produto da ação humana, vindo principalmente da agricultura. Durante os últimos 200 anos, a concentração deste gás na atmosfera aumentou de 0,8 para 1,7ppm. O gás do pântano e natural são misturas de ar contendo 5 a 15% de metano, é altamente explosivo. O gás natural é um produto incolor e inodoro, não é tóxico e é mais leve que o ar. Além disso, o gás natural é uma energia carente de enxofre e a sua combustão é completa, liberando como produto da mesma CO 2 e vapor de água, sendo considerado uma energia ecológica e não poluente. Uma vez extraído do subsolo, o gás natural deve ser transportado até as zonas de consumo, que podem estar perto ou bastante distante. O transporte, desde as jazidas até estas zonas, é realizado através de tubulações de grande diâmetro, denominadas gasodutos. Quando o transporte é feito por mar e não é possível construir gasodutos submarinos, o gás é carregado em navios metaneiros. Nestes casos o gás é liquefeito a 160º abaixo de zero reduzindo seu volume 600 vezes para poder ser transportado. No porto receptor, o gás é descarregado em plantas ou terminais de armazenamento e regasificada. Sendo assim o gás permanece armazenado em grandes depósitos na pressão atmosférica e é injetado depois na rede de gasodutos para ser transportado aos pontos de consumo. Sua concentração na estratosfera afeta o balanço do aquecimento na Terra, e assim a temperatura conseqüentemente aumentando o problema do efeito estufa. Reações do metano a) Combustão 48 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Na combustão do metano, diversas etapas são envolvidas. Metano forma um radical metila (CH 3 ), que reage com o formaldeído (HCHO ou H 2 CO). O Formaldeído reage para formar o radical (HCO), que então forma o monóxido de carbono (CO). O processo é chamado pirólise : CH 4 + O 2 → CO + H 2 + H 2 O Seguindo a pirólise oxidativa, o H 2 oxida, formando H 2 O, reabastecendo a espécie ativa, e liberando calor. Isto acontece muito rapidamente, geralmente em menos de um milis segundo . H 2 + ½ O 2 → H 2 O Finalmente, o CO oxida-se, formando CO 2 e liberando mais calor. Este processo é geralmente mais lento que o outro processo químico e precisa de alguns poucos milisegundos para acontecer. CO + ½ O 2 → CO 2 b)Ativação de Hidrogênio A força da ligação covalente docarbono - hidrogênio no metano está entre as mais fortes de todos os hidrocarbonetos, e por isso, seu uso como feedstock químico é limitado. A procura por catalizadores que possam facilitar a ativação da ligação C-H no metano e outros alcanos leves é uma área de pesquisa com importância industrial considerável. Para pensar! O gás metano aprisionado em hydrates Uma nova fronteira energética para a Humanidade? Hidratos de gás Os hydrates (hidratos de gás) constituem uma forma pouco comum de ocorrência do gás metano, também conhecido como gás natural, onde este aparece aprisionado em células de gelo conhecidas como clatratos, cujo aspecto lembra neve úmida. De forma surpreendente, os hidratos de gás ocorrem em abundância nas regiões frias da terra e nas 49 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia águas profundas do oceanos, onde constituem uma importante fonte potencial de energia limpa para o futuro. A origem dos gases contidos nos hidratos de gás é atribuída à atividade bacteriana desenvolvida sobre matéria orgânica do fundo oceânico, em situações ambientais de alta pressão e de baixa temperatura (não superior a 5 graus centígrados), comumente encontradas em grandes extensões das margens continentais do planeta. Sua presença também é registrada em solos congelados das regiões polares, onde sua geração acontece na superfície da Terra. A prospecção dos hidratos de gás é relativamente simples, sendo o método da sísmica de reflexão o mais indicado, desde que, as ocorrências do ambiente marinho aparecem geralmente em profundidades superiores a 500 metros, quase sempre nos primeiros 100 m do pacote sedimentar que encerra as camadas ou zonas portadoras dos hidratos de gás. O registro sísmico obtido nessas áreas é bastante característico, apresentando uma parte superior transparente as ondas sonoras - alta velocidade de propagação - que são refletidas na base da zona portadora dos hidratos de gás. Esta superfície de reflexão, que evidencia uma queda brusca na velocidade de propagação das ondas sonoras, é conhecida pelos especialistas como BSR (Botton Simulating Reflector). Abaixo do BSR, a velocidade de propagação das ondas sonoras cai, evidenciando um meio de propagação menos consistente. Infelizmente, o aproveitamento dos hidratos de gás como fonte de energia (gás metano) ainda não é possivel, pois não se descobriu até o momento, um processo tecnológico que permita a extração do gás contido em sua estrutura de forma econômica c)Halogenação Halogenação é uma reação química onde um átomo de hidrogênio é substituído por um átomo de halogênio . Uma descrição mais específica pode ser feita de acordo com o halogênio substituído: fluoração, cloração, bromação e iodação. 50 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia Numa reação que siga as regras de Markovnikov, um halogênio como o bromo reage com um alceno , quebrando a dupla ligação presente e formando um alcano halogenado. Um exemplo de halogenação pode ser encontrada na síntese orgânica do anestésico halotano a partir do tricloroetileno , que envolve uma bromação em alta temperatura no segundo passo do processo: EFEITO ESTUFA O efeito estufa dentro de uma determinada faixa é de vital importância pois, sem ele, a vida como a conhecemos não poderia existir. O que se pode tornar catastrófico é a ocorrência de um agravamento do efeito estufa que desestabilize o equilíbrio energético no planeta e origine um fenômeno conhecido como aquecimento global . O IPPC (Painel Intergovernamental para as Mudanças Climáticas, estabelecido pelas Nações Unidas e pela Organização Meteorológica Mundial em 1988) no seu relatório mais recente diz que a maioria do aquecimento observado durante os últimos 50 anos se deve muito provavelmente a um aumento dos gases do efeito de estufa ., que são ( dióxido de carbono (CO 2 ), metano (CH 4 ), gás nitroso (NO 2 ), CFC ´s (CF x Cl x )) absorvem alguma da radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra e radiam por sua vez alguma da energia absorvida de volta para a superfície. Como resultado, a superfície recebe quase o dobro de energia da atmosfera do que a que recebe do Sol e a superfície fica cerca de 30ºC mais quente do que estaria sem a presença dos gases «de estufa». É importante destacar que o efeito estufa, muitas vezes referido pela imprensa como o grande vilão da história, é na verdade benéfico para a vida na Terra, pois é ele que mantém as condições ideais para a manutenção da vida, com temperaturas mais amenas e 51 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia adequadas. Porém, o excesso dos gases responsáveis pelo Efeito Estufa, ao qual desencadeia um fenômeno conhecido como Aquecimento Global , que é o grande vilão. Variação da temperatura global (em vermelho) e de concentração de dióxido de carbono (em azul) presente no ar nos últimos 1000 anos. Determinação da temperatura global à superfície A determinação da temperatura global à superfície é feita a partir de dados recolhidos em terra, sobretudo em estações de medição de temperatura em cidades, e nos oceanos, recolhidos por navios. É feita uma seleção das estações a considerar, que são as que se consideram mais confiáveis, e é feita uma correção no caso de estas se encontrarem perto de urbanizações. As tendências de todas as seções são então combinadas para se chegar a uma temperatura global O globo é dividido em seções de 5º latitude/5º longitude e é calculada uma média pesada da temperatura mensal média das estações escolhidas em cada seção. As seções para as quais não existem dados são deixadas em branco, sem as estimar a partir das seções vizinhas, e não entram nos cálculos. A média obtida é então comparada com a referência para o período de 1961-1990, obtendo-se o valor da anomalia para cada mês. A partir 52 FUNDAÇÃOOSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia desses valores é então calculada uma média pesada correspondente à anomalia anual média global para cada Hemisfério e, a partir destas, a anomalia global. Desde Janeiro de 1979, os satélites da NOAA passaram a medir a temperatura da troposfera inferior (de 1000m a 8000m de altitude) através da monitorização das emissões de microondas por parte das moléculas de oxigénio na atmosfera. O seu comprimento de onda está diretamente relacionado com a temperatura (estima-se uma precisão de medida da ordem dos 0.01°C). Estas medições indicam um aquecimento de menos de 0.1°C, desde 1979, em vez dos 0.4°C obtidos a partir dos dados à superfície. É de notar que os dois conjuntos de dados não divergem na América do Norte, Europa Ocidental e Austrália , onde se pensa que os dados das estações são registrados e mantidos de um modo mais viável. É apenas fora destas grandes áreas que os dados divergem: onde os dados de satélite mostram uma tendência de evolução quase neutra, os dados das estações à superfície mostram um aquecimento significativo (Dentro da mesma região tropical, enquanto os dados das estações na Malásia e Indonésia mostram um aquecimento, as de Darwin e da ilha de Willis, não.) Existe controvérsia relativamente à explicação desta divergência. Enquanto alguns pensam que existem erros graves nos dados recolhidos à superfície, e no critério de selecção das estações a considerar, outros põem a hipótese de existir um processo atmosférico desconhecido que explique uma divergência em certas partes do globo entre as duas temperaturas. ● Curiosidades ● 2 a 4,5 °C. De acordo com estimativas feitas pelo painel intergovernamental de mudança climática, essa é a faixa de elevação que deve sofrer a temperatura média global até o final deste século. (A previsão foi revista em Setembro de 2006. Anteriormente, a gama prevista era de 1,4 a 5,8 °C.) 53 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia ● 2.000 quilômetros quadrados. Todo ano, áreas desse tamanho se transformam em deserto devido à falta de chuvas. ● 40% das árvores da Amazônia podem desaparecer antes do final do século, caso a temperatura suba de 2 a 3 graus. ● 2.000 metros. Foi o comprimento que a geleira Gangotri (que tem agora 25 km), no Himalaia , perdeu em 150 anos. E o ritmo está acelerando. ● 750 bilhões de toneladas. É o total de CO 2 na atmosfera hoje. ● 2050. Cientistas calculam que, quando chegarmos a esse ano, milhões de pessoas que vivem em deltas de rios serão removidas, caso seja mantido o ritmo atual de aquecimento. ● a calota polar irá desaparecer por completo dentro de 100 anos, de acordo com estudos publicados pela National Sachetimes de Nova Iorque em julho de 2005, isso irá provocar o fim das correntes marítimas no oceano atlântico, o que fará que o clima fique mais frio, é a grande contradição de aquecendo esfria. ● o clima ficará mais frio apenas no hemisfério norte, quanto ao resto do mundo a temperatura média subirá e os padrões de secas e chuvas serão alterados em todo o planeta. ● o aquecimento da terra e também outros danos ao ambiente está fazendo com que a seleção natural vá num ritmo 50 vezes mais rápido do que o registrado a 100 anos. ● de 9 a 58% das espécies em terra e no mar vão ser extintas nas próximas décadas, segundo diferentes hipóteses. Causas possíveis a) Aumento nas emissões de gases do efeito estufa, como CO 2 . 54 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) defendeu que o aquecimento global é causado pela emissão de gases poluentes tipo CO 2 (gás carbónico). No entanto, investigação recente parece indicar que, embora pareça estar a ocorrer um aquecimento global, a estratosfera (uma secção da atmosfera) está a arrefecer em resposta ao aumento dos gases de estufa (como o CO 2 ) [ . b) Aumento de actividade solar durante o último século. Estudos recentes parecem indicar que a variação em irradiação solar poderá ter contribuído em cerca de 45–50% para o aquecimento global ocorrido entre 1900 e 2000 [ Por sua vez, uma equipa do Centro Espacial Nacional Dinamarquês encontrou evidência experimental de que a radiação cósmica proveniente da explosão de estrelas pode promover a formação de nuvens na baixa atmosfera ] . Como, durante o século XX, o campo magnético do Sol, que protege a Terra da radiação cósmica, mais do que duplicou em intensidade, o fluxo de radiação cósmica foi menor. Isso poderá ter reduzido o número de nuvens de baixa altitude na Terra, que promovem um arrefecimento da atmosfera. Os electrões libertados no ar pela passagem da radiação cósmica, composta por partículas atómicas que vêm da explosão das estrelas, ajudam à formação dos núcleos de condensação sobre os quais o vapor de água condensa para fazer nuvens. Este pode ser um factor muito importante, e até agora descurado, na explicação do aquecimento global durante o último século. Foi durante o período quente da Idade Média, quando o Sol estava tão activo como hoje, que os Viking começaram a colonizar a Groenlândia. Nessa altura, a Grã-Bretanha era um país produtor de vinho. No século XVII, quando se deu a Pequena Idade do Gelo, a actividade magnética solar diminuiu muito e as manchas solares quase desapareceram completamente, durante cerca de 150 anos. E, nessa altura, os Vikings abandonaram a Gronelândia, cuja vegetação passou de verdejante a tundra. A Finlândia perdeu um terço da sua população e a Islândia metade. O porto de Nova Iorque gelou e podia-se ir a pé da ilha de Manhattan à de Staten Island. No início do século XIX, houve uma diminuição menor da 55 FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 3º Período-Engenharia Ambiental – Química Orgânica – Ana Claudia actividade magnética solar que foi acompanhada também
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