Manual do Professor
APRESENTAÇÃO O livro do aluno
Esta é uma coleção em três volumes para a disciplina de Química no ensino médio. O volume 1 abordaa Química Geral e Inorgânica, o volume 2 trata da Físico-química e o volume 3, da Química abord Orgânica. Em cada volume, há certa flexibilidade quanto à ordem dos capítulos. Respeitando o encadeamento encad eamento de pré-requisitos, cada professor poderá adotar a seqüência que sua experiência em sala de aula e seu conhecimento da realidade local indicarem. Como subsídio para essa escolha, considerando que alguns capítulos contêm pré-requisitos para outros, é fornecido, na página seguinte, um dos possíveis mapas de conceitos tratados neste volume. Em termos de estrutura dos capítulos, cada um se inicia com uma fotografia e com o Comentário preliminar , texto-organizador que menciona a relação entre o que será estudado no capítulo e conhecimentos prévios e/ou a relação do tema com outras partes da Química. Após essa abertura, segue-se a seção Motivação, que emprega, por exemplo, texto jornalístico, fotografia, experimento ou situação-problema para despertar a curiosidade do estudante para o que será trabalhado, em seguida, na seção Desenvolv Desenvolvendo endo o tema . Os quadros Em destaque contêm textos que pretendem ilustrar princípios vistos, oferecer informações complementares ou comentar aplicações da Química na compreensão de fatos do diaa-dia. Os quadros que aparecem nas laterais de algumas páginas, por sua vez, sugerem atividades para a aplicação de princípios estudados ou a reflexão sobre aspectos referentes a eles. As Questões para fixação aparecem ao longo dos capítulos e têm por finalidade colocar em prática os conceitos estudados. Optou-se por não colocar testes de múltipla escolha nessa seção. Ao final de cada capítulo, a série intitulada Exercícios sobre todo o capítulo contém questões dissertativas e testes de múltipla escolha de vestibulares de diversas regiões do país, incluindo alguns exercícios que relacionam diferentes partes da disciplina. As respostas das Questões para fixação e dos Exercícios sobre todo o capítulo aparecem no final do livro do aluno. Ao final do estudo com os três volumes, espera-se que o estudante adquira uma noção do campo de atuação da Química, de seu caráter científico e tecnológico, de algumas de suas aplicações e implicações. O manual do professor
Para cada capítulo do livro do aluno há um capítulo correspondente no manual do professor, que se inicia com uma relação de conteúdos conceituais apresentados no livro e também de conteúdos procedimentais e atitudinais que podem ser trabalhados. Ao longo do manual também há: • come comentário ntárioss sobre sobre os capít capítulos; ulos; • notas sobre sobre a etimologia etimologia de termos termos científicos; científicos; • text textos os dirigido dirigidoss ao profes professor; sor; • propo propostas stas de atividad atividades es adicionai adicionaiss e • sugest sugestões ões bibli bibliográf ográficas. icas. No final do manual, são apresentadas as resoluções comentadas de alguns testes e questões selecionados.
Um possível mapa conceitual do volume 3 Importante: Este mapa é apenas uma das muitas possibilidades de relacionar os conteúdos conceituais do volume.
QUÍMICA Substâncias químicas
Reações químicas
estuda as
estuda as
podem participar da composição de uma
cada qual pode estar formada por
Átomos de
Pura
Elementos químicos
unem-se por meio de
Ligação química interatômica
entre outras propriedades periódicas, apresentam
fonte de
Orgânica
por exemplo
(capítulo 2) pertence a uma ou mais de uma
nomeada segundo
possui
Cadeia carbônica
Regras de nomenclatura
Nome trivial
(capítulo 3)
(capítulo 1)
(capítulos 2, 3)
(capítulos 2, 3)
Moléculas
caracterizada por
Polaridade
normatizadas pela freqüentemente tem
Grupo funcional (capítulo 3)
às vezes aceito pela
Iupac (capítulos 2, 3)
Isômeros (capítulo 5)
(capítulo 4)
(capítulo 4)
pode ter
Classe funcional
presente em
ajuda a explicar a
Hidrocarbonetos
(capítulo 1)
(capítulo 4)
Covalente
Geometria molecular
Petróleo
pode ser
Eletronegatividade
podem apresentar
por exemplo
(capítulo 2)
um tipo é a
apresentam
Mistura
alguns dos quais podem dar à substância
Interações intermoleculares
podem ser
(capítulo 4)
Caráter ácido
Caráter básico
Constitucionais
Espaciais
(capítulo 7)
(capítulo 7)
(capítulo 5)
(capítulo 5)
por exemplo
Substituição
Adição
Oxidação
Desidratação
Esterificação
(capítulo 6)
(capítulo 6)
(capítulo 8)
(capítulo 8)
(capítulo 8)
por exemplo
como várias das
pode ser obtida de vários
Polímeros sintéticos
Substâncias presentes nos seres vivos
Recursos naturais
(capítulo 9)
(capítulo 10)
(capítulos 2, 11)
por exemplo
Lipídios
Proteínas
Carboidratos
Ácidos nucléicos
(capítulo 10)
(capítulo 10)
(capítulo 10)
(capítulo 10)
SUMÁRIO SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo
1 – Introdução à Química dos compostos de carbono, 7
Capítulo
2 – Hidrocarbonetos, 8
Capítulo
3 – As principais classes funcionais de compostos orgânicos, 11
Capítulo
4 – Interações intermoleculares na Química Orgânica, 13
Capítulo
5 – Isômeros, 15
Capítulo
6 – Reações de substituição e reações de adição, 16
Capítulo
7 – Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos, 18
Capítulo
8 – Óxido-redução, desidratação e esterificação, 19
Capítulo
9 – Polímeros sintéticos, 22
Capítu Cap ítulo lo 10 – Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos, 25 Capítu Cap ítulo lo 11 – A Química Orgânica e o ambiente, 37
RESOLUÇÕES Capítulo
1 – Introdução à Química dos compostos de carbono, 39
Capítulo
2 – Hidrocarbonetos, 39
Capítulo
3 – As principais classes funcionais de compostos orgânicos, 41
Capítulo
4 – Interações intermoleculares na Química Orgânica, 43
Capítulo
5 – Isômeros, 46
Capítulo
6 – Reações de substituição e reações de adição, 50
Capítulo
7 – Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos, 53
Capítulo
8 – Óxido-redução, desidratação e esterificação, 55
Capítulo
9 – Polímeros sintéticos, 60
Capítu Cap ítulo lo 10 – Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos, 61 Capítu Cap ítulo lo 11 – A Química Orgânica e o ambiente, 63
SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo 1 Principais conteúdos* conceituais do capítulo
Introdução à Química dos compostos de carbono Conteúdos procedimen procedimentais tais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos desenvolvidos
• Brev Brevee histórico da Química • Repres Representar entar a cadeia cadeia carbô- • Valorizar os progressos progressos da Orgânica nica de um composto orgâni- Ciência e suas aplicações • Benzeno e sua represenrepresen- co a partir da observação de como agentes do bem-estar sua fórmula estrutural. humano. tação classificação de • Não se automedicar automedicar.. • Fórmula estrutural de com- • Elaborar a classificação uma cadeia carbônica. postos orgânicos • Valoriz alorizar ar o autocuidado com nível introdu- a saúde. • Concei Conceito to de cadeia carbônica carbônica • Apresentar, em nível tório, a capacidade de inter• Concei Conceito to de heteroátomo heteroátomo pretar um modelo molecular • Class Classifica ificação ção de uma cadeia do tipo “esfera e vareta” e ser carbônica capaz de, a partir dele, elabo• Exempl Exemplos os de modelos modelos molecumolecu- rar uma fórmula estrutural. lares tipo “esfera e vareta” de alguns compostos orgânicos
Comentário geral Este é o capítulo que introduz conceitos c onceitos fundamentais da Química Orgânica. Escolheu-se como tema motivador para a abertura o medicamento ácido acetilsalicílico, conhecido por seus aspectos positivos e negativos. O que é proposto em Tema para discussão em grupo e em Atividade, mais à frente neste capítulo do manual, permite trabalhar em maior profundidade a importância da Química Orgânica na Farmacologia. O item 2 conceitua “compostos “c ompostos orgânicos” e “Química Orgânica”. O breve apanhado de aspectos históricos que aparece no item 3 tem como objetivo principal mostrar que essas expressões — “compostos orgânicos” e “Química Orgânica” — têm hoje uma conotação distinta distinta daquela que possuíam quando de seu surgimento. Os itens 4 a 8 trabalham aspectos fundamentais referentes às fórmulas de compostos orgânicos e às cadeias carbônicas. carbônic as. É preciso atenção ao transmitir o conceito de heteroátomo (apresentado no item 5 do capítulo,
*
antes do conceito de cadeia carbônica). Há quem considere heteroátomo qualquer átomo que não seja de carbono, mas que esteja entre carbonos na cadeia carbônica de um composto orgânico. Nessa concepção, o oxigênio de uma hidroxila ou de uma carbonila não são heteroátomos, mas o de um grupo éter é. Ainda nessa concepção, a simples existência de um heteroátomo numa molécula orgânica faz com que sua cadeia carbônica seja considerada heterogênea. Há, por outro lado, quem considere que heteroátomo é qualquer átomo presente em uma molécula orgânica que não seja carbono ou hidrogênio . Nessa concepção, o oxigênio de
uma hidroxila, de uma carbonila ou de um grupo éter são todos heteroátomos. Ainda nessa concepção, uma cadeia carbônica é heterogênea se ela incluir um ou mais heteroátomos. Assim, por exemplo, o heteroátomo oxigênio de uma hidroxila ou de uma carbonila, por não estarem entre dois carbonos, não fazem parte da cadeia. Já o heteroátomo oxigênio de um grupo éter faz parte da cadeia que, por isso, é heterogênea. A leitura das recomendações 1993 da Iupac revela que a segunda concepção é a empregada pela entidade.** Isso é confirmado por outras referências recentes.***
Para o professor professor que desejar compreender compreender melhor melhor os aspectos pedagógicos pedagógicos envolvidos envolvidos na classifi classificação cação dos conteúdos conteúdos escolares em conceituais, conceituais, procedimentais procedimentais e atitudinais atitudinais,, recomendamos a obra: COLL, C. et al. Os conteúdos na reforma : ensino e aprendizagem de conceitos, procedimentos e atitudes. Tradução de Beatriz Affonso Neves. Revisão técnica de Maria Thereza Oliva Marálio de Souza. Porto Alegre: Artmed, 1998. IUPAC AC nomenclature of organic compounds. Recommendations 1993. Cambridge: Blackwell Science, 1993. ** PANICO, R.; POWELL, POWELL, W. H.; RICHER, RICHER, J.-C. A guide to IUP *** Por exemplo: exemplo: CAREY, CAREY, F. F. A. Organic Chemistry . 4. ed. New York: York: MacGraw-Hill, 2000. p. G-12; ou VOLLHARDT, VOLLHARDT, K. P. C. Organic Chemistry : structure and function. 3. ed. New York: York: Freeman, 1999. p. 344.
Origem dos termos cient í ficos ficos • “Anest Anestesia” esia” vem do grego grego an, não, e aisthesia, percepção pelos sentidos, sensação. • “Analg “Analgesia” esia” (de onde deriva a palavra “analgésico”) vem do grego an, não, e algesis, sensação de dor.
Tema para discussão em grupo • “Determinad “Determinadaa empresa é a única que possui possui o know-how e a patente para produzir o medicamento que trata de determinada doença. É justo que essa empresa estipule o preço pelo qual o produto será vendido? É justo que o governo fixe o preço? O governo deve comprar esse produto e distribuí-lo à população?”
Atividade Elaborar o texto para um comercial de rádio (de 30 segundos) falando sobre os riscos da prática denominada automedicação. Uma atividade desse tipo ajuda a desenvolver várias capacidades, tais como produzir um texto claro, com linguagem simples e direta. A exposição em público, que provoca um comprometimento maior com a atividade, permite desenvolver a habilidade de falar em público e atitudes inerentes a essa prática, bem como propicia c omentários sobre os acertos e erros presentes nos textos produzidos. A atividade envolvendo automedicação é oportuna, pois o ca pítulo apresenta algumas estruturas de medicamentos. E apenas conhecer a
estrutura de um medicamento não é suficiente para que se possam deduzir quais são suas vantagens ou seus efeitos colaterais, colater ais, às vezes fatais. Conhecer os riscos da automedicação é fundamental para a qualidade de vida e, conseqüentemente, para o exercício da cidadania.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BARREIRO, E. J. Sobre a Química dos remédios, rem édios, dos fármacos e dos medicamentos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 3, 2001. 20 01. p. 4-9. O autor apresenta uma série de informações sobre a atuação dos fármacos e também alguns dados sobre lançamentos recentes da indústria farmacêutica. MENEGATTI, R.; FRAGA, C. A. M.; BARREIRO, E. J. A importância da síntese de fármacos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 3, 2001. p. 16-22. A maioria dos fármacos empregados no mundo é sintética. Os autores discutem aspectos históricos da síntese de fármacos desde o ácido acetilsalicílico, primeiro fármaco sintético, até um dos exemplos mais recentes, o sildenafil. SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história . Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 2. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. O capítulo 43 apresenta a biografia de Kekulé. L
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Capítulo 2
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Hidrocarbonetos
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Principais conteúdos conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos
• Noções sobre sobre a composição composição • Equaci Equacionar onar a combustão combustão de do petróleo e seu aproveita- um hidrocarboneto. mento como fonte de com- • Nomear os casos casos mais mais relebustíveis e de matérias-pri- vantes de hidrocarbonetos de mas acordo com as regras mais • Subdiv Subdivisões isões dos hidrocarbohidrocarbo- recentes da União Internacional de Química Pura e Aplinetos • Estrut Estrutura ura e nome dos principrinci- cada (Iupac). Classificar icar os carbo carbonos nos de pais grupos orgânicos substi- • Classif uma estrutura em primários, tuintes • Concei Conceito to de cadeia principal principal secundários etc. e sua comparação com o conceito de cadeia carbônica • Nomenclatur Nomenclaturaa dos hidrocarhidrocarbonetos de acordo com as regras Iupac
Conteúdos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos
• Prestar atenção atenção aos rótulos rótulos de produtos industrializados. • Valorizar os progressos progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Percebe Perceberr que muito do conforconforto da vida moderna modern a se deve a progressos da Química. • Ter uma postura crítica diandiante dos usos do petróleo.
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Este capítulo prossegue na introdução de conceitos fundamentais da Química Orgânica. Apenas a nomenclatura e a estrutura dos hidrocarbonetos é apresentada. O petróleo é o tema gerador para chegar aos hidrocarbonetos, sua importância, suas subclasses mais significativas, sua nomenclatura e sua participação nas reações de combustão. O capítulo 3 prosseguirá com as noções fundamentais da Química Orgânica, apresentando outras classes funcionais de interesse e sua nomenclatura. A obra apresenta a nomenclatura de Química Orgânica de acordo com as mais recentes determinações da Iupac e da SBQ. Em 1993, a Iupac publicou um novo conjunto de recomendações,* que faz pequenas alterações nas regras anteriores, de 1979. Em maio de 2001, a revista Química Nova na Escola publicou um artigo do representante da Sociedade Brasileira de Química (SBQ) junto à Iupac para assuntos de nomenclatura orgânica, que versa sobre a adaptação das recomendações de 1993 ao idioma português, adaptação decorrente de um acordo celebrado com representantes da Sociedade Portuguesa de Química, e que vale portanto para Brasil e Portugal. Em setembro de 2002, foi publicada a íntegra da tradução dessas re comendações.** Assim sendo, ao elaborar esta obra, baseamo-nos nas recomendações de 1993 e na tradução da SBQ 2002. Há alterações na nomenclatura envolvida no ensino médio decorrentes das novas recomendações Iupac. Algumas das mais significativas dizem respeito à colocação, no nome, dos locantes ou localizadores (números que localizam) de insaturações duplas e triplas e de grupos funcionais das classes álcool e cetona. Agora, os locantes são sempre colocados imediatamente antes dos elementos cuja localização indicam, o que significa que, nos casos citados, tais números devem ser n
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e
L
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Anteriormente (1979)
Atualmente (1993/2002)
Éter me metil-propílico
Éter me metílico e propílico
Metil-propil-cetona
Cetona metílica e propílica
Todaa forma de nomenclatura é um instrumento a serviço de quem Tod estuda certa área do conhecimento humano ou nela trabalha, e jamais se pode transformar num fim em si mesma. Priorizar polêmicas e controvérsias referentes às sistemáticas de nomenclatura é pouco produtivo. Nesta obra, procuramos aplicar as terminologias mais atuais e, por isso, foram usados preferencialmente os termos classe funcional (em vez de “função orgânica”) e isômeros constitucionais (em vez de “isômeros planos”). O conceito de heteroátomo foi empregado conforme comentado neste manual, no capítulo anterior, e preferiu-se o emprego do termo trivial (em vez do termo “usual”) para aqueles nomes não sistemáticos, sejam eles aceitos ou não pela Iupac. Com isso, evita-se a confusão que existe com o adjetivo “usual”, já que há quem o utilize também para designar as sistemáticas de nomenclatura de classe funcional (de fato, bastante usadas e portanto muito “usuais”). Nomenclatura de classe funcional é um termo moderno e, como foi dito anteriormente, a Iupac reconhece muitas sistemáticas desse tipo como alternativas a outra(s) sistemática(s) também aceita(s) pela entidade.
Origem dos termos cientí ficos ficos • A palavra palavra “petróleo” “petróleo” vem do grego grego petra, pedra, e oleum, óleo. É o “óleo que vem da pedra”, numa alusão ao fato de ele ser encontrado no subsolo.
colocados no meio do nome. Veja exemplos: o
P
e
Uma outra alteração digna de nota decorrente das recomendações atuais, diz respeito à nomenclatura de classe funcional de cetonas e de éteres, conforme o professor poderá perce ber nas páginas 54 e 58 do livro. Veja exemplos:
ig d ó C
Anteriormente (1 (1979) o d 4 8 1 .t r A . a id bi ro p o ã ç u d ro
Atualmente (1 (1993/2002)
1-buteno
but-1-eno
2-pentino
pent-2-ino
1-propanol
propan-1-ol
2-pentanona
pentan-2-ona
p e R
Sobre essas alterações, veja as páginas 28, 45 e 49 do livro do aluno. Essa alteração, embora torne torn e os nomes mais difíceis de ler, é bastante lógica, pois em casos mais complexos do que aqueles estudados no ensino médio, em que há, por exemplo, a presença de insaturações e grupos funcionais álcool ou cetona, o nome se torna muito mais fácil de interpretar sem ambigüidades. Assim temos, a título de ilustração, hex-4-en-2-ona (insaturação dupla entre C4 e C5, grupo carbonila em C2) e pent-2-en-1-ol (insaturação dupla entre C2 e C3, hidroxila ligada a C1). Uma vez que em diversas situações a Iupac aceita mais de uma forma de dar nome, esta obra salienta que os membros de algumas classes funcionais podem ser denominados por mais de uma sistemática de nomenclatura. Para algumas classes funcionais, existe uma sistemática que a Iupac denomina nomenclatura de classe funcional . No livro, são apresentadas ao estudante as nomenclaturas de classe funcional mais relevantes, que são as de álcoois (p. 53), de cetonas (p. 54), de éteres (p. 58) e de haletos orgânicos (p. 54).
*
Texto ao professor prof essor UMA BREVE HISTÓRIA DA NOMENCLATURA ORGÂNICA SISTEMÁTICA O primeiro sistema formal de nomenclatura química bem-sucedido foi levado adiante na França em 1787 para substituir a torre de babel de nomes comuns que atormentavam a Ciência. Hidrogênio (em vez de “ar inflamável”) e oxigênio (em vez de “ar vital”) são apenas duas das substâncias que receberam seus nomes modernos nas propostas descritas no Méthode de nomenclature chimique . Foi então que compostos como ácido sulfúrico, fosfórico e carbônico e seus sais foram nomeados. As linhas gerais eram mais apropriadas para compostos inorgânicos; não foi antes da década de 1830 que nomes que refletem a composição química começaram a aparecer na Química Orgânica. Em 1889, um grupo intitulado Comissão Internacional para a Reforma da Nomenclatura Química foi organizado, e esse grupo, por sua vez, patrocinou um encontro de 34 proeminentes químicos europeus na Suíça em 1892. Desse encontro surgiu um sistema de nomenclatura orgânica conhecido como regras de Genebra. Os princípios nos quais as regras de Genebra foram baseadas são os fundamentos do nosso sistema atual.
PANICO, R.; POWEL POWELL, L, W. W. H.; RICHER RICHER,, J.-C. J.-C. A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds . Recommendations 1993 . Cambridge: Blackwell Science, 1993. Correções publicadas em Pure and Applied Chemistry , v. 71, n. 7, 1999. p. p. 1327-1330. 1327-1330. ** PANICO, R.; POWELL, POWELL, W. W. H.; RICHER, J.-C. J.-C. Guia IUPAC para a nomenclatura de compostos orgânicos : tradução portuguesa nas variantes européia e brasileira.
Uma segunda conferência internacional aconteceu em 1911, mas o irromper da Primeira Guerra Mundial impediu qualquer revisão substantiva das regras de Genebra. A União Internacional de Química foi estabelecida em 1930 e realizou a necessária revisão que conduziu à publicação em 1930 do que ficou conhecido como as regras de Liège. Após a Segunda Guerra Mundial, a União Internacional de Química passou a ser a União Internacional de Química Pura e Aplicada (conhecida na comunidade química como Iupac). Desde 1949, a Iupac tem publicado relatórios sobre nomenclatura química regularmente. As regras Iupac mais recentes foram publicadas em 1993. As regras Iupac freqüentemente oferecem vários modos diferentes de nomear um único composto. Portanto, embora seja verdadeiro que dois compostos distintos nunca possuam o mesmo nome, é incorreto acreditar que há um único nome Iupac para um composto particular. As recomendações da Iupac de 1993 e suas [...] predecessoras de 1979 podem ambas ser encontradas no site da internet: www.acdlabs.com/iupac/nomenclature As regras da Iupac não são o único sistema de nomenclatura em uso atualmente. O Chemical Abstracts Abstracts Service examina todos os principais jornais científicos mundiais que publicam artigos relacionados à Química e publica breves resenhas desses artigos. A publicação Chemical Abstracts e seus índices são essenciais para a prática da Química. Por muitos anos a nomenclatura do Chemical Abstracts foi muito semelhante à nomenclatura Iupac, mas a tremenda explosão de conhecimento químico nos anos recentes fez com que o Chemical Abstracts modificas modificasse se sua nomenclatura para que os índices fossem mais bem adaptados adapta dos à busca por computador. Isso significa que, sempre que possível, um composto deve ter um único nome no Chemical Abstracts . Infelizmente, esse nome no Chemical Abstracts pode ser diferente de qualquer um dos vários nomes Iupac. Em geral é mais fácil fazer uma correlação mental entre uma estrutura e seu nome Iupac do que com seu nome no Chemical Abstracts . É importante notar que o nome genérico de uma droga não é diretamente derivado da nomenclatura sistemática. Além disso, diferentes companhias farmacêuticas irão chamar uma mesma droga por seus próprios nomes comerciais, que é geralmente diferente de seu nome genérico. [...]. Fonte: CAREY, F. A. Organic Chemistry . 4. ed. New York:
MacGraw-Hill, 2000. p. 63. ( Tradução nossa. )
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http:// sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc ALENCASTRO, R. B.; MANO, E. B. Nomenclatura de compostos Janeiro: Guanabara, 1987. orgânicos . Rio de Janeiro: Livro que adapta as regras da Iupac 1979 ao por tugu ês do Brasil. BARBOSA, L. C. A. Química Orgânica ; uma introdu ção para as Ciências Agrárias e Biológicas. Viçosa, Editora da UFV, 1998. Livro universitário que apresenta uma vis ão geral de estrutura, nomenclatura nomenclatura e reações dos compostos orgânicos, incluindo mecanismos de rea ções orgânicas. CAMILLO JÚNIOR, A. B. Manual de prevenção e combate a incêndios. 3. ed. rev. atual. S ão Paulo: Senac, 2001.
O autor discute inúmeros aspectos referentes referentes à causa dos incêndios, aos diferentes tipos de fogos, à prevenção de incêndios e à sua extinção. CUNHA, S.; BERETTA, M.; FASCIO, M.; SANTOS, A. O.; RODRIGUES JÚNIOR, M. T.; BASTOS, R. M. Craqueamento térmico de alcanos: uma aula prática de Química Orgânica para a graduação. Química Nova , v. 28, n. 2, 2005. p. 364-366. Artigo dirigido ao ensino universitário, no qual se encontra uma proposta de mecanismo para o craqueamento térmico do octano. DAZZANI, M.; CORREIA, CORRE IA, P. P. R. M.; OLIVEIRA, OLIVEIR A, P. P. V.; MARCONDES, M. E. Explorando a Química na determinação do teor de álcool na gasolina. Química Nova na Escola , n. 17, 2003. p. 42-45. Os autores propõem uma atividade experimental na qual o teor de álcool na gasolina é determinado por dois modos diferentes. A comparação dos resultado resultadoss com os valores expressos na legislação permite abordar a necessidade e a importância dos métodos de análise química quantitativa. O artigo também apresenta algumas questões para discussão após a realização do experimento. EVANS, J. (tradução e adaptação de Romeu C. Rocha-Filho) Monóxido de carbono, mais do que somente um gás letal! Química Nova na Escola , n. 9, 1999. p. 3-5. JARDIM, W. F. A evolução da atmosfera terrestre. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 1, 2001. p. 5-8. Artigo que discute a variação da composição da atmosfera terrestre ao longo do tempo e a relação disso com o aparecimento e o desenvolvimento da vida. O autor comenta o fato de o efeito estufa, bem dosado, ser fundamental para a vida na Terra pois, sem ele, a temperatura média do planeta seria inferior a –15 °C. O problema está na intensificação do efeito estufa pelas emissões de gás carbônico resultantes de atividades humanas.
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NEIVA, J. Conheça o petróleo . 6. ed. Rio de Janeiro, Janei ro, Express ão e Cultura, 1993. A autora trata do tema petr óleo desde seu uso na Antiguidade até aspectos referentes a prospec ção, perfuração, refinação, composição das frações e aproveitamento na ind ústria petroquímica. RODRIGUES, J. A. R. Recomendações da Iupac para a nomenclatura de mol éculas orgânicas. Química Nova na Escola , n. 13, 2001. p. 22-28. (Veja tamb ém errata no n. 14, p. 46.) Nesse artigo, o representante da Sociedade Brasileira de Química (SBQ) junto à Iupac para assuntos de nomenclatura de Química Orgânica, resume as principais regras da Iupac, segundo a vers ão mais recente (que data de 1993) que foi traduzida do original ingl ês à luz de um acordo celebrado com representantes da Soci edade Portuguesa de Química. A adaptação anterior das regras para o idioma portugu ês constava do livro de Alencastro e Mano (1987) e tratava da vers ão anterior das regras (datada de 1979). SHREVE, R. N.; BRINK, J. A. Indústrias de processos químicos . 4. ed. Rio de Janeiro, Guanabara Dois, 1977. Livro universitário que apresenta os principais processos químicos utilizados em ind ústrias. É útil como fonte de consulta sobre mat érias-primas e processos de fabricação de muitas subst âncias. Entre outros temas, aborda atividades da ind ústria petroquímica. THOMAS, J. E. (org.). Fundamentos de engenharia de petróleo . Rio de Janeiro, Interci ência, 2001. Aborda aspectos hist óricos do petróleo e sua composição, ocorrência, prospecção e extração.
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Capítulo 3
Principais conteúdos conceituais do capítulo
As principais classes funcionais de compostos orgânicos Conteúdos procedim procedimentais entais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos desenvolvidos
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Interessar-se se pelas idéias cien• Classe funcional • Reconhecer os principais gru- • Interessarpos funcionais ao observar a tíficas e pela Ciência como • Grupo funcional fórmula estrutural de composmaneira de entender melhor o • Reconhecimento das princitos orgânicos. mundo que nos cerca. pais classes funcionais de • Nomear alguns dos ex exemplos emplos • Perceber que paladar e olfacompostos orgânicos • Noções sobre a nomenclatu- mais significativos de com- to são importantes instrumenpostos orgâ nicos por meio tos de alerta para evitar intora dos representantes mais das regras mais recentes da xicações por alimentos estracomuns das classes funcioUnião Internacional de Químigados. nais mais relevantes ca Pura e Aplicada (Iupac). • Ter uma postura cr ítica dian• Noções da presença no coti• Constatar experimentalmente te de anúncios publicitários diano de representantes dessas classes funcionais L
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que o que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos se deve, na verdade, à percepção simultânea das sensações de olfato e paladar.
flagrantemente enganosos, flagrantemente principalmente os referentes à saúde e ao corpo.
• Buscar informações sobre a produção de substâncias químicas orgânicas. d 4 8 1 .t r A . a id bi ro p o ã ç u d ro p e R
Comentário geral Neste capítulo são apresentadas as principais classes funcionais de compostos orgânicos, a nomenclatura dos representantes mais importantes e os exemplos mais significativos ao estudante do ensino médio. Vale aqui tudo o que foi exposto no Comentário geral do capítulo 2, neste manual, principalmente o que foi dito sobre as alterações decorrentes das novas recomendações da Iupac sobre nomenclatura orgânica .
Tema para pa ra pesquisa pesquis a A critério do professor, cada aluno ou equipe deve pesquisar sobre uma substância orgânica de importância, sua ocorrê ncia natural, métodos de produção, matérias-primas, importância para a sociedade e situação do Brasil no cenário mundial da produção e da utilização. Esse tema permite aos estudantes tomarem contato com mais exemplos da presença da Química na vida diária, na natureza e no sistema produtivo.
Tema para discussã discussão em grupo • “O exame de urina permite detectar detectar se o indi indivíduo víduo utiliza utiliza drogas ou medicamentos. Imagine que determinada empresa resolva exigir
exames de urina dos seus empregados e também das pessoas que pretendem ser contratadas por ela. Na sua opinião essa empresa tem o direito de fazer isso ou ela está violando a privacidade a que as pessoas têm direito?”
Atividade Reunir exemplos de campanhas publicitárias que pareçam enganosas, ressaltando propriedades de substâncias como se fossem “mágicas” e capazes de resolver problemas comuns e que incomodam as pessoas. Debater os casos reunidos e levantar as possíveis causas de elas existirem e, em certos casos, conseguirem convencer parte do público de que seu apelo é correto. Essa atividade é oportuna na medida em que os alunos estão conhecendo neste capítulo vários exemplos de substâncias orgânicas e sua presença no cotidiano. Inicia-se, assim, a construção do conhecimento de que as propriedades de uma substância dependem de sua estrutura e que a verificação dessas propriedades quanto a efeitos fisiológicos depende de inúmeros testes laboratoriais e clínicos antes que um produto seja liberado, por exemplo, como medicamento. Muitas peças publicitárias fazem apelos emocionais a fim de promover as vendas de materiais cujas propriedades terapêuticas ainda não são largamente aceitas pela comunidade científica.
Experimentos INVESTIGANDO OLFATO E PALADAR (I) Ao aluno
Objetivo: Constatar experimentalmente que o que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos se deve, na verdade, à percepção simultânea das sensações de olfato e paladar. Material: • uma caixa caixa de balinhas balinhas de formato formato idêntico, idêntico, mas com sabores sabores (e cores) diferentes • pan panoo para para vend vendar ar os os olhos olhos Procedimento: 1. Escolha dois sabores de de balinhas bem diferentes um do outro que você consiga distinguir com facilidade, mesmo que não veja a cor da bala. Experimente uma por vez. 2. Coloque a venda nos nos seus olhos. Peça a um colega uma bala bala de um dos sabores que você experimentou anteriormente. Ele não deve dizer qual deles escolheu e você terá de adivinhar apenas pelo gosto. Você Você consegue? 3. Tape o nariz com uma das mãos. Repita o procedimento procedimento do item 2, mas mantendo o nariz tapado o tempo todo. E agora, você consegue descobrir de que sabor é a bala? Ficou mais fácil ou mais difícil? Ao professor
Os quimiorreceptores do olfato são capazes de perceber centenas de aromas diferentes, mas os quimiorreceptores do paladar detectam apenas quatro sabores distintos: azedo, doce, salgado e amargo. Evidências experimentais indicam que cada um desses sabores é percebido mais acentuadamente em uma determinada região da língua. Muitos alimentos apresentam mais de um dos quatro sabores. O suco de laranja, por exemplo, é doce e azedo. Uma salada temperada com limão e sal tem gosto azedo a zedo e salgado. Você Você já provou algo que lhe pareceu doce logo que o colocou na boca, mas que tenha se tornado amargo algum tempo depois? A sacarina é um produto que tem essa característica. Ela é doce e um pouco amarga. Quando a colocamos na boca, sentimos o gosto doce na ponta da língua. Mas, quando a estamos engolindo, ela passa pela região posterior da língua e, então, sentimos seu sabor amargo. Quando comemos, percebemos, ao mesmo tempo, o paladar (captado na língua) e o aroma (captado na cavidade nasal). Essas duas sensações se confundem e se completam, dando a ilusão de que são uma sensação só. Aquilo que costumamos chamar de “sabor” dos alimentos é, na realidade, a sensação simultânea de paladar (sabor, gosto) e de olfato (cheiro, odor, aroma). Enquanto mastigamos, sentimos o cheiro do alimento no ar que expiramos. De dentro da boca os vapores do alimento são liberados pela cavidade nasal, onde seu aroma é detectado. Você Você já reparou que quando estamos resfriados temos dificuldade para perceber o gosto dos alimentos? É porque o resfriado faz nossa cavidade nasal ficar com grande quantidade de muco (catarro), que cobre os receptores olfativos e os impede de captar as sensações de odor. Então temos a impressão de que “falta” algo no sabor do alimento. Na realidade o sabor está sendo percebido pela língua, mas “falta” o aroma. Agora é possível comentar o que se observa normalmente ao fazer o experimento sugerido. Por que é tão difícil, até mesmo impossível, distinguir o sabor das balinhas quando mantemos o nariz tapado?
As balinhas coloridas de uma mesma embalagem têm todas, em geral, o mesmo paladar. São todas igualmente doces, ou, dependendo da marca, doces e azedas. Nossa língua capta uma mesma sensação, seja a bala de abacaxi, de morango ou de qualquer outro sabor. O que realmente diferencia uma bala de outra é o aromatizante usado na fabricação: abacaxi, morango etc. Na experiência, a identificação do “sabor” das balinhas é feita pelo olfato. Com o nariz destapado é fácil identificá-lo. Mas com o nariz tapado, é praticamente impossível, a menos que as balinhas tenham, de fato, paladares bem diferentes; uma azeda e outra não, por exemplo. Uma outra experiência interessante que pode ser fe ita é colocar um alimento na boca e, enquanto se mastiga, inspirar e expirar lentamente. Prestando bastante atenção pode-se perceber que, quando expiramos, é possível sentir todo o “sabor” do alimento. Na verdade estamos sentindo sabor e aroma. Por outro lado, ao inspirar, a impressão que se tem é de que o “sabor” não é completo, pois sentimos apenas o sabor. Sabor e aroma compõem o “flavor” de um alimento. Os flavorizantes são misturas de substâncias que fornecem o sabor e o aroma típico de algum alimento. Há vários ésteres que imitam bem aroma de frutas e, por isso, são empregados como aromatizantes na formulação de flavorizantes que visam imitá-las. d
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INVESTIGANDO OLFATO E PALADAR (II) O professor pode também fazer em sala uma experiência que geralmente provoca um efeito surpreendente nos alunos. Sobre a mesa, coloque três copos, cada qual com um tipo de refrigerante; por exemplo, guaraná, refrigerante de cola e soda limonada. Um aluno voluntário (atenção: certifique-se de que ele não seja diabético), com os olhos vendados e com o nariz tapado, deve identificar, somente pelo paladar, cada um dos refrigerantes que lhe é dado para beber. Como os refrigerantes se assemelham bastante no sabor (doce e azedo), o que a língua percebe nos três casos é praticamente igual. O que nos permite diferenciá-los (e, inclusive, gostar, ou não, de cada um deles) é o cheiro dos aromatizantes usados, que não pode ser percebido na experiência porque, com o nariz tapado, o ar expirado não flui pela cavidade nasal e o vapor do aromatizante não passa pelos quimiorreceptores olfativos.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sb http://quimica nova.sbq.org.br/QN_On q.org.br/QN_OnLine_Geral.h Line_Geral.htm tm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc DIAS, S. M.; SILVA, R. R. Perfumes, uma Qu ímica inesquecível. Química Nova na Escola , n. 4, 1996. 19 96. p. 3-6. Esse artigo contém uma s érie de informações sobre a elaboração de perfumes e apresenta v árias fórmulas estruturais de componentes de óleos essenciais e de fragrâncias artificiais. TORRES, J. P. M. et al. DDT (dicloro difenil difeni l tricloroetano): tricl oroetano): toxicidade e contamina ção ambiental — uma revisão. Quími- ca Nova , v. 25, n. 6, p. 995-1002, 2002. (Veja tamb ém comentários em Química Nova , v. 26, n. 1, 2003. 200 3. p. 147.)
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Capítulo 4
Principais conteúdos conceituais do capítulo
Interações intermoleculares na Química Orgânica Conteúdos procedim procedimentais entais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos desenvolvidos
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• Principais geometrias mole- • Determinar a geometria mole- • Interessar-se pelas idéias cienculares cular de compostos não muitíficas e pela Ci ência como maneira de entender melhor o • Modelo da repulsão dos pa- to complexos. mundo que nos cerca. res eletrônicos da camada de • Determinar a geometria dos valência (modelo VSEPR) átomos de carbono de uma • Perceber que o estudo das propriedades das substân• Geometria do átomo de car- estrutura orgânica. cias químicas se traduz em bono em função das ligações • Empregar a escala de eletroaplicações práticas de inteque realiza com os átomos negatividade para prever se resse para a sociedade, que vizinhos uma ligação covalente é poacabam redundando na lar ou apolar. • Polaridade de ligações • Empregar a escala de eletro- melhoria da qualidade de • Polaridade de moléculas vida. negatividade e conhecimen• Polaridade e solubilidade tos sobre geometria molecular • Ligações intermoleculares para prever se uma molécula • Principais fatores que influen- é polar ou apolar. ciam o ponto de ebulição de • Observar a fórmula estrutural uma substância molecular de uma molécula e prever o tipo de interação intermolecular presente na substância. • Racionalizar comparativaç
mente valores de pontos de ebulição. u d ro p e R
Comentário geral Uma vez que há professores que preferem deixar os assuntos geometria molecular e interações intermoleculares para serem tratados junto com a Química Orgânica, eles são integralmente abordados no início deste capítulo 4 do volume 3. As informações sobre geometria molecular, eletronegatividade, polaridade de ligações, polaridade de moléculas e forças intermoleculares são trabalhadas considerando que o aluno não estudou tais temas anteriormente. E como ele agora os estuda no contexto da Química Orgânica, alguns dos itens do capítulo direcionam suas aplicações para os compostos c ompostos orgânicos. É importante salientar que o estudo da geometria do átomo de carbono é importante pré-requisito para a compreensão compre ensão do conceito de isômeros espaciais (tanto os geométricos quanto os ópticos), abordado no capítulo seguinte.
Origem dos termos cient í ficos ficos • A palavra “vitamina” “vitamina” foi proposta proposta pelo bioquímico bioquímico norte-americano de origem polonesa Casimir Funk, que o cunhou a partir do latim vita, vida, e do termo químico amina, por acreditar que as vitaminas eram aminas.
Tema para pesquisa • “Qual é a importância da vitamina vitamina D e da luz solar (moderada) para os ossos?”
Experimento SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA SEPARAÇÃO C ROMATOGRÁFICA DE TINTAS DE CANETA CAN ETA O artigo de Lisbôa, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor , contém o roteiro para a realização de um experimento cromatográfico, ao final do qual a lgumas perguntas são colocadas aos estudantes. Algumas dessas perguntas estimulam a aplicação de conceitos estudados neste capítulo 4 para explicação dos resultados experimentais.
Textos ao professor O AQUECIMENTO POR MICROONDAS O aquecimento por microondas é completamente diferente daquele que ocorre em um forno de cozinha convencional (seja a gás ou elétrico), onde o aquecimento de alimentos ocorre por condução, irradiação e convecção. O aquecimento por microondas é também chamado de aquecimento dielétrico, e existem dois mecanismos principais para a transformação de energia eletromagnética em calor. O primeiro deles é chamado rotação de dipolo, e relaciona-se com o alinhamento das moléculas (que tem dipolos permanentes ou induzidos) com o campo elétrico aplicado. Quando o campo é removido as moléculas voltam a um estado desordenado, e a energia que foi absorvida para esta orientação nestes dipolos é dissipada na forma de calor. Como o campo elétrico na freqüência freqüênc ia de 2,45 GHz oscila (muda 9 de sinal) 4,9 10 vezes por segundo, ocorre um pronto aquecimento destas moléculas. Uma representação esquemática é mostrada na Figura, onde usou-se a água como exemplo.
luz, ao passar do vidro para o tetracloroetileno, comporta-se comporta-se conforme vemos na figura. Em termos ópticos, nesse caso não há mudança de meio de propagação; por isso não ocorre reflexão ou refração da luz na fronteira entre os dois meios. Dizemos que esses meios apresentam continuidade óptica . É como se, opticamente, a luz se mantivesse em propagação através de um mesmo meio. Meio 1 n
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Continuidade óptica: o bastão de vidro está mergulhado em um líquido de índice de refração idêntico ao seu.
1-Dipolos alinhados com o campo eletromagnético.
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2-Dipolos após a retirada do campo eletromagnético. H2O = –
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Moléculas de água com e sem a influência do campo elétrico.
O segundo mecanismo é chamado de condução iônica, e o calor é gerado através de perdas por fricção, que acontecem através da migração de íons dissolvidos quando sob a ação de um campo eletromagnético. Estas perdas dependem do tamanho, carga, condutividade dos íons dissolvidos e interação destes últimos com o solvente.
Fonte: CARRON, W.; GUIMARÃES, O. As faces da Física.
2. ed. São Paulo: Moderna, Moderna, 2002. p. 417.
Fonte: SANSEVERINO, A. M. Microondas em síntese orgânica. Química Nova, v. 25, n. 4, 2002. p. 661.
Uma pergunta relativamente comum dos alunos é a seguinte: Se um sistema bifásico é constituído por duas fases incolores (por exemplo, benzina e água), como é possível distinguir a fronteira fronteir a entre ambas as fases? A explicação tem a ver com o índice de refração de ambas as fases ser diferente. Assim, graças à refração da luz quando ela passa de um meio para outro, é possível perceber tal fronteira. É graças à refração da luz que podemos reconhecer, no ar (fase incolor), a superfície da água ou a superfície de um objeto de plástico ou de vidro incolor. Mas e se, por uma tremenda coincidência, ambas as fases incolores possuírem índices de refração iguais? O texto a seguir é sobre essa situação, denominada continuidade óptica .
A LUZ PASSA PARA OUTRO MEIO DE MESMA REFRINGÊNCIA (n 2 n 1) Existem substâncias diferentes que possuem o mesmo índice de refração. É o caso, por exemplo, do vidro e do tetracloroetileno. A
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Não podemos ver as colunas de ar quente erguendo-se do asfalto, pois elas são transparentes (invisíveis). No entanto, percebemos a sua existência observando os desvios que elas provocam na trajetória da luz. Da mesma forma, desconsiderando a luz refletida, um bastão de vidro pode ser percebido apenas pelo desvio que provoca nos raios de luz. Mas, se for mergulhado em um líquido que tenha índice de refração idêntico ao seu, ele se torna, além de invisível, imperceptível visualmente por não acrescentar desvios à trajetória da luz. É o fenômeno da continuidade óptica.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sb http://quimica nova.sbq.org.br/QN_OnL q.org.br/QN_OnLine_Geral.ht ine_Geral.htm m Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CAVALHEIRO, E. T. G. et al. Identifica ção de pigmentos naturais de espécies vegetais utilizando-se cromatografia em papel. Química Nova , v. 25, n. 4, p. 680-683, 2002. Os autores propõem um procedimento em que corantes naturais são usados para demonstrar princ ípios da cromatografia em papel. Entre os extratos utilizados encontra-se o de feij ão-preto. CELEGHINI, R. M. S.; FERREIRA, L. H. Prepara ção de uma coluna cromatográfica com areia e m ármore e seu uso na separação de pigmentos. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 39-41.
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FREIT FREI TAS, L. C. G. Prêmio Nobel de Qu ímica 1998: Walter Kohn & John A. Pople. Química Nova na Escola , n. 8, 1998. p. 3-6. O artigo comenta as contribui ções de Kohn e Pople para os m é todos computacionais de c á lculo de estrutura e de propriedades moleculares, que lhes valeram o Prêmio Nobel.
ROCHA, W. R. Interações intermoleculares inter moleculares.. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 31-36. Artigo que descreve os tipos e a origem das intera ções intermoleculares que atuam nos sistemas qu ímicos. Tamb é m mostra como a compreens ã o dessas interações permite racionalizar algumas propriedades macroscópicas das substâncias químicas.
LISBÔA, J. C. F. Investigando tintas de canetas utilizando cromatografia em papel. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 38-39. (Veja tamb ém errata no n. 8, p. 41.)
SANTOS, H. F. O conceito da modelagem molecular. Cadernos Temáticos de Química Quí mica Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 4-5.
Cadernos s Temáticos Temáticos OLIVEIRA, OLIVEIR A, L. F. C. Espectr Espectroscopi oscopia a molecular. Caderno de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 24-30. (Veja tamb ém errata no n. 14, p. 46.) Artigo que ilustra como a espectroscopia permite obter informações sobre a estrutura molecular.
Capítulo 5
TOSTES, J. G. Estrutura molecular, o conceito fundamental da Química. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 17-20. O autor faz um apanhado dos m étodos de modelagem da estrutura molecular desde 1880, passando pela mecânica quântica e chegando ao panorama no final do século XX.
Isômeros
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Principais conteúdos conceituais do capí tulo tulo
Conteúdos procedimentais que podem ser desenvo desenvolvidos lvidos
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• Conceito de isômeros • Isômeros constitucionais • Isômeros geométricos • Isômeros ópticos
• Observar fórmulas estruturais • Valorizar os progressos da Ci ê ncia e suas aplica çõ es e concluir se elas represencomo agentes do bem-estar tam ou não isômeros. • Representar os possíveis isô- humano. meros (teoricamente possí- • Perceber que muitos princípios científicos estão presenveis) a partir de uma determites em nossa vida cotidiana. nada fórmula molecular.
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Este capítulo tem como principal meta mostrar que as fórmulas moleculares orgânicas freqüentemente representam repre sentam mais de uma substância. O tema isomeria é amplo e pode atingir altos níveis de complexidade quando o assunto envolve a estrutura tridimensional das moléculas. Nesse sentido, o capítulo pretende tratar de uma introdução ao tema, abordandoo de modo compatível com o nível do estudante, enfatizando a c apacidade de decidir sobre a existência de isômeros e perceber as reais diferenças entre eles. A expressão isômeros constitucionais vem sendo muito utilizada na literatura universitária para se referir ao a o que, no ensino médio, costumávase denominar “isômeros planos”. Por isso optou-se pela utilização preferencial da expressão isômeros constitucionais.
Origem dos termos cient í ficos ficos • A palavra “isômero” foi introduzida na Química por Berzelius em 1830. Vem do grego iso, igual, e meros, partes. É uma alusão ao fato de os isômeros terem a mesma composição elementar. • “Metâm “Metâmero” ero” vem vem do grego grego meta, mudança, e meros, parte. • “T “Tautôm autômero” ero” vem do grego grego tauto, mesmo, e meros, parte. • O pref prefix ixoo cis vem do latim e significa próximo a, aquém de. • O pref prefix ixoo trans vem do latim e significa através de, além de. • A palavra palavra “especular” “especular” vem do do latim speculare, referente a espelho. • “Quiral” é adjetivo adjetivo que deriva deriva do substantivo substantivo grego quiro, mão. “Enantiomor “Enant iomorfo” fo” vem do greg ántios, contrário, e morfo, forma.
ená ántios, contrário, e meros, parte. • “Enantiômer “Enantiômero”, o”, vem do grego grego en • “Dextrorrotatório” e “levorrotatório” “levorrotatório” vêm respectivamente respectivamente do latim dexter, direita, e laevu, esquerda. • “Racêm “Racêmico” ico” vem vem do latim latim racemus, cacho de uva. Consta que a primeira mistura racêmica teria sido observada cientificamente pelo francês Louis Pasteur em 1848 (com 26 anos), ao observar cristais de acidum racemicum (nome atual: ácido tartárico), provenientes da uva.
Tema para pesquisa • “A importância do estudo dos enantiômeros na indústria indústria de fármacos e o Prêmio Nobel de Química 2001.” O professor encontrará informações no artigo de Pilli, indicado em ões de leitura complementar para o professor. Sugestõ Sugest
Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos : o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Cole ção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atua ção da Química e dos químicos. O capítulo 4 é sobre Pasteur e sua importância para a compreens ão da assimetria molecular.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CHAGAS, A. P. 100 anos de Nobel — Jacobus Henricus van’t Hoff. Química Nova na Escola , n. 14, 2001. p. 25-27. Publicado no ano em que se comemorou o c enten ário da primeira entrega do Pr êmio Nobel, esse artigo apresenta a vida e a obra de van ’t Hoff, incluindo suas contribui çõ es para a estrutura espacial das mol éculas. COELHO, F. A. C. Fármacos e quiralidade quiralidade.. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 3, 2001. p. 23-32. O autor discute a rela ção entre quiralidade e atua ção de fármacos com centros quirais. Tamb ém apresenta exemplos de fármacos comercializados no Brasil que apresentam centros assimétricos. FERREIRA, J. T. B.; ZARBIN, P. H. G. Amor ao primeiro odor. A comunica ção química entre os i nsetos. Química Nova 1 998. p. 3-6. na Escola , n. 7, 1998. Esse artigo apresenta a classificação dos feromônios segundo suas fun ções, dá exemplos de estruturas e comenta aplicações dessas substâncias.
FRAGA, C. A. M. Razões da atividade biol ógica: interações microe biomacro-moléculas. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 3, 2001. p. 33-42. O autor discute a intera ção de um f ármaco com seu s í tio de a çã o, destacando o papel das for ç as intermoleculares e da configura ção espacial do fármaco e de seu sítio de ação. PILLI, R. A. Cat álise assimétrica e o Pr êmio Nobel de Química de 2001. Novos paradigmas e aplica ções práticas. Química Nova na Escola , n. 14, 2001. p. 16-24. Esse artigo faz uma revis ã o dos trabalhos dos ganhadores do Nobel de Qu ímica de 2001, William Knowles, Barry Sharpless e Ryoji Noyori, que desenvolveram métodos para produ ção em escala industrial de substâncias quirais em forma enantiomericamente pura. pur a. Tais processos têm aplicação, entre outras, nas áreas de fármacos, agroquímicos, fragrâncias. O artigo tamb ém comenta o impacto desses trabalhos sobre a produ çã o do coquetel usado no tratamento da aids. QUADROS, A. L. Os feromônios e o ensino de Qu ímica. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 7-10. (Veja também errata no n. 8, p. 41.) A autora apresenta uma abordagem do tema ferom ônio no ensino m édio, visando à valorização pelos alunos das relações entre substâncias químicas e o contexto e os problemas estudados. 9
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Capítulo 6
Reações de substituição e reações de adição
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• Halogenação de alcanos • Representar o(s) possível(is) • Valorizar os progressos da • Substitui ção em compostos produto(s) esperado(s) em Ci ência e suas aplica çõ es uma reação de substituição como agentes do bem-estar aromáticos em alcano ou em anel aromáhumano. • Adição em alcenos tico. • Valorizar a observação como • Adição em alcinos importante fonte para obter • Representar o(s) possível(is) • Import â ncia do acetileno produto(s) esperado(s) em informações. como matéria-prima industrial uma rea ç ã o de adi ç ã o a • Interessar-se pelas idéias cien• Noção do conceito de resso- insaturação dupla ou insatu- tíficas e pela Ciência como nância e de como esse conração tripla. maneira de entender melhor o ceito explica a baixa tendên- • Representar o produto princimundo que nos cerca. cia de os aromáticos sofrepal que se espera quando rem adição ciclanos de 3 a 6 carbonos se • Noção de tensão angular em encontram em condições em ciclanos e sua relação com a que substituição e adição são tendência de esses composprocessos concorrentes. tos sofrerem rompimento do ciclo
• Conceito e exemplos de terpenos
Aplicando os dados de reatividade, podemos estimar as quantidades relativas de produtos:
Comentário geral Os hidrocarbonetos são uma categoria relativamente simples de compostos orgânicos, e conhecer algumas de suas reações é uma boa maneira de o estudante se iniciar no estudo das rea ções orgânicas. Este capí tulo tulo se ocupa fundamentalmente com as reações de substituição em alcanos (halogenação) e em aromáticos (halogenação, nitração, sulfonação, alquila ção e acilação de Friedel-Crafts), com as reações de adição a alcenos, alcinos, dienos e aromáticos (neste caso, sob condições enérgicas) e com a notável diferença de comportamento entre os ciclanos de tr ês e quatro carbonos quando comparados aos de cinco e seis. Aproveitando que o capí tulo tulo apresenta algumas reações de alcinos, também são feitos comentários sobre a importância industrial do acetileno e como ele pode ser obtido a partir do carvão por intermédio da sí ntese ntese de carbureto. Um aspecto que se deve ressaltar ao professor diz resp eito à diferente velocidade com que hidrogênios de carbonos primários, secundários e terciá rios sofrem substitui çã o, quando alcanos s ã o submetidos a halogenação. Estudos cinéticos experimentais revelaram que os hidrogênios de carbonos terciários são mais reativos que os de carbonos secundários e esses, por sua vez, são mais reativos que os de carbonos primários. Essa afirmação aparece na página 120 do livro. e
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Essa informação, por si só, não é suficiente para que possamos fazer a generalização de que o produto de monossubstitui ção no carbono terciário é o majoritário e de que o produto de monossubstituição no carbono primário é o minoritário. Isso porque as quantidades relativas dos diferentes “tipos” de hidrogênio na molécula não são necessariamente iguais. L
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Vejamos a cloração de alcanos à temperatura ambiente. Nesse processo, as velocidades relativas de substituição de hidrogênio de carbono çã o de prim á rio, secund ário e terci á rio guardam entre si a propor çã 1,0 : 3,8 : 5,0,* que expressa as diferentes reatividades dos hidrogênios. e
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Consideremos a mol écula de butano. Nela, há 6 hidrogênios primários (isto é, em carbono primário) e 4 hidrogênios secundários. A propor çã ção entre as quantidades dos produtos monossubstituí dos dos pode ser assim estimada: p
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O produto de substituição do hidrogênio terciário por cloro (2a possibilidade) não é o formado em maior quantidade.
É falsa, portanto, a afirmação (difundida em algumas publicações) de que o produto de substitui ção do hidrogênio terciário por cloro é sempre o produto principal da reação e de que os outros produtos se formam em quantidades desprezí veis. veis. A quantidade de cada produto, nesse tipo de reação, é um compromisso entre reatividade (expressa pelas velocidades relativas) e probabilidade (expressa pelo número de hidrogênios em cada possibilidade). Por outro lado, no caso da bromação, a diferença de reatividade ção entre as dos hidrogênios é muito acentuada. acentuada . Por exemplo, a propor çã velocidades relativas na bromação, a 127ºC, é da or orde dem m de de 1 : 82 : 16 1600 00*. *. Essa grande diferença geralmente prevalece sobre fatores de probabilidade e o produto de substitui ção de hidrogênio terciário por bromo é, normalmente, formado em maior quantidade.
Origem dos termos cientí ficos ficos • A palavra “parafina” (pela qual os alcanos são também chamados) vem do latim parum, pouca, e affinis , afinidade. É uma clara alusão à baixa reatividade dessa classe de compostos.
• “Vicinal” vem do latim vicinus, vizinho. • “Geminal” vem do latim geminus, gêmeo. • “Trimerização” vem do grego tri, tr ês, e meros, parte.
Tema para pesquisa • “Quais são as utilidades de um maçarico?”
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Experimento
28% : 72% Assim, espera-se que 28% do produto de monossubstituição de H por Cl, no butano à temperatura ambiente, seja 1-cloro-butano e 72% seja 2-cloro-butano. Nesse caso, há predominância do produto de substituição do hidrogênio secundário em relação ao primário. Mas considere agora o 2-metil-butano, usado como exemplo na página 120 do livro:
DESTILAÇÃO POR ARRASTE A VAPOR O artigo de Guimar ães, Oliveira e Abreu, indicado em Sugestões de leitura complementar para o professor , propõe um experimento de extração de essências vegetais por meio da técnica de arraste a vapor, realizado com materiais de obtenção relativamente simples.
2ª possibilidade 3ª possibilidade 4ª possibilidade H3C
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Sugestões de leitura complementar para o professor
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1ª possibilidade (ambas equivalentes)
* MORRISON, R. T.; BOYD, R. N. Organic Chemistry . 6. ed. New
Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc
entice Hall, Hall, 1992. p. 109.
ALVES, H. M. A diversidade qu ímica das plantas como fonte de Temáticos de Química Nova na fitofármacos. Cadernos Temáticos Escola , n. 3, 2001. p. 10-15. O autor mostra como o estudo qu ímico dos produtos naturais pode contribuir para a produ çã o de compostos biologicamente ativos, principalmente com atividade farmacológica. Os terpenos t êm destaque no artigo.
Capítulo 7
GUIMARÃES, P. P. I. C.; OLIVEIRA, R. E. C.; ABREU, R. G. Extraindo Extrai ndo óleos essenciais de plantas. Química Nova na Escola , n. 11, 2000. p. 45-46. Os autores relatam um experimento de extra ção de essências vegetais por meio da t écnica de arraste a vapor empregando materiais alternativos de obten ção relativamente relativamen te simples.
Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos .
Principais conteúdos conceituais do capí tulo tulo
Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos
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Conteúdos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos er
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• Acidez de ácidos carboxílicos • Equacionar a ionização de um • Ter curiosidade por conhecer e de fenóis, sua ionização em melhor como as “coisas da ácido carboxílico em água. água e sua reação com hidró- • Observar a presença de gru- natureza funcionam”. xidos inorgânicos pos substituintes e, a partir • Valorizaçã o da observação • Grupos substituintes que po- dessa observação, estabele- como importante fonte para dem provocar alterações na cer comparação entre a aciobter informações. força de um ácido carboxílico dez de diferentes ácidos carou de um fenol boxílicos e/ou de diferentes • Basicidade de aminas, sua fenóis. ionização em água e sua rea- • Equacionar a reação de neução com ácidos inorgânicos tralização de uma amina por e com ácidos carboxílicos um ácido inorgânico. • Conceito de composto orgâ- • Equacionar a reação de neunico anfótero, com destaque tralização de uma amina por para os α-aminoácidos um ácido carboxílico. • Explicação para o funciona- • Reconhecer a presença de grumento dos indicadores ácidopos funcionais ácidos e básicos base em uma mesma molécula, caracterizando-a como anfótera.
Comentário geral Ter uma visão geral sobre acidez e basicidade de compostos orgânicos é, por vários motivos, importante para o estudante de Química no ensino médio. Há diversos acontecimentos cotidianos que envolvem o tema. Alguns deles são apresentados no capítulo: por que o vinagre é azedo, como certos desodorantes neutralizam o cheiro de suor, por que vinagre (ou suco de limão) reduz o cheiro forte de um peixe em apodrecimento, por que alguns medicamentos que têm a classe funcional amina são apresentados na forma de sais de amônio em vez de na forma molecular etc. O conhecimento da reação entre ácidos carboxílicos e hidróxidos alcalinos ajuda a compreender a hidrólise básica de ésteres, no capítulo 8, e esta, por sua vez, permite entender como são produzidos os sabões, no capítulo 10.
Ao estudar o que é um composto anfótero e conhecer o mais comum dos exemplos — o que é aminoácido —, o aluno prepara-se para o estudo das proteínas, no capítulo 10. Também com os princípios vistos neste capítulo, o estudante pode ampliar o entendimento do conceito de indicador ácido-base. á cido-base. Tomando Tomando como exemplo a fenolftaleína, fórmulas orgânicas são empregadas no capítulo para representar ambas as formas do indicador que coexistem em equilíbrio em solução aquosa. A aplicação do Princípio de Le Chatelier a esse equilíbrio explica a mudança de cor do indicador em função do pH do meio.
Origem dos termos cient í ficos ficos • A palavra palavra “ácido” vem vem do prefixo prefixo ac-, presente no grego e no latim, que indica ser picante, agudo, pontudo. É uma clara alusão a o efeito picante dos ácidos sobre a língua.
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• A palavra palavra “álcali” “álcali” vem do árabe árabe al-qali, pelo latim medieval alkali, cinza de plantas. Nas cinzas vegetais são encontrados sódio e potássio na forma de óxidos e carbonatos. Graças à presença desses óxidos básicos (que reagem com água formando hidróxidos) e carbonatos (que em água sofrem hidrólise do ânion), a adição de cinzas à água deixa o meio básico. Daí usar “álcali” como sinônimo de base, e “alcalino” como sinônimo de básico.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sb http://quimica nova.sbq.org.br/QN_OnL q.org.br/QN_OnLine_Geral.ht ine_Geral.htm m Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc COSTA, M. L.; SILVA, R. R. Ataque à pele. Química Nova na Escola , n. 1, 1995. p. 3-7. Artigo sobre bronzeamento bronzeamento,, c âncer de pele e protetores solares. FERREIRA, V. V. F. F. Aprendendo sobre os conceitos de ácido e base. Química Nova na Escola , n. 4, 1996. p. 35-36. e
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O artigo sugere o experimento de extração do lapachol da serragem do ip ê. O procedimento envolve várias operações químicas (por exemplo, filtração, cristalização, extração). A prática tem relação com este capítulo porque envolve uma rea ção do composto (de características ácidas) com carbonato de sódio, produzindo um sal solúvel em água e que pode ser, portanto, extra ído com esse solvente. A regenera ção do sal é feita por meio da reação com um ácido. A prática também permite trabalhar atitudes de seguran ça em laboratório, já que envolve procedimentos potencialmente perigosos (aquecimento, uso de ácido etc.). TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solu çã o? Química Nova , v. 25, n. 4, 2002. p. 684-688. As autoras sugerem o uso de extratos de amora, jabuticaba, jambolão e uva como indicadores de pH, tanto na forma l í quida como em papel. Al é m de apresentar fotos da cor dos extratos em di ferentes pHs, o artigo compara o desempenho desses indicadores, na forma de papel, com o de alguns pap éis indicadores universais comercialmente disponíveis. O artigo também inclui fórmulas estruturais de antocianinas e apresenta os equilíbrios químicos envolvidos.
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Capítulo 8 6.
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Óxido-redução, desidratação e esterificação
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• Reconhecimento da ocorrên- • Determinar, com base numa • Valorizar os conhecimentos cia de oxidação ou de reduequação química, se um comde povos antigos no tocante ção de um composto orgâni- posto orgânico sofreu oxida- à produção do vinagre. co por meio da análise de uma ção ou redução. • Perceber que a tecnologia é equação química • Representar os produtos es- algo antigo e que englo• Reconhecimento de agente perados na oxidação de ál- ba exemplos relativamente oxidante e de agente redutor coois primários e de álcoois simples, como, por exemplo, em reações orgânicas secundários. a produção de vinagre. • Oxidação de álcoois • Representar os produtos es• Noção do que acontece quan- perados na oxidação branda, na ozonólise e na oxidação do o vinho se transforma em enérgica de alcenos. vinagre • Equacionar a desidrataçã o • Oxidação de alcenos • O papel da redução na obten- intermolecular e a intramolecular de álcoois. ção industrial da anilina • Desidratação intermolecular • Equacionar a esterificação e a hidrólise de ésteres. e desidratação intramolecular de álcoois • Esterificação • Hidrólise ácida de ésteres • Hidrólise básica de ésteres
Comentário geral Como o próprio título espelha, este capítulo engloba três blocos distintos. O primeiro deles vai do item 1 ao item 3 e consiste na aplicação do conceito de óxido-redução aos compostos orgânicos. Os processos de óxido-redução de compostos orgânicos constituem-se num amplo e complexo segmento de estudo e a meta do capítulo é trabalhar apenas os casos mais significativos para o ensino médio, que são os processos envolvendo álcoois e alcenos. O segundo bloco é o item 4, em que se apresentam os processos de desidratação intermolecular e intramolecular de álcoois. O terceiro bloco envolve esterificação e hidrólise de ésteres, em meio ácido e em meio alcalino. Para compreender a hidrólise em meio alcalino, é necessário que já tenha sido estudado o que é um sal de ácido carboxílico. A reação entre ácidos carboxílicos e bases é assunto do capítulo 7. Por sua vez, assimilar o que é hidrólise básica é importante para que, no capítulo 10, o estudante possa compreender a reação de saponificação de triacilgliceróis, usada na produção de sabões.
Tema para pesquisa • “Em que época viveu William Perkin e qual foi sua contribuição para a indústria de corantes?”
Atividade
Procedimento: 1. Use o pincel fino para escrever com o suco de limão na folha de papel. 2. Esper Esperee até que o papel seque seque à sombra. sombra. Não leve o papel ao sol nem se exponha à luz solar antes de lavar bem as mãos para remover qualquer respingo do suco de limão. Tomar sol com suco de limão na pele produz manchas escuras que levam muito tempo para sair. 3. Adicione 60 gotas gotas de tintura de iodo a meio copo (de requeijão) de água e mexa com uma colher. 4. Mergulhe o pincel grosso grosso nesse líquido e esfregue-o esfregue-o sobre a folha. Observe os dizeres se tornarem visíveis. 5. Proponha uma explicação para o que observou. Compare sua explicação com a de seus colegas e discuta-a com o professor. Ao professor
Nesse experimento, o suco de limão é a “tinta invisível”. Uma solução feita com 60 gotas de tintura tintura de iodo (solução alcoólica de I2) adicionadas a meio copo de água atua como “revelador” da escrita invisível. Quando essa solução aquosa de iodo é aplicada ao papel, o iodo (I2) nela presente interage com fragmentos de alguns polissacarídios existentes no papel, produzindo um complexo de coloração roxa. Substâncias presentes no suco do limão reagem com o iodo, consumindo-o (transformando-o em iodeto, I –). Assim, nos locais em que se escreveu com o suco do limão, não haverá iodo e, portanto, não aparecerá a coloração roxa no papel. Isso permite a visualização do que foi escrito. Evidentemente, não se espera que os alunos proponham a explicação completa, mas que concluam que “algo” no suco do limão impede o aparecimento da cor roxa. O professor pode concluir, dizendo que esse “algo” reage com o iodo, consumindo-o. Esse “algo” é a vitamina C, que se oxida e provoca a redução do iodo a iodeto. d
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Em atividade que pode ser interdisciplinar com Biologia, o professor apresenta a cada equipe os nomes e as fórmulas dos participantes do ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico) e a equipe deve concluir em quais das etapas ocorre oxidação e quais são os átomos de carbono que se oxidam nessas etapas.
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BAFÔMETRO DE DICROMATO
O artigo de Braathen e também o de Ferreira, Mól e Silva, indiSugestõ ões de leitura complementar para o professor , ofecados em Sugest recem roteiros para a simulação do bafômetro de dicromato.
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Experimentos
IDENTIFICAÇÃO DA VITAMINA C Sugestõ ões de O artigo de Silva, Ferreira e Silva, indicado em Sugest propõe um método para a identificação da presença da vitamina C em sucos de fruta por meio de reações de óxido-redução. leitura complementar para o professor ,
TINTA INVISÍ VEL VEL Ao aluno
Objetivo: Escrever num papel com tinta invisível e, a seguir, tornar a escrita visível usando uma reação química. Material: • suco de limão limão espremi espremido do na hora (Lave bem as mãos antes de se expor ao sol!) • pi pinc ncel el fi fino no • pi pinc ncel el gr gros osso so • fol folha ha de pap papel el bra branco nco • dois copos de vidro vidro (dos (dos de requei requeijão) jão) • água • tin tintura tura de iodo iodo (Adqui (Adquirida rida em farmá farmácia; cia; cuidado, pois mancha a pele e as roupas!) • co cont ntaa-go gota tass • colher
Textos ao professor UMA OXIDAÇÃO MILION ÁRIA
Em 1856, William Perkin, que acabava de fazer 18 anos, empenhou-se em um ambicioso projeto no laboratório de sua casa durante os feriados da Semana Santa na faculdade de Química em que estudava: preparar quinina artificialmente. Na faculdade, William era aluno do químico orgânico alemão A. W. Hofmann. [...] Em uma de suas aulas, Hofmann disse que seria muito desejável preparar quinina artificialmente porque esse medicamento — o único conhecido na época para combater a malária — podia ser obtido somente da casca de uma árvore proveniente das Índias Orientais.
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Perkin se propôs a sintetizar a quinina a partir da toluidina, um derivado da hulha (tipo de carvão mineral) e obtido como subproduto barato da indústria do aço [...]. Perkin conhecia as fórmulas moleculares da toluidina [C7H9N] e da quinina [C 20H24N2O2] e pensou que poderia transformar uma na outra adicionando o número necessário de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. [...] Numa das etapas da preparação, preparaçã o, Perkin empregou um poderoso agente oxidante: o dicromato de potássio. O resultado dessa oxidação foi uma pasta escura que não se parecia nem um pouco com a quinina. Em vez de desistir, Perkin decidiu repetir o procedimento usando um material mais simples como ponto de partida: a anilina. [...] Dessa vez o produto foi um sólido negro ainda mais diferente da quinina. Antes de jogá-lo fora, Perkin notou que a água e o álcool usados para lavar o frasco se coloriam de púrpura. Fascinado com esse resultado inesperado, o jovem químico percebeu que as soluções obtidas eram capazes de tingir a roupa. Perkin rapidamente encontrou um método prático para extrair o corante púrpura da mistura negra. Enviou uma amostra desse corante sintético a uma fábrica inglesa de corantes para que o testassem em seda e algodão. A avaliação concluiu que se tratava de um corante muito promissor para uso na seda, mas não para uso no algodão. Contudo os tintureiros logo descobriram que havia meio de aplicar no algodão um tratamento prévio, que o tornava torn ava suscetível a ser corado pelo produto descoberto por Perkin. Assim, uma tentativa de sintetizar quinina conduziu à produção acidental do primeiro corante artificial. Com o entusiasmo de sua juventude, Perkin decidiu patentear o corante, construir uma fábrica e entrar nesse ramo industrial. Ele não foi muito encorajado por seu professor Hofmann, que desejava que ele continuasse seus estudos acadêmicos e achava que começar um negócio de corantes era loucura. Hofmann estava equivocado. Felizmente para o jovem Perkin, seu pai era rico e tinha grande confiança em seu filho. Com o apoio do pai e do irmão, Perkin obteve a patente de seu corante, construiu uma fábrica e solucionou os problemas relacionados com a produção em larga escala do material. [...] O negócio de Perkin teve um enorme êxito. O corante, que foi chamado de púrpura de anilina, púrpura do Tiro, malva (ou malveína), chegou a ser extremamente popular. Esse último nome foi dado na França, onde o produto chegou a ser largamente usado. Até a descoberta de Perkin, os corantes de cor púrpura estáveis conhecidos eram extremamente caros. Usado desde há muito tempo, o corante natural anteriormente denominado púrpura do Tiro era extraído de pequenos caracóis que vivem no Mar Mediterrâneo e são difíceis de recolher. Eram necessários nove mil deles para obter um grama de corante. Só a realeza podia permitir-se usar roupas dessa cor; daí a associação da cor púrpura com a realeza. A síntese feita por Perkin de um belo corante púrpura e estável a partir do carvão mineral fazia com que essa cor passasse a estar disponível por um preço acessível à maioria das pessoas. [...] O êxito desse corante correspondeu ao nascimento da indústria dos corantes sintéticos [...] e representou também uma história de descobrimento casual que fez com que uma simples reação de oxidação de uma substância orgânica se transformasse num negócio milionário. Fonte: ROBERTS, R. M. Serendipia: descubrimientos accidentales en la
animal não pode sobreviver. Se o conteúdo de oxigênio cai a um valor muito baixo, as bactérias anaeróbicas assumem o processo de decomposição, formando poluentes nocivos tais como CH 4, NH3 e H2S. A DBO da água poluída é determinada pela medida da quantidade de oxigênio consumida por uma amostra de volume conhecido. A amostra da água é inicialmente diluída com água destilada saturada de ar para garantir um excesso de oxigênio. A concentração de oxigênio dissolvido na amostra diluída é determinada imediatamente e novamente após um período de cinco dias. A partir da diminuição da concentração de oxigênio, pode-se calcular a DBO, que é usualmente expressa como no de mg de O2 necessários DBO no de litros da amostra
partes de O2 /milhões de partes da amostra
Uma DBO de 0 a 3 é característica de água “pura” ou aproximadamente pura. Valores de DBO maiores que 5 indicam água de pureza duvidável. Os despejos não tratados tratado s de uma cidade tipicamente têm uma DBO de 100 a 400; alguns despejos industriais têm valores tão altos como 10.000. Você pode avaliar os problemas criados se estes materiais são lançados diretamente em uma fonte de água. Quí í mica mica Geral Superior. Fonte: MASTERTON, W. L.; SLOWINSKI, E. J. Qu
4. ed. Rio de Janeiro: Interamericana, Interamericana, 1977. p. 257-258.
ANTIOXIDANTES NATURAIS
Muitos alimentos ricos em gorduras e óleos estragam-se facilmente por causa da oxidação (particularmente óleos insaturados, porque as ligações duplas são muito reativas). Embora os processos por meio dos quais essas reações acontecem sejam complexos, podemos dizer, de modo simplificado, que é o oxigênio do ar que provoca tais reações. Para evitar que elas ocorram, antioxidantes são freqüentemente adicionados aos alimentos para preservá-los. Antioxidantes são compostos que inibem a oxidação pelo oxigênio molecular. Compostos fenólicos e derivados da hidroquinona são especialmente úteis para tal fim. O uso de antioxidantes para preservar alimentos não é novo; apenas é novo o entendimento de sua ação química. Desde tempos remotos, temperos e ervas são empregados para ajudar no armazenamento seguro de alimentos. É interessante notar que muitos desses materiais naturais têm odor agradável. Especiarias como cravo, orégano, tomilho, alecrim e sálvia contêm compostos fenólicos, que, há muito, foram associados com a classe de substâncias que os químicos denominam aromáticas. O processo de defumação das da s carnes fornece antioxidantes para a comida porque formaldeído e compostos fenólicos são encontrados na fumaça proveniente da madeira. Antioxidantes também estão presentes nos tecidos animais para prevenir a oxidação das gorduras naturais no organismo. Há quem considere que o processo de envelhecimento é acelerado pela oxidação das ligações duplas naturais. Fonte: MUNDY, B. P. et al. Organic and biological Chemistry . Orlando:
Saunders, 1993. p. 176. ( Tradu Traduçã ção o nossa.)
ciencia. Madrid: Alianza Editorial, 1989. p. 112-116. ( Tradu Traduçã ção o nossa.)
[POLUIÇÃO E DBO]
Um dos mais sérios efeitos dos despejos humanos e industriais é o aumento da demanda biológica de oxigênio (DBO) das fontes naturais de água. Bactérias aeróbicas usam o oxigênio para degradar compostos orgânicos complexos em espécies mais simples e geralmente não poluentes tais como CO 2, NO3 e SO24 . Este processo reduz a quantidade de oxigênio dissolvido na água, às vezes ao ponto em que a vida
Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos : o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Cole ção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atua ção da Química e dos qu ímicos. O capítulo 7 comenta alguns fatos históricos sobre o início da indústria de corantes e a participação da anilina nesse processo.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BACCAN, N. et al. Química Analítica Quantitativa Elementar . 2. ed. São Paulo: Edgard Bl ücher, 1985. p. 224. Nessa referência encontra-se um experimento que permite determinar a massa da vitamina C em um comprimido efervescente pelo m étodo iodimétrico. BRAATHEN, P. C. H á lito culpado. O princ í pio qu í mico do bafômetro. Química Nova na Escola , n. 5, p. 3-5, 1997. Além de uma discussão sobre o princ ípio em que se baseia o bafômetro de dicromato, o autor apresenta uma simulação de seu uso. FERREIRA, G. A. L.; M ÓL, G. S.; SILVA, R. R. Bafômetro – um modelo demonstrativo. Química Nova na Escola , n. 5, 1997. p. 32-33. O artigo descreve a constru ção de um modelo de bafômetro que pode ser empregado para compara ções qualitativas.
Entre outros aspectos relacionados ao tratamento das águas residuárias, o artigo apresenta o papel dos processos de óxido-redução envolvendo matéria orgânica. LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica . Tradução de Arnaldo A. Sim ões e Wilson R. N. Lodi. 2. 2. ed. São Paulo: Sarvier, 1995. p. 336. Esse é um exemplo de refer ência em que o professor pode obter as f órmulas estruturais dos integrantes do ciclo do ácido cítrico, a fim de realizar o que foi proposto na seção Atividade deste capítulo. PERRY, K. S. P. Queijos: aspectos qu ímicos, bioquímicos e microbiol ó gicos. Química Nova , v. 27, n. 2, 2004. p. 293-300. RODRIGUES, J. R.; AGUIAR, M. R. M. P.; MARIA, L. C. S.; SANTOS, Z. A. M. Uma abordagem alternativa para o ensino da fun çã o á lcool. Química Nova na Escola , n. 12, 2000. p. 20-23. SILVA, S. L. A.; FERREIRA, G. A. L.; SILVA, R. R. À procura da vitamina C. Química Nova na Escola , n. 2, p. 31-32, 1995. Os autores descrevem um m étodo para identifica ção da presença da vitamina C em diversos sucos de frutas. (Trata-se de um método semiquantitativo. Para uma análise quantitativa da vitamina C em um comprimido efervescente, veja a obra de N. Baccan et al., nesta lista de sugest ões.) v
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GUIMARÃES, J. R.; NOUR, E. A. A. Tratando nossos esgotos: processos que imitam a natureza. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 1, 2001. p. 19-30. fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e
Capítulo 9
Polímeros sintéticos
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Principais conteúdos conceituais do capí tulo tulo
Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos
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Conteúdos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos o
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• Conceito de polimeriza çã o por adição • Exemplos importantes de polímeros de adição • Noção sobre elastômeros • Vulcanização da borracha • Conceito de polimeriza çã o por condensação • Exemplos importantes de polímeros de condensação • Polímeros termofixos e polímeros termoplásticos • Noções sobre a composição de fibras têxteis
• Reconhecer as classes funcio- • Prestar atenção aos códigos nais presentes nos polímeros de reciclagem estampados mais significativos significativos.. em objetos plásticos e ser • Dada a fórmula (ou o nome Iu- consciente da importância da reciclagem desses materiais. pac) de um monômero vinílico, ser capaz de equacionar • Ponderar que os avanços téca polimerização desse monônicos s ã o, quase sempre, mero. conseq üência da utilização • Analisar a fórmula estrutural de princípios científicos. de um polímero vinílico e, com • Percebe Perceberr que muito do conforbase nessa análise, deduzir to da vida moderna moder na se deve à qual a fórmula do monômero utilização de progressos da que provavelmente foi empreQuímica. gado na síntese. • Perceber a necessidade de • Analisar a fórmula estrutural discussão constante do tema de um poliéster ou de uma res“desenvolvimento versus versus respoliamida e deduzir qual(is) peito ao ambiente”. a(s) fórmula(s) do(s) monômero(s) empregado(s) empregado(s) em sua síntese.
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Comentário geral Este é um capítulo pequeno, mas bastante significativo e normalmente muito bem recebido pelos alunos. A participação dos polímeros sintéticos sintéticos na vida diária é algo notório e os estudantes costumam achar interessante descobrir o que são alguns dos materiais cujos nomes já conhecem de longa data, tais como polietileno, poliestireno, PVC, PVA, náilon, poliéster, poliuretana e policarbonato.
Textos ao professor ENTENDENDO AS ETIQUETAS DAS ROUPAS
LAVAGEM
• Pode ser lavado na máquina. O número indica a temperatura máxima da água durante a lavagem. Neste exemplo a temperatura máxima indicada é 60 C.
Origem dos termos cient í ficos ficos
• Deve ser lavado a mão.
• A palavra palavra “polímero” “polímero” vem do grego grego polys, muito, e meros, parte. “Monômero” vem de monos, um, e meros, parte. • “Plást “Plástico” ico” vem vem do grego grego plastik ós, que significa “referente às dobras do barro”. Em latim essa palavra se tornou plasticu, significando “que pode ser moldado”. Assim, os modernos materiais plásticos têm esse nome porque podem ser facilmente modeláveis no formato desejado, produzindo-se com eles os mais variados objetos.
• Deve ser lavado a seco (não usar água).
• Pode ser usado alvejante.
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• Não pode ser usado alvejante. 9 1 e or
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LAVAGEM A SECO
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• “A história da descoberta dos dos plásticos.” plásticos.” • “Como um plástico é modelado modelado no formato desejado?” • “Tempo de de persistência dos diversos materiais materiais presentes no lixo antes de sua degradação.” l
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• Pode ser lavado a seco. Lavagens a seco devem ser feitas por lavanderias especializadas. A letra no interior do círculo pode ser A, F ou P e indica o produto químico que a lavanderi lavanderiaa deve usar.*
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Temas para discussã discussão em grupo 4
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• “Plásticos são realmente melhores que que os materiais naturais?” • “Que substituto substitutoss há para os plást plásticos?” icos?” • “Tod “Todos os os objetos ddee matéria plástica comercializados são indispensáveis?” • “O impacto ambiental causado pelos plásticos já se faz notar de modo apreciável no mundo contemporâneo?” • “Os inconvenientes inconvenientes que acompanham o uso dos plásticos compensam suas vantagens?” • “Se houvesse súbita súbita redução na produção de plásticos, plásticos, quem se ressentiria ressentiria mais: os países ricos ou os países pobres?”
A
• Não lavar a seco.
SECAGEM
• Pode ser seco em secadora.
• Não deve ser seco em secadora.
• Secar verticalment verticalmentee (varal). • Secar em cabide. • Deve ser seco na horizontal, sobre uma superfície plana.
Experimentos MOLDAGEM MOLDA GEM DE UM PL ÁSTICO Sugestõ ões de O artigo de Braathen e colaboradores, indicado em Sugest leitura complementar para o professor, propõe um experimento em
que uma resina polimérica é produzida e moldada. Esse experimento chama a atenção para a origem etimológica da palavra plástico, que indica a capacidade de ser moldado.
PASSAR A FERRO 1
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• Passar a baixa temperatura (no máximo 120 C). • Passar a temperatura média (no máximo 160 C). • Passar a alta temperatura. • Não passar a ferro.
POLIMERIZAÇÃO Sugestõ ões de leitura comO livro de Mano e Seabra, indicado nas Sugest plementar para o professor, contém algumas práticas de polimerização.
* A letra A indica que pode ser lavado lavado a seco com os solventes comumente usados para tal fim, F sugere solventes fluorados e P recomenda lavagem com percloroetileno (Cl 2C l CCl2).
TEMPO PARA DEGRADAÇÃO DE ALGUNS MATERIAIS JOGADOS AO MAR
Jornais
14 a 42 dias
Embalagens de papel
1a4 meses
3
Guardanapos de papel e frutas
meses
2
Pontas de cigarro e f ósforos
anos
5
Chicletes
anos
30
Náilon
Garrafas de plástico Garrafas e frascos de vidro
anos
100 anos
1 milhão de anos
Fonte: Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental (Cetesb) e
Fundação Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (SP), in Vanessa Vanessa de Sá, Folha de S.Paulo, Oceanos (caderno especial), 17 maio 1998. p. 7.
Sugestão de leitura complementar para o aluno VANIN, J. A. Alquimistas e químicos : o passado, o presente e o futuro. São Paulo: Moderna, 1994. (Cole ção Polêmica) Paradidático que oferece um panorama da atua ção da Qu í mica e dos qu í micos. Os cap í tulos 5, 6 e 7 apresentam várias aplicações práticas dos materiais poliméricos.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BRAATHEN, P. C.; SILVA, A. M.; FÁTIMA, A.; MOREIRA JÚNIOR, S. S. Plásticos: molde você mesmo! Química Nova na Escola , n. 13, 2001. p. 47-48. Os autores sugerem um experimento de baixo custo que permite sintetizar e modelar uma resina polim érica à base de ur éia e formol. Atente, contudo, para as medidas de seguran ça necessárias. DE PAOLI, M.-A. Plásticos inteligentes inteligentes.. Cadernos Temáticos de
O autor descreve as raz ões pelas quais alguns desses materiais são chamados de “plásticos inteligentes” e quais as aplicações dessa promissora classe de materiais. FAEZ, R.; REIS, C.; FREITAS, P. S.; KOSIMA, O. K.; RUGGERI, G.; DE PAOLI, M.-A. Pol ímeros condutores. Química Nova na Escola , n. 11, 2000. p. 13-18. Esse artigo apresenta uma discuss ão sobre o que s ão os polímeros condutores e o mecanismo sugerido para o fato de conduzirem a eletricidade. Tamb ém discute sua síntese e aplicações. FRANCHET TI, S. M.; MARCONATO, FRANCHETTI, MARCONATO, J. C. A importância das propriedades físicas dos polímeros na reciclagem. Quími- ca Nova na Escola , n. 18, 2003. p. 42-45. MANO, E. B.; MENDES, L. C. Introdução a polímeros . 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1999. Livro que fornece uma vis ão geral dos pol ímeros, sua composição, suas propriedades, sua produ ção e suas aplicações. MANO, E. B.; SEABRA, SEA BRA, A. P. Práticas de Química Orgânica . 3. ed. São Paulo: Edgard Bl ücher, 1987. Livro de práticas destinado aos cursos universitários que contêm Química Orgânica experimental. Nele h á algumas práticas de polimeriza ção que podem ser realizadas em laborat órios bem equipados. equi pados. Se for esse o caso da sua escola, sugerimos a s íntese da resina fenol-formalde ído (p. 177) ou da resina ur éia-formol (p. 179). MATEUS, A. L. Química na cabeça . Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2002. Apresenta uma s érie de experimentos cl ássicos, que podem ser usados para problematizar e/ou ilustrar pontos da Química do nível médio. A parte 3 do livro, intitulada “Artes plásticas: polímeros em a ção”, aborda dezesseis experimentos envolvendo pol ímeros. Os materiais necessários são relacionados, o procedimento é descrito e os resultados esperados s ão comentados.
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ROCHA-FILH O, R. C. Nobel 2000. Polímeros condutores: descoROCHA-FILHO, berta e aplicações. Química Nova na Escola , n. 12, 2000. p. 11-14. O artigo relata as biografias dos tr ês ganhadores do Prêmio Nobel 2000 e algumas das aplica ções dos polímeros condutores de corrente el étrica. SANTA MARIA, L. C.; LEITE, M. C. A. M.; AGUIAR, M. R. M. P.; OLIVEIRA, R. O.; ARCANJO, M. E.; CARVALHO, CARVALHO, E. L. Coleta seletiva e separação de plásticos. Química Nova na Escola , n. 17, 2003. p. 32-35. SOUZA, P. P.; SILVA, G. G.; AMARAL, L. O. F. O cotidiano é meio amorfo: transição vítrea; uma abordagem para o ensino m é dio. Química Nova na Escola , n. 20, 2004. p. 21-25. SPINACÉ, M. A.; DE PAOLI, PAOLI, M. A. A tecnologia da reciclagem reci clagem de polímeros. Química Nova , v. 28, n. 1, 2005. p. 65-72. WAN, E.; GALEMBECK, E.; GALEMBECK, F. F. Polímeros sintéticos. Cadernos Temáticos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 2, 2001. p. 5-8. Os autores apresentam, em linhas gerais, as propriedades das estruturas polim éricas enfocando, entre elas, a transição v ítrea, que responde pelas propriedades de algumas resinas presentes no cotidiano (por exemplo, amolecimento da goma de mascar quando é colocada na boca e, portanto, submetida à temperatura corporal).
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Capítulo 10 Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos Principais conteúdos conceituais do capí tulo tulo
Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos
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• Estrutura dos triacilgliceróis • Representar o triacilglicerol • Noção da distinção, em nível obtido a partir de um certo ácido graxo. molecular, entre óleos e gorduras • Equacionar a produçã o de • Á cidos graxos saturados, sab ão a partir de um certo monoinsaturados e poliinsaturados
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triacilglicerol.
Conte údos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos
• Perceber que muito do conforto da vida moderna se deve à utilização de progressos da Química.
• Valorizar os progressos da Ci ência e suas aplica çõ es
• Demonstrar, a partir da fórmu- como agentes do bem-estar • Aproveitamento de triacilgli- la molecular, se um á cido humano. graxo é saturado ou insa- • Valorizar a alimentação variaceróis na produção de sabão da e adequada para a manu• Mecanismo de atuaçã o do turado. tenção da saúde. sabão ou do detergente na • Representar a estrutura genérica de um α-aminoácido. • Interessar-se pelos próprios limpeza direitos de consumidor. • Conceito de α-aminoácido e • Equacionar a forma çã o de uma ligação peptídica. • Ponderar sobre os riscos rede ligação peptídica • Observar a fórmula estrutural presentados pelos esteróides • Noção do que é proteína anabolizantes. de um monossacarídio e iden• Hidrólise de proteínas tificar nela os grupos funcio- • Valorizar os conhecimentos • Enzimas nais presentes. de povos antigos no tocante • Principais carboidratos e sua • Equacionar a forma çã o da à panificação. ocorrência natural sacarose a partir da glicose e • Ter consci c onsci ência da complexi• Carboidratos como fonte da frutose. dade das questões éticas coenergética na dieta • Equacionar a forma çã o do locadas pelos recentes avan• Obtenção do etanol por fer- amido e da celulose a partir ços na área genética. mentação alcoólica da glicose. • Riscos oferecidos pelo con- • Equacionar a obtençã o do sumo de bebidas alcoólicas etanol a partir da sacarose. • Breves noções sobre ácidos nucléicos
Comentário geral Este capítulo é relevante para a formação do aluno, pois muitos conceitos estudados ao longo do livro são aplicados para conhecer importantes grupos de substâncias para os seres vivos. Caso não haja tempo de abordar em sala este capítulo, sugerimos que ele seja trabalhado de algum modo que não envolva gasto de muitas aulas. O capítulo pode ser estudado como se fosse um livro paradidático e os alunos podem re alizar pequenos trabalhos escritos que demonstrem que compreenderam a essência dos assuntos apresentados. Há uma lista de temas para pesquisa, sugeridos mais à frente, que podem ser incorporados a essa atividade.
Origem dos termos cientí ficos ficos • Os carboidratos de moléculas relativamente pequenas pequenas (mono e dissacarídios, por exemplo) são também conhecidos como “glicídios”, do grego glykys, doce. O nome “glicose” tem também a mesma origem. E o glicerol (ou glicerina), que tem sabor adocicado, também! • “Sacaro “Sacarose” se” vem vem do grego grego sákkharos , pelo latim saccharum, açúcar de cana. • “Lact “Lactose” ose” vem vem do grego grego laktis, leite. “Galactose” vem do grego gálaktos, que também significa leite.
• “Maltose” “Maltose” vem da palavra palavra malte, que designa a mistura de água e substâncias extraídas de grãos de cereais germinados. • “Amido Amido”” vem do grego grego ámylon, não moído, por meio do latim medieval amidum, massa para bolo feita de farinha de trigo. • “Celu “Celulose” lose” vem vem da palavra palavra célula acrescida do sufixo ose, comum na terminação do nome de carboidratos. A celulose é o material presente na parede celular, que envolve as células vegetais.
A água possui uma alta tensão superficial ou, em outras palavras, sua superfície possui uma resistência relativamente alta a ser atravessada por pequenos objetos. Isso é explicado pelas ligações de hidrogênio que mantêm as moléculas fortemente unidas. Molécula da superf í c ie ície
Molécula “tí pica pica” presente no lí quido quido
Temas para pesquisa Além do tema sugerido no capítulo (“P or que os detergentes sintéticos e os sabões são chamados de agentes tensoativos?”), outras propostas são: • “Produtos da indústria de fermentação.” Esse tema permite aos alunos perceber que a importância da fermentação se estende para muito além da produção de etanol. esteró óides? Eles podem ser incluídos na categoria dos lipídios, • “O que são ester lipídi os, esteró ó ides das proteínas ou dos carboidratos? E o que são os ester anabolizantes? Que risco representam?” • “Curtição do couro: em que consiste e para que serve?”
Experimento
Uma molécula “típica” presente em um líquido é atraída por todas as suas vizinhas. Já uma molécula da superfície só é atraída pelas moléculas laterais e inferiores. Há uma “compactação” maior entre as moléculas da superfície, o que dá origem à tensão superficial do líquido, que será tanto mais forte quanto mais intensas forem as interações intermoleculares. intermoleculares. Fonte da ilustração: M. D. Joesten e J. L. Wood, World of Chemistry .
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2. ed. Orlando, Saunders, 1996. p. 192. fe e d
PÃO CASEIRO
O professor pode dividir a classe em equipes. Cada uma deve pesquisar e trazer para a escola uma receita de pão caseiro e os ingredientes. Na receita deve ser usado fermento biológico, constituído por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisae. Fazer o pão durante uma aula prática, com a supervisão do professor. Chame a atenção dos alunos para o crescimento da massa enquanto ela “descansa”. Se achar conveniente, faça o teste da bolinha. Retire uma bolinha de massa crua assim que ela terminar de ser amassada. Jogue-a dentro de um copo com água e observe como afunda. Deixe a massa em repouso e examine sempre a bolinha no copo. Depois de certo tempo (que varia dependendo da temperatura do dia), a bolinha sobe e passa a flutuar na água. Isso evidencia que a massa já pode ir ao forno. E a explicação? Inicialmente a densidade da bolinha é maior que a da água e ela afunda. Com a fermentação, gás carbônico é liberado dentro da massa e o volume da bolinha aumenta. Isso faz a sua densidade diminuir progressivamente até que, num certo instante, se torna menos densa que a água e passa a flutuar. Vale a pena, por exemplo, investigar o efeito e feito da temperatura tempera tura sobre a atividade das leveduras. Uma bolinha pode ser colocada na água gelada, e o tempo necessário para a subida pode ser marcado e comparado com a bolinha jogada em água à temperatura ambiente. Isso ilustra por que podemos guardar massa de pizza crua na geladeira para usar no dia seguinte.
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Mol éculas de água o ig d ó C o d 4 8 1
Água
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A elevada tensão superficial da água se explica pelas fortes atrações entre uma molécula da superfície e suas vizinhas. u
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Mol éculas de detergente R
Água + Detergente
As moléculas de detergente tendem a se acumular na superfície da água, reduzindo a tensão superficial desse líquido, já que as forças atrativas entre as moléculas de detergente não são tão fortes. Fonte das ilustrações: C. H. Snyder. The estraordinary Chemistry of ordinary things . 4. ed. New York, John Wiley, 2003. p. 311, 313.
Os detergentes catiônicos do tipo sal de amônio quaternário possuem efeito germicida, isto é, matam microrganismos (germes). CH3
SABÕES E TENSÃO SUPERFICIAL
Se colocarmos uma pequena agulha com cuidado sobre a superfície da água pura, ela permanecerá aí, apesar de ser feita de um material mais denso que a água. Se, no entanto, adicionarmos uma gota de detergente à água, imediatamente ela afundará.
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DETERGENTES CA CATI TIÔNICOS
Textos ao professor
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A presença de sabões e detergentes diminui a tensão superficial, porque essas substâncias tendem a se acumular na superfície, diminuindo a força atrativa entre as moléculas. Dizemos que são agentes tensoativos ou surfactantes, pois atuam sobre a tensão superficial.
H3C [ CH2 ]11
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CH3 Cl
CH3 Exemplo de um sal quaternário de amônio que age como detergente catiônico
Por esse motivo, ao ler o rótulo de alguns produtos desinfetantes para uso sanitário, você encontrará inscrições do tipo “ingrediente ativo: quaternário de amônio”. Outra interessante aplicação dos detergentes catiônicos está em alguns dos líquidos para enxaguar e higienizar a boca nos quais há cloreto de cetipiridínio, que atua como detergente na remoção das sujeiras que se acumulam nos dentes e
têm relação com a formação da placa bacteriana. Sua fórmula estrutural é:
ÁCIDOS GRAXOS cis E trans : ISSO INTERESSA À SUA SAÚDE
Os ácidos graxos trans não são metabolizados pelo organismo humano, mas podem ficar armazenados por toda a vida, uma vez que os ácidos graxos trans possuem moléculas “retas” e se unem da mesma maneira que os ácidos graxos saturados. Em contraste, os ácidos graxos cis têm moléculas “curvas” e não se “empacotam” bem. Os riscos à saúde provocados pelos ácidos graxos trans serão reduzidos se não ingerirmos gorduras vegetais hidrogenadas. Como saber quais produtos são feitos com elas? Simples. Basta ler o rótulo!
A relação direta entre dietas ricas em gorduras saturadas e ataques cardíacos é bem conhecida. Ácidos graxos saturados são geralmente encontrados em gorduras sólidas ou semi-sólidas, enquanto ácidos graxos insaturados são usualmente encontrados em óleos. Como resultado, os nutricionistas recomendam o uso de óleos vegetais líquidos para cozinhar, e as pessoas em geral estão cientes desse conselho. Menos conhecido, contudo, é o processo pelo qual são feitas a margarina e as gorduras semi-sólidas usadas para cozinhar. O hidrogênio é adicionado às ligações duplas C C de óleos insaturados para convertê-los em uma gordura sólida ou semisólida de melhor consistência e com menor chance de estragar. Esse processo de hidrogenação diminui o número de ligações duplas mas também produz ácidos graxos trans a partir de ácidos graxos cis naturais.
Cloreto de cetil-piridíni cetil-piridínioo
Representação das moléculas de ácidos graxos trans no estado sólido.
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H3C [ CH2 ]15 N
Fonte: KOTZ, John C. et al. The chemical world : concepts and applications. ção Orlando: Saunders, 1994. p. 482. ( Tradu Traduçã o nossa.)
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A LECITINA E OS ESTER ÓIDES SÃO LIP Í DIOS DIOS e L e a
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Além de triacilgliceróis, há outras substâncias que também são incluídas na categoria de lipídios: a lecitina e os esteróides. C
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Lecitina 4
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A lecitina, também denominada fosfatidilcolina, apresenta a presenta a fórmula estrutural mostrada mostra da a seguir. Nela podemos reconhecer uma semelhança com os triacilgliceróis. Trata-se, na verdade, de um derivado do glicerol por formação de éster com duas moléculas de ácidos graxos. O terceiro grupo OH do glicerol é usado em ligação com um grupo fosfato, que, por sua vez, se acha ligado a uma molécula de colina. p
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Grupo fosfato ro p e
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Fragmento de uma mol écula chamada colina
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CHC HCH H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
O H
C H
Extremidade polar
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Glicerol
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CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Dois fragmentos de ácidos graxos
Cadeia apolar
Estrutura de uma molécula de fosfatidilcol fosfatidilcolina ina (lecitina).
Em nosso organismo, a lecitina participa do transporte de óleos e gorduras, que não são solúveis em água. É fácil explicar esse papel desempenhado pela lecitina. Ela possui uma extremidade polar e uma longa cadeia apolar. Assim sendo, ela apresenta propriedades parecidas com as do sabão. Do ponto de vista comercial, a lecitina é empregada em vários produtos, sempre visando promover a emulsificaçã ção o. Exemplos de produtos que “conciliação” entre substâncias apolares e a água, que é denominada emulsifica usam a lecitina como emulsificante são leite em pó instantâneo, sorvetes, chocolates e margarinas. A gema de ovo possui quantidades apreciáveis de lecitina e, por esse motivo, é usada para promover a emulsificação do óleo no vinagre, durante o preparo da maionese.
Esteróides
Os esteróides constituem um grupo de compostos muito abundantes nos seres vivos. Todos eles contêm um esqueleto molecular, denominado núcleo esteróide.
Progesterona — Hormônio sexual feminino, indispensável à manutenção da gravidez. Age na parede do útero, preparando-a para receber o óvulo fecundado e dar início à gestação. Do estudo químico da progesterona e de outros hormônios esteróides envolvidos no processo de ovulação e menstruação surgiram as pílulas anticoncepcionais, compostas, em geral, de “hormônios sintéticos”, que, uma vez administrados regularmente, impedem a ovulação e, conseqüentemente, a gravidez. CH3
Núcleo esteróide
Os esteróides também são conhecidos como lipídios nãosaponificáveis, uma vez que não são hidrolisados por soluções alcalinas, ou seja, não participam de reações de saponificação. Embora sejam encontrados freqüentemente em animais e vegetais, os esteróides mais importantes têm origem animal. Muitos deles desempenham importantes papéis biológicos. Vejamos Vejamos alguns exemplos significativ significativos. os. Colesterol — Nosso corpo consegue absorver o colesterol presente na comida e também é capaz de sintetizá-lo. Ele toma parte na constituição de nossas membranas celulares e também serve como “matéria-prima” para a síntese de alguns hormônios, da vitamina D e dos sais biliares, que participam da digestão das gorduras. O fígado sintetiza cerca de 90% 90% dos 3 g a 5 g diários de colesterol que nosso corpo produz. Esse composto representa cerca de um sexto do peso seco do cérebro e sistema nervoso. No entanto altas concentrações de colesterol no sangue são responsáveis pela formação de depósitos dessa substância nas paredes das artérias, estreitando-as, prejudicando a circulação e aumentando a probabilidade de ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais.
C CH3
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O Progesterona
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Testosterona — Hormônio sexual masculino, produzido nos tesTestosterona tículos. É o responsável pelos efeitos notados durante a adolescência no corpo dos rapazes, tais como, desenvolvimento dos órgãos sexuais, mudança de voz, aparecimento de pêlos no rosto, no púbis e sob as axilas. A testosterona é, também, a responsável pela maior massa muscular dos homens em relação às mulheres, o que é denominado efeito anabó anabólico da testosterona. OH
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Colesterol p o
Cortisona — Um dos muitos hormônios produzidos pela glândula adrenal. Desempenha importante papel no controle do metabolismo de açúcares e tem uso medicamentoso no alívio de sintomas inflamatórios, especialmente no caso de artrite. CH2OH C CH3
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O Cortisona
Vitamina D2 — Sintetizada pelo organismo a partir de precursores presentes na alimentação e exposição à luz solar. A deficiência dessa vitamina pode provocar raquitismo e vários tipos de problemas pro blemas ósseos.
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Esteróides anabolizantes anabolizantes — Por causa do efeito anabólico, alguns atletas começaram a fazer uso de injeções de testostero testosterona, na, na tentativa de aumentar a massa muscular, a força e a resistência. Como se trata de uma droga de difícil administração, administração, foram desenvolvidas variações químicas de testosterona, testosteron a, administráveis por via oral. Trata-se dos esteróides anabolizantes, que, apesar de proibidos pelas entidades que regulamentam as várias categorias esportivas, são consumidos por alguns atletas. Sua utilização prolongada pode provocar esterilidade , impotência , ginecomastia (crescimento do tecido mamário), lesões no fígado e nos rins , doenças cardíacas, depressão , ansiedade e outros distúrbios psíquicos . Um exemplo desse tipo de droga é o estanozolol estanozolol,, detectado na urina do corredor canadense Ben Johnson após a corrida de cem metros nas Olimpíadas de Seul, em 1988 — o que lhe valeu a perda da medalha e severa suspensão das competições. OH CH3 CH3
CH3 CH3 CH2 N N H Vitamina D2 (calciferol)
Estanozolol
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-conformaçã ção, o, também denominada conformação de folha A β-conforma pregueada ou folha dobrada, consiste num arranjo em que duas par-
tes da mesma cadeia protéica (ou eventualmente de cadeias distintas) estabelecem ligações de hidrogênio entre seus grupos N k H e C l O. O arranjo resultante lembra o de uma folha de papel dobrada em forma de ziguezague. Um esquema da β-conformação é mostrado na figura .
Ligações es de hidrogê hidrog ênio. Grupos laterais que possuam hidro• Ligaçõ gênio ligado a nitrogênio (N k H) ou oxigênio (O k H) podem estabelecer ligações de hidrogênio com os grupos laterais de outros aminoácidos que apresentem a presentem oxigênio ou nitrogênio.
CH H
O
CH3 Treonina
. . . . . . .
Cadeia proté protéica
H O
Serina
CH2
Esquema que ilustra a estrutura tridimensional secundária tipo β-conformação (ou conformação em folha pregueada ou folha dobrada). Nela, porções distintas de uma mesma cadeia protéica (ou de cadeias distintas) se unem graças às ligações de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O. Os átomos de carbono e nitrogênio da cadeia se dispõem em ziguezague, com os grupos laterais se alternando à frente e atrás dessa cadeia.
Interações es hidrof óbicas. Esse é o nome que se dá às interações • Interaçõ tipo dipolo instantâneo-dipolo instantâneo-dipolo induzido que se estabelecem entre grupos laterais de dois aminoácidos. Participam desse tipo de interação os aminoácidos que possuem grupos laterais apolares. 9 9 1 e d
O cabelo e a lã consistem essencialmente de queratina, uma proteína rica em aminoácidos glicina e leucina, com quantidades menores de uns doze outros aminoácidos. Muitos deles possuem grupos laterais volumosos, o que favorece a estrutura de α-hélice. Tanto o cabelo quanto a lã são bastante elásticos. Essa elasticidade se deve justamente à estrutura secundária. Quando tracionamos esses materiais, eles esticam porque a α-hélice é esticada; e, cessada a força, eles voltam à situação inicial, exatamente como uma mola. Garras, cascos e unhas também são formados por queratina. Nesses materiais, contudo, as cadeias protéicas possuem muitas ligações entre si (tipo ligações dissulfeto, apresentadas mais à frente), o que confere maior rigidez e menor elasticidade. As teias de aranha e a seda são constituídas por fibroína. Trata-se de uma proteína formada principalmente por glicina e alanina, cujos grupos laterais são pouco volumosos e propiciam a estrutura secundária do tipo β-conformação (folha pregueada). Num fio desses materiais há centenas de cadeias protéicas unidas por meio dessa conformação. Isso produz uma superfície muito lisa, que pode ser percebida ao tocar uma roupa feita de seda natural. As fibras da seda não podem ser tão esticadas quanto as da lã. Isso se deve ao fato de não apresentarem a estrutura de α-hélice, mas sim de β-conformação. Estrutura terciária
A estrutura primária de uma proteína corresponde à maneira maneir a como seus aminoácidos estão ordenados, e a e strutura secundária (α-hélice ou β-conformação) se origina das interações tipo ligação de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O. A estrutura tridimensional de uma molécula protéica também envolve um enrolar da molécula sobre si mesma, dando origem às mais variadas formas possíveis. Esse enrolar se deve à interação entre os grupos laterais dos aminoácidos. A estrutura terciária de uma proteína consiste num arranjo tridimensional proveniente proveniente das interações entre os grupos laterais dos aminoácidos presentes. Essas interações podem ser de quatro tipos: ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e ligações dissulfeto. Vejamos Vejamos cada uma delas.
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H3C
Fonte da ilustração: D. D. Dressler e H. Potter, Discovering enzymes .
New York, York, Scientific American Library, 1991. p. 122.
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CH3
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Cadeia protééica prot 1 e d 0
Fenilalanina 1 6. 9 i e L e l
CH2 a n e P o d
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Ligações es iô i ônicas. Também chamadas de pontes salinas, são • Ligaçõ interações decorrentes da atração entre cargas de sinais opostos existentes nos grupos laterais de dois aminoácidos. De onde vêm essas cargas? Por meio das fórmulas estruturais dos vinte aminoácidos podemos verificar que alguns deles apresentam grupos laterais que são ácidos (ácidos carboxílicos) ou básicos (aminas) e que, portanto, podem adquirir cargas em conseqüência da ionização desses grupos. p
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CH2 –
Ácido aspá aspártico
COO Cadeia protéica proté +
NH3
Lisina
[CH2]4
• Ligaçõ Ligações es dissulfeto. São ligações que se estabelecem entre dois aminoácidos do tipo cisteína, que se unem com a saída de dois átomos de hidrogênio e formação de uma ligação entre dois átomos de enxofre ( k S k S k). Daí surge o nome ligações dissulfeto. É importante notar que são ligações covalentes. Alguns autores as denominam pontes de enxofre.
CH2
CH2 Ciste í na na Cadeia protéica
SH
S
SH
S Ciste í na na
CH2
CH2
A figura a seguir ilustra esses quatro tipos de interações entre os grupos laterais em uma proteína.
— [CH — [CH2]4 — — NH NH3+
–
OOC — CH — CH2 —
CH2
CH2
O—H
S
OH
S
H 3 C C H 3
H3C — CH
CH2
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Esquema ilustrando os quatro tipos de interações entre os grupos laterais de aminoácidos, responsáveis pela estrutura terciária de uma proteína. i
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Fonte: Esquema elaborado pelos autores a partir de M. M. Bloomfield e L. J. Stephens, e
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Chemistry and the living organism . 6. ed. New York, John Wiley, 1996. p. 444. fe
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A diferença entre as estruturas secundária e terciária é sutil e deve ser bem entendida. Enquanto a secundária se deve às ligações de hidrogênio entre os grupos N k H e C l O (que fazem parte dos grupos amida provenientes das ligações peptídicas), a terciária se deve às interações entre os grupos laterais, freqüentemente entre aminoácidos situados a uma certa distância na estrutura primária. São justamente essas interações que fazem as moléculas protéicas se enrolarem e permanecerem com seu formato, que é essencial para desempenharem seu papel biológico. Uma analogia entre as estruturas primária, secundária e terc iária pode ser feita com um fio de telefone. O fio em si representa a estrutura primária, que consiste na ordem de encadeamento dos aminoácidos. A estrutura secundária pode ser comparada ao formato “espiralado” do fio de telefone e a terciária, ao enrolar do fio sobre si mesmo, dando origem ao seu formato final. a
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O fio de telefone fornece uma analogia para os níveis estruturais de uma proteína. A estrutura primária (seqüência de aminoácidos) corresponde ao fio propriamente dito ; a secundária (tipo α-hélice) está representada pela disposição “espiralada” ; a terciária, pelo enrolar do fio sobre si mesmo . Fonte da ilustração: P. W. Davis et al. The world of Biology . 4. ed. Orlando, Saunders, 1990, p. 73.
Pode parecer, à primeira vista, que a e strutura primária de uma proteína é pouco importante e que ela de fato é caracterizada por sua estrutura secundária e terciária. Totalmente errado! Uma proteína tem suas características únicas como decorrência de sua estrutura primária. É como decorrência dela que a proteína adota esta ou aquela estrutura secundária (a-hélice ou b-conformação). É também uma conseqüência dela (dos grupos laterais) que a proteína pode dobrar-se e estabelecer sua conformação espacial característica (estrutura terciária). Proteínas globulares e fibrosas
Dependendo da estrutura terciária, as proteínas podem ser divididas em dois grupos: globulares e fibrosas. í nas Proteí Prote nas globulares são aquelas cuja molécula está muito dobrada sobre si mesma, conduzindo a um formato razoavelmente esférico. Essas proteínas em geral são solúveis em água, o que é fácil entender com o auxílio do esquema a seguir. Os aminoácidos que possuem grupos laterais apolares tendem a ficar na parte interna da estrutura e os que possuem grupos polares, na parte externa. Assim, a proteína é solúvel em água porque a parte externa, que entra em contato com a água, é polar.
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Aminoácidos com grupos laterais hidrófilos
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Aminoácidos com grupos laterais hidrófobos
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Esquema bastante simplificado de como uma proteína do tipo globular pode adquirir uma estrutura terciária, deixando os aminoácidos com grupos laterais hidrófilos na parte externa e os hidrófobos, na interna. O resultado é uma proteína solúvel em água. York, Scientific American Fonte do esquema: S. H. Barondes, Molecules and mental illness . New York, Library,, 1993. p. 52. Library
Exemplos de proteínas globulares são a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio em nosso sistema circulatório, e as enzimas, que aumentam a rapidez de reações de importância vital aos organismos. proteí í nas nas fibrosas , ao contrário das globulares, adquirem a forma de longos filamentos que, em geral, As prote ficam trançados uns nos outros como os fios em uma corda. Isso origina uma fibra altamente resistente, que torna a proteína apta a desempenhar papel estrutural. É o caso da queratina, presente em pêlos, cabelos e unhas, do colágeno, que faz parte da pele e dos tendões, e da fibroína, que constitui os fios de seda e as teias de aranha. Proteínas simples e conjugadas
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Na fórmula estrutural dos aminoácidos encontramos invariavelmente os elementos carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. São esses, portanto, os elementos que fazem parte de todas as proteínas. Dos vinte aminoácidos, dois apresentam enxofre: a cisteína e a metionina. Conseqüentemente, esse elemento estará presente em proteínas que os contenham. No entanto, além de C, H, O, N e S, outros elementos podem estar presentes. Isso ocorre porque há proteínas que, além dos aminoácidos, possuem outros tipos de constituintes (orgânicos ou inorgânicos) em sua estrutura. prostéticos e podem ser, por exemplo, açúcares, lipídios ou até mesmo Taiss constituintes são denominados grupos prosté Tai cromó ó foros. moléculas coloridas, chamadas de grupos prostéticos crom As proteínas que não contêm grupos prostéticos — formadas, portanto, única e exclusivamente pela união de proteí í nas nas simples ou homoprote homoproteí í nas. nas. aminoácidos — são chamadas de prote proteí í nas nas conjugadas ou heteroprote heteroproteí í nas. nas. As que contêm grupos prostéticos são chamadas de prote A caseína, proteína existente no leite, apresenta o fosfato (derivado do ácido fosfórico, H3PO4) como grupo prostético. Na imunoglobulina G, presente na circulação sangüínea e responsável pelo combate a doenças contagiosas, os grupos prostéticos são açúcares. A hemoglobina também é uma proteína conjugada, na qual o grupo prostético contém um átomo de ferro. É esse o grupo cromóforo responsável pela cor característica da hemoglobina. CH2CH2COOH
H3C
H2C
N
CH N H3C
CH2CH2COOH
Fe
N CH3
N
Fe H2C
CH
CH3
Grupo heme
Esquema mostrando a estrutura terciária de uma das quatro cadeias polipeptídicas presentes na hemoglobina humana. A seta indica a posição do aminoácido envolvido na anemia falciforme, doença comentada anteriormente. O destaque à direita é dado para a fórmula estrutural do grupo prostético cromóforo (chamado de heme), em cujo centro há um átomo de ferro. Fontes: I. Blei e G. Odian, General, Organic and Biochemistry ; connecting Chemistry to your life. New York, Freeman, 2000. p. 610. B. H. Mahan e R. J. Myers, University Chemistry . 4. ed. Menlo Park, Benjamin-Cummings, 1987. p. 928.
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Estrutura quatern ária
A união de aminoácidos forma uma cadeia protéica (ou cadeia peptídica) que apresenta as estruturas primária, secundária e terciária que lhe são características. Há algumas proteínas, no entanto, que possuem mais de uma cadeia protéica. É o caso da hemoglobina, que é formada por quatro cadeias protéicas unidas entre si. Denomina-se estrutura quatern ária o arranjo espacial resultante da união de duas ou mais c adeias protéicas que formam uma proteína. Essas cadeias podem unir-se exatamente pelos mesmos tipos de interações envolvidas na estrutura terciária. A tabela a seguir mostra as características de algumas proteínas. Entre elas, todas as que apresentam duas ou mais cadeias protéicas possuem estrutura quaternária.
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Proteína
Número de amino ácidos
Massa molecular(u)
Cadeias protéicas
Citocromo c (humano)
13.000
104
1
Ribonuclease A (pâncreas bovino)
13.700
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Lisozima (clara de ovo)
13.930
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Quimotripsina (pâncreas bovino)
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Hemoglobina (humana)
64.500
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450.000
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Biochemistry.. Fonte dos dados da tabela: NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry P
3. ed. New York: Worth, 2000. p. 128. o
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A figura abaixo ilustra a estrutura quaternária da hemoglobina humana, com suas quatro cadeias protéicas. 8
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Fe Fe
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Esquema mostrando a estrutura quaternária da hemoglobina humana. Note que são quatro cadeias peptídicas, cada qual com um grupo heme. Fonte do esquema: W. K. Purves et al. Life; the Science of Biology. 7. ed.
Sunderland (Massachusetts), Sinauer, Sinauer, 2004. p. 43.
COLÁGENO: DAS RUGAS NA PELE À CURTIÇÃO DO COURO
O colágeno, proteína com alto conteúdo de glicina e prolina, é a mais abundante proteína do nosso corpo. Ela está presente prese nte na pele, nos tendões, nas cartilagens, nos vasos sangüíneos, nos ossos e nos dentes. As longas moléculas de colágeno apresentam-se unidas por meio de algumas ligações covalentes. À medida que o organismo envelhece, mais e mais ligações são estabelecidas. Como conseqüência, a pele se torna menos elástica e mais enrugada, o que é fácil de perceber ao comparar a pele de uma criança com a de uma pessoa idosa. O aumento das ligações entre as fibras de colágeno com o envelhecimento envelhecim ento também pode ser constatado na carne que ingerimos. Um filé proveniente do abate de um bezerro é bem mais macio que o de um boi velho. O mesmo ocorre com carne de aves: “galinha velha tem que ser cozida por mais tempo!” O colágeno é também o principal componente do couro. Na préhistória o ser humano começou a usar peles de animais para
confeccionar vestimentas. No entanto, após alguns dias, o couro começava a se decompor e tinha de ser descartado e substituído por outro. Foi na região do Mar Mediterrâneo, há cerca de 3.500 anos, que o processo da curtição do couro foi inventado e, com ele, as peles passaram a ter uma durabilidade muito maior. Esse processo consistia essencialmente em deixar o couro em contato com substâncias químicas extraídas de vegetais, em geral gera l casca de árvores. Essas substâncias, denominadas taninos, são constituídas por longas moléculas com vários grupos fenol. Elas são capazes de propiciar o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre as moléculas de colágeno, tornando-as menos sujeitas à decomposição sob a ação de microrganismos. Hoje o processo da curtição do couro é basicamente basicamente o mesmo, só que outras substâncias mais apropriadas que o tanino foram descobertas e são usadas atualmente. Elas estabelecem ligações covalentes entre as moléculas de colágeno, tornando o couro ainda mais durável.
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APROVEITANDO A DESNATURAÇÃO PROTÉICA 8 9 9 1 e
Os cabelos são formados por uma proteína chamada quera tina. Na sua composição entram várias unidades de cisteína. Entre duas moléculas de proteína, os grupos R da cisteína reagem formando ligações dissulfeto (pontes de enxofre). e
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CH NH2
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Ligações dissulfeto d
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Fonte: Esquema elaborado a partir de H. S. Stoker, Chemistry; a science for today. New York, Macmillan, 1989. p. 830. R
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Quando alguém faz permanente no cabelo, utiliza um produto que abre essas ligações e em seguida outro que as fecha novamente, deixando o cabelo como desejado. O cabelo novo que nasce será igual ao existente anteriormente e, por esse motivo, a permanente precisa ser refeita de tempos em tempos.
ALGO MAIS SOBRE MONOSSACAR Í DIOS DIOS Frutose (C6H12O6) çúcar Também conhecida como levulose ou açú car das frutas, a frutose é uma cetose encontrada em vários sucos de frutas e também no mel. É o açúcar de sabor mais doce que se conhece, sendo inclusive mais doce que o açúcar de cana, a sacarose. Na natureza, a frutose é freqüentemente encontrada em combinação com a glicose, na forma do dissacarídio sacarose.
Galactose (C6H12O6)
A galactose não é encontrada na natureza na forma livre de um monossacarídio. Sua ocorrência mais importante se dá no leite, no qual aparece combinada com a glicose, formando o dissacarídio lactose. O polissacarídio ágar-ágar, obtido de certos tipos de algas marinhas, é constituído pela união de muitas moléculas de galactose.
Trata-se de um material que os seres humanos não conseguem digerir e que é usado para elaborar balas de goma, para espessar sorvetes e molhos e também para fazer meios de cultura para o crescimento de microrganismos em laboratório. Glicose (C6H12O6)
A glicose também é conhecida como dextrose, açú açúcar car do sangue çúcar car das uvas. Trata-se do mais comum dos açúcares com seis ou açú carbonos na molécula e também a única aldose que é comumente encontrada na natureza na forma de monossacarídio. É a fonte imediata de energia para as reações que ocorrem em nossas células, tais como aquelas que dão origem aos movimentos musculares, à cicatrização cicatrizaç ão de machucados e à transmissão de impulsos nervosos. Um adulto possui cerca de 5 a 6 gramas de glicose livre em seu sangue, quantidade suficiente apenas para garantir o funcionamento do organismo por cerca de 15 minutos. Sendo assim, o organismo
deve repor continuamente glicose no sangue, a partir do fígado e dos músculos, onde ela fica armazenada na forma de glicogênio (apresentado mais à frente). O nível de glicose no sangue permanece razoavelmente constante, embora possa aumentar um pouco logo depois das refeições e cair após um longo período de jejum. Industrialmente, a glicose é produzida por meio da hidrólise do amido proveniente de vegetais. O amido de milho é largamente usado para tal finalidade. A hidrólise do amido pode ser assim representada: (C6H10O5)n n H2O n C6H12O6 Amido
disso, possui aplicação nutricional em dietas ricas em calorias: pode-se ingerir muito dela sem que se fique enjoado com um sabor exageradamente doce. Maltose (C12H22O11) Malte é o nome que se dá a uma mistura de água com substâncias extraídas de grãos (sementes) de cereais germinados (isto é, com as sementes iniciando seu desenvolvimento) sob condições controladas. Durante a produção do malte, o amido (polissacarídio da glicose) presente nos grãos dos cereais sofre hidrólise total ou parcial, dando origem a unidades menores: moléculas de glicose (monossacarídio), de maltose (dissacarídio) e de dextrinas (formadas por algumas dezenas de moléculas de glicose unidas). Como conseqüência de sua presença no malte, a maltose é çúcar car do malte. também conhecida como açú
Glicose
ALGO MAIS SOBRE DISSACAR Í DIOS DIOS
Sacarose (C12H22O11) çúcar çúcar Açú A car de cana, açú a çúcar car de mesa ou açú car de beterraba são alguns nomes usados para designar o dissacarídio sacarose. Ele é encontrado em muitos sucos de frutas e vegetais. Cada uma de suas moléculas é formada pela união de uma molécula de glicose e outra de frutose. É esse o açúcar comum que adquirimos em supermercados e que usamos em casa. No Brasil, sua produção comercial é feita a partir da garapa, o caldo obtido pela moagem da cana-de-açúcar. Em muitos países, a sacarose é fabricada a partir da beterraba.
Lactose (C12H22O11)
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O açúcar presente no leite dos mamíferos é o dissacarídio lactose, cujas moléculas são formadas pela combinação de uma molécula de glicose com outra de galactose. No leite de vaca, a lactose corresponde de 4% a 5%. No leite humano sua participação é maior, estando na faixa de 6% a 8%. A lactose, quando pura, é um sólido cristalino incolor praticamente sem gosto. (Nem todo carboidrato é doce!) Em virtude 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l
O QUE É AÇÚCAR INVERTIDO? a n P
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Talvez Tal vez você já tenha visto em alguma embalagem de chocolate a informação de que, entre os demais ingrediçúcar car invertido. entes, há açú A sacarose pode ser hidrolisada em meio ácido ou na presença de uma enzima apropriada, denominada invertase, fornecendo glicose e frutose. C12H22O11 H2O C6H12O6 C6H12O6 bi
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Glicose
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Como a mistura final é mais doce que a sacarose, essa reação permite adoçar chocolates e outros produtos com menor gasto de sacarose. inversã ão da sacarose. Esse nome se deve ao fato de a solução original A reação mostrada é chamada de invers desviar o plano da luz polarizada no sentido horário e a mistura final desviar no sentido inverso, o anti-horário. Graças a essa inversão do sentido de desvio do plano da luz polarizada, a mistura de glicose e frutose obtida por çúcar car invertido. meio da hidrólise da sacarose é denominada açú A doçura do mel se deve ao açúcar invertido, produzido por enzimas presentes na abelha. Tais enzimas utilizam o açúcar do néctar das plantas. Sacarose
Glicose
Frutose
H2O
Ligação
Reação
Dissociação
Invertase
Enzima + substrato
Complexo enzima-substrato
Complexo enzima-produto
Enzima + produto
Representação esquemática da atuação da enzina invertase, que aumenta a rapidez da hidrólise da sacarose, também chamada de inversãoo da sacarose. A sacarose (substrato) se une à enzima. O complexo enzima-substrato já está formado. A hidrólise já inversã ocorreu, e os produtos (glicose e frutose) ainda estão unidos à enzima. Os produtos se desprendem da enzima, que está apta a atuar novamente, repetindo o processo. Fonte do esquema: D. D. Dressler e H. Potter, Discovering enzymes . New York, Scientific American Library, 1991. p. 71.
HIPOGLICEMIA E HIPERGLICEMIA
A concentração normal de glicose no sangue se situa entre 60 e 100 mg/100 mL e permanece razoavelmente constante ao longo do tempo. No entanto, algumas circunstâncias podem alterar tal quadro. A situação de concentração sangüínea de glicose mais alta em relação ao valor normal é denominada hiperglicemia. É o que ocorre no caso da enfermidade denominada diabetes melito. Há medicamentos capazes de reduzir a taxa de açúcar no sangue de pacientes que sofram de formas leves de diabetes. Em casos mais sérios, há necessidade da administração de insulina, substância naturalmente encontrada encontr ada em nosso corpo, mas, no caso dos diabéticos, em quantidade insuficiente. O papel da insulina é favorecer a metabolização do excedente de glicose pelo organismo. A condição oposta à hiperglicemia é chamada hipoglicemia, ou seja, taxa de glicose no sangue abaixo do normal. Alguns sintomas desse distúrbio são náuseas, fraqueza e sonolência. A hipoglicemia pode ser tratada com orientações médicas, regularizando a ingestão de glicose na dieta e fazendo refeições mais freqüentes.
GLICOGÊNIO
O excedente de glicose que passa para o sangue após uma refeição não permanece nele; caso contrário, o indivíduo entraria em hiperglicemia, o que causaria sérios riscos à saúde. Ele é armazenado nos músculos e no fígado na forma de um outro polissacarídio de α-glicose denominado glicogênio. O glicogênio corresponde a cerca de 5% da massa do fígado e 0,5% da dos músculos. Um longo período após a refeição, quando o nível de glicose no sangue começa a diminuir, o organismo vai liberando gradualmente as moléculas de glicose que estão armazenadas armazena das na forma de glicogênio, permitindo que o nível de açúcar no sangue permaneça razoavelmente constante. Assim, pode-se dizer que o glicogênio é um “parente” muito próximo do amido. Trata-se de um polissacarídio de reserva, presente nos animais, que possui moléculas altamente ramificadas. A presença de muitas ramificações no glicogênio é extremamente importante. Quando o organismo precisa aumentar o nível de açúcar no sangue, as moléculas das extremidades é que são liberadas. Como o glicogênio é altamente ramificado, há muitas moléculas de glicose nas extremidades, permitindo uma liberação rápida de uma fonte de energia para o organismo. Polissacarídio de glicose não-ramificado
Sugestão de leitura complementar para o aluno MINC, C. Ecologia e cidadania . São Paulo: Moderna, 1998. Paradidático que apresenta e discute v ários aspectos envolvidos na interven ção humana sobre o ambiente.
Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sb http://quimica nova.sbq.org.br/QN_On q.org.br/QN_OnLine_Geral.h Line_Geral.htm tm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BARBOSA, A. B.; SILVA, R. R. Xampus. Química Nova na Esco- la , n. 2, 1995. p. 3-6. Os autores desse artigo abordam o efeito dos agentes de limpeza sobre os cabelos, a sua composi ção qu ímica e a estrutura fundamental f undamental do cabelo. cab elo. Tamb ém discutem como a acidez ou a alcalinidade de xampus afetam tal estrutura. BITTENCOU RT FILHA, A. M. B.; COSTA, V. BITTENCOURT V. G.; BIZZO, H. H . R. Avaliação da qualidade de detergentes a partir do volume de espuma formado. Química Nova na Escola , n. 9, 1999. p. 43-45. Os autores propõem um experimento que envolve uma reação de efervescência que libera gás carbônico que, por sua vez, forma bolhas no sab ão. O volume total de espuma é usado para avaliar a qualidade do sab ão no que diz respeito à capacidade emulsificante.
FERRARI, R. A.; OLIVEIRA, V. S.; SCABIO, A. Biodiesel de soja – Taxa de conversão em ésteres etílicos, caracterização físico-química e consumo em gerador de energia. Química Nova , v. 28, n. 1, 2005. p. 19-23. GUGLIOTTI, M. A Química do corpo humano: tens ão superficial nos pulm ões. Química Nova na Escola , n. 16, 2002. p. 3-5.
SANTOS, C. P.; P.; REIS, I. I . N.; MOREIRA , J. E. B.; BRASILEI RO, L. B. Papel: como se fabrica? Química Nova na Esco- la , n. 14, 2001. p. 3-7. Apresenta a história da produção do papel, seu m étodo de produ ção e suas propriedades.
ramificado
Nesse esquema, cada pequena circunferência representa uma unidade de glicose em um polissacarídio. As extremidades estão destacadas em cinza mais claro para facilitar a visualização. No glicogênio, altamente ramificado, há muitas unidades de glicose nas extremidades, permitindo rápida liberação de glicose para o sangue quando necessário. Fonte do esquema: B. P. Mundy et al. Organic and Biological Chemistry .
Orlando, Saunders, 1993. p. 283.
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CORREIA, P. R. M.; DAZZANI, M.; MARCONDES, M. E.; TORRES, B. B. A Bioqu í mica como ferramenta interdisciplinar: vencendo vencendo o desafio da integra ção de conteúdos no ensino m édio. Química Nova na Escola , n. 19, 2004. p. 19-23.
MÓL, G. S.; BARBOSA, A. B.; SILVA, R. R. Água dura em sabão mole... Química Nova na Escola , n. 2, 1995. p. 32-33. Sugere experimento que compara a atua ção de sabão em água dura e em água mole.
Polissacarídio de glicose
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SILVA, R. R.; FERREIRA, G. A. L.; BAPTISTA, J. A.; DINIZ, F. V. A Química e a conservação dos dentes. Química Nova na Escola , n. 13, 2001. p. 3-8. Comenta aspectos da atua ção dos dentifr ícios, com destaque para a atua ção na limpeza e no combate às cáries. VERANI, C. N.; GONÇALVES, D. R.; NASCIMENTO, M. G. Sabões e detergentes como tema organizador de aprendizagens no ensino m édio. Química Nova na Escola , n. 12, 2000. p. 15-19.
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Capítulo 11 Principais conteúdos conceituais do capí tulo tulo
A Química Orgânica e o ambiente Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos
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• Composição qu ímica do pe- • Equacionar exemplos das • Perceber a necessidade de discussão constante do tema tróleo principais reações orgânicas resversus res• Noção sobre os produtos im- estudadas ao longo do curso “desenvolvimento versus peito ao ambiente”. e que são empregadas na inportantes da indústria petrodústria a fim de transformar • Demonstrar, por meio de atos química ma t é rias-primas petroqu í concretos, ser consciente da • Carvão mineral e seu apromicas em substâncias de innecessidade da reciclagem veitamento teresse do usuário final e da do lixo. • Gás natural sociedade. • Valorizar as medidas de pro• Efeito estufa e intensificação • Separar os itens de uma lista teção ambiental. do efeito estufa devido à atide materiais presentes no lixo • Ponderar que os avanços técvidade humana em categorias, de acordo com nicos s ã o, quase sempre, • Biogás a possibilidade de seu reaproconseq üê ncia da utilização • Métodos usados no descar- veitamento. de princípios científicos. te do lixo, suas vantagens e • Destinar corretamente, na • Perceber que muito do condesvantagens vivência cotidiana, os mateforto da vida moderna se • Compostagem e reciclagem riais passíveis de reciclagem, deve à utilização de progresde acordo com a realidade do do lixo sos da Química. local em que se vive.
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Comentário geral ã
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Temas para discussã discussão em grupo
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O estudo da Química Orgânica é finalizado com este capítulo 11, petró óleo (aproveitando, neste momento, um maior coque retoma o tema petr nhecimento do estudante sobre a Química Orgânica) e que trata também do carvão mineral. A importância desses materiais fósseis como matériasprimas e combustíveis é explorada, bem como as implicações de sua queima. Também Também são apresentadas, neste capítulo, informações sobre o efeito estufa e sobre o descarte do lixo e seu reaproveitamento, tema polêmico, atual e intrinsecamente relacionado à cidadania. Trata-se de um capítulo relevante para o desenvolvimento de conhecimentos desejáveis a qualquer cidadão. cida dão. Caso não haja tempo de abordálo detalhadamente em sala, sugere-se que ele seja trabalhado de algum modo que não envolva gasto de muitas aulas. O capítulo pode, por exemplo, ser estudado como se fosse um livro paradidático e os alunos podem realizar pequenos trabalhos escritos que demonstrem que compreenderam a essência dos assuntos apresentados. Há também a possibilidade de que, se o cronograma permitir, cada grupo estude um trecho do ca pítulo e faça apresentações em público sobre ele.
Origem dos termos cient í ficos ficos • A palavra palavra “alcatrão” “alcatrão” vem do árabe árabe al-qatran, que quer dizer “a resina”.
Tema para pa ra pesquisa pesquis a • “Técnicas químicas e princípios químicos empregados empregados na preservação preservação do ambiente.”
• “Que aproveitamento do lixo é feito em nossa localidade?” • “O que não é feito feito e que se poderia poderia fazer?” • “Que atitudes estão ao nosso alcance para colaborar no aproveitamento aproveitamento do lixo?” • “Que atitudes nossas incentivam incentivam indiretamente indiretamente a degradação do ambiente ambiente e a piora da qualidade de vida no planeta?”
Experimento DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DO PVC Sugestõ ões de O artigo de Marconato e Franchetti, indicado em Sugest leitura complementar para o professor , propõe um experimento em
que se promove a decomposição do PVC por aquecimento aqueciment o e se verifica a liberação de HCl nesse processo. Esteja atento às medidas de segurança caso opte por fazê-lo. Sugerimos que seja realizado de modo demonstrativo demonstrativ o pelo professor . O experimento permite chamar a atenção para o risco da incineração de plásticos feita de modo caseiro, por causa da liberação de gases tóxicos.
[RECICLAGEM: NECESSIDADE E IMPORTÂNCIA]
[...] A necessidade e a importância da reciclagem do lixo advêm essencialmente essencialmen te [...] de um conjunto de fatores, cuja dimensão espacial constitui condicionante fundamental, como segue: a) Exaustão das matérias-primas
As questões espaciais, em escala internacional, revestem-se de grande importância neste caso. As reservas de matérias-primas, sejam elas minérios ou petróleo, são finitas não apenas no mundo como um todo, mas, de modo diferenciado, em cada um dos países usuários. Assim, coloca-se, além da questão da disponibilidade (agravada pelo crescimento demográfico), também a das divisas necessárias à sua obtenção. Mesmo no caso de matérias-primas do reino vegetal (e.g. papel e celulose), verificam-se freqüentemente dificuldades com relação à disponibilidade das áreas necessárias à manutenção de um sistema de manejo sustentável, ou outros requisitos (clima, acessibilidade etc.). Isso se aplica, mutatis mutandis, de um modo geral também às matérias-primas do reino animal. b) Custos crescentes de obten ção de mat érias-primas
A acessibilidade diferenciada às fontes de suprimento de matérias-primas, ao longo do tempo, constitui a base geográficoeconômica deste problema. Mesmo em situações em que as matérias-primas se acham disponíveis, tendem a ser crescentes seus custos de extração e transporte. No caso da extração, isto se dá porque são normalmente exploradas primeiramente as áreas onde a ocorrência mineral (ou vegetal) apresenta maior acessibilidade e facilidade (técnica, econômica, operacional etc.) de obtenção. No caso do transporte, analogamente, isto se verifica porque tendem a ser exploradas primeiramente as áreas mais próximas, e assim sucessivamente, até atingirem-se as mais distantes, que podem situar-se no exterior.
inadequados, como córregos e rios, causando enchentes e a proliferação de vetores de ampla variedade de moléstias. Mesmo nos aterros sanitários, o chorume (“licor negro”) que se forma causa a contaminação de aqüíferos e do lençol fre ático e, muitas vezes, escorre a céu aberto ao longo das ruas adjacentes. Segundo Powelson [...], a produção através da reciclagem polui menos que a produção a partir de matérias-primas virgens. A reciclagem do alumínio polui 95% menos o ar e 97% menos a água; a do papel 74% menos o ar e 35% menos a água; a do vidro 20% menos o ar e 50% menos a água. g) Geração de renda e emprego
A reciclagem de resíduos pode constituir-se em fonte geradora de renda e de emprego. Só nos Estados Unidos, por exemplo, em 1991, as empresas ligadas à administração e reciclagem do lixo alcançaram faturamento de cerca de U$ 93,5 bilhões [...]. O número de empregos gerados é de algumas centenas de milhares. O mesmo ocorre no Japão e na Europa, onde a reciclagem representa atividade econômica amplamente desenvolvida. h) Redução dos custos de produ ção
A reciclagem proporciona, conforme assinalado, a redução dos custos com energia, matéria-prima e transporte. Assim, as unidades produtivas ganham maior eficiência, reduzindo-se os custos totais de produção. [...] e
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bilhões perdidos no lixo. 3. ed. São Paulo: Fonte: CALDERONI, S. Os bilhõ d
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Humanitas, 1999. p. 35-38. 6.
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c) Economia de energia
Vive-se, hoje, na região Sudeste do Brasil, sob a iminência de crises de fornecimento de energia elétrica decorrentes da falta de investimentos, estando, a distribuição inter-regional dos recursos hídricos, na base dessas crises. [...] A reciclagem de resíduos pode ensejar considerável economia de energia. Por exemplo, o papel produzido a partir da reciclagem permite redução de 71% da energia total necessária; o plástico 78,7%; o alumínio 95%; o aço 74%; o vidro 13%. d) Indisponibilidade e custo crescente dos aterros sanit ários
É de cunho eminentemente intra-urbano a razão de serem crescentes os custos dos aterros sanitários. Esgota-se rapidamente sua capacidade e em muitos municípios já não há mais áreas disponíveis. Em grandes cidades, especialmente em áreas metropolitanas, com o crescimento urbano e a densificação da ocupação, os preços das áreas onde poderão ser instalados novos aterros crescem celeremente. e) Custos de transporte crescentes
Novamente a questão das localizações intra-urbanas constitui a principal condicionante geográfica. A coleta de lixo — por definição uma grande operação de transporte — tem seu custo, já elevado, significativamente acrescido à medida que aumentam as distâncias entre os pontos de coleta e os aterros sanitários. Estes são implantados cada vez mais longe, quando se esgotam os aterros que vinham sendo usados. f) Poluição e prejuízos à saúde pública
Os resíduos acumulados constituem fonte de poluição e grande risco à saúde da população. O lixo não biodegradável e mesmo o biodegradável são depositados freqüentemente em lugares
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Sugestões de leitura complementar para o professor p
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Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CALDERONI, S. Os bilhões perdidos no lixo . 3. ed. São Paulo: Humanitas, 1999. Obra que aborda a reciclagem do lixo, com destaque para o quanto se pode lucrar economicamente com ela e o quanto se perde por n ão realizá-la. O livro apresenta tabelas com dados sobre a realidade brasileira na área da reciclagem de pl ásticos, aço, alumínio, papel e vidro. FADINI, P. S.; FADINI, A. A. B. Lixo: desafios e compromissos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola , n. 1, 2001. p. 9-18. Artigo que oferece informa çõ es sobre o impacto ambiental do lixo e como tais problemas podem ser gerenciados. MARCONATO, J. C.; FRANCHETTI, S. M. Decomposição térmica MARCONATO, do PVC e detec ção do HCl utilizando um indicador á cido-base natural: uma proposta de ensino multidisciplinar. Química Nova na Escola , n. 14, 2001. p. 40-42. O artigo propõe um experimento em que se promove pr omove a decomposição do PVC por aquecimento e se evidencia a presença de um gás de características ácidas (o HCl) nos gases emitidos nessa decomposi ção. Esteja atento às medidas de seguran ça caso opte por realizar esse experimento.
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RESOLUÇÕES • saturada, pois as ligações CC são todas simples; • heterogênea, pois inclui um heteroátomo.
Capítulo 1 Introdução à Química dos compostos de carbono 17
.
Compostos que apresentam anel benzênico. Professor: O conceito de aromaticidade é muito mais amplo e sua completa conceituação é de difícil entendimento por um aluno que está se iniciando no estudo da Química Orgânica. Nesse estágio, a resposta dada acima é bastante satisfatória para o prosseguimento dos estudos.
30
Alternativa D. A cadeia carbônica do ácido adí pico pico é aberta, saturada, homogênea e não-ramificada (normal).
31
Alternativa D. O trecho (I) indica uma propriedade dos metais alcalinos, como o sódio e o potássio. O trecho (II) versa sobre uma propriedade do elemento quí mico mico carbono.
32
a) Gradezas:
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Alternativa B. H2C
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Massa 1,8 103 g x
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x 90 g CH3
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Porcentagem 100% 3 2 5%
b)
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CH3 H
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Fórmula molecular: C10H14N2
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C
H
H
a) dez b) Em um umaa mol molécula de AZT há 4 átomos de oxigênio. Em um mol de moléculas de AZT (6 1023 moléculas), haver á 4 6 1023 átomos de oxigênio, ou seja, 2,4 1024 átomos de oxigênio.
A .
Cada traço de ligação na f órmula estrutural acima indica um par eletr ônico usado em ligação covalente. a id bi ro p ç
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Alternativa D.
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H
28
Alternativa E. H
C
C C
C H
H C
C
Hidrocarbonetos
C
C
C
H
H
H
Fórmula molecular: C10H8O
29
Capítulo 2
OH
C
H
Alternativa A. Uma vez que o enunciado define alimento “orgânico” como aquele que é “isento de substâncias quí micas micas”, a alternativa mais abrangente é a A. Trata-se de uma questão de interpretação de texto. A definição apresentada está em desacordo com o uso do adjetivo “orgânico” na Quí mica. mica.
H
Fórmula molecular: C10H8 Fórmula mí nima: nima: C5H4
Alternativa A. A cadeia carbônica da substância mostrada é: • aberta, pois não há ciclos; normal, pois não apresenta ramificaçõ
34 o
16
a) b) c) d) e) f) g) h) i)
CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CnH2n CH
2
⇒ ⇒ ⇒
2
⇒
2
⇒
2
⇒ ⇒
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⇒
alcano alceno ou ciclano alceno ou ciclano alcano alcino ou dieno ou cicleno alcano alceno ou ciclano alcino ou dieno ou cicleno alcano
27
Na molécula de santonina há quatro carbonos primários, seis secundários, quatro terciários e um quaternário, conforme mostram os esquemas a seguir:
43
Alternativa C. O gás de cozinha apresenta, essencialmente, propano e butano. Em todas as alternativas aparece a f órmula estrutural de um desses dois hidrocarbonetos. O enunciado informa que há também no gás de cozinha “pequenas quantidades de mercaptana”, substância qualificada como “composto orgânico” que “contém enxofre”. Ora, apenas a alternativa C apresenta, juntamente com o butano, uma subst ância que é orgânica e que contém enxofre.
44
Alternativa D. A leitura do gr áfico nos permite inferir que, de cada 100 unidades de energia empregadas no mundo, cerca de 21 unidades se devem ao gás natural e cerca de 7 unidades se devem à energia nuclear. Para substituir a energia nuclear pela proveniente do gás natural, a contribuição deste último deve sofrer um aumento de 7 unidades. Isso corresponde a um aumento de 33%, como indica o cálculo a seguir:
CH3
CH3 O CH3
O O
Quatro carbonos primários
CH3
CH3 O CH3
O
Gran Gr ande deza zas: s:
O
Seis carbonos secundários CH3
45 CH3
O CH3
O O
Ener En ergi gia a 21 unidades 7 unidades
— —
Porrce Po cent ntag agem em 3 100% 2 ⇒ x 1
x 33%
Alternativa A. Imaginemos, inicialmente, um hidrocarboneto não-ramificado. Se ele for saturado, cada carbono ter á dois hidrogênios, exceto os dois carbonos das extremidades (CH3), que ter ão tr ês. Assim, para n carbonos haver á 2n 2 hidrogênios. Portanto, a f órmula geral ser á CnH2n 2. Se esse hidrocarboneto for ramificado, haver á apenas um rearranjo dos átomos, mas o número de ligações e de átomos se manter á, o que far á a f órmula geral ser a mesma. Assim, concluí mos mos que um alcano tem f órmula geral CnH2n 2, seja ramificado ou não. Para escrever a f órmula estrutural de um alceno a partir da f órmula estrutural de um alcano, precisamos remover dois hidrogênios, posicionados em carbonos vizinhos, o que faz a f órmula geral ter dois hidrogênios a menos: CnH2n. Finalmente, para escrever a f órmula estrutural de um alcino a partir da f órmula estrutural de um alceno, precisamos remover mais dois hidrogênios. Portanto, a f órmula geral de um alcino é CnH2n 2.
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Quatro carbonos terciários CH3
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CH3
O CH3
O O
Um carbono quaternário
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39
Alternativa B. O GLP é constituí do do por hidrocarbonetos com 3 e 4 carbonos na mol écula. As demais frações apresentadas são formadas por hidrocarbonetos de moléculas maiores. Alternativa E. O petr óleo é um recurso não-renovável que levou muito “tempo” para se formar a partir do material depositado no “fundo dos oceanos primitivos”, os quais hoje correspondem a “áreas continentais de origem marinha” ou a “áreas submarinas”.
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Alternativa B. São citados: gás nitrogênio N2 etano C2H6 metano CH4 ro p o ã ç u d ro p e R
Alternativa A. H3C CH2 CH2 CH2 CH2 Fórmula molecular: C8H18 (Alcano, CnH2n 2, com n 8.)
CH2
40
41
Alternativa C. O petr óleo é uma mistura que contém, predominantemente, hidrocarbonetos. Borrachas, fibras e plásticos podem ser obtidos se o petr óleo for submetido à separação de seus componentes e se alguns deles, por sua vez, forem empregados em reações quí micas micas especí ficas. ficas.
48
5 6
É
1 2
Dupla envolvendo C-4
Alternativa E. Dentre as frações do petr óleo apresentadas, a parafina é formada por hidrocarbonetos com mais carbonos na molécula e que apresentam, portanto, maior ponto de fus ão e de ebulição. (Tanto que a parafina é sólida nas condições ambientes, enquanto que as frações apresentadas nas demais alternativas não são.) Alternativa D. De acordo com o enunciado, o solvente usado na adulteração apresenta ponto de ebulição superior ao da gasolina. Ele deve, portanto, apresentar componentes com número de carbonos maior do
3 4
Dupla envolvendo C-1
Hidrocarboneto hexa-1,4-dieno
Duas duplas C
C
Posição das duplas
49 42
Alternativa C.
Alternativa D. H H
C H
CH2
CH3
50
Alternativa E.
H3C
CH
CH2
59
Alternativa E. O enunciado afirma que se adiciona álcool etí lico lico anidro ( isento de água) à gasolina para reduzir a combustão incompleta nos motores. Deduz-se, dessa informação, que a redução na quantidade de álcool adicionada à gasolina provocar á aumento da combustão incompleta. E, dentre as alternativas, a substância que é produzida na combustão incompleta da gasolina é o monóxido de carbono.
61
Alternativa B. Fuligem é carbono grafite, na forma de pó muito fino.
CH3
CH3 Fórmula molecular: C5H12 (Alcano, CnH2n 2, com n 5.)
51
Alternativa E.
CH3 H3C
C
CH
CH2
CH3
CH3 CH3 52
Alternativa D. Os carbonos secundários estão indicados por setas nas f órmulas estruturais a seguir seguir.. 2,3-dimetil-butano
3-metil-pentano
H3C
H3 C
CH
CH
CH3
CH3
CH2
CH
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH3
Capítulo 3 As principais classes funcionais de compostos orgânicos 2
500 mL; como a porcentagem em volume de etanol na na solução 4°GL é dez vezes menor do que na solu ção 40°GL, é necessário um volume de solu ção 4 °GL dez vezes maior que o de solu ção 40°GL para conter a mesma quantidade de etanol.
3
Gra rand ndeezas as:: Mas Massa sa de álc lcoo ooll 14 g x
CH3 . 8 9
2-metil-pentano 9 1
H3 C
CH
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CH3 or i e r e v
H3C
hexano fe e
CH2
CH2
d 9 1 e
CH3 d 0 1 6. 9
2,2-dimetil-butano i e L
H3C
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C
n e
18
a) Não, pois se a carbonila est á no primeiro carbono não é cetona, e sim um aldeí do; do; no caso, o pentanal. b) Não, porque a numeração deve começar pela extremidade mais pr óxima da carbonila. Assim, o nome correto do composto é pentan-2-ona.
35
tetrafluoro-eteno Obs.: De acordo com as recomendações Iupac, o substituinte F — é designado pelo prefixo fluoro- (sem acento e com “o” no final).
62
Alternativa D.
P o ig d
53 C
ó
Alternativa D.
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CH3 8 1 t.
CH3
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H3 C . a id
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H3 C
CH3 p o
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Mass ssa a co corrpor oral al 1 kg 3 2 60 kg
x 840 g
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CH2
— —
C
CH3
CH3
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dimetil-propano d ro p R
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54
55
O
Alternativa B. A f órmula C8H16 é do tipo CnH2n, com n 8, e, portanto, pode corresponder a um alceno ou a um ciclano.
CH3
C
Alternativa D. HC
C
amida
NH2 O
CH3
CH3
Fórmula molecular: C3H4 (Alcino, CnH2n 2, com n 3.)
éster
C O
CH3
56
CH3
Alternativa A.
H2 C H2C 57
CH3
63
Alternativa C. Como o processo de combustão envolve o consumo de O2, a concentração desse gás ir á diminuir nas proximidades da queimada. Quanto à água, uma vez que o enunciado diz tratar-se de um “tempo de seca”, sua concentração no ar ir á aumentar, graças à sua produção no processo de queima:
álcool
CH2
C H
aldeí do do
Alternativa D.
R Ar
58
OH O
CH2
Alternativa D. A f órmula mí nima nima CH2 conduz à f órmula molecular CnH2n, que corresponde a um alceno ou a um ciclano.
CH2
OH OH
álco ál cool ol feno fe noll O
RCHO
e quivale a eq
R
C
aldeí do. do. H O
RCO2H
equi eq uiv val alee a
R
C
ácido carboxí lico. lico.
OH
64
Alternativa E.
71
Alternativa D. CH3
OH álcool
OH
cetona
H3C O H3C éter
O
65
Alternativa C. ceto ce tona na
éter
H3C
Alternativa B. A f órmula apresentada corresponde a um composto saturado, no qual há um grupo OH. O fato de esse grupo estar ligado a carbono saturado caracteriza a classe funcional álcool.
73
Alternativa C.
O HO fenol
grupo funcional carboxila OH (classe funcional ácido carboxí lico) lico)
O
66
67
[ CH2 ]4 CH3
72 OH álcool
O
fenol
C
Alternativa D. Em uma cetona, o grupo carbonila C O está ligado a dois carbonos ou, em outras palavras, o carbono da carbonila é secundário.
OH classe funcional fenol (grupo funcional hidroxila, ligado a carbono aromático)
Alternativa B. . 8 9
O
O CH3
cetona
CH2
CH2
74
C aldeí do do
CH2
CH3
CH
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H CH2
O
éster
O
O
C
C
CH3
C
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amida e r e v fe e
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O éster* O
C
CH
CH
0 1 6. 9 i e L
CH3
NH2
[ CH2 ]10
CH
CH2
[ CH2 ]5
l
e
CH3 P
e
n
a
* Observação : Na Quí mica mica universitária, os ésteres cí clicos clicos são denominados lactonas.
amida
(III)
CH
O
C
anidrido
o
C
ó
d
ig
o
(IV) d
75 O CH3
e
(II)
O (CH3)2CH
1
CH3
H
(I)
9
Alternativa B.
éster
O
C
H O
CH3
1 t. r A . a
N
OH
(V)
8
ácido carboxí lico lico
C
4
Alternativa E. H
H
bi
id
fenilamina (ou anilina), amina primária ç
ã
o
p
ro
u d
C6H5
(VI)
ro p e R
76 68
Alternativa D. cetona
H3C
70
O
CH3
lico éter dimetí lico (éter)
Alternativa C. Como o enunciado menciona uma “ligação dupla na molécula”, não necessariamente entre carbonos, a presença de ligação dupla no grupo funcional já garante que a condição pedida seja satisfeita. Isso acontece no caso da função aldeí do, do, cujo grupo funcional possui uma ligação dupla C O.
78
Alternativa A. O enunciado permite concluir que a f órmula molecular da substância é C3H6O. Apenas os compostos das alternativas A, D e E apresentam tal f órmula. Dentre os tr ês, apenas o da alternativa A tem cadeia carbônica saturada e homogênea (a cadeia do composto da alternativa D não é saturada e a do composto da alternativa E não é homogênea).
79
Alternativa D. (1) é o ácido metanóico, ou ácido f órmico. (2) é o benzenol, ou fenol comum. (3) é a propanona, ou acetona. fenilamina, ou anilina.
CH3
Alternativa A. O
CH3
H3C
77
éter
NH
OH
OH fenol
O
CH3
CH2 etanol (álcool)
O C
69
Alternativa A.
C
amida C2H5 CH2
N
C2H5 amina terciária
Alternativa B. As tr ês substâncias têm OH ligado a carbono aromático, caracterizando a classe funcional fenol. Tamb Também têm o grupo funcional NH caracter í í stico stico da classe amina.
80
Alternativa D.
88 O
H3C
CH2
O
C O
prop pr opan anoa oato to
81
CH3
C OH
de metila
Alternativa B. O CH3
etan et anoa oato to
82
A segunda permite acrescentar o grupo NH2 (amino) na posição orto em relação ao grupo carboxila COOH:
O
C
CH3CH2 CH2 O
C
O
[ CH2 ]4 CH3 de
O
pentila
butanoato
CH2 CH3 de
C
etila
OH NH2
Alternativa E.
A terceira informação permite verificar que a f órmula anterior já corresponde à f órmula molecular C7H7NO2 e, portanto, é a f órmula estrutural do ácido antraní lico. lico. A questão, contudo, pede a f órmula do antranilato de metila, éster metí lico lico derivado do ácido antraní lico. lico. Sua f órmula é:
O C
OH
OH ácido benzóico
83
Das tr ês informações dadas sobre o ácido antraní lico, lico, a primeira permite escrever:
fenol
O
Alternativa A.
C
CH3 . 8 9 9 1
O2N e d
O
NO2
or
NH2
C7H5N3O6 i e r
CH3
e
Esse composto pertence às classes funcionais éster e amina. v fe e
NO2 d 9 1 e 6.
1
0
d
84
Alternativa B. Deduz-se, pelas alternativas, que o prefixo octadeca indica dezoito carbonos. A numeraçã o da cadeia deve começar pela extremidade da carboxila, COOH. As insaturações C C estão localizadas entre os carbonos 9 e 10, 12 e 13, 15 e 16. Assim sendo, elas levam os números 9, 12, 15. A presença de tr ês insaturações C C deve ser indicada no nome como trien. E a classe funcional ácido carboxí lico lico é indicada com o sufixo óico.
85
Alternativa C. A etilamina é amina primária:
9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a
o
p
ro
bi
id
ã ç u d
H3C
A dimetilamina é amina secundária: ro p e
CH2
89
Alternativa D. I é correta, pois o texto afirma que benzeno, clorobenzeno e trimetilbenzeno podem causar leucemia. E esses compostos s ão aromáticos. II é correta, pois o trimetilbenzeno é, segundo o texto, vol átil. E em sua molécula há nove átomos de carbono: seis do benzeno (cadeia principal) e tr ês dos grupos metil (um carbono de cada — CH3). III é incorreta porque o clorobenzeno é um composto orgânico halogenado.
93
Alternativa B.
NH2
C
NH
H3C
CH3 H3C
CH2
H2O
#
CO
X
R
A etil-metilamina é amina secundária:
CO NH
H2
Y
2
H2
#
H3COH
Y
CH3
A trimetilamina é amina terciária:
H3C
N
CH3
CH3
A metil-fenilamina é amina secundária:
87
H3C
NH
Alternativa E. A f órmula molecular C5H10O, do tipo CnH2nO, indica uma substância com cinco carbonos na qual há uma ligação dupla, C C ou C O , ou com todas as liga ções simples mas com cadeia cí clica. clica. Isso aponta para a pentan-2-ona como resposta. De fato, escrevendo as f órmulas estruturais das substâncias que aparecem nas alternativas e, a partir delas, elaborando as f órmulas moleculares, chegamos a C5H12O para os compostos das alternativas A e C, a C 5H10O2 para os compostos das alternativas B e D, e a C H O para o da alternativa E.
Capítulo 4 Interações intermoleculares na Química Orgânica 10
Como a água é polar e como o óleo de soja é insolúvel nela, deduz-se que as moléculas do óleo são apolares. Assim, a dedução mais cabí vel vel é a expressa em C.
17
Como a água não é combustí vel, vel, C é água. Já que a acetona é polar, ela deve dissolver-se em água, diferentemente da benzina, é apolar. Portanto, A é acetona e B é benzina.
18
20
A solubilidade diminui na seq üência em que aumenta a cadeia carbônica. Assim, o mais sol úvel dos tr ês ácidos é o butanóico e o menos solúvel é o hexanóico. Portanto: A butanóico B pentanóico C hexanóico a) Na ordem ordem em que que aparec aparecem: em: água, metanol, etanol, propan-1-ol, butan-1-ol, pentan-1-ol. b) O NaCl, NaCl, com compos posto to iônico, sofre dissociação iônica ao se dissolver em água: água
Metanol, pois na molécula há átomo de hidrogênio diretamente ligado a átomo de oxigênio.
31
A parafina é formada por moléculas de hidrocarbonetos, que são apolares. Assim, suas moléculas se mantêm unidas por meio de ligações dipolo instant âneo-dipolo induzido.
32
O metanal (CH2O) é uma substância polar. Assim, em sua e bulição, são rompidas ligações tipo dipolo-dipolo.
33
No naftaleno, hidrocarboneto aromático, as moléculas se mantêm unidas por interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. São essas ligações que se rompem quando o naftaleno sublima.
40
O pentano, hidrocarboneto apolar, apresenta baixí ssima ssima solubilidade em água (dizemos, de modo simplista, que ele é “insolúvel” em água). O éter dietí lico lico pode estabelecer ligações de hidrogênio com a água, apesar de não possuir H ligado a O. Essa ligação de hidrogênio pode ser estabelecida entre o átomo de hidrogênio da água e um par de elétrons do átomo de oxigênio do éter. Como decorr ência desse tipo de interação, espera-se que a solubilidade do éter em água seja muito maior que a do pentano. O butan-1-ol também pode estabelecer ligação de hidrogênio com a água e, portanto, deve ter apreciável solubilidade nesse lí quido. quido. Assim, concluí mos mos que A (que apresenta solubilidade bem menor que B e C) é o pentano. Quanto aos pontos de ebulição, como a massa molecular das substâncias é bastante pr óxima (éter dietí lico l ico e butan-1-ol butan-1-ol:: 74 u, pentano: pentan o: 72 u), então o tipo de interação intermolecular deve ser o que determina a discrepância de um dos valores. Entre moléculas de pentano, apolar, há interação dipolo instantâneo-dipolo induzido. Entre moléculas de éter dietí lico, lico, levemente polar, há interações dipolo-dipolo. E entre moléculas de butan-1ol estabelecem-se ligações de hidrogênio, fazendo com que seu ponto de ebulição seja significativamente superior ao dos outros dois. Assim, concluí mos mos que C (que apresenta ponto de ebulição bem maior que A e B) é o butan-1-ol. Portanto: A pentano lico B éter dietí lico C butan-1-ol
NaCl(s) Na(aq) Cl(aq) A água promove esse processo graças à sua alta polaridade. A solubilidade do NaCl em metanol é menor que em água, pois trata-se de um solvente menos polar. Na seqüência de metanol a pentan-1-ol, o aumento da cadeia carbônica faz com que a polaridade do solvente diminua cada vez mais e, conseqüentemente, torne-se mais dif í ícil c il haver a dissociação iônica do NaCl. Isso explica a diminui ção da solubilidade observada.
22
30
O esquema a seguir permite, em linhas muitíssimo gerais , encontrar o tipo predominante de interação intermolecular em uma certa substância: A molécula da substância é polar ou apolar? Polar
Apolar
Possui H diretamente ligado a F, O ou N?
Sim Liga ção de
Não Dipolo-dipolo
hidrogênio
Dipolo instantâneodipolo induzido
Empregando o esquema, temos: a) di dipo polo lo-d -dip ipol olo o b) di dipo polo lo insta instant ntâneo-dipolo induzido c) di dipo polo lo ins insta tant ntâneo-dipolo induzido d) ligação de hidrogênio e) ligação de hidrogênio f) di dipo polo lo in inst stan anttâneo-dipolo induzido g) dip dipolo olo-di -dipol polo o h) dip dipolo olo-di -dipol polo o i) di dipo polo lo in inst stan anttâneo-dipolo induzido j)) di j dipo polo lo-d -dip ipol olo o k) dip dipolo olo-di -dipol polo o l) di dipo polo lo-d -dip ipol olo o
28
Desenho , pois, na ebulição da água, as moléculas dessa substância se separam umas das outras (interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio são rompidas), mas continuam sendo moléculas de H2O.
29
a) Embo Embora ra na se seq qüência HF, HCl, HBr e HI haja aumento da massa da molécula, o HF destoa, apresentando maior ponto de ebulição devido ao tipo de intera ção intermolecular. Entre moléculas de HF ocorrem ligações de hidrogênio, interações mais fortes do que as do tipo dipolo-dipolo, que ocorrem entre as moléculas de HCl, de HBr e de HI. A mesma razão (presença de ligações de hidrogênio) faz H2O e NH3 possuí rem rem pontos de ebulição que destoam dentro das seqüências H2O, H2S, H2Se, H2Te e NH3, PH3, AsH3, SbH3. b) Em to toda da a seq seqüência CH4, SiH4, GeH4, SnH4, o tipo de interação intermolecular é o mesmo: dipolo instant âneo-dipolo induzido. O CH4 não destoa porque não apresenta um tipo de interação intermolecular diferente dos outros membros da série.
d
u
ç
ã
o
p
ro
bi
id
a
.
A
r
t.
1
8
4
d
o
C
ó
d
ig
o
P
e
n
a
l
e
L
e
i
9
6.
1
0
d
e
1
9
d
e
fe
v
e
r
e
i
or
d
e
1
9
9
8
.
42
Os tr ês álcoois apresentam a mesma massa molecular (pois têm a mesma f órmula molecular, C4H10O) e podem estabelecer, entre suas moléculas, ligações de hidrogênio. A diferença entre as substâncias está na extensão da cadeia carbônica. Moléculas mais extensas oferecem maior área para a atuação das interações dipolo instant âneo-dipolo induzido, que ocorrem em moléculas tanto polares quanto apolares. Assim, o álcool com molécula mais extensa ter á maior ponto de ebulição e o álcool com molécula menos extensa ter á menor ponto de ebulição. Portanto: I c II b III a
43
Sim, pois s ó existem dois hidrocarbonetos de f órmula C4H10, o butano e o metil-propano, que são distinguí veis veis por seus pontos de ebulição. O butano, de cadeia mais extensa, apresenta ponto de ebulição maior que o metil-propano, de cadeia menos extensa. Assim: A = H3C
CH2
B = H3C
CH CH3
CH2
CH3
CH3
Maior PE
Menor PE
R
e
p
ro
47
água inicialmente inicialmente colocada (50 cm3) e pelo álco lcool ol (11 (11 cm3) proveniente da mistura de gasolina e álcool. Essa fase ter á volume de
Alternativa A. I
II
II I
61cm3. Esquematicamente:
Aumenta a presença de grupos hidrófobos (no caso, metil e isopropil) Diminui solubilidade em água 48
49
. 8 9 9 1 e d or i e r e v fe e d 9 1 e d
50 cm3
Alternativa E. Os sucos de frutas cont êm grande quantidade de água. É adequado adicionar a eles uma vitamina hidrossol úvel. Das vitaminas apresentadas, são hidrossolúveis I e IV, pois possuem v ários grupos hidr ófilos. As margarinas são constituí das das por substâncias gordurosas e, para que uma vitamina se dissolva adequadamente nelas, deve ser lipossolúvel. As vitaminas II e III s ão lipossolúveis porque apresentam grande predomí nio nio de carbono e hidrogênio. Alternativa D. I é correta. A molécula da água apresenta ligações covalentes entre H e O, que, como conseqüência da acentuada diferença de eletronegatividade entre esses elementos quí micos, micos, são bastante polarizadas. II é incorreta. Sendo a água uma substância polar, ela não solubiliza satisfatoriamente substâncias de baixa polaridade. III é correta. As moléculas de água são angulares e, portanto, não são lineares. IV é correta. Como nas moléculas de água existe H ligado a O, há o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre suas moléculas, sobretudo nos estados sólido e lí quido. quido.
50 cm3
50 e
i L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p o ã
Alternativa D. Subentende-se que a expressão “for ças de van der Waals” não está sendo usada como sinônimo de for ças intermoleculares em geral, mas sim especificamente das interações dipolo instantâneo-dipolo induzido, que são de importância entre moléculas apolares, como o heptano (hidrocarboneto apolar). No metanol, na água, no ácido metanóico e na glicose ocorrem ligações de hidrogênio. Professor: Talvez seja conveniente se reportar à estrutura da glicose, que aparece no capí tulo tulo 10, para mostrar os vários grupos OH presentes nela.
51 e
p R
Alternativa B. Como o éter etí lico lico e o álcool têm a mesma f órmula molecular (C2H6O) e, por isso, a mesma massa molecular, a diferença na volatilidade deve-se à diferença de intensidade nas interações intermoleculares. Como o éter é mais volátil (evapora com maior facilidade), concluí mos mos que as interações entre suas moléculas são mais fracas que as existentes entre as moléculas do álcool. De fato, no álcool ocorrem ligações de hidrogênio e no éter, não.
56
Alternativa E. Todas as substâncias apresentadas são álcoois com um grupo OH (monoálcoois). A diferença de ponto de ebulição está associada à diferença da massa molecular, que cresce na ordem: metanol etanol propan-1-ol butan-1-ol Espera-se, portanto, que o ponto de ebulição cresça nessa ordem.
57
Alternativa B. I é correta, pois o ponto de ebulição do metano, o do etano e o do propano são inferiores a 25ºC. II é correta porque o ponto de ebulição do hexano, o do heptano e o do octano são superiores a 50ºC. III é incorreta, uma vez que o butano entra em ebulição abaixo de 25ºC. IV é correta, como se pode avaliar pela análise do gr áfico. V é incorreta, pois o aumento do número de carbonos aumenta o tamanho da molécula e, em decorr ência disso, aumenta a intensidade das interações intermoleculares (do tipo dipolo instantâneodipolo induzido), acarretando aumento do ponto de ebulição.
58
Alternativa C. Nos hidrocarbonetos ocorrem interações intermoleculares do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, que são tanto mais intensas quanto maior o tamanho das moléculas entre as quais ocorrem.
59
Alternativa B. Etanol e metanol, polares, são miscí veis veis com a água. Nas condições ambientes, etano é um gás e C60H122 corresponde, certamente, a uma substância sólida. Resta o heptano, que apresenta as propriedades mencionadas no enunciado.
60
Alternativa C. Comparando I e II, notamos que a f órmula molecular é a mesma e, portanto, a massa molecular é a mesma. O ponto de ebuli ção de I deve ser maior em função da ocorr ência de ligações de hidrogênio.
Alternativa E. Etanol e éter dimetí lico lico têm a mesma f órmula molecular (C2H6O) e, por isso, não diferem quanto à massa molar. Etanol e éter dimetí lico lico diferem quanto à f órmula estrutural: H3C
CH2
OH
H3C
O
CH3
Etanol e éter dimetí lico lico diferem quanto à ocorr ência de ligações de hidrogênio, que ocorrem entre as mol éculas do álcool, mas não entre as do éter. Assim, apenas II e III são corretas.
52
Alternativa A. O esquema ilustra a associaçã o de duas mol éculas de ácido carboxí lico lico (formando o que se denomina dímero ) por meio do estabelecimento de duas ligações de hidrogênio.
53
a) O vol volum umee de de álcool present presentee em 50 cm3 da mistura de gasolina e álcool pode ser calculado como segue: Grandezas: Volume Porcentagem 3 3 — 50 cm 100% 2 x — 22% 1
50 cm3 Álcool 11 cm3
55
u ro
50 cm3
mais álcool que o permitido por meio do volume da fase inferior. Caso Caso ele seja superior superior a 61 cm3, isso significa que a gasolina contém mais de 22% de álcool. Analogamente, o volume da fase superior tamb ém pode ser usado como evidência. Se ele ele for menor que que 39 cm3, a gasolina possuir á mais que 22% de álcool.
ç d
Água
61 cm3
Gasolina 39 cm3
b) O teste indica indica se a gasolina gasolina de um determina determinado do posto cont contém
1 9
39 cm3
Água
0 6.
Gasolina 39 cm3 Álcool 11 cm3
x 11 cm3
Os restantes restantes 39 39 cm (isto é, 50 50 cm 11 cm ) correspondem à gasolina propriamente dita. Portanto, a fase superior obtida ser á constituí da da apenas pela gaso3 lina e ter á volu volume me de 39 39 . A fase inferior ser á constituí da da pela 3
3
3
Comparando I e III, notamos que em ambas ocorrem ligações de hidrogênio. Como a massa molecular de III é maior, espera-se que tenha maior ponto de ebulição. II
I
II I
II etanol III propan-1-ol
67
Aumenta o ponto de ebulição 61
62
63
64
Alternativa A. Entre as moléculas de ácido etanóico e também entre as moléculas de butan-1-ol ocorrem ligações de hidrogênio. Assim, essas substâncias devem ser as que apresentam os maiores pontos de ebulição. O ácido etanóico deve corresponder a Z, pois apresenta solubilidade ilimitada em água. Já o butan-1-ol, apesar de estabelecer ligações de hidrogênio com a água, não possui solubilidade ilimitada graças à sua cadeia hidrocarbônica (hidr ófoba) de quatro carbonos. O pentano, hidrocarboneto apolar, deve corresponder à substância X, pois deve apresentar baixí ssima ssima solubilidade em água e ponto de ebulição menor que o dos demais. Alternativa B. A alternativa A é falsa. Todos os alcanos apresentados t êm a mesma f órmula molecular (C5H12) e possuem, portanto, mesma massa molecular. A alternativa B é verdadeira. O composto de maior ponto de ebulição (pentano) é o menos ramificado (de fato, não é ramificado). O de menor ponto de ebulição (dimetil-propano) é o mais ramificado. A alternativa C é falsa. O aumento do número de grupos CH3 na molécula acompanha o aumento das ramificações e, portanto, corresponde à diminuição do ponto de ebulição. A alternativa D é falsa. A diminuição da cadeia principal se faz acompanhar da diminuição do ponto de ebulição. A alternativa E é falsa. Não h á ligações de hidrogênio nos compostos em questão. Alternativa C. Em todos os alcanos mostrados ocorre o mesmo tipo de interação intermolecular: dipolo instantâneo-dipolo induzido. Os que apresentam maior massa molecular são os compostos de mesma f órmula molecular (C5H12) das alternativas C, D e E. Dentre eles, o pentano (alternativa C) possui moléculas mais extensas que o metilbutano (alternativa D) e que o dimetil-propano (alternativa E) e, portanto, apresenta maior ponto de ebulição. Alternativa E. Entre os compostos I e II, ambos de f órmula molecular C8H18, o que possui maior ponto de ebuli ção é II, pois apresenta molécula mais extensa. Entre IV e II, é o composto IV que apresenta maior ponto de ebulição, uma vez que possui massa molecular ligeiramente superior e, principalmente, estabelece ligações de hidrogênio entre suas moléculas. Finalmente, comparando III e IV, concluí mos mos que III tem maior ponto de ebulição graças à massa molecular significativamente mais alta. São dez carbonos a mais na cadeia carbônica! Portanto a seqüência decrescente de pontos de ebuli ção é: III IV II I
a) Ligações de hidrogênio. Nos ácidos carboxí licos licos existe o grupo funcional — COOH, COOH, que permite o estabelecimento de ligações de hidrogênio entre duas moléculas. Nos ésteres, em que existe o grupo funcional — COO COO — , não há tal possibilidade. b) Vamos resolve resolverr por meio de semelh semelhan ança dos triângulos ABC e ADE, indicados no esquema a seguir. E
x
C
92 62
A
B
10 32
10
16
10
x
92
Alternativa D. Os compostos insolúveis em água (I e IV) são, certamente, os hidrocarbonetos heptano e hexano, e os que apresentam solubilidade ilimitada (II e III) são os álcoois etanol e propan-1-ol. O “desempate” dentro do par I e IV pode ser feito pelo ponto de ebulição, que é mais elevado para o heptano, que apresenta maior massa molecular que o hexano. Assim: I hexano IV heptano Analogamente, no par II e III, o propan-1-ol possui ponto de ebulição mais alto que o etanol, j á que tem maior massa molecular. Dessa maneira:
32
62
62
x 172
Assim, estimamos que a entalpia de sublimação do éster contendo 32 átomos de carbono carbono vale vale 172 kJ mol 1.
. 8 9 9 1 e d or i e r e v
Capítulo 5 fe e d 9 1 e d 0
Isômeros 1 6. 9 i e L e l a n
1
P
e
a) Sim, pois pois apresentam apresentam propried propriedades ades diferentes diferentes.. b) Si Sim, m, pois pois são substâncias diferentes com a mesma f órmula molecular. c) H3C CH2 OH OH H3C O CH3 Professor: Se o capí tulo tulo 4 já tiver sido trabalhado, é possí vel vel associar A (maior ponto de ebulição) ao etanol, no qual ocorrem ligaçõ es de hidrogênio, e B (menor ponto de ebuliçã o) ao éter dimetí lico. lico. ã
o
p
ro
bi
id
a
.
A
r
t.
1
8
4
d
o
C
ó
d
ig
o
ç u
21
a) A idéia desse exercí cio cio é testar a condição para a ocorr ência de isomeria geométrica na presença de dupla ligação, só que fornecendo no enunciado uma f órmula estrutural simplificada. Na dupla ligação , temos dois ligantes iguais (grupos metila) em um dos carbonos e, nas duplas liga ções e , um dos carbonos também apresenta dois ligantes iguais (átomos de hidrogênio). Assim, tais duplas n ão permitem a ocorr ência de isomeria geométrica. No caso da dupla ligação , ambos os carbonos apresentam ligantes diferentes entre si, havendo a possilidade de isomeria geométrica (cis-trans). b) O arranjo arranjo ao redor da dupla dupla liga ligação é trans, conforme ilustra o seguinte esquema: CH3
65
D
16
CH3
CH2
CH2
H3C H trans
22
A exemplo do exercí cio cio anterior, este também pretende desenvolver a capacidade de o estudante perceber a ocorr ência da isomeria geométrica em f órmulas estruturais simplificadas. Na dupla ligação C C presente no citronelol e numa das duplas existentes no geraniol e no neral, um dos carbonos est á ligado a dois grupos metila, não permitindo, assim, a ocorr ência de isômeros étricos.
R
e
p
ro
d
Na outra das duplas liga ções C C existentes tanto no geraniol como no neral, os ligantes de cada um dos carbonos são diferentes entre si, permitindo a ocorr ência de isomeria geométrica. Assim apenas o geraniol e o neral podem dar origem a isômetros geométricos, em apenas uma das duplas.
28
34
Não, pois as estruturas e são iguais. O fato de dois dos ligantes do carbono central serem iguais (dois grupos CH3) faz com que a molécula tenha plano de simetria e, portanto, a imagem especular seja igual ao pr óprio objeto.
37
a) nit nitroc rocomp ompost osto, o, álcool e amina b) 2
São assimétricas as que aparecem nos itens B, D, F. Isso é percebido pela presença de carbono quiral, assinalado nas f órmulas a seguir: H3C
* CH
CH2
O2N
CH3
H3C
H3C
38
O C OH
NH2 * CHCl
. 8 9 9 1 e d or i e r e v fe e d
CH *
CH *
CH2
OH
Alternativa A. H3C
CH2
H3C
CH
O
CH2
CH3
CH3
CH3
C NH2
29
NH2
c) Mui Muito to prova provavel velmen mente te são diferentes.
OH * CH
OH
39
A substância dextrorrotatória provoca desvio do plano da luz polarizada no sentido hor ário e a subst ância levorrotatória provoca desvio no sentido anti-hor ário. Professor: As expressões “sentido hor ário” e “sentido anti-hor ário” são aqui empregadas do ponto de vista de um observador posicionado conforme mostrado nas ilustrações deste capí tulo tulo referentes ao desvio do plano da luz polarizada.
Alternativa C. H3C
CH2
CH2
OH
OH
40
H3C
CH
H3C
O
CH3 CH2
CH3
Alternativa D.
9 d
e
1
30 1
0 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p o ã ç u
a: 82, 5 b: 218, 5 c: 1, 4 d : 0, 904 e: 24,1 (propriedade em que difere do dextrorrotatório) Professor: Esse exercí cio cio permite uma interessante correlação com a primeira questão do capí tulo, tulo, na qual foi explorado o fato de os isômeros serem substâncias diferentes, o que fica claro pela análise do conjunto de suas propriedades. Nesse exercí cio, cio, que envolve o caso mais sutil de isomeria, a propriedade que permite distinguir os isômeros — a interação com o plano da luz polarizada — justifica o nome escolhido para essa situação: isomeria óptica .
d
R
e
p
ro
31
a) amina b) fe feno noll e álcool c) éter d) Há um carbono quiral em cada molécula.
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3 CH3 orto
meta
para
42
Alternativa C. 1 e 3 s ão isômeros de f órmula molecular C3H6O. 2 e 4 s ão isômeros de f órmula molecular C3H6O2. 5 e 6 s ão isômeros de f órmula molecular C3H8O.
43
Alternativa A. O etanoato de etila é um éster de f órmula molecular C4H8O2. O H3C
C O
HO * CH
HO
CH2
NH2
OH
* CH
44
NH2
CH3
Entre os compostos apresentados nas alternativas, são is ômeros de função desse éter apenas os ácidos carboxí licos licos das alternativas A e B. Destes, apenas o composto da alternativa A apresenta cadeia ramificada.
noradrenalina
CH2
CH2
Alternativa C. A pentan-2-ona tem f órmula molecular C5H10O. O
CH3 anfetamina
CH2
* CH
H3C NH
CH3
* CH
NH2
CH3 metanfetamina
CH3O CH3
CH2 OCH3
CH3
metoxianfetamina
C
CH2
CH2
CH3
Essa cetona: • não pode ser isômera do ácido carboxí lico lico da alternativa A, porque nele há dois átomos de oxigênio; • não pode ser isômera de um composto com seis átomos de carbono, como o da alternativa B; • não pode ser isômera de um composto com quatro átomos carbonos, como o da alternativa D; • não pode ser isômera do composto da alternativa E, porque ele não existe (se existisse, o carbono da posi ção 2 faria cinco ligações!);
• é isômera da 3-metil-butan-2-ona, da alternativa C, cuja f órmula molecular também é C5H10O:
A alternativa B é correta, porque os tr ês fenóis, pertencendo a uma mesma classe funcional, s ã o quimicamente muito semelhantes. A alternativa C é correta, já que todos apresentam a mesma f órmula molecular. A alternativa D é correta, como se pode observar pelas f órmulas estruturais.
O H3C
C
CH
CH 3
CH3
45
46
Alternativa B. A alternativa A é falsa, pois em ambas as estruturas há o grupo funcional amina, mas não o grupo amida. A alternativa B é verdadeira porque são diferentes substâncias que apresentam a mesma f órmula molecular, C11H26PSNO2. A alternativa C é falsa, pois VX apresenta 26 átomos de hidrogênio. A alternativa D é falsa porque a função éter requer a presença de um oxigênio ligado a dois átomos de carbono, o que não ocorre nas estruturas. A alternativa E é falsa, pois ambas as cadeias carbônicas contêm heteroátomos.
48
OH
OH
CH3 CH3 CH2
OH
C H
02 é incorreto, pois a f órmula II pode indicar o met óxi-metano (éter) ou o etanol (álcool). O
CH3
H3C
CH2
H
H3C O
CH3
OH e d 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l
49
CH2
CH2
CH3
H3C
OH
C
CH
CH2
r
CH3 CH3 CH3 OH
O
CH3
A alternativa A é incorreta, pois nenhum deles é aldeí do. do.
t.
1
8 A . a id bi
OH ro p
H3C
CH
CH2
OH
H3C
CH3
50
51 OH
4
d
OH
OH
OH
C
ó
d
ig
o
P
e
n
CH3
C CH3
Alternativa C. Com a f órmula C4H10O, podemos prever a existência de tr ês éteres saturados, cujas f órmulas estruturais são mostradas a seguir: H3C
CH2
O
CH2
CH3
H3C
O
CH2
CH2
CH3
H3C
O
CH
ã
o
CH3
CH3
CH3
OH
a
Alternativa C. Com a f órmula C4H10O, podemos prever a existência dos quatro álcoois saturados a seguir: o
Alternativa A. Os cinco compostos são:
CH2
fe
v
e
r
e
i
or
d
e
1
9
9
8
.
9
H2C
16 é correto. A f órmula II pode representar isômeros de diferentes classes funcionais, um éter e um álcool. A f órmula III também pode representar isômeros de diferentes classes funcionais, um éster e um ácido carboxí lico. lico. (Nesse sentido, a afirmação é correta, pois é interpretada como “tanto a f órmula II quanto a f órmula III podem representar compostos isô meros de fun çã o ” . Evidentemente, se a frase fosse interpretada como “um composto com a f órmula II pode ser um is ômero de função de um composto com a f órmula III”, então, nesse caso, ela seria incorreta. Por ém, a primeira interpretação nos parece mais adequada.) 32 é incorreta. A f órmula III não pode indicar nem um álcool nem um éter.
47
CH2
O
C
CH3
OH
04 é incorreto, porque a f órmula C2H6O representa um composto em cuja molécula há apenas um átomo de oxigênio e, para ser um ácido carboxí lico, lico, são necessários pelo menos dois átomos de oxigênio (por causa do grupo carboxila, — COOH). COOH). 08 é incorreto. A f órmula C2H4O2 pode representar um éster, mas também pode representar um ácido carboxí lico. lico. O
O
a) Os isômeros de posição (os tr ês primeiros) pertencem à classe funcional fenol. b) Os comp compost ostos os D e E são o álcool e o éter. No álcool ocorrem ligações de hidrogênio e no éter, não. Assim, espera-se que o álcool apresente maior ponto de ebulição. Portanto, a f órmula estrutural de D é:
O
H3C
OH
CH3
A resposta é 17, pois são corretos os itens 01 e 16. 01 é correto, pois a f órmula molecular I só pode corresponder ao metanal.
H
Os cinco compostos is ômeros C7H8O são:
Alternativa E. Esse exercí cio cio é um recordista de dúvidas entre os alunos, graças ao seu enunciado, nem sempre bem entendido. O que se está perguntando não é qual “o alcano e o álcool mais simples” que são um isômero do outro, o que é obviamente impossí vel, vel, já que um alcano, sendo hidrocarboneto (só C e H) nunca ser á isômero de um álcool (que possui também O). O que se deseja saber é qual “o alcano e o álcool mais simples” que apresenta isômeros. O alcano mais simples (moléculas com menor número de átomos) em questão é o butano, cujo isômero (de cadeia) é o metil-propano. O álcool é o propan-1-ol, que é isômero do propan-2-ol (ou viceversa, já que nas alternativas encontramos apenas a palavra propanol
R
e
p
ro
d
u
ç
52
Alternativa A. Apresentam isomeria geométrica os compostos I e IV: H3C
H3C
CH3 C
C H
H2C
CH2
H2C
Cl
Cl
C
CH2
C H
H
trans
Alternativa A. O composto apresentado no enunciado é o cis, sendo teoricamente possí vel vel a existência do trans.
54
Alternativa A. O primeiro composto apresentado é o cis e o segundo São isômeros geométricos.
55 9 1 e d
é o trans.
Alternativa D. Os isômeros com f órmula molecular C3H5Cl apresentam as seguintes f órmulas estruturais:
or i
H2C e r e v
Alternativa E.
Cl
53
9
61
H
C
H
cis
8
Alternativa D. A alternativa A é falsa. Se uma molécula apresenta plano de simetria, sua imagem especular é igual a ela e não há isomero óptico. A alternativa B é falsa. Se a molécula é plana, o pr óprio plano da molécula é um plano de simetria e n ão há possibilidade de isomeria óptica. A alternativa C é falsa. A ligação dupla não garante que a imagem especular seja diferente da molécula. A alternativa D é verdadeira. A assimetria molecular é condição suficiente para que a imagem especular da molécula seja diferente dela, constituindo um par de enantiômeros. A alternativa E é falsa. A estrutura tetraédrica não é garantia de assimetria molecular. Como exemplo, considere o metano (CH4), cujas moléculas são tetraédricas, por ém dotadas de plano de simetria.
CH3 trans
C
.
60
C
H
cis
Cl
Alternativa B. As f órmulas estruturais representam exatamente a mesma molécula. Professor: Usar modelos moleculares, mesmo que construí dos dos com palitos de dente e bolinhas de massa de modelar, ajuda bastante os alunos a visualizarem a situação colocada por esse teste.
H
C
H
59
CH
CH 2
fe
H2C
C
Cl e d
H
CH3
H3C
Cl
9
C* COOH Cl
1 e d
Cl 0 1 6.
C 9 i e L
C
l a n
H C
H
H e
Cl
CH3
C
Cl
62
CH3
H
São, portanto, cinco. e P
Alternativa C. Há isomeria óptica apenas em II, no qual reconhecemos um carbono quiral:
o ó
d
ig
58
r
t.
1
8
4
d
o
C
* CH(OH)
CH3
a) O “fio” de água, substância cujas moléculas são polares, deve sofrer desvio sob ação do bastão eletrizado. Com o hexano n ão se espera que isso aconteça.
CH2
CH3
Há isomeria geométrica apenas em III: CH2(OH)
A
CH3 C
. a id bi
C
H C
H
H ro
CH2(OH) C
CH3
H
p o ã ç u
hexano d ro
água
63
p e R
Alternativa A. Há isomeria geométrica apenas em II: CH3
bastão bastã eletrizado
CH3 C
H fio”” de hexano “fio não sofre desvio
CH3
C
CH2 CH3 C
CH2 CH3
H
C CH3
Há isomeria óptica apenas em IV IV,, no qual reconhecemos carbono quiral:
fio”” de água “fio sofre desvio
CH3 CH2
b) Nas fó rmulas a seguir, as setas indicam os momentos de dipolo das ligações: Cl
H C
C Cl
H
*C
OH
H
Cl
Cl
C
CH
C
64
Alternativa B. A modificação da disposição relativa dos ligantes ao redor de um centro quiral conduz a um isômero óptico do composto de origem.
65
Alternativa A. A alternativa A é correta, pois a massa molecular do álcool benzí lico lico é maior que a do tolueno. Além disso, e mais importante, ocorrem ligações de hidrogênio entre as moléculas do álcool, mas não entre as do hidrocarboneto. A alternativa B é incorreta. O álcool deve ser mais solúvel em água, graças ao estabelecimento de ligações de hidrogênio com as moléculas desse solvente.
H
H
trans
cis
Há can cance celam lament ento o doss mo do mome ment ntos os de dipolo dip olo das lig ligaçõ ações es
Não há can cance celam lament ento o doss mo do mome ment ntos os de dipolo dip olo das lig ligaçõ ações es
Molé lécu cula la ap apol ola ar
Mol oléc écu ula po pola larr
Espera-se que o “fio” de cis-1,2-dicloro-eteno sofra desvio, pois trata-se de uma substância polar. Não se espera desvio no caso do -1,2-dicloroeteno, apolar.
A alternativa C é incorreta. O tolueno, por apresentar menor massa molecular e for ças intermoleculares menos intensas, deve ser mais volátil (evaporar com maior facilidade) e, portanto, deve apresentar maior pressão de vapor. A alternativa D é incorreta. No tolueno não ocorrem ligações de hidrogênio. A alternativa E é incorreta. Nenhum deles apresenta atividade óptica porque suas moléculas não são assimétricas.
66
Alternativa E. A alternativa A é incorreta, pois o anel benzênico não apresenta átomo de nitrogênio. A alternativa B é incorreta. Todos Todos os carbonos saturados da estrutura t êm pelo menos dois hidrog ênios e, portanto, n ão são assimétricos. A alternativa C é incorreta. O anel saturado na parte de baixo da f órmula estrutural não é aromático. A alternativa D é incorreta. A molécula não satisfaz as condições para que apresente isômeros geométricos. A alternativa E é correta: H3C
CH2
Capítulo 6 Reações de substituição e reações de adição 2
H3C
CH2
CH2
CH2
CH3
(Não pode ser o metil-butano, pois produziria quatro is ômeros. Nem o dimetil-propano, pois produziria apenas um.)
42
Como se trata de um dieno (ciclodieno) conjugado, ele pode sofrer adição normal ou conjugada. a) Adição normal: Cl Cl +
Cl2
éter O
b) Adição conjugada: etc.
Cl . 8 9 9
+
1
Cl2
e
d or
etc. i e r e
67
a) A fó rmula CnH2n 1OH representa um álcool de cadeia aberta e saturada. Vamos Vamos montar a f órmula estrutural ligando a um átomo de carbono os seguintes quatro grupos diferentes: • OH •H • CH3 • CH2CH3 Escolhemos esses grupos de tal modo a fazer, com o menor número de carbonos, um álcool de cadeia aberta e saturada, no qual um dos carbonos (o que está ligado a esses quatro grupos diferentes) seja assimétrico. Assim, temos:
72
a) O DDT não apresenta isômeros ópticos porque sua molécula não é assimétrica. b) Para responde responder, r, vamos vamos estabelecer estabelecer uma uma relação entre massa de DDT (em g) e volume de água (em L).
d 6.
Alternativa B. 9 i e
a
H3C
1 possibilidade
C
— —
Vol olum umee de ág água ua 3 1L 2 x 1
x 1,0 106 L
L
a
e
2 possibilidade a
l n
CH2
e P
CH3 o ig d ó
a
CH3
C
3 possibilidade; esta conduz a produto com carbono quiral t.
1
8
4
d
o
r A
61
.
H3C
CH
CH 3
H3C
CCl
CH3
a
CH2Cl p
ro
bi
id
CH3 o ã ç u
H3C
CH
H3C
CHCl2
CH
CH3
a) I é éster e II é amina. b) Álcool. A f órmula molecular do composto III é C4H10O. Com essa f órmula existem ao todo sete is ômeros constitucionais. Tr ês deles são éteres (incluindo o composto III, apresentado na questão) e quatro são álcoois.
e
CH3
CH3
Alternativa A. I é correta; II é correta; III é correta, pois a palavra para designa posição relativa 1,4 de dois substituintes em um anel benz ênico; IV é incorreta, pois apenas Y tem carbono quiral.
Gran Gr ande deza zas: s: Mass Massa a de DD DDT T 1,0 10 6 g 1,0 g
1
1
60
b) bu buta tann-22-ol ol (ou álcool sec-butí lico) lico)
69
9
0
H
68
e
c) Os prod produto utoss obtid obtidos os são diferentes.
OH C* CH2
fe d
H3C
v
Cl
Alternativa B. +
63
Br
+
HBr
Alternativa C. H2C X
64
Br2
CH2
CH3
H3C
CH
CH3
X
Alternativa A. A f órmula geral dos alcanos é CnH2n 2. Utilizando a massa molecular fornecida e os dados da tabela periódica, podemos calcular n:
12n (2n 2) 86
V
e
p
ro R
CH2Cl
(A f órmula molecular C4H10 corresponde ao metil-propano e ao butano. O metil-propano origina tr ês derivados diclorados, como mostrado acima. Já o butano originaria seis der ivados diclorados e não é, portanto, a resposta da questão.)
62
d
CH2Cl
n6
Assim, o alcano tem seis carbonos na molécula e sua f órmula molecular é C6H14. No entanto, à exceção da alternativa C, que fornece nome incorreto, todas as outras apresentam alcanos C H
Vejamos quantas possibilidades difere ntes de monossubstituição há em cada caso: a) Tr Três ês possib possibili ilidad dades: es:
a
O Cl
2 possibilidade
Grupo o- p-dirigente
C
1 possibilidade
CH2
S
OH
O
Grupo m-dirigente
CH3
70
a
CH3
3 possibilidade
b) Dua Duass possibi possibilid lidade ades: s: a
2 possibilidade H3C
Alternativa B.
a
CH3 H3C
68
CH
CH
CH3
CH3
Alternativa B. Uma maneira simples de resolver o problema é perceber que, ao substituir quatro átomos de hidrogênio do benzeno por á tomos de cloro, restam duas posições não-cloradas. As posições não-cloradas podem estar em “orto”, “meta” e “ para”. Cl
CH3
Cl
Cl
a
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
1 possibilidade Cl
d) Qua Quatro tro possibil possibilida idades des::
Posições não-cloradas em “orto”
a
2 possibilidade H3C
CH2
CH
CH2
CH3
71
CH3 a
1 possibilidade
CH2
+
H2
H3C
alceno
a
4 possibilidade 8
Posições não-cloradas em “meta”
Posições não-cloradas em “para”
Alternativa A. Exemplo: H2C
a
3 possibilidade
.
Cl
CH3
alcano
9 9 1
e) Cin Cinco co possib possibili ilidad dades: es: e d
72 a
or
2 possibilidade i e r
Alternativa C. 1 CxHy 1 H2
1 C4H10
⇒
e v fe
H3C e d 9 1
a
1 possibilidade e d
CH
CH2
CH2
CH3 5 possibilidade a
1
4 possibilidade 6. 9 i
a
3 possibilidade e L e l
Portanto a opção correta é a A. a n
74
e ig
65 ó
d C o d 4 8 1 t. r
H2C
Alternativa E. As fórmulas estruturais do pentano e de seus isômeros são mostradas a seguir, juntamente com as diferentes possibilidades de monossubstituição:
A .
CH
CH3
+
HCl
H3C
CH
CH3
2-cloro-propano
Note que a adição respeita a Regra de Markovnikov.
3 possibilidade id
4 8
Cl
a
a
Alternativa E.
P o
O hidrocarboneto insaturado tem fórmula molecular C4H8, que corresponde a uma fórmula geral CnH2n. Trata-se de um alceno com quatro carbonos ou um ciclano com quatro carbonos. Na alternativa C aparecem dois alcenos de quatro carbonos.
a
CH3
0
x y
bi ro p
H3C o ã
CH2
CH2
CH2
CH3
75
Alternativa D. A resposta decorre da Regra de Markovnikov. Se o hidrogênio (do HCl) se adiciona ao carbono mais hidrogenado da dupla C C , então o cloro se adiciona ao carbono menos hidrogenado.
79
Alternativa D.
ç u
a
d
2 possibilidade ro p e
a
1 possibilidade R
a
5 possibilidade
H3C
CH
CH2
HC
a
CH3 a
OH
CH3
7 possibilidade 6 possibilidade
CH3 H3C
C
80 CH3
CH3 a
8 possibilidade
Entre todas as diferentes possibilidades mostradas, há quatro delas que envolvem carbono primário. 67
Alternativa B. NO2
NO2
Grupo meta-dirigente
+
Cl2
+
H2O
H2C
CH
O H3C
C
H etanal ( acetaldeí acetaldeído) do)
a
4 possibilidade
CH
+
Cl -cloro-nitro-benzeno
HCl
Alternativa E. I é correta. Ambos os compostos são isômeros, pois são substânci as diferentes que apresentam a mesma fórmula molecular (C21H28O5). Em vez de determinar o número de hidrogênios em A e B, é mais fácil perceber que as estruturas de ambas as substâncias só apresentam duas diferenças: • Onde, na cortisona cortisona,, há uma uma dupla dupla CH CH, na prednisolona há uma ligação simples CH2 CH2 . No tocante a essa porção das moléculas, a prednisolona tem 2 hidrogênios a mais. • Onde, na na cortisona, cortisona, há uma uma ligação ligação simples simples CH OH , na prednisolona há uma ligação dupla C O. No tocante a essa porção das moléculas, a cortisona tem 2 hidrogênios a mais. Assim, o número de hidrogênios é igual em A e B. II é correta. Nas fórmulas estruturais de A e B aparecem os grupos funcionais cetona e álcool. III é correta, pois em ambas as moléculas há ligações duplas C C , que sofrem adição de Br
CH3
H3C
88
Br
Alternativa B. Cl
82
+
a)
HBr
CH3
CH3 Br +
b)
CH3
CH3 ausência ou
Alternativa A. A reação envolvida é uma alquilação de Friedel-Crafts em que um átomo de hidrogênio do anel aromático é substituí do do pelo grupo CH3. O grupo carboxila (COOH), presente no ácido benzóico, é metadirigente. Isso conduz, na alquilação, à substituição do hidrogênio em meta. Assim, espera-se que o principal produto orgânico da reação seja ácido meta-metil-benzóico.
e
presença de peróxido
Br
CH3
CH3 ausência ou
+ HBr presen ça de peróxido
CH3 e
Br
Br
Mesma f órmula estrutural, escrita de modos diferentes
e
i
9
6.
1
0
d
e
1
9
d
e
fe
v
e
r
e
i
or
d
e
1
9
9
8
.
L e l
91
a) eti etino no ou acet acetile ileno no
a
Alternativa E. O FeCl3, é catalisador para a cloração do anel aromático. ig
o
P
e
n
d
H C C H b) CaC2 2 H2O # C2H2 Ca(OH)2 Da equação acima estabelecemos a propor çã ção estequiométrica entre carbeto de cálcio, CaC2, e acetileno, C2H2. CaC2 C2H2
Proporção:
1 mol
1 mol
Grandezas:
Massa 64 g 32 g
Massa 26 g 3 2 x 1
— —
+
Cl2
FeCl3
C o
+
4
d
HCl t.
1
8 r A . a
93
Alternativa B.
Alternativa D. A descrição I não se aplica ao benzeno porque, apesar de ser pouco solúvel em água (pois o benzeno é apolar e a água é polar), é uma substância lí quida quida nas condições ambientais. A descrição II aplica-se ao benzeno, pois, sendo sua f órmula molecular C6H6, sua f órmula mí nima nima é CH, o que indica que a propor çã ção, em mols, de carbono para hidrogênio é de 1 : 1. A descrição III aplica-se ao benzeno. Como é uma substância apolar, as intera çõ es intermoleculares sã o do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, que alguns autores denominam for ças de van der Waals. A descrição IV não se aplica ao benzeno, pois, em função do fenômeno da ressonância, as ligações entre os átomos de carbono não têm caracter í ística s tica tí pica pica de insaturação dupla, mas sim um áter intermediário entre simples e dupla.
ó
Cl
x 13 g
86
BHC
90
CH3
No caso de , apesar de os carbonos da dupla C C serem igualmente hidrogenados, não se formam isômeros graças à simetria da molécula reagente:
3 H2
Cl
Alternativa D. A cloração de alcanos ocorre quando a mistura de alcano e cloro é submetida a luz e calor. Já a cloração de aromáticos depende da presença do catalisador apropriado (por exemplo, AlCl3, FeBr 3). Na molécula de tolueno, temos: • um anel aromático, que pode sofrer cloração se houver a presença do catalisador apropriado. • uma cadeia lateral (CH3), que pode sofrer cloração quando a mistura reacional é submetida a luz e calor. Quando o tolueno sofre substituição “realizada com aquecimento e na presença de luz”, conforme relata o enunciado, forma-se o produto de substituição na cadeia lateral.
CH3
CH3 + HBr
+
Cl
89
Br
85
Cl ciclo-hexano
peróxido
c) No ca casso de de , como mostrado no item a, não se forma mistura de produtos monobromados isômeros. No caso de , como os carbonos da dupla C C s ã o igualmente hidrogenados, forma-se tal mistura:
83
Cl
HBr
CH3
Cl
94
Alternativa D. Eteno e hidrogênio reagem num processo de adição: H2C CH2 (g) + H2 (g) # H3C CH3 (g) Essa reação converge, com o passar do tempo, para a situação de equilí brio brio quí mico. mico. Como o enunciado salientou que os tr ês minutos decorridos s ão um tempo “insuficiente para se atingir o equilí brio brio em qualquer um dos sistemas referidos”, estamos diante de um problema de cinética quí mica. mica. A quantidade de alcano (produto da reação) ser á maior onde a reação se processou com maior rapidez. Isso acontece no sistema IV, pois, como tem o menor volume, nele as concentra ções dos gases reagentes são maiores e, portanto, mais alta é a freqüência de colisões entre as moléculas, conduzindo a uma reação mais r ápida. Alternativa B. “Ap ós estabelecer-se um equilí brio b rio”, consideraçã o feita no enunciado, o equilí brio brio quí mico mico estar á mais deslocado para a esquerda, de acordo com o Princí pio pio de Le Chatelier, no caso do sistema I, onde o volume é maior e a pressão, menor: H2C
CH2 (g)
+
H2 (g)
F
H3C
CH3 (g)
Diminuição da pressão desloca para a esquerda Assim, no sistema I haver á maior quantidade do reagente alceno.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
p
ro
bi
id
Capítulo 7 Noções de acidez e de basicidade em compostos orgânicos 8
14
a) II e III III,, gra graças ao efeito indutivo eletroatraente eletroatraente do Br e do NO2. b) I e IV, IV, gra graças ao efeito indutivo eletrodoador dos grupos metil e etil. O vinagre, sendo ácido, reage com as aminas, que são básicas, produzindo í ons ons que não têm cheiro. Exemplo: O R
NH2
+
H3C
O
C
NH+3
R
H3C
OH
23
C –
O
Alternativa D. Cl CH3
.
COOH
8 9
CH2
COOH
Cl 9 1
CH
Cl COOH
Cl
C
Cl
F COOH
F
C
Cl
COOH
F
e d or i
Sentido crescente da força ácida e r e v
1
9
d
e
fe
25
Alternativa C. I é incorreta, pois o valor de Ka para o ácido o-nitrobenzóico é maior que para o ácido benzóico. II é incorreta, pois o valor de Ka para o ácido o-hidroxibenzóico não é o maior dentre os apresentados. III é correta, pois o valor de Ka para o ácido o-metoxibenzóico é o menor dentre os apresentados.
26
Alternativa C. Dentre os apresentados, o grupo F é o que apresenta maior efeito eletroatraente.
27
Alternativa B. Comparando II, III, IV e V, V, temos:
e d 0 1 6. 9 i e L
e
n
a
l
e
P o ig d
d
o
C
ó
4 8 1 t. r
Cl A .
Cl
a id bi
CH3CH2COOH ro
CH2CH2COOH
CHCH2COOH
Cl
Cl
Cl
CCH2COOH
p o ã ç u d
II ro
III
Cl IV
V
p e R
Aumenta a força ácida Comparando I e II, temos: CH3CH2COOH II
CH3COOH I
Aumenta a força ácida Isso é tudo o que se pode prever a partir das estruturas apresentadas. Como se trata de um teste de múltipla escolha, temos a prerrogativa de analisar as alternativas e, de fato, só há uma delas que está de acordo com as conclusões acima, a alternativa B.
28
Alternativa B. O H
C
ácido metanóico ou ácido f órmico (do latin formica, formiga)
OH
Mg(OH)2
29
hidr óxido de magnésio (presente no leite de magnésia)
a) I é álcool; II é éter; III, IV e V são fenóis. b) V pe pe r te te nc nc e à mesma classe funcional que III e IV e, üentemente, exibe propriedades quí micas micas semelhantes.
Um exemplo desse tipo de propriedade é o car áter ácido. Esse exercí cio, cio, nesta altura do curso de Quí mica mica Orgânica, é oportuno para retomar o conceito de classe funcional, salientando as semelhanças de comportamento entre os compostos que possuem um mesmo grupo funcional. Aliás, o binômio estrutura-propriedades deve permear todo o curso de Quí mimica. Na Orgânica, não poderia ser diferente. Seria impossí vel vel estudá-la sem a facilitadora divisão em classes funcionais, caracterizadas por seus grupos funcionais.
30
Alternativa D. O ácido acético e o fenol produzem solução ácida (pH 7). O etanol, apresentando car áter ácido muito inferior ao da água, produz, para efeitos pr áticos, solução neutra (pH 7). A metilamina produz solução básica (pH 7).
31
Alternativa B. Os í ons ons H de uma substância ácida neutralizam os í ons ons OH , provocando reduçã o de sua concentraçã o. De acordo com o Princí pio pio de Le Chatelier, isso desloca o equilí brio brio para a direita, consumindo metilamina e reduzindo o odor de peixe.
A alternativa 05 é incorreta, pois o sal resultante (citrato de sódio) é derivado de base forte (hidr óxido de sódio) e de ácido fraco (ácido cí trico). trico). Assim, devido à hidr ólise do sal (hidr ólise do ânion), o meio fica alcalino, ou seja, com pH maior que 7,0.
39
CH2
Loca Lo call de ab abso sorç rção ão
Aspi As piri rina na
p-aminofenol
estômago
alta
baixa
intestino
baixa
alta
Representando a aspirina (ácido fraco) por RCOOH, temos:
Alternativa E.
32
a)
RCOOH
O
ácido
CH
C
lico OH carboxí lico
NH2
amina
F
H
Absorvida mais facilmente
RCOO
Absorvida com mais dificuldade
No estômago (alta [H ]), esse equilí brio brio está deslocado para a esquerda e a aspirina est á predominantemente na forma molecular. No intestino (baixa [H ]), o equilí brio brio está deslocado para a direita e a aspirina predomina na forma de ânion. Representando o p-aminofenol (base fraca) por RNH2, temos:
Alternativa C.
34
O R
O
C
+
NaHCO3
#
R
C
+
H2CO3
O–Na+
OH
RNH2
Substituindo H2CO3 por CO2 H2O e escrevendo de modo simplificado, temos: RCO2H NaHCO3 # RCO2Na CO2 H2O
35
Absorvida mais facilmente
R
COO OOH H + Na NaHC HCO O3
#
R
decomposto
HNO3(aq)
37
CH3NH2(aq)
1444 2444 3
1442443
H (aq)
NO 3(aq)
H (aq)
CH3NH3 NO3(aq)
CH3NH2(aq)
CH3NH 3(aq)
CH3NH2(aq)
CH3NH 3(aq)
NO3(aq)
38
e d or i e r e v fe e d 1
9
6.
1
0
d
e
a
.
A
r
t.
1
8
4
d
o
C
ó
d
ig
o
P
e
n
a
l
e
L
e
i
id bi
41
a) A fen fenol olft ftal aleeí na na é um indicador ácido-base que, em meio ácido ou neutro, é incolor e, em meio básico, adquire coloração r ósea. O meio inicialmente é ácido e, por isso, a fenolftale í na na se mostra incolor. b) A base base neut neutral ralizo izou u o ácido. Uma gota de NaOH adicionada além do ponto final da titula ção deixa o meio básico, e a fenolftaleí na na passa a ficar r ósea. c) H3C — COOH NaOH # H3C — COO Na H2O d) Ac Acet etat ato o de de sódio (ou etanoato de sódio) e água. e) A quantidade quantidade em em mols (n) de um soluto soluto em em uma solu solução de concentração em quantidade de matéria M é n M V. Assim: Ass im: • para o ácido: nácido Mácido Vácido • para a ba base: nbase Mbase Vbase
H3C — COOH
Alternativa 04. A alternativa 01 é incorreta. Carbonato de sódio: Na2CO3 Bicarbonato de sódio: NaHCO3 A alternativa 02 é incorreta, pois sais de sódio são, em geral, solúveis em água. A alternativa 03 é incorreta, pois o grupo funcional de ácido carboxí lico, lico, — COOH, COOH, caracteriza normalmente ácido fraco (exceto em casos nos quais grupos substituintes muito eletronegativos este jam presentes). A alternativa 04 é correta. RCOOH NaHCO RCOONa HO CO $
1
Absorvida com mais dificuldade
Após a neutralização de iguais quantidades em mols de HNO3 e CH3NH2, a solução conter á o sal CH3NH3 NO3 dissociado. Por se tratar de um sal de ácido forte e base fraca, sua solução ter á car áter ácido, pH 7, o que se explica como decorr ência da hidr ólise do cátion: CH3NH3 (aq) H2O(l) F CH3NH2(aq) H3O (aq)
9
Ácido carbônico
9
OH
No estô mago (baixí ssima s sima [OH ]), esse equil í brio b rio est á deslocado para a direita e o p -aminofenol est á predominantemente na forma de cátion. No intestino ([OH ] mais alta), o equil í brio brio está deslocado para a esquerda e o p-aminofenol predomina na forma molecular. b) Como a p-hidroxiacetanilida é absorvida eficientemente tanto em meio ácido quanto em meio alcalino, isso indica que deve apresentar-se predominantemente na forma molecular em ambos os meios. Assim, não deve ser ácido nem base (ou, então, deve ser um ácido fraquí ssimo ssimo e/ou base fraquí ssima). ssima).
COO Na + H2O + CO2
+
Percebe-se, pela equação apresentada, que a propor çã ção em mols entre o ácido e o bicarbonato é 1 : 1. Em outras palavras, cada mol de grupos — COOH COOH requer um mol de NaHCO3. Como no ácido cí trico trico há tr ês grupos — COOH, COOH, ser ão necessários tr ês mols de bicarbonato de s ódio para neutralizar um mol desse ácido.
RNH3
8
9
Alternativa A. A reação envolvendo o grupo carboxila e o bicarbonato de sódio é do tipo dupla troca: –
F
H2O
.
Proporção: 1 mol Gra rand ndeeza zas: s: Quan Quanti tid dad adee de matéria 1 mol
N a OH
— —
Mácido Vácido
Mácido Vácido
Substituindo os valores: Mácido Vácido Mbase Vbase Mácido 50 mL 1,0 mol/L 25 mL
Mácido 0,5 mol/L
1 mol Quanti Quan tid dad adee de matéria 1 mol 3 Mbase Vbase 2
Mbase Vbase
1
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
p
ro
Capítulo 8 Óxido-redução, desidratação e esterificação 8
a) ce ceto tona na,, feno fenol, l, éter. b) O grupo grupo funcion funcional al cetona cetona é reduzido a álcool secundário: OH
O CH2
CH2
C
CH3
CH2
CH2
CH
CH3
[H]
OCH3
OCH3
OH
9
OH
A desidrogenação do álcool corresponde a sua oxidação a aldeí do: do:
. 8 9 9
H
H
C
O
O
1 e
H3C d or i
cat.
H3C
C
e r e e
+ H2 H
H v fe
Fórmula estrutural pedida
a) O gás é o hidrogênio, um dos produtos da reação. b) O p pro rodu duto to lí quido quido coletado é o aldeí do do produzido na reação, cujo nome sistemático Iupac é etanal. d 9 1 e d 0 1 6. 9
Origina o 2º- produto orgânico i e L e n
a
l
17 P
e
a)
[O]
O
o ig
+
H
O
O
C
C
d ó o d 4 8 1 t.
2 CH2O
OH +
2 CO2 +
O
Originam o 3º- produto orgânico
Origina o 1º- produto orgânico C
+
H
Três produtos orgânicos diferentes
r A . a
Origina o 2º- produto orgânico id bi ro p o ã
b) ç u
[O]
O
d ro
+
HO
O
O
C
C
p e
18
O
Originam CO2 e H2O
Origina o 1º- produto orgânico R
Dois produtos orgânicos diferentes
Os grupos álcool primário e aldeí do, do, inicialmente presentes nos compostos, s ão oxidados a ácido carboxí lico lico no processo.
O
[O]
a)
b)
CH2OH
CH2OH
+
COOH COOH
O
O
[O]
+
COOH
c)
[O]
CHO
COOH
HOOC HO OC
O
O
+
+
+
HOOC HO OC
COOH CO OH
COOH CO OH
2 H2O
23
A desidratação intermolecular pode acontecer envolv envolvendo: endo: • duas moléculas de metanol; • duas moléculas de etanol; • uma molécula de etanol e outra de metanol. As equações quí micas micas das reações são: H3C
O
H
H +
O
CH3
H3C
O
CH3
+ H2O
lico éter dimetí lico
H3C
CH2
O
H +
H
O
CH2
CH3
H3C
CH2
O
CH2
CH3 + H2O
lico éter dietí lico
H3C
CH2
O
H
H +
O
CH3
H3C
CH2
O
+ H2O
CH3
lico e metí lico lico éter etí lico
31
Alternativa B. H3C
CH2
[O]
OH
O
O H3C
c) H3C
C
CH2
aldeí do do
C H
H
32
33
d) H3C
Alternativa D. Os hidrocarbonetos mencionados são provenientes do vapor de gasolina (e, em menor grau, do vapor de óleo diesel, que é menos volátil). O aldeí do do é proveniente da oxidação parcial do álcool usado como combustí vel, vel, o etanol.
CH2
e) H3C
CH
CH3
álcool secundário 8
.
carbono secundário 1
9
9 e
O
[O]
OH
H3C
O
O
[O]
C
H3C
H3C
C
H3C
C
CH2
e
r
éter, não sofre oxidação branda;
CH3
e
fe
v d 9 1 e
+
H
H3C
CH
CH3
álcool secundário, oxida-se a cetona;
H3C
CH2
CH2
OH
álcool primário, oxida-se a aldeí do. do.
i
9
6.
1
0
d
e
L
e l a
–
OH
O
e
i
or
OH
OH
+
d
Os isômeros de f órmula molecular C3H8O são:
O
F
C
álcool primário
OH
OH
36
H
H3C
CH2
carbono primário
Alternativa C.
H3C
CH2
e
n
a) O prod produto uto de oxid oxidaação de B (álcool secundário) é a propanona:
O
ácido acético
Sabor azedo
ig
o
P d
O ó C o
34
H3C
Alternativa D. O CH3CH CHO O equiv equival alee a
CH3
b) A
H3C
O
C
H3C
CH2
C
Grupo funcional aldeí do do
OH
C
OH
39
a)
álcool primário
OH H3C
CH2
CH
id bi
Alternativa A. I é correta, porque no reagente há assimetria molecular e no produto, não. II é incorreta, pois o grupo funcional álcool secundário é oxidado a cetona. III é incorreta, porque o reagente (C3H6O3) não é isômero do produto (C3H4O3).
carbono primário
CH3
a
OH
38
carbono terciário
CH2
.
Alternativa D. Na reação equacionada no enunciado, o grupo funcional álcool primário é oxidado a aldeí do. do.
CH3
b) H3C
CH2
A
O CH3
[O]
H3C
álcool secundário X
CH2
C
CH3
cetona
Fórmulas estruturais pedidas
O H3C
CH2
CH2
álcool primário Y
CH2
OH
[O]
p
ro
ro
d
u
ç
ã
o
e
álcool terciário
CH3
r
CH3
37
CH3 C
t.
1
8
4
p
Alternativa A.
a) H3C
d
CH3
Em C ocorrem ligações de hidrogênio entre as moléculas e em A, não. Por isso, o ponto de ebulição de A é menor que o de C.
H
35
CH2
C
H3C
CH2
CH2
O [O]
C H
H3C
CH2
lico ácido carboxí lico
CH2
C OH
R
b) O cob cobre re me mettálico atua como catalisador. O aquecimento faz com que o sistema tenha energia t érmica suficiente para que as moléculas dos reagentes adquiram energia superior à de ativação. (Como o cobre permanece incandescente ap ós a interrup çã o do aquecimento, deduz-se que a rea çã o é exotérmica e o calor liberado pela pr ópria reação é suficiente para mantê-lo aquecido.)
b) X apresenta assimetria molecular molecular,, o que é evidenciado evidenciado pela pela presença de carbono quiral. Apresenta, portanto, isomeria óptica. OH H3C
CH2
CH
CH3
Y não apresenta assimetria molecular e, portanto, n ão apresenta isomeria óptica. H
40
a) H
H
C
O
1
+
2
41
Alternativa B. R
O cat.
O2
H
C
+
H2O
C
C
R1
R1
R
[O]
H
H metanal
42
Alternativa B. O
[O]
H3C
CH2
CH
C
CH3
H3C
CH2
C OH
CH3
2-metil-pent-2-eno
+
O
C
CH3
CH3
. 9
9
8
43 e
1
Alternativa B.
d or
O
i e
R r e v
C
C
3
R’
R
C
O
+ O
C
R’
H2O/Zn fe e
H d 9
H
1 e d
H
H
aldeí do do
alde í do do
0 1 6.
O
9 i
R e L
C
C
3
R”
e
R
C
O
+
O
C
R”
H2O/Zn l a
H n e P
R’
H
o
R’
aldeí do do ig d
cetona
ó C o
O
d
R 4 8 1
C
C
R”’
3
R
C
O
+
O
C
R”’
H2O/Zn t. r A
R’ R” . a
R’
id
R”
cetona bi ro
cetona
p o ã ç u
Origina o ácido propanóico
Origina CO2 d ro p R
e
44
a)
H2C
CH
CH2
CH2
CH2
CH
CH
CH2
CH3
Origina o diácido de cinco carbonos (ácido pentanodióico)
b) O but-1 but-1-en -eno o produz produz CO CO2 e ácido propanóico. O metil-propeno produz CO 2 e propanona. Ambos podem, portanto, ser diferenciados pelo tratamento descrito. J á o cis-but-2-eno e o trans-but-2eno produzem ambos ácido acético e não podem, portanto, ser distinguidos pelo método. H2C
CH
CH2
O
[O]
CH3
CO2
+
C HO
H2C
C
CH3
[O]
CO2
+
O
CH3 H3C
CH3 CH3
C
C
H
H
H3C
H C
O [O]
ou
H
C
C CH3
2 H3C
C OH
CH3
CH2
CH3
2R
C R1
O
45
a)
b)
CH3
CH3
1
1
Br
CH2
5
2
4
3
1-metil-ciclo-pent-1-eno (1-metil-ciclo-penteno)
ou
Br
2
CH3 3
CH2
Br
CH3
4
2
5
1
3-metil-ciclo-pent-1-eno (3-metil-ciclo-penteno)
ou
3
CH3 4
HO
CH3
4
5
3
1
2
4-metil-ciclo-pent-1-eno (4-metil-ciclo-penteno)
c) is isom omeri eriaa de pos posiição HO
CH2
OH
46
Alternativa A. A primeira reação é a desidratação intramolecular do álcool etí lico. lico. A segunda é a desidratação intermolecular do mesmo álcool.
5
8
. 9 9 1 e d or i e r e v
47
fe
Alternativa A. e d 9 1
CH3 CH3
CH2 CH2
e
+
H
OH OH
CH3
∆
CH2
O
CH2
CH3
d
+ H2O 0 1 6. 9 i e L e l
+
CH2
CH2
H
OH
H
CH2
∆∆
CH2
a n
+ H2O e P o ig d ó C o d 4
48
O H3C
r A . a id bi ro p
C
+
NaOH
H3C
o ã
C
+
ç
H2O u d ro
+
–
p
O Na
e R
O
O
C
+
HO
CH2
CH3
F
H3C
OH
C
+ O
V
CH2
H2O
CH3
IV
Alternativa C. O H3C
CH2
CH2
C
O +
HO
CH3
F
H3C
CH2
CH2
C
+ O
OH ácido butanóico
51
t.
Alternativa E.
H3C
50
1
O
OH
49
8
Alternativa E. I e II são insolúveis em água (são hidrocarbonetos apolares). III, IV e V são solúveis em água. Dos cinco compostos, apenas o ácido acético (V) reage com soda cáustica (NaOH).
metanol
H2O
CH3
Composto apresentado no enunciado como tendo cheiro de maçã
Alternativa B. O H3C
CH2
C
+ OH
HO
CH2
CH3
H+
F
O H3C
CH2
C
+ H2O O
CH2
CH3
52
Alternativa E. O Xé
HO
CH2
CH3
Yé
H3C
C OH
53
Alternativa D. Em (1) o grupo álcool primário é oxidado a ácido carboxí lico. lico. Em (2) o grupo ácido carboxí lico lico participa de esterificação, produzindo o éster metí lico. lico.
54
Alternativa D. I. RCOOH II.. RC II RCOO OOH H III. RCOO RCOOH H
55
NaHCO3 HOCH3 RCOO
RCOO Na RCOOCH3
CO2 H2O
H2O
H
Alternativa B. H2 C
O H
O
CH2
CH2
CH2
C
H2C
OH
C
H2C
O
O
Professor: Os ésteres cíclicos , como é o caso do produto dessa rea ção, são mais apropriadamente nomeados na Quí mica mica universitária como lactonas (assim como as amidas cíclicas são chamadas lactamas). . 9
8
56 1
9 e d or i e r e v
01 é verdadeira.
Álcool: R Éter: R
OH O R’
Aldeí do: do: R
C
fe
O e d 9 1 e d
H 0 1 6. 9 i
O e L e l a
Cetona: R n e
C
R’
P o
O ig d ó
Ácido carboxí lico: lico: R C o
C
d
OH 4 8 1 t. r
O A . a
Éster: id bi ro
R
C O
p o ã
R’
02 é falsa, pois álcoois não possuem carbonila ( C O ). 03 é falsa, porque, apesar de os ácidos carboxí licos licos serem os únicos dentre as substâncias citadas a possuir car áter ácido acentuado, não são os únicos em cujo grupo funcional há hidrogênio ligado a oxigênio. Há também os álcoois. 04 é verdadeira. ç u d ro p e R
R
CH2
OH
O
[O]
R
O
[O]
C
R
C
H
OH
05 é falsa. O álcool seria o butan-1-ol (não butanal) e o aldeí do do seria o butanal (não butanol). 06 é falsa. Não há éter com apenas um átomo de carbono na molécula. Assim, não há éter isômero do metanol. O
57
a) CH3CH2
CH
CH
[CH2]10
O
C
CH3 +
OH– O
CH3CH2
CH
CH
[CH2]10
OH +
CH3
b) O álcool apresenta isomeria geométrica, pois sua mol écula tem uma dupla C um dos carbonos possui dois ligantes diferentes. As estruturas dos isômeros geométricos são:
[CH2]10
CH3CH2 C H
OH
CH3CH2 cis
C H
O–
C em que cada
H C
H
C
trans
C
[CH2]10
OH
Capítulo 9 Polímeros sintéticos 9
a) O arr arran anjjo é cis, conforme evidencia o seguinte esquema, que destaca o arranjo dos ligantes ao redor de uma das duplas ligações: CH2
CH2 C
C
H CH2
CH2
CH2 C
H
CH2
C
CH2 C
H
H
C
H
H
CH2 C
b)
C H
H
Professor: Embora menos comuns, também podem ser consideradas corretas as seguintes respostas: CH2 C
CH2
CH2
C
ou
C
. 8
C
H
H
CH2
H
9 9 1 e
H d or i e r e
10
v fe
a) A guta-pe guta-perch rchaa correspo corresponde nde ao trans e a borracha natural, ao cis, conforme ilustra o seguinte esquema: e d 9 1 e d 0 1
H
CH2 C
CH3
C
CH3
CH2 C
CH2
CH2
C
CH2
C H
6.
H 9 i e L
C
CH3
e l a n
CH2 e P o ig
guta-percha d ó C o
CH2
CH2 C
CH3
CH2
C
CH2 C
H
CH3
CH2
C
C H
d 4
CH2 8 1 t.
C
CH3
r A . a
H id bi ro p
borracha natural o ã ç u d ro
b) H2C
C CH3
CH
CH2
c) H2C
C
CH
p
CH2 e R
CH3
d) São iguais. A diferença entre guta-percha e borracha natural reside no fato de serem isômeros geométricos (cis-trans), e não no fato de serem provenientes de diferentes monômeros.
16
17
Alternativa D. No metil-1,3-butadieno (atualmente, metil-buta-1,3-dieno) há duas insaturações C C , que o caracterizam como dieno. Alternativa D. A alternativa A é incorreta, porque o teflon é um polí mero mero obtido a partir do tetrafluoretileno. A alternativa B é incorreta, pois o PVC é produzido a partir do cloreto de vinila. A alternativa C é incorreta, porque no silicone não há a presença necessária do elemento quí mico mico nitrogênio. A alternativa D é correta. A borracha sintética é produzida a partir do buta-1,3-dieno. A alternativa E é incorreta, uma vez que os plásticos (polí meros meros sintéticos) nã ão, em sua maioria, biodegradáveis.
19
Alternativa D. CH2
C
CH
CH 2
CH3
n
hidrocarboneto
20
Alternativa A. A alternativa A é correta, pois a estrutura do teflon é: CF2
CF2
n
A alternativa B é incorreta, porque não há átomos de cloro na molécula de teflon e, portanto, não há possibilidade da geração de CFC (clorofluorocarbono) na sua degradaçã
A alternativa C é incorreta, pois entre as substâncias geradas pela atividade humana que contribuem para a destruição da camada de ozônio estão os clorofluorocarbonos. O CO2 tem envolvim envolvimento ento em outro problema ambiental, a intensificação do efeito estufa. A alternativa D é incorreta, uma vez que o teflon se origina de apenas um tipo de monômero, o F2C CF2 . A alternativa E é incorreta, pois a quebra de mol éculas a altas temperaturas é chamada de pirólise . Denomina-se fotólise a quebra sob a ação da luz.
21
23
Por exemplo, se o ácido tiver duas insaturações, ter á f órmula geral CnH2n 3COOH. Se tiver tr ês, ser á CnH2n 5COOH. E assim por diante. Considerando os dados fornecidos na questão, temos que o ácido behênico é saturado (CnH2n 1COOH, n 21), o ácido er úcico é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 21) e o ácido gondóico também é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 19).
Escrevendo a estrutura dos reagentes a partir dos quais h á a formação do aspartame, temos:
33
Alternativa C. A imensa maioria dos plásticos não é decomposta pela ação de microrganismos. Em decorr ência disso, permanece no meio ambiente por muito tempo sem se degradar, constituindo um sério problema ambiental.
O H2N
CH
O NH
C
CH2
Alternativa A.
CH
C
O
CH3
CH2
COOH
CH3 tolueno O
O CH2 . 8 9
CH
H
PVC
N
CH
C
OH
H
N
CH
C
OH
9 1
Cl e d
H
n
or
CH2
H
CH2
HO
CH3
metanol
i e r
COOH e v fe
OH e d
ciclocic lo-he hexan xanol ol
9 1 e
ácido aspártico d 0
O 1 6.
fenilalanina
ciclo-pentanona
(Nomes obtidos na tabela fornecida no livro-texto.) 9 i e L
O e l
O
a n
... e P o
NH
[
ig
CH2
]6 NH
C
[
CH2
]4 C
...
48
Porque o fermento biológico promove a fermentação de uma pequena parte dos carboidratos presentes na massa e essa reação libera CO2 dentro da massa, fazendo-a inchar.
49
Como a bolinha afunda na água, podemos afirmar que ela tem densidade maior que a desse lí quido. quido.
50
A fermentação consiste em um processo qu í mico mico que ocorre na bolinha, produzindo gás, que nela fica retido. A massa da bolinha não se altera, por ém seu volume aumenta. Uma vez que a densidade de um corpo é igual a sua massa dividida por seu volume (d m/V), o aumento do volume da bolinha reduz sua densidade. Quando a densidade da bolinha se torna menor que a da água, ela sobe e passa a flutuar no lí quido. quido.
51
Um dos princí pios pios fundamentais da cinética quí mica mica diz que a rapidez das reações quí micas micas depende da temperatura. Ela é diminuí da da com a redução da temperatura. Assim, em dias frios, a reação de fermentação é mais lenta e demora mais tempo para que a liberação de gás ocorra. Nesses dias, portanto, a bolinha leva mais tempo para ter sua densidade diminuí da da e subir.
52
Alternativa B. Numa estrutura do tipo R COOH , sendo “n” o número de carbonos presentes em R, teremos as seguintes situações possí veis: veis: • Se o ácido graxo for saturado, cada carbono de R ter á dois hidrogênios, exceto o da extremidade CH3, que ter á tr ês. Assim, haver á 2n 1 hidrogênios. Portanto, a f órmula geral dos ácidos graxos saturados é CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for monoinsaturado, dos 2n 1 hidrogênios presentes no grupo R saturado, dois ser ão “removidos” para que se estabeleça a dupla C C . Assim, teremos 2n 1 hidrogênios (isto é, 2n 1 2) no grupo R. A f órmula geral dos ácidos graxos monoinsaturados é, portanto, CnH2n 1COOH. poliinsaturado, o número de hidrogênios • Se o ácido graxo for poliinsaturado em R ser á sucessivamente menor que 2n 1, sendo subtraí do do o que se fa
náilon
d o
C
ó
26 4
d 8 1 t. r A .
Alternativa C. Os átomos de hidrogênio da água eliminada provêm dos anéis aromáticos e o átomo de oxigênio provém do metanal.
a id
OH bi ro p
H o ã
OH H
O
H
H
ç u d
C ro p e
H R
H
Capítulo 10 Noções sobre alguns compostos presentes em seres vivos 6
Numa estrutura do tipo R COOH , sendo “n” o número de carbonos presentes em R, teremos as seguintes situações possí veis: veis: • Se o ácido graxo for saturado, cada carbono de R ter á dois hidrogênios, exceto o da extremidade CH3, que ter á tr ês. Assim, haver á 2n 1 hidrogênios. Portanto, a f órmula geral dos ácidos graxos saturados é CnH2n 1COOH. • Se o ácido graxo for monoinsaturado, dos 2n 1 hidrogênios presentes no grupo R saturado, dois ser ão “removidos” para que se estabeleça a dupla C C . Assim, teremos 2n 1 hidrogênios (isto é, 2n 1 2) no grupo R. A f órmula geral dos ácidos graxos monoinsaturados é, portanto, CnH2n 1COOH. poliinsaturado, o número de hidrogênios • Se o ácido graxo for poliinsaturado em R ser á sucessivamente menor que 2n 1, sendo subtraí do do de duas unidades a cada nova insaturação que se fa
Por exemplo, se o ácido tiver duas insaturações, ter á f órmula geral CnH2n 3COOH. Se tiver tr ês, ser á CnH2n 5COOH. E assim por diante. Considerando as f órmulas fornecidas na questão, temos que: • o ácido linoléico é poliinsaturado com tr ês ligações duplas C C (CnH2n 5COOH, n 17); • o ácido er úcico é monoinsaturado (CnH2n 1COOH, n 21); • o ácido palmí tico tico é saturado (CnH2n 1COOH, n 15). Assim, são insaturados os ácidos linoléico e er úcico. Contudo, dentre ambos, somente o ácido erúcico tem ponto de fusão superior a 20°C e é, portanto, sólido nessa temperatura.
61
Alternativa B. A camada de óleo (apolar) flutuando sobre a água (polar) oferece dificuldade para que o ar se dissolva na água. Isso é bastante prejudicial à vida aquática.
62
Alternativa D. I representa um detergente catiônico. II representa um sabão. III representa um detergente aniônico.
63
Alternativa D. Para montar a estrutura de um aminoácido, há duas combinações poss í veis, veis, 1-2-6 e 4-2-6, das quais apenas uma aparece nas alternativas.
53
Alternativa D. • C12H24O2, ou C11H23COOH (CnH2n 1COOH, n 11), é saturado. • C14H30O2, ou C13H29COOH, é f órmula incorreta. É impossí vel, vel, na cadeia de um ácido carboxí lico, lico, haver 29 hidrogênios em 13 carbonos! • C16H32O2, ou C15H31COOH (CnH2n 1COOH, n 15), é saturado. • C 18 H 34 O 2, ou C 17 H 33 COOH (CnH 2n 1COOH, n 17), é monoinsaturado.
CH3
1-2-6
CH3
H
O
CH
C
C
OH
NH2
54
55
Alternativa A. A preparação de margarina envolve a hidrogenação catalí tica tica de parte das insaturações C C dos triacilglicer óis. Alternativa E. triacilglicerol
4-2-6
CH3
CH
CH2
H
O
C
C
OH 8
. 9
9
NH2
soda cáustica
e
1 d
sabão
or
glicerol i
64
(sal de ácido graxo)
56
CH3
Alternativa D. A alternativa A é incorreta, porque, nos óleos, predominam triacilglicer óis derivados de ácidos graxos insaturados e, nas gorduras, de ácidos graxos saturados. A alternativa B é incorreta, porque os óleos são lí quidos quidos nas condições ambientes devido à predominância de triacilglicer óis derivados de ácidos graxos insaturados. A alternativa C é incorreta, porque as gorduras são sólidas nas condições ambientes devido à predominância de triacilglicer óis derivados de ácidos graxos saturados. A alternativa D é correta. Os sabões são sais de ácidos carboxí licos licos de cadeia carbônica relativamente longa. A alternativa E é incorreta, porque glicí dios dios são açúcares (a palavra vem do grego glykys, doce).
r
e
Alternativa E. Todos os aminoácidos apresentam átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Átomos de enxofre aparecem em apenas alguns (cisteí na na e metionina) dos vinte amino ácidos encontrados em proteí nas. nas. i
9
6.
1
0
d
e
1
9
d
e
fe
v
e
e
65
e
L
Alternativa B. A ligação peptí dica, dica, que une os resí duos duos de amino ácidos que formam as proteí nas, nas, é uma ligação covalente (entre carbono e nitrogênio) que faz parte de um grupo funcional amida. o
C
ó
d
ig
o
P
e
n
a
l
d
66
4
Alternativa B. na e C representa A representa o amido, B representa uma proteí na um triacilglicerol. Batata e farinha de trigo são alimentos ricos em amido. Gelatina é rica em proteí na. na. Óleo de cozinha e manteiga são constituí dos dos de triacilglicer óis. p
ro
d
u
ç
ã
o
p
ro
bi
id
a
.
A
r
t.
1
8
e R
67
Alternativa C. O
O H3C
N
H
HO
C
CH2
CH3
H3C
NH
C
CH2
CH3
H
69
Alternativa E.
CH2
CH
n
isop is opor or (p (pol olie iest stir iren eno) o)
grupo ciclopropila
HN
N
N
F O
halogênio anel aromático
71
Alternativa C. CF2
CF2
72
COOH
teflon
grupo carboxila
Alternativa C. O enunciado afirma que “ cerca de 50% dos carboidratos responsáveis pelo sabor adocicado são convertidos em amido nas primeiras 24 horas”, conversão que, por ocorrer em um sistema bioquí mico, mico, certamente é catalisada por enzimas. A primeira etapa do m é todo proposto, que consiste no aquecimento em água fervente, provoca a desnaturação protéica das enzimas, conservando os carboidratos responsáveis pelo sabor adocicado.
76
1 mol 6 mol
77
b) C6H12O6 6 O2 6 CO2 6 H2O ção dos coeficientes: De acordo com a propor çã C6H12O6 6 CO2 Proporção: 1 mol 6 mol Gran Gr ande dezzas as:: Mass ssa a Vol olum umee
Alternativa A. C6H12O6 2 C2H5OH 2 CO2 De acordo com a propor çã ção dos coeficientes: C6H12O6 2 C2H5OH Proporção: 1 mol 2 mol Gran Gr ande deza zas: s: Quant Quantid idad adee Quan Qu anti tida dade de de mat atééri ria a de mat atééria
— —
2 mol x
180 g
12 109 L
—
82
2 1
x
x 1,7 108 t
. 8 9 9 1 d
e
78 i
or e r e v fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e
a) C12H22O11 H2O C6H12O6 C6H12O6 b) O llei eite te te ter r á seu í ndice ndice de doçura aumentado. A reação de hidr ólise, catalisada pela lactase, transformar á lactose (C12H22O11) em glicose (C6H12O6) e galactose (C6H12O6). Como o í ndice ndice de doçura da glicose é 0,70 e o da galactose é 0,65, ambos somados resultam em 1,35, maior que o í ndice ndice de doçura da lactose, que é 0,26. Concluí mos, mos, portanto, que a mistura formada pelos produtos da reação de hidr ólise é mais doce do que o reagente.
13,5 g
79 C
ó o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p o ã ç u d ro
— —
38 kJ d
3 2 1
⇒
d 513 kJ
Assim, a energia total fornecida pela barra de chocolate é 3 1.074 kJ, que podemos podemos arredondar para 1,1 10 kJ. b) O fat fato o de de o “calor especí fico fico” do corpo humano ser igual a 1 1 4,5 J g K significa que uma quantidade quantidade de calor de 4,5 J provoca prov oca um aumento aumento de 1 K na temperatura temperatura de 1 g desse “material”. Gran Gr ande dezzas as:: Mas assa sa Ene nerrgi gia a 1g — 4,5 J 3 2 2 ⇒ e 2,7 10 kJ e 6 104 g — 1 Esse cálculo revela que é necessária uma quantidade de calor igual a 2,7 102 kJ para elevar em 1 K a temperatura de uma pessoa de de massa 60 kg (6 104 g). Como a quantidade de calor fornecida pela barra de chocolate é 1,1 103 kJ, podemos determinar que aumento de temperatura ela propicia. Gran Gr ande deza zas: s: En Ener ergi gia a Var aria iaçã ção o de temperatura 2,7 102 kJ — 1K 3 2 ⇒ f 4,1 K 3 f 1,1 10 kJ — 1
o d
a) Vamos tratar proteí nas n as (7%) e carboidratos (59%) conjuntamente (66%), já que a energia liberada na c ombustão é a mesma por grama de material. Gran Gr ande deza zas: s: Ma Mass ssa a Porrce Po cent ntag agem em — 50 g 100% 3 4 ⇒ a 33 g a — 66% 2 4 ⇒ b 13,5 g b — 27% 1 Assim, temos as massas de prote í nas nas e carboidratos carboidratos (33 g) e de lipí dios dios (13,5 g) na barra de chocolate. chocolate. Então, vamos calcular a energia liberada na combustão dessas massas. Grandezas: Massa Energia 1g — 17 kJ 3 2 ⇒ c 561 kJ c 33 g — 1 1g
P ig
x Essa é a massa de glicose gasta no mesmo intervalo de tempo em que são produzidos produzidos 200 mL de CO2, ou seja, em um minuto. Vamos, agora, determinar o tempo necessário para consumir 18 g de glicos glicose: e: Grandezas: Massa Tempo 0,25 g — 1 min 3 2 ⇒ y 72 min y 1 18 g —
3 2 ⇒ x 12 mol 1
Alternativa A. O teste requer que se estabeleça uma relação de proporcionalidade entre volume de álcool e massa de cana-de-açúcar. O esquema fornecido no enunciado indica que, partindo partindo de 1 t de cana-de-açúcar, chega-se chega-se a 70 L de etanol. Assim, podemos determinar a massa de cana-de-açúcar necessária para obter 12 bilhões de litros (12 109 L) de etanol. Grandezas: Volume Vo Massa de de ál álco cool ol can anaa-de de-a -aççúca carr 70 L — 1t 3
— 6 24 L 3 2 ⇒ x 0,25 g — 0,200 L 1
Alternativa D. Na digestão dos alimentos ocorre a hidrólise de: • proteí nas, nas, fornecendo aminoácidos; • hidratos de carbono do tipo dissacar í í dios dios e polissacar í í dios, dios, fornecendo monossacar í í dios; dios; • lip í dios, dios, fornecendo ácidos graxos (ácidos carboxí licos) licos) e glicerol (glicerina). Tais processos de hidr ólise são catalisados por enzimas .
p R
e
80
81
Alternativa A. I é um monossacar í í dio dio (é a glicose). II é um aminoácido (um β-aminoácido, pois o grupo amino est á posicionado no segundo carbono, a contar do vizinho à carboxila). III é um triacilglicerol (lipí dio). dio). A alternativa A é incorreta, porque a glicose é solúvel em água. Essa solubilidade se deve ao estabelecimento de liga ções de hidrogênio entre as moléculas de glicose e de água. A alternativa B é correta. O composto II tem car áter anf ótero; pode reagir com ácidos (por meio do grupo amino) ou com bases (por meio do grupo carboxila). O sal resultante permanece dissociado na água e, portanto, dissolvido nela. A alternativa C é correta. A saponificação (hidr ólise básica) de um triacilglicerol produz glicerol e sais de ácido graxo (sabões). A alternativa D é correta, pois, sendo III um triacilglicerol derivado de ácidos graxos insaturados, ele é um óleo, apresentando-se lí quido quido nas condições ambientes. a) CO2(aq) H2O(l) F H(aq) HCO3 (aq) No sangue venoso, há uma concentração de CO2 relativamente alta e, de acordo com o Princí pio pio de Le Chatelier, o equilí brio brio é deslocado para a direita. Isso aumenta a concentração de H e causa redução do pH (aumento da acidez do meio). No sangu e arterial, por outro lado, há uma concentraçã o de CO 2 relativamente baixa e o equilí brio brio é deslocado para a esquerda. Isso reduz a concentração de H e causa aumento do pH.
Capítulo 11 A Química Orgânica e o ambiente
30
Alternativa E. Dentre os materiais que aparecem nas alternativas, são obtidos no refino do petr óleo cru apenas: gás de petr óleo, gasolina, querosene óleo diesel.
31
33
Alternativa D. O monóxido de carbono (I) e o dióxido de carbono (II) são incolores e, misturados ao ar, não são visí veis. veis. Já a fuligem (II), que é carbono grafite sob a forma de pó fino, e os vapores (IV), que se condensam na atmosfera e formam uma névoa, são visí veis. veis.
34
Alternativa E. O alcatr ão da hulha é uma mistura de compostos de cadeia aromática. Nas alternativas, o único composto de cadeia aromática é o naftaleno.
35
36
37
38
No gr áfico também h á a informação de que a emissão por habitante no Brasil é de 2,5 t e, no texto do enunciado, encontramos o dado de que a população brasileira é de 160 milhões (160 106) de pessoas. Com esses valores, podemos afirmar que a quantidade de CO2 emitida anualmente pelo Brasil é de 160 106 2, 2,5 5 t. Assim, mantendo-se a população brasileira e a emissão anual por habitante, podemos estimar quantos anos o Brasil levaria para atingir o “acumulado atual dos EUA”. Grandezas: Tempo Massa de CO2 1 ano — 160 106 2, 2,5 5 t 3 9 2 x — 185 10 t
Alternativa E. Vamos subentender que o enunciado deseja “aquele que libera maior quantidade de CO2 em uma combustão completa” por mol de hidrocarboneto queimado . Como cada molécula de CO2 é proveniente de um átomo de carbono presente no combustí vel, vel, o composto que apresentar mais carbonos na molécula ser á aquele que liberar á maior quantidade de CO2, por mol, na combust ão completa. V 7C heptano hexano V 6C V 7C 2,3-dimetil-pentano 2,2,3-trimetil-butano V 7C 2,2,4-trimetil-pentano V 8C
Alternativa E. Há 20 carbonos na estrutura, um em cada vértice. Há 12 hidrogênios na estrutura, um em cada carbono que esteja ligado a outros dois carbonos. N ão há átomos de hidrogênio nos carbonos ligados a tr ês outros carbonos, porque tais carbonos fazem uma ligação dupla com um deles e, portanto, t êm as quatro ligações estabelecidas com carbonos. Professor: Há mais de uma estrutura de ressonância possí vel vel para o composto apresentado no enunciado. Uma delas é:
Alternativa D. Se a quantidade em mols de butano representa até 20% da quantidade em mols de gás natural, concluí mos mos que a quantidade máxima de butano em mols ser á 20% de 10 mol, ou seja, 2 mol. E a f órmula estrutural do butano é: H3C CH2 CH2 CH3 butano O prefixo “n-”, usado no enunciado (n-butano), é empregado por alguns autores para enfatizar o fato de a cadeia ser normal (nãoramificada). Sua aplicação n ão é necessária e, de fato, tende ao desuso, não sendo recomendado pela Iupac. Alternativa D. O enunciado descreve o efeito estufa. O efeito tampão (alternativa A) é a atenuação de variação do pH de uma solução quando nela se adiciona uma quantidade moderada de ácido ou de base, devido ao fato de ela ser tamponada. í tima El Niño é uma corrente mar í tima de temperatura anormal que ocorre, eventualmente, no Oceano Pací fico fico e que produz alterações climáticas em vários locais do planeta, alguns dos quais distantes do local onde tal corrente ocorre. Tais alterações constituem o efeito El Niño (alternativa B). Efeito Tyndall (alternativa (alternativa E) diz respeito à dispersão da luz por partí culas culas coloidais dispersas em um meio. Alternativa C. A leitura do gr áfico informa que a emissão de CO2 dos Estados Unidos desde 1950 (o “acumulado atual dos EUA” a que se refere o enunciado) é de aproximadamente 185 bilhões de toneladas 9 (185 10 t).
1
x 462,5 anos Observação 1 : Uma leitura ligeiramente diferente do valor 185 altera o resultado desse cálculo, mas, mesmo assim, a melhor alternativa continua sendo a C. Observação 2 : Despr Desprezamo ezamos, s, na resoluçã o, a quantidade já acumulada pelo Brasil, por se tratar de um valor pequeno em relação ao dos Estados Unidos.
39
Alternativa B. O aterro sanitário promove a diminuição do contato humano direto com o lixo (I). A compostagem, que n ão figura nas alternativas, permite a produção de adubo para a agricultura (II). O depósito a céu aberto é um processo barato (III). E a incineração promove uma dr ástica redução do volume de lixo (IV), pois as cinzas ocupam muito menos espaço. fe
v
e
r
e
i
or
d
e
1
9
9
8
.
42
d
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Alternativa E. Apenas I e III reduzem a necessidade de matéria-prima natural para fazer papel, pois incentivam o reaproveitamento de papel que já existe. L
e
i
9
6.
1
0
d
e
1
9
e
43
Alternativa 03. A alternativa 01 é incorreta, porque os derivados diretos do petr óleo são os seus componentes, predominantemente hidrocarbonetos, que constituem as frações do petr óleo. Alguns deles podem, por meio de reações quí micas micas subseqüentes, dar origem a plásticos. A alternativa 02 é incorreta, porque os plásticos são, por via de regra, polí meros meros artificiais ( feitos pelo ser humano). A alternativa 03 é correta, pois os polí meros meros citados são facilmente derretidos e remodelados. A alternativa 04 é incorreta, porque os materiais citados são polí meros meros de condensação. A alternativa 05 é incorreta, pois biodegradação não envolve combustão.
44
Alternativa D. A alternativa A é incorreta. As hidrelétricas causam impacto ambiental, porque a construção da barragem, que envolve a inundação de uma grande área, pode extinguir várias espécies vivas. A alternativa B é incorreta, pois o suprimento de água e a disponibilidade de vento e de luz solar dependem das condições climáticas. A alternativa C é incorreta, porque o enunciado versa sobre métodos de geração, que nada têm a ver com eventuais métodos de armazenamento de energia. A alternativa D é correta, pois os cursos de água, o vento e a luz solar são recursos naturais renováveis. A alternativa E é incorreta, uma vez que, nas usinas citadas, não é feita a queima de combustí veis veis f ósseis.
45
Alternativa A. O texto afirma que a celugnina é um combustível. Assim, ao ser aproveitado para gerar energia elétrica, esse material desempenharia papel similar ao de qualquer outro combustível usado para gerar energia elétrica, como é o caso do g ás natural, do ó leo combust í vel v el ou do carv ã o, queimados em usinas termoel étricas.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
p
ro
bi
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a
.
A
r
t.
1
8
4
d
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C
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d
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P
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l
