30.1Substâncias orgânicas
O adjetivo “orgânico” é muito comum no nosso cotidiano, mas o que ele significa, de fato?
Alimentos orgânicos são aqueles cultivados sem agrotóxicos ou pesticidas, falta coisa aqui: CONTINUAR
O protagonista das substâncias orgânicas é o átomo de carbono, e já sabemos algumas características dele: ele tem 6 prótons no núcleo, ou seja, tem número atômico 6; o isótopo mais comum dele, o carbono-12, tem 6 nêutrons no núcleo; e o átomo neutro tem 6 elétrons, distribuídos em duas camadas eletrônicas.
A configuração eletrônica do carbono é 1s2 2s2 2p2, ou seja, ele tem quatro elétrons de valência. Quando o carbono se liga a outros átomos, ele atinge o octeto fazendo quatro ligações covalentes, por isso dizemos que o carbono é tetravalente. Essas quatro ligações podem se “distribuir” e acontecer com vários átomos diferentes, da seguinte maneira:
Além disso, o átomo de carbono é bastante versátil. Ele pode se ligar a átomos de diversos elementos: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo, cloro, flúor, outros halogênios, e até mesmo metais; mas principalmente, ele pode se ligar a outros átomos de carbono, formando sequências de átomos que chamamos de cadeias carbônicas. As cadeias carbônicas costumam ser muito estáveis, e somando isso à diversidade de ligações que cada átomo de carbono pode fazer, isso dá origem a milhares de substâncias orgânicas diferentes.
O número de ligações que um átomo de carbono faz define a geometria molecular dele, ou seja, como os átomos ligados a ele se organizam no espaço em volta dele. Um átomo de carbono que está ligado a outros quatro átomos tem geometria tetraédrica, um átomo de carbono ligado a três átomos tem geometria trigonal (ou trigonal plana) e um átomo de carbono ligado a dois átomos tem geometria linear.
Em nenhuma dessas situações, o carbono tem pares de elétrons de valência não ligados, então o número de átomos em volta dele diz diretamente qual será a geometria. O ângulo entre as ligações num carbono tetraédrico é 109,5° (ou, mais precisamente, 109° 28′), num carbono trigonal é 120° e num carbono linear é 180°.
Um outro jeito de descrever as ligações de um carbono é referindo-se à hibridização (ou hibridação) dele. Em resumo, o carbono não costuma usar sempre todos os orbitais 2s e 2p para fazer ligações covalentes; ocorre sempre alguma mistura de orbitais, formando orbitais híbridos. Existem três hibridações para o carbono:
Como o carbono tetraédrico não tem todos os ligantes no mesmo plano, às vezes é recomendável dar uma noção de tridimensionalidade, ressaltando quais ligações estão para a frente do plano e quais estão para trás. Ligações que estão no plano do desenho são desenhadas como linhas de espessura constante, já as ligações que saem do plano costumam ir “alargando” quanto mais longe do plano elas vão: ligações pra frente são representadas por “cunhas” preenchidas e ligações para trás são representadas por “cunhas” tracejadas.
falta coisa aqui: FIGURA
A versatilidade do átomo de carbono permite que ele forme diversas sequências estáveis de átomos chamadas cadeias carbônicas. Elas podem envolver apenas átomos de carbono, ou podem envolver outros elementos; podem ter ligações simples, duplas e triplas; podem ter duas, três ou mais pontas, ou até mesmo nenhuma. Essa diversidade de cadeias reflete no enorme número de substâncias orgânicas catalogadas até hoje.
Costuma-se chamar de “cadeia carbônica” a sequência que passa por todos os átomos de carbono, deixando de fora átomos que ficam “pendurados” pra fora, como átomos de hidrogênio. Por exemplo, na molécula abaixo, a cadeia carbônica seria a sequência do primeiro C ao outro, ignorando os átomos ligados “ao redor”:
Um aspecto importante em cadeias carbônicas é a presença de ligações duplas e triplas (especificamente, C=C e C≡C). Uma cadeia que só tem ligações C−C é chamada de saturada; se ela tem ligações C=C e/ou C≡C, ela é considerada insaturada. A palavra “saturada” tem a ver com algo estar cheio, e já usamos ela quando falamos de soluções; aqui, em química orgânica, a ideia é que uma cadeia carbônica apenas com ligações simples já está “cheia” de átomos, e não tem espaço para fazer novas ligações. As cadeias insaturadas podem perder as ligações C=C e/ou C≡C (chamadas de insaturações), e “ganhar” alguns átomos extras.gorduras
As três cadeias acima têm cinco carbonos. Perceba que a cadeia saturada não tem como ter mais átomos de H ligados aos carbonos; já as cadeias insaturadas não estão com a “lotação máxima” de hidrogênios para essa quantidade de carbonos. Esse é o motivo de chamar as cadeias de saturadas ou de insaturadas.
Outra característica importante das cadeias carbônicas tem a ver com o “formato” delas. O mais simples é uma cadeia aberta, que vai de uma ponta a outra(s). Cadeias abertas podem ter duas pontas ou mais: quando a cadeia carbônica tem mais de duas pontas, ela é chamada de cadeia ramificada; quando ela é uma sequência de duas pontas, ela é uma cadeia não ramificada (ou normal).
Outro formato muito comum de cadeia carbônica é a presença de ciclos ou anéis; dizemos que são cadeias fechadas ou cíclicas.
Cadeias fechadas também podem ter ramificações, e nesse caso podem ser chamadas de cadeias fechadas ramificadas ou de cadeias mistas, porque misturam uma parte fechada (o ciclo) com uma parte aberta (as ramificações).
Perceba que mostrar todas as ligações existentes na fórmula estrutural, num esquema vertical e horizontal, começa a ficar trabalhoso à medida que a cadeia fica maior e mais elaborada. Resolveremos esse problema mais adiante. Mas por enquanto, vamos já começar a desenhar cadeias fechadas de um jeito mais tradicional: ciclos com poucos membros costumam ser desenhados no formato de um polígono regular.
Hidrogênio e carbono são elementos extremamente comuns em substâncias químicas, mas não são os únicos. Numa molécula orgânica, qualquer átomo de outro elemento químico que não seja C ou H é chamado de heteroátomo. Alguns exemplos de heteroátomos são o oxigênio (O), nitrogênio (N), enxofre (S), e os halogênios: flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I). Em várias ocasiões, é comum simbolizar um halogênio qualquer por X.pseudosímbolo
Quando uma cadeia carbônica tem um heteroátomo entre dois átomos de carbono, dizemos que é uma cadeia heterogênea; se for um ciclo, chamamos de heterociclo. Quando não há heteroátomos entre átomos de carbono, a cadeia é homogênea (mesmo se houver heteroátomos “nas pontas” da cadeia).
falta coisa aqui: continuação?
Até agora, os exemplos de diferentes cadeias carbônicas foram ilustrados com uma fórmula estrutural tradicional, em que todos os átomos e todas as ligações covalentes são representados. Isso é interessante para moléculas pequenas, mas começa a ficar trabalhoso e incômodo para moléculas maiores — e, também, desnecessário.
Um jeito de “compactar” essas fórmulas estruturais é agrupando todos os átomos que estão ligados aos átomos de carbono. Quando fazemos isso, obtemos uma fórmula estrutural condensada.
Por exemplo:
falta coisa aqui: parênteses em fórmulas condensadas
Mas o jeito mais comum que químicos experientes desenham fórmulas estruturais é com fórmulas de linha (ou fórmulas em linha ou fórmulas de bastão). É um jeito muito mais rápido e limpo porque esconde os átomos de carbono, e também esconde a maioria dos átomos de hidrogênio.
A ideia numa fórmula de linha é que a cadeia carbônica é representada por linhas em zigue-zague. Cada ponta e cada dobra da linha indica um átomo de carbono (cujo símbolo é escondido), e átomos de hidrogênio ligados a carbonos também são escondidos. Heteroátomos não são omitidos, e quaisquer átomos de H que estejam ligados a eles também não são.
Evidentemente, se por algum motivo for necessário dar algum destaque a algum átomo de carbono ou hidrogênio, eles podem ser mostrados. Mas, no geral, não precisa.
Perceba que aparecem alguns grupos, como NH, NH2 e OH em fórmulas em linha. Também é comum haver grupos com carbono, por exemplo o grupo −COOH; nesses casos, aí o C deve ser escrito:
Quando um trecho da cadeia é saturado, ele costuma ser desenhado com os carbonos em zigue-zague. Isso tem a ver com o jeito que átomos de cadeias saturadas se organizam numa molécula. O ângulo do zigue-zague, na molécula, é o ângulo interno tetraédrico (109,5°), mas em desenhos, costuma ser representado por 120°.
Quando há uma ligação dupla, há duas possibilidades (que exploraremos melhor no capítulo sobre isomeria): em uma delas, a ligação dupla segue o “fluxo” do zigue-zague; na outra, a cadeia “dobra” (e essa dobra também pode ser desenhada com um ângulo mais “aberto”). Se houver uma ligação tripla, os carbonos envolvidos não podem estar em zigue-zague, porque têm geometria linear. O mesmo vale para carbonos que fazem duas ligações duplas, só que nesse caso é necessário exibir o símbolo C para que as duas ligações duplas não pareçam uma “ligaçãozona”.pontinho
Ciclos pequenos, de até oito carbonos, são desenhados como polígonos regulares, e cada ponta indica um átomo de carbono.
Perceba que grupos como −NH2 e −OH são mantidos nas fórmulas em linha. Quando um grupo assim aparece do lado esquerdo da fórmula, ele deve ser escrito ao contrário:
Para encerrar, vale lembrar que todo átomo neutro de carbono faz quatro ligações. Nunca vai haver um átomo de carbono fazendo cinco ligações numa molécula.texascarbônio