QUIMICA 2

A nomenclatura destes compostos seguem a sistemática estipulada pelas especificações da IUPAC. Para utilizar a nomenclatura sistemática, deve-se reconhecer a estrutura principal e os substituintes. Nomes não sistemáticos são comuns para moléculas complexas, especialmente para produtos naturais. Assim, a dietilamida do ácido lisérgico ou LSD, desta modo informalmente chamado, é sistematicamente denominado (6aR,9R)-N,N-Dietil-7-metil-4,6,6a,7,8,9-
hexahidroindolo-[4,3-fg]-quinolina-9-carboxamida. As moléculas orgânicas são descritas por fórmulas estruturais, combinações de desenhos e símbolos químicos. A fórmula de linha é bastante utilizada para representar as molecular orgânicas por ser simples e não ambígua. Neste sistema, os pontos de extremidade e os cruzamentos de cada linha representa um átomo de carbono e os átomos de hidrogênio podem ser notados ou explicitamente assumida para estar presente como implícito no carbono tetravalente.

O conceito de grupos funcionais é central na química orgânica, tanto como um meio para classificar estruturas e como para a previsão de suas propriedades físico-químicas. Um grupo funcional é um módulo molecular, e a reatividade de um determinado grupo funcional, dentro de certos limites, é semelhante em diferentes moléculas. As moléculas são classificadas com base em seus grupos funcionais. Álcoois, por exemplo, possuem sempre a subunidade C-OH. Os hidrocarbonetos alifáticos são subdividos em três grupos de séries homólogas de acordo com seu estado de saturação: parafinas ou alcanos, não possuem quaisquer ligações duplas ou triplas; olefinas ou alcenos, contêm uma ou mais ligações duplas e os alcinos têm uma ou mais ligações triplas. As outras moléculas são classificadas de acordo com os grupos funcionais presentes: álcool, ácido carboxílico, éter, éster, aminas, amida entre outros. Compostos saturados e insaturados existem também como estruturas cíclicas. Os anéis mais estáveis ​​contêm cinco ou seis átomos de carbono. Outra importante classe de compostos orgânicos são os aromáticos: o benzeno é a substância mais conhecida, simples e estável. Estes hidrocarbonetos aromáticos contém diversas ligações duplas conjugadas e que obedecem ao modelopostulado por Kekulé. Outra importante propriedade do carbono é que formam cadeias, ou redes, que são ligados por ligações carbono-carbono. Este processo de ligação é chamado depolimerização, ao passo que as cadeias ou redes, são chamadas polímeros. O composto de origem é chamado um monómero. Dois grupos principais de polímeros existem: polímeros sintéticos e biopolímeros. Os polímeros sintéticos são artificialmente produzido e são comumente referidos como polímeros industriais.^[62]

Reações em química orgânica[editar | editar código-fonte]

Reações orgânicas são reações químicas envolvendo compostos orgânicos. A teoria geral dessas reações envolve conceitos de afinidade eletrônica do átomo-chave, impedimento estérico, ácido-base eintermediários reativos. Os tipos de reação básicos são: reações de adição, reações de eliminação, reações de substituição, reações pericíclicas, reações de rearranjo e reações redox. Cada reação possui ummecanismo de reação passo a passo que explica como acontece a sequência reacional, embora a descrição detalhada de alguns passos nem sempre é clara a partir de uma lista de reagentes isolados. O curso passo a passo de qualquer mecanismo de reação pode ser representado usando setas curvas, que indicam a movimentação de elétrons entre os reagentes, intermediários e produtos finais.

Mecanismo de uma reação de substituição utilizando setas: representação do movimento de pares de elétrons.

A química orgânica aplicada é chamada de química orgânica sintética. A síntese de um novo composto é normalmente uma tarefa de resolução de problemas. Os compostos são sintetizados seguindo uma rota sintética, onde a molécula ganha forma depois de várias etapas de conexão de moléculas menores. A prática de criar novas vias sintéticas para moléculas complexas é chamada de síntese total. Devido a complexidade e a utilização de reagente muitas vezes caros, é necessário um adequado planeamento de cada etapa reacional, sempre visando o máximo rendimento possível.

Bioquímica[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Bioquímica

Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. De maneira geral, ela consiste do estudo da estrutura e função metabólica de componentes celulares e virais, comoproteínas, enzimas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos entre outros.^[63][64][65]

Bioquímica estrutural[editar | editar código-fonte]

A Bioquímica estrutural, como o nome diz, estuda os aspectos estruturais dasbiomoléculas. A figura ilustra o pareamente entre as bases guanina (G) e citosina (C), e entre timina (T) e adenina (A), em uma molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA), por ligações de hidrogênio.

Este ramo da bioquímica preocupa-se em estudar os aspectos estruturais das biomoléculas. As quatro principais classes de biomoléculas são os carboidratos, oslípidos, as proteínas e os ácidos nucleicos. Muitas moléculas biológicas são polímeros: neste terminologia, os monômeros são micromoléculas relativamente pequenas que estão ligadas em conjunto para gerar estas grandes macromoléculas. Diferentes macromoléculas podem reunir-se em complexos maiores, muitas vezes necessários para a atividade biológica. Os carboidratos, por exemplo, são constituídos de diversos monômeros chamados monossacarídeos. Alguns destes monossacáridos incluem a glicose (C₆H₁₂O₆), a frutose (C₆H₁₂O₆) e a desoxirribose (C₅H₁₀O₄). Os lipídeos são biossintetizados a partir de uma molécula de glicerolcombinado com outras moléculas. Os triglicerídeos, a principal classe de lipídeos, são constituídos por uma molécula de glicerol e três moléculas de ácidos graxos. Os ácidos graxos, também considerados monômeros, podem ser saturados ou insaturados. As proteínas são biomoléculas muito grandes - macro-biopolímeros - sintetizadas a partir de monômeros chamados aminoácidos. Existem 20 aminoácidos essenciais, cada um contendo um grupo carboxilo, um grupo amino e uma cadeia lateral, chamada de grupo "R". O grupo "R" varia entre os aminoácidos, o que faz com que cada um destes aminoácido seja diferente um do outro. Estas diferenças e as propriedades destas cadeias laterais influenciam imensamente a conformação tridimensional de uma proteína. Quando os aminoácidos se combinam, formam uma ligação especial chamada ligação peptídica. Estas são reações de desidratação e os produtos podem ser um peptídeo ou uma proteína. Por fim, osácidos nucleicos são as biomoléculas envolvidas no armazenamento, transferência e tradução da informação genética: o DNA e os RNAs. Estes ácidos nucleicos possuem elevada massa molecular, e contêm em sua estrutura molecular ácido fosfórico, pentoses (monossacarídeo) e bases purínicas e pirimidínicas. São portanto macromoléculas formadas por nucleotídeos.^[66] Os nucleotideos são a adenina, citosina, guanina, timina e uracila, sendo que timina é presente somente no DNA e a uracila somente no RNA. A adenina liga-se com a timina e a uracila; a guanina e citosina pode ligar apenas uma com a outra.

Bioquímica metabólica[editar | editar código-fonte]

A bioquímica metabólica estuda os processos de anabolismo e catabolismo de biomoléculas, as vias metabólicas e os processos energéticos envolvidos nestas reações químicas. Os carboidratos têm como uma de suas funções o armazenamento de energia. A glicose, dentre as biomoléculas, possui papel central como fonte de energia para a maioria das formas de vida. Os polissacarídeos de reserva são decompostos em seus monómeros: em animais, o glicogênio é degradado enzimaticamente em resíduos de glicose). A glicose é metabolizada principalmente por uma via muito importante de 10 etapas chamada glicólise ou via glicolítica. O resultado líquido desta sequencia de reações para quebrar uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, é a produção de duas moléculas de ATP (adenosina trifosfato), a fonte de energia das células, juntamente com dois equivalentes reduzidos sob a forma de NADH. Energia também pode ser obtida por meio de processos anaeróbicos, quando as células não contam com a presença de oxigênio suficiente. Estes processos são denominados fermentação. Outras vias importantes são as de biossíntese e degração de lipídeos. A síntese de ácidos graxos envolve moléculas de acetil-CoA e subsequentemente aesterificação para a produção de triglicerídeos, em um processo chamado de lipogênese.^[67] Os ácidos graxos são sintetizados pela ação da enzima ácido graxo sintase, que polimerizam e reduzem as unidades acetil-CoA. As cadeias acílicas são estendidos por um ciclo de reações que adicionam o grupo acetila, reduzem-na a um álcool e desidratam-lo a um grupo alceno e depois reduzi-la novamente a um grupo alcano. Os ácidos graxos podem ser subsequentemente convertidos em triglicerideos, que serão armazenados no fígado e no tecido adiposo. Já a degradação de lipídeos é realizada pelo processo de betaoxidação e ocorre nas mitocôndrias e/ou em peroxissomos para gerar acetil-CoA. Para a maior parte, os ácidos graxos são oxidados por um mecanismo que é similar, mas não idêntico, a reação inversa de síntese de ácidos graxos. Ou seja, dois fragmentos de carbono são removidos sequencialmente da extremidade do ácido, após as etapas de desidrogenação, hidratação e oxidação, para formar um cetoácido, que será então fragmentado em uma reação de tiólise. A acetil-CoA é então convertido em ATP, em última análise, CO₂, H₂O, utilizando o ciclo do ácido cítrico e a cadeia transportadora de elétrons. É interessante notar que por este fato, o Ciclo de Krebs pode começar em acetil-CoA, quando a gordura está sendo usado como fonte de energia quando há pouca ou nenhuma disponível. O rendimento energético da oxidação completa de uma molécula de ácido palmítico, por exemplo, é de 106 moléculas de ATP.^[68] Insaturados e ímpares Ácidos graxos insaturados e com número ímpar de átomos de carbono requerem passos adicionais para a degradação enzimática.

A Bioquímica metabólica investiga as vias metabólicas nos organismos vivos e analisa o consumo energético destas reações bioquímicas. A reação apresentada mostra a última etapa reacional no processo de degradação de ácidos graxos: estas moléculas são degradas em uma molécula menor, chamada acetil CoA, que gerará energia na forma de ATP em reações subsequentes.

Sonoquímica[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Sonoquímica

Sonoquímica, é o ramo da química que estuda o uso de ondas sonoras de alta frequência, (ultrassons) para a promoção de reações químicas.^[69] A cavitação acústica gerada por métodos sonoquímicos,^[70]possibilita a produção de compostos como: TiO₂ (dióxido de titânio),^[71] H₂O₂ (peróxido de hidrogênio), radicais livres e outros.^[69]

Química, educação e sociedade[editar | editar código-fonte]

A química possui papel fundamental no aumento daexpectativa e qualidade de vidada população mundial, pela aplicação de metodologias para descoberta, preparação e produção de uma diversidade de produtos bem como o uso racional de recursos naturais. A imagem destaca a disponibilidade de tratamento de infecções usando o antibiótico penicilina em meados da década de 1940. Nesta mesma época teve início a produção em escala industrial deste medicamento.

A aplicação da química aos processos industriais e o desenvolvimento de novos produtos trouxe, sem dúvida, inestimáveis benefícios a toda a humanidade. O descobrimento de medicamentos - como exemplo a penicilina ^[72] e o taxol - provenientes de fontes naturais e a possibilidade de obter substâncias sintéticas em laboratório - como a dipirona e oomeprazol - proporcionou alívio e a cura de diversas doenças. Consequentemente, a expectativa de vida população aumentou. Além de medicamentos, a pesquisa na área química gerou o desenvolvimento de novos combustíveis, materiais como o polietileno e o náilon, produtos cosméticos e de higiene pessoal, alimentos, petroquímicos, tintas e vernizesentre outros^[73][74] Acompanhando o desenvolvimento dos processos químicos industriais, problemas gerados pelo descarte inadequando de substâncias e produtos químicos acarretaram novos problemas, como a poluição ambiental. Diante destas consequencias indesejáveis coube aos profissionais químicos não somente o desenvolvimento novos produtos e processos químicos eficientes, mas planejar que estes não fossem poluentes, evitando os danos causados por algumas substâncias químicas. Propostas e ações deremediação ambiental, visando a correção de áreas afetadas bem como o aproveitamento racional dos recursos naturais são preocupações inerentes a estes profissionais. A profissão de químico é regulamentada e a ele são atribuídos o magistério, a atuação em ambientes industriais e de pesquisa. A gama de atividades ainda envolvem o projeto, planejamento e controle de produção; desenvolvimento de produtos; operações e controle de processos químicos; saneamento básico; química forense; tratamento de resíduos industriais; segurança; gestão de meio ambiente e, em alguns casos específicos, vendas, assistência técnica, planejamento industrial e direção de empresas.^[75] O primeiro laboratório para ensino de química em Portugal foi o Laboratório Chimico instalado na Universidade de Coimbra. Edificado em 1772 a mando do Marquês de Pombal e hoje abriga oMuseu da Ciência da Universidade de Coimbra^[76]. No Brasil, a química se tornou uma disciplina em uma série de instituições após a chegada da corte portuguesa ao país em 1808. A primeira destas disciplinas foi ministradas em cursos existentes na Real Academia Militar, fundada em 1810 no Rio de Janeiro pelo príncipe regente João VI de Portugal. Devido a falta de pessoal local para o cargo de professor de química, o químico britânico Daniel Gardner foi contratado para exercer esta função. Ele ocupou a cadeira até sua aposentadoria em 1825.^[77]

Fachada lateral do Laboratorio Chimico, o primeiro centro de ensino de ciências químicas em Portugal.

Os cursos de química são generalistas - privilegiando a química orgânica, química inorgânica, química analítica, físico-química e bioquímica -, com aulas teóricas e experimentais. A primeira metade do curso contempla também disciplinas como cálculo diferencial eintegral e física, fundamentais para aprofundamento em determinados assuntos. Muitos faculdades permitem a escolha de opções no decorrer da graduação: formação de professores de química (com disciplinas pedagógicas e estágio em estabelecimentos de ensino); química básica (para os alunos que possuem interesse em pesquisa básica e/ou desejam seguir os estudos na pós-graduação e a química industrial (o aluno cursa um rol de disciplinas que permitem uma visão sobre operações industriais, além do estágio em indústrias). Outras faculdades oferecem a habilitação já na matrícula, como química industrial, tecnológica, ambiental, de alimentos, petróleo ou têxtil.^[78] Dentre as importantes sociedades científicas nas comunidades lusófonas, podem ser citadas a Sociedade Brasileira de Química^[79] e a Sociedade Portuguesa de Química^[80]. Estas instituições são destinadas a cuidar de assuntos de mérito da química, em seus aspectos científicos, espistemológicos, metodológicos e pragmáticos. Estas sociedades são abertas a participação de profissionais em química e áreas afins e atuam no desenvolvimento e consolidação da comunidade, na divulgação da química e de suas relações, aplicações e consequências para o desenvolvimento do país e para a melhoria da qualidade de vida dos cidadãos.

Marie Curie foi a primeira mulher agraciada com o Nobel de Química em 1911. Cem anos depois foi comemorado o Ano Internacional da Química.

Diversas competições científicas, nacionais e internacionais, foram criadas para estimular o interesse pela química no meio estudantil. Desde 1986, o Brasil promove a Olimpíada Brasileira de Química. A primeira Olimpíada Iberoamericana de Química foi realizada no ano de 1995, em Mendoza (Argentina). Em 1968, a cidade de Praga, na então República Tcheca, sediou a primeira Olimpíada Internacional de Química.

O ano de 2011 foi considerado o Ano Internacional da Química, em resultado da reunião da Assembleia Geral das Nações Unidas (AGNU), que decorreu em 31 de julho a 6 de agosto de 2009, em Glasgow, na Escócia. A agenda de comemorações foi organizada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO). O objetivo do Ano Internacional da Química foi celebrar as contribuições da química para o bem-estar da humanidade, com ênfase à importância da química para os recursos naturais sustentáveis. Em 2011 também foi comemorado o centenário da primeira vez que o Prêmio Nobel de Química foi entregue a uma mulher, Marie Curie, por suas pesquisas com radioisótopos. Foi a primeira vez também que uma mulher ganhava uma das cinco modalidades do prêmio. Este fato motivou diversas celebração pela contribuição das mulheres à ciência durante a Ano da Química.

O Prêmio Nobel é atribuído anualmente pela Academia Real das Ciências da Suécia a diversos cientistas de diferentes campos, entre eles a química. A premiação foi criada a partir do desejo de Alfred Nobel de galardoar personalidades que contribuissem para o bem-estar da humanidade. Este prêmio é administrado pela Fundação Nobel, adjudicado por umcomité constituído por cinco membros eleitos pela Academia Real das Ciências da Suécia. O primeiro Nobel de Química foi atribuído em 1901 a Jacobus Henricus van't Hoff, dosPaíses Baixos, por sua descoberta das leis da dinâmica da química e pressão osmótica em soluções.^[81]