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Química Orgânica: o guia completo

Encontramos química orgânica em tudo ao nosso redor. Somos 70% água, mas quase a totalidade dos 30% restantes são de compostos orgânicos que contém carbono. Mas por que o carbono? E o que mais a química orgânica estuda? Confira nesse guia completo!

Autor Representação de uma pessoa Ana Maria Data Representação de um calendário 03/09/2019 Tempo Representação de um relógio 14min  de leitura

A Química Orgânica é uma das áreas mais importantes da química. Ela estuda os compostos cujo principal componente é o Carbono. Os compostos orgânicos são muito importantes: quase tudo ao nosso redor é química orgânica!

São compostos orgânicos o álcool, o formol, os remédios que tomamos, as comidas que comemos. Somos 70% água, mas quase a totalidade dos 30% restantes são de compostos orgânicos. Dada a importância da química orgânica e bioquímica, nada mais justo que se tenha uma grande área da química somente dedicada a ela!

Antigamente (no começo dos anos de 1800), acreditava-se que os compostos orgânicos eram somente oriundos de organismos vivos.  Os cientistas diferenciavam esses compostos daqueles que eram extraídos de minerais, como metais e óxidos inorgânicos, pois supunha-se que existia uma força vital que era necessária para sintetizar compostos orgânicos, somente encontrada nos seres vivos.

Porém, em 1828, Wohler derruba a teoria da força vital, sintetizando a ureia, um composto orgânico já encontrado na urina, a partir de um composto inorgânico, o cianato de amônio.

Reação de síntese da ureia, o primeiro composto orgânico sintetizado
Síntese da Ureia

A partir disso, intensificou-se os estudos da química desses compostos, que até hoje são chamados de compostos orgânicos. No entanto, o critério utilizado para definir um composto orgânico não é mais a sua origem (orgânica ou mineral), e sim, a sua composição: os compostos orgânicos possuem necessariamente átomos de carbono.

Mas por que o carbono? Esse átomo possui algumas propriedades especiais, que fazem com que as moléculas formadas por ele também sejam diferenciadas.

Características do Carbono

Podemos começar o estudo da química orgânica pelos Postulados de Kekulé, um cientista do século XIX que estudava os compostos de carbono:

O carbono é tetravalente. Como tem número atômico 6, e está na quarta família, possui 4 elétrons na camada de valência. Faltam então 4 elétrons (quatro ligações) para que seu octeto fique completo. Por isso, o carbono estabelece 4 ligações covalentes.

As quatro ligações do carbono são iguais. Kekulé dizia que eram iguais em comprimento e energia. Hoje em dia sabemos que não é bem assim; as ligações somente são iguais se ocorrerem entre exatamente os mesmos átomos.

O Carbono pode formar cadeias. A principal propriedade do carbono é a
do encadeamento: a capacidade de um carbono se ligar a outro, e a outro, e a outro, formando uma longa cadeia com dezenas de carbonos.

Química Orgânica x Química Inorgânica

Como já sabemos, a Química Orgânica estuda os compostos de carbono. Porém, na química inorgânica também existem compostos de carbono! O que diferencia as duas, então?

A química inorgânica estuda a maioria dos compostos que existem no universo. Essas substâncias costumam ser muito mais simples, pois não possuem carbono – e portanto, acabam não formando as longas cadeias existentes na química orgânica.

Além disso, a química inorgânica é que vai estudar os compostos inorgânicos: ácidos, bases, sais e óxidos. Eles têm origem mineral, sendo componentes das rochas, da areia, dos vulcões. E claro, a água – que também é um composto inorgânico.

Sais de compostos inorgânicos: sulfato de cobre (azul), cloreto de níquel (verde), dicromato de potássio (larania), sulfato de cobalto (castanho), e permanganato de sódio (preto).
Compostos Inorgânicos

Dentro da química inorgânica, existem alguns compostos de carbono, como o ácido carbônico (H2CO3), o grafite (C(s)) e os carbonatos (CO3(2-)). Porém, todos esses compostos têm origem mineral, e podem ser encontrados mesmo na ausência de vida.

O que a química orgânica estuda?

Como já sabemos, o principal objeto de estudo da química orgânica são os compostos de carbono. Porém, são estudadas também as moléculas que contém elementos como Oxigênio, Hidrogênio, Nitrogênio – e até mesmo Enxofre. Todos esses elementos podem ser encontrados nos organismos vivos, ligados a essas cadeias carbônicas.

Porém, dentro da química orgânica, existem várias áreas de estudo! Confira abaixo o que mais ela estuda, e o que você vai precisar estudar sobre essa área da química para o ENEM e os vestibulares.

Hidrocarbonetos

Os hidrocarbonetos são moléculas muito presentes no nosso cotidiano. Basta você acender uma vela, usar o seu fogão, consumindo o gás de cozinha, ou observar o amadurecimento dos alimentos que você os encontrará em abundância. Toda substância orgânica constituída apenas de hidrogênio e carbono é classificada como Hidrocarboneto.

Alcanos: são os hidrocarbonetos em que todos os carbonos fazem apenas ligações simples. Abaixo, uma cadeia de Butano.

Butano
Butano, um alcano

Alcenos: são os hidrocarbonetos em que existe pelo menos uma ligação dupla entre os átomos de carbono. Na molécula abaixo, temos o eteno.

Eteno
Exemplo de um alceno, o Eteno

Alcinos: nesses hidrocarbonetos, existe pelo menos uma ligação tripla entre os átomos de carbono. A molécula abaixo é o Etino.

Molécula de Etino, um alcino

Aromáticos: são os hidrocarbonetos cíclicos, que possuem ligações duplas alternadas. São chamados de anéis aromáticos, derivados do benzeno.

Anel aromático de benzeno

Funções Orgânicas

Existem diferentes funções orgânicas, que são identificadas pela presença de um átomo ou grupo de átomos específicos, chamado de grupo funcional. As moléculas pertencentes a um mesmo grupo funcional possuem propriedades químicas e físicas semelhantes, e por isso, se enquadram nessas classes.

Fenol: hidroxila (-OH) ligada diretamente em um carbono do anel aromático.

Função Fenol

Álcool: Os álcoois têm uma hidroxila (-OH) ligada a um carbono saturado (que faz apenas ligações simples).

Imagem de um Molécula de um álcool, o álcool etílico ou etanol
Molécula de um álcool, o álcool etílico ou etanol

Enol: No Enol, a hidroxila está ligada a um carbono que faz ligação dupla com outro carbono.

Função enol

Cetona: Essa classe de compostos orgânicos apresenta em sua estrutura uma carbonila entre carbonos. A carbonila é um grupo formado por Carbono e Oxigênio, fazendo uma ligação dupla entre si (C=O).

Função Cetona (RR-C=O)

Aldeído: Os Aldeídos são uma classe de compostos orgânicos que possuem em sua estrutura um grupo funcional denominado aldoxila (-COH).

Função Aldeído (R-COH)

Ácidos Carboxílicos: Classe de compostos orgânicos, caracterizados pelo grupo funcional carboxila (grupo carbonila ligada em um grupo hidroxila).

Função ácido Carboxílico (-COOH)

Éster: São semelhantes aos ácidos carboxílicos. Porém, o oxigênio não está ligado a um H, e sim, a outra cadeia carbônica.

Função Éster (-COOR)

Éter: são compostos orgânicos com cadeia heterogênea, sendo o oxigênio o heteroátomo presente entre carbonos.

Função Éter R-COC-R

Propriedades dos Compostos Orgânicos

Uma das maneiras mais simples de se identificar uma substância é através das suas propriedades físico-químicas. Justamente por cada molécula ser única, composta por um número específico de átomos (variando em proporção em cada molécula) ligados de maneira específica, suas propriedades observáveis e mensuráveis também são únicas.

Essa área da química orgânica estuda as propriedades das substâncias orgânicas, como:

  • Densidade;
  • Ponto de Fusão (temperatura específica em que ocorre a passagem do estado sólido para o líquido);
  • Ponto de Ebulição (temperatura específica em que ocorre a passagem do estado líquido para o estado gasoso);
  • Solubilidade;
  • Índice de Refração (ângulo de desvio de um feixe de luz ao passar do ar para uma amostra da substância).

Conhecendo as propriedades dos compostos orgânicos é que podemos, por exemplo, eliminar poluentes orgânicos, prever a reatividade das moléculas, separar misturas e sintetizar novos compostos.

Isomeria

Como já sabemos, tanto os átomos quanto sua organização espacial (geometria molecular) são importantes para a caracterização de uma substância e suas propriedades químicas. E sim, pode ocorrer de compostos diferentes terem a mesma fórmula molecular: o fenômeno é chamado de Isomeria.

Do grego, isos = igual e meros = partes; isto é, podem existir compostos de mesma fórmula molecular, mas com propriedades físicas e químicas únicas.

Isomeria de função: mesma fórmula molecular, funções químicas diferentes.

Isomeria de função entre um éter e um álcool

Isomeria de Cadeia: São isômeros que possuem a mesma função química e fórmula molecular. Nesse caso, é a cadeia carbônica que muda, em propriedades como as ramificações, grau de saturação, podem ser abertas ou fechadas…

Isomeria de cadeia

Isomeria de Posição: Quando o que difere entre um grupo de moléculas em análise é a posição da insaturação, do grupo funcional, do heteroátomo ou do substituinte, dizemos que a isomeria é de posição.

Isomeria de posição do penteno

Os isômeros constitucionais dinâmicos recebem esse nome devido ao equilíbrio estabelecido em solução aquosa entre compostos com mesma fórmula molecular e função química diferente.

Tautomeria entre enol e aldeído

Isomeria Geométrica: A isomeria geométrica só pode ocorrer quando há ligações duplas. Para analisarmos esse tipo de geometria, sempre olhamos exclusivamente para a porção ou as porções da molécula que tem uma ligação dupla.

Isomeria Geométrica

Isomeria Óptica: a Isomeria óptica estuda os compostos que têm um carbono quiral. Um carbono quiral é aquele que faz 4 ligações simples com 4 átomos diferentes. Assim, eles podem estar arranjados de forma diferente no espaço, interagindo de forma diferente com a luz. Por isso é chamada de isomeria óptica.

Isomeria Óptica

Reações Orgânicas

As reações orgânicas estudam a reatividade dos compostos orgânicos. O estudo das reações orgânicas é muito extenso e muito importante: a maioria dos remédios, cosméticos, agrotóxicos, o biodiesel, e outros produtos químicos muito importantes, são obtidos através das reações orgânicas.

Reações de Adição: Um reagente é literalmente adicionado a outro, em uma ligação dupla ou tripla, formando uma nova molécula. É análoga à reação de Síntese, na química inorgânica.

Reação de Adição

Reações de eliminação: acontece exatamente o processo oposto da adição: eliminamos grupos do reagente em questão.

Reação de Eliminação

Reações de substituição: Nesse caso, um grupo da molécula reagente (substrato) é trocado por outro grupo. É análoga à reação de dupla troca da química inorgânica.

Reação de Substituição

Reações de esterificação: Nas reações de esterificação é possível obter um éster partindo de um ácido carboxílico e um álcool em meio de catalisadores. É a partir de uma reação de esterificação que é formado o Biodiesel.

Reação de Esterificação

Bioquímica

A Bioquímica é isso mesmo que parece: a grande intersecção entre a biologia e a química! Estudo comum às duas áreas, a bioquímica estuda a química da interação dos compostos orgânicos com os organismos vivos, seu papel no metabolismo, e sua importância para a vida como um todo.

Dentro da química, são estudados principalmente:

Carboidratos: são chamados também de açúcares. São compostos orgânicos de fórmula mínima Cn(H2O)n. São extremamente importantes para a vida: são o principal produto da fotossíntese (glicose). A celulose, o amido, a frutose e a sacarose (açúcar comum) são todos carboidratos.

Lipídios: são as gorduras. São compostos químicos apolares, com muitos carbonos, e poucos ou nenhum átomo de oxigênio. São a principal forma de armazenamento de energia nos animais. Também são importantíssimos para a síntese de hormônios esteroides nos organismos.

Colesterol, um lipídio que contém a função álcool

Proteínas: As proteínas são as macromoléculas biológicas mais abundantes, constituindo uma parte fundamental da alimentação de todos os animais. As plantas são as principais produtoras de proteínas, que alimentam herbívoros e onívoros. Elas são polímeros, de massa molecular de mais de 1kg por mol! Seus monômeros são os aminoácidos.