Representação das moléculas orgânicas

Existem várias maneiras de representar os compostos orgânicos. Em geral, as ligações covalentes entre os diferentes átomos são indicadas por linhas que os conectam. Um modo de representar seria através da estrutura planar, na qual cada um dos átomos é mostrado; porém, essa maneira é trabalhosa, entediante e, muitas vezes, acaba confundindo o leitor, em vez de facilitar o entendimento. A Figura 1 exemplifica esse tipo de representação (note que a ligação foi aumentada para permitir a representação dos átomos de hidrogênio sem que houvesse sobreposição).

A segunda maneira de representação que veremos são as estruturas condensadas. Nesse tipo de estrutura, não há representação de todas as ligações covalentes presentes na molécula. Em vez disso, as ligações ficam subentendidas e faz-se uma representação mais simples utilizando CH₃ para representar os átomos de carbono ligados a três átomos de hidrogênio, CH₂ para representar aqueles ligados a dois átomos de hidrogênio e CH para átomos de carbono ligados a apenas um átomo de hidrogênio. Ramificações podem ou não ter a ligação covalente representada. Vamos ver o 2-metilbutano, mesma estrutura do composto da Figura 1, representado de forma condensada na Figura 2.

A forma mais simples de representar os compostos orgânicos, no entanto, é através da estrutura de linha de ligação. Nestas estruturas, os átomos de carbono são representados pelas pontas das linhas, e os hidrogênios ligados a eles ficam ocultos, respeitando o fato de que o átomo de carbono faz quatro ligações covalentes. Embora não seja necessário, os átomos de carbono e hidrogênio podem ser representados para evidenciar ou dar ênfase à parte da estrutura. Qualquer átomo que não seja de carbono ou hidrogênio deve ser obrigatoriamente representado. A Figura 3 traz dois exemplos:

As representações das estruturas de linha de ligação são, em geral, as mais utilizadas pela facilidade em desenhá-las e pela clareza, uma vez que há uma pequena quantidade de átomos evidenciados. Agora que já sabemos representar as estruturas orgânicas de maneira clara, vamos conhecer as diferentes classes de hidrocarbonetos, seus nomes e suas propriedades.

Alcanos

Alcanos são hidrocarbonetos compostos exclusivamente por carbono e hidrogênio e que contêm apenas ligações simples, ou seja, são compostos saturados. Sua fórmula estrutural segue a regra C_nH_2n+2, ou seja, um composto com um único carbono terá fórmula CH₄, com dois carbonos C₂H₆, e assim sucessivamente. Vamos aprender a nomeá-los?

Alcanos lineares

Vamos começar pelo fato de que o nome de todos os alcanos, sem exceção, terminará com o sufixo –ano. Em seguida, é necessário entender que a nomenclatura depende do número de carbonos da molécula e que eles são representados por radicais que derivam do latim e do grego e, por isso, podem soar pouco comuns a princípio. Compostos com um, dois, três, quatro e cinco carbonos terão, respectivamente, os seguintes radicais: met‒, et‒, prop‒, but‒ e pent‒. A Tabela 1 traz o nome do alcano linear e o número de carbonos em sua estrutura.

Da mesma forma, o butano e o isobutano podem perder um hidrogênio em quatro posições diferentes ao todo, dando origem a quatro grupos alquila distintos, a n-butila, a isobutila, a sec-butila e a tert-butila. A Figura 6 traz as estruturas desses grupos.

O grupo alquila será particularmente importante para a nomenclatura dos compostos ramificados que veremos a seguir.

Pode ser que haja duas cadeias de mesmo tamanho. Neste caso, como decidir qual delas é a principal? Deve-se considerar como principal aquela com o maior número de ramificações, ou seja, se uma tem apenas uma ramificação e a outra tem duas, a última é a cadeia principal. Veja a Figura 8:

E se os carbonos formarem um anel, levando a um composto cíclico? Neste caso, o prefixo “ciclo” deverá ser adicionado antes do nome da cadeia principal. Um hexano cíclico, por exemplo, é, então, um ciclo-hexano, um pentano cíclico é um ciclopentano, e assim por diante. É importante notar que o anel tem preferência sobre a cadeia carbônica, mesmo que tenha menor número de carbonos (nos casos em que ambos são formados pelos mesmos elementos). Isso quer dizer que, se houver dez carbonos em cadeia aberta ligados a um ciclo-hexano, o composto será um ciclo-hexano substituído. Veja os exemplos da Figura 9.

E se o composto tiver mais de uma ramificação? Comece a numeração pela extremidade que forneça as posições das ramificações nos carbonos de menor número possível. Veja o exemplo da Figura 11:

Caso o composto seja cíclico, comece a contar os carbonos de maneira que aquele que apresenta a substituição seja o número um. Caso haja mais de um substituinte, numere os carbonos de maneira que eles estejam sempre no carbono de menor número, assim como nos hidrocarbonetos de cadeia aberta. Se for possível que dois substituintes apresentem a mesma numeração, determine o número do carbono a partir da ordem alfabética. Os exemplos na Figura 12 vão facilitar seu entendimento.

Se dois substituintes estiverem ligados ao mesmo carbono, eles receberão o número correspondente àquele carbono, e este número aparecerá duas vezes no nome. Além disso, se um composto tiver o mesmo substituinte ligado a carbonos diferentes, utilizam-se os prefixos di, tri, tetra etc. para nomeá-los, e o número se repete quantas vezes forem necessárias. Quando o substituinte é grande e não pode ser nomeado como um dos grupos alquila que vimos antes, trate-o como se fosse um composto à parte e ponha o nome entre parênteses. Na Figura 14, temos o exemplo do substituinte “2-metilpropil”.

Veja a Figura 14 para entender melhor:

Propriedades dos alcanos

Os alcanos eram também conhecidos como parafinas devido à sua baixa afinidade a outros compostos. Essa característica é importante e permite que os alcanos sejam muito utilizados como solventes apolares em laboratórios. No entanto, essa classe de compostos é capaz de reagir com oxigênio, halogênios e algumas outras substâncias se as condições forem ideais.

A reação entre alcanos e oxigênio é particularmente importante, pois permite a geração de energia. Essas reações são parte de nosso cotidiano quando acendemos o fogão ou dirigimos nossos carros e são chamadas de combustão.

O butano e o propano são os principais componentes do gás de cozinha, e o metano é o principal componente do gás natural, enquanto a gasolina é uma mistura complexa de alcanos. A reação entre o metano e o oxigênio molecular é mostrada no Esquema 1, bem como a enorme quantidade de energia liberada.

Quanto aos pontos de ebulição e fusão, essas são propriedades que apresentam relação direta com o tipo de força intermolecular que os compostos fazem. No caso dos alcanos, essas forças são muito fracas e provêm de pequenas variações de distribuição nas nuvens eletrônicas das moléculas, levando a pequenos dipolos temporários. Isolados, esses dipolos são muito fracos, porém uma grande quantidade deles gera interação suficiente para que determinada substância permaneça coesa.

Isso quer dizer que, quanto maior a cadeia carbônica de um alcano, maior seu ponto de ebulição e de fusão, como podemos ver na Tabela 2. À temperatura ambiente (25°C), alcanos de até quatro carbonos são todos gases, o que justifica o uso do propano e do butano como gás de cozinha, por exemplo. Do pentano ao heptadecano, todos são líquidos e, por isso, utilizados como combustível na gasolina ou solventes em laboratórios. Alcanos com mais de 18 carbonos são sólidos e podem ser encontrados na parafina das velas, por exemplo.

Alcenos

Alcenos são hidrocarbonetos que apresentam pelo menos uma dupla ligação em sua estrutura. A presença dessa ligação permite que os alcenos sofram reações de adição, oxidação e redução, por exemplo, sendo bem mais reativos que os alcanos.

Como dissemos antes, a nomenclatura de todos os compostos daqui para a frente serão baseadas nas regras vistas anteriormente. Para dar nome a esses compostos, as regras são as mesmas de antes, com pequenas variações:

1. A terminação dos alcenos é sempre - eno.
2. A cadeia principal será a maior cadeia carbônica, mesmo que esta não inclua a dupla ligação. Caso a cadeia principal não inclua a dupla ligação, o composto será nomeado como um alcano substituído.
3. Os carbonos serão numerados a partir da extremidade mais próxima à dupla ligação. Se a dupla ligação estiver à mesma distância das duas extremidades, escolhe-se o carbono mais próximo à ramificação.
4. A posição da dupla ligação deve ser indicada no nome do composto logo antes do nome da cadeia principal e pelo carbono de menor número.
5. Se houver mais de uma dupla ligação, o composto deverá ser nomeado como dieno, trieno, e assim sucessivamente.
6. Cicloalcenos deverão ter seus carbonos numerados de forma que a dupla ligação esteja sempre entre os carbonos um e dois e que os substituintes tenham o menor número possível.

A Figura 16 traz alguns exemplos de alcenos e seus respectivos nomes.

As propriedades físico-químicas dos alcenos, como ponto de fusão e ebulição, seguem as mesmas tendências que vimos anteriormente para os alcanos. O eteno, o menor alceno possível, por exemplo, apresenta ponto de ebulição igual a -104°C, enquanto o do 1-hexeno é 63,4°C e o do ciclo-hexeno é 83°C.

Alcinos

Alcinos são hidrocarbonetos que apresentam pelo menos uma tripla ligação em sua estrutura. Assim como os alcenos, os alcinos são mais reativos que os alcanos, podendo participar de reações de adição, oxidação, redução e apresentando até certo caráter ácido devido à presença da tripla ligação. A nomenclatura desses compostos também segue os princípios determinados para os alcanos, com algumas pequenas diferenças:

1. A terminação dos alcinos é sempre - ino.
2. A cadeia principal será a maior cadeia carbônica, mesmo que a tripla ligação não esteja incluída. No caso da tripla ligação não fazer parte da cadeia principal, o composto deverá ser nomeado como um alcano substituído.
3. A numeração dos carbonos começa pelo que estiver mais próximo à tripla ligação, de forma que os carbonos tenham os menores números possíveis.
4. Se houver mais de uma tripla ligação, eles deverão ser denominados di-inos, tri-inos, e assim por diante.
5. Se houver duplas e triplas ligações na mesma estrutura, a numeração dos carbonos deve começar pela extremidade que estiver mais próxima a uma das duas ligações múltiplas. Caso as ligações dupla e tripla estejam à mesma distância das extremidades, a contagem se inicia pela extremidade mais próxima à dupla ligação.

As propriedades físico-químicas dos alcinos seguem a mesma tendência dos alcanos e alcenos, ou seja, os pontos de fusão e ebulição aumentarão com o tamanho da cadeia, e ramificações diminuirão esses valores. A Figura 17 traz alguns exemplos de alcinos e seus respectivos nomes.

Agora que sabemos dar nome e identificar os alcanos, alcenos e alcinos, vamos ver, no módulo 2, como os alcanos se comportam no espaço e sua estabilidade.

A Figura 18 exemplifica as duas representações.

Sabendo como funcionam as representações, vamos ver a estabilidade e os diferentes confôrmeros dos alcanos.

Conformações do etano

O etano é o alcano mais simples em que podemos fazer uma análise conformacional, e começaremos nossa análise por ele. Em geral, dizemos que as ligações simples permitem aos átomos conectados ter rotação livre em torno do eixo da ligação. No entanto, sabemos pela prática que existe uma pequena barreira de rotação que torna alguns confôrmeros mais estáveis.

No caso do etano, existem duas possibilidades de conformação: estrela (ou alternada), na qual os átomos estão tão longe quanto possível uns dos outros, levando à menor energia (mais estável), e eclipsada, em que os átomos estão o mais próximo possível uns dos outros, levando a um estado de maior energia (menos estável). A Figura 19 mostra as conformações possíveis.

A conformação eclipsada é menos estável, pois apresenta a tensão de torção que confere 12kJ/mol a mais de energia para esse confôrmero. Dois fatores contribuem para essa diferença de energia entre os confôrmeros. O primeiro é a hiperconjugação, uma sobreposição favorável dos orbitais ligantes e antiligantes dos carbonos, que estabiliza melhor a conformação estrela, diminuindo sua energia (Figura 20).

Segundo, a conformação eclipsada apresenta ainda um pequeno impedimento estérico, uma vez que as nuvens eletrônicas das ligações C-H estão mais próximas umas das outras. Como sabemos que todas as ligações C-H do etano são iguais, podemos estabelecer que cada interação hidrogênio-hidrogênio na conformação eclipsada é responsável por um aumento de 4 kJ/mol no nível de energia da estrutura (Figura 21).

Conformações do propano

O propano é um alcano de três carbonos e também pode apresentar as conformações estrela e eclipsada. No entanto, o nível de energia da conformação eclipsada é ligeiramente maior do que vimos para o etano, chegando a 14 kJ/mol. Isso se dá porque o propano, por apresentar três átomos de carbono, terá duas interação hidrogênio-hidrogênio de 4 kJ/mol cada uma, mas terá também uma interação entre uma ligação C-C (ligação entre C2 e C3 do propano) e uma ligação C-H que aumenta a tensão de torção para 6 kJ/mol. Veja a figura 22 as conformações estrela e eclipsada do propano.

Conformações do butano

O butano apresenta quatro carbonos em sua estrutura, e sua análise conformacional é um pouco mais elaborada que as dos compostos vistos anteriormente. Vamos analisar a ligação entre os carbonos dois e três (C2 e C3) para entender um pouco melhor sua disposição espacial.

Cicloalcanos: estabilidade do anel

Assim como nos alcanos de cadeia aberta, as estabilidades dos cicloalcanos são diferentes entre si devido à tensão do anel formado. Existem essencialmente três motivos pelos quais um anel apresenta tensão:

Vamos analisar os casos individualmente, para entender como esses fatores afetam a estabilidade.

Ciclopropano

Por ser formado por apenas três átomos de carbono, o ciclopropano é plano e tem a forma de um triângulo. Isso quer dizer que seus ângulos internos têm exatamente 60° cada um, o que leva a uma imensa tensão angular. A existência do ciclopropano é possível, no entanto, pois ele apresenta ligações angulares, ou seja, os orbitais dos carbonos que fazem a ligação sigma não se sobrepõem completamente, apenas em pequenas partes e a certo ângulo. Isso faz com que a molécula apresente ligações mais fracas e maior energia potencial em relação a outros cicloalcanos.

Embora a tensão angular seja responsável pela maior parte da energia desse composto, há ainda uma pequena parte que deriva da tensão de torção, uma vez que seus hidrogênios estão eclipsados. A Figura 24 mostra a projeção de Newman e a estrutura tridimensional do ciclopropano para facilitar a visualização. Utilizando o modelo de bola e linha, fica claro que, ao olharmos para dois carbonos, transversalmente à ligação que os une, o de trás fica omitido e se torna evidente o quão eclipsados estão os hidrogênios dessa estrutura.

Ciclobutano

O ciclobutano, diferentemente do ciclopropano, não é plano, mas ligeiramente dobrado. Um de seus carbonos está 25° acima do plano dos demais e, embora isso aumente a tensão angular, diminui a tensão de torção do anel, pois permite que os hidrogênios do composto não fiquem completamente eclipsados.

A Figura 25 mostra a projeção de Newman do ciclobutano, bem como a visualização em três dimensões do que seria a projeção de Newman. Utilizando o modelo de bola e linha, fica claro que, ao olharmos para dois carbonos, transversalmente à ligação que os une, o de trás fica omitido e é possível ver que os hidrogênios estão apenas parcialmente eclipsados.

Ciclopentano

Como falamos anteriormente, o ângulo que um carbono 3 sup faz em uma geometria tetraédrica é de 109,5° e, quanto mais longe desse valor, maior a tensão angular do composto. O ciclopentano tem ângulos internos de 108°, ou seja, sua tensão angular é praticamente nenhuma, e ele poderia ser planar. No entanto, a planaridade levaria a um aumento na tensão de torção, uma vez que todos os hidrogênios da molécula estariam eclipsados. Para evitar esse aumento de energia, o pentano tem um de seus carbonos fora do plano, o que diminui a tensão de torção, uma vez que quase todos os hidrogênios estarão em conformação estrela com os demais (Figura 26).

Ciclo-hexano

O ciclo-hexano é o mais estável entre todos os cicloalcanos que vimos até o momento. Seus ângulos internos têm 109,5°, ou seja, exatamente o mesmo ângulo presente na geometria tetraédrica, o que faz com que o ciclo-hexano não apresente tensão angular. Assim como já vimos nos outros cicloalcanos, com exceção do ciclopropano, o hexano não é plano e pode assumir diversas conformações. As três mais importantes são a conformação cadeira, a bote e a bote torcido.

Dentre essas três conformações, a mais estável é a cadeira, na qual, além de não haver tensão angular, também não há tensão de torção, uma vez que todos os hidrogênios estão em conformação estrela em relação a seus vizinhos. A Figura 27 ajuda a visualizar melhor essa conformação.

A outra possibilidade de conformação para o ciclo-hexano é a conformação bote, a menos estável das três que citamos anteriormente. Ela tem 30kJ/mol a mais de energia que a cadeira, e isso se deve à tensão de torção e a um impedimento estérico.

A Figura 28 traz uma visualização 3D ao longo da ligação carbono-carbono para que possamos visualizar os hidrogênios eclipsados e a proximidade dos hidrogênios que leva à repulsão, além da estrutura de linhas e da projeção de Newman.

Embora seja menos estável, a conformação bote do ciclo-hexano apresenta maior mobilidade que a conformação cadeira e é capaz de se “dobrar” de forma a aliviar parte da tensão de torção que existe na molécula, bem como a repulsão entre os hidrogênios dos carbonos um e quatro.

A forma que surge é chamada de bote torcido e, embora seja mais estável que a conformação bote, ainda é menos estável que a conformação cadeira. Na Figura 29, temos a visualização 3D da estrutura do ciclo-hexano em conformação bote torcido.

Ciclo-hexanos monossubstituídos

Antes de começarmos a falar das substituições em si, precisamos entender algumas características que provêm da conformação cadeira do ciclo-hexano, e a principal delas é o fato de que os substituintes do ciclo-hexano podem estar na posição axial, no plano do anel, ou na posição equatorial, fora do plano do anel.

Na Figura 30, podemos ver essas ligações na estrutura de linha do ciclo-hexano e ter uma visão de cima do composto. Podemos ver os hidrogênios equatoriais em volta do anel de carbonos e três hidrogênios axiais que estão acima do plano da estrutura (os outros três hidrogênios axiais ficam escondidos pelos carbonos).

A possibilidade de ligações axiais e equatoriais gera a expectativa de vários isômeros para os ciclo-hexanos monossubstituídos, porém isso não acontece, uma vez que os anéis são móveis à temperatura ambiente e se interconvertem, fazendo com que ligações axiais passem a ser equatoriais, e vice-versa (Figura 31).

Cicloalcanos dissubstituídos

A presença de dois substituintes nos cicloalcanos abre a possibilidade de que haja isomeria cis e trans para esses compostos. É importante lembrar que na isomeria cis e trans, a interconversão só é possível com a quebra de ligações carbono-carbono, o que significa que esses compostos são diferentes, podem ser isolados e possuem características físico-químicas diferentes um do outro. O caso mais fácil de visualizar é o do ciclopropano, dada sua planaridade (Figura 33).

Conformações de moléculas policíclicas

As moléculas policíclicas também apresentam isomeria cis e trans. Vamos usar como exemplo a decalina, um composto de dez carbonos formado pela união de dois anéis de ciclo-hexano. Neste composto, por exemplo, a determinação cis e trans é dada pela orientação dos hidrogênios dos carbonos da ponte (que unem os dois anéis) em relação ao plano do anel. A Figura 35 traz as diferentes possibilidades.

A cis-decalina e a trans-decalina não podem ser interconvertidas uma na outra sem que haja quebra das ligações carbono-carbono e, mais uma vez, apresentam propriedades distintas no que tange seus pontos de fusão e ebulição, por exemplo. A relação entre elas é a mesma que vimos para os ciclo-hexanos 1,2-dissubstituídos, ou seja, a forma trans é a mais estável porque não apresenta interações 1,3-diaxiais.

A Figura 38 traz exemplos dos três tipos de álcoois.

Alguns álcoois possuem nomes comuns que são tão difundidos que acabaram por serem aceitos pela IUPAC, como pode ser visto na Figura 40.

No caso dos fenóis, sua estrutura é tratada como um grupo funcional, e o nome da substância é formada pelos substituintes numerados + fenol. A Figura 41 traz alguns exemplos.

Características dos álcoois e fenóis

Em termos de estrutura, os álcoois e fenóis apresentam um ângulo de ligação de 109°, muito próximo ao que a água apresenta, por exemplo. Assim como a água, a polaridade existente na ligação O-H desses compostos permite que os mesmos façam ligações de hidrogênio entre suas moléculas, levando a pontos de ebulição consideravelmente mais elevados que suas contrapartes da classe de alcanos.

Uma segunda característica importante dos álcoois e fenóis é que esses compostos, assim como a água, podem reagir como ácidos ou bases, dependendo da condição do meio. Frente a ácidos fortes, os álcoois tem seu oxigênio da hidroxila protonado, dando origem ao íon oxônio, enquanto frente a bases ou até mesmo a água, eles se comportam como ácidos fracos, doando um próton e formando o íon alcóxido ou fenóxido (se for derivado de um fenol). Ambas as situações estão exemplificadas na Figura 42.

Éteres

Éter é uma classe de compostos orgânicos na qual duas cadeias carbônicas estão ligadas a um único átomo de oxigênio, tendo como estrutura geral R‒O‒R’ (Figura 43). Esses compostos são razoavelmente estáveis, embora possam dar origem aos peróxidos, compostos com ligação O‒O, que são extremamente reativos, alguns sendo inclusive explosivos.

A Figura 44 traz alguns exemplos de ambas as situações:

Os aldeídos e cetonas são muito abundantes na natureza e são as substâncias responsáveis pelo odor característico da baunilha e da hortelã, por exemplo, através da vanilina e da (R)-carvona, respectivamente (Figura 45).

Essas classes de compostos são caracterizadas pela presença do grupo carbonila (C=O) em sua estrutura. A diferença principal está na localização do grupo carbonila: enquanto aldeídos apresentam este grupo sempre no carbono terminal, as cetonas o apresentam no meio da cadeia carbônica, como podemos ver na Figura 46.

A Figura 47 traz alguns exemplos nos quais os nomes comuns aceitos pela IUPAC estão entre parênteses.

Veja alguns exemplos na Figura 48:

Algumas cetonas também podem ser denominadas por seus nomes comuns, segundo a IUPAC. Este é o caso das substâncias ilustradas na Figura 49:

Os ácidos carboxílicos são substâncias do tipo RCO₂H, como pode ser visto na Figura 50.

Assim como em outras classes, alguns ácidos têm seus nomes comuns aceitos pela IUPAC. A Figura 51 traz alguns exemplos de ácidos carboxílicos e suas respectivas nomenclaturas (os nomes comuns aparecem entre parênteses).

Características dos ácidos carboxílicos

O carbono da carboxila tem hibridização sp² e, portanto, o grupo carboxílico é planar, com ângulo de ligação de 120°. Esses compostos são capazes de fazer ligações de hidrogênio entre suas moléculas, assim como com a água, o que aumenta sua solubilidade e seu ponto de ebulição. Na verdade, a maioria dos ácidos carboxílicos é capaz de fazer duas ligações de hidrogênio com uma segunda molécula de ácido, formando um dímero (Figura 52), o que torna seus pontos de ebulição ainda mais altos do que os dos álcoois correspondentes. O ponto de ebulição do ácido acético (MM=60), por exemplo, é 117,9°C, enquanto o do 1-propanol (MM=60) é 97,2°C.

Outra característica importante é a acidez desses compostos, como evidenciado pelo nome da classe. Os ácidos carboxílicos são todos considerados ácidos fracos, e vários fatores influenciam em sua acidez, mas não os veremos aqui. Por ora, basta entendermos que todos terão característica ácida, por menor que ela seja.

Ésteres

Os ésteres são uma classe derivada dos ácidos carboxílicos, na qual o hidrogênio ácido é substituído por uma cadeia carbônica, tendo RCO₂R’ como fórmula geral (Figura 53). Esses compostos são muito comuns na natureza, sendo encontrados em óleos essenciais de frutas e também na gordura animal.

A Figura 55 traz alguns exemplos de ésteres e seus nomes.

Amidas

Essa classe de compostos também deriva dos ácidos carboxílicos e são compostos nos quais o –OH do ácido é substituído por –NH₂, sendo sua fórmula geral RCONH₂ (Figura 56). Você sabe por que esses compostos são de extrema importância? A ligação peptídica, formada quando dois aminoácidos reagem para gerar uma proteína, leva à formação de uma amida.

A Figura 57 traz alguns exemplos.

Nitrilas

Essa classe tem muito em comum com os ácidos carboxílicos em termos de reações, embora não apresente nenhum átomo de oxigênio em sua estrutura. As nitrilas apresentam um átomo de carbono ligado a um átomo de nitrogênio através de uma tripla ligação (Figura 58).

A Figura 59 traz alguns exemplos.

Aminas

As aminas são, em essência, derivados orgânicos da amônia (NH₃). São compostos de extrema importância, uma vez que estão presentes, por exemplo, em neurotransmissores, como a dopamina. Essa classe de compostos é definida pela presença de um grupo –NH₂ em sua estrutura, tendo como fórmula geral RNH₂ (Figura 60).

Assim como os álcoois, as aminas são divididas entre primárias, secundárias e terciárias, porém a classificação ocorre de maneira diferente do que vimos nos álcoois. Essa divisão é feita de acordo com o número de carbonos ligados ao átomo de nitrogênio. Se apenas um átomo de carbono estiver ligado ao nitrogênio da amina, ela é uma amina primária; se houver dois átomos de carbono, secundária; três átomos de carbono, terciária. A Figura 61 traz exemplos dos três tipos de aminas.

A Figura 62 traz alguns exemplos.

Existem ainda aminas heterocíclicas nas quais cada anel tem um nome próprio. Elas serão apresentadas na Figura 63.

Compostos sulfurados

O enxofre é um elemento do grupo 16 (ou 6A) da tabela periódica, vindo logo abaixo do oxigênio. Isso quer dizer que esses dois elementos compartilham uma série de similaridades em relação à sua química. Entretanto, propriedades como eletronegatividade e raio atômico, por exemplo, proporcionam características químicas significativamente diferentes daquelas observadas em relação ao átomo de oxigênio.

Vamos começar a estudar os compostos sulfurados e entender o que eles são, além de conhecer algumas de suas características químicas e físicas.

Tióis

Os tióis, antigamente conhecidos como mercaptanos, estão mais presentes no cotidiano do que imaginamos. Os tióis de baixo peso molecular são voláteis e têm odor bastante característico, sendo responsáveis pelo odor desagradável liberado pelos gambás, por exemplo. Além disso, estas substâncias são adicionadas ao gás de cozinha para que seja possível identificar um vazamento, uma vez que os alcanos não apresentam cheiro.

Esses compostos são análogos aos álcoois que vimos ao longo do módulo anterior, e sua fórmula geral é RSH (Figura 64). O grupo SH é chamado de grupo sulfidrila.

A Figura 65 traz alguns exemplos de estruturas e seus respectivos nomes.

A terceira característica importante, especialmente para o organismo humano, é o fato de que a ligação S-H é fraca o suficiente para que os tióis sejam capazes de reagir com agentes oxidantes moderados e formar ligações dissulfeto, R-S-S-R. Essa característica é particularmente relevante, pois afeta a estrutura primária de proteínas e permite a ligação covalente entre cadeias polipeptídicas de maneira que sejam estabilizadas, como é o caso da insulina, por exemplo (Figura 66).

Sulfetos

Os sulfetos, também conhecidos como tioéteres, são os análogos sulfurados dos éteres, tendo como fórmula geral R-S-R’ (Figura 67).

Nomenclatura dos sulfetos

A nomenclatura dessa classe é bastante similar à dos éteres, como podemos ver nas regras a seguir:

1. Trate a cadeia alquílica como um substituinte, ou seja, nome da cadeia alquílica sem a terminação “a” (metil, etil...) + sulfanil + nome do alcano principal. Assim, teremos metilsulfanilmetano, por exemplo.

Uma segunda opção também aceita pela IUPAC é seguindo o seguinte passo a passo:

1. Identifique as cadeias alquílicas ligadas ao átomo de enxofre.
2. Dê os nomes das cadeias alquílicas seguido da terminação –sulfeto. Duas metilas então formam o dimetilsulfeto, por exemplo.

A Figura 68 traz alguns exemplos.

Características dos sulfetos

Como dissemos anteriormente, embora oxigênio e enxofre compartilhem semelhanças, por estarem no mesmo grupo da tabela periódica, também apresentam diferenças. Uma dessas diferenças que afeta os sulfetos é a maior polarizabilidade do enxofre, o que quer dizer que o átomo de enxofre é capaz de estabilizar cargas negativas em um átomo vizinho. Isso faz com que, nos sulfetos, os átomos de hidrogênio ligados ao carbono vizinho ao átomo de enxofre sejam mais ácidos do que aqueles ligados ao grupo alcóxi.

Um segundo ponto importante é que os sulfetos são passíveis de sofrer oxidação e, como membro do terceiro período da tabela periódica, o enxofre pode expandir sua camada de valência para além dos oito elétrons normalmente aceitos, fazendo ligações duplas adicionais com o oxigênio. Dessa forma, um sulfeto pode ser oxidado a sulfóxido e posteriormente a sulfona (Figura 69).

Os sulfetos podem ainda reagir com agentes alquilantes de maneira a formar sais de trialquilsulfônio. Um exemplo muito importante da aplicação da formação desse sal ocorre no organismo humano, no qual a S-adenosilmetionina funciona como um agente metilante na conversão da norepinefrina à epinefrina, mais conhecida como adrenalina (Figura 70).

Existem ainda outros compostos sulfurados parecidos com os que vimos quando estudamos os compostos oxigenados. Alguns exemplos estão mostrados na Figura 71.

Haletos de alquila

Na natureza, os haletos de alquila podem ser encontrados em algas, em queimadas e em vulcões. Apesar da relevância desses compostos na indústria química, sua utilização deve ser feita com muita cautela, pois muitos dos compostos clorados, por exemplo, apresentam efeito carcinogênico cumulativo importante. Esses compostos têm fórmula geral RX, em que X pode ser flúor, cloro, bromo ou iodo (Figura 72).

A Figura 74 traz alguns exemplos de haletos de alquila e seus respectivos nomes.

Haletos de ácidos

Os haletos de ácidos são uma classe de compostos que deriva dos ácidos carboxílicos, que vimos anteriormente. Nessa classe, o grupo –OH do ácido é substituído por um halogênio, dando origem a um composto de fórmula geral RCOX (Figura 75). Embora existam fluoretos, brometos e iodetos de alquila, os haletos de ácidos mais comuns são os cloretos de alquila.

A Figura 76 traz alguns exemplos deste tipo de composto.