Química Orgânica: o guia completo

A química orgânica é uma das áreas mais importantes da química. Ela estuda os compostos cujo principal componente é o carbono. Antes de tudo, saiba: os compostos orgânicos são muito importantes: quase tudo ao nosso redor é química orgânica!

São compostos orgânicos, por exemplo, 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. Por isso, dada a importância da química orgânica e bioquímica, nada mais justo que se tenha uma grande área da química somente dedicada a ela!

A princípio, 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.

Mas, 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.

Assim, 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

Primeiramente, 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. A saber, Kekulé dizia que eram iguais em comprimento e energia. Hoje em dia sabemos que não é bem assim, porque as ligações somente são iguais se ocorrerem entre exatamente os mesmos átomos.

O Carbono pode formar cadeias. Similarmente, a principal propriedade do carbono é a do encadeamento. Ou seja, 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 falamos anteriormente, a química orgânica estuda os compostos de carbono. Mas, 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, assim, componentes das rochas, da areia, dos vulcões. Ao mesmo tempo, são também componentes da água, que também é um composto inorgânico.

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

Você sabia que a Química Inorgânica é um dos assuntos que mais aparecem na primeira fase da UNICAMP? Saiba tudo nesse post!

O que a química orgânica estuda?

Como já sabemos, a química orgânica estuda, principalmente, os compostos de carbono. No entanto, são estudadas também as moléculas que contém elementos como oxigênio, hidrogênio, nitrogênio - e até mesmo enxofre. Todos esses elementos podem ser igualmente encontrados nos organismos vivos, ligados a essas cadeias carbônicas.

Entretanto, dentro da química orgânica, existem várias áreas de estudo! Por isso, 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. Só para exemplificar, 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. Enfim, 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.

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

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

Aromáticos: são os hidrocarbonetos cíclicos, que possuem ligações duplas alternadas. Você pode conhecer também como anéis aromáticos, derivados do benzeno.

Funções Orgânicas

Primeiramente, é preciso saber que existem diferentes funções orgânicas, que são identificadas pela presença de um átomo ou grupo de átomos específicos que você pode chamar 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.

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

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

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

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

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

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

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

Propriedades dos Compostos Orgânicos

Uma das maneiras mais simples de se identificar uma substância é através das suas propriedades físico-químicas. Isso porque cada molécula é única e tem um número específico de átomos (variando em proporção em cada molécula) que se ligam de maneira específica. Igualmente, suas propriedades observáveis e mensuráveis também são únicas.

Assim, 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

Ao mesmo tempo, tanto os átomos quanto sua organização espacial (geometria molecular) são importantes para a caracterização de uma substância e suas propriedades químicas. Além disso, pode ocorrer de compostos diferentes terem a mesma fórmula molecular, ou seja, serem isômeros.

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

A isomeria de função tem mesma fórmula molecular, funções químicas diferentes.

Já a isomeria de Cadeia são isômeros que possuem a mesma função química e fórmula molecular. Assim sendo, é a cadeia carbônica que muda, em propriedades como as ramificações, grau de saturação, podem ser abertas ou fechadas...

Quando falamos de Isomeria de Posição, 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.

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

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

Reações Orgânicas

Em seguida temos as reações orgânicas, as quais estudam a reatividade dos compostos orgânicos. O estudo das reações orgânicas é muito extenso e muito importante: a obtenção da maioria dos remédios, cosméticos, agrotóxicos, o biodiesel, e outros produtos químicos muito importantes, acontece através das reações orgânicas.

Reações de Adição: Existe a adição de um reagente ao outro, em uma ligação dupla ou tripla, formando uma nova molécula. É análoga à reação de síntese, na química inorgânica.

Reações de eliminação: acontece exatamente o processo oposto da adição: eliminamos grupos do reagente em questão e uma ligação dupla ou tripla é formada.

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

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 há a formação do Biodiesel.

Bioquímica

A Bioquímica é isso mesmo que parece: a grande intersecção entre a biologia e a química! 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: você pode conhecer também como açúcares. São compostos orgânicos de fórmula mínima C_n(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.

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.

Quer saber mais sobre aminoácidos? Dá só uma olhada no post completo que temos sobre esse assunto!

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