5.1 Hidrocarbonetos e o Petróleo Os hidrocarbonetos compreendem substâncias com as funções orgânicas mais simples. Eles são constituídos apenas por átomos de carbonos ligados a átomos de hidrogênio.
Do ponto de vista prático, a importância dos hidrocarbonetos é também muito grande, pois eles são os principais formadores do petróleo, do gás natural e dos destilados do xisto betuminoso e do carvão mineral. Além disso, os hidrocarbonetos servem como ponto de partida para a obtenção industrial de plásticos, corantes, explosivos, inseticidas etc.
Muitos combustíveis de uso diário são misturas de hidrocarbonetos derivados do
petróleo: gás de cozinha, gasolina, querosene e óleo diesel.
A palavra petróleo significa ‘óleo de pedra’, e isto se deve ao fato de ser
encontrado, geralmente, impregnado em determinadas rochas porosas denominadas arenito, localizadas em camadas geológicas sedimentares, situadas na maior parte das vezes abaixo do fundo do mar (o que era de se esperar, já que os oceanos recobrem cerca de 71% da superfície do planeta).
O processamento do petróleo visando à obtenção de suas frações é realizado em refinarias de petróleo. Após essa separação mais geral, cada uma das frações pode sofrer processos mais elaborados de fracionamento, que fornecem substâncias com alto grau de pureza, destinadas à utilização como matéria-prima.
O quadro acima apresenta a classificação dos hidrocarbonetos, com características de suas cadeias e as respectivas fórmulas gerais.
5.1.1 Alcanos
São hidrocarbonetos de cadeia aberta que apresentam apenas ligações simples entre carbonos. Também são chamados de parafinas (do latim parum affinis, que significa
‘pouca afinidade’), porque, de fato, os alcanos são muito pouco reativos. Esses compostos são encontrados na natureza em emanações gasosas naturais (do metano ao butano) e no petróleo. Exemplos:
5.1.2 Alcenos
São hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma ligação dupla entre carbonos, o que faz os compostos dessa classe serem mais reativos do que os alcanos. Comparando compostos de mesmo grupo funcional, a reatividade de compostos com ligação dupla (insaturados) é sempre maior que a reatividade de compostos que possuem apenas ligações simples (saturados). Os alcenos são chamados de
olefinas, palavra que significa ‘gerador de óleos’, por causa do aspecto oleoso dos alcenos com mais de 5 carbonos.
O alceno mais simples e importante é o eteno ou etileno, que é um gás incolor e de sabor adocicado, encontrado principal mente em poços petrolíferos. O eteno é usado como combustível, como substância que ajuda no amadure cimento artificial de frutos, como narcótico e na fabricação de plásticos como o polietileno. Exemplos:
5.1.3 Alcinos
São hidrocarbonetos de cadeia aberta que possuem uma ligação tripla entre carbonos, o que os torna bem mais reativos que os alcanos e os alcenos. O alcino mais
importante é o etino, conhecido também por acetileno, que é utilizado como gás de maçarico e como matéria-prima na fabricação de borracha sintética. Exemplos:
5.1.4 Dienos
Alcadienos (ou simplesmente dienos) são hidrocarbonetos acíclicos contendo duas ligações duplas em sua cadeia carbônica. Os dienos simples não existem na natureza. São,
porém, preparados em grande quantidade pela indústria petroquímica, visando à produção de polímeros e borrachas sintéticas. Exemplos:
A molécula do isopreno é chamada de unidade isoprênica, pois, unindo-se a 2, 3, 4... n moléculas iguais, forma moléculas múltiplas (C5H8) n de cadeias abertas ou fechadas, denominadas terpenos. Os terpenos e seus derivados oxigenados são os principais
formadores dos óleos essenciais ou aromáticos. A unidade isoprênica (C5H8) é também a unidade básica na estrutura de inúmeras substâncias coloridas e na da borracha.
Isopreno 5.1.5 Ciclanos
Ciclanos (ou cicloalcanos ou cicloparafinas) são hidrocarbonetos cíclicos contendo apenas ligações simples (isto é, hidrocarbonetos cíclicos e saturados). Os
ciclanos que apresentam de 3 a 5 átomos de carbono na cadeia têm reatividade alta. Já aqueles cujo ciclo contém 6 ou mais átomos de carbono são muito estáveis e reagem com dificuldade. Exemplos:
Os ciclanos existem, em quantidades maiores ou menores, nos petróleos de várias regiões do mundo. O ciclo-hexano, por exemplo, é usado como solvente e removedor de tintas e vernizes, além de servir como ponto de partida para a fabricação de produtos industriais importantes, como o náilon.
5.1.6. Aromáticos
Os hidrocarbonetos aromáticos são aqueles que possuem pelo menos um anel ou núcleo aromático, isto é, um ciclo plano com 6 átomos de carbono que estabelecem entre si ligações ressonantes (representadas por ligações simples e duplas alternadas). O benzeno é o mais importante dos aromáticos. É encontrado no alcatrão de hulha (carvão mineral resultante da fossilização da madeira) e também pode ser obtido pela ciclização do hexano.
Os hidrocarbonetos aromáticos são uma família tão numerosa que é impossível
representá-los por uma única fórmula geral. Exemplos:
A IUPAC consagrou o nome benzeno para o hidrocarboneto aromático mais simples. Para outros hidrocarbonetos aromá-
ticos existem, sem dúvida, a nomenclatura IUPAC, mas é muito comum designá-los por nomes particulares. Exemplos:
No caso de duas ramificações, são bastante usados os prefixos orto (o), meta (m)
Exemplos:
5.2 Exercícios
1 - Em vazamentos ocorridos em refinarias de petróleo, que extravasam para rios, lagos e oceanos, verifica-se a utilização de barreiras de contenção para evitar a dispersão do óleo. Nesses casos, observa-se a formação de um sistema heterogêneo onde o petróleo fica na superfície desses recursos hídricos. Sobre o sistema acima descrito é correto afirmar que a água e o petróleo não se misturam porque: a) se apresentam em fases de agregação diferentes.
b) apresentam densidades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua maior densidade.
c) apresentam moléculas com polaridades diferentes, e o petróleo fica na superfície devido a sua menor densidade.
d) a viscosidade da água é maior que a do petróleo.
e) a elevada volatilidade do petróleo faz com que este fique na superfície.
2 - Um alcano encontrado nas folhas de repolho contém em sua fórmula 64 átomos de
hidrogênio. O número de átomos de carbono na fórmula é:
a) 29 b) 32 c) 30 d) 33 e) 31
3 - Na construção civil, o isopor tem sido utilizado ultimamente como isolante térmico. Sua obtenção se dá através do tratamento do poliestireno com gases, que por sua vez é obtido do estireno, cuja estrutura é:
Outra denominação válida para este composto é:
a) metilbenzeno. b) etilbenzeno. c) xileno. d) antraceno. e) vinilbenzeno.
4 – Dentre os compostos cujo nomes constam nas alternativas abaixo, aquele com maior número de carbonos secundário é: a) 2,3-dimetil-butano b) hexano
c) 3-metil-pentano d) 2-metil-pentano e)2,2-dimetil-butano
5 - 2,2,5-trimetril-3-heptino é um hidrocarboneto cujas moléculas têm cadeia carbônica:
I. insaturada; II. ramificada; III. aromática.
Dessas afirmações, somente: a) I é correta.
b) I e II são corretas. c) II é correta.
d) I e III são corretas. e) III é correta.
6 - O benzopireno é um composto aromático formado na combustão da hulha e do fumo. Pode ser encontrado em carnes grelhadas, em carvão ou em peças defumadas. Experiências em animais comprovaram sua potente ação cancerígena. Apresenta a seguinte fórmula estrutural:
Sua fórmula molecular é: a) C22H14
b) C22H18 c) C20H12 d) C20H20 e) C20H14
7 - Considere as afirmações seguintes sobre os hidrocarbonetos.
I. Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente por carbono e hidrogênio.
II. São chamados alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear. III. Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral CnH2n. IV. São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno. São corretas as afirmações:
a) I e III b) I, III e IV c) II e III d) III e IV e) I, II e IV
8- O petróleo é uma fonte de energia de baixo custo e de larga utilização como matéria-prima para uma grande variedade de produtos. É um óleo formado de várias substâncias de origem orgânica, em sua maioria hidrocarbonetos de diferentes massas molares. São utilizadas técnicas de separação para obtenção dos componentes comercializáveis do petróleo. Além disso, para aumentar a quantidade de frações comercializáveis, otimizando o produto de origem fóssil, utiliza-se o processo de craqueamento. O que ocorre nesse processo?
a) Transformação das frações do petróleo em outras moléculas menores.
b) Reação de óxido-redução com transferência de elétrons entre as moléculas. c) Solubilização das frações do petróleo com a utilização de diferentes solventes.
d) Decantação das moléculas com diferentes massas molares pelo uso de centrífugas. e) Separação dos diferentes componentes do petróleo em função de suas temperaturas de ebulição.
6. PRINCIPAIS FUNÇÕES ORGÂNICAS 6.1 Álcoois
Álcoois são compostos orgânicos que contêm um ou mais grupos oxidrila (OH) ligados diretamente a átomos de carbono saturados. Exemplos:
A nomenclatura IUPAC reserva para os álcoois a terminação OL, tirada da própria palavra álcool. A cadeia principal deve ser a mais longa que contém o carbono ligado ao OH; a numeração da cadeia deve se iniciar pela extremidade mais próxima ao OH.
No dia-a-dia, quando os jornais, o rádio, a televisão etc. falam em álcool, estão se referindo ao álcool comum, de fórmula CH3-CH2-OH, conhecido como álcool etílico e de nome oficial etanol. Além de estar presente nas bebidas “alcoólicas”, o etanol tem largo emprego industrial — como solvente, na produção de loções e perfumes
e, ainda, como combustível para automóveis. A família dos álcoois, no entanto, é muito mais numerosa e diversificada.
6.2 Fenóis
Fenóis são compostos orgânicos com uma ou mais oxidrilas (OH) ligadas diretamente ao anel aromático. Exemplos:
A nomenclatura IUPAC dá aos fenóis a terminação ol ou o prefixo hidróxi. No entanto, como acontece com todos os compostos
aromáticos, os fenóis mais simples têm nomes comuns, que são aceitos pela IUPAC. Exemplo:
O fenol comum (Ar-OH) é o representante mais simples e um dos mais importantes da família dos compostos aromáticos denominados fenóis. Sendo usado como desinfetante dos instrumentos cirúrgicos por muitos anos. Os fenóis são usados também na preservação da madeira,
defendendo-a do ataque dos insetos. O maior uso, porém, é na indústria química, como matéria-prima para a fabricação de plásticos, corantes, perfumes, explosivos etc.
6.3 Éteres
Éteres são compostos orgânicos em que o oxigênio está diretamente ligado a duas
cadeias carbônicas (ou seja, a dois grupos alquila ou arila). Exemplos:
Há também éteres cíclicos, que são então compostos heterocíclicos, nos quais o oxigênio é o heteroátomo; por exemplo:
A nomenclatura IUPAC dos éteres contém a palavra óxi intercalada nos nomes dos dois grupos formadores do éter. Exemplos:
Quando se fala em éter, lembramo-nos imediatamente do éter comum, que é vendido em farmácias. Esse composto começou a ser
usado, como anestésico por inalação, em 1842. Outro éter de grande importância na atualidade é o metóxi-terciobutano (MTBE),
usado como antidetonante na gasolina. A função éter está presente também em muitos
compostos naturais de função mista, como, por exemplo, o eugenol e a vanilina.
6.4 Aldeídos
Os aldeídos fazem parte de um conjunto de grupos funcionais classificados como carbonílicos, ou seja, que apresentam
a carbonila em sua constituição. Aldeído é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila ligado a um hidrogênio. Exemplos:
A nomenclatura IUPAC dos aldeídos é feita com a terminação AL. A cadeia principal é a mais longa que inclui o grupo — CHO, e a numeração é feita a partir desse grupo.
Dos aldeídos, os que apresentam maior diversidade de uso são o metanal (aldeído fórmico ou formaldeído) e o etanal (aldeído acético). O metanal é um gás incolor, de cheiro característico e irritante. Em água, a cerca de 40%, o metanal forma uma solução conhecida por formol, usada como
desinfetante e na conservação de cadáveres ou peças anatômicas. O etanal é usado na síntese de diversos compostos orgânicos, na obtenção de resinas, inseticidas (DDT) e também como redutor de íons prata na fabricação de espelhos comuns.
6.5 Cetonas
As cetonas também são compostos carbonílicos. Cetona é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila entre
dois carbonos. A nomenclatura IUPAC das cetonas contém a terminação ONA. A cadeia principal é a mais longa que inclui a carbonila,
e a numeração é feita a partir da extremidade mais próxima da carbonila. Exemplos:
A acetona comum ou propanona é um líquido incolor, inflamável, de cheiro agradável e solúvel em água e em solventes orgânicos. É usada como solvente (de
esmaltes, tintas, vernizes etc.), na extração de óleos de sementes vegetais, na fabricação de anidrido acético, de medicamentos etc.
6.6 Ácidos carboxílicos
Ácido carboxílico é todo composto orgânico que possui o grupo carbonila ligado a um grupo hidroxila, — OH. Essa união entre o grupo carbonila e o grupo hidroxila forma o grupo carboxila, que é o grupo funcional dos
ácidos carboxílicos. A nomenclatura IUPAC dos ácidos carboxílicos possui a terminação OICO. A cadeia principal é a mais longa que inclui a carboxila, e a numeração é feita a partir do carbono da própria carboxila. Exemplos;
O ácido metanoico ou fórmico é um líquido incolor, cáustico, de cheiro forte e irritante que inicialmente era obtido por meio da destilação de formigas vermelhas. O ácido etanoico ou acético, quando concentrado, é um líquido incolor, muito tóxico, de cheiro penetrante e sabor azedo. A 16,6 °C forma
cristais com aspecto de gelo, por isso, também é chamado de ácido acético glacial. É usado na preparação de perfumes, corantes, seda artificial, acetona e como vinagre em soluções a 4% em volume de ácido acético.
6.7 Ésteres
Ésteres orgânicos são compostos formados pela troca do hidrogênio presente na carboxila dos ácidos carboxílicos por um
grupo alquila (R) ou arila (Ar). O nome IUPAC de um éster segue o esquema: prefixo + infixo + oato + de + nome do substituinte com terminação ila. Exemplos:
Os ésteres são também de grande importância prática. Ésteres mais simples aparecem no perfume das flores e no aroma e sabor dos frutos. Atualmente as indústrias
produzem grandes quantidades de ésteres, que são usados como sabores e aromas artificiais em doces, balas, sorvetes etc.
6.8 Aminas
Aminas são compostos teoricamente derivados do NH3, pela substituição de um,
dois ou três hidrogênios por grupos alquila ou arila. Surge daí a classificação das aminas em primárias, secundárias ou terciárias:
Os nomes das aminas são formados com a terminação AMINA. No entanto, são usados nomes especiais, principalmente para aminas aromáticas:
O nome IUPAC para as aminas primárias segue o esquema: prefixo +
infixo + (localização do grupo - NH2)
amina. A letra N indica que o substituinte está ligado ao nitrogênio. Os substituintes localizados na cadeia carbônica são indicados por números. As aminas são utilizadas na síntese de compostos orgânicos e de certos tipos de sabões e também na vulcanização da borracha. As aminas aromáticas são importantes na fabricação de corantes e explosivos.
6.9 Amidas
As amidas pertencem à classe dos compostos carbonílicos. Amida é todo
composto que possui o nitrogênio ligado diretamente a um grupo carbonila.
O nome oficial de uma amida não substituída segue o esquema: prefixo +
infixo + amida. Caso a amida seja
substituída, a cadeia mais longa é
considerada a principal e o nome segue as regras acima. As demais cadeias são consideradas substituintes e o nome segue o esquema: prefixo + il, precedido da letra N,
que vai indicar que o substituinte está ligado ao nitrogênio. Os substituintes da cadeia principal são indicados por números.
As amidas são importantes nas sínteses de outros compostos orgânicos e como compostos intermediários na preparação de medicamentos. A metanamida é bastante tóxica, é usada como solvente (de inseticidas) em condições específicas.
6.10 Haletos orgânicos
Haletos orgânicos são substâncias derivadas dos compostos orgânicos pela troca de um ou mais hidrogênios por halogênios, F, Cl, Br, I. Nos haletos, o halogênio representa o grupo funcional; dele
dependem as propriedades químicas da função, e costuma-se representá-lo simbolicamente pela letra X. Na nomenclatura IUPAC, o halogênio é considerado apenas como uma ramificação, presa à cadeia principal. Por exemplo:
Os haletos aparecem com muita frequência em nossa vida diária. Dentre os exemplos mais importantes podemos citar: solventes, como o tetracloreto de carbono (CCl4); inseticidas, como o BHC (C6H6Cl6);
plásticos, como o PVC e o teflon; gases de refrigeração, como os fréons; anestésicos, medicamentos e até sangue artificial, como a perfluordecalina (C10F18).
6.11 Exercícios
1 - O óleo de rosas tem sua fórmula estrutural mostrada ao
lado. É incorreto afirmar que:
a) é um álcool.
b) possui somente um carbono terciário em sua estrutura.
c) é um ciclano.
d) tem fórmula molecular C8H10O.
e) possui um anel benzênico em sua estrutura.
2 - Considere as estruturas moleculares do naftaleno e da decalina, representadas pelas fórmulas ao lado. Substituindo, em ambas as moléculas, um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila (OH), obtêm-se dois compostos que pertencem, respectivamente, às funções:
a) álcool e fenol. b) fenol e álcool. c) álcool e álcool. d) fenol e fenol.
3 - Para que a “cola de sapateiro” não seja utilizada como droga e também devido à presença de uma substância cancerígena, o tolueno (ou metil benzeno), uma das propostas sugeridas foi a adição de pequena
quantidade de formol (ou solução aquosa a 40% de metanal), que, em virtude de seu cheiro forte e irritante, desestimularia a inalação do produto. As substâncias orgânicas citadas, o tolueno e o metanal, apresentam, respectivamente, as seguintes fórmulas moleculares:
a) C7H10 e CH3O b) C7H10 e CH2O c) C7H8 e CH3O d) C7H8 e CH2O
4 - O aroma natural de baunilha, encontrado em doces e sorvetes, deve-se ao composto de nome anilina, cuja fórmula estrutural está reproduzida ao lado. Em relação à molécula da vanilina, é correto afirmar que as funções químicas encontradas são:
a) álcool, éter e éster b) álcool, ácido e fenol c) aldeído, álcool e éter d) aldeído, éster e fenol e) aldeído, éter e fenol
5 - Sobre o ácido 3-fenilpropanoico é correto afirmar que:
a) possui fórmula molecular C9H10O2. b) possui átomo de carbono quaternário. c) possui 3 átomos de hidrogênio ionizáveis.
d) não é um composto aromático.
e) é um composto saturado.
6 - Os aromas da banana e do abacaxi estão relacionados com as estruturas dos dois ésteres dados ao lado. Escolha a alternativa que apresenta os nomes sistemáticos das duas substâncias orgânicas
a) Acetilpentanoato e etilbutanoato
b) Etanoato de pentila e butanoato de etila c) Pentanoato de etila e etanoato de butila d) Pentanoato de acetila e etanoato de butanoíla
e) Acetato de pentanoíla e butanoato de acetila
7 - Amburosídeo B, cuja estrutura é dada ao lado, foi isolada de Amburana cearensis na busca pelo princípio ativo responsável pela atividade antimalárica da mesma. Escolha a alternativa que apresenta quatro funções orgânicas presentes no amburosídeo B. a) Fenol; cetona; ácido carboxílico; álcool b) Cetona; éter; éster;
álcool
c) Cetona; éter; ácido carboxílico; álcool d) Fenol; éter; éster; álcool
e) Fenol; cetona; éter; álcool