Química orgânica
A química orgânica é o campo da química dedicado ao estudo dos compostos de carbono, também conhecidos como compostos orgânicos. Bem como de suas propriedades físico-químicas: composição, reações e síntese. O carbono é um elemento que forma quatro ligações químicas estáveis com a maioria dos elementos da tabela periódica, sendo os mais comuns hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo e os halogênios.
Século XVIII
No século XVIII, o químico Carl Wilhelm Scheele isolou compostos orgânicos a partir de seres vivos, como o ácido tartárico (C4H6O6) da uva, ácido cítrico (C6H8O7) do limão, ácido lático (C3H6O3) do leite, glicerina (C3H8O3) da gordura, e ureia (CH4N2O) da urina. Devido a sua origem comum de organismos vivos, Torbern Bergman definiu, em 1777, que a química dos compostos orgânicos (ou simplesmente química orgânica) corresponde à química dos compostos existentes em seres vivos, animais e vegetais, enquanto a química inorgânica seria a química dos compostos existentes em minerais. Na mesma época da proposta de Bergman, Antoine Lavoisier analisou vários compostos orgânicos e constatou que todos continham o elemento químico carbono.
Século XIX
Em 1807, Jöns Jacob Berzelius propôs que somente os seres vivos seriam dotados de uma “força vital” capaz de produzir os compostos orgânicos, implicando na impossibilidade da síntese de substâncias orgânicas de forma artificial, ou seja, preparadas em um laboratório ou em numa indústria. Este conceito foi denominado vitalismo. Tais crenças eram reforçadas pela complexidade da estrutura química dos compostos orgânicos, quando comparadas à dos compostos inorgânicos. Durante a primeira metade do século XIX, contudo, os químicos descobriram que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratório, contrariamente à proposta de Tobern Bergman. Por volta de 1816, Michel Chevreul preparou sabonetes feitos usando gorduras e álcalis. Em 1828, Friedrich Wöhler produziu a ureia, um componente da urina, a partir do sal inorgânico cianato de amônio (NH4CNO), sendo essa preparação atualmente chamada de síntese de Wöhler.
Século XX
Na primeira metade do século XX, houve um grande desenvolvimento da indústria química orgânica nos Estados Unidos, com a descoberta, por exemplo, de diversos plásticos, como o raiom, o náilon, o teflon e o poliéster. Esta época também foi marcada pela substituição do carvão pelo petróleo como principal fonte de matéria-prima para a indústria química orgânica. Devido a isso, surgiu uma gigantesca indústria petroquímica, tendo os materiais plásticos como produto principal. Em 1907, cânfora obtida por síntese total foi comercializada pela primeira vez por Gustaf Komppa. Os polímeros e as enzimas foram reconhecidos como grandes moléculas orgânicas, e foi mostrado que o petróleo possuía origem biológica. A descoberta dos mecanismos das reações orgânicas e o desenvolvimento de métodos sintéticos permitiu a síntese de moléculas complexas, como a síntese total da vitamina B12 , taxol e palitoxina.
Século XXI
A Química orgânica se estabelece cientificamente e suas tecnologias derivadas são de grande importância para a qualidade de vida e para a riqueza das nações: síntese de fármacos, polímeros, fertilizantes, qualidade de água e alimentos são alguns exemplos da relevância da Química orgânica nos dias atuais. A pesquisa abriu novos horizontes para as ciências da vida, produtos naturais, novos materiais e nanotecnologia e permanece ativa na síntese de novos compostos, descoberta de novas reações químicas e determinação de propriedades de compostos orgânicos e mecanismos de reações.
Características do carbono
O átomo de carbono apresenta certas particularidades que o torna diferente dos demais elementos químicos. Esse fato foi percebido na metade do século XIX e possibilitou uma melhor compreensão da estrutura das substâncias orgânicas: A configuração eletrônica do elemento carbono é 1s2 2s2 2p2 no seu estado fundamental, com dois elétrons na camada K e quatro elétrons na camada L . Os quatro elétrons em sua última camada eletrônica podem ser compartilhados com outros átomos através da formação de quatro ligações covalentes. A tetravalência do carbono foi reconhecida já em 1858 por Kekulé (denominado primeiro postulado de Kekulé). O modelo da teoria de ligação de valência (TLV) usa o conceito de hibridização entre os orbitais s e p para explicar a formação das quatro ligações químicas, considerando a soma dos orbitais, o que resulta em até quatro orbitais híbridos sp3. O modelo da teoria do orbital molecular (TOM) não requer o uso do conceito de hibridização e usa o método de combinação linear de orbitais atômicos para a formação dos orbitais moleculares.
O termo função orgânica designa um pequeno grupo de átomos em uma molécula orgânica ligado de uma forma específica e agregar as moléculas com estes grupos em comum facilita a compreensão e o estudo de suas propriedades. Este grupo de átomos acrescenta certas características que contribuem para as propriedades físicas e químicas da molécula. A característica da função álcool é o grupo -OH ligado a um carbono saturado. Por exemplo, os álcoois (ex: CH3OH -metanol- e CH3CH2OH -etanol-) podem atuar como ácidos ou como bases fracos; apresentam ponto de fusão e ebulição relativamente altos, são passíveis de sofrer reações de substituição do grupo OH por outros grupos de átomos e reagem com brometos de alquila em condições apropriadas para formar éteres. A presença de funções orgânicas é indicada através da nomenclatura dos compostos orgânicos. Assim como na química inorgânica existem as funções inorgânicas (ácidos, bases, sais e óxidos), na química orgânica existem os grupos funcionais, arranjos específicos de átomos que comunicam à molécula, características químicas e físicas específicas, como ligações de hidrogênio intermoleculares, acidez, absorção de cor, reações de oxidação e redução, rigidez conformacional. Abaixo estão algumas das mais comuns:
A abertura de diferentes campos na Química orgânica resultou em sub-divisões, de acordo com o objetivo: Síntese orgânica: dedica-se aos métodos para a síntese de moléculas orgânicas, na parte de síntese total de compostos complexos e no desenvolvimento de métodos de síntese; Físico-química orgânica: dedica-se à relação das propriedades de moléculas orgânicas e misturas e relação com a estrutura, bem como à investigação de mecanismos de reações orgânicas; Análise orgânica: são os métodos para a caracterização de compostos orgânicos e misturas, envolve a caracterização via úmida, usando testes específicos e a caracterização espectroscópica, através de métodos como Ressonância Magnética Nuclear, espectroscopia de infravermelho, espectrometria de massas, espectroscopia de ultravioleta, Raman, difração de raio-X, etc.; Polímeros: envolve os métodos para a síntese e caracterização de polímeros orgânicos;
As reações químicas envolvem o reordenamento de átomos e elétrons, representada de forma geral como a transformação de reagentes em produtos. A quebra e reformulação de ligações passa por um aumento de energia e o máximo energético corresponde ao estado de transição (ou complexo ativado) e a descrição dos eventos que resultam na transformação química é o mecanismo de reação. As reações orgânicas podem ser divididas em quatro grandes grupos: As reações orgânicas muitas vezes recebem o nome dos cientistas que descobriram ou sistematizaram o estudo destas reações, enquanto outras são conhecidas pelo produto formado..mw-parser-output .col-begin{border-collapse:collapse;padding:0;color:inherit;width:100%;border:0;margin:0}.mw-parser-output .col-begin-small{font-size:90%}.mw-parser-output .col-break{vertical-align:top;text-align:left}.mw-parser-output .col-break-2{width:50%}.mw-parser-output .col-break-3{width:33.3%}.mw-parser-output .col-break-4{width:25%}.mw-parser-output .col-break-5{width:20%}@media(max-width:720px){.mw-parser-output .multicol,.mw-parser-output .multicol>tbody,.mw-parser-output .multicol>tbody>tr,.mw-parser-output .multicol>tbody>tr>td{display:block!important;width:100%!important}.mw-parser-output .col-break{padding-left:0!important}}
Petróleo
O petróleo tem sua origem na decomposição de pequenos seres vegetais e animais da orla marítima, que foram soterrados há milhões de anos. Devido à ação dos microorganismos, da pressão, do calor e do tempo, a matéria orgânica que compunha esses seres transformou-se em petróleo. O petróleo é um líquido escuro, oleoso, formado por milhares de compostos orgânicos, porém com grande predominância de hidrocarbonetos. Como a natureza contou com condições especiais, muitas vezes extremas, e levou milênios para produzi-lo, a humanidade não possui meios de produzir novas reservas de petróleo. Sendo assim, é importante considerar o petróleo como um recurso não-renovável.
Indústria farmacêutica
A química orgânica é fundamental no desenvolvimento de fármacos, uma das áreas de maior impacto na saúde e na sociedade. O marco inicial remonta à síntese do ácido acetilsalicílico (aspirina) em 1897, pela Bayer, a partir de derivados do ácido salicílico. Esse evento consolidou a aplicação da química orgânica na produção em escala industrial de medicamentos. Desde então, essa ciência tem possibilitado a descoberta e a modificação de princípios ativos por diferentes estratégias: síntese orgânica total, que permite a construção completa de moléculas complexas em laboratório; semissíntese, que parte de compostos naturais e os modifica quimicamente; e química medicinal, que estuda a relação entre estrutura e atividade biológica para otimizar eficácia, reduzir efeitos colaterais e melhorar a biodisponibilidade. Graças a esses avanços, surgiram classes de medicamentos essenciais, como antibióticos (penicilinas, cefalosporinas), antivirais (como os usados contra HIV e hepatite C), anti-inflamatórios (ibuprofeno, diclofenaco), antidepressivos e quimioterápicos para o tratamento do câncer. Além da descoberta de novas moléculas, a química orgânica possibilita a produção em larga escala de fármacos com alto grau de pureza, a síntese de análagos estruturais para superar resistências microbianas e até a aplicação de rotas verdes, que buscam reduzir resíduos e impactos ambientais na produção farmacêutica. Dessa forma, a contribuição da química orgânica é decisiva não apenas para a inovação, mas também para a sustentabilidade do setor.
Materiais poliméricos
Outra aplicação de destaque da química orgânica é na produção de polímeros sintéticos, que transformaram profundamente a sociedade moderna. Polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de unidades menores (monômeros) ligadas por reações químicas de polimerização. Embora materiais poliméricos de origem natural, como a celulose e a borracha, sejam conhecidos há séculos, foi a química orgânica que possibilitou sua modificação e a criação de novos polímeros sintéticos, moldando o desenvolvimento tecnológico do século XX. O marco inicial foi a vulcanização da borracha natural em 1839, por Charles Goodyear, que consistiu em um processo químico capaz de aumentar a resistência e a durabilidade desse material. No início do século XX, surgiram os primeiros polímeros totalmente sintéticos, como a baquelite (1907), considerada o primeiro plástico industrial, seguida pelo náilon (1935), o poliéster e o poliuretano. Esses materiais passaram a ser amplamente utilizados em setores como embalagens, têxteis, construção civil, automobilístico, aeroespacial e eletrônico, graças às suas propriedades de leveza, durabilidade e versatilidade. Atualmente, a química orgânica continua a impulsionar a inovação nesse campo, seja pela criação de plásticos de engenharia com propriedades específicas (resistência térmica, elétrica ou mecânica), seja pela busca de polímeros biodegradáveis e recicláveis, em resposta às preocupações ambientais relacionadas ao acúmulo de resíduos plásticos. Os avanços incluem o desenvolvimento de polímeros condutores aplicados em dispositivos eletrônicos, fibras de alta resistência usadas em coletes à prova de balas (como o Kevlar) e materiais biomédicos, como próteses e sistemas de liberação controlada de fármacos. Assim, a química orgânica tem papel central tanto no passado quanto no futuro dos materiais poliméricos, sustentando inovações tecnológicas que permeiam todos os aspectos da vida cotidiana.
Agroquímica
A aplicação da química orgânica na agricultura, conhecida como agroquímica, teve papel essencial no aumento da produtividade agrícola e na segurança alimentar mundial. Desde meados do século XX, com a chamada Revolução Verde, compostos orgânicos sintéticos passaram a ser desenvolvidos para atuar como fertilizantes, herbicidas, inseticidas e fungicidas, ampliando a eficiência do cultivo em larga escala. Esses insumos permitiram controlar pragas, reduzir perdas, aumentar o rendimento por hectare e possibilitar o cultivo em áreas antes inviáveis, transformando radicalmente a forma como a agricultura é praticada. Um dos primeiros exemplos notáveis foi o DDT (dicloro-difenil-tricloroetano), sintetizado em 1874 e utilizado a partir da década de 1940 como inseticida de amplo espectro. Apesar de sua posterior restrição devido a impactos ambientais e toxicológicos, o DDT demonstrou o potencial da química orgânica em fornecer soluções eficazes para o controle de pragas. A partir daí, inúmeros compostos foram desenvolvidos, como glifosato, um herbicida de amplo uso introduzido na década de 1970, e piretróides sintéticos, inspirados em moléculas naturais presentes em flores do gênero Chrysanthemum . Além do controle de pragas, a química orgânica contribui com a produção de fertilizantes orgânicos e organominerais, que melhoram a absorção de nutrientes pelas plantas, e com o desenvolvimento de reguladores de crescimento vegetal, capazes de estimular processos fisiológicos como germinação, floração e resistência a estresses ambientais. Mais recentemente, o foco tem se voltado para o desenvolvimento de agroquímicos de nova geração, que sejam mais seletivos, biodegradáveis e de menor impacto ambiental, bem como para o uso de biopesticidas derivados de fontes naturais. Assim, a química orgânica não apenas moldou a agricultura moderna, mas também continua a ser indispensável no desenvolvimento de soluções inovadoras que conciliem produtividade, sustentabilidade e segurança alimentar, respondendo aos desafios de uma população mundial em crescimento e às demandas por práticas agrícolas mais responsáveis.
