Referência de química orgânica

O carbono é o único elemento que combina quatro ligações, uma eletronegatividade moderada e a capacidade de se encadear consigo próprio em anéis, ramificações e estruturas — tanto que a química orgânica, a química dos compostos do carbono, abrange milhões de substâncias conhecidas, enquanto todos os outros cerca de cem elementos juntos representam uma pequena fração. O nome é uma herança histórica: os químicos acreditavam que estes compostos precisavam de uma “força vital” proveniente dos seres vivos, até que Wöhler produziu ureia, um composto urinário, a partir de sais inorgânicos, em 1828. A base da disciplina é simples de enunciar: um esqueleto de hidrocarboneto, em grande parte inerte, com um ou mais grupos funcionais que realizam a química propriamente dita.

O painel de Grupos funcionais lista 18 grupos por prioridade IUPAC. Prioridade aqui significa nomenclatura, e não reatividade: quando uma molécula tem vários grupos, o de maior prioridade assume o sufixo e os restantes passam a prefixos — o ácido láctico, CH₃CH(OH)COOH, tem oficialmente o nome ácido 2-hidroxipropanoico: “-oico” (ácido) sobrepõe-se a “-ol”. As fórmulas gerais usam R (qualquer cadeia de carbonos) como elemento passivo, e é precisamente esse o ponto: substitua o R e a química do grupo quase não se altera.

A nomenclatura segue quatro passos fixos: (1) encontrar a cadeia contínua mais longa que contém o grupo principal, (2) numerá-la de modo que o grupo principal (ou o primeiro substituinte) receba o localizador mais baixo, (3) listar os substituintes por ordem alfabética com os números de posição, (4) acrescentar o sufixo do grupo vencedor. O exemplo do painel Alcanos, CH₃CH(CH₃)CH₂CH₃, percorre o caso clássico: cinco átomos na cadeia mais longa? Não — são quatro, pelo que se trata do 2-metilbutano, e não de um pentano. Dois grupos escapam totalmente à numeração: o carbono do aldeído e o do carboxilo são sempre C1 por definição.

A fórmula, por si só, não determina nada sobre a estrutura. C₄H₁₀ é o butano (cadeia linear) ou o 2-metilpropano (ramificado) — os mesmos átomos, conectividade diferente, pontos de ebulição diferentes (−0,5 °C vs. −11,7 °C). C₂H₆O é o etanol (líquido, com ligações de hidrogénio) ou o éter dimetílico (gás) — uma isomeria de grupo funcional tão drástica que os dois quase não se parecem. O painel Tipos de isómeros classifica tudo isto: isomeria de cadeia, de posição, de grupo funcional, além da tautomeria (ceto ↔ enol), o equilíbrio dinâmico que a química biológica explora constantemente.

A conectividade pode ser idêntica e a molécula ainda assim ter duas versões. Os isómeros geométricos (cis/trans, E/Z) exigem rotação restrita — uma ligação dupla ou um anel — de modo que as partes ficam bloqueadas de cada lado. Os enantiómeros são imagens especulares não sobreponíveis (como as mãos): rodam a luz polarizada em sentidos opostos e, sobretudo, podem ter efeitos biológicos diferentes, porque as enzimas e os recetores são eles próprios quirais. Os diastereoisómeros são estereoisómeros que não são imagens especulares, e os compostos meso têm centros quirais, mas anulam-se internamente. Mesmo a rotação em torno de ligações simples cria isómeros conformacionais — as formas cadeira e barco do ciclo-hexano são o par famoso. A nomenclatura E/Z é a versão rigorosa de cis/trans: Z (zusammen, juntos) coloca os grupos de maior prioridade do mesmo lado, E (entgegen, opostos) do lado oposto — essencial quando nenhuma das extremidades tem grupos idênticos.

Os alcanos são saturados: C_nH_2n+2, cada carbono cheio de hidrogénios, quimicamente pouco reativos. Quando se acrescenta uma ligação dupla ou tripla, o composto torna-se insaturado — C_nH_2n para uma ligação dupla — com uma região de alta densidade eletrónica que convida ao ataque. Essa única diferença comanda as famílias de reações: os alcenos sofrem adição (o HBr adiciona-se através da ligação dupla, pela regra de Markovnikov, colocando o H no carbono menos substituído), enquanto os alcanos só realizam substituição radicalar sob luz UV. Contar os hidrogénios em relação a C_nH_2n+2 é a forma padrão de encontrar anéis e ligações múltiplas apenas a partir de uma fórmula.

Catorze cartões de reação reduzem-se a poucos padrões lógicos recorrentes. A substituição troca um grupo abandonante por um nucleófilo por duas vias rivais: SN1 passa por um carbocatião em duas etapas (lenta e depois rápida), com cinética de primeira ordem, favorecida em substratos terciários em solventes polares próticos; SN2 é uma única etapa de ataque por trás, com cinética de segunda ordem e inversão completa da configuração, favorecida em substratos primários em solventes polares apróticos. A adição e a eliminação são inversas (criar ou destruir uma ligação dupla). A oxidação sobe uma escada — álcool primário → aldeído → ácido carboxílico — enquanto a redução (NaBH₄, LiAlH₄, H₂/Pt) a desce, cada degrau uma etapa de dois electrões disfarçada (ver Redox).

• Orgânico significa natural ou vivo. Significa à base de carbono. Os plásticos, a gasolina e a aspirina são tão orgânicos como o açúcar; a síntese da ureia por Wöhler acabou com a ideia da força vital, em 1828.
• Os isómeros têm propriedades semelhantes. O etanol ferve a 78 °C; o seu isómero éter dimetílico ferve a −24 °C. Arquitetura diferente significa física diferente.
• A tabela de prioridades ordena a reatividade. Ordena apenas a prioridade na nomenclatura — um cloreto de acilo é muito mais reativo do que um ácido carboxílico, apesar de figurar mais abaixo na ordem de nomenclatura.
• O 2-metilbutano e o pentano são o mesmo. Conta a cadeia contínua mais longa: a ramificação não conta. O pentano exigiria cinco carbonos ligados em sequência.

Ferramentas relacionadas: Espetroscopia (como se identificam esses grupos funcionais), Ligação química (porque são estáveis as cadeias C–C) e o Editor de estruturas para as desenhar.