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94 Coleção Estudo Frente D Módulo 15 SEÇÃO ENEM 01. Inimigos do coração O fumo, as drogas, o álcool, a obesidade, o sedentarismo e o stress afetam a circulação sanguínea e o funcionamento cardíaco No Ocidente, nenhuma doença mata mais do que o infarto. A utilização de substâncias ilícitas como a cocaína e o crack e de drogas socialmente aceitas como o álcool e o cigarro, bem como a péssima qualidade de vida nos grandes centros urbanos, as altas taxas de colesterol e os fatores congênitos, contribuem para a maioria das mortes causadas pelo infarto agudo do miocárdio (IAM). VEJA NA SALA DE AULA, 22 set. 1999 (Adaptação). As fórmulas estruturais das principais substâncias que contribuem para um IAM estão representadas a seguir: CH3–CH2–OH álcool –CH2–NH–CH3 adrenalina CH3H3C CH3 H3C H3C HO colesterol HO OH HO CH cocaína CH3 N COOCH3 OOC Considerando as propriedades ácidas e básicas dessas substâncias, pode-se afirmar que A) a cocaína não apresenta caráter básico, pois não apresenta grupos aceptores de pares eletrônicos. B) o álcool apresenta caráter ácido, pois é uma espécie doadora de prótons e aceptora de pares eletrônicos. C) a adrenalina apresenta caráter básico devido à presença dos três grupos hidroxila e do grupo amino (NH). D) o colesterol apresenta caráter neutro, pois não apresenta grupos doadores de prótons nem de pares eletrônicos. E) todas as substâncias apresentadas em meio aquoso aceitam prótons da água, apresentando caráter básico. GABARITO Fixação 01. A) Básico → recebe próton H+ B) Ácido → doa próton H+ 02. B 03. A) Reação Ácido Base Ácido conjugado Base conjugada I H2SO4 HF H2F + HSO4 – II HClO4 H2SO4 H3SO4 + ClO4 – B) I. HClO4 II. HF 04. C 05. E Propostos 01. A) Ácido acético ou ácido etanoico H H C O H C HO B) Metanoano de metila H O O H H C CH 02. D 03. E 04. E 05. D 06. A 07. No conceito de Lewis, pois há doação / recepção de um par eletrônico. O enxofre atua como ácido, pois é este o participante que recebe o par eletrônico. 08. C 09. D 10. A 11. C 12. A 13. E 14. D 15. B 16. A Seção Enem 01. B 95Editora Bernoulli MÓDULO O caráter ácido ou básico dos compostos orgânicos (propriedades químicas), apesar de em menor grau de intensidade que o dos compostos inorgânicos, é influenciado pela estrutura do composto. CARÁTER ÁCIDO DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS A força de um ácido é expressa em função da sua constante de acidez (Ka): quanto maior for Ka, mais forte será o ácido. De um modo geral, pode-se dizer que a ordem decrescente de acidez dos compostos orgânicos é a seguinte: Ácidos carboxílicos Fenóis Álcoois Alquinos verdadeiros Ka ≅ 10 –5 Ka ≅ 10 –10 Ka ≅ 10 –18 Ka ≅ 10 –23 Os álcoois são substâncias quase neutras, enquanto os ácidos carboxílicos são ácidos fracos. Portanto, o caráter de um grupo —OH é influenciado pela estrutura circundante. O hidrogênio da hidroxila (—OH) poderia se ionizar, mas isso não acontece facilmente no álcool. Porém, a substituição de dois hidrogênios do carbono ligado à hidroxila por um átomo de oxigênio (formação do ácido carboxílico) provoca um deslocamento da nuvem eletrônica da hidroxila em direção à carbonila, aumentando a polarização da ligação O—H e tornando mais fácil a ionização do hidrogênio. No caso dos ácidos carboxílicos, considere o ácido A—COOH, em que A é um grupo que atrai elétrons. O deslocamento indutivo do par de elétrons compartilhado por A, do átomo de carbono em direção a A, produz um deslocamento secundário dos elétrons das ligações, facilitando a separação do hidrogênio como próton. Se for considerado um ácido B—COOH, sendo B um grupo que repele elétrons, haverá um deslocamento dos elétrons em sentido oposto, diminuindo o grau de ionização. O grupo A seria um grupo elétron-atraente, enquanto B, um grupo elétron-repelente. Grupos Elétron-atraente (A) Elétron-repelente (B) —Cl, —F, —Br, —I, —NO2, —CN, —COOH, —COCH3, ou , etc. —CH3, —C2H5, —NH2, —OH, —OCH3, etc. Quando a cadeia carbônica apresenta grupos elétron-atraente, ocorre um efeito indutivo negativo (I–) que facilita a ionização do hidrogênio. Se o grupo for elétron-repelente, responsável pelo efeito indutivo positivo (I+), o ácido se torna mais fraco. Exemplos: A) C O H O H Ka = 1,78x10 –4 C O O H H3C Ka = 1,75x10 –5 C O O H H2C C� Ka = 1,36x10 –5 O grupo —CH3 torna o ácido mais fraco, enquanto o cloro torna-o mais forte. B) COOH C� COOH C� COOH C� Da esquerda para a direita, diminui o caráter ácido, em virtude do distanciamento do Cl(eletron-atraente) da carboxila, diminuindo o efeito I– provocado por ele. C) COOH NH2 COOH NO2 COOH Compostos em ordem decrescente de acidez. D) COOH COOH COOH COOH COOH COOH Compostos em ordem decrescente de acidez. QUÍMICA FRENTE Ácidos e bases orgânicos 16 D 96 Coleção Estudo Frente D Módulo 16 O fenol ou ácido fênico apresenta a hidroxila polarizada, por se ligar diretamente a um grupo elétron-atraente (fenil). Tem, portanto, caráter ácido (Ka = 1,1x10 –10). + H+� OH O– Se o hidroxibenzeno (fenol) recebe grupos elétron-atraente, como o —NO2, sua força ácida aumenta. Veja o exemplo a seguir: Ka4 > Ka3 > Ka2 > Ka1 o-nitrofenol Ka2 NO2 OH 2,4-dinitrofenol Ka3 NO2 NO2 OH ácido pírico Ka4 NO2O2N NO2 OH fenol Ka1 OH Apesar de os álcoois e alquinos verdadeiros apresentarem caráter ácido, eles possuem Ka menor do que a água (Kw = 10 –14), sendo, portanto, ácidos mais fracos que ela. Tal força de acidez deve-se ao fato de os álcoois apresentarem grupos elétron-repelente ligados à hidroxila, o que torna a ligação O—H menos polarizada, diminuindo, assim, o grau de ionização desses compostos. Já os alquinos verdadeiros possuem o grupo ≡C—H com a ligação C—H mais polarizada do que em alquenos e em alcanos (devido ao maior caráter s do orbital híbrido sp do carbono, o que lhe garante uma maior eletronegatividade), tornando o hidrogênio mais ionizável. Contudo, devido à polaridade dessa ligação ser menor do que a polaridade da ligação O—H, o grau de ionização dos alquinos é menor que o dos álcoois e, consequentemente, menor do que o da água. CARÁTER BÁSICO DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS As bases orgânicas mais importantes são as aminas, tendo as aminas não aromáticas (alifáticas) um caráter básico mais acentuado do que a amônia; o contrário ocorre com as aminas aromáticas. Exemplos: CH3CH2NH2 + HCl → CH3CH2NH3 + + Cl– CH3NH2 + BF3 → CH3NH2BF3 Os grupos elétron-repelente aumentam a força básica da amina e os grupos elétron-atraente diminuem o seu caráter básico. Composto Kb pKb NH3 1,82x10 –5 4,74 CH3NH2 4,36x10 –4 3,36 CH3CH2NH2 5,62x10 –4 3,25 CH3NHCH3 5,13x10 –4 3,29 (CH3)3N 5,25x10 –5 4,28 NH2 4,17x10–10 9,38 H3C NH2 1,23x10–9 8,91 O2N NH2 1,00x10–13 13,0 Quanto menor o pKb, maior a Kb e maior a basicidade do composto. As aminas alifáticas são bases mais fortes que a amônia, pois a afinidade do nitrogênio por próton aumenta devido ao efeito elétron-repelente dos grupos alquila. A densidade eletrônica no nitrogênio aumenta, atraindo o próton com maior intensidade. Exceção: A trimetilamina é mais fraca que a metilamina e a dimetilamina, apesar de ter 3 grupos —CH3 elétron-repelente. Quando se introduz um grupo —CH3 na amônia (pKb = 4,74), verifica-se que ocorre um aumento da força básica na geração da metilamina (pKb = 3,36), em uma determinação feita em solução aquosa. O grupo metila é um grupo elétron-repelente, ou seja, doa densidade eletrônica para o átomo de nitrogênio, fazendo com que seus elétrons não ligantes fiquem mais afastados do núcleo. Dessa forma, os elétrons não ligantes tornam-se mais disponíveis para se coordenarem a um próton, minimizando a repulsão núcleo-núcleo entre o nitrogênio e o hidrogênio coordenado, estabilizando o ácido conjugado formado. A introdução deum segundo grupo metila aumenta ainda mais a força básica da amina, porém essa segunda introdução, gerando a dimetilamina (pKb = 3,29), tem um efeito bem menos acentuado que a introdução do primeiro grupo. Já a introdução de um terceiro grupo metila, gerando a trimetilamina (pKb = 4,28), diminui a força básica da amina em água de forma inesperada.