Química orgânica

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De topo, em sentido horário: fábrica de álcool etílico; fórmulas estruturais do etanol (álcool etílico); químico trabalhando em seu laboratório; garrafa PET; fórmulas estruturais do tereftalato de polietileno (PET); uma onça pintada, formada por diversos compostos orgânicos, assim como todos os seres vivos.
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Em sua acepção moderna, a química orgânica é a divisão da química responsável pelo estudo dos compostos de carbono.[1][2][3][4][5] Esta parte da química estuda a estrutura, propriedades, composição, reações[6] e síntese de compostos orgânicos que, por definição, contenham carbono, mas que podem também conter outros elementos, como o oxigênio e o hidrogênio. Muitos deles contêm nitrogênio, halogênios e, mais raramente, fósforo e enxofre.

Originalmente proposta em 1777 pelo químico sueco Torbern Olof Bergman, a química orgânica foi primeiramente definida como um ramo químico que estudava os compostos extraídos dos organismos vivos, contrastando com a química inorgânica, que tratava dos compostos existentes no então chamado "reino mineral". Em 1807, foi formulada a teoria da força vital por Jöns Jacob Berzelius. Ela baseava-se na ideia de que os compostos orgânicos precisavam de uma força maior — a vida — para serem sintetizados, tratando como impossível a síntese artificial desses compostos.[1]

No entanto, em 1828, Friedrich Wöhler, discípulo de Berzelius, a partir do aquecimento de cianato de amônio, produziu a ureia, composto existente na urina animal. Isto é, Wöhler demonstrou ser possível a síntese de um composto orgânico, a ureia, a partir de um composto inorgânico, o cianato de amônio.[1][5] Tal processo ficou conhecido como síntese de Wöhler e, com essa descoberta, a teoria da força vital perdeu força.[1] Em seguida, Pierre Eugene Marcellin Berthelot realizou uma série de experiências a partir de 1854 e, em 1862, sintetizou o acetileno. Em 1866, Berthelot obteve, por aquecimento, a polimerização do acetileno em benzeno e, assim, é derrubada a teoria da força vital.

Devido à inadequação da definição de Bergman para a química orgânica, o químico alemão Friedrich August Kekulé propôs, em 1858, a definição aceita atualmente:[1]

"Química orgânica é o ramo da química que estuda os compostos do carbono."

Essa afirmação está correta, contudo, nem todo o composto que contém carbono é orgânico, como é o caso do dióxido de carbono, o ácido carbônico, a grafite, etc. Ainda assim, todos os compostos orgânicos contêm carbono.[1]

História

Ver artigo principal: História da química

Século XVIII

Ver artigo principal: Teoria da Força Vital

No século XVIII, o químico Carl Wilhelm Scheele isolou compostos orgânicos a partir de seres vivos, como 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 (isto é, a Química Orgânica) corresponde à química dos compostos existentes nos organismos vivos, vegetais e animais, enquanto a química inorgânica seria a química dos compostos existentes no reino mineral. Na mesma época da proposta de Bergman, Antoine Lavoisier analisou vários compostos orgânicos e constatou que todos continham o elemento químico carbono.[1]

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.[1] Este conceito foi denominado vitalismo. Tais crenças eram reforçadas pela complexidade da estrutura química dos compostos orgânicos, quando comparadas à dos compostos inorgânicos.

Século XIX

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.[1] Embora Wöhler sempre tenha sido cauteloso sobre a alegação de que teria refutado a teoria da força vital,[carece de fontes?] esse evento tem sido muitas vezes visto como um marco para o estabelecimento da química orgânica moderna.[1]

Nos anos seguintes à síntese de Wöhler, muitas outras substâncias orgânicas foram sintetizadas. Em 1845, Adolph Kolbe conseguiu realizar a primeira síntese de um composto orgânico, o ácido acético, a partir de seus elementos componentes.[1] Onze anos depois, o químico inglês William Perkin, ao tentar fabricar o quinino, fabricou acidentalmente o corante orgânico conhecido como mauveína. Devido ao grande sucesso financeiro dessa descoberta, o interesse nos estudos em química orgânica aumentou significantemente, com Perkin servindo de exemplo para a indústria química na Inglaterra.[7][8] Na Alemanha, o trabalho de August Wilhelm von Hofmann, antigo professor de Perkin, também possibilitou desenvolvimento da indústria química alemã no final do século XIX, graças às descobertas de vários corantes: a magenta, em 1858; a alizarina, em 1869; e o índigo, em 1880. Esses corantes tornaram-se úteis para a indústria têxtil, com a possibilidade de novas cores serem usadas em tecidos e também a produção mais barata de cores já existentes. Além disso, foram importantes para o desenvolvimento de técnicas analíticas para a biologia, através da coloração e do estudo de micro-organismos ao microscópio.[7] Com o advento de tais descobertas, a partir da segunda metade do século XIX, os químicos passaram a acreditar na possibilidade de síntese de qualquer substância química, orgânica ou inorgânica.[1]

O conceito de estrutura química foi crucial para o desenvolvimento de teorias em química orgânica, trabalhadas de forma simultânea e independente por Friedrich August Kekulé e Archibald Scott Couper em 1858.[9] Ambos sugeriram que os átomos de carbono tetravalente (que fazem quatro ligações) poderiam se ligar um ao outro para formar uma rede de átomos de carbono, e que os padrões dessas ligações podiam ser discernidos por interpretações adequadas de reações químicas que haviam ocorrido. A história da química orgânica continuou com a descoberta do petróleo e a sua separação em frações de acordo com a diferença no ponto de ebulição de seus componentes. Já a indústria farmacêutica teve seu início na última década do século XIX, com a fabricação do ácido acetilsalicílico (mais conhecido como aspirina) pela Bayer, na Alemanha.[10]

Embora os primeiros exemplos de reações orgânicas e aplicações tenham sido frequentemente fortuitos, a segunda metade do século XIX testemunhou estudos altamente sistemáticos de compostos orgânicos. A síntese total de compostos naturais começou com ureia, e a complexidade aumentou com a obtenção da glicose e o terpineol.

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.[7]

Em 1907, cânfora obtida por síntese total foi comercializada pela primeira vez por Gustaf Komppa. A partir do século XX, o progresso da química orgânica permitiu a síntese de moléculas altamente complexas. Ao mesmo tempo, os polímeros e as enzimas foram reconhecidos como grandes moléculas orgânicas, e foi mostrado que o petróleo possuía origem biológica.