Alguns tipos de moléculas pequenas, chamadas monômeros, podem ligar-se entre si, dando origem a macromoléculas, denominadas polímeros (do grego poli = muitos + meros = partes), por meio de uma reação denominada polimerização. Na natureza existem alguns polímeros: celulose, proteínas, látex. Os químicos também criaram polímeros sintéticos, "copiando" os polímeros naturais. POLÍMEROS SINTÉTICOS Os polímeros sintéticos podem ser classificados basicamente em dois grupos: de adição e de condensação. POLÍMEROS DE ADIÇÃO As substâncias utilizadas na produção desses polímeros apresentam obrigatoriamente pelo menos uma dupla ligação entre carbonos. Durante a polimerização, ocorre a ruptura da ligação π e a formação de duas novas ligações simples, como mostra o esquema: C π C C C O quadro a seguir apresenta alguns monômeros e os respectivos polímeros e objetos obtidos a partir deles: C C H H etileno H H C C H H n polietileno H n H C C H CH3 propileno H H C C H CH3 n polipropileno Thales Trigo n H Objetos Recipientes para líquidos e capas para fios elétricos. CEDOC H polímero Thales Trigo P, T catalisador Monômero Tubos de canetas esferográficas. ➤ 620 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA P, T catalisador H n polímero H C C H H H C C Objetos Thales Trigo Monômero H n estireno H C Cl cloreto de vinila C C F tetrafluoretileno H n C C CN cianeto de vinila acrilonitrila H F F C C F F n H C C H CN n Canos para água e discos. Películas antiaderentes para panelas e fita vedante. Roupas e mantas para o inverno. policianeto de vinila poliacrilonitrila C C O C CH3 H n H H n H politetrafluoretileno (PTFE) teflon H H H policloreto de vinila (PVC) F F C Fotos: Thales Trigo n C Christof Gunkel F Cl Thales Trigo C H H Thales Trigo H n Recipientes de isopor. poliestireno H H C C H O n C O O Colas, tintas, esmaltes e chicletes. acetato de vinila CH3 H H n H C C H H C H eritreno C H H C C C H CEDOC poliacetato de vinila (PVA) H C H H polieritreno borracha sintética n Mangueiras de bombas de combustível. 621 Unidade 27 — Polímeros POLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO Esses polímeros são formados, geralmente, pela reação entre dois monômeros diferentes, com a eliminação de moléculas pequenas — por exemplo, água. Nesse tipo de polimerização, os monômeros não precisam apresentar duplas ligações entre carbonos, mas é necessária a existência de dois tipos de grupos funcionais diferentes. Veja, a seguir, alguns polímeros de condensação e suas aplicações. Poliéster Um dos tipos de poliéster mais comuns é o dracon, obtido pela reação entre ácido tereftálico e o etileno-glicol (etanodiol): O O C C HO HO OH CH2 CH2 OH etileno-glicol etanodiol ácido tereftálico A reação pode ser representada pela equação: O O C C HO OH HO C CH2 + HO CH2 CH2 OH H2O O O CEDOC O OH H2O O O C C H2O C O O + HO CH2 CH2 OH + CH2 O C C O CH2 CH2 O Christof Gunkel Poliéster: usado na produção de fitas magnéticas, de recipientes de produtos de limpeza, de mangueiras e de tecidos. Poliamidas O O C (CH2)4 C OH HO 14444244443 ácido adípico (hexanodióico) 6 carbonos +H N (CH2)6 N H H H 14444244443 hexametilenodiamina (1, 6-hexanodiamina) 6 carbonos 622 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA … C C (CH2)4 N O N (CH2)6 C (CH2)4 O + (n – 1)H2O C ... H H n ligação amídica náilon 66 O quadro a seguir apresenta outros polímeros de condensação e alguns objetos obtidos a partir deles: Náilon: usado na produção de roupas, tecidos e fibras em geral. Thales Trigo • Silicones CH3 Si Si + OH H3C HO CH3 OH HO 144444424444443 CH3 CH3 Si CH3 CH3 Si O CH3 CH3 Si On O • Policarbonato difenol-propano fosgênio CH3 C OH + Cl CH3 H Cl + HO O lexan: grupo característico: • Polifenol OH C (O C O )n Escudos de proteção. OH H + O + H H CEDOC HO O Brinquedos e próteses estéticas. Ricardo Azoury / Pulsar CH3 Thales Trigo O O C H H 14243 14243 fenol comum formol metanal OH OH CH2 fórmica (baquelite) Bolas de bilhar, suporte para câmeras, telefones e cabos de panelas. 623 Unidade 27 — Polímeros Exercícios de classe 1. Defina monômero e polímero. 2. O esquema abaixo mostra uma reação genérica de polimerização por adição: n C P, T catalisador C C 4. (Unesp-SP) Acetileno pode sofrer reações de adição do tipo: O H2C CH HC CH + H3C C OH O CCH3 CH2 C O n C C H cloreto de vinila H C PVA CH3 A polimerização do acetato de vinila forma o PVA, de fórmula estrutural mostrada acima. H c) H C C H d) H acetato de vinila n a) Escreva a fórmula estrutural do produto de adição do HCl ao acetileno. b) Escreva a fórmula estrutural da unidade básica do polímero formado pelo cloreto de vinila (PVC). Cl b) H O Com base na representação, equacione as polimerizações das seguintes substâncias e indique o nome do polímero e uma aplicação (uso): a) H H etileno C C H H CH O • Adição propileno 5. (Fuvest-SP) O monômero utilizado na preparação do poliestireno é o estireno: CH3 H C C estireno: estireno CH CH2 H Substância e) F F C C F tetrafluoretileno I F H f) H C C H O C CH3 acetato de vinila II O Cl e) H H H C Cl H c) H H H C C H H H NC III H3C 3. (Fuvest-SP) Qual das moléculas representadas a seguir tem estrutura adequada à polimerização, formando macromoléculas? H a) d) H Cl C C H H Cl C H b) CH3(CH2)3CH3 H H C C H Cl H CH Temperatura de ebulição (ºC), à pressão ambiente 36 CH2 77 CH3 138 O poliestireno expandido, conhecido por isopor, é fabricado polimerizando-se o monômero misturado com pequena quantidade de um outro líquido. Formam-se pequenas esferas de poliestireno, que aprisionam esse outro líquido. O posterior aquecimento das esferas a 90 ºC, sob pressão ambiente, provoca o amolecimento do poliestireno e a vaporização total do líquido aprisionado, formando-se, então, uma espuma de poliestireno (isopor). Considerando que o líquido de expansão não deve ser polimerizável e deve ter temperatura de ebulição adequada, dentre as substâncias indicadas na tabela dada, é correto utilizar, como líquido de expansão, apenas: a) I. b) II. c) III. d) I ou II. e) I ou III. 624 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA • Condensação 6. (Vunesp-SP) O náilon é um polímero obtido pela reação entre ácido hexanodióico e 1, 6-diaminohexano. As fórmulas moleculares do ácido dicarboxílico e da diamina são, respectivamente: a) C4H8O2 e C4H6N4. b) C5H10O3 e C6H6N. c) C6H8O2 e C6H8N2. d) C6H10O4 e C6H16N2. e) C8H12O2 e C6H14N2. 7. (Puccamp-SP) O polímero dracon, usado na fabricação de tecidos, é obtido pela condensação do etilenoglicol com ácido tereftálico: nH O H2 H2 O C C O C Na estrutura do monômero caracteriza-se a função: a) éter. b) aldeído. c) anidrido de ácido. d) cetona. O H2 H2 O C C OH + n C HO O C O O C H + 2n H2O n e) éster. 8. Uma das fibras mais comuns na indústria têxtil é o poliéster. Um fragmento dessa fibra pode ser representado por: O O O O C C C C O CH2 CH2 O … … a) Indique o grupo funcional característico dessa fibra. b) A quais funções pertencem os monômeros que devem ser utilizados para produzi-la? 9. (Unesp-SP) Estão representados a seguir fragmentos dos polímeros náilon e dexon, ambos usados como fios de suturas cirúrgicas. O O O O C (CH2)4 C NH (CH2)6 NH C (CH2)4 C NH (CH2)6 náilon O CH2 C O O CH2 C O O CH2 C O dexon POLÍMEROS NATURAIS Os polímeros naturais são: a borracha; os polissacarídeos, como celulose, amido e glicogênio; e as proteínas. A borracha natural é um polímero de adição, ao passo que os polissacarídeos e as proteínas são polímeros de condensação, obtidos, respectivamente, a partir de monossacarídeos e aminoácidos. A seringueira, árvore típica da região Amazônica, da qual se extrai o látex. Billy Hustage / Tony Stone a) Identifique os grupos funcionais dos dois polímeros. b) O dexon sofre hidrólise no corpo humano, sendo integralmente absorvido no período de algumas semanas. Neste processo, a cadeia polimérica é rompida, gerando um único produto, que apresenta duas funções orgânicas. Escreva a fórmula estrutural do produto e identifique estas funções. 625 Unidade 27 — Polímeros BORRACHA A borracha natural é obtida da árvore Hevea brasiliensis (seringueira), por incisão feita em seu caule, obtendo-se um líquido branco de aspecto leitoso, conhecido atualmente por látex. O monômero da borracha natural é o 2-metil-1, 3-butadieno (isopreno): CH3 H CH3 H H2C C CH CH2 ou C C C C H H H A reação de polimerização ocorre ainda na seringueira com o auxílio de uma enzima. monômero H n H C C H polímero H CH3 C H C H C cat. H H C C CH3 H C H n polisopreno borracha natural isopreno Vulcanização O látex obtido da seringueira é precipitado, dando origem a uma massa viscosa que é a borracha natural. A utilização desse tipo de borracha é limitada, pois ela se torna quebradiça em dias frios e extremamente gosmenta em dias quentes. Essa massa viscosa, quando aquecida com enxofre, produz a borracha vulcanizada — um material bastante elástico, que não sofre alteração significativa com pequenas variações de temperatura e é bastante resistente ao atrito. A estrutura a seguir corresponde a um fragmento da cadeia da borracha vulcanizada, utilizada na fabricação de pneus: CH3 CH3 CH2 C CH CH CH2 C CH CH2 CH2 C CH CH2 S S CH2 C CH CH CH3 CH3 POLISSACARÍDEOS A celulose, o amido e o glicogênio são denominados polissacarídeos, uma vez que são obtidos pela polimerização dos monossacarídeos, cuja fórmula molecular é C6H12O6. Esquematicamente, sua formação é a seguinte: H2O monossacarídeo C6H12O6 dissacarídeo C12H22O11 glicose frutose galactose sacarose lactose maltose 626 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA O dissacarídeo mais importante é a sacarose, conhecida também por açúcar de cana ou açúcar comum. A união de várias moléculas de monossacarídeos dá origem aos polissacarídeos, como o amido, o glicogênio e a celulose: n C6H12O6 glicose (C6H10O5)n + (n – 1) H2O amido, glicogênio e celulose O amido é a mais importante fonte de carboidratos para o nosso organismo. Está presente na forma de grãos das sementes e de raízes de numerosas plantas, como: batata, trigo, arroz, milho, mandioca, centeio e cevada. O polissacarídeo mais abundante na natureza é a celulose, que o ser humano é incapaz de digerir, ao contrário dos bovinos e outros ruminantes, que possuem no trato digestivo bactérias produtoras de enzimas (celulase) capazes de metabolizá-la. Já os cupins apresentam, no sistema digestório, um protozoário (triconinpha) produtor de enzimas que também metaboliza a celulose. PROTEÍNAS OU POLIPEPTÍDEOS As proteínas são polímeros formados a partir da condensação de α-aminoácidos e estão presentes em todas as células vivas. Algumas proteínas fazem parte da estrutura dos organismos, como fibras musculares, cabelo e pele; outras funcionam como catalisadores nas reações que ocorrem nos organismos e, nesse caso, são denominadas enzimas. Há, ainda, as proteínas que atuam como reguladores do metabolismo — os hormônios — e as que fazem parte dos sistema imunológico. Os α-aminoácidos podem ser representados genericamente por: NH2 R C H O C OH em que R são agrupamentos que irão originar diferentes aminoácidos. A interação responsável pela formação de proteínas ocorre entre o grupo ácido O C NH2 , presente em uma molécula de aminoácido, e o grupo básico NH2, OH presente em outra molécula, com a eliminação de uma molécula de água, originando uma O ligação amídica ou peptídica: C . . N H Um exemplo pode ser o da interação entre a glicina e dipeptídeo: NH2 CH3 O O H C C H N C C H OH OH H H H H O 2 glicina alanina a alanina, a qual origina um NH2 C H O H N C H CH3 C 123 O C ligação amídica ou peptídica OH 14444244443 dipeptídeo 627 Unidade 27 — Polímeros A união de (n) α-aminoácidos origina uma proteína ou um polipeptídeo. Sua representação pode ser dada por: O O O N CH C NH n CH C NH n CH C H R R R Cada proteína apresenta uma seqüência característica de α-aminoácidos (α-aa), denominada estrutura primária, que indica quais são os α-aa presentes e qual é a seqüência em que estão unidos, originando uma cadeia principal, em que os grupos R constituem cadeias laterais. Exercícios de classe 1. (FCMSC-SP) O látex extraído do caule de seringueiras é uma mistura de muitas substâncias. A substância comercialmente importante é um polímero pertencente à função: a) cetona. d) hidrocarboneto. b) aldeído. e) aminoácidos. c) álcool. 2. (FCMSC-SP) A vulcanização da borracha baseia-se na reação do látex natural com quantidades controladas de: a) chumbo. d) magnésio. b) enxofre. e) parafina. c) ozônio. 3. (PUC-RS) Considere o esquema a seguir: (C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6 6. (Cesgranrio-RJ) Indique, entre as substâncias a seguir, qual delas pode ser uma das unidades constituintes de uma proteína: a) HS CH2CH2CH2CH2COOH b) CH3CH2CH2CH2NH2 c) HO CH2 COOH CH(OH) d) (CH3)2CH CH(NH2) e) CH3CH2CH a) aminoácidos. b) glicose. c) ácidos graxos. d) fenóis. e) ésteres. 5. A união de dois aminoácidos produz um dipeptídeo com eliminação de uma molécula de água. Considerando os aminoácidos a seguir: NH2 NH2 O O H C C H3C C C OH OH H H glicina alanina una-os e represente a formação de um dipeptídeo. COOH CH2 COOH O CH3CH2 4. (FEI-SP) A celulose é um polímero formado por associações de moléculas de: CH(OH) 7. (UFSM-RS) Observe a reação: O •• CH3CH2C + N H CH3 Cl CH2CH3 O produto dessa reação caracteriza: a) proteína. b) poliéster. c) polissacarídeo. d) borracha natural. e) borracha sintética. CH CH(OH) C N CH3 + HCl CH2CH3 Na reação para síntese de N-etil — N-metil — propanamida, é formada uma ligação entre um átomo de carbono carbonílico e um átomo de nitrogênio, conhecida como ligação amida. Essa ligação, chamada peptídica, é também comum em macromoléculas de origem natural encontradas em seres vivos, as quais são: a) o amido. d) o glicogênio. b) os triglicerídeos. e) as proteínas. c) o naylon 66. 8. (Cesgranrio-RJ) São dadas as fórmulas dos seguintes aminoácidos: O glicina (GLI) H2N CH2 C OH O alanina (ALA) H2N CH(CH3) C OH Escreva a fórmula estrutural de um fragmento de proteína GLI-ALA-GLI. 628 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA Exercícios propostos • Adição 1. (Unicamp-SP) O estireno é polimerizado formando o poliestireno (um plástico muito utilizado em embalagens e objetos domésticos), de acordo com a equação: H H2 nHC CH2 C C n a) O que é um polímero e qual sua constituição? b) Desenhe a estrutura básica do polietileno, um dos mais simples e mais importantes polímeros sintetizados pelo homem. 4. (Fuvest-SP) H H2C H C Cl H2C C C CH3 CN H H2C a) Dos compostos orgânicos a seguir, qual deles poderia se polimerizar numa reação semelhante? HC CH2 H2C H2C Os compostos representados acima podem ser obtidos por reações de adição de substâncias adequadas ao: CH3 a) metano. b) eteno. c) etino. etilbenzeno CH3 CH3 propano tolueno HC b) Faça a equação correspondente e dê o nome do polímero formado. H F C C F H3C F I H H C 6. (FSM) Sobre parcialmente to afirmar: O C C C H2 4 N C H Cl IV III a) I, II. b) I, III. c) I, IV. H H C H • Condensação II d) II, III. e) III, IV. 3. (UFU-MG) Se você olhar ao seu redor, provavelmente identificará algum objeto constituído de um polímero. A tinta da parede, a caneta e o material de seu tênis são alguns exemplos. Os polímeros estão em toda parte, tornando nossa vida um pouco mais confortável. Responda: H CN C H C H a) Escreva a fórmula estrutural do produto de adição do ácido acético ao acetileno. b) Dê a fórmula estrutural da unidade que se repete na cadeia do poli (acetato de vinila). H C H C CH + HCN catalisador Δ Analogamente, o ácido acético pode-se adicionar ao acetileno, produzindo um composto insaturado. A polimerização deste último produz o polímero poli (acetato de vinila). 2. (UFPI) Alguns polímeros orgânicos, como o teflon e o poliestireno, são de extrema utilidade na fabricação de brinquedos, utensílios domésticos e outros artigos de plástico. Marque a opção que representa as estruturas dos precursores (unidades monoméricas) dos polímeros mencionados acima: C d) propeno. e) 2-butino. 5. (Fuvest-SP) Cianeto de vinila pode ser produzido como equacionado a seguir: CH3 F O O CH3 propileno C H os polímeros náilon e kevlar, representados a seguir, é correO N H O C N C H2 6 H náilon O O C C H2 4 N… H O C C …N N H H O O N C C H N ... kevlar a) Ambos são poliamidas. b) O kevlar é um poliéster. H 629 Unidade 27 — Polímeros c) Na formação do náilon participam dois monômeros: uma amina e um ácido carboxílico, cada qual com dois grupos funcionais. d) Na formação do kevlar temos a participação de um só tipo de monômero, uma amida. e) O náilon é um polietileno. 7. (Unesp-SP) Os monômeros de fórmulas estruturais mostradas são utilizados na obtenção de importantes polímeros sintéticos. HO C C OH H2 H2 HO H2N C C O O Escreva a unidade de repetição dos polímeros formados por reações de condensação (isto é, com eliminação de água) entre: a) ácido dicarboxílico e diol; b) ácido dicarboxílico e diamina. 8. (Fuvest-SP) O ácido 4-hidroxibutanóico (HO — CH2 — CH2 — CH2 — COOH), em determinadas condições, sofre reações de esterificação e, em outras condições, reações de oxidação. Escreva: a) a equação da reação de esterificação intramolecular; b) a equação da reação de esterificação intermolecular, mostrando o polímero que pode se originar; c) as fórmulas estruturais dos produtos de sua oxidação, nos casos em que não ocorre quebra da cadeia. C NH2 H2 4 OH 9. (UnB-DF) A molécula do náilon 66 pode ser obtida por meio da reação de polimerização por condensação entre o ácido adípico e a hexametilenodiamina, cujas estruturas moleculares são apresentadas a seguir. O O HO C CH2CH2CH2CH2 C OH H2NCH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2 ácido adípico hexametilenodiamina O ... C O O CH2CH2CH2CH2 C NHCH2CH2CH2CH2CH2CH2 NH C ... náilon 66 Com base nas estruturas apresentadas, julgue os itens que se seguem. a) O número de átomos de carbono que constituem as moléculas de ácido adípico e de hexametilenodiamina relaciona-se com o nome dado ao polímero obtido na condensação: náilon 66. b) A reação de polimerização para a formação do náilon 66 libera água. c) O náilon 66 é uma poliamida. d) O ácido adípico é um ácido dicarboxílico. e) Na reação mencionada, a hexametilenodiamina comporta-se como uma base. 10. (UFRJ) Os polímeros são moléculas de grande massa molecular e vêm sendo cada vez mais utilizados em substituição a materiais tradicionais, como por exemplo o vidro, a madeira, o algodão e o aço, na fabricação dos mais diferentes produtos. Os polímeros são obtidos pela combinação de um número muito grande de moléculas relativamente pequenas chamadas monômeros. Os monômeros de alguns importantes polímeros são apresentados a seguir: Monômero I. CH2 CH II. H2N (CH2)6 CH3 III. H3C COO NH2 COO CH3 Polímero Utilização polipropileno plásticos moldáveis náilon fibras têxteis dracon fibras têxteis baquelita isolante térmico, fórmica O IV. H C H a) Identifique a função química de cada um dos monômeros apresentados. b) Qual dos monômeros acima apresenta maior caráter básico? 630 PARTE 3 — QUÍMICA ORGÂNICA 11. (Unicamp-SP) Para se ter uma idéia do que significa a presença de polímeros sintéticos na nossa vida, não é preciso muito esforço. Imagine o interior de um automóvel sem polímeros, olhe para sua roupa, para seus sapatos, para o armário do banheiro. A demanda por polímeros é tão alta que, em países mais desenvolvidos, o seu consumo chega a 150 kg/ano por habitante. Em alguns polímeros sintéticos, uma propriedade bastante desejável é a sua resistência à tração. Essa resistência ocorre, principalmente, quando átomos de cadeias poliméricas distintas se atraem. O náilon, que é uma poliamida, e o polietileno, representados a seguir, são exemplos de polímeros. [ NH (CH2)6 NH CO (CH2)4 CO ]n náilon CH2 ]n polietileno a) Admitindo-se que as cadeias destes polímeros são lineares, qual dos dois é mais resistente à tração? Justifique. b) Desenhe os fragmentos de duas cadeias poliméricas do polímero que você escolheu no item a, identificando o principal tipo de interação existente entre elas que implica na alta resistência à tração. • Polímeros naturais 12. A equação a seguir representa a polimerização do isopreno, monômero da borracha natural: CH3 H n C C catalisador H H C C H H isopreno H H C C H H3C C H H 17. (UFPE) A ligação peptídica é formada pela reação entre um ácido carboxílico e uma amina, liberando água. Qual das estruturas a seguir representa o produto orgânico da reação entre o ácido etanóico (ácido acético) e a metilamina? a) H3C d) O H C CH3 N H3C H C CH3 O C 16. (UFPR) a) Qual a estrutura molecular básica característica de uma proteína? b) Mostre a formação de uma ligação peptídica a partir de um composto orgânico com três átomos de carbono. n b) H3C poliisopreno H c) H3C H H e) H3C N C O C CH3 CH3 N Cl CH3 O Sabendo que o eritreno e o cloropreno se polimerizam da mesma maneira, equacione as suas reações de polimerização. (Dados: H2C CH CH CH2 eritreno; H2C C CH CH2 cloropreno.) N C O H 14. (UNI-RIO/ENCE) "Quanto mais se investiga mais assustador fica o escândalo dos remédios falsificados. (…) A empresa é acusada de ter produzido quase 1 milhão de comprimidos de farinha como sendo o medicamento Androcur, usado no tratamento de câncer de próstata." (Revista Veja, set. 1998.) 18. (FCM-MG) A hidrólise do peptídeo abaixo forma aminoácidos diferentes. CH3 H CH2SH O O O + H H3N N N N N O– H CH2OH H Indique a opção que representa corretamente o número destes aminoácidos. a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. O 13. Cite três monossacarídeos e três dissacarídeos. Indique suas fórmulas moleculares. O CH2 15. (Fuvest-SP) ConsideH OH re a estrutura cíclica (3) (2) da glicose, em que os OH H átomos de carbono HO OH estão numerados: (1) (4) O amido é um políH H H mero formado pela (5) O condensação de moH2COH léculas de glicose, (6) que se ligam, sucessivamente, através do carbono 1 de uma delas com o carbono 4 de outra (ligação "1 — 4"). a) Desenhe uma estrutura que possa representar uma parte do polímero, indicando a ligação "1 — 4" formada. b) Cite uma outra macromolécula que seja polímero da glicose. N [ O principal componente químico da farinha é o amido, que é um: a) lipídio. d) poliéter. b) peptídeo. e) poliéster. c) polissacarídio.