Biotecnologia AlimentarAnálise Química Química BiorgânicaAnálise Química

Docente: Prof. Augusto C. Tomé Armando DuarteJoão OliveiraIsabel MacedoJoão Oliveira Ano Lectivo: 200020021/01032

Curso(s): Licenciaturass em Biologia, Ensino de Biologia e Geologia e Engenharia do Ambienteem Engenharia do Ambiente e Ensino de Física e QuímicaEngenharia do Ambiente e Ensino de Física e Química

Escolaridade: 233h T - 01h TP - 333h P Unidades de Crédito: 4.04 4.0

OBJECTIVOS

1. Estudar a estrutura, nomenclatura e propriedades físico-químicas de algumas famílias de compostos orgânicos.

2. Estudar a estrutura e propriedades físico-químicas de biomoléculas (glúcidos, aminoácidos, proteínas e lípidos).

3. Interpretar, ao nível molecular, alguns fenómenos biológicos.

4. Compreender alguns fenómenos ambientais.

São os seguintes os objectivos desta disciplina:

1.Os alunos deverão conhecer os aspectos fundamentais dos processos químicos associados aos diferentes passos de uma análise química.

1.Os alunos deverão ser capazes de descrever e fundamentar cientificamente os diferentes processos que compõem uma análise química.

1.Os alunos deverão ser capazes de propor e planificar experiências adequadas ao esclarecimento de problemas de química analítica.

1.Os alunos deverão ser capazes de identificar e compreender a interacção da química analítica com outras áreas de actividade humana (análises ambientais, industriais, etc.).

METODOLOGIA

A disciplina tem uma componente teórica, uma componente teórico-prática e uma componente prática. Nas aulas práticas os alunos executam trabalhos laboratoriais onde aplicam algumas técnicas de separação/purificação de compostos, efectuam testes simples para comprovarem o comportamento físico-químico de algumas famílias de compostos e ainda efectuam algumas sínteses de compostos orgânicos simples. Nas aulas teórico-práticas são resolvidos problemas de aplicação da matéria leccionada nas aulas teóricas. A matéria leccionada nas aulas teóricas corresponde, em traços gerais, aos seguintes conteúdos:

· Nomenclatura vulgar e sistemática de algumas famílias de compostos orgânicos;

· Estudo das propriedades físico-químicas de algumas famílias de compostos orgânicos;

· Estereoquímica;

· Estudo da estrutura e propriedades físico-químicas de algumas famílias de biomoléculas.

As aulas teóricas são dadas com o auxílio de transparências, das quais os alunos têm acesso a fotocópias.

Organização das aulas práticas:

· Turmas de 16 a 18 alunos, divididos em grupos de 2 pessoas.

· Realização de um trabalho prático de 3 horas, por semana.

A leccionação da disciplina é realizada em aulas teóricas e aulas práticas.

Nas aulas teóricas serão apresentados e desenvolvidos os conceitos referidos no programa. No início do ano lectivo será fornecida aos alunos a lista da bibliografia adoptada. Face à inexistência de um texto básico que trate globalmente os assuntos com um desenvolvimento semelhante ao utilizado no presente programa da disciplina, os alunos terão ainda acesso aos apontamentos utilizados pelo regente da disciplina na preparação das aulas.

Nas aulas práticas os alunos executam trabalhos laboratoriais onde os objectivos são, não só ilustrar conceitos adquiridos nas aulas teóricas, mas também familiarizá-los com técnicas de utilização corrente em Química Analítica. Sobre cada trabalho prático a realizar é fornecido aos alunos um texto de apoio no qual são dadas indicações gerais sobre o procedimento experimental deixando-se, no entanto, para resolução por parte dos alunos a decisão de pormenores experimentais considerados de rotina. Conjuntamente é indicada bibliografia directamente relacionada com as bases teóricas e com a execução laboratorial do trabalho. No relatório de cada trabalho, a apresentar pelos alunos, exige-se não só o tratamento adequado dos dados experimentais como também uma análise crítica e discussão dos resultados obtidos.

Como as aulas teórico-práticas não estão contempladas na escolaridade desta disciplina, algumas das aulas teóricas, uma após a leccionação de cada capítulo, serão utilizadas para a resolução de problemas.

Avaliação

A nota final na disciplina será calculada pela seguinte fórmula:

Nota Disciplina = 0,2 x Nota Prática + 0,8 x Nota Teórica

Nota prática:

A avaliação das aulas práticas será do tipo contínuo. Os alunos serão avaliados pela forma como executam as experiências laboratoriais (60%) e por um pequeno teste escrito sobre os trabalhos práticos (40%) efectuado no final do semestre.

Nota teórica:

Nota obtida pelo aluno na prova de avaliação final ou na prova de recorrência (a melhor das duas).

Observação:

Só podem apresentar-se à prova de recorrência os alunos que:

· na prova de avaliação final tiverem uma nota igual ou superior a cinco valores;

· os alunos que não comparecerem à prova de avaliação final ou que dela desistirem.

Componente teórica: 65%. Componente prática: 35%. Relativamente a esta componente o desempenho do aluno durante a realização dos trabalhos práticos e relatório terão um peso de 50%, e o exame prático final um peso de 50%. No caso dos trabalhadores estudantes, e a ausência de frequência às aulas práticas haverá lugar a um exame prático final (50%), além naturalmente do exame escrito final (50%).

Programa

1- Considerações gerais sobre a Química Biorgânica

2- Sistemas de Nomenclatura em Química Orgânica

Nomenclatura vulgar e nomenclatura IUPAC.

Nomenclatura dos compostos monofuncionais e polifuncionais.

3- Estereoquímica

Tipos de estereoisómeros

Designações cis/trans e E/Z

Estereoisómeros cis/trans em cicloalcanos dissubstituídos

Moléculas quirais; enantiómeros

Centros quirais

Actividade óptica; rotação específica

Configuração absoluta e relativa

Regras do sistema de designação R/S

Moléculas com dois centros quirais - diastereómeros e compostos mesógiros

Moléculas com vários centros quirais; n.º máximo de estereoisómeros

Moléculas com centros quirais e com ligações duplas

Resolução de misturas racémicas

4- Alcanos

Estrutura dos alcanos; hibridação sp³

Isómeros estruturais

Propriedades físicas

Reacções: pirólise, combustão e halogenação (mecanismo e regiosselectividade)

O citocromo P₄₅₀ e a hidroxilação de hidrocarbonetos

5- Alcenos e Alcinos

Estrutura dos alcenos e dos alcinos; hibridação sp² e sp

Propriedades físicas e estabilidades relativas dos alcenos

Síntese de alcenos por reacções de eliminação-1,2

· Desidratação dos álcoois - estabilidade dos carbocatiões, mecanismo das reacções E1 e E2, rearranjos nos carbocatiões

Reacções de adição em alcenos e alcinos

6- Álcoois

Propriedades físicas dos álcoois; tipos de interacções intermoleculares.

Reacção dos álcoois com metais; iões alcóxido

Reacção dos álcoois com haletos de hidrogénio

· efeito da estrutura do álcool na velocidade da reacção

· mecanismo da reacção (estabilidade dos carbocatiões; revisão)

· comparação dos mecanismos S_N1 e S_N2

Oxidação dos álcoois a cetonas, aldeídos e ácidos carboxílicos

Síntese de álcoois por redução de cetonas, aldeídos e ácidos carboxílicos

Oxidação biológica dos álcoois

7- Aldeídos e cetonas

Estrutura e reactividade do grupo carbonilo

Redução de aldeídos e cetonas

Adição nucleófila ao grupo carbonilo - mecanismo

· hidratação; reacção com álcoois; reacção com HCN

Reacção com amoníaco e seus derivados

· formação de iminas, oximas, hidrazonas e de azinas

Tautomerismo ceto-enólico; condensação aldólica simples

8- Ácidos carboxílicos e seus derivados

Estrutura do grupo carboxilo

Propriedades físicas dos ácidos carboxílicos

Acidicidade dos ácidos carboxílicos (efeito dos substituintes)

Reacções dos ácidos carboxílicos

· esterificação – mecanismo; esterificações intramoleculares; hidrólise ácida dos ésteres - mecanismo

· esterificação indirecta dos ácidos carboxílicos; conversão em anidridos e em haletos de acilo

· conversão em amidas

9- Óleos e gorduras

Composição química dos óleos e gorduras

Os triacilgliceróis

Saponificação dos triacilgliceróis

Os ácidos gordos

10- Aminoácidos e polipeptídeos

Configuração relativa dos a-aminoácidos (designação D/L)

Propriedades ácido/base dos a-aminoácidos

Definição de ponto isoeléctrico dos aminoácidos e dos polipeptídeos

Separação de aminoácidos por electroforese

Síntese de peptídeos: protecção dos grupos NH₂ e CO₂H

Definição de aminoácido terminal-N e de aminoácido terminal-C

Determinação da estrutura primária de um polipeptídeo

11- Hidratos de carbono

Os hidratos de carbono como poli-hidroxialdeídos e poli-hidroxicetonas

Classificação das aldoses e cetoses de acordo com o n.º de átomos de carbono

Configuração relativa (D/L) dos monossacarídeos

Os hidratos de carbono como hemiacetais: as furanoses e as piranoses

Representação dos monossacarídeos em fórmulas de Haworth

Formas anómeras a e b: a mutarrotação

Os O-glicosídeos como acetais; exemplos de S- e N-glicosídeos

Distinção entre açúcares redutores e açúcares não redutores

Exemplos de dissacarídeos redutores e dissacarídeos não redutores

Reacções de oxidação/redução de monossacarídeos

Homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos; exemplos de homopolissacarídeos de D-glucose

Tratamento Quantitativo de Dados Experimentais

Tipos de erros em Química Analítica: grosseiros, sistemáticos e aleatórios. Erros sistemáticos: constantes (absolutos) e proporcionais (relativos). Erros constantes: interferências, efeitos de matriz, correcções inadequadas do branco. Erros proporcionais: erros de calibração. Correcção de erros sistemáticos. Exactidão e precisão. Exactidão: erro absoluto e relativo. Precisão: repetibilidade e reprodutibilidade. Desvio padrão e variância. Propagação de erros sistemáticos e aleatórios: dedução das fórmulas e exemplos. Distribuição de frequências. Distribuição normal e distribuição de Student. Intervalos de confiança. Exemplos. Exemplo numérico envolvendo propagação de erros e intervalos de confiança. Testes de significância. Hipótese do nulo (H₀) e hipótese alternativa (H₁). Erros de tipo I (a) e tipo II (b).

Relação entre a e b. Parâmetros estatísticos. Valor crítico. Tabelas de decisão. Comparação de uma média experimental com um valor conhecido (referência). Exemplo. Comparação de duas médias: Amostras grandes e amostras pequenas. Amostras pequenas: variâncias iguais e diferentes. Teste F. Exemplos. Amostras relacionadas (emparelhadas): amostras grandes e amostras pequenas. Exemplos.

Análise Gravimétrica

Introdução. Métodos de preciitação e volatilização. Métodos de precipitação. Características do precipitado: solubilidade, pureza, filterabilidade, composição química, outras propriedades. Factores que afectam a solubilidade dos precipitados: produto de solubilidade, efeito do ião comum, efeito do pH: tipos de precipitados afectados pelo pH. Cálculo da solubilidade numa solução a pH conhecido. Cálculo da solubilidade em água. Formação de complexos: Caso geral. Complexo com um ião comum ao precipitado (anfoterismo). Cálculo do pH ao qual a solubilidade é mínima. Precipitação selectiva: separação de iões por controlo de concentrações do agente precipitante. Efeito da concentração do electrólito, temperatura, composição do solvente, velocidade de formação do precipitado. Factores dependentes das condições do precipitado: polimorfismo, grau de hidratação, possibilidade de reacção química com o solvente ou substância em solução, dimensões das partículas. Tipos de precipitados e sua formação. Grau de sobresaturação e tamanho das partículas. Nucleação, crescimento e tamanho das partículas. Evolução dos precipitados. Soluções coloidais: propriedades. Soles e geles. Adsorção de iões. Contra-iões. Floculação e peptização. Contaminação de precipitados. Coprecipitação e pós-precipitação. Coprecipitação: adsorção, inclusão isomórfica e não-isomórfica e oclusão. Precipitação em solução homogénea. Pesagem de precipitados. Referência à Termogravimetria. Filtração de precipitados. Lavagem de precipitados. Eficiência da lavagem. Erros em análise gravimétrica: exercícios de aplicação.

Volumetria

Titulações por precipitação

Cálculo de curvas de titulação. Factores que afectam as curvas de titulação: concentração dos reagentes e produto de solubilidade do precipitado formado. Titulação de misturas: precipitação fraccionada. Erro na titulação de uma mistura de iões. Detecção do ponto de equivalência utilizando indicadores: Formação de um segundo precipitado: método de Mohr. Concentração óptima do indicador: exemplo. Formação de um complexo corado: método de Volhard. Concentração óptima do indicador: exemplo. Indicadores de adsorção: método de Fajans. Mecanismo de actuação destes indicadores. Outras técnicas e aplicações: turbidimetria e nefelometria.

Titulações por formação de complexos: complexometria

Introdução. A utilização de complexantes em métodos volumétricos. Ligandos monodentados e polidentados. Efeito de quelação. Ácido etilenodiaminotetracético (EDTA). Efeito do pH no equilíbrio do EDTA. Escolha das condições experimentais "óptimas" para a realização de titulações complexométricas. Constante de estabilidade condicional. Curvas de titulação complexométrica. Exemplo. Influência do pH, concentração de outros ligandos e constante de estabilidade condicional nas curvas de titulação. Formação de hidroxocomplexos e complexos do tipo ML(OH). Métodos de detecção do ponto de equivalência: indicadores metalo-crómicos. Titulações consecutivas. Aspectos práticos das titulações complexométricas. Tipos de titulações: titulação directa, titulação por retorno, titulação por substituição. Interferências, sequestração e libertação. Erros em titulações complexométricas. Exemplos.

Titulações redox

Introdução. Curvas de titulação. Variação do potencial redox por formação de complexos. Variação do potencial redox com o pH: diagramas potencial-pH. Indicadores redox. Zona de viragem do indicador. Exemplos. Erros em titulações redox: exemplos. Titulações redox de misturas.

Titulações ácido-base

Ácido forte com base forte: exemplo. Ácido monoprótico fraco com base forte: exemplo Base fraca com ácido forte: exemplo. Ácido fraco com base fraca. Indicadores de neutrimetria: monocróicos e dicróicos. Titulações de ácidos polipróticos: exemplos. Erros em titulações ácido-base: exemplos de aplicação. Poder tampão de uma mistura de ácido fraco e base forte. Poder tampão máximo. Determinação do ponto de equivalência em titulações potenciométricas. Método diferencial: exemplos. Métodos de Gran: 1º, 2º e modificado.

Bibliografia

1. Química Orgânica; R. Morrison e R. Boyd; Ed. Fundação Calouste Gulbenkian

2. Organic Chemistry; F. A. Carey; Ed. McGraw-Hill

3. Organic Chemistry; T. W. G. Solomons e C. B. Fryhle; Ed. John Wiley & Sons

4. Introdução à Nomenclatura dos Compostos Orgânicos, A. C. Tomé, Universidade de Aveiro

D. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 3rd Edn., W. H. Freeman, 1991

G. D. Christian, Analytical Chemistry, 5th Edn., Wiley, 1995

D. A. Skoog and D. M. West, Fundamentals of Analytical Chemistry, Holt-Saunders Japan, 1982

O Regente da Disciplina