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Escola de Aplicação Dr. “Alfredo José Balbi”

Curso de Engenharia Ambiental – Turmas: 3º A, B e C

4º Bimestre – 2018

Polímeros Antonio Vivaldo dos Santos Filho

1) Definição:

Polímero é a substância que apresenta macromoléculas constituídas por unidades estruturais que se

repetem sucessivamente, ligadas covalentemente. A substância cujas moléculas originam o polímero chama-

se monômero.

2) História:

Os polímeros biológicos fundamentam a vida e existem desde o surgimento da primeira célula na

superfície da Terra.

Os polímeros naturais são utilizados pelo ser humano desde a antiguidade como, por exemplo:

a) asfalto - tempos pré-bíblicos; o âmbar pelos gregos e a goma pelos romanos;

b) vulcanização do látex da borracha, polímero natural, em 1839 (Goodyear).

c) nitração da celulose, em 1870, resultando na nitrocelulose, de onde se obtém o celulóide material da

indústria cinematográfica;

d) acetilação da celulose para produção de fibras como rayon, celofane, entres outros;

Os polímeros puramente sintéticos foram obtidos somente a partir de 1907, com as resinas de fenol-

formaldeído, obtendo o produto comercial “Bakelite”, sintetizados por Baekeland.

Atualmente roupas e demais peças de vestuário e, também, roupas esportivas especiais são

produzidas com fibras poliméricas sintéticas adequadas à necessidade do produto.

Durante a Segunda Guerra Mundial a polimerização do N-vinilpirrolidona foi fundamental, pois os

alemães fizeram uso desse polímero como substituto do plasma sanguíneo nos soldados feridos de suas

tropas. O PVP (poli-vinilpirrolidona) possui um grau de toxidade e tem sido utilizadas também em

cosméticos, adesivos, indústria têxtil, lentes de contato, e numa variedade de fármacos, incluindo a

manufaturação de materiais microencapsulados. Um complexo PVP com iodeto é um dos antissépticos mais

utilizados.

3) Classificação:

Os polímeros são classificados em:

- polímeros de adição: formados a partir de um único monômero, através de uma reação de adição.

Exemplo: nCH2=CH2 → (- CH2 – CH2 - )n

Etileno (monômero) polietileno (polímero de adição)

- polímero de condensação: formados a partir de um único monômero, através de uma reação de

condensação, com eliminação de outra molécula, geralmente água.

Exemplo: nC6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O

α – glicose amido

(monômero) (polímero de condensação)

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Tanto os polímeros de condensação, quanto os polímeros de adição podem ser:

- copolímeros: são formados a partir de mais de um tipo de monômero.

Exemplo: nH2C = CH – CH = CH2 + nH2C = CH → ( - H2C – CH = CH – CH2 – CH2 – CH - )n

Eritreno (monômero) │ │

buna S

(copolímero de adição)

- homopolímeros: são formados a partir de um único tipo de monômero.

Exemplo:

CH3 CH3 CH3

│ │ │

nCH2 = C – CH = CH2 → (- CH2 – C = CH – CH2 – CH2 – C = CH – CH2 – )n

(monômero – isopreno) borracha natural

As cadeias que constituem a borracha natural apresentam um arranjo desordenado e, quando

submetidas a uma tensão, podem ser espichadas, formando estruturas com comprimento maior que o

original:

tensão

↔

livres distendidas

Quando a tensão é interrompida, as cadeias que compõem a borracha voltam ao seu arranjo original.

Devido a essa propriedade, diz-se que a borracha é um elastômero.

Portanto, elastômeros são substâncias que, quando submetidas a tensão, passam de arranjos

desordenados a arranjos mais lineares, de maneira reversível.

No processo de vulcanização, o látex obtido da seringueira é precipitado, dando origem a uma massa

viscosa que é a borracha natural. Essa borracha é prensada com auxílio de cilindros, originando lâminas

moles de pequena resistência e elasticidade. A utilização desse tipo de borracha é limitada, pois ela se torna

quebradiça em dias frios e extremamente gosmenta em dias quentes. Para a sua utilização faz-se, então, a

vulcanização da borracha que é a adição de 3% à 8% de enxofre a ela. Aumentando a porcentagem de

enxofre, ocorrerá um aumento do número de pontes de enxofre, diminuindo a sua elasticidade. Quando essa

porcentagem atinge valores próximos a 30%, obtém-se uma borracha denominada ebonite, que é rígida e

apresenta grande resistência mecânica, sendo empregada como isolante elétrico e na produção de vários

objetos, como pentes e vasos.

Os polímeros podem ser classificados quanto à estrutura em:

- termoplásticos: são polímeros filiformes, sendo moldáveis com a variação de temperatura, apresentando

monômero com apenas dois pontos de adição (valências livres). Exemplo: polietileno.

- termofixos: são polímeros tridimensionais, sendo resistentes fisicamente às variações de temperatura,

apresentando três ou mais pontos de adição (valências livres). Exemplo: baquelite.

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Biomoléculas

A bioquímica estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos, animais e vegetais,

os compostos bioquímicos e sua importância industrial. Esses compostos são divididos em três classes

principais:

- hidratos de carbono ou carboidratos: açúcares simples ou monossacarídeos (glicose ou frutose, por

exemplo);

- lipídios: ésteres (ceras) ou triésteres (óleos e gorduras);

- proteínas: poliamidas, formadas pela condensação de α – aminoácidos (albumina da clara de ovo ou

caseína do leite, por exemplo).

1) Glucídios, Glicídios, Glúcides, Carboidratos ou Hidratos de Carbonos – Oses e

Osídeos

São compostos de função mista, poliálcool-aldeído ou poliálcool-cetona, ou qualquer outro que, ao

sofrer hidrólise, se transforme num composto desse tipo. São os principais fornecedores de energia para o

organismo. Podem ser classificados de acordo com a ocorrência ou não da hidrólise em:

a) Monossacarídeos: são monômeros e, portanto, não sofrem hidrólise. Exemplo: glicose, frutose, manose e

galactose (isômeros de fórmula molecular C6H12O6).

b) Oligossacarídeos: são polímeros que sofrem hidrólise e cada molécula produz um número pequeno de

moléculas de monossacarídeos (entre duas e dez moléculas – oses).

Exemplo: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

sacarose glicose frutose

(dissacarídeo)

Os oligossacarídeos são divididos de acordo com o número de oses que o compõem em: dissacarídeo,

trissacarídeo, tetrassacarídeo etc.

c) Polissacarídeos: são polímeros que sofrem hidrólise, onde cada molécula produz um número alto de

moléculas de monossacarídeos.

Exemplo: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

amido glicose

(polissacarídeo) (monossacarídeo)

Os monossacarídeos são as oses e os oligossacarídeos e polissacarídeos são os osídeos.

Os osídeos são divididos em dois grupos:

- halosídeos: são osídeos que sofrem hidrólise produzindo apenas oses. Os mais importantes são:

a) a sacarose e ou sucrose (glicose e frutose) utilizada como açúcar de mesa, é um dissacarídeo obtido da

cana-de-açúcar;

b) a maltose (α – glicose e α – glicose) ou açúcar do malte é um dissacarídeo, produto principal da hidrólise

do amido, embora, no organismo humano, seja hidrolisada até as unidades de glicose. É encontrado em

grãos de germinação e muito utilizado na fabricação de cerveja, como adoçantes em produtos para

alimentação infantil e como meio de cultura para o crescimento de microorganismos;

c) a lactose, ou açúcar do leite, é formada pela condensação entre uma molécula de α – glicose e uma

molécula de β – galactose, encontrada quase que exclusivamente no leite;

d) o amido é formado por uma mistura de dois tipos de polissacarídeos: - amilose: é um polímero de cadeia

normal constituído de mais de 1000 moléculas de α – glicose, presente na proporção de 10% ΰ 20%. –

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amilopectina: um polímero de cadeia muito ramificada (a ramificação ocorre entre o carbono 6 de uma

molécula de α – glicose e o carbono 1 de outra molécula a cada 20 a 25 unidades na proporção de 80% a

90%.

e) o glicogênio: apresenta uma estrutura semelhante à da amilopectina do amido, porém suas moléculas são

bem maiores e muito mais ramificadas. Isto se justifica porque a função principal do glicogênio é o

armazenamento de energia. Sendo uma molécula de tamanho grande, seu não se difunde através das

membranas celulares. Além disso, se as moléculas cíclicas de glicose não ficassem unidas umas às outras na

forma de glicogênio, a pressão osmótica do sangue seria muito alta e faria as células estourarem. Assim, este

processo constitui duas etapas:

- Glicogênese: ocorre quando ingerimos um alimento que é digerido e produz glicose. A glicose obtida é

transformada em glicogênio.

- Glicogenólise: ocorre quando o nível de glicose na corrente sanguínea diminui. Nesse caso o organismo

hidrolisa o glicogênio e produz glicose para ser utilizada pelas células.

f) celulose: é formada por 10000 ou mais unidades de moléculas de β – glicose numa cadeia ramificada.

Pelo fato de as unidades de glicose estarem unidas em sua forma β, o polímero pode formar uma estrutura

linear rígida. Esta estrutura torna a celulose fibrosa, resistente, e insolúvel em água. Justamente pelas

ligações β, a celulose não pode ser digerida pelo organismo humano. Somente alguns animais ruminantes

como o cavalo, boi e insetos como o cupim podem digerir a celulose. A presença de celulose na dieta,

porém, apresenta o papel importante de estimular o movimento do alimento no trato intestinal (denominado

peristalse ou peristaltismo) favorecendo o funcionamento normal do intestino, o que previne a formação de

certos tipos de câncer.

- heterosídeos: são os osídeos que sofrem hidrólise produzindo outros compostos além de oses. Um exemplo

importante de heterosídeo é a amigdalina, C20H27NO11, encontrada em sementes de amêndoas amargas. Essa

substância sofre hidrólise produzindo glicose, aldeído benzóico e gás cianídrico.

2) Lipídios – as biomoléculas hidrofóbicas

É um conjunto de substâncias químicas que, ao contrário das outras classes de compostos orgânicos,

não são caracterizados por algum grupo funcional comum, e, sim pela sua alta solubilidade em solventes

orgânicos e baixa solubilidade em água. Ao contrário de certas biomoléculas como proteínas e DNA, os

lipídios não são polímeros (não são repetições de unidades básicas). Embora apresentem uma estrutura

química simples, as funções dos lipídios são complexas e diversas, atuando em muitas etapas fundamentais

do metabolismo e na definição das estruturas celulares. Podem ser definidos como todo éster que, ao reagir

com a água (sofrer hidrólise), forma um ácido graxo superior e um monoálcool graxo superior ou um

poliálcool (glicerina) e, eventualmente, outros compostos. São classificados em quatro grandes grupos

como:

a) Cerídeos: são ésteres formados a partir de um ácido graxo superior e de um álcool graxo superior. São

conhecidos como ceras e podem ser de origem animal ou vegetal. São usados na fabricação de cosméticos,

velas, sabões, graxas de sapato e ceras de assoalho, entre outras aplicações. Exemplo: Palmitato de merissila (encontrado na cera de abelha)

CH3 – (CH2)14 – COOH + HO – CH2 - (CH2)29 – CH3 → CH3 – CH2 – COO – CH2 – (CH2)29 – CH3 + H2O

ácido palmítico álcool merissílico ou melíssico palmitato de merissila

b) Glicerídeos: são triésteres formados a partir de três moléculas de ácidos graxos superiores (iguais ou

diferentes) e uma molécula de triálcool glicerina (propanotriol). São conhecidos como óleos ou gorduras e

podem ser de origem animal ou vegetal. Tem como função principal à estocagem de energia por meio dos

triacilgliceróis (TAGs).

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O

Exemplo: ⁄⁄

3 R – COOH + CH2(OH) – CH(OH) – CH2OH → R1 – C – O – CH2

(ácido graxo) (glicerina) O │

⁄⁄

R2 – C – O – CH + 3 H2O

O │

⁄⁄

R3 – C – O – CH2

(glicerídeo)

- Óleos são derivados predominantemente de ácidos graxos insaturados e apresentam-se na fase líquida em

condições ambiente (25 ̊C e 1 atm).

- Gorduras são derivadas predominantemente de ácidos graxos saturados e apresentam-se na fase sólida em

condições ambientes (25 ̊C e 1 atm).

c) Fosfatídeos ou Fosfolipídios: são compostos orgânicos constituídos por uma mistura de ésteres de

glicerina (glicerol), ácidos graxos superiores, ácidos fosfórico e um aminoálcool (colina, colamina ou

serina). Podem ser de origem animal ou vegetal. Tem como função a forte interação hidrofóbica entre os

grupos apolares dos fosfolipídios dando elasticidade e resistência às membranas celulares. Os tipos

principais são as lecitinas e as cefalinas.

Exemplo:

H2C – OH HOOC – C15H31 H CH3 O

│ │ │ ↑

HC – OH + HOOC – C15H31 → HO – C – CH2 - N1+ - CH3 OH1- → 4 H2O + HO – P - OH

│ │ │ │

H2C – OH H CH3 O

O

║

C

H2C – O ⁄ \ C15H31

O

│ ║

C

H2C – O ⁄ \ C15H31

O CH3

│ ↑ │

P – O – CH2 – CH2 – N1+ - CH3 OH1-

H2C – O ⁄ \ OH │

CH3

molécula de α – lecitina palmítica (o ácido graxo utilizado foi o ácido palmítico)

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d) Cerebrosídeos ou Esfingolipídios: são compostos orgânicos constituídos por uma mistura de ésteres de

galactose ou glicose, ácidos graxos superiores e o aminoálcool esfingosina. Diferenciam-se dos fosfolipídios

pela função alcoólica. Estão ligados às espécies que constituem o tecido cerebral.

Exemplo:

O

║

CH3 – CH2 – CH = CH – CH(OH) – CH – NH – C – (CH2)16 – CH3

│

H2C CH2OH

│ │

O O – CH OH

\ ⁄ \ ⁄

C OH C

⁄ \ │ ⁄ \

H CH – C OH

│ │

OH H

e) Esteróides: é uma classe de compostos que possui em comum uma mesma estrutura de hidrocarboneto

que contém 17 átomos de carbono ligados na forma de quatro ciclos. Apresentam grupos funcionais diversos

(álcool, cetona, enol, ácido carboxílico etc.). Os esteróides de ocorrência natural são o colesterol e os

hormônios sexuais masculino (testosterona) e feminino (estradiol). Atuam no organismo como hormônios

reguladores de processos químicos. Em quantidades pequenas apresentam uma grande atividade biológica

no organismo humano. Os esteróides mais comuns pertencem a classe dos esteróis. Estes possuem em sua

estrutura uma hidroxila que os caracteriza como pertencentes à função alcoólica, sendo o colesterol mais

importante o esterol.

CH3

│

Exemplo: CH3 CHCH2CH2CH2CHCH3

│ │ │

CH3

⁄

HO

Na sua forma pura o colesterol é um sólido cristalino, branco, insípido e inodoro. É um membro da

família dos esteróides. É um composto essencial para a vida: está presente nos tecidos de todos os animais.

Além de fazer parte da estrutura das membranas celulares, é também um reagente de partida para a

biossíntese de vários hormônios, do ácido biliar (ácidos colanóicos) e da vitamina D. è sintetizado pelo

fígado, em um processo regulado por um sistema compensatório: quanto maior for a ingestão de colesterol

vindo dos alimentos, menor será a quantidade sintetizada pelo fígado. Este composto é insolúvel em água e,

conseqüentemente, insolúvel no sangue.

Para ser transportado na corrente sanguínea, o colesterol liga-se com algumas proteínas e outros

lipídios, em um complexo chamado Lipoproteína.

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Existem vários tipos de lipoproteínas, e estas podem ser classificadas de diversas maneiras.

Normalmente são classificadas pelos bioquímicos pela densidade, medida em um densiômetro. Entre estas,

estão as “Low-Density Lipoproteins”, ou LDL, que é a classe maléfica ao ser humano: são capazes de

transportar o colesterol do sítio de síntese, o fígado até as células de vários outros tecidos. Uma outra classe

de lipoproteínas, as “High-Density Lipoproteins”, ou HDL, pode transportar o excesso de colesterol dos

tecidos de volta para o fígado, onde é utilizado para a síntese do ácido biliar.

As LDL, quando em excesso, é que são responsáveis pelos depósitos arterioscleróticos nos vasos

sanguíneos.

f) Prostaglandinas: são lipídios de grande importância em processos metabólicos e de comunicação

intercelular.

3) Aminoácidos e Proteínas

Aminoácidos são compostos orgânicos de função mista amina e ácido carboxílico.

As proteínas são compostos formados pela reação de polimerização (por condensação) de um

número muito grande de α – aminoácidos (α indica que o grupo amina se encontra no carbono 2 contando a

partir do grupo carboxila), dando origem a mais de 100 ligações peptídicas.

Uma ligação peptídica é a desidratação na polimerização por condensação, formando uma amida.

Constituem o polímero biológico mais abundante.

A maioria das proteínas apresenta entre 100 e 10000 unidades de α – aminoácidos (poliamidas).

Quando temos até 50 unidades, chamamos as moléculas de polipeptídios ou simplesmente peptídios. São

constituintes básicos dos músculos, do sangue, dos tecidos, da pele, dos hormônios, dos nervos, dos tendões,

dos anticorpos e das enzimas que catalisam as reações que colocam nosso organismo em funcionamento.

Os α – aminoácidos que formam as proteínas são subdivididos, de acordo com as suas características

químicas, em sete categorias:

- alifáticos não polares: glicina, alanina, leucina e isoleucina;

- aromáticos não polares: fenilalanina e triptofano;

- hidroxílicos: serina, treonina e tirosina;

- de função ácida: ácido aspártico e ácido glutâmico;

- de função básica: lisina, arginina e histidina;

- sulfurosos: metionina, cisteína e cistina;

- iminoácidos: prolina e hidroxiprolina.

Além desses vinte α – aminoácidos há outros três compostos derivados que aparecem constantemente

na constituição das proteínas: a asparagina (derivada do ácido aspártico), glutamina (derivada do ácido

glutâmico) e a hidroxilisina (derivada da lisina).

O modo como uma proteína encontra-se disposta no espaço, ou seja, a sua estrutura, em geral, está

relacionada a sua ação fisiológica.

Uma mudança na estrutura pode ser provocada, por exemplo, por um aquecimento além de uma faixa

limite ou uma variação de pH. Nesse caso, dizemos que a proteína foi desnaturada.

- Estrutura primária é a seqüência de aminoácidos, iguais ou diferentes, ligados uns aos outros. Essa

estrutura descreve o comprimento da cadeia principal e o arranjo das cadeias laterais da proteína. A insulina,

por exemplo, é uma proteína que apresenta estrutura primária.

- Estrutura secundária é a que ocorre quando a estrutura primária de uma proteína assume a forma de

uma espiral ou mola helicoidal devido à formação de pontes de hidrogênio envolvendo os grupos amida que

constituem a cadeia.

O átomo de hidrogênio (ligado ao nitrogênio) de um grupo amida estabelece uma ponte com o átomo

de oxigênio (da carbonila) de um outro grupo amida. A queratina, por exemplo, uma proteína que constitui

os cabelos e as unhas, apresenta estrutura secundária.

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- Estrutura Terciária é a que ocorre quando a estrutura secundária de uma proteína sofre uma série de

forças de ligações intermoleculares que fazem a espiral dobrar sobre si mesma assumindo uma forma

compacta. As principais forças envolvidas são: pontes de hidrogênio, ligações hidrofóbicas (apolares),

pontes salinas (ligação iônica) e pontes de enxofre (ligações dissulfeto).

Uma importante classe de proteínas é a enzima. É um importante catalisador biológico que controla a

velocidade das reações que ocorrem em nosso organismo.

Uma enzima possui regiões bem específicas e as reações químicas ocorrem principalmente no sítio

ativo.

O sítio ativo de uma enzima é o centro de controle das reações químicas e nele se dá a seletividade

das reações. A seletividade se dá pelo controle da proteína com relação à estrutura da espécie, à

conformação espacial e ao tipo de interação que a molécula possui.

Os reagentes que se encaixam no sítio ativo de uma enzima são denominados substratos; o composto

intermediário entre os reagentes e os produtos de uma reação enzimática é chamado de complexo enzima-

substrato. Uma enzima é um catalisador, então:

- acelera a velocidade das reações;

- participa da reação e ao final do processo retorna à forma inicial e sua quantidade permanece

constante.

A nomenclatura das enzimas é determinada pela sua função específica. Por exemplo: as catalases

atuam na degradação do peróxido de hidrogênio; a anidrase carbônica controla a dissolução do dióxido de

carbono no sangue.

A anidrase carbônica ilustra bem a atuação da enzima. O pH do sangue humano é cerca de 7,35,

podendo variar 0,05 unidade de pH. Um aumento ou diminuição do valor do pH pode ser fatal. Para manter

o funcionamento correto do organismo, a anidrase controla a reação:

H2O(l) + CO2(g) → H2CO3(aq) H2CO3(aq) → H+(aq) + HCO3

- (aq)

Casso o pH do sangue aumente (alcalose), a anidrase atua aumentado a quantidade de H+ livre. Essa

atuação faz com que o pH retorne ao valor inicial. A diminuição do pH (acidulose) é controlada pelo

consumo dos íons H+ livres, o que provoca um aumento no pH do sangue.

Referências Bibliográficas:

- Fonseca, Martha Reis Marques da – Completamente Química – Química Orgânica – São Paulo – FTD – 2001, v.3.

páginas 334 à 403;

- Apostila do Grupo Positivo, 3a série. v. 4. – Formação do Indivíduo, Transformação da Sociedade – 2009;

- Usberco, João; Salvador, Edgard. – Química Orgânica – 7aed. – 2003 – Editora Saraiva. v. 3. Páginas 452 à 489;

- Química – Sardella, Antônio. V. único. 5a edição. Editora Ática. Páginas 344 à 361.