Universidade Federal do CearáCentro de Ciências

Depto. de Química Orgânica e Inorgânica

Aldeídos e Cetonas aplicados à Engenharia de Alimentos

Curso: Engenharia de AlimentosDisciplina: Química Orgânica

Índice

Introdução: Aldeídos e Cetonas, compostos carbonilados. Aldeídos – Nomenclatura Cetonas - Nomenclatura Propriedades Físicas Acetal e Hemicetal Reações envolvendo Aldeídos e Cetonas Aplicação à Engenharia de Alimentos Bibliografia

Introdução: Aldeídos e Cetonas, compostos carbonilados.

Aldeídos e Cetonas são grupos funcionais que contêm o oxigênio ligado duplamente a

um átomo de carbono: O Grupo Carbonila. O arranjo , é um dos grupos funcionais mais importantes da química orgânica. Além de Aldeídos e Cetonas, o grupo carbonila está presente em ácidos carboxílicos, ésteres, haletos ácidos e amidas.

Grupo Carbonila

Esse grupo possui um átomo de carbono sp² ligado a um átomo de oxigênio que também possui hibridização sp² por uma ligação dupla e a outros dois substituintes; como o átomo de carbono é trigonal, esses substituintes se encontram no mesmo plano que o átomo de oxigênio e seus dois pares de elétrons livres:

Como existe uma ligação dupla entre os átomos de carbono e oxigênio este grupo possui uma ligação sigma e uma ligação pi. A ligação dupla carbono-oxigênio é forte, mesmo assim, possui uma reatividade considerável porque há uma diferença de eletronegatividade entre o carbono e oxigênio sendo este último mais eletronegativo ele atrai a densidade de elétrons do carbono para aumentar a polarização da ligação onde o oxigênio ficará negativo e o carbono positivo.

Aldeídos – Nomenclatura

Os aldeídos são compostos orgânicos caracterizados pela presença do grupamento formila, que é o grupo carbonila ligado à um hidrogênio (H—C=O) e este grupo é ligado a um radical alifático ou aromático. É obtido através da oxidação de álcoois primários em meio ácido.

Grupo Aldeído

O odor dos aldeídos que têm baixo peso molecular é irritante, porém, à medida que o número de carbonos aumenta, torna-se mais agradável. Os aldeídos de maior peso molecular, que possuem de 8 a 12 átomos de carbono, são muito utilizados na indústria de cosméticos na fabricação de perfumes sintéticos.

Segundo a IUPAC, nomeia-se o aldeído substituindo-se a terminação do nome do alceno correspondente por “al” como o grupo aldeído deve estar no final da cadeia carbônica, sua posição não precisa ser indicada. Contudo, quando outros substituintes estiverem presentes, considera-se que o grupo carbonila ocupe a posição “1”. Vejamos as estruturas a seguir:

O procedimento de nomeação de Aldeídos, ramificados ou não deve seguir os seguintes passos:

1º - Assinalar a cadeia principal. 2º - Numerar a cadeia a partir do carbono do grupo aldeído que irá adquirir o número 1. 3º - Começar o nome indicando a ramificação ou ramificações.

Exemplo 1:

Metanal Etanal Propanal 2-Metilpropanal(Formaldeído) (Acetaldeído) (Propionaldeído) (Isobutilaldeído)

5-Cloro-Pentanal Benzaldeído 3-Fenil-4-Pentinal

Cetonas – Nomenclatura

As cetonas são compostos orgânicos caracterizados pela presença do grupamento carbonila, ligado a dois radicais orgânicos. Apresentam uma fórmula geral R-C(=O)-R', onde R e R' podem ser iguais ou diferentes; alifáticos ou aromáticos; saturados ou insaturados. R e R' podem também estar unidos. Nesse caso, compõem um ciclo. R e R’ só não podem ser hidrogênios, pois caracteriza-se um aldeído.

Grupo Cetona

As Cetonas são formadas pela oxidação de álcoois secundários. Um átomo de hidrogênio (ligado ao oxigênio) é retirado e o átomo de oxigênio passa a fazer uma ligação dupla com o carbono da cadeia.

A nomenclatura das cetonas é feita substituindo-se a terminação “O” do nome do alcano correspondente por “ONA”, numera-se então a cadeira de maneira a dar ao carbono carbonílico o menor número possível e usa-se este número para indicar sua posição.

Exemplo 2:

3-Buten-2-Ona 2,2,4-trimetilpentanona

(Isopropil-terc-butil-cetona)

Acetofenona Ciclohexanona Benzofenona

Propriedades Físicas

O grupo carbonila é um grupo apolar, portanto, os aldeídos e cetonas possuem um ponto de ebulição maior do que dos hidrocarbonetos de mesmo peso molecular, porém, como os aldeídos e cetonas não podem formar pontes de hidrogênios entre si, realizando apenas interações dipolo-dipolo o que resulta em um um ponto de ebulição menor do que os álcoois correspondentes.

Quanto a solubilidade, ambos grupos funcionais formam pontes de hidrogênio com a água, aquelas estruturas que possuírem pequeno peso molar são totalmente solúveis na água.

Tabela 1.1 – Propriedades Físicas dos Aldeídos e Cetonas

Fórmula Nome Ponto de Fusão (°C)

Ponto de Ebulição (°C)

Solubulidade em Água

HCHO Formaldeído -92 -21 Muito SolúvelCH3CH2CHO Propanal -81 49 Muito SolúvelCH3COCH2CH3 Butanona -86 79,6 Muito SolúvelCH3CH2COCH2CH3 3-Pentanona -42 102 SolúvelCH3COCH2CH2CH3 2-Pentanona -39 102 SolúvelC6H5COCH3 Acetofenona 21 202 InsolúvelC6H5CHO Benzaldeído -26 178 Pouco SolúvelCH3COCH3 Acetona -95 56,1 InfinitoCH3(CH2)4CHO Hexanal -51 131 Pouco SolúvelCH3(CH2)3CHO Pentanal -91,5 102 Pouco Solúvel

Acetal e Hemicetal (Cetal)

Quando se dissolve um aldeído em um álcool, um equilibrio se estabelece entre o aldeído e um grupo chamado hemiacetal, ele é formado por uma adição do álcool ao grupo carbonila.

A maior parte dos hemiacetais de cadeia aberta não é estável o suficiente para permitir o seu isolamento, porém, os hemicetais de cadeia fechada (cíclicos), com anéis de 5 ou 6 membros são geralmente muito mais estáveis e são açúcares.

O mecanismo para a formação de um acetal envolve uma eliminação de água, catalisada por ácido, seguida de uma segunda adição do álcool. Todas as etapas na formação de um acetal a partir de um aldeído são reversíveis, quando se dissolve um aldeído em um grande excesso de álcool anidro e se adiciona uma pequena quantidade de ácido o equilíbrio favorecerá a formação do acetal.Depois que o equilibrio é estabelecido, pode-se isolar o acetal pela evaporação do excesso deste álcool, se então o acetal for colocado em água e adicionada outra quantidade de ácido, todas as etapas se revertem e sob as mesmas condições (excesso de água), o equilibrio favorece a formação do aldeído.

Apesar dos acetais e cetais cíclicos (hemicetais) serem hidrolisados a aldeído e cetona em ácido aquoso, eles são estáveis em base aquosa, devido a esta propriedade eles nos dão um método conveniente para proteger grupos de aldeídos e cetonas em soluções básicas e reações indesejáveis.

Reações envolvendo Aldeídos e Cetonas

O compostos carbonílicos são preparados por oxidação de álcoois, utilizando o Cromo +6; Os álcoois primários oxidam para aldeídos e os álcoois secundários oxidam para cetonas.

1) Obtenção de Aldeídos a partir de Álcoois primários

Os aldeídos podem ser preparados por diversos métodos que envolvem a oxidação e redução. Os álcoois primários podem ser oxidados a aldeídos, um reagente utilizado com este propósito é o complexo formado quando o óxido crômico (CrO3) ou o dicromato de sódio (Na2Cr2O7) reage com a piridina (C5H5N):

Pelo esquema acima, podemos ver que o Álcool é oxidado à Aldeído, e se o processo tiver uma continuidade ele se transformará em um ácido carboxílico. Por exemplo, a oxidação de 1-Pentanol em Pentanal:

2) Obtenção de Cetonas a partir de Álcoois Secundários

Os álcoois secundários podem ser oxidados a cetonas, em geral, a reação para no estado de cetona porque uma oxidação posterior requer a quebra de uma ligação carbono-carbono.

O reagente utilizado é a adição de CrO3 ao ácido sulfúrico, á medida que o ácido crômico oxida o álcool á cetona, o cromo é reduzido do estado de oxidação +6 para o estado de oxidação +3, quando isto ocorre há uma mudança de açor que acompanha esta mudança de estado. As oxidações dos álcoois secundários dão, em geral, cetonas de exelente rendimento.

3) Adição de água a Aldeídos e Cetonas

A água, que é um nucleófilo, é capaz de atacar o grupamento carbonila dos aldeídos e cetonas, esse processo é chamado de hidratação. O processo de hidratação gera um composto chamado de hidrato, esta reação é catalisada por um ácido ou por uma base. A redação de hidratação é reversível, o produto é um diol, duas moléculas “OH”.

4) Hidrogenação

Se aldeídos e cetonas são resultados da oxidação de álcoois primários e secundários respectivamente, se sofrerem um processo de hidrogenação (redução), eles voltam aos estados anteriormente. Quando ocorre uma redução com aldeído, ao entrar em contato com níquel e platina ele se transforma em um álcool primário, o mesmo ocorre com a cetona, que originará um álcool secundário.

R CHO + H2Pt,Ni

RCH2OH

aldeído álcool primário

R1 C = O – R2 + H2Pt,Ni

RCHR - OH

Cetona álcool secundário

Aplicação na Engenhaia de Alimentos

Alguns aldeídos possuem aromas importantes na indústria de alimentos e são usados como aromatizantes:

Acetaldeído

O acetaldeído é usado como aromatizante de frutas, principalmente maçã, pode ser adicionado em balas, doces e sucos artificiais. Alguns aldeídos e cetonas também são resultantes da decomposição de carboidratos durante a torração do café e compreendem cerca de 0,04% do café torrado, como a 2-Butanona e 3-metil-butanal. Alguns destes aldeídos são encontrados em grande quantidade no café torrado fresco, mas são perdidos durante a estocagem pelas reações de volatização e oxidação.

Acetona

Soja

A acetona (Propanona) se apresenta como um líquido de odor irritante e se dissolve tanto em água como em solventes orgânicos, na indústria alimentícia possui uma importante utilização: extração de óleos e gorduras de semente de plantas, que em geral, são a soja, girassol e amendoim.

Malonaldeído

Há poucas dúvidas que o Malonaldeído, um produto secundário da oxidação de um lipídeo seja tóxico as células do corpo, este aldeído por ser formado dentro do alimento ou já vir em sua composição química, acredita-se que o mesmo é cancerígeno, a maior parte destes produtos da oxidação têm chamado a atenção da comunidade científica com sua provável relação na incidência de câncer. A oxidação lipídica é associada as carnes e o sal é utilizado como um catalisador desta oxidação aumentando a quantidade de ácido tiobarbiturico (TBA) e diminuindo a cor dos alimentos.

Bibliografia

- Livros

T. W. Graham Solomons, Química Orgânica Vol. 2, LTC, Rio de Janeiro, 1983.T. W. Graham Solomons, Química Orgânica Vol. 3, LTC, Rio de Janeiro, 1983.K. Peter C. Vollardt, Quimica Orgânica, Bookman, Porto Alegre, 2004.Paulo A. Bobio e Florinda O. Bobio, Química de Processamento de Alimentos, Campinas, fundação Cargill, 1984.

- Sites

www.unb.br/iq/litmo/disciplinas/QOF/Alde%EDdos%20e%20Cetonas.ppt www.fisica.net/quimica/resumo31.htm http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htmhttp://www.klickeducacao.com.br/2006/materia/22/display/0,5912,IGP-22-22-982-5714,00.html

http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/aldeidos/obtencao.htmwww.unb.br/iq/litmo/disciplinas/QOF/Alde%EDdos%20e%20Cetonas.ppt http://www.fisica.net/quimica/resumo30.htm

- Artigos

Identificação e Quantificação de Voláteis de Café através de cromatografia gasosa de alta resolução / Espectrometria de massas empregando um amostrador automático de “Headspace”

Leonardo César AMSTALDEN,*, Flávio LEITE, Hilary Castle de MENEZES

Papel do Sal Iodado na Oxidação Lipídica em hambúrgueres bovino e suíno (misto) ou de frango.

E.A.F.S. TORRES, C.D. RIMOLI3, R. OLIVO, M.K. HATANO, M. SHIMOKOMAKI