53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Ensino de Química

TÍTULO: Modelagem Molecular: O Uso De Novas Tecnologias Como Ferramentas Complementares no Ensino e Aprendizagem de Química Orgânica.

AUTORES: de Oliveira Cordeiro, K.N. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Ventura Romero, M.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; de Oliveira Silva, N.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Almeida César, L.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ)

RESUMO: A Modelagem Molecular é uma ferramenta importante que provê uma maneira de correlacionar os conceitos teóricos com os dados experimentais, auxiliando na compreensão de princípios fundamentais relacionados aos conceitos de átomo e molécula na descrição de estrutura e propriedades de interesse em química, através da mecânica molecular e parâmetros físico-químicos. O objetivo deste trabalho é oferecer aos alunos ferramentas adicionais para o entendimento desses conceitos químicos através de demonstrações em sala de aula e a utilização básica de programas de modelagem molecular. Conceitos como análise conformacional, estereoquímica, espectroscopia, propriedades moleculares e eletrônicas, orbitais moleculares e reatividade química são aperfeiçoados através dessa abordagem.

PALAVRAS CHAVES: Modelagem molecular; Química orgânica; Ensino

INTRODUÇÃO: Uma das dificuldades encontradas no ensino de química está relacionada à “visualização” das moléculas, embora os textos didáticos universitários mais novos venham cheios de moléculas tridimensionais, mapas de contorno eletrônico, etc., todos obtidos através de modelagem molecular, elas continuam sendo figuras bidimensionais impressas no papel. O uso de modelos moleculares, por exemplo, ajuda a “ver” o caráter tridimensional, mas não permitem estabelecer diferenças claras sobre conceitos de distribuição eletrônica e áreas de maior ou menor polaridade. Características conformacionais e eletrônicas para os diferentes confórmeros dificilmente podem ser visualizados. A manipulação das estruturas pelo programa proporciona ao aluno uma interação mais gratificante e dessa forma o processo ensino-aprendizagem de Química se torna efetivo. Modelagem molecular, segundo a IUPAC, é a investigação das estruturas e das propriedades moleculares pelo uso de química computacional e técnicas de visualização gráfica, visando fornecer uma representação tridimensional, sob um dado conjunto de circunstâncias. (SANTT´ANNA, 2002). De uma forma geral, todo tipo de estudo que envolve a aplicação de modelos teóricos utilizando os conceitos de átomo e molécula na descrição de estrutura e propriedades de interesse em química pode ser classificado como modelagem molecular (DOS SANTOS, 2001). Existe uma evidente falta de conhecimento da importância desse tipo de ferramenta pelos estudantes da licenciatura em Química da FECLESC/UECE . A importância deste trabalho está em ampliar, através dessas ferramentas tecnológicas, a participação desses alunos no processo ensino-aprendizagem das disciplinas envolvidas pelo projeto, principalmente, química orgânica.

MATERIAL E MÉTODOS: A metodologia envolveu a utilização de métodos e recursos computacionais utilizados no desenho, representação estrutural e visualização tridimensional de compostos orgânicos e o emprego de modelagem molecular na determinação teórica das propriedades físico-químicas. Foram apresentados recursos computacionais que podem ser utilizados para o desenho, representação estrutural e visualização tridimensional das substâncias orgânicas de interesse, A maioria dos programas utilizados é de domínio público, outros na função demo e alguns de uso pessoal com a devida licença do fabricante. Os principais programas a serem utilizados são: Discovery Studio 3.1, IsisDraw, ChemSketch, ChemDraw, ChemDraw3D, Molecular Modeling Pro, ChemSite, HyperChem, Spartan, ChemSite Pro (demo), SymyxChime, Winmostar, Mercury (para estruturas cristalinas) e Molecular Discovery. Segundo, a aplicação desses recursos para a modelagem e determinação dos principais parâmetros físico-químicos, reforçando os conceitos químicos envolvidos no ensino-aprendizagem de Química na FECLESC. Foram desenvolvidos 04 módulos de modelagem: 1) como construir e preparar moléculas com os programas de modelagem; 2) análise conformacional e perfis energéticos de alcanos e cicloalcanos; 3) estereoquímica e 4) orbitais moleculares. Participaram da pesquisa 26 alunos do curso de Química da FECLESC/UECE, que ao final do período letivo (2013.1) responderam a um questionário relacionado a essa abordagem didática.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Através do uso destas ferramentas, melhorou-se a aprendizagem de conceitos fundamentais da química orgânica, principalmente quando o assunto trata de estereoquímica e análise conformacional, verificados através de avaliações comparativas realizadas entre alunos; aqueles que usaram os softwares de modelagem foram capazes de estabelecer diferenças relacionadas à geometria e a sua relação com a reatividade química; os alunos que usaram as ferramentas de modelagem molecular tiveram um melhor desempenho na resolução de problemas relacionados à análise conformacional, ficando mais fácil para os mesmos a utilização das estruturas de Fischer e Newman. Quando perguntados da contribuição que o uso das ferramentas de modelagem molecular trouxe para o melhor entendimento dos conceitos de estereoquímica, 84,6% (22 alunos) afirmou que o software o ajudou no estudo de estereoquímica de moléculas orgânicas. Em relação à capacidade de “visualizar” as moléculas, 100% (26 alunos) achou tais ferramentas excelentes e 88% (23 alunos) pretendia utilizá-las na preparação de trabalhos acadêmicos. No que diz respeito ao conceito de orbitais moleculares, 100 % dos alunos afirmou que o programa de modelagem não os ajudou para melhorar o entendimento sobre orbitais moleculares (Veja Figura 1). Em relação a este último tópico, o uso do software não foi o esperado e acredita-se que esteja relacionado à falta de uma abordagem teórica mais ampla que permita um melhor entendimento do que significa o espaço matematicamente determinado de um orbital molecular.



Figura 1. Opinião dos alunos sobre o uso de software de modelagem molecular.

CONCLUSÕES: Através do uso de softwares de modelagem molecular gratuitos como o ChemSketch, Winmostar e Molecular Discovery, para mencionar alguns, nossos estudantes foram introduzidos a esse tipo de ferramentas que lhes permitiu desenvolver novas estratégias de estudo e novas habilidades na compreensão de processos químicos que envolvem a teoria e o laboratório de química. Sem dúvida, os conceitos mais subjetivos, como o de orbitais moleculares, poderão ser ampliados e aprofundados, tendo no uso de softwares de modelagem molecular um meio ímpar de “manusear” esses espaços intermoleculares.

AGRADECIMENTOS: Ao Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência – PIBID, da CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- Brasil.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: SANT’ANNA, C. M. R. Glossário de termos usados no planejamento de fármacos (recomendações da IUPAC para 1997). Quimica Nova, v. 25, n. 3, p. 505-512, maio/jun. 2002.
DOS SANTOS, H. F. O conceito da modelagem molecular. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 4, p. 4-5, maio. 2001.