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: O USO DA QUÍMICA COMPUTACIONAL E MODELAGEM MOLECULAR NO ENSINO DE MECANISMOS DE REAÇÕES ORGÂNICAS DE HALIDRIFICAÇÃO EM ALCENOS

AUTORES: Lobato, C.C. (UNIFAP) ; Silva, E.M. (UEAP) ; Freire, A.P.S. (UEAP) ; Vieira, J.B. (UNIFAP) ; Santos, L.D. (UEAP) ; Vidal, L.M.A. (SEED-AP) ; Santos, C.B.R. (UNIFAP)

RESUMO: O ensino de mecanismos de reações em química orgânica ainda representa um desafio. A química computacional e modelagem molecular são entendidas como o domínio dos métodos computacionais aplicados à química, suas representações gráficas permitem explorar aspectos tridimensionais de reconhecimento molecular. O objetivo deste trabalho foi mostrar como a modelagem molecular pode ser uma grande aliada no entendimento de mecanismos de reações orgânicas. Assim, na forma de um curso de extensão ministrado a alunos de graduação introduziram-se conceitos de modelagem molecular visando a elucidação de reações de halidrificação em alcenos. Após a intervenção evidenciou-se que a utilização da modelagem molecular no ensino de reações orgânicas resulta na melhoria do processo de ensino-aprendizagem.

PALAVRAS CHAVES: MODELAGEM MOLECULAR; ENSINO-APRENDIZAGEM; REAÇÕES ORGÂNICAS

INTRODUÇÃO: A Química Computacional e modelagem molecular são entendidas, de um modo geral, como o domínio dos métodos computacionais aplicados a Química e, apresentam-se de forma interdisciplinar, ramificando-se pelas diferentes áreas em que é costume dividir a química (Físico-Química, Química Orgânica, Química Farmacêutica, etc.) (FERNANDES, 2001). Nas reações de halidrificação, os haletos de hidrogênio adicionam-se às ligações duplas dos alcenos. O químico russo Vladmir Markovnikov formulou em 1870, o que é na atualidade conhecida como Regra de Markovnikov. A regra enuncia que na adição de HX a um alceno, o átomo de hidrogênio é adicionado ao átomo de carbono da ligação dupla que já tem maior número de átomos de hidrogênio (SOLOMONS, 2009). É importante destacar que o entendimento do mecanismo de reações orgânicas não pode ser resumido em uma regra. Portanto, é inútil para o estudante decorar qualquer regra na ilusão de poder explicar a formação de um produto. O objetivo do presente trabalho foi mostrar como a química computacional, juntamente com programas adequados de modelagem e visualização molecular, pode ser uma grande aliada no entendimento de mecanismos de reações orgânicas. Assim, na forma de um curso de extensão ministrado a alunos de graduação, propôs-se uma maneira de introduzir conceitos de modelagem molecular visando a elucidação e entendimento de mecanismos de reações de halidrificação em alcenos. Os conceitos estudados foram relacionados a propriedades estruturais e eletrônicas que estão envolvidas nos mecanismos das reações estudadas. Esta foi uma forma encontrada para contextualizar os conceitos, de maneira que fossem relacionados com suas aplicações, utilizando recursos computacionais para o cálculo de propriedades importantes para o estudo desenvolvido.

MATERIAL E MÉTODOS: A intervenção com o título “Modelagem molecular aplicada no ensino de reações orgânicas” foi realizada com acadêmicos de graduação dos cursos de Licenciatura em Química da Universidade do Estado do Amapa, Ciências Biológicas e Ciências Farmacêuticas da Universidade Federal do Amapá, totalizando 30 acadêmicos participantes da pesquisa. No primeiro momento foi realizada uma palestra em duas etapas, a primeira sobre o conceito de química computacional e modelagem molecular, origem e suas aplicações. Na segunda etapa foram abordados conceitos de reações de halidrificação. Foram estudados os mecanismos para as reações entre os substratos isoméricos de cadeia (C4H8) 2-buteno e 2-metilpropeno com os 04 (quatro) reagentes (HF, HCl, HBr e HI). A clássica regra de Markovnikov foi primeiro exemplo estudado. Na última etapa da intervenção aplicou-se o curso introdutório de modelagem molecular utilizando os softwares ChemSketch (ACD, 2010), Hyperchem (CHEMPLUS, 2000), Gaussian (FRISCH et al, 2003), GaussView (DENNINGTON, 2009) e Molekel (PLUKIGER, 2001). Os acadêmicos conheceram as ferramentas de cada software, que permitiram construir modelos de interações entre moléculas, rodar cálculos moleculares, isolar estruturas, calcular propriedades estéreo-eletrônicas, visualizar mapas de potencial eletrostático, analisar variações estruturais, localizar centros reativos e, consequentemente, elucidar o mecanismo de reação de halidrificação, fazendo comparação com a abordagem discutida nos livros-texto de química orgânica de ensino superior, possibilitando a revisão de conceitos fundamentais do mecanismo, baseando-se nos aspectos estereoquímicos, energéticos e termodinâmicos. Após a intervenção, avaliou-se o nível de satisfação dos acadêmicos através da aplicação de dois questionários.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Hessley (2004) argumenta com muita clareza todas as potencialidades possíveis do uso de softwares de modelagem molecular no ensino de química, pois estes auxiliam os alunos na visualização da natureza dinâmica de átomos, das ligações e das moléculas. Tais ferramentas, segundo a autora, abordam conceitos abstratos e de difícil apropriação por parte dos alunos, e que estão no cerne da base conceitual da química, tais como: distribuição de elétrons, tamanho de átomos e íons, diversos movimentos de ligações e formatos de orbitais moleculares, localização centros reativos e, consequentemente, descrever o mecanismo de reações químicas. Os questionários aplicados após a intervenção buscaram verificar as potencialidades da modelagem molecular no processo de ensino aprendizagem e do nível de satisfação dos acadêmicos participantes da pesquisa. Ao analisar os dados obtidos no primeiro questionário após a intervenção, evidencia-se as potencialidades da modelagem molecular no processo de ensino aprendizagem, a partir da visualização 3D das moléculas estudadas e realização cálculos de suas propriedades moleculares com o auxílio dos softwares. O histograma representado na Figura 1 mostra, além do nível de satisfação dos acadêmicos em relação a intervenção, que futuramente os softwares podem ser usados para atividades relacionadas a ensino-pesquisa-extensão. O histograma da Figura 2 apresenta os dados do último questionário, cujo objetivo foi verificar se os softwares ajudaram na elucidação e compreensão dos mecanismo de reações orgânicas de halidrificação em alcenos. Os dados obtidos revelaram que a abordagem utilizada foi muito significativa no sentido de facilitar o entendimento dos acadêmicos sobre os mecanismos reações orgânicas.

Figura 1.

Histograma: O curso foi satisfatório para que os softwares possam ser utilizados futuramente em atividades relacionadas a ensino-pesquisa-extensão.

Figura 2.

Histograma referente a elucidação e compreensão dos mecanismos de reações orgânicas de halidrificação com auxilio da modelagem molecular.

CONCLUSÕES: Fica evidente a importância da química computacional e modelagem molecular nos cursos que possuem disciplinas de química orgânica, uma vez que a aprendizagem dos conceitos que a compõe leva a uma compreensão mais detalhada de diversos fenômenos químicos. A partir dos resultados obtidos, pode-se sugerir que a realização desta atividade na forma de projeto é uma estratégia que pode ser bem sucedida devido à abordagem baseada em um tema atual, que desperta o interesse dos alunos e demonstra o alcance da teoria quântica e dos métodos computacionais na resolução de problemas químicos relevantes.

AGRADECIMENTOS: A Universidade do Estado do Amapá. A Universidade Federal do Amapá.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ACD/CHEMSKETCH FREWARE, version 12.00. Advanced Chemistry Development, Inc., Toronto, ON, Canadá, www.acdlabs.com, 2010

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