Pesquisas apontam que as abelhas podem estar contaminadas com pesticidas. Por esse motivo, a França baniu cinco pesticidas associados à morte desses animais, sendo considerada o primeiro pais a tomar uma atitude real para a preservação da espécie. Alguns dos pesticidas banidos foram:
Clotianidina
Tiametoxam
a) Indique as fórmulas moleculares dos pesticidas.
a) Indique as fórmulas moleculares dos pesticidas.
Passo 1
O enunciado fornece os três SMILES (cadeias SMILES) dos pesticidas e pede que se indique a fórmula molecular de cada um. Vou trabalhar na ordem em que os SMILES aparecem, associando nomes quando foram fornecidos:
- Molécula 1 (identificada como Clotianidina): SMILES =
CN/C(=N\[N+](=O)[O-])NCc1cnc(Cl)s1 - Molécula 2 (identificada como Tiametoxam): SMILES =
O=[N+]([O-])/N=C1\NCOCN1Cc1cnc(Cl)s1 - Molécula 3 (sem nome no enunciado): SMILES =
N#CN=C1SCCN1Cc1ccc(Cl)nc1
O objetivo é, para cada SMILES, contar todos os átomos (C, H, N, O, S, Cl, etc.) e apresentar a fórmula molecular na forma usual
.]
Passo 2
Como vou extrair a fórmula a partir do SMILES, explico o método que vou usar (passo-a-passo didático, sem pular etapas):
- Um SMILES descreve a conectividade dos átomos. Conto primeiro todos os átomos que aparecem explicitamente (C, N, O, S, Cl, etc.).
- Hidrogênios não aparecem quase nunca explicitamente no SMILES (são implícitos). Para descobrir quantos hidrogênios há, uso as valências típicas dos átomos: carbono
4 ligações, nitrogênio (neutro) 3 ligações, oxigênio 2, enxofre (na maior parte dos heterociclos simples) 2, halogênios (Cl, Br, …) 1. - Quando uma ligação é dupla conta-se como 2 ligações para o cálculo de valência; tripla conta como 3.
- Para átomos indicados entre colchetes com carga (ex.:
), a carga altera a contagem implícita de hidrogênios (mas normalmente nitro não tem H). - Para heterociclos/anel aromático (letras minúsculas em SMILES) a contagem de ligações explícitas é a que importa; se um átomo aromático tiver apenas duas ligações explícitas, será contado com um H implícito, etc.
- Procedimento prático: para cada átomo pesado (não-H) eu calculo: hidrogênios implícitos = (valência do átomo) − (número total de ligações explícitas, contando multiplicidades). Somo todos os H implícitos obtidos.
Faço um pequeno exemplo rápido (didático): SMILES (etanol). Assim funciona a regra.
CCO → átomos explícitos: 2 C e 1 O. Conectividades: primeiro C tem 1 ligação ao segundo C → precisa de 3 H; segundo C liga-se ao primeiro C e ao O → precisa de 2 H; O liga-se ao C → O tem valência 2, fica com 1 ligação explicita ao C e 1 par de elétrons (não H). Resultado:
Agora aplico essa regra, com cálculos explícitos, às três estruturas do enunciado.
Passo 3
SMILES:
CN/C(=N\[N+](=O)[O-])NCc1cnc(Cl)s1- Contagem dos átomos não-hidrogênio (leitura direta do SMILES):
- Carbonos: há um carbono metílico ligado ao N inicial (chamarei C1), o carbono central ligado ao grupo =N (C2), um grupo metileno entre uma N e o anel (C3) e o anel heteroaromático contém 3 carbonos aromáticos. Total de carbonos:
. - Nitrogênios: temos o N ligado ao metil (N1), o N da ligação C=N (N2), o N do grupo nitro
(N3), o N que liga ao metileno (N4) e o N aromático do anel (1). Total de nitrogênios: . - Oxigênios: o grupo nitro tem 2 oxigênios. Total O:
. - Enxofre: há 1 enxofre no anel (S):
. - Cloro: 1 átomo de Cl no anel:
.
- Agora calculo os hidrogênios implícitos átomo a átomo (valências padrão: C=4, N(neutro)=3, O=2, S≈2):
- C1 (metil ligado a N): liga 1 vez → H =
. - N1 (metilamino, liga a C1 e a C2 → 2 ligações) → H =
. - C2 (carbono ligado a N1 (1), ligado por dupla a N2 (2), e ligado a N4 (1): soma de ligações = 4) → H =
. - N2 (imino): liga por dupla a C2 (2) e simples a N3 (1) → ligações = 3 → H =
. - N3 (nitro,
): não tem H (ligações às duas O e à N2) → H = 0. - N4 (amino ligado a C2 e a C3 → 2 ligações) → H =
. - C3 (methylene que conecta N4 ao anel) liga a N4 e ao átomo do anel → 2 ligações → H =
. - Anel (c1cnc(Cl)s1): analisando ligações aromáticas, os três carbonos aromáticos e o nitrogênio aromático/sulfonídeo implicam que somente um dos carbonos aromáticos tem hidrogênio implícito (os outros carbonos estão substituídos ou ligados externamente). Portanto soma de H no anel =
.
-
Soma dos hidrogênios:
. -
Fórmula final para a Clotianidina:
.]
Passo 4
SMILES:
O=[N+]([O-])/N=C1\NCOCN1Cc1cnc(Cl)s1- Contagem dos átomos não-hidrogênio (leitura do SMILES):
- Anotações: há um grupo nitro
(2 O e 1 N), ligado a uma unidade =N–C que faz parte de um anel heterocíclico de seis membros do tipo N–C–O–C–N–C (um anel parcialmente saturado com um oxigênio). Além disso há um grupo metileno ligando esse anel ao mesmo anel tio-aromático (c1cnc(Cl)s1) já visto antes. - Carbonos: anel oxigenado (tem 3 carbonos nele), o metilenoconecção (1 C) e o anel tio-aromático (3 C) → total de carbonos =
. - Nitrogênios: nitro (1), a iminona ligada ao anel (1), dois nitrogênios no anel oxigenado (2) e o nitrogênio do anel tio-aromático (1) → total N =
. - Oxigênios: 2 do nitro + 1 do anel (éter) → total O =
. - Enxofre:
. - Cloro:
.
- Hidrogênios implícitos (valências e ligações contando ligações múltiplas):
Analisando átomo a átomo (contando ligações explícitas no SMILES):
- No anel, o átomo de carbono ligado por dupla ao N (o
C) tem ligações suficientes para não levar H. - Os carbonos alifáticos do anel (não dupla) terão tipicamente 2 hidrogênios cada (são CH2).
- O nitrogênio do anel que fecha a cadeia e fica ligado externamente ao metileno terá 3 ligações explícitas e, portanto, H = 0.
- O metileno que conecta ao anel tio-aromático é um CH2 → 2 H.
- No anel tio-aromático (c1cnc(Cl)s1) o padrão é o mesmo do caso anterior: o anel contribui com 1 H implícito (apenas um carbono aromático livre de substituição/ligação externa).
Somando hidrogênios (detalhadamente contabilizados durante a análise): total H =
.
- Fórmula final para a Tiametoxam:
.
Passo 5
SMILES:
N#CN=C1SCCN1Cc1ccc(Cl)nc1- Contagem dos átomos não-hidrogênio:
- Há um grupo cianeto (nitrilo)
N#C(1 C e 1 N), ligado a uma unidade iminoN=que inicia um anel tio-heterocíclico de cinco membros contendo S (estrutura do tipo C–S–C–C–N). Esse anel liga-se por um metileno a um anel aromático substituído por Cl e com um N aromático (análogo a uma aril-piridina). - Carbonos: nitrílico (1), anel tio-alifático (2 carbonos alifáticos + 1 carbono que participa da dupla com N) → total no anel pequeno 3, metileno ligante (1), anel aromático = 5 → soma total de carbonos =
. - Nitrogênios: nitrilo N (1), imino N (1), N do anel pequeno (1) e N do anel aromático (1) → total N =
. - Enxofre:
. - Cloro:
. - Oxigênios: nenhum.
- Hidrogênios implícitos (valências):
- Os carbonos alifáticos do anel pequeno que não estão em ligações múltiplas são CH2 → cada um 2 H.
- O metileno ligante à arila é CH2 → 2 H.
- No anel aromático (uma piridina substituída por Cl e ligada ao metileno), os carbonos aromáticos não substituídos contribuem com 3 hidrogênios totais (três carbonos com 1 H cada, pois um carbono está ligado ao metileno e outro ao Cl).
- O nitrilo e os nitrogênios imino/heterocíclicos não carregam Hs extras de acordo com a contagem de ligações explícitas.
Somando:hidrogênios.
- Fórmula final para a Molécula 3:
.