A queda do Vitalismo e a química do Carbono

Voltando cerca de 3 bilhões de anos atrás, a terra tinha boas condições para começar sua vida...temperatura ideal e estável, energia solar abundante, massa suficiente para reter uma atmosfera propícia e os poucos ingredientes que compões basicamente toda forma de vida: Carbono, Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio. Acredite...esses quatro elementos estão presentes em 98% dos tecidos vivos.

Esquema da química da evolução da vida
Fonte: http://www.mma.gov.br/port/cgmi/nossoamb/agua/agua/ndx04.html

Como a vida começou? Segundo Alexandre Oparin, químico russo, as primeiras moléculas orgânicas, chamados de precursores da vida, aparecerem em um mundo que dispunha de pouco ou nenhum oxigênio. A atmosfera era, então, formada por vapor de água, dióxido de carbono, nitrogênio, amônia e metano. O sol iluminava a Terra, nuvens formavam-se, os raios e a chuva caíam. As substâncias radioativas decaíam, adicionando sua energia à do ambiente. Segundo Oparin, foi neste ambiente hostil e caótico que as primeiras moléculas orgânicas formaram-se e vida parecia possível. Os gases decompuseram-se e as reações químicas mais complexas foram ocorrendo.

Jöns Jacob F. Berzellius
(1779-1848)

Em 1807, o químico sueco Jöns J. F. von Berzellius foi o primeiro a utilizar o termo composto orgânico para descrever substâncias extraídas, exclusivamente, de material vivo, ou seja, de sistemas organizados. Berzellius foi médico, químico e professor sueco, nascido em Väfversunda Sörgard, próximo a Linkoping. Foi ainda inventor dos símbolos químicos e considerado um dos fundadores da Química moderna. Desenvolveu seus primeiros estudos em Linkoping, formou-se em medicina na Universidade de Uppsala e doutorou-se Universidade de Estocolmo em 1802. Com seu interesse por química das correntes elétricas, publicou resultados de pesquisas sobre os efeitos do galvanômetro e em 1807 tornou-se professor de botânica e farmácia em Estocolmo. 

Berzellius acreditava que os compostos orgânicos possuíam uma "força vital", além dos elementos químicos que os compunham, e que seria impossível sintetizar compostos orgânicos a partir dos seus elementos tanto quanto converter a matéria inorgânica em uma criatura viva. 

Frederich Wöhler
(1800-1882)

Entretanto, a popularidade da teoria da "força vital" ou "teoria do vitalismo" foi diminuindo na medida que as evidências analíticas iam se acumulando e mostrando que as leis usuais válidas para os materiais inorgânicos, tais como as leis das proporções múltiplas, funcionavam também para os compostos orgânicos.

A teoria da força vital sofreu um severo golpe em 1828, quando um químico alemão,nascido em Eschersheim, próximo de Frankfurt, Frederich Wöhler, discípulo e grande amigo de Berzellius, descobriu que a evaporação de uma solução aquosa do cianato de amônio, um sal inorgânico, produzia uréia, idêntica ao produto natural. Era a síntese de um composto orgânico típico, a partir de um composto inorgânico típico, sem a interferência de um organismo vivo que lhe comunicasse a "força vital". Wöher estudou medicina na Universidade de Heidelberg, mas mudou para química em 1824 e deu outras contribuições para química como a obtenção do o alumínio metálico a partir da argila no ano de 1827 e descobriu o berílio e a obtenção do acetileno a partir do carbonato de cálcio em 1828. Também se dedicou bastante à divulgação da Química: traduziu para o alemão o Tratado de Química de Berzelius e fundou, junto com Liebig, a revista Anais de Química e Farmacologia.

Então, hoje conhecemos a Química Orgânica, como a Química do Carbono. Mas por que o carbono? O carbono é o elemento essencial, isto é, em torno do qual desenvolveu-se a química da vida. AS proteínas por exemplo, apenas um dos tipos de compostos de carbono, existem em uma variedade surpreendente de forma e funções. São moléculas complexas, com massas moleculares que vão de alguns milhares a milhões. Conhece-se a estrutura completa de cerca de um pouco mais de 50 proteínas, e só recentemente foi possível sintetizar uma das mais simples em laboratório. 

Mas por que o carbono é tão apropriado aos processos vitais? Por que nenhum dos outros elementos conhecidos? Encontramos a resposta quando examinamos a estrutura atômica do carbono, pois é esta estrutura que lhe permite a formação de uma enorme variedade de compostos muito maior do que dos demais elementos. O carbono apresenta 4 elétrons na camada de valência (última camada). Cada um desses elétrons pode ser compartilhado com outros elementos que sejam capazes de completar suas camadas eletrônicas por meio de ligações covalentes. Nitrogênio, Oxigênio e Hidrogênio estão entre os elementos que podem se ligar desta maneira aos átomos de Carbono.

A característica mais importante do átomo de carbono, que o distingue de todos os demais elementos (exceto silício) e que explica seu papel fundamental na origem da evolução da vida, é sua capacidade de partilhar elétrons com outros átomos de carbono para formar ligações carbono-carbono. Este fenômeno simples éa base da Química Orgânica. É ele que permite a formação de estruturas lineares, ramificadas, cíclicas com a participação de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio e outros átomos capazes de formar ligações covalentes. Apenas aqueles poucos elementos que contém quatro elétrons em sua camada de valência são capazes de formar ligações covalentes repetitivas com o mesmo elemento. Destes, silício é o único elemento, além do carbono, capaz de formar tais ligações de forma semelhante. Porém, compostos contendo ligações silício-silício não resistem a atmosfera oxigenada da Terra, oxidando-se para formar sílica (óxido de silício), o principal constituinte da areia e do quartzo, materiais incapazes de sustentar a vida. Assim, pelo menos em nosso planeta, apenas o carbono é capaz de fornecer a espinha dorsal dos compostos moleculares dos seres vivos.

Exemplos de alguns compostos orgânicos

Fonte: ALLINGER, N. L. Química Orgânica. LTC ed. 1976.