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.