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QUÍMICA CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS Antonio César Baroni Santoro Descrever processos químicos de diversas classes de compostos orgânicos de importância industrial, ambiental e laboratorial. REAÇÕES ORGÂNICAS Capítulo 1 Reações de fermentação e oxidação 2 Capítulo 2 Reações de ésteres 21 Capítulo 3 Reações de desidratação e eliminação 45 Capítulo 4 Polímeros 61 S F 11 /S h u tt e rs to ck Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 1 8/7/18 9:25 AM ► Defi nir e reconhecer reações de fermentação. ► Examinar as reações de oxidação/redução nos compostos orgânicos e conhecer algumas de suas mais importantes aplicações. Principais conceitos que você vai aprender: ► Reação de oxirredução ► Oxidação ► Redução ► Agente oxidante ► Agente redutor ► Álcool primário ► Álcool secundário ► Álcool terciário ► Oxidação branda ► Ozonólise ► Oxidação enérgica 2 OBJETIVOS DO CAPÍTULO B ackground y/S h u tte rsto ck 1 REAÇÕES DE FERMENTAÇÃO E OXIDAÇÃO Cio da Terra [...] Decepar a cana Recolher a garapa da cana roubar da cana a doçura do mel Se lambuzar de mel [...] BUARQUE, C.; NASCIMENTO, M. Cio da Terra. Intérprete: Chico Buarque. In: CHICO 50 anos - O cronista. [S.l.]: Polygram/Philips, 1994. 1 CD. Faixa 3. A história da transformação da cana-de-açúcar, no Brasil, começa no século XVI com o início do ciclo da cana-de-açúcar. Mas já se foi o tempo em que a cana-de-açúcar produzia apenas açúcar e aguardente como subprodutos. Hoje, temos a indústria alcoolquímica (ou biorrefi narias) em que a cana-de-açúcar é transformada em diversas substâncias químicas, por meio de reações químicas muitas vezes promovidas pela ação de microrganismos, como fungos e bactérias. O quadro mostra algumas das substâncias químicas que podem ser obtidas no proces- samento da cana-de-açúcar em uma biorrefi naria. etilenoglicol dietilenoglicol óxido de etileno éter etílico polietileno monoetanolamina dicloroetileno 1,2-etanodiamina cloroetano acetato de celulose acetamida anidrido acético carbonato de dietila butadieno ácido acético butanol acetato de butila Ácido acético O OH Bioetanol OH Acetaldeído O H Etileno Química Nova, v. 34, n. 7, 1242-1254, 2011. (Adaptado.) O processamento da cana-de-açúcar nessas biorrefi narias é muito importante por ser uma alternativa viável para a substituição do petróleo, usado como fonte de matéria-pri- ma para as indústrias de transformação. Além disso, os resíduos gerados na transforma- ção de toda biomassa ainda podem ser usados para a obtenção de energia usada na pró- pria biorrefi naria e, havendo excedente, este é incorporado à rede de distribuição. • Os processos de obtenção de açúcar e álcool, a partir da cana-de-açúcar, em uma bior- refi naria, são classifi cados como físicos ou químicos? Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 2 8/7/18 9:25 AM 3 Q U ÍM IC A Fermenta•‹o A fermentação é um processo metabólico de transformação de uma substância em outra, com o intuito de se produzir energia. É feita por microrganismos – tais como fungos e bactérias – quer na presença de oxigênio (fermentação aeróbia), quer na sua ausência (fermentação anaeróbia). Uma importante fonte de energia para os processos vitais do organismo humano são açúcares como a glicose – classifi cada como açúcar primário ou ose. No entanto, na nature- za não há grande disponibilidade de açúcares primários (monossacarídios), tais como a gli- cose e a frutose. Esses devem ser produzidos por uma reação prévia de quebra de açúcares (como a sacarose ou amido) em presença de água. A essa reação dá-se o nome de hidrólise. C 12 H 22 O 11 + H 2 O levedura invertase → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Sacarose Água Glicose Frutose A transformação do açúcar produzido – com ou sem a presença de oxigênio – sem- pre gerará ácido pirúvico, ponto de partida para o surgimento de várias substâncias, tais como álcool, ácido láctico ou até mesmo ácido acético. Assim, dependendo do produto fi nal, classifi camos os processos de fermentação em três tipos: fermentação alcoólica, fermentação láctica e fermentação acética. 1 1 Fermentação alcoólica A fermentação alcoólica é um processo de transformação química de açúcares (especial- mente a glicose) em etanol e dióxido de carbono, realizada por microrganismos. É anaeróbia, pois se desenvolve na ausência de oxigênio. A liberação de CO 2 dá ao processo a impressão de fervura, daí o nome de fermenta•‹o (do latim fermentare), atribuído por Louis Pasteur. C 6 H 12 O 6 levedura zimaze → 2H3C — CH2 — OH + 2CO2 + energia Glicose Etanol Gás carbônico O processo de transformação da glicose das plantas em álcool, tal como acontece no pro- cesso de fabricação da cerveja, ocorre com liberação de energia, logo é tipicamente exotérmico. De forma similar, a fermentação alcoólica também é empregada no preparo da massa do pão e do bolo, em que os fermentos das leveduras ou fungos consomem o açúcar obtido do amido da massa do pão, liberando gás carbônico, com consequente aumento do volume da massa. Fermentação láctica Fermentação láctica é o processo metabólico anaeróbio (sem a presença de oxigênio) no qual os açúcares são parcialmente oxidados, resultando em liberação de energia (pro- cesso exotérmico) e na produção de compostos orgânicos, principalmente do ácido lácti- co. Um grupo de microrganismos, denominado bactérias ácido-lácticas, é o responsável pela transformação e assume importante papel na produção e conservação de produtos alimentares. Os iogurtes, por exemplo, são produzidos pela fermentação láctica, em que as bactérias, nesse caso os lactobacilos, produzem ácido láctico. A reação pode ser simplifi cadamente, assim representada: C 6 H 12 O 6 O OH OH 2H 3 C — CH — C + energia Glicose çcido l‡ctico Outro exemplo de fermentação láctica ocorre nos músculos: a realização de atividade física intensa provoca escassez de oxigênio, pois ocorre aumento do seu consumo du- rante a “queima” dos carboidratos para a produção de energia. Isso leva à fermentação anaeróbia, com consequente formação e acúmulo de lactato (ácido láctico), sentido por meio de cãibras. Curiosidade 1 A reação de hidrólise da sacarose é conhecida como a produção do açúcar invertido. A sacarose apresenta atividade óptica dextrogira, desviando o plano da luz polarizada para a direita (α = + 66,5°), enquanto a mistura gerada tem característica oposta, invertendo o plano de desvio da luz polarizada para a esquerda (levogira: α = –39,6°). Observação 1 A fermentação anaeróbia é 18 vezes menos efi ciente, em termos de energia, que a fermentação aeróbia. Defi nição Leveduras : fungos capazes de realizar fermentação. Os dois produtos de sua fermentação de açúcares são muito importantes comercialmente. O CO 2 formado é responsável pelo crescimento de pães, bolos, etc.; e o etanol é um importante componente do vinho e da cerveja. Cãibras : contrações involuntárias e dolorosas do músculo esquelético por causa da produção de ácido láctico, decorrente da ausência de oxigênio no tecido muscular. Mulher esticando a musculatura da perna de um homem para aliviar a dor causada pelas cãibras. J a c o b L u n d /S h u tt e rs to c k Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 3 8/7/18 9:25 AM 4 CAPÍTULO 1 Fermentação acética A fermentação acética é um processo de oxidação do etanol, em que o produto fi nal é o ácido acético. É um processo empregado na produção de vinagre comum e do ácido acético industrial. As acetobactérias são as responsáveis pela transformação do álcool em ácido acético e CO 2 . Resumidamente, a formação do ácido acético acontece em duas etapas. Na primei- ra ocorre a fermentação alcoólica, em que, a partir da glicose, obtêm-se álcool etílico e gás carbônico anaerobicamente. Na segunda, o álcool etílico então obtido sofre oxidação, usando oxigênio comoagente aceptor de elétrons, por meio de bactérias acéticas. Daí se conclui que a fermentação acética é um processo aeróbio. Assim, de forma resumida, podemos representar as etapas da reação: C 6 H 12 O 6 2H 3 C — CH 2 — OH + 2CO 2 + energia Glicose Ácido acético Gás carbônico 2H 3 C — CH 2 — OH [O] [O] O OH 2H 3 C — C C 6 H 12 O 6 + 2CO 2 + energia O OH 2H 3 C — C Fermentação alcoólica Reação de oxidação Fermentação acética O vinagre é uma solução aquosa com, aproximadamente, 4% de ácido acético. Atividades 1. Explique a diferença entre a fermentação aeróbia e a fer- mentação anaeróbia. 2. (ITA-SP) Em relação à sacarose, são feitas as seguintes afi r- mações: I. É uma substância apolar. II. É muito solúvel em benzeno. III. Por hidrólise, 1 mol de sacarose fornece 2 mol de dextrose. IV. Suas soluções aquosas não apresentam condutividade elétrica apreciável. V. Suas soluções aquosas podem girar o plano de polari- zação da luz. Das afi rmações, estão corretas: a) todas. b) apenas I, III e V. c) apenas I, II e III. d) apenas II e IV. e) apenas IV e V. 3. (Unimontes-MG) A sacarose é o carboidrato mais abundan- te na natureza. No processo de fermentação da sacarose para a produção de álcool, faz-se necessário decompô-la em seus componentes mais simples, pois a levedura não é capaz de utilizá-la em sua forma integral, como mostrado no processo a seguir. C 12 H 22 O 11 + H 2 O invertase → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Sacarose Glicose Frutose Essas hexoses, por ação da levedura, dão origem ao ál- cool etílico, liberando gás carbônico e calor. C 6 H 12 O 6 levedura → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 56 kcal Em relação às substâncias e ao processo de obtenção de álcool, assinale a alternativa correta. a) A obtenção de álcool etílico é catalisada pela enzima invertase. b) A obtenção de álcool etílico a partir da sacarose é en- dotérmica. c) A hidrólise da sacarose produz uma mistura equimolar de isômeros. d) A hidrólise da sacarose produz dois monossacarídios, cetoses. S h u le v s k y y V o lo d y m y r/ S h u tt e rs to ck Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 4 8/7/18 9:25 AM 5 Q U ÍM IC A 4. (Fatec-SP) Se as células musculares podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou da fermentação, quan- do um atleta desmaia após uma corrida de 1 000 m por falta de oxigenação adequada de seu cérebro, o gás oxigê- nio que chega aos músculos também não é sufi ciente para suprir as necessidades respiratórias das fi bras musculares, que passam a acumular: a) glicose. b) ácido acético. c) ácido láctico. d) gás carbônico. e) álcool etílico. 5. (PUC-RS) Durante o processo da fotossíntese realizada por plantas verdes, a energia luminosa do Sol força a formação de glicose a partir do dióxido de carbono e água. Com relação a essa transformação, pode-se afi rmar: I. Há formação de gás carbônico e álcool combustível. II. Ocorre com absorção de calor, portanto trata-se de um processo endotérmico. III. Ocorre transformação de energia luminosa e calorífi ca em energia química. IV. A equação que representa essa transformação é: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 w 6CO 2 + 6H 2 O + energia As afi rmativas corretas são: a) III e IV b) II e IV c) II e III d) I e III e) I e II 6. (Enem) No processo de fabricação de pão, os padeiros, após prepararem a massa utilizando fermento biológico, separam uma porção de massa em forma de “bola” e a mergulham num recipiente com água, aguardando que ela suba, como pode ser observado, respectivamente, em I e II do esquema a seguir. Quando isso acontece, a massa está pronta para ir ao forno. I II Um professor de Química explicaria esse procedimento da seguinte maneira: a bola de massa torna-se menos densa que o líquido e sobe. A alteração da densidade deve-se à fermentação, processo que pode ser resumido pela se- guinte equação: C 6 H 12 O 6 w 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + energia Glicose Álcool Gás comum carbônico Considere as afi rmações a seguir. I. A fermentação dos carboidratos da massa de pão ocorre de maneira espontânea e não depende da exis- tência de qualquer organismo vivo. II. Durante a fermentação, ocorre produção de gás car- bônico, que se vai acumulando em cavidades no inte- rior da massa, o que faz a bola subir. III. A fermentação transforma a glicose em álcool. Como o álcool tem maior densidade do que a água, a bola de massa sobe. Dentre as afi rmativas, apenas: a) I está correta. b) II está correta. c) I e II estão corretas. d) II e III estão corretas. e) III está correta. 7. (PUC-PR) Analise as afi rmações abaixo, relativas ao proces- so do metabolismo energético: I. Fermentação, respiração aeróbica e respiração anaeró- bica são processos de degradação das moléculas orgâ- nicas em compostos mais simples, liberando energia. II. Todos os processos de obtenção de energia ocorrem na presença do oxigênio. III. A energia liberada nos processos do metabolismo energético é armazenada nas moléculas de ATP. IV. No processo de fermentação, não existe uma cadeia de aceptores de hidrogênio, que está presente na res- piração aeróbica e anaeróbica. V. Na respiração aeróbica, o último aceptor de hidrogê- nio é o oxigênio, enquanto na respiração anaeróbica é outra substância inorgânica. VI. Na fermentação, a energia liberada nas reações de degradação é armazenada em 38 ATPs, enquanto na respiração aeróbica e anaeróbica é armazenada em 2 ATPs. Estão corretas: a) I, III, IV, V b) I, III, V, VI c) I, IV, V, VI d) I, II, IV, V e) I, II, III, IV Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 5 8/7/18 9:25 AM 6 CAPÍTULO 1 8. +Enem [H23] A fermentação é um processo importante para a indústria alimentícia, uma vez que possibilita a fabricação de produtos como pães, cerveja, iogurte e queijos. Esses produtos são formados por diferentes modos de fermentação, sendo o iogurte e o queijo formados a partir da: a) fermentação alcoólica. b) fermentação simples. c) fermentação glicosídica. d) fermentação complexa. e) fermentação láctica. Complementares Tarefa proposta 1 a 10 9. Exercícios musculares intensos consomem grande quanti- dade de oxigênio, fazendo com que ocorra a fermentação anaeróbia da glicose, produzindo ácido láctico (composto orgânico com três átomos de carbono e funções ácido carboxílico e álcool secundário). Represente essa equação química. 10. (Fuvest-SP) No preparo de certas massas culinárias, como pães, é comum adicionar-se um fermento que, dependen- do da receita, pode ser o químico, composto principal- mente por hidrogeno carbonato de sódio (NaHCO 3 ), ou o fermento biológico, formado por leveduras. Os fermentos adicionados, sob certas condições, são responsáveis pela produção de dióxido de carbono, o que auxilia a massa a crescer. Para explicar a produção de dióxido de carbono, as se- guintes afi rmações foram feitas: I. Tanto o fermento químico quanto o biológico reagem com os carboidratos presentes na massa culinária, sendo o dióxido de carbono um dos produtos dessa reação. II. O hidrogenocarbonato de sódio, presente no fermento químico, pode se decompor com o aquecimento, ocor- rendo a formação de carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ), água e dióxido de carbono. III. As leveduras, que formam o fermento biológico, me- tabolizam os carboidratos presentes na massa culiná- ria, produzindo, entre outras substâncias, o dióxido de carbono. IV. Para que ambos os fermentos produzam dióxido de carbono, é necessário que a massa culinária seja aque- cida a temperaturas altas (cerca de 200 °C), alcança- das nos fornos domésticos e industriais. Dessas afi rmações, as que explicam corretamente a pro- dução de dióxido de carbono pela adição de fermento à massa culinária são apenas: a) I e II b) I, II e III c) II, III e IV d) I e III e) II e IV 11. (UFRGS-RS) O bloco superior a seguir apresenta quatro equações de processosmetabólicos dos seres vivos; o in- ferior, os nomes de três desses processos. Associe adequadamente o bloco inferior ao superior. 1. glicose + O 2 w CO 2 + H 2 O + ATPs 2. glicose + nitrato w CO 2 + H 2 O + N 2 + ATPs 3. glicose w C 2 H 5 OH + CO 2 + ATPs 4. glicose w CH 3 CH(OH)COOH + ATPs ( ) Fermentação láctica ( ) Respiração aeróbia ( ) Fermentação alcoólica A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) 1 – 2 – 3 b) 2 – 3 – 1 c) 2 – 3 – 4 d) 4 – 1 – 3 e) 4 – 3 – 2 12. (Unicamp-SP) Leia o texto. [...] Os nossos heróis estranharam a presença dos dois copos sobre a mesa, indicando que teria passado mais alguém por ali. Além disso, havia leite e, pela fi cha ca- dastral, eles sabiam que o guarda não podia tomá-lo, pois sofria de defi ciência de lactase, uma enzima presen- te no intestino delgado. Portanto, se o guarda tomasse leite, teria diarreia. Na presença de lactase, a lactose, um dissacarídio, reage com água, dando glicose e galactose, monossacarídios. a) Complete a equação a seguir, que representa a trans- formação do dissacarídio em glicose e galactose: C 12 H 22 O 11 + w + C 6 H 12 O 6 b) Se, com a fi nalidade de atender as pessoas defi cientes em lactase, principalmente crianças, um leite for trata- do com a enzima lactase, ele terá o seu “índice de do- çura” aumentado ou diminuído? Justifi que. Lembre- -se de que o “poder edulcorante” é uma propriedade aditiva e que traduz quantas vezes uma substância é mais doce do que o açúcar, considerando-se massas iguais. A lactose apresenta “poder edulcorante” 0,26, a glicose 0,70 e a galactose 0,65. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 6 8/7/18 9:25 AM 7 Q U ÍM IC A Oxidação Durante os processos de transformação orgânica deve-se ter como referencial o que acontece com o átomo de carbono: alterações de qualquer natureza, tais como mudança na sua geometria, mudança na sua hibridação, na sua polaridade molecular e também em seu número de oxidação. As reações de oxidação orgânica são processos de oxirredução em que o carbono da cadeia é oxidado, sendo seu composto o agente redutor. Assim, le- vamos em consideração o aumento do número de oxidação de um átomo de carbono na cadeia como o fator determinante de um processo de oxidação. Com isso, o carbono pode estar mais oxidado ou mais reduzido, dependendo do novo átomo ligado a ele ou ao novo número de ligações realizadas. Genericamente, podemos determinar que o carbono sofrerá oxidação quando: • ocorrer diminuição do número de átomos de hidrogênio ligados a ele; • ocorrer aumento do número de átomos mais eletronegativos ligados a ele; • ocorrer aumento do número de ligações entre o carbono e elementos mais eletrone- gativos. 1 O carbono apresenta uma amplitude de número de oxidação (nox) que varia entre –4 e +4. Lembrando conceitos de oxidação e redução, podemos dizer que ocorrerá oxidação quando houver aumento do nox do carbono. Veja a seguir uma análise da variação do número de oxidação do carbono em relação ao tipo de estrutura. nox C : – 4 CH 4 nox C : – 3 H 3 C — CH 3 nox C : – 2 H 2 C CH 2 nox C : – 1 HC — CH Diminuição proporcional do número de H em relação ao número de C Note que, quando se varia de metano a acetileno, o número de oxidação do carbono aumenta, à medida que diminui o número de átomos de hidrogênio. H 3 C — C H 2 nox C : +1 OH H 3 C — C O H nox C : +2 H 3 C — C O CH 3 nox C : +3 H 3 C — C O OH nox C : +4 O C O H 3 C — C H 2 Cl H 3 C — CH Cl Cl C ClCl CH 3 H 3 C ClCl Cl H 3 C — C Cl — C — Cl Cl ClAumento proporcional do número de O em relação ao número de C Aumento proporcional do número de átomos mais eletronegativos em relação ao número de C nox C : –1 Atenção 1 Relembrando alguns conceitos: ► Escala de eletronegatividade (capacidade que um átomo tem de atrair para si elétrons de ligação química) de Linus Pauling: FONCl Br ISCPH Eletronegatividade aumenta ► O cálculo do número de oxidação de carbonos, nas substâncias orgânicas, é determinado avaliando-se a eletronegatividade entre dois átomos. O mais eletronegativo tende a ganhar elétrons e a adquirir uma carga negativa para cada elétron recebido; o menos eletronegativo tende a adquirir uma carga positiva para cada elétron doado. Veja a seguir alguns exemplos. H C O –2 H+1 +1 +2 –1 –1 +1 0 H C O –2 O –1 –1 O –1 –1 +2 –1 +1 +1 H HC H H H C H H +1 +1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –4 Cl ClC Cl Cl –1 –1 –1 +1 +1 +1 +1 –1 +4 H H +1 +1 +1 +1 –1 –1 –1 +1 –2 +2 Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 7 8/7/18 9:25 AM 8 CAPÍTULO 1 Quando comparamos os compostos oxigenados, notamos que, à medida que aumen- ta o número de oxigênios (ou o número de ligações entre oxigênio e carbono), o nox do carbono aumenta, novamente indicando oxidação. Da mesma forma, ao se aumentar o número de átomos de cloro, em uma sequência de compostos halogenados, o carbo- no ao qual os halogênios estão ligados está sendo oxidado. É importante percebermos que, quando o nox do carbono é igual, diferentes compostos estão no mesmo estado de oxidação, ou seja, quando transformamos cloroetano em etanol, não há oxidação, e sim substituição. Veja a equação a seguir. H 3 C — CH 2 — Cl + KOH H 3 C — CH 2 — OH + KCl Não houve variação do nox alcoólico –1 –1 Oxidação de alcenos As reações de oxidação em compostos insaturados estão entre as mais importantes da química orgânica. Além de gerarem compostos importantes como o ácido acético, ace- tona e outros, possibilitam a identifi cação de substâncias e até a identifi cação da posição das insaturações ao longo da cadeia carbônica. As oxidações de alcenos são agrupadas em três classifi cações: oxidação branda, oxida- ção enérgica e ozonólise. Na primeira, apenas uma das ligações da insaturação (ligação π) é rompida, gerando um composto de adição. Nas outras duas, a molécula do alceno é lite- ralmente quebrada em duas ou mais partes, dependendo do número de ligações duplas presentes na cadeia. Oxidação branda Oxidação branda, como a própria denominação diz, é uma reação que, além de envol- ver menor quantidade de energia (“branda”), preserva a estrutura da cadeia carbônica. Tem o alceno como agente redutor e o permanganato de potássio (KMnO 4 ) em solução bá- sica diluída como agente oxidante. Esse agente se hidrolisa, liberando o oxigênio atômico para atacar a ligação π da dupla-ligação, de acordo com a equação: 2KMnO 4 + H 2 O w 2KOH + 2MnO 2 r + 3[O] O produto dessa oxidação é um diálcool vicinal, também chamado de glicol. Assim, podemos fazer a equação da oxidação branda do eteno (etileno). H 2 C CH 2 A frio Etileno Etilenoglicol H 2 C — CH 2 OH OH [O] OH– 1 1 A reação de oxidação branda é empregada também para diferenciar alcenos e ciclanos isômeros. O reagente usado é chamado de Baeyer e é solução de permanganato de potás- sio, em meio básico, a frio. Os ciclanos não reagem, e os alcenos formam diálcoois vicinais, descolorindo a solução de permanganato. Veja as reações simplifi cadas. H 2 C — CH — CH 3 H 2 C CH — CH 3 H 2 C — CH 2 Ciclano Diálcool vicinalAlceno Não reage ∴ teste negativo Reage ∴ teste positivo OH OH KMnO 4 OH–, a frio KMnO 4 OH–, a frio C H 2 Observação 1 Ligações sigma (σ): é a primeira ligação entre dois átomos – ela é espacialmente uma ligação frontal. Ligação pi (π): é a segunda ou terceira ligação entre dois átomos – espacialmente é uma ligação lateral. Para o etileno: C C H H σ σ σ σ σ H H π Curiosidade 1 O etilenoglicol é um composto químico muito usado como aditivo em água de radiador automotivo, evitando tanto o congelamento quanto a fervura da água. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 8 8/7/18 9:25 AM 9 Q U ÍM IC A Oxidação enérgica A oxidação enérgica, também conhecida como oxidaçãoenergética, é uma reação mui- to empregada em laboratórios para a determinação do posicionamento das insaturações de hidrocarbonetos insaturados. Nessa oxidação usa-se como oxidante o permanganato de potássio a quente em meio ácido e concentrado. Ocorre a seguinte reação com o oxidante: 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 w K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O + 5[O] Por envolver uma quantidade de energia maior que a branda e uma “concentração” maior de oxigênios atômicos, ocorrerá quebra integral da ligação dupla, separando-se a molécula em partes menores. Os produtos dessas oxidações dependerão da classifi cação do átomo de carbono que compõe a dupla-ligação. De forma geral, podemos escrever que: C primário w gera CO 2 e H 2 O como produtos. C secundário w gera ácido carboxílico como produto. C terciário w gera cetona como produto. Assim, analisando os hidrocarbonetos a seguir, poderemos determinar facilmente os produtos de suas oxidações enérgicas. H 2 C CH — CH 2 — CH 3 Ácido etanoico (ácido acético) Ácido propanoico Ácido carboxílico Butanona H 3 C — CH C — CH 2 — CH 3 H 3 C — C + C — CH 2 — CH 3 O OH C secundário C terciário CH 3 CH 3 O HO [O] enérgica Cetona CO 2 — H 2 O < H 2 CO 3 > + C — CH 2 — CH 3 C primário C secundário O [O] enérgica Ácido carboxílico Ozonólise Quando o ozônio é borbulhado em uma solução contendo um composto insaturado (alceno), os três oxigênios da molécula, por apresentarem grande eletronegatividade, ata- cam de maneira intensa a nuvem eletrônica que compõe a dupla-ligação. Nesse estágio não ocorre quebra da cadeia, mas, sim, o surgimento de um composto intermediário de- nominado ozonídio, com os oxigênios compondo uma estrutura cíclica, muito instável, no meio da cadeia. Alceno O H O O H 3 C — CH 2 — CH CH 2 + O 3 C secundário C primário Ozonídio H 3 C — CH 2 — C CH 2 Como a reação é realizada em solução aquosa, por causa da instabilidade da estrutura, ocorre forte processo de hidró lise, quebrando a molécula do alceno em partes menores. A liberação de um dos átomos de oxigênio promove a formação de água oxigenada como subproduto. Em razão disso, emprega-se zinco metálico em pó para destruí-la, uma vez que o peróxido pode dar continuidade ao processo de oxidação, oxidando o aldeído produzido a ácido carboxílico. O O O H 3 C — CH 2 — HC Ozonídio Água Propanal (aldeído) Metanal (aldeído) Água oxigenada CH 2 + H 2 O + H 2 O 2 H 3 C — CH 2 — C O H + HC O H 1 1 Observação 1 O gás ozônio (O 3 ) é gerado em laboratório por um equipamento chamado ozonizador, no qual uma descarga elétrica gera de 3% a 4% de ozônio a partir de um fl uxo contínuo de oxigênio seco. Curiosidade 1 Particularidades do ozônio O ozônio é um gás azul, de cheiro instantaneamente reconhecível, que lembra metal. Pode ser condensado como um líquido azul ou congelado como um sólido violeta-escuro, mas isso é feito raramente, pois ambos são perigosamente explosivos. O ozônio consiste em três átomos de oxigênio unidos em uma molécula em forma de V; não é uma forma estável do oxigênio e rapidamente se reverte em oxigênio comum, com seus dois átomos. Esse processo é bem rápido na presença de catalisadores, como o carvão. A palavra ozônio vem do grego —zon, que signifi ca “cheirar”. Podemos sentir frequentemente o cheiro de ozônio perto de equipamentos elétricos de alta voltagem e faíscas elétricas. Ele é um agente oxidante muito forte, sendo um ótimo destruidor de micróbios. Ozonizadores de baixa capacidade podem ser encontrados em lojas de aquarismo. Ao se borbulhar uma pequena quantidade de ozônio na água de um aquário, a matéria orgânica é oxidada e o ambiente se torna mais limpo para os peixes. Além disso, o ozônio é um desinfetante mais potente que o gás cloro, comumente usado na limpeza de piscinas. Ele não somente destrói microrganismos patogênicos comuns, mas também mata o criptoesporídio, um micróbio que causa diarreia e pode sobreviver a uma cloração branda. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 9 8/7/18 9:25 AM 10 CAPÍTULO 1 Podemos generalizar o processo de oxidação de alceno como uma reação por etapas, sendo uma ozonólise seguida de hidrólise, com a presença de zinco metálico. Analogamente à oxidação enérgica, podem-se prever os produtos dessa transforma- ção analisando-se a classifi cação do carbono da dupla-ligação: C primário w gera aldeído como produtos. C secundário w gera aldeído como produto. C terciário w gera cetona como produto. Veja a equação a seguir: Aldeído H 3 C — CH C — CH CH 2 H 3 C — C + O H C secundário C terciário CH 3 C secundário C primário O 3 H 2 O e Zn0 CH 3 C — C O H O H — C 2H 2 O 2 ++ O H Cetona Aldeído Aldeído Decifrando o enunciado Lendo o enunciado A equação solicitada é de ozonólise. Por isso, se o carbono da instauração for primário ou secundário, haverá formação de um aldeído; se o carbono for terciário, formará cetona. Nesse caso foi fornecida uma equação-modelo para auxiliar a resolução do item, apresentando os produtos da reação. (Enem) A ozonólise, reação utilizada na indústria madeireira para a produção de papel, é também utilizada em escala de laboratório na síntese de aldeídos e cetonas. As duplas- -ligações dos alcenos são clivadas pela oxidação com ozônio (O 3 ), em presença de água e zinco metálico, e a reação produz aldeídos e/ou cetonas, dependendo do grau de subs- tituição da ligação dupla. Ligações duplas dissubstituídas geram cetonas, enquanto as ligações duplas terminais ou monossubstituídas dão origem a aldeídos, como mostra o esquema. Considere a ozonólise do composto 1-fenil-2-metilprop-1-eno: MARTINO, A. Qu’mica, a ci•ncia central. Goiânia: Editora W, 2014 (adaptado). Quais são os produtos formados nessa reação? a) Benzaldeído e propanona. b) Propanal e benzaldeído. c) 2-fenil-etanal e metanal. d) Benzeno e propanona. e) Benzaldeído e etanal. Resolução Resposta: A A equação da ozonólise do 1-fenil-2-metilprop-1-eno pode ser representada por: O 3 H 2 O, Zn Benzaldeído ou aldeído benzoico Propanona dimetilcetona ou acetona + O H O R e p ro d u ç ã o / E n e m . R e p ro d u ç ã o / E n e m . Atenção 1 A ozonólise também é um processo usado para se identifi car a posição da dupla- -ligação no alceno original. Curiosidade 1 Hidrocarbonetos aromáticos também sofrem reações de oxidação sob condições apropriadas. Veja, a seguir, duas importantes reações, sob o ponto de vista industrial, por produzirem matérias-primas para diversos processos químicos. Produção de fenol a partir do benzeno. [O] H OH Produção de ácidos carboxílicos: radicais alquila ligados a anel sofrem oxidação, formando ácido carboxílico. [O] CH 3 O O OH OH C CH 2 CH 2 CCH3 1 1 Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 10 8/7/18 9:25 AM 11 Q U ÍM IC A Desenvolva C A H17 Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráfi cos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. (UFJF-MG) Os compostos p-metoxicinamato de 2-etoxietila e salicilato de n-octila absorvem radiação da região do ultravio- leta e, consequentemente, podem ser utilizados para absorver a radiação emitida pelo Sol que é prejudicial à nossa pele. Com base nas estruturas, responda aos itens abaixo. a) Quais são as funções oxigenadas presentes nas estruturas do p-metoxicinamato de 2-etoxietila e salicilato de octila? b) Qual é a hibridação dos átomos de carbono do p-metoxicinamato de 2-etoxietil indicados pelos algarismos 2, 5, 7 e 11 na estrutura? c) Qual(is) desses compostos apresenta(m) isomeria geométrica? Justifi que sua resposta. d) Quantos produtos orgânicos diferentes se esperaobter na ozonólise do p-metoxicinamato de 2-etoxietila? Indique a(s) fórmula(s) estrutural(is) desse(s) produtos(s). R e p ro d u ç ã o / U FJ F- M G . Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 11 8/7/18 9:25 AM 12 CAPÍTULO 1 Oxida•‹o de ‡lcoois Vimos que o processo de oxidação pode ser reconhecido pela diminuição de ligações como hidrogênio e pelo aumento do número de ligações (ou de átomos ligantes) com ele- mentos mais eletronegativos que o carbono. Pode-se perceber que existe grande possibi- lidade de aumento do número de oxidação do carbono dentro dos compostos orgânicos da função álcool. Esses compostos já estão oxidados pela presença do grupo OH e, se con- siderarmos também a tetravalência do carbono, perceberemos que há espaço tanto para o aumento do número de ligações carbono-oxigênio quanto para o acréscimo de mais um átomo de oxigênio na molécula. Vamos analisar algumas possibilidades de variação do nox do carbono a partir do etanol, levando em conta essas características, e acrescentar o CO 2 , que é o estágio mais oxidado que um composto de carbono pode atingir. OH H 3 C — C H 2 –1 O H H 3 C — C +1 O CH 3 H 3 C — C +2 O OH H 3 C — C +3 O +4 C O Compostos mais oxidados Quando um álcool primário é oxidado, ele pode originar um aldeído ou um ácido car- boxílico. Um oxidante capaz de converter um álcool primário em aldeído é o clorocromato de piridínio, ou PCC (essa conversão é muito difícil, pois, na presença de oxigênio, aldeídos tendem a ser oxidados a ácidos carboxílicos). Outros agentes oxidantes podem ser usa- dos, como o dicromato de potássio em meio ácido (K 2 Cr 2 O 7 /H+), o permanganato de po- tássio em meio ácido (KMnO 4 /H+) e o oxigênio atmosférico (O 2 ). Por outro lado, álcoois pri- mários podem ser convertidos em ácidos carboxílicos diretamente, por meio de oxidante forte, como o permanganato de potássio. Um álcool primário tem no carbono ligado ao grupo OH, dois hidrogênios que podem ser oxidados; portanto, podem ser oxidados duas vezes, conforme descrito a seguir. H O RCH 2 — OH R — C PCC O2 OH O R — C Álcool primário Aldeído Ácido carboxílico OH O RCH 2 — OH R — C [O] Álcool primário Ácido carboxílico em que [O] é a representação de um agente oxidante qualquer. Especial atenção merece o caso do metanol, em que há três hidrogênios ligados ao carbono da hidroxila. Assim, poderá haver várias oxidações em sequência, terminando com a formação de gás carbônico e água, conforme mostra a série de equações simplifi- cadas adiante. HO — C O OH Ácido carbônico (instável)Produtos finais da oxidação total do metanol <H 2 CO 3 > CO 2 + H 2 O H — CH — C — OH O OH H 2 O [O][O] H — C O H [O] H H O vinagre é uma solução de ácido acético (ácido etanoico) de 3% a 4% (m/V). Esse é o método para a produção do vinagre obtido de vinhos. O etanol contido no vinho sofre oxidação na presença do oxigênio atmosférico (O 2 ) e de fungos como Mycoderma aceti ou bactérias do gênero Acetobacter, transformando-se em ácido acético. Por isso, os vinhos são guardados com rolhas na posição horizontal. Nesse caso, a rolha em contato com o vinho incha, bloqueando a entrada de ar e impedindo o processo de oxidação. O vinagre também pode ser produzido pela oxidação total, na presença de oxigênio, do etanol presente nos vinhos. g re s e i/ S h u tt e rs to ck Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 12 8/7/18 9:25 AM 13 Q U ÍM IC A Os álcoois secundários apresentam apenas um hidrogênio no carbono ligado à hidro- xila e, consequentemente, só podem ser convertidos em cetona. Veja a seguir. H R 2 R 1 — C — OH K 2 Cr 2 O 7 , H+ R 2 O R 1 — C Álcool secundário Cetona Os reagentes mais usados para a conversão de álcoois secundários em cetonas são o di- cromato de potássio em meio ácido e o permanganato de potássio também em meio ácido. Os álcoois terciários não apresentam hidrogênios ligados ao carbono hidroxílico; as- sim, eles não sofrerão oxidação sem quebra de cadeia. Veja a seguir. R 1 R 2 R3 — C — OH [O] Álcool terciário Não ocorre Note que até agora estudamos diferentes reações de oxidação de compostos orgâni- cos. No entanto, esses mesmos compostos sofrem reações de redução; basta que sejam acrescentadas as substâncias corretas. Os principais agentes redutores – representados sumariamente por [H] – usados na Química orgânica são o gás hidrogênio (H 2 ), sob alta pressão, e catalisadores metálicos (Ni, Pt, Pd), hidretos metálicos como LiH e LiAlH 4 e o boroidreto de sódio (NaBH 4 ). Com essa informação, podemos concluir que a reação de redução é o contrário da reação de oxidação. Assim, na presença de agentes redutores, podemos desenvolver o se- guinte raciocínio: Ácido carboxílico OH O R — C R — CH 2 — OH [H] H O R — C Aldeído Álcool primário [H] OH H R 1 — C — R 2 Álcool secundário O R 1 — C — R 2 Cetona [H] 1 Em um processo inverso à oxidação, a redução de álcoois também poderá ocorrer, em uma reação que formará hidrocarbonetos na presença de iodeto de hidrogênio concen- trado e a quente. Essa reação é conhecida como reação de Berthelot e acontece em duas etapas. Observe o exemplo do etanol. Primeira etapa: ∆ H 3 C — C — OH + HI H H H 3 C — C — I + H — OH H H Segunda etapa: ∆ H 3 C — C — I + H — I H H H 3 C — C — H + I — I H H Etano Curiosidade 1 Compostos nitrogenados também são capazes de sofrer reações de oxidação e/ou redução. Veja o que acontece com as aminas e os nitrocompostos. Amina Redução Oxidação Nitrocomposto R — NH 2 R — NO 2 Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 13 8/7/18 9:26 AM 14 CAPÍTULO 1 Combustão Para entendermos a reação de combustão, vamos imaginar uma vela queimando. Ao contrário do que muitos pensam, não é o pavio que queima a vela; ele apenas dá suporte de queima para o verdadeiro combustível, a parafi na. Quando acen- demos o pavio, a parafi na da vela se torna vapor e mantém a chama por meio de uma reação química de combustão que resulta, quando completa, em dióxido de carbono e água. Reações de combustão envolvendo algum tipo de hidrocarboneto acontecem ao nosso redor com muita frequência: ao acender- mos uma vela ou o fogão a gás, ao darmos partida em um veículo movido a gasolina ou diesel, etc. Combustão é uma reação de oxi- dação severa entre um composto oxidável e oxigênio que, ocorrendo de forma completa, resulta apenas na formação de CO 2 e H 2 O. A formação de água ocorre quando o composto oxidável tiver hidrogênio em sua composição. ComburenteComposto oxidável Combustível Produtos da combustão + O 2 Completa Incompleta Incompleta com formação de fuligem CO 2 + H 2 O CO + H 2 O C + H 2 O De forma genérica, para alcanos, temos: 2C n H 2n + 2 + (3n + 1)O 2 w 2nCO 2 + (2n + 2)H 2 O + calor Quando a quantidade de oxigênio é insufi ciente, ocorre a formação de CO e C, na chamada combustão incompleta. Mo- nóxido de carbono é um gás tóxico, e o carbono se forma como fuligem, que adere às superfícies, resultando em manchas pretas, produto de grande importância industrial comercialmente denominado “negro de fumo”. Como as moléculas formadas na reação têm baixo conteúdo energético, a combustão está associada à liberação de energia na forma de calor (lembre-se de que essa energia está associada às ligações químicas da molécula). Quanto mais energética a espécie a ser queimada, maior a quantidade de energia térmica liberada. Em reações de combustão há uma regra geral: quanto mais oxigênio um combustível tiver em suas moléculas, menos energia será obtida pela sua queima. Dessa forma, combustíveis oxigenados, como o etanol e o metanol, são menos ricos em energia que hidrocarbonetos. Entretanto, o impacto ambiental de seu uso é reduzido. Contextualize Estudo mostra como consumo de álcool eleva risco de câncer [...] Pesquisadores demonstraram que um subproduto da bebida alcoólica, o acetaldeído,provoca danos permanentes ao DNA de células-tronco no sangue. [...] Assim, para tentar explicar a relação, pesquisadores do Laboratório de Biologia Molecular da Universidade de Cambridge fi zeram análise de cromossomo e sequenciamento de DNA em cobaias que receberam altas doses de álcool. Com os testes, eles conseguiram observar que o acetaldeído (um subproduto da metabolização do álcool) danifi ca células-tron- co do sangue. A substância “quebra” o DNA dessas células e leva cromossomos a se rearranjarem de forma aleatória. [...] Defesa insufi ciente O estudo também demonstrou como o organismo das cobaias tentou se proteger contra esses danos ao DNA causados pelo álcool. Cientistas observaram que enzimas chamadas de “aldeído desidrogenases (ALDH)” tentam transformar a bebida em fonte de energia, como se elas fossem um alimento. No entanto, há pessoas que não possuem essas enzimas ou elas não funcionam corretamente. Assim, quando esses indivíduos bebem, o acetaldeído se acumula, o que aumenta a chance de danos ao material genético. A condição é mais comum no sudeste asiático, região que possui mais indivíduos com defi ciência na produção da ALDH. [...] Também, segundo a pesquisa, a depender da quantidade ingerida, o acetaldeído nem sempre é eliminado totalmente – inde- pendente se temos ou não a enzima para metabolizá-lo. ESTUDO mostra como consumo de álcool eleva risco de câncer. G1. Disponível em: <https://g1.globo.com/bemestar/noticia/ estudo-mostra-como-consumo-de-alcool-eleva-risco-de-cancer.ghtml>. Acesso em: 7 mar. 2018. 1. Proponha uma explicação de como ocorre a formação da substância que danifi ca as células-tronco do sangue. 2. Por que as “quebras” nas moléculas de DNA, provocadas pelo acetaldeído derivado da metabolização do álcool das bebidas, podem promover o surgimento de tumores? 3. Por que a variabilidade individual leva algumas pessoas a serem mais suscetíveis aos efeitos danosos das bebidas alcoólicas? Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 14 8/7/18 9:26 AM 15 Q U ÍM IC A Atividades 13. (Uece) Os enólogos recomendam que as garrafas de vinho sejam guardadas em local climatizado e na posição horizontal. Assinale a opção que corretamente justifi ca essas recomendações. a) O ambiente deve ser climatizado para diminuir a possibilidade da reação de redução. b) A posição horizontal é para possibilitar a entrada do oxigênio e, consequentemente evitar a redução do etanol, trans- formando-se em ácido etanoico (vinagre). c) A posição horizontal evita a entrada do oxigênio e, consequentemente, a oxidação do etanol, transformando-se em ácido etanoico (vinagre). d) O ambiente deve ser climatizado, porque o vinho em baixa temperatura favorece a reação de oxidação. 14. (FEI-SP) Um alceno de fórmula molecular C 5 H 10 ao ser oxidado com solução ácida de permanganato de potássio, deu origem a acetona e ácido etanoico em proporção equimolar. O nome do alceno é: a) 1-penteno. b) 2-penteno. c) 2-metil-1-buteno. d) 2-metil-2-buteno. e) 2-etilpropeno. 15. (Unicentro-PR) Quando submetido a uma oxidação enérgica (KMnO 4 /H 2 SO 4 ), um composto orgânico fornece os produtos: ácido etanoico, gás carbônico e água. O reagente considerado é o: a) propeno. b) 2-metilbut-2-eno. c) 2-metilbut-1-eno. d) pent-2-eno. e) but-2-eno. 16. (PUC-MG) A ozonólise do composto metil-2-buteno, seguida de hidrólise, em presença de zinco metálico, produz: a) propanal e etanal. b) metanal e etanal. c) etanal e propanona. d) propanal e propanona. 17. (Uern) A reação de oxidação do pentan-1-ol, em presença de KMnO 4 , produz: a) pentanal. b) pentan-2-ona. c) ácido pentanoico. d) Não é possível a reação. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 15 8/7/18 9:26 AM 16 CAPÍTULO 1 18. (Uesb-BA) CH 3 CH 3 I Citronelal II Citronelol O H 3 C H CH 3 CH 3 OH H 3 C O capim citronela é uma planta conhecida pelo efeito repe- lente contra insetos. O óleo extraído dessa planta contém aproximadamente 40% de citronelal, representado pela es- trutura I, além de possuir pequenas quantidades de citrone- lol, representado pela estrutura II, e por outros compostos. O citronelol é excelente aromatizante de ambientes e possui atividade repelente de insetos, principalmente de mosquitos. Com base nessas informações e na estrutura química do citronelal e do citronelol, é correto concluir: a) A oxidação do citronelal produz o citronelol. b) O nome ofi cial do composto representado pela estru- tura I é 2,6-dimetil-5-octenal. c) O número de átomos de carbono e de hidrogênio no citronelal é maior do que no citronelol. d) A cadeia carbônica principal do citronelol apresenta sete átomos de carbono e três grupos metil. e) A hidrogenação completa do citronelol produz um álcool de cadeia carbônica saturada. 19. (PUC-SP) A oxidação exaustiva do but-2-eno produz: a) propanona. b) ácido acético. c) ácido butanoico. d) ácido metanoico. e) ácido propanoico. 20. +Enem [H23] Uma molécula de um composto orgânico foi submetido à ozonólise, sendo obtidas, como produtos da reação, duas moléculas de metanal e uma de aldeído oxálico. O aldeído oxálico é caracterizado por apresentar uma cadeia de dois carbonos e dois grupos carbonila. O composto orgânico submetido à ozonólise, portanto, foi o: a) buta-1,2-dieno. b) penta-1,3-dieno. c) penta-1,4-dieno. d) buta-1,3-dieno. e) penta-1,3,4-trieno. Complementares Tarefa proposta 1 1 a 24 21. (Emescam-ES) Tratando-se 1 mol de esqualeno com so- lução de permanganato de potássio em meio ácido e a quente, formam-se: a) 2 mol de propanal. b) 2 mol de propanona. c) 2 mol de ácido propiônico. d) 2 mol de propan-2-ol. e) 2 mol de propano. Dado: fórmula estrutural do esqualeno: 22. (Fuvest-SP) A reação de um alceno com ozônio, seguida da reação do produto formado com água, produz aldeídos ou cetonas ou misturas desses compostos. Porém, na pre- sença de excesso de peróxido de hidrogênio, os aldeídos são oxidados a ácidos carboxílicos ou a CO 2 , dependendo da posição da dupla-ligação na molécula do alceno. CH 3 CH CH 2 w CH 3 COOH + CO 2 CH 3 CH CHCH 3 w 2 CH 3 COOH Determinado hidrocarboneto insaturado foi submetido ao tratamento acima descrito, formando-se os produ- tos abaixo, na proporção, em mols, de 1 para 1 para 1: HOOCCH 2 CH 2 CH 2 COOH; CO 2 ; ácido propanoico. a) Escreva a fórmula estrutural do hidrocarboneto insatu- rado que originou os três produtos acima. b) Dentre os isômeros de cadeia aberta de fórmula molecu- lar C 4 H 8 , mostre os que não podem ser distinguidos, um do outro, pelo tratamento acima descrito. Justifi que. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 16 8/7/18 9:26 AM 17 QU ÍM IC A 23. (Fuvest-SP) Automóveis a álcool emitem grande quantidade de aldeído, produzido por: a) fragmentação da molécula do álcool. b) redução do álcool. c) oxidação parcial do álcool. d) oxidação completa do álcool. e) reação do álcool com o nitrogênio do ar. 24. (ITA-SP) Foi observada a reação entre um composto X e uma solução aquosa de permanganato de potássio, a quente, ocorrendo o aumento do pH da solução e a formação de um composto Y sólido. Após a separação do composto Y e a neutralização da solução resultante, verifi cou-se a formação de um composto Z pouco solúvel em água. Assinale a opção que melhor representa o grupo funcional do composto orgânico X. a) Álcool b) Amida c) Amina d) Éster e) Éter Tarefa proposta 1. Quais são as transformações ocorridas em 1 e 2? Sacarose →1 glicose →2 etanol 2. (PUCC-SP) O processo biológico da fermentação é utilizado na produção de bebidas e de certos alimentos. Substâncias liberadas durante esse processo e que são importantes para a fabricação de pão e de vinho são, respectivamente: a) álcool etílico e dióxido de carbono. b) dióxido de carbono e álcool etílico. c) dióxido de carbono e ácido acético. d) ácido acético e dióxido de carbono.e) ácido acético e álcool etílico. 3. (UFRGS-RS) Ao se fazer pão caseiro, é comum deixar a massa “descansando” em algum lugar mais aquecido para que ela cresça. Isso é feito para: a) acelerar o processo de degradação das gorduras, que evita a rancifi cação. b) favorecer a ação dos fermentos, que aumentam a pro- dução de gás carbônico. c) evitar a fermentação da massa, que hidrolisa os éteres da farinha. d) sedimentar porções heterogêneas presentes em sus- pensão, tornando a massa homogênea. e) impedir a rancifi cação de gorduras usadas na massa, que lhe confeririam sabor azedo. 4. (ITA-SP) Assinale a opção errada entre as relacionadas a seguir. a) A transformação do vinho em vinagre é devida a uma fermentação anaeróbia. b) A transformação do suco de uva em vinho é devida a uma fermentação anaeróbia. c) A transformação de glicose em álcool e gás carbônico pode ser obtida com extrato das células de levedura dilaceradas. d) Grãos de cereais em fase de germinação são ricos em enzimas capazes de despolimerizar o amido, transfor- mando-o em glicose. e) A reação química responsável pelo crescimento da massa de pão, enquanto ela descansa antes de ir ao forno, é essencialmente a mesma que ocorre na trans- formação do suco de uva em vinho. 5. (Enem) Considere os esquemas simplifi cados de duas vias metabólicas indicados por I e II: É correto afirmar que: a) I é apresentado exclusivamente por certas bactérias e II exclusivamente por certos fungos, pois estes organis- mos são todos anaeróbicos. b) I e II são apresentados exclusivamente por procarion- tes, pois estes organismos são todos anaeróbicos. c) em I e II há liberação de gás carbônico e os dois pro- cessos apresentam o mesmo rendimento energético. d) I é apresentado por células do tecido muscular esque- lético humano quando o nível de oxigênio é insatisfa- tório para manter a produção de ATP necessária. e) I é um processo utilizado na fabricação de pães e II, um processo utilizado na indústria alimentícia para a produção de alimentos como iogurtes e queijos. 6. (UEL-PR) Utiliza-se a fermentação láctica, alcoólica e acé- tica na fabricação, respectivamente, de: a) queijo, vinagre e vinho b) vinagre, queijo e vinho c) vinho, queijo e vinagre d) vinho, vinagre e queijo e) queijo, vinho e vinagre 7. (Fuvest-SP) O álcool (C 2 H 5 OH) é produzido nas usinas pela fermentação do melaço da cana-de-açúcar, que é uma solução aquosa da sacarose (C 12 H 22 O 11 ). Nos tanques de fermentação, observa-se uma intensa fervura aparente do caldo em fermentação. a) Explique por que ocorre essa “fervura fria”. b) Escreva a equação da reação química envolvida. 8. (PUC-SP) Correr na São Silvestre é uma atividade vigorosa e prolongada, que requer grande quantidade de energia. a) Além da quebra de substância orgânica na presença de oxigênio, que outro processo pode ser utilizado pe- los músculos para obter energia? R e p ro d u • ‹ o / E n e m . Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 17 8/7/18 9:26 AM 18 CAPÍTULO 1 b) Qual o produto desse processo que, ao acumular-se no músculo, traz a fadiga? 9. (FCMMG) No início das grandes navegações, um dos pro- blemas era o transporte de álcool (etanol) para abastecer a tripulação dos navios durante as longas viagens. O álcool contido no vinho (12% V/V), uma das bebidas mais po- pulares da época, era consumido para animar e alegrar os homens acometidos por saudades dos lares e temores dos mares. O vinho era transportado em tonéis de madeira e, muitas vezes, azedavam. Com a produção açucareira no Novo Mundo, o rum e a cachaça (48% V/V em etanol), que são bebidas destiladas, eram produzidos em abundância e a baixos custos, vindo a substituir, com vantagem, o vinho, para abastecer a tripulação dos navios. Considerando o texto e os seus conhecimentos, a alter- nativa errada é: a) O vinho azedava devido à oxidação do etanol em ácido acético. b) O transporte da mesma quantidade de álcool envolve o mesmo número de tonéis de vinho ou de rum. c) A produção do vinho e da cachaça envolve uma etapa de fermentação de açúcares. d) A destilação é um processo que envolve a vaporização e a subsequente condensação dos vapores. 10. (UFRJ) A produção de vinho é um dos processos mais antigos da biotecnologia. O livro do Gênesis já nos fala da embriaguez de Noé. Embora vários fatores devam ser levados em conta na produção de um bom vinho – como a cor, o aroma, o sabor, etc. – o processo depende essencialmente da degradação do suco das uvas por leveduras anaeróbias facultativas, presentes na casca do fruto. Na fermentação, nome dado a esse proces- so, o açúcar da uva é degradado a álcool etílico (etanol). Explique por que se evita, na produção de vinho, o conta- to do suco de uva com o ar. 11. (UFMG) A ozonólise e posterior hidrólise em presença de zinco do 2-metil-3-etilpent-2-eno produzem: a) cetona e aldeído. b) cetona, aldeído e álcool. c) somente cetonas. d) aldeído e álcool. 12. +Enem [H24] A ozonólise é uma reação cujos produtos dependem intimamente da estrutura do reagente utilizado. Quando feita com um alceno que tem sua insaturação em um carbono primário ou secundário, ocorre a formação de aldeído. Se feita com um alceno com insaturação em um carbono terciário, ocorre a formação de cetona. A ozonólise de um alceno ramificado com um radical (metil) ligado a um dos carbonos da dupla-ligação, quando convenientemente realizada, apresenta como um dos produtos da reação: a) uma metilamina. b) um composto halogenado. c) uma cetona. d) uma amida, apenas. e) um álcool secundário. 13. (Uerj) Na reação: A nomenclatura Iupac do composto orgânico formado é: a) 4-metil-hexano-3,4-diol. b) 3-metil-hexano-3,4-diol. c) 3-metil-hexan-3-ol. d) 4-metil-hexan-3-ol. e) 4-metil-hexan-3-ona. 14. (UPF-RS) Considere esta reação: Com relação a ela, pode-se afirmar que: a) os álcoois secundários não sofrem oxidação. b) o reagente é um álcool terciário, por isso sofre oxidação. c) a propanona é produto da oxidação de propan-2-ol. d) o propan-2-ol, ao sofrer oxidação, fornece aldeídos. e) o propan-2-ol, ao sofrer a redução, fornece a propanona. 15. (Unicid-SP) Um bom agente oxidante de composto or- gânico utilizado no laboratório de química é a solução ácida de dicromato de potássio. O produto da oxidação do butan-2-ol com esse reagente é: a) ácido butanoico. b) butanal. c) butanona. d) but-2-eno. e) etoxietano. 16. (ITA-SP) Um álcool primário, como o etanol, pode ser obtido pela redução de um ácido carboxílico. Assinale a alternativa correta para o agente redutor que pode ser utilizado nesta reação. a) K 2 Cr 2 O 7 b) K 2 CrO 4 c) LiAlH 4 d) H 2 SO 4 (concentrado) e) HNO 3 (concentrado) 17. (UPM-SP) Na reação acima equacionada, o reagente orgânico e o valor numérico x que torna a equação corretamente ba- lanceada são, respectivamente: a) alceno e 2. b) alcano e 1. c) alceno e 1. d) alcino e 1. e) alcano e 2. R e p ro d u ç ã o / U P F- R S . R e p ro d u ç ã o / U E R J . R e p ro d u ç ã o / U P M -S P. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 18 8/7/18 9:26 AM 19 Q U ÍM IC A 18. (FEI-SP) Um alcino, por oxidação energética, dá origem a uma molécula de ácido etanoico e uma molécula de ácido carbônico. Qual o nome desse alcino? a) 2-butino ou butino-2 b) Etino ou acetileno c) Propino d) 1-pentino ou pentino-1 e) 1-butino ou butino-1 19. (UFF-RJ) Considerando-se a reação a seguir e supondo que, após purifi cação, a reação entre 2 mol da substância A e H 2 O/H+ forneceu como produto 48 g da substância B, pede-se: a) informar se, na fórmula estrutural do reagente A e do produto B, existe átomo de carbono assimétrico (car- bono quiral); b) escolher, dentre as substâncias A e B, aquela que apre- senta maior solubilidade em água. Justifi que; c) o rendimento da reação de obtenção da substância B; d) a fórmula estruturalda substância C, obtida na reação entre a substância B e KMnO 4 /H 2 SO 4 ; e) o rendimento global de obtenção de C a partir de A, considerando-se que de B para C foi de 50%. 20. (Unifesp) A identifi cação dos produtos formados na ozo- nólise (seguida de hidrólise na presença de zinco) de um alceno permite identifi car a estrutura do composto ori- ginal, pois sabe-se que: – carbono primário ou secundá- rio da dupla-ligação produz aldeído; – carbono terciário produz cetona. Um alceno forneceu como produto desse tratamento apenas propanona como produto fi nal. Este composto deve ser o: a) hex-3-eno. b) 2-metilpent-1-eno. c) 2-metilpent-2-eno. d) 2-metilbut-2-eno. e) 2,3-dimetilbut-2-eno. 21. (PUC-PR) A reação de redução dos compostos abaixo pro- duz, respectivamente: a) álcool primário e terciário. b) álcool primário e ácido carboxílico. c) álcool primário e secundário. d) ácido carboxílico e álcool primário. e) álcool secundário e terciário. R e p ro d u ç ã o / U F F- R J , 2 0 0 9 . R e p ro d u ç ã o / 22. (Fuvest-SP) O 1,4-pentanodiol pode sofrer reação de oxidação em condições controladas, com formação de um aldeído A, mantendo o número de átomos de carbono da cadeia. O composto A formado pode, em certas condições, sofrer reação de descarbonilação, isto é, cada uma de suas moléculas perde CO, formando o composto B. O esquema a seguir representa essa se- quência de reações: OH OH A B Oxidação Descarbonilação Os produtos A e B dessas reações são: A B a) OH OH O OH OH b) OH OH O OH c) O OH OH d) OH H O OH e) OH H O OH O H 23. (UFT-TO) As reações de oxidação que envolvem alcenos podem ser classifi cadas em quatro grupos: oxidação bran- da, ozonólise, oxidação enérgica e combustão. Conforme esquema a seguir, a molécula de 3-metilpent-2-eno, quan- do submetida a estas reações separadamente, irá formar produtos distintos. 3-metilpent-2-eno Oxidação branda Ozonólise Oxidação enérgica Combustão completa Produto(s) Produto(s) Produto(s) Produto(s) Os produtos formados pela oxidação branda, ozonóli- se, oxidação enérgica e combustão completa são, res- pectivamente: Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 19 8/7/18 9:26 AM 20 CAPÍTULO 1 a) 3-metilpentan-2,3-diol; etanal e butanona; ácido eta- noico e butanona; dióxido de carbono e água. b) 3-metilpentan-3-ol; propanona e ácido etanoico; ácido etanoico e ácido butanoico; monóxido de carbono e água. c) etanoato de etila e ácido metanoico; 3-metilpentan- -2-ol; ácido metanoico e pentan-2-ona; dióxido de carbono e água. d) 3-metilpentanal; etanal e butanona; ácido metanoico e pentan-2-ona; dióxido de carbono e água. e) 3-metilpentan-2-ona; etanal e butanal; ácido metanoi- co e ácido pentanoico; dióxido de carbono e água. 24. +Enem [H24] Alcenos são hidrocarbonetos com uma liga- ção dupla entre átomos de carbono. Determinado alceno, com cinco átomos de carbono, produz, por ozonólise, pro- panona (cetona mais simples) e etanal (aldeído acético). O nome oficial (Iupac) desse alceno é: a) 3-metilbut-2-eno. b) 2-metilbut-2-eno. c) 2,2-dimetilpropeno. d) 1,2-dimetilpropeno. e) pent-2-eno. Vá em frente Leia KLADSTRUP, D. e KLADSTRUP, P. Vinho & Guerra: os franceses, os nazistas e a batalha pelo maior tesouro da França. Rio de Janeiro: Zahar, 2002. O livro narra a saga dos vinicultores franceses que usaram de várias artimanhas para impedir os nazistas de usurparem um dos símbolos da França – o vinho. Autoavalia•‹o: V‡ atŽ a p‡gina 95 e avalie seu desempenho neste cap’tulo. Et_EM_3_Cad11_Qui_c01_01a20.indd 20 8/7/18 9:26 AM ► Identifi car reações referentes à classe funcional dos ésteres, como produção de sabão e biodiesel. Principais conceitos que você vai aprender: ► Esterifi cação ► Hidrólise ácida de éster ► Hidrólise básica (ou saponifi cação) ► Transesterifi cação 21 2 REAÇÕES DE ÉSTERES OBJETIVOS DO CAPÍTULO QU ÍM IC A C huleeporn 0 9 /S h u tte rsto ck OH C H3 C H CH2 O C O – O C H 3 C CH3 O C H 3 C CH 2 O C O – Os distúrbios da oxidação dos ácidos graxos (DOAG) são defi ciências genéticas metabólicas nas quais o organismo é incapaz de oxidar os ácidos graxos para produzir energia, devido à ausência ou mau funcionamento de uma enzima específi ca. A principal fonte de energia para o organismo é a glicose, no entanto quando a glicose se esgota, a gordura é oxidada para produzir energia. Crianças e adultos com DOAG” não pos- suem esta disponibilidade de energia prontamente. A via metabólica das gorduras é a principal fonte de energia para os músculos esqueléticos e cardíaco, enquanto o fígado a utiliza principalmente durante períodos de jejum, quando os ácidos graxos se tornam o principal substrato para a produção de energia neste órgão. O cé- rebro, embora não oxide os ácidos graxos, utiliza os corpos cetônicos, derivados da acetil-CoA e da acetoacetil-CoA produzidas pela beta-oxidação hepática dos ácidos graxos. Os principais fenótipos clínicos dos DOAG são: a hipoglicemia não cetótica (hipocetótica), a cardiomiopatia e a miopatia. Embora estas alterações possam estar presentes simultaneamen- te em alguns destes distúrbios, um dos fenótipos em geral é o predominante. [...] DISTÚRBIOS da beta-oxidação dos ácidos graxos. DLE. Disponível em: <https://dle.com.br/links- relacionados/disturbios-da-beta-oxidacao-dos-acidos-graxos> . Acesso em: 10 mar. 2018. Entender o mecanismo de funcionamento de reações orgânicas é, essencialmente, en- tender como a vida se desdobra. Uma dessas reações, por exemplo, acontece quando uma pessoa fi ca em jejum por muito tempo, levando à formação do “hálito cetônico”. • O que é o hálito cetônico? Você já sentiu esse hálito em outra pessoa ou em você mesmo? p a th d o c /S h u tt e rs to ck Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 21 8/7/18 9:25 AM 22 CAPÍTULO 2 Reações de esterifi cação Ésteres são produzidos por uma reação de substituição, catalisada por ácido, na maio- ria das vezes, entre um ácido carboxílico e um álcool. Os ésteres de baixa massa molecular são substâncias voláteis que fazem parte da constituição de aromas de alimentos e perfu- mes. A reação química também pode ser classifi cada como um processo de desidratação, já que formará água como subproduto. Assim, genericamente, podemos representar um processo de esterifi cação da seguinte maneira: Ácido carboxílico Álcool Éster Água+ + + HO — R’ + H — OHR — C O OH R — C O O — R’ Nota: R = grupo substituinte orgânico ou H R’ = grupo substituinte orgânico igual a ou diferente de R 1 Podemos, por exemplo, preparar um bolo com cheiro de banana sem usar a fruta. O acetato de isobutila é um dos és- teres responsáveis pelo odor característico da banana. Esse composto pode ser preparado em laboratório a partir de áci- do etanoico (ou acético, aquele presente no vinagre) e álcool isobutílico. Veja: H 3 C — C + H O OH O — CH 2 — CH — CH 3 CH 3 H+ H 3 C — C O O — C + H 2 O H 2 H 3 C HC — CH 3 Etanoato de isobutila + água (acetato de isobutila) Ácido etanoico + 2-metilpropan-1-ol (ácido acético) (álcool isobutílico)+ A reação de esterifi cação é reversível. Ao mesmo tempo que o éster é formado pela reação entre um ácido e um álcool, é hidrolisado de volta aos reagentes de partida. Exis- tem duas formas para se deslocar o equilíbrio no sentido de formação do éster: aumen- tando-se a concentração de um dos reagentes ou retirando-se um dos produtos do meio de reação. Na prática, o reagente de menor custo é adicionado em excesso, e a água é retirada da reação, a fi m de se deslocar o equilíbrio para o sentido de formação do éster. Para determinarem o mecanismo da reação de esterifi cação e saberem, por exem- plo, de onde vem o grupo OH que forma a água do processo, os cientistas marcaram o átomo de oxigênio do álcool com um de seus isótopos radioativos, o 18O. Com isso, es- peravamsaber qual seria a ligação química rompida durante a reação. O resultado foi a criação de um éster radioativo, e a conclusão foi que a hidroxila que compõe a água vem do ácido carboxílico. H 3 C — CH 2 — C + H 3 C — 18OH x O OH H 3 C — CH 2 — C + H 2 O O 18O — CH 3 Curiosidade 1 Ésteres de baixa massa molecular são líquidos incolores, de odor quase sempre agradável. O aumento do número de carbonos aumenta a massa molecular e sua viscosidade. Do estado líquido passam por óleos, até se tornarem sólidos, com aspecto de cera e geralmente com cheiro desagradável. p a u lis ta /S h u tt e rs to ck Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 22 8/7/18 9:25 AM 23 QU ÍM IC A Decifrando o enunciado Lendo o enunciado Nesse caso, a reação é de esterifi cação. Uma dica importante fornecida pelo enunciado são as funções orgânicas dos reagentes da reação: ácido carboxílico e álcool Pode-se fazer a ruptura da ligação esteárica e encaixar as funções presentes nas alternativas. (Enem) A própolis é um produto natural conhecido por suas propriedades anti-infl amatórias e cicatrizantes. Esse material contém mais de 200 compostos identifi cados até o momento. Dentre eles, alguns são de estrutura simples, como é o caso do C 6 H 5 CO 2 CH 2 CH 3 , cuja estrutura está mostrada a seguir. O ácido carboxílico e o álcool capazes de produzir o éster em apreço por meio da reação de esterifi cação são, respectivamente: a) ácido benzoico e etanol. b) ácido propanoico e hexanol. c) ácido fenilacético e metanol. d) ácido propiônico e ciclo-hexanol. e) ácido acético e álcool benzílico. Resolução Resposta: A A equação da hidrólise ácida do benzoato de etila pode ser representada por: O O — CH 2 — CH 3 + H — OH z Benzoato de etila Ácido benzoico Etanol OH + HO — CH 2 — CH 3 C O R e p ro d u ç ã o / E n e m , 2 0 1 2 . Rea•›es de hidr—lise A reação de hidrólise dos ésteres baseia-se na quebra dessas substâncias em duas par- tes: um ácido carboxílico e um álcool. Como visto anteriormente, é o processo reversível de uma reação de esterifi cação. No entanto, é o sentido menos favorecido do equilíbrio, tendo de ser potencializado com ácidos ou bases fortes para se desenvolver, além de in- tenso aquecimento. Interação Os lipídios, estudados em Biologia, caderno 7, capítulo 1, são formados no organismo humano por meio de reações de esterifi cação. Hidr—lise ‡cida O mecanismo de toda hidrólise envolve o ataque de um eletrófi lo dos íons H+ da água e do excesso desses cátions provenientes do catalisador ácido para promover a quebra da ligação química. Genericamente, a reação de hidrólise ácida de um éster pode ser assim representada: Éster ÁlcoolÁgua Ácido carboxílico Hidrólise ácida + + + H — OH H+ , ∆ + HO — R’R — C O O — R’ R — C O OH Nota: R = grupo substituinte orgânico ou H R’ = grupo substituinte orgânico igual a ou diferente de R Defi nição Eletrófi lo : que tem afi nidade por elétrons. Normalmente são ácidos de Lewis. Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 23 8/7/18 9:25 AM 24 CAPÍTULO 2 Veja, no exemplo a seguir, o mecanismo de uma reação de hidrólise ácida. H 3 C — C O — CH 2 — CH 3 O δ− + H 2 O H+ OH– + H 3 C — CH 2 — OH Etanoato de etila Ácido etanoico Etanol H 3 C — C OH O H + ∆ Desenvolva H30 Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identifi cando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente. (PUC-SP) A prática de esportes promove modifi cações orgânicas signifi cativas no corpo dos atletas, o que leva à necessidade de ajustes metabólicos e fi siológicos que atendam à grande demanda por energia e permitam a rápida remoção de metabólitos desnecessários. O organismo de um atleta que apresenta bom condicionamento físico realiza tais ajustes de modo efi ciente, mesmo em condições de esforço intenso, como, por exemplo, no caso das longas provas de maratona. As alterações nas concentrações sanguíneas de lipídios apresentadas na tabela abaixo são condizentes com vários outros estudos que apontam os efeitos benéfi cos do exercício físico na prevenção de doenças cardiovasculares, especialmente o infarto do miocárdio. Um estudo realizado com maratonistas revelou alterações bioquímicas substanciais decorrentes do esforço. Neste estudo, foi solicitado a vinte maratonistas do sexo masculino que percorressem os 21 km equivalentes a uma meia maratona. Amos- tras de sangue e urina desses atletas foram coletadas antes e depois da prova, a partir das quais foram medidos parâmetros bioquímicos. Alguns resultados estão dispostos na tabela a seguir. Tipo de amostra Parâmetros bioquímicos Antes da prova (valores médios) Após a prova (valores médios) Sangue Triglicerídios (mg/dL) 86 69 Colesterol LDL (mg/dL) 155 110 Colesterol HDL (mg/dL) 43 47 Ácido úrico sanguíneo (mg/dL) 5 3,5 Urina Ácido úrico urinário (mg/mg de creatinina) 0,3 0,6 Aspecto/turbidez da urina* 0,0 1,0 Dados obtidos a partir de Siqueira e cols. (2009). Análise de parâmetros bioquímicos séricos e urinários em atletas de meia maratona. Arq. Bras. Endocrinol Metab. 53(7): 844-52. * A turbidez urinária permite deduzir o grau de diluição da urina: quanto mais turva, menos diluída, e vice-versa Com base em seus conhecimentos de Biologia e Química, responda ao que se pede. a) Explique o mecanismo fi siológico responsável pela variação na concentração (turbidez) da urina nos atletas durante a prova de meia maratona mencionada no texto. Considere, em sua resposta, a intensa sudorese dos atletas ocorrida durante a prova e a ação do hormônio ADH. R e p ro d u ç ã o / P U C -S P, 2 0 1 2 . Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 24 8/7/18 9:25 AM 25 Q U ÍM IC A C A b) Estabeleça uma correlação entre colesterol e infarto do miocárdio. De que modo os valores de colesterol LDL e colesterol HDL apresentados na tabela demonstram um efeito benéfi co da prática esportiva na prevenção do infarto? c) Escreva a fórmula molecular do ácido úrico e determine a porcentagem em massa de nitrogênio presente nessa subs- tância. (Massas atômicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16) d) Equacione a reação de hidrólise do triglicerídio representado a seguir. Indique a função química a que pertence cada um dos produtos dessa reação. R e p ro d u ç ã o / P U C -S P, 2 0 1 2 . R e p ro d u ç ã o / P U C -S P, 2 0 1 2 . Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 25 8/7/18 9:25 AM 26 CAPÍTULO 2 Hidrólise básica Quando temos uma base como catalisador do processo, a reação desenvolve-se em duas etapas: hidrólise ácida e reação de neutralização ácido-base. Assim, a quebra da mo- lécula de um éster segue sempre o mesmo mecanismo do ataque eletrófi lo e, como um dos produtos apresenta características ácidas, ele acaba sendo neutralizado pelo forte teor básico da substância alcalina ali presente. A reação de hidrólise básica é, portanto, o resultado global do processo. Genericamente, temos: Éster Álcool Sal de ácido carboxílico Base Hidrólise básica ou saponificação + + + MOH + HO — R’R — C O O — R’ R — C O OM Nota: R = grupo substituinte orgânico ou H R’ = grupo substituinte orgânico igual a ou diferente de R M = metal ou íon amônio NH 4 ( )+ Veja as diferentes etapas do desenvolvimento da reação de hidrólise básica. H 3 C — C + H 2 O + H 3 C — CH 2 — OH O — CH 2 — CH 3 O Etanoato de etila Hidróxido de sódio Etanoato de sódio Etanol Primeira etapa: hidrólise ácida H 3 C — C OH O H + ∆ H 3 C — C + NaOH + H 3 C — CH 2 — OH O — CH 2 — CH 3 O Equação global da hidrólise básica H 3 C — C O–Na+ O ∆ Segunda etapa: neutralização H 3 C — C + NaOH + H 2 O OH O H 3 C — C O–Na+ O ∆ Atividades 1. (UPM-SP) Usado como solvente de vernizes, o etanoato de etila é um éster que, ao reagir com a água, fornece etanol (H 3 C — CH 2 — OH) e ácido etanoico(H 3 C — COOH). A fórmula molecular desse solvente é: a) C 4 H 8 O 2 b) C 2 H 6 O 3 c) C 2 H 4 O 2 d) C 4 H 10 O 3 e) C 2 H 6 O Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 26 8/7/18 9:25 AM 27 Q U ÍM IC A 2. (Uerj) Ao abrir uma embalagem de chocolate, pode-se perceber seu aroma. Esse fato é explicado pela presença de mais de duzentos tipos de compostos voláteis em sua composição. As fórmulas A, B e C, apresentadas a seguir, são exemplos desses compostos. Escreva o nome do composto A e a fórmula estrutural do isômero plano funcional do composto B. Utilizando fórmulas estruturais, escreva, também, a equa- ção química completa da reação do etanol com o com- posto C. Em seguida, nomeie o composto orgânico for- mado nessa reação. 3. (UPM-SP) A manteiga rançosa apresenta odor e sabor alte- rados, graças à presença de ácido butanoico, não podendo assim ser comercializada. Para torná-la aproveitável, o ranço é eliminado, tratando-se a manteiga com bicarbonato de sódio. Com base no texto, fazem-se as afi rmações: I. São citados os nomes de duas substâncias compostas. II. O ácido butanoico é representado pela fórmula estrutural: H 3 C — CH 2 — CH 2 — C OH O III. O bicarbonato de sódio neutraliza a substância que rancifi ca a manteiga. IV. Esterifi cação é o nome da reação entre o ácido buta- noico e o bicarbonato de sódio. Estão corretas: a) I, II, III e IV. b) I, II e III, somente. c) I e IV, somente. d) I, II e IV, somente. e) I e III, somente. R e p ro d u ç ã o / U e rj , 2 0 1 8 . 4. (Ufpel-RS) A rancidez oxidativa é a principal responsável pela deterioração de alimentos ricos em lipídios ou gor- duras, por resultar em alterações indesejáveis de sua cor, sabor, aroma e consistência. A oxidação lipídica envolve um conjunto de reações entre o oxigênio atmosférico e os ácidos graxos insaturados, constituintes das gorduras. A oxidação pode ser minimi- zada com o uso de antioxidantes naturais ou sintéticos, pois essas substâncias atuam como inibidores da reação de oxidação. A seguir, são relacionadas algumas substân- cias usadas como antioxidantes. CH 3 CH 3 CH 3O C 16 H 32 H 3 C HO HO OH OH COOCH 2 — CH 2 — CH 3 α-tocoferol Galato de propila Um dos produtos da reação de hidrólise do galato de pro- pila é o: a) butanol. b) ácido butanoico. c) propanol. d) hidroxibenzeno. e) ácido propanoico. Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 27 8/7/18 9:25 AM 28 CAPÍTULO 2 5. (Fuvest-SP) Pequenas mudanças na estrutura molecular das substâncias podem produzir grandes mudanças em seu odor. São apresentadas as fórmulas estruturais de dois compostos utilizados para preparar aromatizantes empregados na indústria de alimentos. Esses compostos podem sofrer as seguintes transformações: I. O álcool isoamílico pode ser transformado em um éster que apresenta odor de banana. Esse éster pode ser hidrolisado com uma solução aquosa de ácido sulfúrico, liberando odor de vinagre. II. O ácido butírico tem odor de manteiga rançosa. Porém, ao reagir com etanol, transforma-se em um composto que apresenta odor de abacaxi. a) Escreva a fórmula estrutural do composto que tem odor de banana e a do composto com odor de abacaxi. b) Escreva a equação química que representa a transformação em que houve liberação de odor de vinagre. 6. (IFPI) A determinação de estruturas de moléculas orgânicas é feita principalmente por técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN). A aparelhagem de RMN gera gráficos que, depois de interpretados, fornecem informações sobre a sequência de ligações dos átomos, a proximidade de certos átomos a determinados grupos funcionais, a presença de ligações duplas, heteroátomos, etc. Outras técnicas nos fornecem com bastante precisão a massa molar e a fórmula molecular das substâncias. O conjunto de dados a seguir foi obtido pela combinação de algumas técnicas de identificação e se refere a uma dada substância: • A molécula possui um grupo metila ligado a um átomo de oxigênio. • A molécula possui um grupo metila ligado a um grupo — CH 2 —. • A molécula possui um grupo — CH 2 — ligado a um carbono saturado e a um grupo C O. • Esta substância reage com a água, produzindo um ácido carboxílico e um álcool. • Sua massa molar é 102 g/mol. Seu nome é: a) etanoato de propila. b) propanoato de etila. c) butirato de metila. d) metanoato de butila. e) ácido pentanoico. R e p ro d u ç ã o / F u v e s t- S P, 2 0 1 8 . Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 28 8/7/18 9:25 AM 29 QU ÍM IC A 7. +Enem [H24] Uma importante atividade econômica de populações praieiras, principalmente nos estados do Su- deste e do Nordeste, é a exploração do coco. O coco é um alimento muito nutritivo, sendo metade da gordura presente na sua composição representada pelo ácido láuri- co, um ácido graxo de cadeia média. No corpo humano esse ácido reage com o propano-1,2,3-triol, produzindo a monolaurina, substância de ação antimicrobiana. A mo- nolaurina apresenta a seguinte estrutura: Monolaurina CH 3 (CH 2 ) 9 CH 2 O OH OH O A reação que dá origem à monolaurina no organismo é uma reação de: a) oxidação. b) desidratação. c) adição. d) eliminação. e) esterifi cação. 8. (Vunesp) A fórmula representa a estrutura do miristato de isopropila, substância amplamente empregada na prepa- ração de cosméticos, como cremes, loções, desodorantes e óleos para banho. Essa substância é obtida pela reação entre ácido mirístico de alta pureza e álcool isopropílico. R e p ro d u ç ã o /V U N E S P, 2 0 1 7. Escreva o nome da função orgânica à qual pertence o miristato de isopropila e as fórmulas estruturais do ácido mirístico e do álcool isopropílico. Em seguida, utilizando essas fórmulas, escreva a equação, completa e balancea- da, da reação pela qual é obtido o miristato de isopropila. Complementares Tarefa proposta 1 a 12 9. (UFPI) Entre os seguintes compostos, assinale aquele que pode reagir com metanol, sob catálise por ácido mineral, para formar salicilato de metila (orto-hidroxibenzoato de metila), princípio ativo de um anti-infl amatório de ação local. a) O O b) OH O O c) OH O O d) OH OH O e) O O Et_EM_3_Cad11_Qui_c02_21a44.indd 29 8/7/18 9:25 AM 30 CAPÍTULO 2 10. (Uniube-MG) Substâncias químicas que apresentam o gru- pamento éster são caracterizadas por apresentarem flavor (mistura de sabor e odor) agradável de diferentes frutas. Podem ser obtidas de maneira sintética (artificialmente) e empregadas em alimentos como refrigerantes, refrescos, sorvetes, doces e balas. O acetato de isoamila (etanoato de isopentila), estrutura a seguir, é conhecido como essência de banana, pelo forte aroma de banana que exala. H 3 C — C — O — CH 2 — CH 2 — CH — CH 3 O CH 3 Acetato de isopentila (etanoato de isopentila) Essência de banana A síntese de um éster normalmente é feita pela esterifica- ção de Fischer, a qual consiste da reação de um ácido car- boxílico com um álcool (como reagentes), usando catálise de ácido sulfúrico e aquecimento sob refluxo. O ácido carboxílico e o álcool (reagentes) usados para a obtenção da essência de banana, estrutura química anterior, são: a) ácido metanoico e pentanol-1 (álcool pentílico). b) ácido etanoico e isopentanol (álcool isopentílico). c) ácido isopentanoico e etanol (álcool etílico). d) ácido metanoico e etanol (álcool etílico). e) ácido etanoico e metanol (álcool metílico). 11. (Unitau-SP) A acetilcolina é um neurotransmissor presente no sistema nervoso autônomo, em determinadas regiões cerebrais e na junção neuromuscular. Essa molécula é formada pela reação de esterificação entre (2-hidroxietil)- -trimetilamônio, também conhecido como colina, e ácido acético (ácido etanoico). A colina é um sal de amônio qua- ternário, que se origina da substituição dos hidrogênios presentes no cátion amônio por radicais orgânicos. A ação
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