IEQ-602 - Parte 7 - Alcenos, termodinâmica e cinética química

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Alcenos, 
termodinâmica e 
cinética química. 
Prof. Dr. Joel Passo 
Alcenos 
• Eteno + clorina  substância oleosa  Olefina 
• Alcenos tem um importante papel na natureza. 
• Eteno 
• Hormônio de plantas 
• Controla o crescimento 
• Mudanças na estrutura 
• Germinação das sementes 
• Maturação das flores 
• Amadurecimento do fruto 
 
 
Eteno é o hormônio que auxilia 
 no amadurecimento dos tomates 
p
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ja
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01
3 
2 
Alcenos 
Limoneno 
Proveniente de 
limões e laranjas 
b-felandreno 
Óleo de eucalípto 
Multifideno 
Atrativo sexual da 
alga marrom 
Muscaluro 
Atrativo sexual da 
mosca doméstica 
a-farneseno 
Cera encontrada na pele 
que recobre maçãs 
p
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01
3 
3 
Alcenos 
Fórmula molecular e grau de insaturação 
• Alcano 
• CnH2n+2 
• Ciclano 
• CnH2n 
• Alceno 
• CnH2n 
• A fórmula geral dos hidrocarbonetos é CnH2n+2 , menos dois 
hidrogênios para cada ligação p e/ou anel na molécula. 
C5H12 
CnH2n+2 
C5H10 
CnH2n 
C5H10 
CnH2n 
C5H8 
CnH2n-2 
p
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01
3 
4 
• Escreva as fórmulas estruturais possíveis a partir da fórmula 
molecular C8H14. 
• Resposta: 
• A fórmula geral de um hidrocarboneto de 8 carbonos é C8H18 e 
a fórmula molecular dada (C8H14) tem 4 hidrogênios a menos. 
• O composto pode ter então: 
1. 2 ligações duplas, ou; 
2. 1 ligação dupla e um anel, ou; 
3. Dois anéis, ou; 
4. Uma tripla ligação. 
Alcenos 
Fórmula molecular e grau de insaturação 
p
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ja
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01
3 
5 
Exercícios propostos/Resolvidos 
• 1) Determine a fórmula molecular dos hidrocarbonetos a 
seguir: 
a) Um hidrocarboneto com 5 carbonos, uma ligação p e um 
anel; 
b) Um hidrocarboneto com 4 carbonos, duas ligações p e 
nenhum anel; 
c) Um hidrocarboneto com 10 carbonos, uma ligação p e dois 
anéis; 
d) Um hidrocarboneto com 8 carbonos, três ligações p e um 
anel; 
 
 Solução 1a: Para um hidrocarboneto com 5 carbonos sem ligação p e sem anel a fórmula 
geral é CnH2n+2 = C5H12. Um hidrocarboneto com grau de insaturação 2 (ligação p + anel) 
têm quatro hidrogênios a menos. Portanto, sua fórmula molecular é C5H8. 
 
p
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3 
6 
• 2) Determine o grau de insaturação dos hidrocarbonetos a 
seguir de acordo as fórmulas moleculares a seguir: 
a) C10H16 
b) C20H34 
c) C8H16 
d) C12H20 
e) C40H56 
 
Exercícios propostos/Resolvidos 
Solução 2a: Para um hidrocarboneto com 10 carbonos sem ligação p e sem anel a fórmula 
geral é CnH2n+2 = C10H22. Mas, um composto de 10 carbonos e fórmula molecular C10H16 
tem seis carbonos a menos. Portanto, seu grau de insaturação é 3. 
 
p
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3 
7 
• 3) Determine o grau de insaturação e desenhe as estruturas 
possíveis para os compostos com as fórmulas moleculares a 
seguir: 
a) C3H6 
b) C3H4 
c) C4H6 
Exercícios propostos 
p
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01
3 
8 
Alcenos 
Nomenclatura 
Eteno 
Etileno 
Propeno 
Propileno 
Ciclopenteno Cicloexeno 
1-buteno 2-buteno 2-Hexeno 
2-propil-1-Hexeno 
4-metil-2-penteno 3-metil-3-hepteno 
4-pentóxi-1-buteno 
p
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3 
9 
Alcenos 
Nomenclatura 
3,6-dimetil-3-octeno 5-bromo-4-cloro-1-hepteno 
2,5-dimetil-4-octeno 
4,7-dimetil-4-octeno Não 
2 < 4 
2-bromo-4-metil-3-hexeno 
Não 
2 < 3 
5-bromo-3-metil-3-hexeno 
p
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3 
10 
Alcenos 
Nomenclatura 
No ciclo a ligação dupla fica 
sempre entre o carbono 1 e 2. 
3-etilciclopenteno 4,5-dimetilcicloexeno 
4-etil-3-metilcicloexeno 
1,6-diclorocicloexeno 
2,3-diclorolcicloexeno Não 
1 < 2 
5-etil-1-metilcicloexeno 
Não 
1 < 2 
4-etil-2-metilcicloexeno 
p
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01
3 
11 
Alcenos 
Nomenclatura 
2-bromo-4-etil-7-metil-4-octeno 
Não 
4 < 5 
7-bromo-5-etil-2-metil-4-octeno 
6-bromo-3-cloro-4-metilcicloexeno 
Não 
4 < 5 
3-bromo-6-cloro-5-metilcicloexeno 
Grupo viníla Grupo alíla 
Cloroeteno 
Cloreto de viníla 
3-bromopropeno 
Brometo de alíla 
p
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01
3 
12 
Exercícios propostos 
• 1) Desenhe a estrutura para cada composto abaixo: 
a) 3,3-dimetilciclopenteno 
b) 6-bromo-2,3-dimetil-2-hexeno 
c) Etil vinil eter 
d) Álcool alílico 
• 2) Dê o nome sistemático de cada composto abaixo: 
 
p
as
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ja
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01
3 
13 
A estrutura dos alcenos 
p
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01
3 
14 
Isomeria Cis-Trans 
p
as
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ja
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01
3 
15 
Barreira de rotação 
 63 kcal/ mol 
p
as
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01
3 
16 
Isomeria Cis-Trans 
p
as
so
ja
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01
3 
17 
Isomeria Cis-Trans 
Exercícios propostos 
• 1a) Quais dos compostos a seguir podem existir como 
isômeros cis-trans? 
• b) Escreva os isômeros cis e trans e indique. 
 
 
 
 
• 2) Qual dos seguintes compostos tem momento dipolo igual a 
zero? 
p
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ja
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01
3 
18 
Interconversão cis-trans na visão 
p
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3 
19 
Nomenclatura no sistema E, Z 
p
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3 
20 
• Qual é o isômero cis ou o isômero trans? 
 
 
 
 
• Sistema E, Z 
• É um sistema de nomenclatura que leva em conta a prioridade 
relativa dos grupos ligados a dupla ligação. 
• Z é a inicial de zusammen que em alemão significa “juntos”; 
• Quando os grupos de maior prioridade estão do mesmo lado tem-se o 
isômero de configuração Z. 
 
• E é a inicial de entgegen que em alemão significa “opostos”; 
• Quando os grupos de maior prioridade estão de lados opostos tem-se o 
isômero de configuração E. 
 
 
p
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01
3 
21 
Nomenclatura no sistema E, Z 
• Determinação das prioridades relativas dos dois grupos 
ligados ao carbono sp2. 
• Regra 1: 
• O átomo com número atômico maior tem maior prioridade. 
 
p
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01
3 
22 
Nomenclatura no sistema E, Z 
• Determinação das prioridades relativas dos dois grupos 
ligados ao carbono sp2. 
• Regra 2: 
• Se os substituintes ligados ao carbono sp2 começam com o 
mesmo átomo é necessário considerar o átomos ligados a esses 
átomos e considerar seus números atômicos. 
 p
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01
3 
23 
Nomenclatura no sistema E, Z 
17Cl > 6C 
6C 
6C 
C, C, H 
8O, H, H 
p
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3 
24 
Nomenclatura no sistema E, Z 
• Determinação das prioridades relativas dos dois grupos 
ligados ao carbono sp2. 
• Regra 3: 
• Se o átomo é ligado por uma ligação dupla ou tripla, o sistema de 
prioridade trata como se houvesse somente ligações simples 
entre os dois átomos. 
C, C, C 
O, H, H C, C, H 
C, H, H 
C 
C 
C 
C 
p
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01
3 
25 
Nomenclatura no sistema E, Z 
• Determinação das prioridades relativas dos dois grupos 
ligados ao carbono sp2. 
• Regra 4: 
• No caso de isótopos, o número de massa é usado para 
determinar as prioridades relativas. 
2D > 1H 
C, C, H 
C 
H, H, H 
C, C, H 
C 
C, H, H 
Exercícios propostos 
• 1) Desenhe e indique os isômeros E e Z a partir dos compostos 
a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
• 2) Desenhe a estrutura do (Z)-3-isopropil-2-hepteno. 
p
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01
3 
26 
Como os alcenos reagem – 
setas curvas 
p
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01
3 
27 
Eteno 
Colesterol 
• Para reduzir a necessidade do memorização precisamos 
entender porque um grupo funcional reage de maneira 
característica. 
• Essencialmente, a química orgânica está relacionadaa 
interação entre átomos/ moléculas ricos em elétrons e 
átomos/ moléculas deficientes em elétrons. 
• As forças de atração que fazem as reações químicas acontecerem. 
• Átomos ricos em elétrons são atraídos por átomos deficientes em 
elétrons. 
• Cada vez que estudamos um novo grupo funcional, relembre 
que as reações que ocorrem podem ser explicadas por regras 
muito simples. 
p
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01
3 
28 
Como os alcenos reagem – 
setas curvas 
• Para entender como um grupo funcional reage você deve 
primeiramente reconhecer átomos ou moléculas ricos em 
elétrons ou deficientes em elétrons. 
• Um átomo ou molécula elétron-deficiente é chamado de 
eletrófilo. 
• Um eletrófilo pode ter um átomo que pode aceitar um par de 
elétrons ou pode ter um elétron desemparelhado precisando 
completar seu octeto. 
• Um eletrófilo procura por elétrons. 
p
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01
3 
29 
Como os alcenos reagem – 
setas curvas 
• Um átomo ou molécula rico em elétrons é chamado de 
nucleófilo. 
• Um nucleófilo tem um par de elétrons que pode ser 
compartilhado. 
• Alguns nucleófilos são neutros e alguns possuem carga 
negativa. 
 
 
 
 
• Nucleófilos reagem com eletrófilo. 
• Devido um eletrófilo aceitar um par de elétrons, ele é 
chamado, às vezes, de ácido de Lewis. 
• Devido um nucleófilo ter um par de elétrons para 
compartilhar, ele é chamado, às vezes, de base de Lewis. 
p
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01
3 
30 
Como os alcenos reagem – 
setas curvas 
Exercício proposto 
• Quais dos seguintes compostos são eletrófilos ou nucleófilos? 
p
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01
3 
33 
Alguns cuidados na utilização 
de setas curvas 
• 1) Tenha certeza que as setas são desenhadas na direção do 
fluxo dos elétrons e nunca contra o fluxo de elétrons. 
• Isto significa que as setas serão desenhadas sempre saindo de 
uma carga negativa e/ou chegando a uma carga positiva. 
p
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01
3 
34 
• 2) As setas curvas são utilizadas para indicar o movimento de 
elétrons. 
• Nunca use uma seta curva para indicar o movimento de um 
átomo. 
p
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01
3 
35 
Alguns cuidados na utilização 
de setas curvas 
• 3) A seta curva começa na fonte de elétrons, não começa em 
um átomo. 
p
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01
3 
36 
Alguns cuidados na utilização 
de setas curvas 
• Use setas curvas para mostrar o movimento de elétrons em 
cada uma das seguintes etapas das reações: 
p
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01
3 
37 
Exercício proposto 
 
 
 
 
• Termodinâmica – Estuda a quantidade relativa de Y e Z no 
equilíbrio 
 
• Cinética – Estuda a rapidez que Y é convertido em Z 
 
Termodinâmica e Cinética da reação 
p
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3 
38 
Termodinâmica e Cinética da reação 
Diagrama de coordenada de reação 
 
p
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01
3 
39 
• A área da química que descreve as propriedades de um 
sistema em equilíbrio 
Termodinâmica 
p
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01
3 
40 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
DG° = (energia livre dos produtos) – (energia livre dos reagente) 
p
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01
3 
41 
 
 
 
• ° = Condições padrão 
• 1 mol/L, 25°C e 1 atm 
• R = Constante do gases 
• 1,986 x 10-3 Kcal.mol-1.K-1 
• 8,314 x 10-3 KJ.mol-1.K-1 
• T = temperatura em Kelvin (TK = °C + 273) 
 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
DG° = -RT ln Keq 
p
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01
3 
42 
• Exercício resolvido 
• O DG° para a conversão do fluorcicloexano axial para o 
fluorcicloexano equatorial a 25°C é – 0,25 kcal/mol. Calcule a 
porcentagem de moléculas do fluorcicloexano que tem o 
substituínte fluor na posição equatorial. 
p
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01
3 
43 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
Calculando a porcentagem de equatorial 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
DG° = DH° - TDS° 
DH° = (energia das ligações quebradas) – (energia das ligações formadas) 
Entalpia 
Entropia 
DS (liberdade de 
movimento dos 
produtos) 
(liberdade de 
movimento dos 
reagente) 
= 
- 
A formação de produtos com ligações fortes e maior liberdade de movimento 
permite que o DG° seja negativo. 
p
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-2
01
3 
44 
DH° < 0 – Reação exotérmica 
DH° > 0 – Reação endotérmica 
O calor consumido durante o curso da reação 
Definida como grau de desordem. Medida da liberdade do sistema. 
Exercício proposto 
• 1a) Para qual reação o DS° é mais significativo? 
 
 
 
 
 
• 1b) Para qual reação o é DS° positivo? 
 
• 2a) Para a reação com DH° = -12 kcal/mol e DS° = 0,01 
kcal/mol, calcule o DG° e a constante de equilíbrio a 30°C e a 
150°C. 
 
• 2b) Como o DG° muda com o aumento da temperatura? 
• 2c) Como a Keq muda com o aumento da temperatura? 
p
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01
3 
45 
• Cálculo da Entalpia 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
p
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01
3 
46 
• Cálculo de Entalpia 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
Ligações que 
serão quebradas 
Ligações que 
serão formadas 
 Ligação do p eteno DH° = 63 kcal/mol 
H-Br DH° = 87 kcal/mol 
DH°Total = 150 kcal/mol 
C-H DH° = 101 kcal/mol 
C-Br DH° = 69 kcal/mol 
DH°Total = 170 kcal/mol 
DH° = 150 kcal/mol – 170 kcal/mol 
 = -20 kcal/mol 
DH° = (energia das ligações quebradas) – (energia das ligações formadas) 
p
as
so
ja
-2
01
3 
47 
• Reação em solução 
Termodinâmica: 
Parâmetros termodinâmicos 
Solvatação de uma 
carga positiva pela 
água 
Solvatação de uma 
carga negativa pela 
água 
p
as
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01
3 
48 
Exercícios propostos 
• 1) Usando a tabela de dissociação de ligação calcule o DH° para 
a adição do HCl ao eteno. 
 
• 2) Calcule o DH° para a adição do H2 ao eteno. 
 
• 3) As reações são exotérmicas ou endotérmicas? 
 
• 4) Você espera que as reações sejam exergônicas ou 
endergônicas? 
p
as
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-2
01
3 
49 
• Cinética é a área da química que estuda a velocidade das 
reações químicas e os fatores que afetam a velocidade. 
Cinética química 
DG# = DH # - TDS # 
DG# = (energia livre do estado de transição) – (energia livre dos reagentes) 
DH# = (entalpia do estado de transição) – (entalpia dos reagentes) 
DS# = (entropia do estado de transição) – (entropia dos reagentes) 
p
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01
3 
50 
p
as
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01
3 
51 
Cinética química 
Velocidade da 
reação 
Número de colisões 
por unidade de tempo 
Fração com 
energia suficiente 
Fração com 
orientação apropriada 
= x x 
v 
v = k [A] 
Reação de primeira ordem 
v = k [A] [B] 
Reação de segunda ordem 
v = k [A]2 
p
as
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01
3 
52 
Cinética química 
• Equação de Arrhenius 
 
 
• Ea = Energia de ativação experimental 
• A = Fator de frequência 
• = Corresponde as frações de colisões que tem a 
mínima energia para reagir (Ea). 
p
as
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01
3 
53 
Cinética química 
Não confunda DG# com Ea: 
Exercício resolvido/ propostos 
• A 30°C, a constante de segunda ordem da reação do cloreto 
de metila e HO- é 1,0 x 10-5 M-1s-1. 
a) Qual a velocidade da reação quando [CH3Cl] = 0,10 M e 
[OH-] = 0,10 ? 
b) Se a concentração do cloreto de metila diminuir para 0,01 
M, que efeito terá na velocidade da reação? 
c) Se a concentração do cloreto de metila diminuir para 0,01 
M, que efeito terá na constante de velocidade da reação? 
Solução a) A velocidade da reação é dada por: 
 v = k[CH3Cl][HO
-]Substituindo os dados na equação: 
 v = 1,0 x 10-5 M-1s-1[0,10M][0,10M] 
 v = 1,0 x 10 Ms-1 
 
 
p
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-2
01
3 
54 
p
as
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01
3 
55 
Termodinâmica e Cinética 
Adição eletrofílica de 
HBr no 2-buteno 
Estado de transição 
Estado de transição 
p
as
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ja
-2
01
3 
56 
Adição eletrofílica de 
HBr no 2-buteno 
p
as
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01
3 
57 
Adição eletrofílica de 
HBr no 2-buteno 
p
as
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-2
01
3 
58 
Exercícios propostos 
• 1a) Qual etapa das reações seguintes tem a maior energia de 
ativação? 
 
 
 
 
 
 
 
• 1b) O primeiro intermediário formado é mais apto a ser 
revertido em reagente ou seguir para formar os produtos? 
• 1c) Qual etapa da sequência de reações é a etapa 
determinante? 
p
as
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-2
01
3 
59 
• 2) Trace um diagrama de coordenada de reação para a seguinte 
reação na qual C é o mais estável e B o menos estável das três 
espécies e o estado de transição do A para o B é mais estável do que 
o estado de transição do B para o C: 
 
 
 
 
• Com base no diagrama responda: 
a) Quantos intermediários tem? 
b) Quantos estados de transição tem? 
c) Qual etapa tem a maior constante de velocidade? 
d) Qual etapa tem a maior constante de velocidade no sentido 
reverso? 
e) Das quatro etapas, qual é mais rápida? 
f) Qual é a etapa determinante? 
g) Qual é a etapa determinante no sentido reverso? 
p
as
so
ja
-2
01
3 
60 
Exercícios propostos 
 
聴いてくれてありがとう 
 
 
 SDG 
p
as
so
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01
3 
61