Exercícios de Aprofundamento 2015 Qui - Orgânica

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1 1. (Enem 2014) O potencial brasileiro para transformar lixo em energia permanece subutilizado apenas pequena parte dos resíduos brasileiros é utilizada para gerar energia. Contudo, bons exemplos são os aterros sanitários, que utilizam a principal fonte de energia ali produzida. Alguns aterros vendem créditos de carbono com base no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), do Protocolo de Kyoto. Essa fonte de energia subutilizada, citada no texto, é o a) etanol, obtido a partir da decomposição da matéria orgânica por bactérias. b) gás natural, formado pela ação de fungos decompositores da matéria orgânica. c) óleo de xisto, obtido pela decomposição da matéria orgânica pelas bactérias anaeróbias. d) gás metano, obtido pela atividade de bactérias anaeróbias na decomposição da matéria orgânica. e) gás liquefeito de petróleo, obtido pela decomposição de vegetais presentes nos restos de comida. 2. (Fuvest 2015) A ardência provocada pela pimenta dedo-de-moça é resultado da interação da substância capsaicina com receptores localizados na língua, desencadeando impulsos nervosos que se propagam até o cérebro, o qual interpreta esses impulsos na forma de sensação de ardência. Esse tipo de pimenta tem, entre outros efeitos, o de estimular a sudorese no organismo humano. Considere as seguintes afirmações: I. Nas sinapses, a propagação dos impulsos nervosos, desencadeados pelo consumo dessa pimenta, se dá pela ação de neurotransmissores. II. Ao consumir essa pimenta, uma pessoa pode sentir mais calor pois, para evaporar, o suor libera calor para o corpo. III. A hidrólise ácida da ligação amídica da capsaicina produz um aminoácido que é transportado até o cérebro, provocando a sensação de ardência. É correto apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) I e II. d) II e III. e) I e III. 3. (Fuvest 2015) Parte do solo da bacia amazônica é naturalmente pobre em nutrientes e, consequentemente, pouco apropriada para a agricultura comercial. Por outro lado, em certas porções desse território, são encontradas extensões de terra rica em carvão e nutrientes (sob a forma de compostos de fósforo e cálcio), os quais não resultaram da decomposição microbiana da vegetação. Esse tipo de solo é popularmente chamado de terra preta. Dentre as hipóteses a seguir, formuladas para explicar a ocorrência da terra preta, a mais plausível seria a da a) decomposição gradativa de restos de peixes e caça e deposição da fuligem gerada pela queima de madeira, empregada no cozimento de alimentos. b) decomposição microbiana de afloramentos de petróleo, seguida pela combustão completa dos produtos dessa decomposição. Página 1 de 20

2 c) reação dos carbonatos e fosfatos, existentes na vegetação morta, com chuvas que apresentam ph menor do que 4 (chuva ácida). d) oxidação, durante a respiração noturna, do carbono contido nos vegetais da floresta amazônica. e) decomposição térmica de calcário, produzindo óxido de cálcio e carvão. 4. (Fuvest 2015) 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 sequência de reações: Os produtos A e B dessas reações são: 5. (Fuvest 2015) Compostos com um grupo NO 2 ligado a um anel aromático podem ser reduzidos, sendo o grupo NO 2 transformado em NH 2, como representado abaixo. Compostos alifáticos ou aromáticos com grupo 2 NH, por sua vez, podem ser transformados em amidas ao reagirem com anidrido acético. Essa transformação é chamada de acetilação do grupo amino, como exemplificado abaixo. Página 2 de 20

3 Essas transformações são utilizadas para a produção industrial do paracetamol, que é um fármaco empregado como analgésico e antitérmico. a) Qual é o reagente de partida que, após passar por redução e em seguida por acetilação, resulta no paracetamol? Escreva a fórmula estrutural desse reagente. O fenol (C6H5OH) também pode reagir com anidrido acético. Nessa transformação, forma se acetato de fenila. b) Na etapa de acetilação do processo industrial de produção do paracetamol, formam se, também, ácido acético e um subproduto diacetilado (mas monoacetilado no nitrogênio). Complete o esquema a seguir, de modo a representar a equação química balanceada de formação do subproduto citado. 6. (Fuvest 2015) A preparação de um biodiesel, em uma aula experimental, foi feita utilizando se etanol, KOH e óleo de soja, que é constituído principalmente por triglicerídeos. A reação que ocorre nessa preparação de biodiesel é chamada transesterificação, em que um éster reage com um álcool, obtendo se um outro éster. Na reação feita nessa aula, o KOH foi utilizado como catalisador. O procedimento foi o seguinte: 1ª etapa: Adicionou se 1,5 g de KOH a 35 ml de etanol, agitando se continuamente a mistura. 2ª etapa: Em um erlenmeyer, foram colocados 100 ml de óleo de soja, aquecendo se em banho maria, a uma temperatura de 45 C. Adicionou se a esse óleo de soja a solução de catalisador, agitando se por mais 20 minutos. 3ª etapa: Transferiu se a mistura formada para um funil de separação, e esperou se a separação das fases, conforme representado na figura abaixo. Página 3 de 20

4 a) Toda a quantidade de KOH, empregada no procedimento descrito, se dissolveu no volume de etanol empregado na primeira etapa? Explique, mostrando os cálculos. b) Considere que a fórmula estrutural do triglicerídeo contido no óleo de soja é a mostrada a seguir. Escreva a fórmula estrutural do biodiesel formado. c) Se, na primeira etapa desse procedimento, a solução de KOH em etanol fosse substituída por um excesso de solução de KOH em água, que produtos se formariam? Responda, completando o esquema a seguir com as fórmulas estruturais dos dois compostos que se formariam e balanceando a equação química. Dado: solubilidade do KOH em etanol a 25 C 40 g em 100 ml 7. (Fuvest 2015) O glicerol pode ser polimerizado em uma reação de condensação catalisada por ácido sulfúrico, com eliminação de moléculas de água, conforme se representa a seguir: Página 4 de 20

5 a) Considerando a estrutura do monômero, pode se prever que o polímero deverá ser formado por cadeias ramificadas. Desenhe a fórmula estrutural de um segmento do polímero, mostrando quatro moléculas do monômero ligadas e formando uma cadeia ramificada. Para investigar a influência da concentração do catalisador sobre o grau de polimerização do glicerol (isto é, a porcentagem de moléculas de glicerol que reagiram), foram efetuados dois ensaios: 25 g de glicerol agitação e aquecimento Ensaio 1: polímero 1 0,5% (em mol) de H durante 4h 2SO4 25 g de glicerol agitação e aquecimento Ensaio 2 : polímero 2 3% (em mol) de H durante 4h 2SO4 Ao final desses ensaios, os polímeros 1 e 2 foram analisados separadamente. Amostras de cada um deles foram misturadas com diferentes solventes, observando se em que extensão ocorria a dissolução parcial de cada amostra. A tabela a seguir mostra os resultados dessas análises: Amostra Solubilidade (% em massa) Hexano (solvente apolar) polímero polímero Etanol (solvente polar) b) Qual dos polímeros formados deve apresentar menor grau de polimerização? Explique sua resposta, fazendo referência à solubilidade das amostras em etanol. 8. (Unesp 2014) Em sua edição de julho de 2013, a revista Pesquisa FAPESP, sob o título Voo Verde, anuncia que, até 2050, os motores de avião deverão reduzir em 50% a emissão de dióxido de carbono, em relação às emissões consideradas normais em Embora ainda em fase de pesquisa, um dos caminhos tecnológicos para se atingir essa meta envolve a produção de bioquerosene a partir de caldo de cana-de-açúcar, com a utilização de uma levedura geneticamente modificada. Essas leveduras modificadas atuam no processo de fermentação, mas, ao invés de etanol, produzem a molécula conhecida como farneseno, fórmula molecular C 15 H 24, cuja fórmula estrutural é fornecida a seguir. Por hidrogenação total, o farneseno é transformado em farnesano, conhecido como bioquerosene. Nessa reação de hidrogenação, a cadeia carbônica original do farneseno é mantida. Represente a fórmula estrutural, escreva o nome oficial do farnesano (bioquerosene) e forneça a equação química balanceada que representa a reação para a combustão completa de 1 mol da substância. 9. (Enem 2014) O estudo de compostos orgânicos permite aos analistas definir propriedades físicas e químicas responsáveis pelas características de cada substância descoberta. Um Página 5 de 20

6 laboratório investiga moléculas quirais cuja cadeia carbônica seja insaturada, heterogênea e ramificada. A fórmula que se enquadra nas características da molécula investigada é CH (CH) CH(OH) CO NH CH. a) b) CH 3 (CH) 2 CH(CH 3) CO NH CH 3. c) CH 3 (CH) 2 CH(CH 3) CO NH 2. d) CH3 CH2 CH(CH 3) CO NH CH 3. e) C6H5 CH2 CO NH CH (Enem 2014) O biodiesel não é classificado como uma substância pura, mas como uma mistura de ésteres derivados dos ácidos graxos presentes em sua matéria-prima. As propriedades do biodiesel variam com a composição do óleo vegetal ou gordura animal que lhe deu origem, por exemplo, o teor de ésteres saturados é responsável pela maior estabilidade do biodiesel frente à oxidação, o que resulta em aumento da vida útil do biocombustível. O quadro ilustra o teor médio de ácidos graxos de algumas fontes oleaginosas. Teor médio do ácido graxo (% em massa) Fonte Mirístico Palmítico Esteárico Oleico Linoleico Linolênico Oleaginosa (C14:0) (C16:0) (C18:0) (C18:1) (C18:2) (C18:3) Milho < 0,1 11,7 1,9 25,2 60,6 0,5 Palma 1,0 42,8 4,5 40,5 10,1 0,2 Canola < 0,2 3,5 0,9 64,4 22,3 8,2 Algodão 0,7 20,1 2,6 19,2 55,2 0,6 Amendoim < 0,6 11,4 2,4 48,3 32,0 0,9 MA, F.; HANNA, M. A. Biodiesel Production: a review. Bioresource Technology, Londres, v. 70, n. 1 jan (adaptado). Qual das fontes oleaginosas apresentadas produziria um biodiesel de maior resistência à oxidação? a) Milho. b) Palma. c) Canola. d) Algodão. e) Amendoim. 11. (Enem 2014) A capacidade de limpeza e a eficiência de um sabão dependem de sua propriedade de formar micelas estáveis, que arrastam com facilidade as moléculas impregnadas no material a ser limpo. Tais micelas têm em sua estrutura partes capazes de interagir com substâncias polares, como a água, e partes que podem interagir com substâncias apolares, como as gorduras e os óleos. SANTOS, W. L. P; MÕL, G. S. (Coords.). Química e sociedade. São Paulo: Nova Geração, 2005 (adaptado). A substância capaz de formar as estruturas mencionadas é a) C18H 36. b) C17H 33COONa. c) CH3CH 2COONa. d) CH3CH 2CH2COOH. e) CH3 CH2CH 2CH2OCH 2CH2CH 2CH (Fuvest 2014) Estudos recentes parecem indicar que o formato do olho humano e a visão são influenciados pela quantidade da substância X, sintetizada pelo organismo. A produção dessa substância é favorecida pela luz solar, e crianças que fazem poucas atividades ao ar livre tendem a desenvolver dificuldade para enxergar objetos distantes. Essa disfunção ocular é comumente chamada de miopia. Página 6 de 20

7 Considere a fórmula estrutural da substância X e os diferentes formatos de olho: Com base nessas informações, conclui-se corretamente que a miopia poderá atingir crianças cujo organismo venha a produzir X em quantidade insuficiente, levando à formação de olho do tipo. As lacunas da frase acima devem ser preenchidas, respectivamente, por a) o aminoácido; III. b) a amina; II. c) o aminoácido; I. d) o fenol; I. e) a amina; III. 13. (Enem 2014) Grande quantidade dos maus odores do nosso dia a dia está relacionada a compostos alcalinos. Assim, em vários desses casos, pode-se utilizar o vinagre, que contém entre 3,5% e 5% de ácido acético, para diminuir ou eliminar o mau cheiro. Por exemplo, lavar as mãos com vinagre e depois enxaguá-las com água elimina o odor de peixe, já que a molécula de piridina (C5H5N) é uma das substâncias responsáveis pelo odor característico de peixe podre. SILVA, V. A.; BENITE, A. M. C.; SOARES, M. H. F. B. Algo aqui não cheira bem A química do mau cheiro. Química Nova na Escola, v. 33, n. 1, fev (adaptado). A eficiência do uso do vinagre nesse caso se explica pela a) sobreposição de odor, propiciada pelo cheiro característico do vinagre. b) solubilidade da piridina, de caráter ácido, na solução ácida empregada. c) inibição da proliferação das bactérias presentes, devido à ação do ácido acético. d) degradação enzimática da molécula de piridina, acelerada pela presença de ácido acético. e) reação de neutralização entre o ácido acético e a piridina, que resulta em compostos sem mau odor. 14. (Unesp 2014) Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), atualmente cerca de 5% da população mundial sofre de depressão. Uma das substâncias envolvidas nesses distúrbios é o neurotransmissor serotonina, produzido no metabolismo humano a partir do triptofano. O processo metabólico responsável pela formação de serotonina envolve a reação química global representada pela equação não balanceada fornecida a seguir. Página 7 de 20

8 A reação de conversão de triptofano em serotonina ocorre em duas etapas metabólicas distintas. Com relação a essas duas substâncias e ao processo metabólico em que elas estão envolvidas, é correto afirmar que a) uma das etapas da conversão do triptofano em serotonina envolve a eliminação de um grupo amina. b) a serotonina apresenta função álcool. c) uma das etapas da conversão do triptofano em serotonina envolve a eliminação de um grupo carboxílico. d) por apresentarem ligações C = C em suas estruturas, as duas substâncias formam isômeros geométricos. e) apenas a serotonina apresenta anel aromático. 15. (Fuvest 2014) No processo tradicional, o etanol é produzido a partir do caldo da cana-deaçúcar por fermentação promovida por leveduras naturais, e o bagaço de cana é desprezado. Atualmente, leveduras geneticamente modificadas podem ser utilizadas em novos processos de fermentação para a produção de biocombustíveis. Por exemplo, no processo A, o bagaço de cana, após hidrólise da celulose e da hemicelulose, também pode ser transformado em etanol. No processo B, o caldo de cana, rico em sacarose, é transformado em farneseno que, após hidrogenação das ligações duplas, se transforma no diesel de cana. Esses três processos de produção de biocombustíveis podem ser representados por: Com base no descrito acima, é correto afirmar: a) No Processo A, a sacarose é transformada em celulose por micro-organismos transgênicos. b) O Processo A, usado em conjunto com o processo tradicional, permite maior produção de etanol por hectare cultivado. c) O produto da hidrogenação do farneseno não deveria ser chamado de diesel, pois não é um hidrocarboneto. d) A combustão do etanol produzido por micro-organismos transgênicos não é poluente, pois não produz dióxido de carbono. Página 8 de 20

9 e) O Processo B é vantajoso em relação ao Processo A, pois a sacarose é matéria-prima com menor valor econômico do que o bagaço de cana. 16. (Unicamp 2014) Recentemente encontrou-se um verdadeiro fatberg, um iceberg de gordura com cerca de 15 toneladas, nas tubulações de esgoto de uma região de Londres. Esse fatberg, resultado do descarte inadequado de gorduras e óleo usados em frituras, poderia ser reaproveitado na produção de a) sabão, por hidrólise em meio salino. b) biodiesel, por transesterificação em meio básico. c) sabão, por transesterificação em meio salino. d) biodiesel, por hidrólise em meio básico. 17. (Fuvest 2014) Ésteres podem reagir com álcoois ou com aminas, como exemplificado a seguir: a) Escreva as fórmulas estruturais dos produtos da reação entre acetato de etila (CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 ) e metilamina (CH 3 NH 2 ). Considere o seguinte esquema de reação: O composto intermediário se transforma no produto final, por meio de uma reação intramolecular que resulta na formação de um novo ciclo na estrutura molecular do produto. b) Escreva, nos espaços indicados, as fórmulas estruturais dos compostos e. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em todos os jogos olímpicos há sempre uma grande preocupação do Comitê Olímpico em relação ao doping. Entre as classes de substâncias dopantes, os betabloqueadores atuam no organismo como diminuidores dos batimentos cardíacos e como antiansiolíticos. O propranolol foi um dos primeiros betabloqueadores de sucesso desenvolvidos e é uma substância proibida em jogos olímpicos. Página 9 de 20

10 18. (Unesp 2014) A partir da análise da fórmula estrutural do propranolol, assinale a alternativa que apresenta corretamente sua fórmula molecular e as funções orgânicas presentes. a) C 16 H 21 NO 2, amina, álcool e éter. b) C 16 H 8 NO 2, amida, fenol e éter. c) C 16 H 21 NO 2, amida, álcool e éter. d) C 16 H 8 NO 2, amina, álcool e éster. e) C 16 H 8 NO 2, amina, álcool e éter. Página 10 de 20

11 Gabarito: Resposta da questão 1: [D] [Resposta do ponto de vista da disciplina Biologia] A fonte de energia subutilizada nos aterros sanitários é o gás metano (CH 4) produzido pela atividade decompositora de bactérias anaeróbicas. [Resposta do ponto de vista da disciplina Química] Essa fonte de energia subutilizada, citada no texto, é o gás metano (CH 4), menor hidrocarboneto existente, obtido pela atividade de bactérias anaeróbias na decomposição da matéria orgânica. Resposta da questão 2: [A] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Nas sinapses, a propagação dos impulsos nervosos, desencadeados pelo consumo dessa pimenta, se dá pela ação de neurotransmissores. O processo de evaporação do suor é endotérmico (absorve calor): H2O( ) calor H2O(v). Produtos da hidrólise ácida da capsaicina: [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] Os neurotransmissores são substâncias químicas responsáveis pela transmissão de impulsos nervosos nas sinapses entre neurônios e entre axônios de neurônios e órgãos, tais como, músculos e glândulas. Resposta da questão 3: [A] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Dentre as hipóteses formuladas para explicar a ocorrência da terra preta, a mais plausível Página 11 de 20

12 seria a da decomposição gradativa de restos de peixes e caça (fósforo e cálcio) e a deposição da fuligem (carvão) gerada pela queima de madeira, empregada no cozimento de alimentos. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] A ocorrência da terra preta em certas regiões amazônicas pode ser causada pela decomposição gradual de restos de peixes e caça e deposição da fuligem da queima de lenha no cozimento dos alimentos pelos habitantes do local. Resposta da questão 4: [D] Teremos: Resposta da questão 5: a) De acordo com as equações fornecidas no texto, tem-se redução e em seguida acetilação: b) Formação do subproduto: Resposta da questão 6: a) Dados: Página 12 de 20

13 Solubilidade do KOH em etanol a 25 C 40 g em 100 ml. Adicionou-se 1,5 g de KOH a 35 ml de etanol, agitando-se continuamente a mistura. 100 ml (e tanol) 40 g (KOH) 35 ml (e tanol) mkoh mkoh 14 g (valor máximo que pode ser dissolvido) Foi colocado 1,5 g. 1,5 g 14 g Conclusão: toda a quantidade de KOH empregada no procedimento descrito, se dissolveu. b) Tem-se a seguinte reação de transesterificação: c) Utilizando-se excesso de solução de KOH em água, vem: Resposta da questão 7: a) A formação do polímero ocorre a partir do glicerol, conforme indicado no texto. Página 13 de 20

14 Possível polímero de cadeia ramificada: b) Quanto maior for o grau de polimerização menor o número de hidroxilas restantes, já que estas são utilizadas na polimerização e menor será a solubilidade deste polímero em etanol. Página 14 de 20

15 Quanto menor for o grau de polimerização maior o número de hidroxilas restantes, já que estas são utilizadas na polimerização e maior será a solubilidade deste polímero em etanol (polar dissolve polar - pontes de hidrogênio entre as hidroxilas). Analisando a tabela, Solubilidade (% em massa) Amostra Hexano (solvente apolar) Etanol (solvente polar) polímero (mais solúvel) polímero > 3, conclui-se que o polímero 1 é o mais solúvel, ou seja, possui maior quantidade de hidroxilas não utilizadas no processo de polimerização, consequentemente é o polímero de menor grau de polimerização. Resposta da questão 8: Hidrogenação total do farneseno: Combustão completa de 1 mol do farnesano (C15H 32) : 1C15H O2 15 CO2 16 H2O Resposta da questão 9: [B] Molécula quiral (* apresenta carbono assimétrico) cuja cadeia carbônica seja insaturada (apresenta ligação pi), heterogênea (apresenta heteroátomo) e ramificada (apresenta carbono terciário): CH 3 (CH) 2 CH(CH 3) CO NH CH3 Resposta da questão 10: [B] Quanto menor a presença de insaturações (ligações duplas), maior a resistência à oxidação, Página 15 de 20

16 ou seja, quanto mais saturado for o composto, mais ele resiste à oxidação. Analisando a tabela: Mirístico (C14:0) 0 insaturação Oleico (C18:1) 1 insaturação Palmítico (C16:0) 0 insaturação Linoleico (C18:2) 2 insaturações Esteárico (C18:0) 0 insaturação Linolênico (C18:3) 3 insaturações A partir dos ácidos graxos mirístico, palmítico e esteárico, vem: Teor médio do ácido graxo (% em massa) Mirístico Palmítico Esteárico (C14:0) (C16:0) (C18:0) Total Milho 0,1 11,7 1,9 13,7 % Palma 1,0 42,8 4,5 48,3 % Canola 0,2 3,5 0,9 4,6 % Algodão 0,7 20,1 2,6 23,4 % Amendoim 0,6 11,4 2,4 14,4 % Palma 48,3 % (composto mais saturado) Resposta da questão 11: [B] As micelas têm em sua estrutura partes capazes de interagir com substâncias polares, como a água, e partes que podem interagir com substâncias apolares, como as gorduras e os óleos. Concluímos que se trata de um sabão, C17H 33COONa. Resposta da questão 12: [E] Com base nessas informações, conclui-se corretamente que a miopia poderá atingir crianças cujo organismo venha a produzir a amina X em quantidade insuficiente, levando à formação de olho do tipo III. X apresenta as funções amina e fenol: Página 16 de 20

17 Percebe-se que a imagem é formada antes da retina na figura III (miopia). Resposta da questão 13: [E] A eficiência do uso do vinagre, nesse caso, se explica pela reação de neutralização entre o ácido acético e a piridina, que apresenta caráter básico no conceito de Lewis, o que resulta em compostos sem mau odor. ácido piridina acético C5H5 N CH3COOH H2O [C5H5 N ][CH3COO ] Resposta da questão 14: [C] Uma das etapas da conversão do triptofano em serotonina envolve a eliminação de um grupo carboxílico: Não ocorre a eliminação de um grupo amina. A serotonina apresenta função fenol: Página 17 de 20

18 Apesar de apresentarem ligações C=C em suas estruturas, as duas substâncias não formam isômeros geométricos. O triptofano e a serotonina apresentam anel aromático: Resposta da questão 15: [B] O Processo A, usado em conjunto com o processo tradicional, permite maior produção de etanol por hectare cultivado, pois o bagaço de cana, além de ser transformado em etanol durante o processo de fermentação, é mais barato do que o caldo de cana. Além disso, o produto da hidrogenação do farneseno é um hidrocarboneto que pode ser utilizado como combustível (diesel de cana). Resposta da questão 16: [B] Esse fatberg, resultado do descarte inadequado de gorduras e óleo usados em frituras, poderia ser reaproveitado na produção de biodiesel, por transesterificação em meio básico: Página 18 de 20

19 Resposta da questão 17: a) Reação entre acetato de etila (CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 ) e metilamina (CH 3 NH 2 ) e seus produtos: b) Fórmula de A e C: Página 19 de 20

20 Resposta da questão 18: [A] O propanolol possui: C 16 H 21 NO 2, como ilustrado: As funções são: Página 20 de 20