Questão 124 — ENEM 2019Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Química Orgânica (ésteres, transesterificação) e Polímeros (reciclagem do PET)
• ⚡ Nível: Difícil — exige interpretar um esquema reacional com coeficientes genéricos (n, 2n) e reconhecer o mecanismo de transesterificação a partir da estrutura dos produtos, não apenas decorar nomes.
• 🎯 Tema/Habilidade: Reciclagem química de polímeros (metanólise do PET); competência de identificar transformações químicas a partir de fórmulas estruturais.
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual substância reage com o PET, numa transesterificação, para produzir tereftalato de metila e etanodiol (etilenoglicol)?"
• Palavras-chave decisivas: transesterificação, tereftalato de metila, etanodiol
• Armadilha típica: confundir esse processo com a hidrólise do PET (que usaria água e geraria ácido tereftálico, não éster metílico) ou escolher um ácido/anidrido pensando em "esterificação clássica", esquecendo que aqui já existe um éster (o PET) sendo transformado em outro éster.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de ler a estrutura do produto (grupo –COOCH₃) e deduzir, por engenharia reversa, qual pequena molécula forneceu esse grupo metila ligado ao oxigênio.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Éster e poliéster: o PET é um poliéster — sua cadeia é formada por unidades repetidas unidas por ligações do tipo R–CO–O–R', resultantes da condensação entre ácido tereftálico e etilenoglicol.
• Transesterificação: reação em que um éster (R–COO–R') reage com um álcool (R''–OH); o oxigênio do álcool ataca o carbono carbonílico, "empurrando" o grupo alcóxi original para fora e formando um novo éster (R–COO–R'') mais o álcool que foi liberado (R'–OH).
• Reciclagem química do PET: industrialmente, o PET pode ser despolimerizado por hidrólise (gera ácido tereftálico), glicólise (gera oligômeros com excesso de etilenoglicol) ou metanólise (gera tereftalato de dimetila + etilenoglicol) — exatamente o processo retratado no esquema da questão.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "gera o tereftalato de metila e o etanodiol" → os produtos finais têm nomes definidos: um éster metílico do ácido tereftálico (anel aromático com dois grupos –COOCH₃) e o etilenoglicol (HO–CH₂–CH₂–OH), que é exatamente o diol que compunha a cadeia original do PET.
• Evidência 2 (na figura): o esquema mostra "PET + 2n A → (altas temperaturas e pressão) → n [anel com dois –COOCH₃] + n HO–CH₂–CH₂–OH". Cada unidade repetitiva do PET consome 2 moléculas de A e libera, simultaneamente, uma molécula de tereftalato de metila e uma de etilenoglicol.
• Síntese: como o produto aromático carrega dois grupos –O–CH₃ que não existiam como tal na cadeia do PET (lá o oxigênio do éster estava ligado ao –CH₂CH₂– do glicol, não a uma metila isolada), A precisa ser a molécula que fornece o grupo metila ligado a oxigênio — ou seja, um álcool de um carbono.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Reconhecer a estrutura do PET

A unidade repetitiva do PET é –[O–CH₂–CH₂–O–CO–C₆H₄–CO]–ₙ: um anel aromático para-substituído, ligado por dois grupos carbonila (–CO–) a átomos de oxigênio que, por sua vez, se conectam a uma ponte de etilenoglicol (–O–CH₂–CH₂–O–) da unidade seguinte. Cada ligação éster dessa cadeia é um ponto de ataque possível para um nucleófilo externo.

Subpasso 4.2 — Aplicar o mecanismo de transesterificação

Na metanólise, o oxigênio nucleofílico de uma molécula de CH₃–OH ataca o carbono carbonílico de cada ligação éster do PET. O grupo alcóxi que estava servindo de "ponte" (o etilenoglicol, dentro da cadeia) é expulso como grupo abandonador, e o metanol assume o lugar, formando um novo éster metílico (–CO–O–CH₃) em cada extremidade do fragmento tereftálico. Como cada unidade repetitiva tem duas ligações éster (uma de cada lado do anel), são necessárias 2 moléculas de metanol por unidade — exatamente o "2n A" mostrado na figura — liberando, ao mesmo tempo, 1 molécula de etanodiol livre por unidade.

Subpasso 4.3 — Verificação por balanço de átomos

A unidade repetitiva do PET tem fórmula C₁₀H₈O₄. Somando 2 CH₃OH (2 × CH₄O = C₂H₈O₂):

C₁₀H₈O₄ + C₂H₈O₂ = C₁₂H₁₆O₆

Os produtos são o tereftalato de dimetila, C₁₀H₁₀O₄, e o etilenoglicol, C₂H₆O₂:

C₁₀H₁₀O₄ + C₂H₆O₂ = C₁₂H₁₆O₆

Os dois lados batem perfeitamente, confirmando que A = CH₃OH (metanol), com massa molar 32 g/mol — a menor e mais simples molécula de álcool.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) metano.

❌ Incorreta: o metano (CH₄) não possui oxigênio nem hidroxila; sem um átomo eletronegativo com par de elétrons disponível, ele não tem como atuar como nucleófilo em uma transesterificação. Também não fecha o balanço de átomos calculado no Passo 4.

B) metanol.

✅ Correta: o metanol (CH₃OH) é o álcool cuja hidroxila ataca o carbono carbonílico das ligações éster do PET, substituindo o etilenoglicol interno e formando os grupos –COOCH₃ vistos no tereftalato de metila. O balanço estequiométrico (2 CH₃OH por unidade repetitiva) confirma exatamente a proporção "2n A" da figura.

C) éter metílico.

❌ Incorreta: o éter dimetílico (CH₃–O–CH₃) tem o oxigênio "protegido" entre dois carbonos, sem hidrogênio ácido e sem boa capacidade de agir como nucleófilo livre nessas condições; éteres são notoriamente pouco reativos e não participam de transesterificação convencional.

D) ácido etanoico.

❌ Incorreta: o ácido acético (CH₃COOH) é um ácido carboxílico, não um álcool — em uma reação com éster, ele tenderia a sofrer troca de grupo acila (não a fornecê-lo como nucleófilo alcoólico). Além disso, sua estrutura tem 2 carbonos e um grupo carbonila próprio, o que não corresponde ao grupo simples –OCH₃ observado no produto.

E) anidrido etanoico.

❌ Incorreta: o anidrido acético é um agente acilante eletrofílico, ou seja, desempenha o papel oposto ao exigido: ele reage com álcoois para formar ésteres (liberando ácido acético), em vez de atuar como o nucleófilo que ataca o éster do PET. Se fosse A, o produto teria grupos acetato (–O–CO–CH₃), e não o metil-éster observado.

🏆 Gabarito: B — o metanol é o único composto capaz de fornecer o grupo –OCH₃ nucleofílico que substitui o etilenoglicol nas ligações éster do PET, gerando o tereftalato de metila e liberando etanodiol, conforme confirma o balanço estequiométrico do esquema.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas o metanol reúne as duas condições necessárias — ser um álcool (fonte de oxigênio nucleofílico) e ter exatamente um carbono, compatível com o grupo –OCH₃ visto no produto tereftalato de metila.
• Padrão de cobrança: o ENEM gosta de explorar a reciclagem química de polímeros (PET) associando sustentabilidade a conceitos de química orgânica — hidrólise, glicólise e metanólise costumam aparecer como variações do mesmo tema, sempre pedindo para identificar reagente ou produto a partir de um esquema estrutural.
• Generalização: em qualquer transesterificação, o "álcool oculto" é sempre revelado pelo grupo alquila que aparece ligado ao oxigênio do novo éster formado — basta comparar a estrutura do produto com a do reagente original.
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara qualquer opção sem grupo hidroxila livre (metano, éter metílico, anidrido acético) — nenhuma delas pode fornecer o oxigênio nucleofílico exigido pela reação; entre as sobras, confira se o número de carbonos do grupo alquila bate com o –CH₃ do produto (o que descarta o ácido etanoico, que tem 2 carbonos).
• Conexões: esterificação de Fischer, hidrólise ácida/básica de ésteres, química verde e reciclagem de plásticos.