Questão 93 — ENEM 2020 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química Orgânica → funções nitrogenadas (aminas e amidas), reações de condensação e classificação de cadeias carbônicas
• ⚡ Nível: Médio — exige combinar simultaneamente quatro critérios estruturais (posição dos grupos, saturação, ramificação e homogeneidade da cadeia)
• 🎯 Tema/Habilidade: Formação de amidas cíclicas (lactamas) por desidratação intramolecular; competência de interpretar fórmulas estruturais e prever produtos de reações orgânicas
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Identifique, entre as fórmulas estruturais, qual composto de cadeia aberta origina a pentano-5-lactama ao sofrer desidratação intramolecular entre seus grupos ácido carboxílico e amina primária."
• Palavras-chave decisivas: desidratação intramolecular, amina primária, cadeia alifática, saturada, normal e homogênea
• Armadilha típica: escolher um composto que "parece" ter os grupos certos (COOH e uma amina qualquer), mas ignorar que a amina precisa ser primária, a cadeia não pode ter ramificações nem insaturações, e a contagem de carbonos precisa fechar exatamente o anel de 6 átomos mostrado na figura.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de traduzir o nome "pentano-5-lactama" e o desenho do anel em uma estrutura de cadeia aberta coerente, aplicando corretamente os critérios de nomenclatura e classificação de cadeias.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Amida cíclica (lactama): é o produto da reação intramolecular entre um grupo amina (–NH₂) e um grupo ácido carboxílico (–COOH) presentes na mesma molécula, com eliminação de uma molécula de água e formação de uma ligação amídica (–CO–NH–) que fecha um anel.
• Amina primária: grupo –NH₂ ligado diretamente a um único carbono da cadeia (R–NH₂). É essa amina que ataca a carbonila do ácido carboxílico na condensação; uma amina secundária (R–NH–R') já tem o nitrogênio substituído e formaria um produto diferente (N-substituído).
• Cadeia normal, saturada e homogênea: "normal" significa sem ramificações (todos os carbonos em sequência linear); "saturada" significa apenas ligações simples entre carbonos; "homogênea" significa que a cadeia principal é formada só por átomos de carbono, sem heteroátomos interrompendo-a.
• Nomenclatura de lactamas (alcano-N-lactama): o nome indica o número de carbonos da cadeia que originou o anel (prefixo, aqui "pentano" = 5 carbonos) e a posição do carbono que carrega o nitrogênio, contando o carbono da carbonila como C1 (aqui, posição 5).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "obtida pela desidratação intramolecular, entre os grupos funcionais de ácido carboxílico e amina primária" → o composto de partida precisa ter, na mesma cadeia, um –COOH em uma extremidade e um –NH₂ (primário) na outra, prontos para reagir entre si liberando H₂O.
• Evidência 2: "provenientes de um composto de cadeia alifática, saturada, normal e homogênea" → elimina de imediato qualquer alternativa com dupla ligação (insaturada), com ramificação (não normal) ou com heteroátomo interrompendo a cadeia principal.
• Evidência 3 (figura): o desenho mostra um anel de seis membros contendo um grupo carbonila (C=O) adjacente a um NH, ou seja, um anel do tipo –NH–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–C(=O)– fechado sobre si mesmo (a piperidin-2-ona, também chamada δ-valerolactama).
• Síntese: o composto precursor deve ser uma cadeia linear de 5 carbonos, com –COOH no carbono 1 e –NH₂ no carbono 5, sem ramificações e sem insaturações — exatamente o que o nome "pentano-5-lactama" descreve e o que o anel de 6 átomos da figura confirma.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Traduzir o nome "pentano-5-lactama" em estrutura

O prefixo "pentano" indica que a cadeia carbônica de origem tem 5 carbonos (assim como no ácido pentanoico). O número "5" indica que o nitrogênio da amina está ligado ao carbono 5 dessa cadeia, contando o carbono da carbonila (futuro C=O da amida) como carbono 1. Logo, o composto de partida deve ser:

C1(COOH) – C2H₂ – C3H₂ – C4H₂ – C5H₂(NH₂)

Ou seja: H₂N–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–COOH, o ácido 5-aminopentanoico (também chamado ácido δ-aminovalérico).

Subpasso 4.2 — Simular a ciclização e conferir o tamanho do anel

Na desidratação intramolecular, o par de elétrons do nitrogênio do –NH₂ (em C5) ataca o carbono da carbonila do –COOH (em C1), expulsando uma molécula de água (a hidroxila do ácido e um hidrogênio da amina). Isso forma a ligação amídica –C(=O)–NH– fechando um anel que contém: N – C5 – C4 – C3 – C2 – C1(=O) – de volta ao N. Contando os átomos do anel: N, C5, C4, C3, C2 e C1 — 6 átomos, exatamente o anel de seis membros mostrado na figura (piperidin-2-ona / δ-valerolactama).

Subpasso 4.3 — Verificação contra os critérios do enunciado

O composto H₂N–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–COOH é: (i) alifático (cadeia aberta, não aromática); (ii) saturado (só ligações simples C–C); (iii) normal (sequência linear, sem ramificações); (iv) homogêneo (só carbonos na cadeia principal, sem heteroátomo interrompendo-a); e possui amina primária (–NH₂ ligado a um só carbono) e ácido carboxílico em extremidades opostas. Todos os requisitos batem — e essa fórmula é exatamente a da alternativa D: CH₂(NH₂)CH₂CH₂CH₂CO₂H.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) CH3NHCH2CH2CH2CO2H

❌ Incorreta: o nitrogênio aqui é uma amina secundária (está ligado a dois carbonos: o CH₃ e a cadeia principal), não uma amina primária como exige o enunciado. Além disso, a cadeia principal do ácido tem apenas 4 carbonos (butanoico), o que geraria, na ciclização, um anel de 5 membros (uma γ-lactama N-metilada), incompatível com a pentano-5-lactama de 6 membros mostrada na figura.

B) HOCH=CHCH2CH2CONH2

❌ Incorreta: essa molécula já apresenta o grupo amida pronto (–CONH₂), ou seja, não tem mais um ácido carboxílico livre nem uma amina primária livre para reagir entre si — ela seria o próprio produto de uma reação, não o precursor de cadeia aberta pedido. Além disso, a porção HOCH=CH– é um enol (forma instável, tautômero de aldeído) sobre uma dupla ligação, violando a exigência de cadeia saturada.

C) CH2(NH2)CH2CH=CHCO2H

❌ Incorreta: os grupos amina (C5) e ácido carboxílico (C1) estão nas posições corretas e a cadeia tem 5 carbonos, mas há uma dupla ligação entre C3 e C4 (CH=CH), tornando a cadeia insaturada. O enunciado exige explicitamente cadeia saturada, então essa opção é eliminada apesar de "parecer" quase certa.

D) CH2(NH2)CH2CH2CH2CO2H

✅ Correta: é o ácido 5-aminopentanoico — cadeia de 5 carbonos, alifática, saturada, normal (sem ramificações) e homogênea, com amina primária em C5 e ácido carboxílico em C1. A desidratação intramolecular entre esses dois grupos fecha exatamente o anel de 6 membros da pentano-5-lactama (piperidin-2-ona) mostrado na figura.

E) CH2(NH2)CH(CH3)CH2CO2H

❌ Incorreta: a cadeia principal do ácido tem apenas 4 carbonos, com um grupo metil ramificado no C3 — isso torna a cadeia não normal (ramificada), violando diretamente o critério "cadeia normal" exigido no enunciado. A ciclização geraria, ainda, um anel de 5 membros com substituinte metil, e não o anel de 6 membros pedido.

🏆 Gabarito: D — apenas o ácido 5-aminopentanoico (CH₂(NH₂)CH₂CH₂CH₂CO₂H) satisfaz simultaneamente todos os critérios: cadeia de 5 carbonos, saturada, normal, homogênea, com amina primária e ácido carboxílico nas extremidades corretas para fechar o anel de 6 membros da pentano-5-lactama.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: somente a alternativa D reúne, ao mesmo tempo, o número certo de carbonos, a posição certa dos dois grupos funcionais, a saturação, a ausência de ramificações e a ausência de heteroátomos na cadeia principal — todas as demais falham em pelo menos um desses critérios.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar a formação de amidas (e ésteres) cíclicas ou lineares como forma de testar simultaneamente nomenclatura orgânica, reconhecimento de grupos funcionais e classificação de cadeias — é um "combo" clássico de química orgânica.
• Generalização: sempre que uma questão pedir o precursor de um composto cíclico formado por condensação (lactama, lactona, éster cíclico), desenhe o anel, identifique os dois grupos que reagiram e "abra" o anel mentalmente, reidratando a ligação para recuperar a cadeia original — depois confira posição, saturação e ramificação contra o enunciado.
• Dica de eliminação rápida: primeiro risque qualquer alternativa com dupla ligação (insaturada) e qualquer uma com amina secundária ou terciária (N ligado a mais de um carbono); em seguida, risque quem tiver ramificação na cadeia principal — sobra quase sempre a resposta certa.
• Conexões: compare com questões sobre formação de ésteres cíclicos (lactonas) por esterificação intramolecular e com a nomenclatura de amidas em geral (função nitrogenada derivada do ácido carboxílico), temas recorrentes em química orgânica no ENEM.