Questão 106, caderno azul do ENEM 2022 D2

A penicilamina é um medicamento de uso oral utilizado no tratamento de várias doenças. Esse composto é excretado na urina, cujo pH se situa entre 5 e 7. A penicilamina, cuja fórmula estrutural plana está apresentada, possui três grupos funcionais que podem ser ionizados:

• carboxila: —COOH, cujo pK_a é igual a 1,8;
• amino:—NH2, que pode ser convertido em amínio (—NH₃⁺, cujo pK_a é igual a 7,9);
• tiol:—SH, cujo pK_a é igual a 10,5. Sabe-se que pK_a = −log K_a.

Qual estrutura derivada da penicilamina é predominantemente encontrada na urina?

Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Química Orgânica (Identificação de Grupos Funcionais); Físico-Química (Equilíbrio Iônico, pH, pKa e constantes de acidez).

Tema/Objetivo Geral:
Determinar o estado de ionização (carga elétrica) de uma molécula orgânica complexa baseando-se na acidez do meio em que ela se encontra.

Nível da Questão: Médio.

A questão exige que você domine a relação matemática e lógica entre pH e pKa. Não basta saber química orgânica, você precisa entender a “batalha” pelos prótons (H+). Se você não sabe a regra de ouro da ionização, você trava.

Gabarito: Alternativa (C).

No pH da urina, a penicilamina comporta-se como um íon bipolar (zwitterion): o ácido perde seu hidrogênio, a base ganha um hidrogênio e o grupo tiol permanece neutro.

PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

A questão te dá uma molécula (Penicilamina) com três “braços” reativos (grupos funcionais). Cada braço segura um hidrogênio (H+) com uma força diferente. A questão joga essa molécula dentro de um balde de urina (pH entre 5 e 7) e pergunta: Quem soltou o hidrogênio e quem segurou o hidrogênio?

Simplificação Radical:
Imagine um cabo de guerra por prótons (H+).

A molécula quer segurar o próton.
O meio (urina) quer arrancar o próton.
O pKa é a força da molécula.
O pH é a força de “sucção” do meio.
Se o pH for maior que o pKa, o meio vence e arranca o próton. Se o pH for menor, a molécula vence e segura o próton.

Nosso Plano de Ataque será o seguinte:

Vamos estabelecer a “Lei do Duelo” entre pH e pKa através de um diálogo técnico.
Vamos analisar cada um dos três grupos funcionais separadamente comparando seus valores.
Vamos desenhar mentalmente a estrutura final para encontrar a alternativa.

PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Vamos usar o formato Diálogo Mentor-Aluno para garantir que você entenda a lógica por trás da ionização, e não apenas decore.

Mentor: Vamos resolver isso com uma única regra. Você sabe qual é a relação fundamental entre o pH do meio e o pKa de um grupo?

Aluno: Sei que tem a ver com ácido e base, mas sempre confundo quem perde o H.

Mentor: Esqueça as fórmulas complexas agora. Pense assim: O pH é uma medida de quão “faminto” o ambiente está por prótons (H+).

pH Baixo (Ácido): O ambiente já está cheio de prótons. Ele não quer os seus. Ele até te empurra prótons. (Grupo fica Protonado).
pH Alto (Básico): O ambiente está vazio, faminto por prótons. Ele vai arrancar o seu. (Grupo fica Desprotonado).

Aluno: E onde entra o pKa?

Mentor: O pKa é o limite, a fronteira. É o “preço” do próton daquele grupo.
A regra suprema é:

Se pH < pKa: O meio é ácido comparado ao grupo. O grupo SEGURA o próton (forma protonada).
Se pH > pKa: O meio é básico comparado ao grupo. O grupo PERDE o próton (forma desprotonada).

Mentor: Agora, cuidado com as cargas elétricas!

Ácidos (COOH, SH) quando têm o próton são Neutros. Quando perdem, ficam Negativos.
Bases (Aminas/NH2) quando têm o próton são Positivas (NH3+). Quando perdem, ficam Neutras.
Isso é vital. A amina ganha carga quando ganha o próton.

PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos aplicar a regra do Mentor para cada grupo, considerando o pH da urina entre 5 e 7.

Análise 1: Grupo Carboxila (COOH)

Dado: pKa = 1,8.
Comparação: O pH da urina (5 a 7) é MAIOR que o pKa (1,8).
Veredito: O meio vence. O grupo perde o próton.
Estrutura: De COOH passa para COO- (Carga Negativa).

Análise 2: Grupo Amino (NH2 para NH3+)

Dado: pKa = 7,9.
Comparação: O pH da urina (5 a 7) é MENOR que o pKa (7,9).
Veredito: O grupo vence. Ele segura (ou ganha) o próton. O meio é “ácido” para ele.
Estrutura: A amina age como base e aceita o H+. Fica NH3+ (Carga Positiva).

Análise 3: Grupo Tiol (SH)

Dado: pKa = 10,5.
Comparação: O pH da urina (5 a 7) é MUITO MENOR que o pKa (10,5).
Veredito: O grupo vence. Ele segura o próton firmemente.
Estrutura: Permanece SH (Neutro).

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
A maior armadilha aqui é no grupo AMINO. Muitos alunos pensam: “Ah, pH menor que pKa significa que fica neutro”. Não! Para aminas, a forma “cheia de prótons” é a forma catiônica (NH3+). Se você esquecer que a amina protonada é positiva, você erra a questão inteira.

A Bússola (O Perfil do Culpado):
Síntese do raciocínio:

Carboxila: Perdeu H (COO-).
Amino: Ganhou H (NH3+).
Tiol: Ficou quieto (SH).
Expectativa: Procuramos uma estrutura com uma carga negativa na ponta direita, uma positiva na parte de baixo e o SH intacto na esquerda.

PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

Vamos caçar a estrutura que desenhamos mentalmente.

Análise Individual:

(A) Mostra o Tiol como S- e Amino como NH2.
Diagnóstico do Erro: Exagero na desprotonação. Para o Tiol perder o próton e virar S-, o pH teria que ser maior que 10,5. A urina (pH 7) não tem força para isso.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(B) Mostra a Carboxila como COOH.
Diagnóstico do Erro: Erro de acidez. Com pKa de 1,8, a carboxila é um ácido relativamente forte. Em pH 5, ela já perdeu esse hidrogênio há muito tempo. Seria impossível mantê-la como COOH.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(C) Mostra Tiol SH, Amino NH3+ e Carboxila COO-.
Análise de Correspondência: Perfeito.
pH > 1,8 (Carboxila ionizada: COO-).
pH < 7,9 (Amino protonado: NH3+).
pH < 10,5 (Tiol protonado/neutro: SH).
Todas as condições foram satisfeitas.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
(D) Mostra Tiol como S- e Carboxila como COOH.
Diagnóstico do Erro: Inversão total da lógica. Sugere que o ácido mais fraco (Tiol) perdeu próton enquanto o ácido mais forte (Carboxila) segurou. Isso é quimicamente impossível.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
(E) Mostra Carboxila como COOH.
Diagnóstico do Erro: Mesmo erro da B. Ignorou que pH 5 é muito básico para um ácido carboxílico, forçando sua ionização.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
A Penicilamina na urina é um exemplo clássico de Zwitterion (íon híbrido), onde a molécula possui cargas opostas simultâneas (+ e -) dependendo da “fome” de prótons do meio (pH) em relação à sua força de retenção (pKa).

Resumo-flash (A Imagem Mental):
pH > pKa: O meio “rouba” o próton. pH < pKa: A molécula “protege” o próton.

Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Esse conceito é a base de funcionamento das proteínas e enzimas no nosso corpo. Cada aminoácido muda de carga dependendo do pH. É por isso que uma mudança leve no pH do sangue (acidose ou alcalose) pode matar: ela muda a carga elétrica das suas enzimas, fazendo com que elas mudem de formato (desnaturem) e parem de funcionar. A vida depende desse equilíbrio elétrico sutil.