Questão 105 — ENEM 2025 BelémCaderno azul · 2º Dia
O estudo da relação entre a estrutura e a atividade biológica de substâncias é de fundamental importância no desenvolvimento de drogas para o combate a doenças. Pesquisadores avaliaram o potencial antiviral de algumas moléculas frente ao vírus SARS-CoV-2, considerando a capacidade de inibição das enzimas responsáveis pela síntese de proteínas no vírus. A interação entre o composto e o sítio ativo da enzima depende de fatores eletrônicos e estéricos, permitindo estabelecer uma relação entre a estrutura e a atividade antiviral. A maior atividade foi correlacionada a substituintes pouco volumosos e moderadamente eletronegativos presentes no anel aromático da molécula do antiviral. Nesse estudo, foram modelados os cinco compostos hipotéticos apresentados a seguir.
KNELLER, D. W. et al. Structural, Electronic and Electrostatic Determinants for Inhibitor Binding to Subsites S1 and S2 in SARS-CoV-2 Main Protease. Disponível em: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c01475. Acesso em: 2 dez. 2021 (adaptado).
Dentre os compostos modelados, qual deve apresentar a maior atividade antiviral?
Alternativas
Resolução
📋 Ficha da Questão
- 📚 Matérias Necessárias: Química → Química Orgânica (relação estrutura-atividade, eletronegatividade e volume atômico)
- ⚡ Nível: Difícil — exige comparar halogênios em substituintes quanto a volume e eletronegatividade
- 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Propriedades atômicas (eletronegatividade, raio atômico) aplicadas à atividade biológica (competência de área 5, H18)
- 🏆 Gabarito: [LETRA] — revelado após resolução completa
🔎 Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Entre cinco compostos com diferentes substituintes no anel aromático, qual apresentará a MAIOR atividade antiviral, sabendo que o critério é substituintes POUCO VOLUMOSOS e MODERADAMENTE ELETRONEGATIVOS?"
- Palavras-chave decisivas: pouco volumosos, moderadamente eletronegativos, anel aromático
- Armadilha típica: marcar o composto com mais substituintes/flúor (mais eletronegativo) ou com iodo (maior volume). O critério exige BALANÇO: nem muito pequeno e muito eletronegativo (F), nem muito volumoso (I, CF₃+Cl combinados).
- O que a resposta precisa demonstrar: conhecer tendências periódicas (raio atômico do halogênio: F < Cl < Br < I; eletronegatividade: F > Cl > Br > I) e identificar o substituinte intermediário.
📚 Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Raio atômico (volume) dos halogênios: F (~50 pm) < Cl (~100 pm) < Br (~115 pm) < I (~140 pm).
- Eletronegatividade (Pauling): F = 3,98; Cl = 3,16; Br = 2,96; I = 2,66.
- CF₃ (trifluormetila): grupo com 3 átomos de F; é FORTEMENTE elétron-atrator e relativamente volumoso. Volumoso comparado a -F sozinho.
- Cl em posição meta adicional junto a CF₃ (em III): aumenta volume total.
- Conceito de "moderadamente eletronegativo": posição intermediária → Cl ou Br são os melhores candidatos, não F (muito) nem I (pouco).
- Conceito de "pouco volumoso": deve evitar múltiplos substituintes volumosos no mesmo anel e evitar átomos grandes (I).
- Lista das estruturas (pelo enunciado/figura): • I: anel aromático com p-F (para-fluor). • II: anel aromático com p-Br (para-bromo). • III: anel aromático com -Cl e -CF₃ (ambos substituintes — dois grupos, um eletronegativo forte e um volumoso). • IV: anel aromático com -I e -CF₃ (iodo + trifluormetila — muito volumoso). • V: anel aromático com dois -Cl + -CF₃ (trissubstituído — muito volumoso).
🧭 Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "maior atividade correlacionada a substituintes POUCO VOLUMOSOS" → eliminar III, IV e V (todos com múltiplos substituintes, incluindo CF₃).
- Evidência 2: "MODERADAMENTE eletronegativos" → F é MUITO eletronegativo; Br é MODERADO.
- Evidência 3: sobram I (p-F) e II (p-Br). F é muito eletronegativo; Br é moderado e relativamente pouco volumoso (comparado a I) — porém, mais volumoso que F.
- Síntese: a combinação ideal "pouco volumoso + moderadamente eletronegativo" aponta para o BROMO — composto II.
🧠 Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Análise de volume Entre os cinco compostos, apenas I e II têm APENAS UM substituinte no anel (monossubstituídos). Os compostos III, IV e V têm dois ou três substituintes, incluindo CF₃ (volumoso). Logo, I e II atendem ao critério "pouco volumoso".
Subpasso 4.2 — Análise de eletronegatividade entre I e II
- I) -F: eletronegatividade 3,98 → "muito eletronegativo", não "moderadamente".
- II) -Br: eletronegatividade 2,96 → considerado MODERADO (não é o menor nem o maior).
Subpasso 4.3 — Conjugação dos dois critérios
- F é pequeno, porém MUITO eletronegativo → viola "moderadamente eletronegativo".
- Br é razoavelmente pouco volumoso (monossubstituído, sem CF₃) e MODERADAMENTE eletronegativo → atende AMBOS os critérios.
- I é grande → viola "pouco volumoso".
- Cl, embora moderado, aparece sempre em contexto bissubstituído ou junto a CF₃ nos demais compostos.
Subpasso 4.4 — Verificação e descarte
- I (p-F): volumoso NÃO, mas eletronegativo DEMAIS → excluído.
- II (p-Br): satisfaz ambos. ✅
- III (p-CF₃ + Cl): excesso de volume (CF₃).
- IV (p-CF₃ + I): I é volumoso e pouco eletronegativo — duplamente ruim.
- V (di-Cl + CF₃): trissubstituído e muito volumoso. Portanto, a MAIOR atividade será no composto II → alternativa B.
✅❌ Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) I ❌ Incorreta: composto com p-fluor. Embora F seja pequeno (pouco volumoso, atende um critério), é MUITO eletronegativo — e o enunciado pede MODERADAMENTE eletronegativo. Descartado pelo critério eletrônico.
B) II ✅ Correta: composto com p-bromo. Substituinte único (pouco volumoso no contexto do anel) e eletronegatividade intermediária (Br = 2,96 na escala de Pauling) — classificado como moderadamente eletronegativo. Satisfaz os dois critérios estabelecidos pelo estudo.
C) III ❌ Incorreta: o anel tem um grupo trifluormetila (CF₃) e um cloro — dois substituintes, sendo o CF₃ relativamente volumoso. Viola o critério de "pouco volumoso".
D) IV ❌ Incorreta: anel com CF₃ e iodo. Iodo é o halogênio de maior raio atômico (muito volumoso) e baixa eletronegatividade (2,66) — não atende ao perfil "pouco volumoso + moderadamente eletronegativo".
E) V ❌ Incorreta: anel trissubstituído (dois cloros + CF₃). Elevada soma de volumes atômicos no anel — claro excesso estérico; descartado.
🏆 Gabarito: B — o composto II (p-bromo) combina baixo volume estérico e eletronegatividade moderada, gerando maior atividade antiviral.
🏁 Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação do gabarito: entre os cinco, só II tem UM substituinte halogênico moderado em eletronegatividade, atendendo aos critérios SAR (relação estrutura-atividade).
- Padrão de cobrança: ENEM cobra uso das tendências periódicas (raio, eletronegatividade) aplicadas a contextos biológicos/farmacológicos.
- Generalização: no grupo 17 (halogênios), descendo na coluna: raio ATÔMICO aumenta, eletronegatividade DIMINUI. F (extremo alto de EN, extremo baixo de raio); I (extremo baixo de EN, extremo alto de raio); Cl/Br (intermediários).
- Dica de eliminação rápida: diante de múltiplos substituintes volumosos (CF₃, I, di-Cl), descarte por excesso estérico; depois compare os halogênios remanescentes por eletronegatividade.
- Conexões com outros temas: QSAR (quantitative structure-activity relationship), química medicinal, propriedades periódicas, efeitos estéricos e eletrônicos em reações orgânicas.