Preparação de acetato de isopentila

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL II
Prof° Hildegardo Seibert França
TURMA: 5º período GRUPO: G2
PRÁTICA 1: Preparação de acetato de isopentila.
ALUNAS: Amanda Almerindo Rangel e Milena Amorim Langami.
1. OBJETIVOS
Preparar o acetato de isopentila através de uma reação de esterificação a partir de um
ácido e álcool.
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA
O acetato de isopentila é um éster que apresenta cheiro característico de banana. Pode
ser obtido através da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentílico, a qual é
catalisada por um ácido (na prática será utilizado o H2SO4(conc.). Esta reação é conhecida
como esterificação de Fischer.
3. MATERIAIS, REAGENTES E APARELHAGEM
Reagentes:
● Ácido acético glacial (CH₃COOHO);
● Álcool isoamílico (C5H12O);
● Ácido Sulfúrico (H₂SO₄);
● Bicarbonato de Sódio (NaHCO₃);
● Sulfato de Sodio anidro (Na2SO4).
Materiais para técnica de refluxo (Figura 01):
● Condensador de refluxo;
● Balão de fundo redondo 100 mL;
● Manta aquecedora;
● Garras;
● Haste universal;
● Pedras de porcelana.
Figura 01: Aparelhagem para o aquecimento mediante a refluxo.
Fonte: Engel, 2012.
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Aparelhagem para técnica de extração líquido-líquido (Figura 02):
● Proveta;
● Funil de separação;
● Suporte universal;
● Anel (garra);
● Erlenmeyer;
● Béquer.
Figura 02. Demonstração da técnica de extração.
Fonte: Engel, 2012.
Figura 03. Aparelhagem para técnica de destilação simples.
Fonte: Engel, 2012.
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Figura 04. Aparelhagem para filtração por gravidade.
Fonte: Google Imagens.
4. SEGURANÇA, MEIO AMBIENTE E SAÚDE
As Fichas de Informações de Segurança de Produtos Químicos (FISPQ) dos reagentes
empregados neste experimento estarão disponíveis para consulta no laboratório onde o
mesmo for executado e abordam suas propriedades físico-químicas, riscos potenciais à saúde
e toxicidade, procedimentos de primeiros socorros, requisitos especiais de manuseio e
estocagem, procedimentos em caso de vazamento e acidente.
O manuseio dos reagentes empregados neste experimento requer a utilização de
óculos de segurança.
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Em balão de 100 mL (de fundo redondo para manta aquecedora ou de fundo chato
para chapa aquecedora), acrescentar 17 mL de ácido acético glacial e pesar. Tarar o frasco
novamente, adicionar 15 mL de álcool isoamílico (álcool isopentílico) e pesar. Misturar
cuidadosamente, acrescentar à mistura 1,0 mL de ácido sulfúrico concentrado e adicionar,
então, as pedras de porcelana, deixando sob refluxo por 50 min. Terminado o refluxo, esfriar
a mistura reacional a temperatura ambiente. Transferir para um funil de separação. Devagar,
adicionar 15 mL solução de bicarbonato de sódio saturado. Separar a fase aquosa, confirmar a
identidade da mesma e descartá-la. Repetir esse processo por três vezes. Secar o éster com
sulfato de sódio anidro e filtrar por gravidade.
Destile o éster, coletando o líquido que desfilará entre 136 oC – 143 OC.
Pesar e calcular o rendimento
6. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Quando um éster é obtido de forma natural sua extração oferece alto custo e a
pequena quantidade obtida faz com que a utilização industrial seja inadequada, por isso se
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utiliza a síntese para produção de ésteres (ARAGÃO et al., 2009). Um éster pode ser
sintetizado por diversas reações sendo as mais importantes a esterificação e a
transesterificação (SKORONSKI, 2006).
A esterificação é uma reação de condensação usada para síntese de ésteres
(SOLOMONS e FRYHLE, 2002), ela ocorre quando um ácido carboxílico reage com um
álcool produzindo um éster e água como subproduto (ALVES, 2010). A reação de
esterificação, onde um álcool reage com um ácido carboxílico é chamada de esterificação de
Fischer e foi descoberta em 1895 (COSTA et al., 2004).
A esterificação é um processo químico para obtenção de ésteres através da reação de
um ácido orgânico ou inorgânico com um álcool, onde há substituição de uma hidroxila de
um ácido por um radical alcoxíla do álcool com a eliminação de água (MELO JUNIOR,
2008). O método mais utilizado é a reação de um ácido carboxí lico com um álcool (SILVA et
al., 2010) onde esse processo é denominado de esterificação de Fischer ou esterificação direta
e consiste em um processo lento e reversível com um rendimento de cerca de 60% (FELTRE,
2004). A reação de esterificação de Fischer é chamada também de reação de condensação, ou
seja, consiste na união de duas moléculas: ácido carboxílico um e um álcool gerando um éster
(ALLINGER et al., 1976).
O acetato de isopentila é frequentemente chamado de óleo de banana devido ao odor
semelhante ao da fruta, o acetato de isopentila, é conhecido como acetato isoamílico. Esse
éster é pouco solúvel em água e miscível com a maioria dos solventes orgânicos.
O acetato de isopentila é preparado por esterificação direta do ácido acético com o
álcool isopentílico. Uma vez que o equilíbrio não favorece a formação do éster, ele deve ser
movido para a direita, no sentido do produto, utilizando o excesso de um dos materiais de
partida. O ácido acético é empregado em excesso porque seu custo é menor que o do álcool
isopentílico e ele é mais facilmente removido da mistura de reação (ENGEL, 2012).
Figura 05. Reação de esterificação do acetato de isopentila.
Fonte: Engel, 2012.
A esterificação é um exemplo de reação que entra em equilíbrio. Por se tratar de um
equilíbrio, o rendimento da reação nunca será de 100%. Sendo assim, o equilíbrio não
favorece a formação do produto, ele desloca para a direita favorecendo à formação do éster
de interesse, utilizando-se excesso de um dos reagentes e aumentando o rendimento. Como já
explicado, o reagente em excesso será o ácido acético pelo baixo custo e a fácil obtenção do
mesmo, dessa forma, o reagente limitante será o álcool isopentílico.
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A reação ocorre muito lentamente na ausência de ácidos fortes, logo é necessário
acrescentar ácidos fortes, por isso adicionou-se 1 mL de ácido sulfúrico no meio reacional.
Sendo assim uma catálise ácida.
Em seguida, a mistura vai para o refluxo (Figura 01) por 50 minutos, o refluxo é
utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e então necessita de um
aquecimento para que ocorra mais rapidamente. O refluxo possibilita que a mistura seja
aquecida à temperatura de ebulição do solvente (ponto de ebulição do álcool isopentílico é
132°C), não ocorrendo perda dos reagentes nem dos produtos por evaporação, pois o vapor
produzido é condensado pelo condensador conectado à boca do frasco reacional (ENGEL,
2012).
No procedimento de isolamento, grande parte do excesso de ácido acético e o álcool
isopentílico restante são removidos por extração com bicarbonato de sódio (Figura 02). Nesta
prática a mistura reacional não pode ser separada através de uma extração passiva. Na
extração quimicamente ativa fazemos com que um dos compostos reaja de modo que suas
características mudam, para assim ser possível separá-los.
Sendo assim, adicionou-se o bicarbonato de sódio que reage com o excesso de ácido
acético, o produto da reação será o acetato de sódio que é mais solúvel em água do que na
solução inicial, como mostra a reação abaixo. Dessa forma, extrai-se o sal formado da
solução orgânica.
NaHCO3 (S) + CH3COOH (aq) → CH3CO2Na (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
O bicarbonato de sódio, também reage com o ácido sulfúrico presente, neutralizando e
garantindo um meio básico, demonstrado a seguir.
2 NaHCO3 (S) + H2SO4 (aq) → Na2SO4 (S) + H2O (l) + CO2 (g)
Posteriormente, adicionou-seum agente secante inorgânico e mineral, neste caso o
sulfato de sódio anidro, com o objetivo de eliminar a água da mistura. O sulfato de sódio
anidro forma com a água um sal deca-hidratado (Na2SO4.10 H2O), apresentado na reação
abaixo. Os líquidos são geralmente secos pelo contato direto com um agente secante (sulfato
de sódio anidro), este não deve combinar quimicamente com o composto orgânico, deve ter
capacidade de secagem rápida, não dissolver muito no líquido, e não possuir um efeito
catalisador. Em seguida, filtrou-se o líquido orgânico por gravidade (Figura 04) a fim de
remover impurezas sólidas, neste caso, o agente secante.
Na2SO4 + 10 H2O → Na2SO4.10 H2O
Posteriormente, o éster é purificado por destilação (Figura 03), o acetato de isopentila
possui um ponto de ebulição de 142°C, por isso é importante que o líquido seja coletado entre
as temperaturas 136 oC – 143 OC. Portanto, o líquido a ser destilado é colocado no balão de
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destilação e aquecido, geralmente por meio de uma manta de aquecimento, assim, o líquido
aquecido evapora e é forçado para cima, passando pelo termômetro, e para dentro do
condensador. O vapor condensa o líquido no condensador de resfriamento, e o líquido escoa
para baixo através do adaptador de vácuo (nenhum vácuo é utilizado), para o balão coletor
(ENGEL, 2012).
A partir da reação (Figura 04), calculou-se o rendimento da reação de preparação do
acetato de isopentila considerando um rendimento de 100% do produto, porém, de acordo
com a literatura, sabe-se que o rendimento real desta reação seria próximo de 60% por se
tratar de uma reação de equilíbrio. Além disso, através dos cálculos realizados no tópico
questionários, sabe-se que o reagente limitante é o álcool isopentílico, sendo assim, na reação
forma-se 0,138 mols de álcool isopentílico.
1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 130, 19 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
0, 138 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 𝑍 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
𝑍 = 17, 97 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
1 𝑚𝐿 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 0, 876 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
𝑊 𝑚𝐿 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 17, 97 𝑔 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
𝑊 = 20, 51 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
Considerando um rendimento de 100% da reação teríamos um volume de 20,51 mL
de produto final (acetato de isopentila) ou 17,97 g de massa final do produto.
7. QUESTIONÁRIO
1. Discuta o mecanismo da reação. Qual a função do ácido sulfúrico? É ele consumido
ou não, durante a reação?
O acetato de isopentila é preparado a partir da reação entre álcool isoamílico e ácido
acético, usando ácido sulfúrico como catalisador, portanto ele não é consumido durante a
reação, sendo continuamente regenerado. O ácido atua protonando o oxigênio da carbonila do
ácido, assim aumentando a eletrofilicidade do carbono. O álcool nucleofílico realiza a adição
à carboxila ativada levando à formação do intermediário tetraédrico, o qual retorna ao estado
trigonal expulsando a água como grupo de saída. A regeneração do catalisador ácido no meio
reacional leva à produção do acetato de isopentila, como mostra o mecanismo da reação
abaixo:
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Figura 05. Mecanismo da reação.
2. Qual o motivo da utilização de NaHCO3 saturado na extração? O que poderia
acontecer se NaOH concentrado fosse utilizado?
A função do bicarbonato de sódio é neutralizar a solução, pois ele é uma base
fraca, não tem a presença de um nucleófilo e além disso ele não eleva muito o pH da
solução. Caso usássemos o NaOH aconteceriam reações indesejáveis pois o mesmo
possui nucleófilos.
3. Qual é o reagente limitante neste experimento? Demonstre através de cálculos:
1 𝑚𝐿 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜 → 1, 05 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
17 𝑚𝐿 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜 → 𝑋 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑋 = 17, 85 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜 → 60, 05 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑌 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜 → 17, 85 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐. 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑌 = 0, 297 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐é𝑡𝑖𝑐𝑜
1 𝑚𝐿 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜 → 0, 81 𝑔 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
15 𝑚𝐿 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜 → 𝐵 𝑔 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
𝐵 = 12, 15 𝑔 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜 → 88, 15 𝑔 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
𝐶 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜 → 12, 15 𝑔 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
𝐶 = 0, 138 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑙𝑖𝑐𝑜
Através dos cálculos concluiu-se que o reagente limitante é o álcool isopentílico, o
mesmo forma 12,15 g (0,138 mols), um valor menor comparado ao ácido acético que forma
17,85 g (0,297 mols).
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4. Qual seria a massa do produto final se, nas condições experimentais acima, o
rendimento fosse de 63%?
Sabendo que se o rendimento da reação é de 100 teria uma massa de produto final de
17,97 g de acetato de isopentila, sendo assim, calculou-se considerando um rendimento de
63% da reação.
17, 97 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 100%
𝐸 𝑔 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 → 63%
𝐸 = 11, 32 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
8. CONCLUSÃO
A partir dos cálculos de rendimento, conclui-se que o procedimento para que
ocorresse a reação de esterificação utilizando o ácido acético com um álcool isoamílico foi
realizado com sucesso.
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ALLINGER, N. L.; et al. Química Orgânica. Tradutores Ricardo B. de Alecastro,
Jossyel de Souza Peixoto, Luiz R. Neves de Pinho. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1976.
p.170-171, p. 260-261, p.478-482, 854p.
2. ALVES, G. C. S. Utilização dos Óleos de Fritura para a Produção de Biodiesel.
Monografia (Graduação Tecnologia em Biocombustíveis), Faculdade de Tecnologia
de Araçatuba, Araçatuba, 2010.
3. ARAGÃO, V. C.; et al. Síntese Enzimática do Butirato de Isoamila Empregando
Lipases Microbianas Comerciais. Química Nova. v. 32, n. 9, 2009.
4. COSTA, T. S.; et al. Confirmando a Esterilização de Fisher por Meio de Aromas.
Química Nova na Escola. n. 19, 2004.
5. ENGEL, Randall G. et al. Química orgânica experimental: técnicas de pequena
escala. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012.
6. FELTRE, R. Química: química orgânica. 6.ed. São Paulo: Moderna, 2004. p.92-105,
p.301-316, 339p. 378p.
7. MELLO JÚNIOR, C. A. R. Esterificação Catalítica e Não-Catalítica para Síntese
do Biodiesel em Reator Microondas. Dissertação (Pós-Graduação em Engenharia de
Processos), Universidade Tiradentes, Aracajú, 2008.
8. SILVA, N. S.; et al.; Aproveitamento de Co-produtos da Cadeia Produtiva do
Biodiesel de Mamona. Exacta. São Paulo, v. 8, n. 3, 2010.
9. SKORONSKI, E. Estudo Cinético da Síntese do Octanoato de n-Pentila
Catalisada pela Enzima Lipozyme TL IM. Dissertação (Pós – Graduação em
engenharia Química), Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2006.
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10. SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. Química Orgânica. Rio de Janeiro: LTC, v. 2, 2002.
p.88-105.
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