Relatório Azobenzeno

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS - CCE
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - UEM
QUÍMICA EXPERIMENTAL - 207 - Turma 03
PREPARAÇÃO DE UM AZOBENZENO
Acadêmicos: Gustavo Junqueira Valias Meira Filho RA: 117480
Milena Neves de Sousa RA: 119313
Pedro Henrique Viana Pichitelli RA: 118919
Docente: Prof. Dr. Marcos Roberto Mauricio
Maringá - PR
Setembro de 2021
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 1
1.1. Compostos Azóicos 1
1.1.1. Azobenzeno 1
1.1.2. Sulfonamidas 1
1.1.3. Fotoisomerização 2
1.1.4. Alaranjado de Metila 3
1.2. Mecanismos 3
2. OBJETIVO 5
3. PARTE EXPERIMENTAL 5
3.1. Materiais 5
3.2. Reagentes 5
3.3. Procedimento Experimental 5
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 6
5. CONCLUSÃO 8
6. REFERÊNCIAS 9
1. INTRODUÇÃO
1.1. Compostos Azóicos
Os compostos orgânicos que apresentam uma ligação dupla entre átomos de
nitrogênio diretamente (R–N=N–R') são conhecidos como azo-compostos.
1.1.1. Azobenzeno
Os compostos pertencentes ao grupo dos azobenzenos possuem uma ligação
azo em que há compostos aromáticos diretamente ligados aos átomos de nitrogênio
(Ar–N=N–Ar'). [1]
Essa classe de compostos tem uma característica marcante que é a sua
utilização como corantes sintéticos, sendo o maior representante dessa função. Eles
são obtidos a partir de um processo chamado diazotação e por um subsequente
conhecido como acoplamento, descoberto por Peter Gries em 1862. [1]
A coloração característica dessa classe se deve ao fato de que a ligação azo
(-N=N-) conjuga os anéis aromáticos, possibilitando-os a absorver a radiação no
espectro de luz visível. [1]
Figura 1: Representação de um azobenzeno
1.1.2. Sulfonamidas
As sulfas foram primeiramente sintetizadas em 1908 na tentativa de se
encontrar novos azocorantes. Com o tempo, pesquisadores notaram que os
azocompostos com presença de um grupamento sulfanil apresentavam afinidade por
seda e lã e, posteriormente, descobriram que possuíam ação bactericida. Assim,
experimentos demonstraram que as sulfas eram um agente ótimo contra inúmeras
espécies de streptococci e pneumococci. [2]
1
Essas substâncias podem ser obtidas a partir da sulfonação de aminas,
gerando assim as aminas de ácido sulfônico, importantes para a preparação de
antibióticos e bactericidas.
1.1.3. Fotoisomerização
A classe dos azobenzenos possui, também, outra característica-chave que é
a possibilidade de uma fotoisomerização. Dessa forma, um azobenzeno com
isomeria trans pode adquirir isomeria cis se submetido a uma luz UV-visível com
comprimento de onda específico. [3]
O inverso – cis para trans – pode ocorrer também pela presença de uma
irradiação de luz com determinado comprimento de onde mas também na presença
da falta de luz devido a instabilidade termodinamica do isômero cis. [3]
Figura 2: Representação da transformação da isomeria cis-trans de um azobenzeno
Figura 3: Vias para a transformação da isomeria trans para a cis em um azobenzeno
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1.1.4. Alaranjado de Metila
O alaranjado de metila é um indicador de pH muito usado para titulações e é
comumente extraído de insetos. Sua coloração vermelha ocorre quando o pH é
menor que 3,1 e a amarelada quando é superior a 4,4.
Figura 4: Alaranjado de Metila
1.2. Mecanismos
A síntese desses corantes possui mecanismos clássicos. O primeiro deles é a
reação de diazotação, onde as aminas aromáticas reagem em meio ácido com o
nitrito de sódio para formar o sal de diazônio de forma que esse sal possa ser usado
na segunda etapa, a reação de acoplamento – responsável pela formação dos
azocorantes. [4]
Na reação de diazotação, o íon eletrófilo nitrosilo (produto da reação descrita
na Figura 4) entra em contato com a fenilamina (nucleófilo) para a formação do sal
de diazônio (Figura 5) [5]. Essa reação ocorre na presença dos reagentes da reação
de acoplamento em baixas temperaturas devido à instabilidade do sal.
Figura 4: Formação do íon nitrosilo / nitrosônio
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Figura 5: Reação de diazotação para formação do sal de diazônio
A partir daí, na reação de acoplamento tem-se o sal de diazônio reagindo
diretamente com o aromático de interesse. O sal de diazônio é um eletrófilo muito
fraco, logo precisa ser atacado por um nucleófilo aromático altamente reativo como
fenóis e anilinas. [5]
O eletrófilo irá fazer uma ligação ou na posição -orto ou na posição -para do
anel aromático nucleófilo pois essas posições melhoram seu caráter eletrofílico
nessa reação. [5]
Figura 6: Reação de acoplamento para formação de alaranjado de metila
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2. OBJETIVO
● Preparação do Azobenzeno Alaranjado de Metila a partir das reação de
diazotação e acoplamento
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1. Materiais
Os materiais utilizados no experimento foram:
- Erlenmeyer
- Béquer
- Cuba
- Funil de Büchner
- Papel de filtro
3.2. Reagentes
Os reagentes utilizados no experimento foram:
- Água
- Ácido clorídrico
- β-naftol
- Hidróxido de sódio
- Nitrito de sódio
- Sulfanilamida
3.3. Procedimento Experimental
Inicialmente, foi feito o preparo de uma solução A em um erlenmeyer de 125
mL. No recipiente foi adicionado 2 mL de água, 20 gotas de ácido clorídrico
concentrado e 0,35 g de sulfanilamida. Em seguida, o frasco foi agitado até a
dissolução das substâncias e a solução foi resfriada à 5ºC por imersão do frasco a
uma cuba com água e gelo. Logo depois, para o preparo da solução B também em
um erlenmeyer de 125 mL, foi adicionado 2 mL de água e 0,13 g de nitrito de sódio e
o frasco foi agitado.
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Para a obtenção do sal de diazônio, foi adicionada a solução B sobre a
solução A, mantendo a agitação constante e a temperatura a 5ºC.
Após isso, foi feito o preparo de uma solução C em um béquer de 50 mL. Foi
adicionado 2 mL de uma solução de hidróxido de sódio e 0,27 g de β-naftol e essa
mistura foi resfriada a 5ºC em banho de gelo.
Logo em seguida, o sal de diazônio foi adicionado sobre a solução C
vagarosamente e com forte agitação. O frasco foi agitado por cerca de 30 minutos e
logo depois a mistura foi transferida para o funil de Büchner para ser filtrada. Depois
de filtrado, o sólido foi deixado para secar.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A primeira etapa do experimento foi colocar 2,0 mL de água com 20 gotas de
solução HCl e 0,35 gramas de sulfanilamida em um banho de gelo sob constante
vibração, para garantir que a temperatura não distancie os 5 ºC, ideal para reação.
Foi então adicionada a essa solução (chamada de A) uma outra solução (chamada
de B) consistindo de 0,13 gramas de Nitrito de sódio (NaNO2) diluído em 2,0 mL de
água.
A partir daí, a reação teve início. Em meio ácido (excesso de hidrônio no
meio) o ânion do nitrito de sódio (NO2-) se torna momentaneamente ácido nitroso
(HNO2) já que toma um hidrogênio eletropositivo do meio. O grupo hidroxila do ácido
nitroso é logo perdida, novamente devido ao meio ácido, dessa vez o oxigênio,
eletronegativo, atrai mais um hidrogênio de algum hidrônio nas redondezas, se
transformando em água e se soltando da estrutura que compunha o ácido nitroso,
que por sua vez se transforma no íon nitrosilo (NO+).
O íon nitrosilo é o responsável pela formação do sal de diazônio, agindo como
eletrófilo, ele ataca o par de elétrons do grupo amina da sulfanilamida formando um
ligação nitrogênio-nitrogênio e por consequência retornando o oxigênio para seu
estado estável de duas ligações. O resultado é um composto intermediário onde o
nitrogênio central do grupo amina realiza quatro ligações, com a estrutura aromática,
com o nitrosilo e com dois hidrogênios.
Devido a este arranjo incomum, o nitrogênio perde um de seus hidrogênios,
voltando a forma estável de três ligações, o composto resultante é teoricamente
estável devido o número de ligações de cada átomo, no entanto o oxigênio ligado
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duplamente ao nitrogênio, é um átomo extremamente eletronegativo e, por isso, em
um meio ácido, ele tende a tomar um hidrogênio dos hidrônios nos entornos, se
tornado uma hidroxila e perdendo assim a dupla ligação com o nitrogênioque por
sua vez se torna um ponto extremamente eletronegativo, puxando assim a dupla de
elétrons do nitrogênio ligado a estrutura aromática, que perde o hidrogênio que lhe
restava por estar positivamente carregado. Na última parte da reação, a hidroxila,
mais especificamente, o oxigênio, reage com o meio ácido tomando mais um
hidrogênio e se tornado água, se desprendendo da estrutura principal, a dupla de
nitrogênio restante realiza entre si três ligações com um deles se ligando ao anel, o
resultado foi o sal de diazônio, completamente diluído no meio aquoso.
Na segunda parte do experimento, uma terceira solução (chamada C) foi
criada, composta por 2,0 mL de solução contendo NaOH e 0,27 gramas de β-naftol,
resfriada até 5 ºC, o líquido foi então despejado junto a solução primária, ainda em
banho de gelo, a mistura foi então agitada por trinta minutos. Nesse meio tempo a
reação de acoplamento entre o sal diazônio e o β-naftol ocorreu, nesta reação, a
hidroxila do β-naftol age como ativador das posições orto e para, tornado os
carbonos nestas posições mais suscetíveis a ataques do nitrogênio do sal de
diazônio eletrófilos, é importante neste ponto de reação que o meio não seja mais de
caráter ácido, já que os hidrônios são eletrófilos mais fortes que o sal de diazônio,
por isso o β-naftol foi adicionado junto a uma solução de NaOH, tornando o meio
básico.
Como já referido, a hidroxila ativa as posições orto e para em relação a si. No
entanto, o carbono na posição para do β-naftol não possui hidrogênios ligados a si
por ser um dos dois pontos de ligação entre os dois anéis aromáticos do composto.
Dessa forma, o ataque acontece nas posições orto, o nitrogênio perde uma das três
ligações que faz com o nitrogênio ligado ao anel do sal e cria uma nova ligação com
o carbono do anel do β-naftol, realizando assim o acoplamento. O resultado é o
composto alvo, o azocorante. Vale salientar que dependendo de qual carbono na
posição orto é atacado, visto que existem dois deles, o composto pode apresentar
estruturas diferentes referentes ao plano horizontal que passa pela ligação entre os
dois nitrogênios, uma delas é a estrutura trans, onde os anéis aromáticos do β-naftol
e da sulfanilamida ficam em lados opostos do plano, a outra é a configuração cis,
onde ambas as partes dividem o mesmo lado do plano. A estrutura trans é mais
comum e mais estável, pelo fato de as duas estruturas aromaticas estarem mais
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distantes, na estrutura cis a energia de repulsão entre elas é maior por estarem mas
próximas.
Na etapa seguinte, após os trinta minutos de reação, o composto foi filtrado e
depois secado, obtendo um produto sólido de cor levemente alaranjada
característico. O produto foi então pesado, para verificar a eficácia do processo,
foram obtidos 0,43 gramas de um valor teórico total de 0,67, tal discrepância pode
ser causada por vários fatores distintos, produto pode ter sido perdido na filtração,
reagentes podem não ter tido tempo para completar a reação, variação no ph do
meio podem ter atrapalhado o equilíbrio ideal, a temperatura pode ter variado do
ideal, a pureza e idade dos reagentes também pode ter influenciado.
5. CONCLUSÃO
Após todas as etapas experimentais e analisando os resultados obtidos, é
possível qualificar o experimento como bem sucedido em seu propósito de obtenção
do Alaranjado de Metila, um corante Azo.
Ao final do experimento é possível notar a coloração do produto final, produto
esse que comprovadamente pode ser obtido por meios laboratoriais, não somente
extraído de insetos e outras fontes naturais.
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6. REFERÊNCIAS
[1] SANTOS LIMA, A. L.; PEREIRA, M. H. G.; ÂNGELO DA CUNHA PINTO,
L, H, P. Corantes Sintéticos – A Química das Cores. Universidade Federal do Rio
de Janeiro - Instituto de Química. Disponível em:
<https://hugepdf.com/download/corantes-sinteticos-a-quimica-das-cores_pdf>.
Acesso em: 15 de set. de 2021.
[2] HOFF, R. Análise de Resíduos de Sulfonamidas em Alimentos por
Eletroforese Capilar e Espectrometria de Massas. Dissertação (Pós-Graduação
em Biologia Celular e Molecular) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto
Alegre, p. 65, 2008.
[3] DHAMMIKA BANDARA, H. M.; BURDETTE, S. C. Photoisomerization in
different classes of azobenzene. Chemical Society Review, v. 41, p. 1809–1825,
2012.
[4] GOMES, E. S.; FERREIRA, D. A.; MONTE, F. J. Q.; ASSUNÇÃO, J. C. C.
Síntese e Aplicação de Corantes Têxteis. Universidade Federal do Ceará.
Disponível em:
<http://connepi.ifal.edu.br/ocs/index.php/connepi/CONNEPI2010/paper/viewFile/781/
487>. Acesso em: 15 de set. de 2021.
[5] SANCHES, S. S. A. Síntese e Caracterização de Mesógenos Azo
Aromáticos. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química) -
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, p. 34, 2012.
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