Nota 10. Síntese e purificação da Acetanilida

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QMC5230 – Química Orgânica Experimental I Data de realização do experimento: 25/02/2022
Síntese e purificação da Acetanilida
Maria Eduarda Voigt Sarti
mariaeduardaitapema@gmail.com
Palavras Chave: síntese, purificação, acetanilida, anilina, acetilação.
Introdução
A acetanilida é muito importante para a obtenção de
corantes e fármacos, pois é muito utilizada para
aliviar a dor de cabeça, porém é bem tóxica. Ela faz
parte do grupo de amidas aromáticas aciladas
(SOLOMONS, 2008).
E pode ser obtida por reações com ácido acético,
anidro acético, ou com uma mistura de ambos
(CARVALHO et al., 2014).
A acetanilida é uma amida secundária. As amidas
não reagem com íons haleto, íons carboxilato,
álcoois ou água, porque nestes o nucleófilo é uma
base mais fraca que o grupo de saída, no caso, a
amida. Só reagem com a água e álcool quando a
mistura reacional é aquecida na presença de ácidos
(BRUICE, 2006).
Logo, sua síntese pode ocorrer por uma acetilação
da anilina, na qual, o nucleófilo (grupo amino) ataca
o carbono carboxílico do anidro acético, portanto,
essa reação depende do pH, dessa maneira,
utiliza-se uma solução tampão sendo tanto o ácido
acético quanto o acetato de sódio com pH próximo
de 4,7. E para a purificação da acetanilida usa-se
uma cristalização com carvão ativado (CARVALHO
et al., 2014).
A purificação da acetanilida é através da
cristalização que baseia-se na diferença de
solubilidade entre o composto cristalino e as
impurezas da solução (ENGEL et al., 2012).
Portanto, deve-se ter um solvente apropriado para a
recristalização, e que preenche os requisitos, sendo
usado nesse caso a água. No processo de
cristalização precisa-se de cuidados para que a
disposição das moléculas em retículos cristalinos,
gerando cristais grandes e puros (PAVIA et al.,
2009).
Objetivos
Separar e isolar a acetanilida através da mistura
reacional com anilina, anidro acético, e água, para
assim, aquecer e realizar a filtração simples a
vapor. Após, purificar a reação do produto com
carvão ativado. Ademais, separar a acetanilida das
impurezas com a cristalização. E determinar o
rendimento percentual depois da cristalização e
filtração a vácuo.
Discussão dos Resultados
Para sintetizar a acetanilida, usa-se um método
chamado acetilação, na qual, o composto anilina
sofre uma reação de substituição nucleofílica no
carbono insaturado, sendo a amina o nucleófilo. Ou
seja, o grupo acil anidrido acético reage como
eletrófilo e a anilina como nucleófilo. Dessa forma, o
átomo de hidrogênio (NH2) é substituído pelo grupo
acil. Vale ressaltar, que essa reação não foi
empregado uma solução tampão, para evitar que a
anilina reaja com o ácido acético e formar um sal
solúvel em água. Devido ao fato, de a anilina ser
uma base fraca e o ácido acético um ácido fraco,
sendo assim, favorável à geração de um sal,
ademais, a solução tampão ajudaria a encontrar o
pH mais adequado para a síntese da acetanilida
ocorrer. A seguir é apresentado no Esquema 1, a
equação da síntese da acetanilida:
Esquema 1. Equação da síntese da Acetanilida.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Iniciou-se o experimento, misturando 2 mL de
anilina com 15 mL de água num erlenmeyer de 125
mL. Sendo utilizado uma pipeta com pera para
conseguir o volume da anilina e uma proveta para o
volume da água. Depois, foi adicionado 2,5 mL de
anidro acético lentamente na solução, e com
agitação para a formação da acetanilida. Mesmo
depois de terminar de despejar o anidro acético com
a pipeta, foi agitado até fragmentar os grumos
formados.
Posteriormente, foi ligado à chapa de aquecimento,
e preparado um erlenmeyer com um pouco de água,
o suficiente para cobrir o fundo e não trazer risco a
vidraria, após acoplado um funil com papel filtro
pregueado (usado devido a maior área de superfície
de contato) nesse erlenmeyer com água.
Lembrando que ambos os recipientes estavam na
chapa de aquecimento. Como ilustrado na Figura 1,
a seguir:
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QMC5230 – Química Orgânica Experimental I Data de realização do experimento: 25/02/2022
Figura 1. Sistema de aquecimento.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Vale ressaltar, que antes de aquecer a amostra
com acetanilida, foi adicionado pedrinhas de
porcelana, para evitar o aquecimento violento e
também foi adicionado pequenas quantidades de
água para que a acetanilida consiga se dissolver
totalmente, sendo a menor quantidade possível de
água. Porque durante a cristalização para assegurar
que a solução saturada à quente provoque a quebra
ligações das moléculas de impurezas, e dessa
forma, corroborando para uma maior formação de
cristais livres de impurezas dissolvidas na solução.
O grande objetivo é não ter perdas e garantir a
purificação do produto de interesse. Essa etapa é
fundamental para realizar a filtração a quente, e
posteriormente, para a cristalização.
Figura 2. Início da dissolução.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Após a diluição da acetanilida, é adicionado meia
espátula de carvão ativado até uma breve fervura.
Figura 3. Carvão ativado na solução como
adsorvente de impurezas.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Nesse caso, o carvão ativado tem a função de
adsorver as impurezas em seus poros. Assim,
podemos fazer uma filtração simples com o
erlenmeyer com um pouco de água aquecida,
acoplado com um funil e papel filtro pregueado que
também estavam no aquecimento com a amostra
diluída.
Figura 4. Filtração simples da solução.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
É despejado a solução com a acetanilida com o
carvão no funil, como ainda ficou resquícios no
erlenmeyer, adicionamos um pouco de água para
limpar e agitado, para garantir que contenha grande
parte da solução. Portanto, foi despejado
novamente a solução com carvão. Outro ponto a
ressaltar, no papel filtro é separado o carvão e as
impurezas que continham na solução, não foi
necessário pesar, pois o verdadeiro interesse está
em descobrir o rendimento e a massa da acetanilida
formada por essas técnicas. Logo, o erlenmeyer
com a solução filtrada, passará pela recristalização.
A etapa de cristalização, é utilizada para purificar a
solução, na qual, coloca-se o frasco de solução já
resfriado a temperatura ambiente em um recipiente
com gelo, ao longo do tempo os cristais começam a
se formar. Dessa forma, podemos separar os
cristais puros das impurezas.
Figura 5. Resfriamento para a cristalização.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Enquanto, espera-se a formação dos cristais,
prepara-se o papel filtro e foi pesado para os
cálculos de rendimento.
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Figura 6. Massa do papel filtro.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
A seguir, coloca o papel filtro no funil de Buchner e
umedece com água para garantir que todos os furos
estejam cobertos pelo papel filtro e tenham se
aderido bem a superfície, portanto, com esse
preparo garante a efetividade do sistema a vácuo,
ademais, sem ter perdas do material em questão.
Como foram formados os cristais, deseja-se
separá-los das impurezas, assim, aplicamos a
filtração a vácuo. Prontamente, despeja a solução
no funil, e espera secar.
Figura 7. Solução filtrada a vácuo.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Figura 8. Sistema a vácuo.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Desliga-se o sistema de vácuo, e agora, pode-se
pesar a massa do filtro e da acetanilida juntos.
Utilizou-se um papel filtro de massa, igual a 0,40g
para fazer a filtração a vácuo no funil de Buchner,
ademais, para a obtenção máxima da amostragem,
lavou-se as paredes do frasco com água e foi
despejado novamente no funil da filtração a vácuo.
Logo, o papel filtro com os cristais de acetanilida
obteve-se 3,39 g, como pode ser visto na Figura 9
abaixo.
Figura 9. Massa filtro+acetanilida.
Fonte: Maria Eduarda Voigt Sarti
Diante do exposto anteriormente, obteve-se um
total de 2,99 g de acetanilida,com esse valor obtido
pode-se encontrar o rendimento da acetanilida.
Então, para o cálculo de rendimento, precisa-se
primeiro, fazer outro cálculo para identificar o
reagente limitante e identificar o valor teórico de
produção da acetanilida. Dessa maneira, utiliza-se
as densidades dos compostos para adquirir suas
massas, e posteriormente utiliza-se a massa molar
das moléculas para obtenção do valor teórico.
Composto Anilina Anidrido
acético
Acetanili
da
Densidade
(g/cm^3)
1.0217 1.082 1.2190
Massa
Molar
(g/mol)
93.127 102.089 135.163
Tabela 1. Dados da densidade e massa molar da anilina, anidrido
acético e acetanilida.
Fonte: LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics,
88th Edition. Boca Raton: CRC Press,
c. 3, p. 4, 2007. (a)
LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 88th
Edition. Boca Raton: CRC Press, c. 3, p. 4, 2007. (b)
LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 88th
Edition. Boca Raton: CRC Press, c. 3, p. 26, 2007. (c)
Para se encontrar o reagente limitante, temos que
primeiro observar a estequiometria da reação, que
nesse caso é 1:1, dessa forma, calcula-se a
quantidade de acetanilida que será formada
teoricamente de acordo com cada mol de reagente,
a menor quantidade produzida será o reagente
limitante.
Massa em gramas para anilina:
1,0217 𝑔 × 2 𝑚𝐿 = 𝑥 × 1 𝑚𝐿
𝑥 = 2,0434 𝑔
Massa em gramas para o anidrido:
1,082 𝑔 × 2,5 𝑚𝐿 = 𝑥 × 1 𝑚𝐿
𝑥 = 2,705 𝑔
O cálculo do reagente limitante, que é avaliado pelo
menor valor teórico de produção da acetanilida.
Cálculo do reagente para a anilina:
135,163 𝑔/𝑚𝑜𝑙 × 2,0434 𝑔 = 93,127 × 𝑥
x = 2,96 𝑔
Cálculo do reagente para o anidrido:
135,163 × 2,705 = 102,089 × 𝑥
x = 3,58 𝑔
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Com base nos valores obtidos, a anilina é o
reagente limitante, sendo que o valor teórico de
produção de acetanilida é de 2.96 g. Ademais, com
base nisso, é possível calcular com a sua
quantidade de mols a partir do reagente limitante.
Cálculo de mols da anilina:
2,0434 𝑔 × 1𝑚𝑜𝑙 = 93,127 × 𝑥
x = 0,022 𝑚𝑜𝑙
Com o valor obtido em mols da acetanilida,
calcula-se o valor teórico de acetanilida em gramas:
135,163 × 0,022 𝑚𝑜𝑙 = 1𝑚𝑜𝑙 × 𝑥
x = 2,96 𝑔
Assim, com os cálculos prova-se novamente que a
reação é 1:1. Com o valor de massa obtido
experimentalmente e com o valor teórico da
acetanilida, calcula-se o rendimento da acetanilida:
Rendimento da Acetanilida (%):
(2,99 ÷ 2,96) × 100% = 𝑥
x = 101%
Por fim, o rendimento da acetanilida obtida
experimentalmente, foi de 101%, esse valor
ultrapassou os 100% devido a amostra conter
impurezas, ou erros de calibração da balança, erros
cometidos durante toda a etapa de síntese e
purificação da acetanilida. Portanto, necessita-se
anotar todos os dados obtidos em cada etapa do
procedimento experimentalmente, e que todos os
equipamentos estejam bem calibrados.
Conclusões
Por meio desse experimento foi possível utilizar o
método de acetilação para a síntese da Acetanilida,
na qual foi empregada a anilina com anidrido
acético, formando acetanilida e ácido acético.
Posteriormente, na purificação foi utilizado o
aquecimento para a acetanilida se diluir com um
pouco de água, quando o experimento estava em
pré fervura, adicionou-se carvão ativado para
remover as impurezas, as quais se prendem nos
poros do carvão ativado. Após, foi realizada uma
filtração a quente com papel filtro pregueado, e
retirado da chapa aquecedora, para o recipiente
esfriar até a temperatura ambiente. Em seguida,
colocou-se num recipiente com gelo, para resfriar e
formar os cristais. A cristalização é um método de
purificação, após, filtrou-se no funil a vácuo. Foi
assim, que obteve-se a Acetanilina pura. Com um
rendimento 101%, com base nesse valor, podemos
concluir que a técnica foi bem eficiente, porém,
nenhum resultado experimental pode ser 100%,
sendo assim, o rendimento calculado mostra que a
acetanilida não ficou totalmente pura, devido a
produção extra ou erros experimentais. Então, todos
os objetivos foram alcançados e com resultados
plausíveis com o explicado acima.
Referências Bibliográficas
BRUICE, P.Y. Química orgânica.4.ed.Vol 2. São
Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006.
CAGLIERI, SILVANA CLAUDIA; MACANO,
HÉCTOR RUBÉM. Reactividad de aminas en la
acetilación catalizada por ácidos de Lewis e
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do México: Ing. invest. y tecnol, v. 19, n. 2, p.
239-244, 2018. Disponível em:
<http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abst
ract&pid=S1405-77432018000200239&lng=en&nrm
=iso&tlng=es>. Acesso em: 2 mar. 2022.
CARVALHO, B.R.; GIUSTI, K.; SANTOS, L.;
MENDES, L.B. Síntese e purificação da
Acetanilida. 2014. Disponível em:
<http://www.academia.edu/7460420/SINTESE_E_P
URIFICA%C3%87%C3%83O_DA_ACETANILINA>.
Acesso em: Acesso em: 3 mar. 2022.
ENGEL, RENDALL G., KRIZ, GEORGE S.,
LAMPMAN, GARY M. et al. Química orgânica
experimental: Técnicas de escala pequena:
Cengage Learning, 2012.
LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and
Physics, 88th Edition. Boca Raton: CRC Press,
c. 3, p. 4, 2007. (a)
LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and
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LIDE, D. R., CRC Handbook of Chemistry and
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p. 26, 2007. (c)
PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M.; KRIZ J.R., G. S.;
ENGEL, R. G. Química Orgânica Experimental:
Técnicas de escala pequena, Editora Bookman,
2009.
SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica, volume 1,
9ª edição, 2008.
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25a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química - SBQ
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1405-77432018000200239&lng=en&nrm=iso&tlng=es
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1405-77432018000200239&lng=en&nrm=iso&tlng=es
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1405-77432018000200239&lng=en&nrm=iso&tlng=es