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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA QUIMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL PROFESSORA : ELOISA HELENA DE AGUIAR ANDRADE TESTE DE SOLUBILIDADE E RECRISTALIZAÇÃO DA TRIPALMITINA EXTRAÍDA VIA SOXHLET E PARTIÇÃO DO EXTRATO METANÓLICO OBTIDO A FRIO CAROLINA ALMEIDA DE LIMA CARLOS ADRIANO MOREIRA DA SILVA DAYRIANE DO SOCORRO DE OLIVEIRA COSTA MARCO ROGERIO SCIENZA MARCUS VINICIUS COSTA SILVA RÔMULO ARTHUR MATHEWS DA SILVA BELÉM-PA 2010 RESUMO O objetivo deste trabalho é identificar o solvente adequado para a realização do processo de recristalização, no qual será realizado um teste de solubilidade do material sólido extraído à quente com vários solventes, sob temperatura ambiente e com aquecimento. Será realizada também uma extração líquido-líquido do extrato metanólico à frio com diclorometano. Serão realizados cálculos de rendimento percentual para determinar a pureza do material sólido e a eficiência da extração realizada. INTRODUÇÃO A solubilidade de compostos orgânicos é um importante parâmetro para a caracterização química. Testes de solubilidade permitem prever a presença ou ausência de grupos funcionais e reatividade em alguns casos. (Site 01). A solubilidade dos compostos orgânicos pode ser dividida em duas categorias principais: a solubilidade na qual uma reação química é a força motriz e a solubilidade na qual somente está envolvida a simples miscibilidade. As duas estão inter-relacionadas, sendo que a primeira é, geralmente, usada para identificar os grupos funcionais e a segunda para determinar os solventes apropriados para recristalização, nas análises espectrais e nas reações químicas. (Silva et al.,2009). Geralmente os testes de solubilidade são iniciados pelo ensaio com água. Diz-se que uma substância é “solúvel“ em um dado solvente, quando esta se dissolve na razão de 3 g por 100 mL de solvente (3% - ou 0,1g para 3 mL). (Silva et al.,2009). A partir dos resultados do teste de solubilidade obtém-se o solvente ideal, que é aquele que dissolve pouco a frio e muito a quente. Partindo-se desse solvente, a próxima etapa é a recristalização. A recristalização é um método de purificação de compostos orgânicos que são sólidos a temperatura ambiente. O princípio deste método consiste em dissolver o sólido em um solvente quente e logo esfriar lentamente. Na baixa temperatura, o material dissolvido tem menor solubilidade, ocorrendo o crescimento de cristais. Se o processo for lento ocorre a formação de cristais então chamamos de cristalização, se for rápida chamamos de precipitação. O crescimento lento dos cristais, camada por camada, produz um produto puro, assim as impurezas ficam na solução. Quando o esfriamento é rápido as impurezas são arrastadas junto com o precipitado, produzindo um produto impuro. (Site 02). Outra técnica, visando isolar e purificar os produtos de uma reação química, é a extração líquido-líquido (partição). A extração líquido-líquido é uma técnica usada quando se deseja remover de uma mistura de líquidos, um ou mais componentes, denominados solutos, através do contato direto com um líquido chamado de solvente, que é imiscível com a mistura original e remove parcialmente os componentes desejados desta mistura. A extração é um método de separação que requer a introdução desta substância (o solvente) na separação dos componentes da mistura. (Site 03). MATERIAIS UTILIZADOS - Tubos de ensaio; - Estante para tubos de ensaio; - Béquer; - Garras de madeira; - Banho-Maria; - Erlenmeyer; - Funil; - Suporte Universal; - Papel de filtro; - Banho frio; - Bastão de vidro; - Espátula; - Funil de decantação; - Frascos de vidro; - Material sólido produzido na extração à quente; - Água destilada; - Metanol; - Acetato de Etila; - Hexano; - Metileno Cloreto; - Sulfato de Sódio anidro. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL TESTE DE SOLUBILIDADE Foram colocados 5 tubos de ensaio em uma estante. A cada tubo foi colocado aproximadamente 0,1g do sólido obtido da extração com hexano a quente. Foi adicionado 1 ml, gota a gota, dos solventes contidos na tabela 1. Em seguida os tubos de ensaio foram levados em banho-maria, para verificar se ocorre solubilização. Nas amostras que não solubilizaram a quente foram adicionados mais solventes até completar 3 ml. Os resultados foram tabelados e indicados: se solúvel (+), não solúvel (-), pouco solúvel (+/-). Com base nas informações no quadro, escolheu-se o solvente adequado para a “recristalização” da substância, que foi o acetato de etila. RECRISTALIZAÇÃO Aproximadamente 11,5g do material sólido obtido da extração a quente foi transferido para um erlenmeyer e adicionada uma quantidade mínima de solvente para solubilizar a substância. Aqueceu-se até a ebulição e foi realizada rapidamente uma filtração simples. O filtrado foi colocado em banho frio para a formação de cristais. Realizou-se uma segunda filtração simples para retenção dos cristais no papel de filtro. Em seguida os cristais foram etiquetados e armazenados na capela para retirar o excesso de solvente. O filtrado foi descartado (água-mãe). Após 6 dias o material contido no papel de filtro foi raspado e determinado sua massa¹. EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO (PARTIÇÃO) Em um béquer foram dissolvidos aproximadamente 3,5 g do extrato metanólico em uma solução de metanol em água na proporção de 3:1 (60 ml de metanol + 20ml de água). Transferiu-se a solução para um funil de separação e foram adicionados aproximadamente 30 ml de dicloro-metano. Agitou-se com cuidado aliviando a pressão no interior do mesmo, feito este procedimento 4 vezes. Observa-se que não houve a formação de fases. Foram adicionados mais 15 ml de dicloro-metano ao funil de separação. O procedimento realizado anteriormente para o alívio da pressão foi executado novamente. Observa-se que houve a formação de duas fases, o que pode ser visualizado na figura 01. Figura 1 - Sistema bifásico resultante do primeiro processo de separação. Retirou-se a fase inferior, colocando-a em um frasco. Em seguida foram adicionados novamente 30 ml de dicloro-metano ao funil de separação. Repetiu-se a agitação seguida do alívio da pressão. Observa-se que houve a formação de três fases. Separou-se a fase mais densa, que foi transferida para o mesmo frasco que já continha o material resultante da fase inferior da primeira separação. Foram adicionados alguns gramas de sulfato de sódio anidro à fase inferior. Deixou-se em repouso por 20 minutos, agitando-se esporadicamente. Separou-se o agente secante por filtração simples. A fase inferior foi transferida para um frasco de massa definida (massa do frasco = 149g), que foi tampado com papel alumínio. Alguns furos foram feitos para a retirada do solvente e em seguida o frasco foi armazenado na capela. Após 24 h de repouso foi determinada a sua massa¹. ¹Todas as massas dos produtos obtidos estão relacionadas no item Resultados e Discussões. RESULTADOS E DISCUSSÕES Teste de solubilidade: Na tabela 1 abaixo estão relacionados os solventes e os resultados observados no decorrer do teste de solubilidade. Água fria Água quente não solúvel (-) pouco solúvel (+/-) Acetato de etila frio Acetato de etila quente pouco solúvel (+/-) solúvel (+) Metileno cloreto frio Metileno cloreto quente solúvel (+) solúvel (+) Metanol frio Metanol quente não solúvel (-) pouco solúvel (+/-) Hexano frio Hexano quente pouco solúvel (+/-) solúvel (+) Tabela 1 Teste de solubilidade A partir desses dados, concluiu-se que o solvente ideal foi o Acetato de Etila, já que este dissolveu pouco a frio e muito a quente, e tambémfoi observado que não houve reação entre o solvente e o soluto, pois não foi observado mudança de coloração nem mudança de precipitado. Recristalização: Após 6 dias de repouso na capela, a massa do material sólido resultante da segunda filtração simples foi 7 g. Ocorreu a purificação do material sólido extraído a quente,ou seja, o acetato de etila de caráter apolar solubilizou a tripalmitina que também apresenta caráter apolar. Esse processo foi favorecido pela elevada temperatura do sistema. As impurezas permaneceram no papel de filtro. Houve o resfriamento a banho frio e os cristais se formaram rapidamente, agora mais organizados e bem definidos, com um maior teor de pureza. Pode-se calcular o rendimento percentual desses cristais (tripalmitina) proveniente de 11,5 g do material sólido obtido da extração a quente: % tripalmitina m/m = 7 11,5 x 100 = 60,87 % m/m Partição: A porção inferior (mais densa) obtida das duas separações do processo de extração líquido-líquido é a fase diclorometânica. O diclorometano apresenta uma polaridade intermediária entre o metanol (muito polar) e o hexano (muito apolar). Isso faz com que se consiga extrair substâncias contidas no extrato metanólico com polaridades semelhantes ao do diclorometano. Após 24 h, foi determinada a massa do extrato diclorometânico obtida: Massa do extrato diclorometânico = 149,8g(massa do frasco + extrato) – 149,0(massa do frasco) = 0,8g. Pode-se calcular o rendimento percentual desse extrato proveniente de 3,5 g do extrato metanólico a frio: % extrato diclorometânico m/m = 0,8 3,5 x 100 = 22,86 % m/m RESOLUÇÕES DAS QUESTÕES PRESENTES NO ROTEIRO 1) Justificar a expressão “semelhante dissolve semelhante” com base na avaliação forças de atração intermoleculares soluto/soluto, solvente/solvente e soluto/solvente. Em uma mistura ocorrem interações intermoleculares entre soluto e solvente e há uma certa afinidade de solutos polares se dissolverem em solventes de mesma polaridade. 2) O que fazer quando os cristais não se formam? Submeter o material em resfriamento no banho-maria. 3) Qual o efeito da temperatura durante o resfriamento da solução no tamanho dos cristais? Acelera a formação dos cristais. 4) Fazer o fluxograma do processo. Ver em anexo 1. 5) O que é uma emulsão? É uma mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de pequenos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua), formando um sistema estável. 6) Qual a vantagem de se realizar três extrações com pequenas porções de solvente, no lugar de apenas uma? R: Para se evitar a formação de emulsão. 7) Qual a finalidade do uso de sulfato de sódio no processo acima? Ele atua como agente dessecante, ou seja, é capaz de absorver ou adsorver água durante a extração líquido-líquido. 8) Citar outros agentes dessecantes e as respectivas aplicações. Cloreto de Cálcio: Por causa de sua forte higroscopia, pode ser usado para secar o ar, assim como outros gases e líquidos orgânicos. Sílica: É um material usado para absorver humidade. Ela retém a humidade do ar por adsorção física. Alumina ativada: É usada para uma larga variedade de aplicações como adsorvente e aplicações em catálise e como adsorvente seletivo de muitas substâncias químicas. 9) O que é extração ácido - base? Citar exemplos (pesquisar). É um procedimento que se utiliza de extrações líquido-líquido seqüenciais para purificação de ácidos e bases presentes em solução. É rotineiramente feita durante as etapas de purificação após reações químicas e para o isolamento de compostos e produtos naturais como alcalóides e extratos brutos. O produto é largamente isento de impurezas neutras e ácidas ou básicas. http://pt.wikipedia.org/wiki/Higroscopia http://pt.wikipedia.org/wiki/Ar http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s http://pt.wikipedia.org/wiki/Org%C3%A2nico http://pt.wikipedia.org/wiki/Humidade http://pt.wikipedia.org/wiki/Adsor%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lise http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido http://pt.wikipedia.org/wiki/Base http://pt.wikipedia.org/wiki/Purifica%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Rea%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Alcal%C3%B3ide http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Extrato_bruto&action=edit&redlink=1 ANEXO 1 FUNIL DE SEPARAÇÃO AGENTE SECANTE EXTRATO METANÓLICO A FRIO FASE DICLOROMETANÓLICA (FASE INFERIOR) FASE ALCÓOLICA(FASE SUPERIOR FASE DICLOROMETÂNICA TOTAL SULFATO DE SÓDIO FASE DICLOROMETÂNICA DESUMIDIFICADA SOLVENTE DICLOROMETANO EXTRATO DICLOROMETÂNICO CH2Cl2 CH2Cl2 FASE ALCÓOLICA FASE DICLOROMETÂNICA EVAPORADOR ROTATIVO FILTRAÇÃO SIMPLES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Silva, B.F. et al.Classificação dos Compostos Orgânicos por Solubilidade.Trabalho Acadêmico, Universidade Federal de Goiás, 2009. Site 01: http://pessoal.utfpr.edu.br/poliveira/arquivos/aulapratica03solubilidadedecompo stosorganicos.pdf. Acessado no dia 18 de Abril, 2010.(16:00 h) Site 02: http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/praticas/acetanilida/recristaliza cao.htm. Acessado no dia 18 de Abril, 2010.(16:20 h) Site 03: http://www.maeq.ufba.br/scripts/docs/pdf/extracaoliquidoliquido.pdf. Acessado no dia 18 de Abril, 2010. (16:45 h) http://pessoal.utfpr.edu.br/poliveira/arquivos/aulapratica03solubilidadedecompostosorganicos.pdf http://pessoal.utfpr.edu.br/poliveira/arquivos/aulapratica03solubilidadedecompostosorganicos.pdf http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/praticas/acetanilida/recristalizacao.htm http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/praticas/acetanilida/recristalizacao.htm http://www.maeq.ufba.br/scripts/docs/pdf/extracaoliquidoliquido.pdf
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