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PUC MINAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA Instituto de Ciências Exatas e Informática – ICEI QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA Guilherme R. Pereira Edson Braga da Silva 2016 1 SUMÁRIO Capítulos 01 Informações Gerais; 02 Pesquisa de Carbono e Hidrogênio em uma Amostra Orgânica; 03 Determinação da Presença de Nitrogênio, Cloro e Enxofre em Amostra Orgânica; 04 Reconhecimento de funções orgânicas: Alcenos, álcoois e haloalcanos; 05 Reconhecimento de funções orgânicas: Compostos carbonílicos; 06 Temperatura de Fusão do Naftaleno; 07 Solubilidade e característica de solventes orgânicos; 08 Marcha Química; 09 Destilação Simples: Purificação do n-hexano; 13 Destilação Fracionada (Hexano com diclorometano); 14 Destilação por Arraste a Vapor de Água; 15 Temperatura de Fusão do Naftaleno; 16 Cromatografia em Camada Delgada; REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICES 2 Apresentação O objetivo principal do curso de Química Orgânica é fornecer habilidades e conhecimentos práticos e teóricos suficientes para que o aluno de Engenharia Química crie autoconfiança de trabalhar em áreas a fim com total destreza. Este material tem por objetivo apresentar linhas gerais para as práticas no laboratório. Assim, uma série de práticas simples será realizada ao longo do período, no qual o aluno terá um contato com reagentes químicos, vidrarias e montagens de laboratório. Métodos de purificação de material, técnicas de filtração, algumas sínteses orgânicas, preparo de soluções, propriedades de alguns compostos orgânicos, reconhecimento de funções orgânicas, destilações, propriedades de isômeros, controle de reações por métodos cromatográficos (CCD) serão empregados ao longo deste curso. Todavia, faz importante salientar que o domínio de certas reações orgânicas, demanda um grande período de tempo e durante este curso, somente se fará uma introdução de um laboratório de química orgânica. Note-se que a ordem a ser seguida em laboratório pelo Professor não é necessariamente a deste texto. No início do semestre letivo o aluno receberá um cronograma com o trabalho a ser realizado. Pede-se também que o aluno, ao final do curso, avalie o material e faça sugestões de novas práticas, críticas ou sugestões para o melhoramento do material. Autor 3 CAPÍTULO 01 Introdução Recomendações Gerais Com relação à vestimenta: 1. O uso de sapato fechado e calça comprida são obrigatórios; 2. Os alunos deverão usar jaleco em todas as aulas; 3. Deve-se sempre usar óculos de proteção quando se entra em um laboratório; Postura no laboratório: 4. Não levar qualquer tipo de alimento para dentro do laboratório; 5. Não se deve ingerir qualquer tipo de líquidos no laboratório; 6. Caso algum acidente ocorra, informar imediatamente ao responsável; 7. O manuseio dos equipamentos requer conhecimento prévio, caso o aluno não saiba o que fazer NUNCA tomar qualquer iniciativa antes de perguntar ao professor; 8. Sempre usar a capela para fazer transferência de ácidos e bases, reações e elaborações; 9. Caso seja necessário sentir o cheiro de alguma substância, nunca cheirar diretamente o composto, mas sim direcionar os odores ou vapores com a mão em direção ao nariz; 10. Não jogar compostos orgânicos na pia; 11. Lavar as mãos com sabão sempre que terminar a prática; 12. Limpar a área de trabalho antes e ao término da aula; 13. Lavar toda a vidraria usada e caso seja necessário, descartar o lixo formado incluindo resíduos orgânicos em local adequado; 14. Todos os frascos e vidraria devem estar devidamente limpos e secos antes da prática, (mas caso seja necessário limpar alguma vidraria, lave com água e sabão e posteriormente passe um pouco de acetona, e use o “secador” para remover resíduos de acetona); 15. Nunca deixar frascos perto da chama, tais como vidros de acetona, hexano e etanol; Segurança no laboratório O automatismo de determinadas condutas em um laboratório diminui muito o risco de determinados acidentes. Procure se informar com o professor sobre a forma de se portar em um laboratório de química, sobre os equipamentos de segurança, o uso da aparelhagem, vidraria, reagentes e descarte de substâncias. Em caso de dúvida, SEMPRE pergunte antes de tomar uma decisão. 1. É obrigatório o uso de jaleco no laboratório; 4 2. O jaleco somente deve ser usado dentro do laboratório, sendo que após o término das aulas, o mesmo deve ser guardado dentro de um saco plástico. Nunca devemos transitar áreas de uso comum com um jaleco. Tal prática, infelizmente adotada por profissionais de áreas afins trás sérios riscos a saúde de todos, pois assim, ajudam a disseminar materiais e doenças em locais não de uso geral. 3. Faz-se também necessário o uso de óculos de proteção, (pessoas que usam óculos de grau talvez precisem deste equipamento de segurança); Figura 1. Alguns modelos de óculos de proteção. 4. Sempre coloque as mochilas e demais materiais debaixo da bancada no local designado; 5. É terminantemente proibido o consumo de água ou comida dentro do laboratório; 6. É terminantemente proibido fumar no laboratório; 7. Lave as mãos sempre que as aulas práticas terminarem, para evitar a possível contaminação; 8. Aprenda a usar o chuveiro de segurança: Caso, algum material líquido caia sobre o corpo, o procedimento e remover todas as roupas do corpo e ficar sobre o chuveiro dentro do laboratório até que todo o material tenha sido removido! 9. Equipamento lava olhos: Caso algum material seja derramado nos olhos, o acidentado deve ir para o “lava olhos” e permanecer com o rosto sobre o equipamento ligado por alguns minutos, e em seguida, ir para um hospital. Pisando sobre o dispositivo, água sairá na saída superior. 10. Ligue o exaustor sempre quando for trabalhar na bancada, e em caso de produtos carcinogênicos, ácidos ou bases fortes, trabalhe utilizando uma capela funcional. 11. Em caso de quebra de vidros, inicialmente isole a área e localize os pedações de vidro, depois, usando a vassoura e uma pá, descarte o material no local apropriado, criado para descarte de material. 12. Em caso de acidentes com reagentes químicos, Primeiros Socorros Em caso de queimaduras, lave a área atingida com bastante água e em seguida buscar atendimento médico, se necessário; Em caso de cortes ou ferimentos leves, faça a desinfecção e proteja a área com gase e esparadrapo; 5 Se os olhos forem atingidos com qualquer substância, lave-os com água corrente; Se cair qualquer substância na roupa, retirar a veste atingida e lavar no chuveiro se necessário; Em caso de intoxicações: procurar local arejado para respirar; Em caso de fogo nas bancadas, separar qualquer material inflamável das chamas, apagar o fogo com extintor ou com areia, e em caso de fogo no corpo, usar um pano úmido para abafá- lo; Em caso de descarga elétrica, procurar um material isolante para separar a vítima do local; Normas Gerais A Seguir Durante Os Trabalhos De Laboratório Sempre trazer o material didático a ser usado. Este material impresso é fundamental; O laboratório é fundamental para realização de experimentos práticos, por tanto, desde a primeira aula, procure inteirar-se das normas que regem as práticas, de toda a infraestrutura do laboratório, das limitações deste laboratório e das restrições que terá; Siga rigorosamente as medidas de segurança que serão acrescentadas no inicio de cada trabalho pelo professor de laboratório. As peculiaridades dos trabalhos executados são motivos de preocupação quanto aos riscos a que se expõe quem os escutam. Na fase inicial de trabalhos em laboratórios, os iniciantes têm como características o desconhecimentode situações de perigos a que estão expostos. Isto às vezes ocorre até com pessoal já dito experiente. A seguir citam-se alguns riscos mais comuns: Trabalho com vidro, manuseio do material de vidro Trabalho com temperatura elevada Trabalho com uso de fogo Trabalho usando eletricidade Trabalhos a pressões diferentes da pressão atmosférica Trabalho com substâncias corrosivas, inflamáveis, tóxicas, explosivas, muito voláteis, etc. Quando do início do trabalho, a bancada estará com todos os materiais e reagentes que serão usados, Veja o roteiro do trabalho e verifique se não está faltando algo. Caso isto venha a ocorrer, solicite ao Professor ou ao técnico de laboratório, que estará à disposição, para sanar a falha. 6 Ao final do trabalho a bancada deverá estar como estava no início. Materiais que não estavam na bancada, mas que foram buscados para o trabalho, deverão ser devolvidos no mesmo local da retirada. Peça auxílio aos técnicos e ao Professor. Concentre-se no seu trabalho. Evite conversas em voz alta e especialmente assuntos alheios à tarefa a ser executada. Ao se fazer uma montagem, peça instruções para o professor, pois cada vidraria ou equipamento tem sua forma correta de ser usado. Muito cuidado ao manusear vidrarias para evitar quebras. Selecionar adequadamente a fonte de calor a ser usada (manta ou bico de gás.) Antes de iniciar o experimento, verifique atentamente se todas as vidrarias estão encaixadas corretamente. Ao se fazer uma destilação, fique atento para não se esquecer de colocar as pérolas de porcelana dentro do balão antes de conectá-lo ao sistema a ser montado. Primeiramente prenda as garras ao suporte para só depois colocar o balão ou o condensador nestas garras. Jamais deixe o balão sem garra acoplado ao condensador ou o condensador sem garra acoplada ao balão. O uso de garras que serão usadas para prender o condensador deve ser de tamanho compatível com este condensador. O uso de balões e frascos coletores em uma destilação deve ter de tamanho proporcional ao volume de reagentes utilizados. Se a montagem estiver torta e instável, refaça-a corrigindo estas imperfeições. Considera-se erro grave arrastar a montagem pela bancada após tal montagem pronta. Ao se fazer montagem de destilação, dedicar uma atenção especial à conexão das mangueiras de circulação de água. Colocar corretamente as mangueiras de entrada e de saída de água. Proteja-as de fontes de aquecimentos. Evite fluxo de água muito intenso. Ao se fazer a desmontagem de uma destilação, desconectar primeiramente a mangueira de entrada de água. Os primeiros materiais a serem retirados em uma montagem de destilação, devem ser aqueles que foram colocados por último, ou seja, termômetro, a longa de destilação e funil de adição. - Riscos químicos - Medidas básicas de segurança - Medidas relativas à instalação de laboratório - Produtos químicos incompatíveis (não armazenar próximos) 7 Previsões de instalações para: a) Proteção contra incêndio; b) Chuveiros de emergência; c) Lavadores de olhos; d) Sinalização de segurança. E muitas outras coisas interessantes. PREPARO DO MATERIAL DE NOTAS Inicialmente, deve-se preparar uma folha contendo a reação inicial a ser realizada, seguido de um a tabela contendo os dados dos reagentes (massa molecular, densidade, quantidade em mL ou gramas, mmol, equivalentes usados e origem de cada reagente), seguido de uma descrição detalhada da reação. Outros dados relevantes também serão informados tais como data do procedimento, código da reação, desenho de alguma placa cromatográfica, e artigos usados na reação. 8 Principais vidrarias usadas durante o curso de química Orgânica I Figura 1. Materiais e vidrarias usados em laboratório. 9 Figura 2. Materiais e vidrarias usados em laboratório. 10 CAPÍTULO 02 EXPERIMENTO 01 PESQUISA DE CARBONO EM UMA AMOSTRA ORGÂNICA Objetivos Diferenciar substâncias Orgânicas e Inorgânicas. Montar um pequeno experimento laboratorial qualitativo para determinação de carbono em uma amostra orgânica (algodão). Objetivos Específicos Fazer uma reação de oxirredução tendo como agente oxidante o óxido de cobre II (CuO). Esta reação levará à formação de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Introdução No século XVIII, acreditava-se que apenas os seres vivos eram capazes de produzir substâncias orgânicas a partir de uma força vital. As demais substâncias, originadas dos minerais, eram classificadas como “inorgânicas”. Posteriormente, experimentos de laboratório mostraram que substâncias inorgânicas, através de reações químicas, poderiam gerar substâncias orgânicas. (ex: formação da ureia, uma substância excretada por mamíferos, a partir do aquecimento de cianato de amônio). Veja equação química 1.1 Esquema 1. Síntese de Friederich Wölher realizada em 1928. A reação mostrou que substâncias inorgânicas (cianato de amônio) podem ser convertidas em substâncias orgânicas (ureia). Pode-se disser que a química orgânica compreende o estudo do elemento carbono constituinte de determinadas substâncias químicas. Existem mais de 16 milhões de substâncias orgânicas, contudo, nem todas as substâncias que contêm carbono são substâncias orgânicas. Algumas propriedades das substâncias ajudam a classificá-las entre orgânicas ou inorgânicas: Características de substâncias orgânicas: São combustíveis ex: octano, etanol, isso octano (gasolina), etc. Formam isômeros ex: etanol e éter dimetílico, 1- butanol e 2-butanol, etc. 11 Formam polímeros ex: borracha, plástico, celulose. Decompõem-se em altas temperaturas (matérias primas, fármacos, alimentos, etc); Possuem geralmente baixos pontos de fusão e ebulição; (metano, propano, éter dimetílico são gases a temperatura ambiente) O que confere as propriedades citadas acima é a forma com que os átomos estão ligados entre si. Esses átomos se ligam a fim de buscar mais estabilidade. Observou que quando o número de elétrons da camada mais externa de cada elemento contém o mesmo número de elétrons da camada mais externa dos gases nobres (Elementos da VIII A ou 18), os mesmos têm grande estabilidade. A distinção entre substâncias ou compostos orgânicos e inorgânicos não é fácil. Mesmo substâncias formadas apenas por átomos de carbonos, conhecidas como formas alotrópicas do carbono, podem ser diferenciadas entre inorgânicas (grafite, e diamante) ou orgânicas (fulereno) devido às suas características finais. Figura 1. Esquema simbólico da “Geração e isolamento do fulereno C60 por vaporização do grafite” pelo aquecimento resistivo. Assim, pode-se dizer que alguns gases como o CO2 ou o CO, alguns sais como bicarbonatos (NaHCO3, Ca(HCO3)2, carbonatos Na2CO3, K2CO3 ou cianetos (NaCN, KCN) possuem o elemento carbono mas não são orgânicos. Reações químicas Quando do aquecimento de um material orgânico (por exemplo, algodão, que apresenta celulose em sua estrutura) juntamente com CuO, este óxido oxida a substância presente no material em análise transformando parte do conteúdo de carbono nele contido em gás carbônico, CO2 e transformando o conteúdo de hidrogênio em água, H2O. O gás carbônico produzido entrando em contado com solução aquosa de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2(aq) forma um precipitado branco insolúvel que é o CaCO3s. 12 Reação de Oxidação Amostra Orgânica (algodão) misturadas com CuO(s) produz cobre, (Cus), gás carbônico,(CO2(g)) e água Equação Química da formação de um ácido a partir do respectivo anidrido CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) EquaçãoQuímica da Reação de Neutralização H2CO3(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + 2 H2O(l) Equação Química de uma Reação de Dupla Troca CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + <H2CO3(aq)> Parte experimental. Faça uma montagem conforme o esquema abaixo Figura 2. Montagem do experimento para determinação de carbono em uma amostra orgânica. Montagem. Prenda o tubo de ensaio em uma garra acoplada a um suporte universal. Depois, já com a montagem feita, coloque o septo de borracha com a conexão de vidro na saída do tubo de ensaio (já contendo os materiais com os quais irá trabalhar, veja itens 1,2,3 e 4 do procedimento). Certifique-se que o sistema esteja totalmente fechado, com apenas a saída em contato com a solução previamente preparada de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2(aq) que estará dentro do béquer. Bico de Bünsen- Para este experimento, é importante aprender a usar o bico de Bünsen. Certifique que não tenha nenhuma piceta contendo líquidos inflamáveis nas proximidades da montagem. Gire a válvula de saída do gás, então ajuste a quantidade de saída do gás no bico de bünsen e posteriormente ajuste a entrada de oxigênio pela válvula inferior neste equipamento. Execução do procedimento- Aproxime a chama da parte inferior do tubo de ensaio, tomando cuidado para a chama não atingir a garra. Espere até a reação iniciar, caracterizada 13 por uma chama vermelha intensa dentro do tubo, e a projeção de gás no outro orifício da conexão de vidro. Materiais e reagentes Materiais Suporte Universal Béquer de 50 mL Garra Mufa Espátula Pinça Rolha de borracha Tubo de ensaio Bastão de vidro Bico de bünsen Tubo de vidro curvado Vidro relógio Reagentes Substância orgânica (algodão) Solução saturada de hidróxido de cálcio ou Ca(OH)2(aq) Solução de ácido clorídrico Óxido de cobre II (CuO) Procedimento 1. Pese aproximadamente 0,20 g de algodão, algodão tem celulose, composto orgânico. Coloque esta massa em uma placa de Petri Obs: Verifique se a balança está na posição apropriada, depois use um béquer pequeno para fazer a pesagem. 2. Pese um grama de óxido de cobre II, óxido cúprico, e o adicione sobre o algodão que foi pesado. 3. Misture o algodão com o Oxido de cobre II com auxílio de uma pinça; 4. Insira o algodão com oxido de cobre no tubo de ensaio; 5. Meça aproximadamente 20 mL de uma solução nova (recém preparada) de hidróxido de cálcio; 6. Transfira para um béquer e prenda-o em uma garra (conforme o Figura 2); 7. Adapte o tubo de vidro curvado na extremidade do tubo de ensaio e no outro lado dentro da solução de hidróxido de cálcio; 8. Acenda o bico de Bünsen e aproxime-o da extremidade inferior do tubo de ensaio. Ao usar Bico de Bünsen- Certifique que não tenha nenhuma piceta contendo líquidos inflamáveis nas proximidades da montagem. Gire a válvula de saída do gás, então ajuste a quantidade de saída do gás no bico de bünsen e posteriormente ajuste a entrada de oxigênio pela válvula inferior neste equipamento. Uma chama amarela fuliginosa significa pouco oxigênio em relação à quantidade de gás que está sendo queimando, quanto mais clara a chama, mais eficiente está sendo o trabalho realizado pelo bico de Bünsen 14 Obs: Cuidado para a chama não alcançar a borracha da garra, e lembre-se que após o experimento o tubo estará quente! 9. Observe a formação de um precipitado branco. 10. Após a formação do precipitado, desconecte o tubo de vidro com cuidado para não haver sucção de água. 11. Adicione solução aquosa de HCl à suspensão formada. 12. Desmonte toda a montagem e lave os materiais utilizados. Questionário 1. Mostre as estruturas de Lewis do dióxido de carbono (CO2), CaCO3 e H2CO3. 2. Defina os compostos acima como anidridos, sais, ácidos ou bases. 3. Cite três propriedades dos compostos orgânicos. 4. Por que durante o experimento, houve a turvação da solução de Ca(OH)2? 5. Poderia se usar CaCO3 ao invés da Ca(OH)2 para constatação de CO2? Explique. 6. Qual a diferença de Cloreto de hidrogênio e ácido clorídrico? 7. Como se pode produzir cloreto de hidrogênio em laboratório? 8. Por que não se pode deixar a solução de Ca(OH)2 aberta durante muito tempo em contato com o ar atmosférico. Qual a reação que ocorre? 9. Mostre o mecanismo da reação do cloreto de hidrogênio com água gerando os íons hidrônio e cloreto. 8. Informações adicionais: 15 Polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades menores, conhecidas como monômeros, que se repetem ao longo da cadeia dos polímeros. Algodão- uma fibra branca obtida dos frutos de algumas espécies nativas das áreas tropicais da África, Ásia e América, tem o principal componente da fibra de a celulose, um polímero natural que representa a maior parte da sua composição química. A cadeia de celulose é constituída por moléculas de glicose (monômero). A glicose, um hidrocarboneto constituído por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio está inserido na classe das hexones (hex- cadeia com 6 átomos de carbono oxe-sufixo para açucares). A celulose tem a fórmula molecular (C6H1005)n, constitunido-se em um polímero de cadeia longa composto de somente um monômero, a glicose. Sua estrutura pode ser assim representada: Figura 3. Estrutura da a glicose (monômero) e do polímero celulose, formado por várias glicoses ligadas pela ligação dos carbonos 1 e 4 dos respectivos monômeros. (Como gerar CO2 em casa.) O dióxido de carbono é um gás produzido que pode ser produzido por fungos (fermentos ou leveduras) para produzir energia. É um composto necessário para o desenvolvimento de plantas. Atualmente, alguns aquaristas inserem dióxido de carbono nos aquários para desenvolver as plantas aquáticas. O mais interessante é que ao invés de comprarem cilindros de CO2, estes usam um sistema muito mais barato e fácil de fazer. Misturam em uma garrafa Pet leveduras e algum tipo de hidrocarboneto (ex; Açúcar, farinha) e essas começam a metabolizar os carboidratos gerando CO2, que por meio de um sistema fechado, pode ser inserido no aquário através de tubos de silicone. A inserção deste gás, além de luz necessária para a fotossíntese, garante a coloração verde das plantas nestes modelos de aquário conhecidos como aquários verdes. http://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra http://pt.wikipedia.org/wiki/Fruto http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81sia http://pt.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica http://pt.wikipedia.org/wiki/Celulose http://pt.wikipedia.org/wiki/Glicose 16 CAPÍTULO 03- EXPERIMENTO 02 DETERMINAÇÃO DA PRESENÇA DE NITROGÊNIO, CLORO, E ENXOFRE EM UMA AMOSTRA ORGÂNICA. Objetivos Compreender a formação de complexos inorgânicos; Mineralizar amostras orgânicas (formação do licor de Lassaigne). Fazer a determinação em compostos orgânicos da presença de: a) Nitrogênio; b) Enxofre; c) Halogênios (Cloro). Objetivos específicos Desidratação de um complexo de Cobre penta hidratado; Formação de complexos de enxofre e de nitrogênio. Introdução (Elementos do Bloco d) A química Inorgânica compreende o estudo de um grande número de elementos da tabela periódica incluindo os metais e os metais de transição. Os metais de transição contém uma série de elementos com algumas propriedades em comum. O primeiro cientista que relatou essas propriedades de “complexos” foi Alfred Werner, em 1893, que desenvolveu uma química conhecida como a química dos complexos de coordenação. Durante aquele tempo, Werner focou principalmente em complexos com metal cobalto e posteriormente se estendeu para vários outros metais. Assim, sais de metais de transição como o sulfato de cobre poderiam estar sem ligantes (CuSO4 anidro) ou com ligantes (ligados a 5 moléculas água) (CuSO4 .5H2O). Esquema 1. Esquema 1. Sulfato de cobre anidroe um complexo do sulfato de cobre coordenado por 5 moléculas de água. 17 Naquela época, ainda não se conhecia essas propriedades, e durante muitos anos os cientistas mais tradicionalistas combateram a possível formação de complexos. Após vários relatos observados por Werner com complexos de Cobalto, ficou constatado que os metais de transição formam vários complexos, e isso deu início a química inorgânica dos complexos de transição e posteriormente a química organometálica. Talvez mais de dois terços dos artigos publicados em química inorgânica estão associados á complexos. Esses complexos podem ter uma infinidade de aplicações e durante esta prática, formaremos complexos inorgânicos para evidenciar a presença dos elementos tais como nitrogênio e enxofre a partir de uma amostra orgânica. Contudo, não podemos simplesmente usar a amostra orgânica, pois os elementos C, N, O, S estão ligados entre si por ligações covalentes. Esquema 1. Esquema 2. I. Aminoácidos formando uma ligação peptídica pela perda de uma molécula de água. II. Uma proteína (queratina) que forma a estrutura de um fio de cabelo. Assim, um tratamento prévio consiste na quebra dessas ligações covalentes e transformá-los em substâncias ionizáveis que possam ser identificadas através da formação de complexos. A amostra orgânica, como por exemplo, uma mexa de cabelo ou um pedaço de unha terá um tratamento prévio com sódio metálico a quente para liberar (quebrar as ligações covalentes) desses elementos em forma de sais inorgânicos Esquema 2. 18 Esquema 3. O tratamento deste fio de cabelo com um pedaço de sódio metálico leva formação de sais inorgânicos (método de Lassaigne). Em seguida, uma solução alcalina será obtida desta reação, quando o tubo de ensaio contendo a amostra orgânica reagida for solubilizado em água. Seguindo o roteiro da apostila, será fácil formar complexos em que esses elementos (enxofre e nitrogênio) participarão como ligantes. O interessante é que vários desses complexos se caracterizam por uma coloração intensa quando se ligam as sais de enxofre ou de nitrogênio e usaremos desse artifício para demonstrar a presença desses elementos. Será feito apenas uma análise química qualitativa da amostra orgânica, não se preocupando em quantificar a quantidade de cada elemento nesta amostra (análise quantitativa). Os elementos mais comumente encontrados nos compostos orgânicos são: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e os halogênios que são chamados de elementos organógenos. Os menos comuns são: fósforo, arsênio, antimônio, mercúrio, ou outros que possam estar sob a forma de sais ácidos orgânicos. Teste de fusão de sódio (detecção de N, S e X) O teste consiste quebra de ligações covalentes de determinado composto orgânico a partir da reação com excesso de sódio metálico, quando átomos de nitrogênio, enxofre ou halogênios são ionizados, convertendo-se respectivamente em cianeto (CN-), sulfeto m(S-2) ou cloreto (Cl-) de sódio. A reação consiste simplesmente no aquecimento do material 19 orgânico com pedaços de sódio metálico. Deve-se aquecer diretamente o tubo de ensaio, contendo o material orgânico e o sódio metálico, em uma chama a partir de um bico de Bünsen, durante 45 segundos aproximadamente (o material dentro do tubo ficará vermelho). Posteriormente, o material reagido e transferido para um béquer contendo água destilada, que resultará na formação de uma solução contendo os respectivos íons formados com os átomos de nitrogênio, enxofre e cloro. Este material será filtrado, a fim de remover qualquer pedaço de sólido que não reagiu durante a reação, ou até mesmo pedaços de vidro, resultante da quebra do tubo de ensaio. Depois os elementos presentes na forma de íons são detectados mediante ensaios específicos. Reações químicas Sódio Metálico O sódio é um metal da coluna 1A e tem grande tendência para perder 1 elétron e se transformar num cátion Na+. Quando em contato com o ar, se oxida para formar o óxido de sódio, mas quando inerte em um solvente orgânico (tolueno, hexano), fica na forma reduzida por tempo indeterminado. O sódio metálico (Na(s)) quando entra em contato com a água, gera o gás hidrogênio, o uma base (hidróxido de sódio). Essa reação é extremamente exotérmica e a presença do gás hidrogênio, produzido pela reação, pode levar a formação de uma chama de cor avermelhada. A constatação da formação do hidróxido de sódio pode ser feito pela simples adição de um indicador de pH básico. Esquema 4. Formação de hidrogênio e 2 moléculas de hidróxido de sódio pela reação de moléculas de água com o sódio metálico. 20 O excesso de sódio usado durante a formação do licor de Lassaigne reagirá com água destilada do béquer como mostrado no esquema acima. Desta forma, evidenciaremos a formação de uma pequena explosão, com a possível projeção de vidros quebrados do tubo de ensaio. 3.4.2. Teste da presença de Nitrogênio (Formação do complexo azul da Prússia). A primeira equação representa a reação do sódio metálico com a amostra orgânica, representada por [N], pois após a fusão com sódio, forma-se cianeto de sódio. Em seguida, se pega uma pequena alíquota da solução formada para detecção deste íon. Apenas adicionado alguns reagentes contendo sais de ferro, é possível formar um complexo de cor muito intensa, chamado azul da Prússia. Neste caso o complexo formado envolverá o Ferro (Fe2+) e os íons CN- da solução aquosa. O complexo formado terá a fórmula molecular Fe7N18C18. Na verdade esse complexo compreende 6 ânions cianeto ligados ao metal ferro (Fe2+) representado pela fórmula [Fe(CN)6] -4. Na verdade, 3 ânions de [Fe(CN)6] -4 formarão com 3 íons de Fe3+ para gerar o complexo final representado pela fórmula Fe4[Fe(CN)6]3 . Figura 1. Solução contento o complexo do azul da Prússia. A nomenclatura para este complexo é Ferrocianeto férrico, ferrocianeto de ferro(III), hexacianoferrato(II) de ferro(III), hexacianoferrato férrico. Podemos esquematizar a formação deste complexo metálico colorido a partir da reação de dupla troca envolvendo os sais de cianeto de sódio (NaCN(aq)), que foi a amostra preparada com sulfato ferroso (FeSO4(aq)), preparada no laboratório. É necessário que se aqueça o tubo de ensaio contendo esses dois sais, para formação dos produtos. 2 NaCN(s) + FeSO4(aq) Fe(CN)2(aq) + Na2SO4(s) http://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro http://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrog%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrocianeto&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Hexacianoferrato&action=edit&redlink=1 21 A presença de excesso de íons de NaCN(aq) resultam na formação de um primeiro complexo: Fe(CN)2(aq) + 4 NaCN(s) Na4[Fe(CN)6](s) Lembre-se que a solução preparada deve estar extremamente básica, pela presença de hidróxido de sódio aquoso. Assim, também teremos uma reação do sal de sulfato ferroso com hidróxido de sódio, resultando na formação de hidróxido Ferroso. 2 NaOH(aq) + + FeSO4(aq) Fe(OH)2(aq) + Na2SO4 (aq) Fe(OH)2(aq) + 6 NaCN(s) Na4[Fe(CN)6] + 2 NaOH(aq) Para a formação do complexo final adicionamos cloreto férrico. Contudo o complexo final só será formado em meio ácido. Assim, é importante diminuir o pH desta solução, acidificando-a com algum ácido (HNO3 ou H2SO4 diluído) e constatando essa mudança com um papel indicador de pH. 3 Na4[Fe(CN)6] + 4 FeCl3(aq) 12 NaCl(aq) + Fe4[Fe(CN)6] 3(aq) Teste da presença de Enxofre (Formação do complexo de cor violeta). A origem do elemento sulfeto é principalmente por aminoácidos como a cisteína que contém a função tioálcool (-RSH). Após o tratamento com sódio, teremos um sal formado chamado d sulfeto de sódio. Desta vez, para formarmosum complexo com cor violeta, usaremos outro complexo já formado, com o metal ferro, 5 ligantes de CN- e um ligante NO. A fórmula final é Na2[Fe(CN)5NO](s), e esse complexo é incolor, e a coloração ficará violeta apenas com a presença dos ânions sulfeto S-2. Figura 2. Estrutura do nitroprussiato de sódio 22 A equação desta reação está representada abaixo: Na2S(s) + Na2[Fe(CN)5NO](s) Na4[Fe(CN)5NOS] O complexo violeta tem o sulfeto nitroprussiato de sódio cuja fórmula química é Na4[Fe(CN)5NOS]. Teste da presença de Cloro (Formação de um precipitado branco). Ao contrário dos dois demais elementos, que foram identificados pela formação de complexos organometálicos, podemos constatar a presença de íons cloreto (Cl-) pela adição de uma solução de nitrato de prata. O metal prata (Ag+) em contato com os íons cloreto gera instantaneamente a formação de um precipitado de cloreto de prata (AgCl(s)). A seguir temos a equação desta reação: NaCl(s) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) Alguns xampus utilizam cloreto de sódio em suas fórmulas, e possivelmente, essa poderia ser a origem deste halogênio na amostra orgânica. Parte experimental Reagentes Água destilada Sulfato ferroso (FeSO4) Sódio metálico Solução de HNO3 ou H2SO4 Cabelo ou unha Solução de cloreto Férrico (FeCl3) Sódio metálico Solução do nitroprussiato de sódio Na2[Fe(CN)5NO] Cabelo ou unha Nitrato de prata AgNO3 23 Materiais e Vidraria Tubos de ensaio Béquer de 50mL Estande para tubos de ensaio Funil de vidro Pinça de madeira Suporte universal Pinça de aço Papel filtro Vidro relógio Bastão de vidro Piceta (garrafa lavadora) Papel indicador de pH Bico de bünsen Tesoura ou estilete Espátula de metal Balança analítica PREPARO DAS AMOSTRAS Teste de fusão de sódio Preparação do licor de Lassaigne 1. Use uma proporção de 5:1 de amostra de sódio para amostra orgânica; Obs: Podemos pesar cerca de 400mg de sódio previamente cortado e uma mexa de cabelo. 2. Transfira o sódio e a amostra de cabelo para dentro de um tubo de ensaio, e com ajuda de um bastão de vidro, empurre os reagentes para fundo do tubo; 3. Usando uma pinça de madeira, fixe o tubo de ensaio e aqueça o sobre uma chama produzida pelo bico de bünsen até que o material dentro do vidro fique numa coloração vermelha (aproximadamente 45-60 segundos de aquecimento). 4. Espere o vidro esfriar, e com muito cuidado bata o fundo do tubo de ensaio dentro de um béquer de 50 mL contendo água destilada; Obs: O tubo de ensaio deve quebrar-se dentro do béquer, cuidado com estilhaços de vidro! Poderá ocorrer uma pequena explosão devido a presença de sódio metálico que não reagiu durante o aquecimento com o material orgânico. Não deixe o tubo cair!! 5. Descarte o tubo de ensaio quebrado em local apropriado (pergunte ao professor); 6. Usando um suporte universal, prenda um funil de vidro sobre uma haste de metal, e Coloque um papel filtro dentro do funil de vidro; 7. Filtre o material do béquer a fim de remover pedaços de vidro, de material orgânico não reagido, etc; 8. Descarte o papel filtro e guarde com cuidado o material filtrado, pois ele será a solução que usaremos para determinar a presença dos elementos N, S e Cl. Obs: (Essa solução pode ser chamada de Licor de Lassaigne por alguns autores). 24 Determinação da presença de nitrogênio 1. Adicione a um tubo de ensaio 2,00 ml aproximadamente de Licor de Lassaigne. 2. Sobre o licor adicione duas gotas de sulfato ferroso; 3. Acrescente algumas duas gotas de cloreto férrico; 4. Aqueça até à ebulição o tubo contendo o cloreto férrico e sulfato ferroso; 5. Acidifique com algumas gotas de ácido nítrico concentrado ou ácido sulfúrico diluído; 6. O aparecimento de um precipitado de cor azul da Prússia indica a presença de nitrogênio na amostra. Obs: Apesar da solução de HNO3 conter nitrogênio, este está na forma de outro íon e não interfere no resultado deste teste. Determinação da presença de enxofre 1. Adicione a um tubo de ensaio 2,00 mL de Licor de Lassaigne; 2. Sobre o licor, (adicione algumas gotas de solução2 a 3 gotas) de nitroprussiato de sódio de Na2[Fe(CN)5NO].2H2O; 3. O surgimento de uma coloração violeta indica a presença de enxofre na amostra em análise. Determinação da presença de cloreto 1. Adicione a um tubo de ensaio 2,00 mL de Licor de Lassaigne; 2. Acidifique essa solução inicial usando solução concentrada de ácido nítrico; 3. Verifique se está realmente ácido medindo o pH com um papel indicador de pH. 4. Sobre o licor acidificado adicione 3 a 4 gotas de solução aquosa de nitrato de prata. 5. O aparecimento de um precipitado branco (AgCl), indica a presença de halogênio na amostra. Presença de outros haletos ( Br ou I) Obs: outros haletos como o brometo ou iodeto, também reagiriam sobre as condições descritas no item acima, contudo, esses formariam um precipitado amarelado; Amarelado (BrCl) ou amarelo (ICl); 1. Recolha uma ou duas gotas de Licor de Lassaigne em um tubo de ensaio, 25 2. Acidifique-o com algumas gotas (4 ou 5) de ácido nítrico diluído. 3. Sobre o licor, coloque agora uma gota de água clorada e agite o tubo vigorosamente. O surgimento de uma cor púrpura na camada orgânica indica a presença de iodo. Alguns complexos e aplicações biológicas Compostos inorgânicos são importantes para processos biológicos, pois fazem parte funcional do nosso corpo. Por exemplo, o transporte de oxigênio do em alguns seres vivos está relacionado com uma molécula de hemoglobina, constituída de 4 subunidades globina ligadas ao metal Ferro. Em plantas, as clorofilas também são constituídas de um complexo organometálico de que formam pigmentos de coloração verde, contendo magnésio e ligantes orgânicos conhecidos como porfinas, e está relacionado com o processo de fotossíntese. Figura 3. Porfina (ligante) e um complexo (clorofila a). QUESTÕES 3. Por que o sulfato de cobre (CuSO4.5H2O) mudou de cor após o aquecimento? 4. Por que aquecemos uma amostra orgânica com sódio metálico? 5. Qual o motivo da pequena explosão após quebrarmos o tubo de ensaio contendo sódio na água? 6. Qual o gás gerado na reação de sódio com água? 7. Por que formamos complexos organometálicos neste experimento? 8. A constatação da presença dos íons cloreto também é feita pela formação de complexo? 9. Qual a equação de dupla troca para a constatação do íon cloreto? 10. O que é um ligante em um complexo organometálico? 11. Dê um exemplo de ligação peptídica. Mostre duas moléculas genéricas. 12. Qual o pH da solução preparada pela fusão da amostra orgânica com sódio? 13. Como podemos alterar o pH desta solução chamada licor de Lassaigne? 14. Quais os sais formados pela quebra da proteína? 26 CAPÍTULO 04- Experimentos 03 RECONHECIMENTO DE ÁLCOOIS, HALOALCANOS, ALCENOS E ALCINOS Objetivos Compreender reatividade de diferentes funções orgânicas através de simples experimentos práticos; Objetivos específicos Determinação de instauração (Teste de Bayer ou teste com KMnO4/OH -); Determinação de instauração (alquilação pela adição de bromo); Determinação de álcoois (Formação de ésteres com cloreto de ácidos); Diferenciação de álcoois primários, secundários ou terciários; Determinação de haletos de alquila; Introdução O avanço da ciência, na área da química orgânica, possibilitou grandes mudanças no mundo moderno. Atualmente, podem-se produzir vários compostos orgânicos, (fertilizantes, medicamentos, polímeros de diversas utilidades, etc) através de reações químicas. Todo esse processo envolve muitos anos de trabalho, nos quais foi possível determinar como os átomos se ligam entre si, e quais as propriedades dessas ligações. Dependendo da forma que os átomos se ligam, pode se dizer que uma ligação é iônica (formação de íons pelaperda ou ganho de elétrons entre dois átomos) ou covalente (compartilhamento de elétrons entre os átomos). Contudo, alguns elementos (coluna 8A, conhecidos como gases nobres) são encontrados sem se ligar aos outros elementos, mas ainda assim, tem grande estabilidade. Dessa forma, observou-se como a distribuição eletrônica era constituída nestes elementos que não se ligavam, e, observou-se que eles continham um determinado número de elétrons na última camada (camada de valência). Assim, observou-se que os demais elementos tinham tendência a se combinar para buscar essa estabilidade obtendo o mesmo número de elétrons na camada de valência (conhecida como regra do octeto). Essa combinação entre os átomos possibilitou a formação de inúmeras moléculas orgânicas, mas de acordo com o número de ligações e os átomos em que estão ligados, esses compostos passam a apresentar propriedades em comum. Logo, podem-se diferenciar vários compostos orgânicos a partir dos “grupos funcionais” ou tipos de átomos e ligações formadas por eles. Dentre os átomos ligados entre si, podem-se ter vários elementos da tabela periódica, mas 27 os átomos mais comuns que estão ligados ao carbono são o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio, o enxofre e os halogênios. Quando apenas átomos de carbono estão ligados ao hidrogênio por ligações simples, tem se a função alcanos, (determinado pela fórmula CnH2n+2 para alcanos alifáticos* ou de cadeia aberta) ou compostos com ligações duplas e triplas chamados de compostos insaturados: alcenos (CnH2n para alcenos alifáticos) ou alcinos (CnH2n-2 para alcinos alifáticos) respectivamente. Caso estes compostos formem ciclos, podemos também ter os ciclo- alcanos, ciclo-alcenos ou ciclo-alcinos, e dependendo do número de insaturações, teremos os compostos aromático (ex: benzeno, que tem propriedades diferentes dos outros compostos insaturados). Figura 01. Exemplo de alguns hidrocarbonetos saturados e insaturados. A presença de ligações duplas e triplas em alcenos ou ciclo-alcenos e alcinos e ciclo-alcinos pode ser identificado por alguns testes como teste de Bayer ou adição de “água de bromo”. Outra função muito importante é a função de álcoois, em que um grupo hidroxila (-OH) está ligado ao carbono saturado. Dependendo do tipo de carbono que está ligado à hidroxila, pode-se classificá-la em álcoois primários (hidroxila ligada a um carbono ligado a somente outro carbono ou a apenas átomos de hidrogênio), secundários (hidroxila ligada a um carbono ligado a dois átomos de carbono) ou terciários (hidroxila ligada a um carbono ligado a três átomos de carbono), e a reatividade desses álcoois também é diferenciada. Obs: Quando uma hidroxila está diretamente ligada ao anel benzênico, as propriedades desses compostos são diferentes das do de álcoois estes compostos levam o nome da função de fenóis. 28 Figura 02. Álcool etílico, isopropílico, terc-butílico e fenol. A função chamada haloalcanos ou haletos de alquila consiste na ligação de halogênios (F-, Cl-, Br- e I-) ao carbono. Haloalcanos são compostos muito importantes na química orgânica, e dentre uma das suas aplicações, servem como reagentes para reações de eterificação (reação de Williamson). É importante destacar, que um mesmo composto orgânico pode conter mais de uma função orgânica. Sendo assim, várias moléculas de origem natural ou sintética contêm os grupos descritos acima, assim como outros grupos ainda não descritos neste capítulo. Figura 03. Análogo opióide chamado Nalorfina. Testes para determinação de grupos insaturados, álcoois e tipos. Identificação de grupos insaturados (Teste de Bayer) Alcanos se diferem de alcenos e alcinos, pois hidrocarbonetos saturados são muito pouco reativos, diferentemente dos hidrocarbonetos instaurados que reagem na presença de certos reagentes. A adição de uma solução de permanganato de potássio (KMnO4) em meio básico, na presença de compostos contendo duplas ou triplas, leva a formação de novos produtos. 29 Esquema 01. Reação de Bayer e proposta de mecanismo da reação. Assim, o que se identifica é a formação de um precipitado marrom (MnO2) e o desaparecimento da cor de solução violeta de KmnO4, pois o metal manganês reduz e oxida o composto insaturado. Obs: Apesar de compostos aromáticos serem também insaturados, os mesmos não tem a mesma reatividade de alcenos e alcinos, e por isso dão negativo nos testes para determinação de insaturação. (Teste da água de bromo ou Bromação de alcenos e alcinos) Ligações insaturadas tais como duplas e triplas, são ricas em densidade eletrônica (chama- se de nucleófilos), e esses elétrons podem reagir com determinadas moléculas neutras ou deficientes de elétrons (eletrófilos). A molécula de bromo contém dois átomos de bromo ligados por uma ligação covalente fraca. Quando os elétrons da insaturação “atacam”, resulta em uma quebra da ligação da molécula de bromo, em que os dois elétrons da ligação ficam em apenas um dos átomos (quebra heterolítica). Posteriormente, este átomo que ficou com uma carga negativa, poder reagir novamente, para formar o produto mostrado na equação 03. Esquema 02. Reação de adição e proposta de mecanismo da reação. 30 O resultado é o desaparecimento da coloração vermelhada (coloração das moléculas de bromo) devido à incorporação de dois átomos de bromo na alceno, gerando um brometo que não tem cor. Identificação de Álcoois Haletos de ácidos são funções (RCOX) em que um grupo carbonila está ligado a um halogênio. Essas funções reagem com álcoois, aminas e água para formar respectivamente ésteres (ROOR’), amidas (RONR2) e ácidos carboxílicos (ROOH). O haleto de ácido mais comum é quando se tem um cloro ligado ao grupo carbonila (RRC=O) chamado de cloreto de ácido. Esquema 03. Reação genérica do Teste de Lucas. A reação deste cloreto de ácido (no caso cloreto de acetila) com um álcool inespecífico produzirá um éster e sairá HCl, que pode ser evidenciado aproximando-se um papel tornassol azul no orifício do tubo reacional, que mudará de cor, pela saída de HCl. Equação 03. Diferenciação de álcoois. Teste de Lucas Esquema 04. Reação genérica do Teste de Lucas. Ácido clorídrico concentrado pode ser obtido borbulhando cloreto de hidrogênio (H-Cl) em água, e os produtos obtidos são íon hidrônio e o íon cloreto. Quando se usa uma solução de ácido clorídrico concentrado, na verdade, não existe a molécula H-Cl na solução, pois ocorre uma reação ácido-base com a água, e o equilíbrio é deslocado para formação dos produtos. 31 Esquema 05. Formação do ácido clorídrico a partir do cloreto de hidrogênio. Essa solução de HCl concentrada será usada no teste de Lucas. Assim, a hidroxila de alcoóis será protonada em neste meio pela reação com o íon hidrônio. Esquema 06. Protonação de um álcool em meio ácido. Posteriormente, a ligação carbono oxigênio fica enfraquecida, e dependendo da cadeia carbônica, a quebra de ligação pode ocorrer, resultando na formação de um carbocátion. Como álcoois terciários tem três grupos alquila, são muito mais reativos do que álcoois secundários, que só tem dois grupos alquila diretamente ligados na hidroxila. Esquema 07. Formação de um carbocátion. Esses grupos (alquila) podem doar densidade eletrônica, que resulta na estabilização do carbocátion formado. Álcoois primários não formam carbocátions estáveis e por isso não reagem durante este teste. Posteriormente, os carbocátions vão reagir com o cloreto, resultando na formação de cloretos de alquilas. Esquema 08. Formação de haloalcanos a partir de carbocátions secundários e terciários. 32 Finalmente, os carbocátions reagem com o íon cloreto para levar a formação de cloretos de alquila, que são insolúveis em água, e resultam na turvação finalda solução. Apenas álcoois terciários e secundários formarão esses produtos, e assim, pode-se também diferenciá-los pelo tempo de reação. Tabela 01. Tabela 01. Reatividade dos Álcoois usando o Reagente de Lucas (HCl, ZnCl2) Tipo de Álcool Tempo de formação do Produto Terciário Instantânea Secundário 5-10 minutos Primário Não forma produtos nestas condições O uso de uma solução de Cloreto de Zinco em HCl concentrado pode ser justificada, pois o cloreto de Zinco é um ácido de Lewis, e este, também pode reagir com a hidroxila do álcool, formando um complexo inicial, em que a ligação carbono oxigênio fica enfraquecida. Posteriormente, também se forma o carbocátion. Esquema 08. Reação de um álcool terciário com o reagente de Lucas (HCl/ZnCl2). Diferenciação de haletos de alquila alifáticos e aromáticos Haletos de alquila podem estar ligados a carbonos saturados (haletos alifáticos) ou haletos de alquila aromáticos (quando o halogênio está diretamente ligado a um anel aromático). Esquema 09. Reação de haletos de alquila alifáticos com uma solução alcoólica de nitrato de prata (AgNO3). 33 Apenas haletos de alquila alifáticos vão reagir na presença de uma solução de nitrato de prata, para formar um precipitado branco, e um respectivo álcool. Haletos aromáticos são inertes nestas condições de reações, pois quando um halogênio está ligado diretamente no anel, à aproximação de nucleófilos é dificultada pelos elétrons do anel, impossibilitando a reação. Parte experimental Materiais e Vidraria Tubos de ensaio Béquer de 50mL Estande para tubos de ensaio Papel tornassol Pinça de madeira Pipeta de 5mL Pinça de aço Rolha para tubo de ensaio Bastão de vidro Conta gotas Piceta (garrafa lavadora) Papel indicador de pH Bico de bünsen Bastão de vidro Reagentes Água destilada Hexano Solução aquosa de KMnO4 Ciclohexeno Solução de HCl conc. Reagente de Lucas Cloreto de acetila Cloreto de Zinco anidro Reagente de Lucas Terc-butanol Solução de 10% de formol Cloreto de Terc-butila Solução de 10% de NaHCO3 Ácido acético Solução de 10% de formol 2,4-Dinitrofenilhidrazina Solução de 10% de cloreto férrico Solução aquosa de tartarato duplo de sódio e potássio (SOLUÇÃO A) Acetona Solução aquosa de CuSO4.5H2O (SOLUÇÃO B) Etanol Preparo da solução de Lucas Colocar 10 ml de uma solução de ácido clorídrico concentrado em um béquer e resfriar com banho de gelo, e depois adicionar 16 gramas de cloreto de zinco anidro (ZnCl2) sobre agitação constante até que todo o sal se dissolva. Estocar um frasco âmbar fechado. (http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja01365a053) http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja01365a053 34 DIFERENCIAÇÃO DE ALCANOS, ALCENOS E ALCINOS Determinação da insaturação pelo Teste de Bayer 1. Observe que na bancada, existem vários frascos com substâncias desconhecidas. Transfira uma pequena quantidade (cerca de 1 ml) das soluções contendo os rótulos 1 e rótulo 2 para dois respectivos tubos de ensaio que estão localizados na frente destes frascos; 2. Adicione algumas gotas (3-5 gotas) de uma solução de permanganato de potássio e observe se ouve desaparecimento da cor violeta ou não; 3. Prossiga para o próximo teste usando novos tubos e reagentes; Determinação da insaturação pelo Teste com água de Bromo 1. Novamente, transfira cerca de 1 mL (soluções contendo os rótulos 1 e rótulo 2) para dois novos tubos de ensaio secos e limpos; 2. Adicione gotas de Bromo diluído em diclorometano em cada tubo; 3. Observe qual solução à coloração desapareceu; Obs: O desaparecimento da coloração confirma a presença de hidrocarbonetos insaturados; 4. Descarte todas as soluções finais em local apropriado e prossiga para outros testes. DETERMINAÇÃO DE PRESENÇA DA FUNÇÃO ÁLCOOL Uso do cloreto de acetila (com a formação de cloreto de hidrogênio) O teste na reação do cloreto de ácido (cloreto de acetila) com um álcool é inespecífico é será positivo para álcoois primários, secundários e terciários. 1. Transfira uma pequena quantidade (1 mL) da solução desconhecida para um tubo de ensaio seco; 2. Adicione, usando uma pipeta, cloreto de acetila, gota a gota e com constante agitação; 3. Observe que a reação é muito exotérmica (gera calor); 4. Pegue um pequeno papel tornassol azul, e coloque o orifício do tubo de ensaio, (caso o gás cloreto de hidrogênio esteja sendo formado o papel tornassol azul mudará de cor para vermelho). 35 Teste de Lucas – Teste para diferenciação entre álcoois primários, secundários e terciários. 1. Usando três novos tubos de ensaio, transfira respectivamente uma pequena quantidade (1 ml) das frascos 3, 4 e 5. 2. Usando um conta gotas, adicione algumas gotas (5-8 gotas) do reagente do Lucas, tampe os tubos de ensaio com 3 rolhas de borracha, agite os tubos e coloque os na estande; 3. A partir dos resultados, os álcoois terciários reagiram rapidamente (ou instantaneamente), os álcoois secundários levaram cerca de 5-10 minutos e os álcoois primários não reagirão. Obs: Compostos orgânicos com cadeias maiores que 6 átomos de carbono, serão insolúveis na solução aquosa, e por isso, não se pode fazer este teste. Teste para haletos 1. Pegue um novo tubo de ensaio e adicione cerca de 1mL de frasco 6; 2. Adicione a solução alcoólica de nitrato de prata; 3. Observe se houve turvação ou não (e assim diferencie entre haletos de alquila alifáticos ou aromáticos). 36 Questionário PARTE 1 1. Explique o que é uma função orgânica. 2. Defina as funções alcanos, alcenos, alcinos, álcoois (primários, secundários e terciários),f enóis, haletos de alquila alifáticos e aromáticos, e haletos e ácidos; 3. Explique porque o angulo da ligação de um alceno deve sempre ser de 120° e um alcino deve ser sempre de 180°? 4. O que é do Reagente de Bayer. O que se observa caso exista uma insaturação? 5. O reagende Br2/DCM (diclorometano) serve para determinar qual tipo de função? Qual o produto formado? 6. Qual o teste feito para determinar uma função álcool? 7. Por que o teste de determinação da função álcool gera H-Cl? 8. Qual a diferença de cloreto de hidrogênio e ácido clorídrico? 9. Qual a estrutura do cloreto de etila? Qual a sua função orgânica? Que produto é formado usando etanol como reagente? 10. O que é um carbocátion? 11. Defina carbocátions primários, secundários e terciários? 12. Qual o carbocátion mais estável? Por quê? 13. Qual teste leva formação de carbocátion? 14. Por que se usa ZnCl2 no teste de Lucas? O que se pode constatar durante este teste? 15. Como se pode diferenciar haletos de alquila alifáticos e aromáticos? 16. Qual o produto formado da reação de um álcool com ácido clorídrico (primeira etapa)? 17. Por que se forma um precipitado branco durante a reação do teste de Lucas? 18. Por que se forma um precipitado branco durante a reação do teste de haletos alifáticos? 37 CAPÍTULO 05- Experimentos 04 RECONHECIMENTO DE ALGUNS GRUPOS CARBONÍLICOS Objetivos Identificar os diferentes compostos carbonílicos a partir de reação químicas. Objetivos específicos Reconhecimento de aldeídos e cetonas pelo teste com solução de 2,4 dinitro-fenil-hidrazina; Diferenciação entre aldeídos e cetonas pelo teste de Fehling. Reconhecimento de ácidos carboxílicos; Introdução Vários compostos orgânicos apresentam os átomos de oxigênio e carbono ligados por uma ligação dupla (C=O carbonila) na cadeia carbônica e são denominados compostos carbonílicos. Esse grupo funcional denominado carbonila pode se ligar a vários outros átomos ou grupo de átomos distintos resultando em diferentes reatividades e assim funções orgânicas diferentes. Algumas dessas funções são as cetonas, aldeídos, ácidos carboxílicos, amidas, ésteres e vários outrosnão citados neste capítulo. Produtos obtidos a partir de metabólicos secundários de plantas tais como mentona (uma cetona, presente em enxaguantes bucais), e cinamaldeído (um aldeído, cheiro e sabor da canela), o ácido salicílico (material de partida para formar o ácido acetilsalicílico) e seu respectivo éster, salicilato de metila (um dos componentes de anti-inflamatórios tópicos) são alguns exemplos dessa classe de compostos como representado na figura 1. Figura 1. Compostos carbonílicos de origem natural. A classe de compostos carbonílicos é muito extensa e não é formado a apenas por plantas, mas vários outros seres podem também sintetizar os compostos carbonílicos (fungos e bactérias) e outra fonte importante é a síntese orgânica. Muitos destes compostos fazem parte do nosso cotidiano em alimentos, cosméticos, produtos de limpeza, medicamentos e outros. Por exemplo, o ácido acético, um ácido carboxílico constituído de uma cadeia de dois átomos de carbono é um dos constituintes do vinagre usado na cozinha (representado pela cicla 38 HOAC ou HAc). A acetona (CH3OCH3), e atualmente o acetato de etila (EtOAc), são solventes usados em formulações de removedores de esmalte e de amplo uso em laboratório. Milhares de outros compostos carbonílicos poderiam ser citados, mas isso foge ao escopo deste material introdutório. Uma vez que a reatividade dessas funções não só depende do grupo carbonila, mas dos demais átomos que formam a molécula final, algumas reações com mudanças macroscópicas tais como mudança de cor ou formação de gases servem para diferenciar uma função química das demais. A seguir, temos alguns exemplos dessas reações. Testes de classificação Teste para identificar presença do grupo carbonila em aldeídos e cetonas O teste abaixo, geralmente, reage em sua maior parte com compostos contendo carbonilas de apenas aldeídos e cetonas. Muitos destes compostos carbonílicos, quando misturados com uma solução hidroalcoólica de 2,4-dinitro-fenil-hidrazina vão produz um precipitado insolúvel de cor amarela a vermelha. Esquema 1. Reação da 2,4-dinitro-fenilhidrazina com um composto carbonílico. Preparação do reagente (realizado pelo técnico do laboratório) Em um erlenmeyer adicione 3g do reagente 2,4-dinitro-fenilhidrazina em 15 mL de ácido sulfúrico concentrado. Em outro recipiente, misture 70 mL de etanol e 20 mL de água destilada. Posteriormente, verta cuidadosamente a solução ácida contendo 2,4-dinitro- fenilhidrazina, previamente preparada, na solução hidroalcoólica, sob agitação e após adicionar todo o material, mantenha por mais alguns minutos. Em seguida, realize uma filtração do preparado e realize este procedimento a cada início de teste. Espera-se que a maioria das cetonas e aldeídos formem precipitados coloridos quando misturados com essa solução, mas o mesmo não ocorrerá com ésteres, que não podem ser evidenciados com este teste. Infelizmente, alguns álcoois alílicos e benzílicos também vou formar precipitados, pois o reagente usado é propício para oxidá-los a aldeídos e cetonas, que posteriormente reagem. 39 Alguns outros álcoois podem ser oxidados lentamente pela reação com oxigênio do ar. A presença dessas pequenas impurezas constituídas das funções aldeídos e cetonas também formará precipitados. O experimento não consegue levar a uma distinção se o grupo carbonila faz parte de um aldeído ou de uma cetona. Para esta distinção podemos fazer uso do teste de Fehling. Este teste consiste em colocar para reagir o material em estudo com o reagente de Fehling. Teste de Fehling O teste criado pelo cientista alemão Hermann Von Fehling consiste na mistura de duas soluções aquosas simples. Uma solução formada apenas por água e sulfato de cobre (CuSO4.5H2O) e outra solução formada pela mistura de um sal orgânico, chamado de tartarato duplo de sódio e potássio (sal de Rochelle) em água. Assim, de maneira simples, trata-se dessas soluções como solução A e solução B sem mencionar seus constituintes. - Solução A: solução de sulfato cúprico - Solução B: solução de tartarato duplo de sódio e potássio; Na hora da realização do experimento, inicialmente se mistura essas soluções e adiciona-se o material que será testado. Uma vez que cobre pode complexar com diferentes ligantes, a mistura deste metal com o sal de Rochelle leva a formação de uma solução de cor azul intensa devido ao novo complexo formado. A mistura resultante é levada à aquecimento usando um bico de Bünsen para constatação ou não da presença da função aldeído na amostra. Abaixo se mostra uma equação da reação genérica para os aldeídos submetidos ao teste em questão. Esquema 1. Equação da reação de oxirredução do reagente de Fehling com aldeído. Este teste consiste simplesmente em uma reação de oxirredução, ou seja, o cobre presente na solução será reduzido e o material orgânico será oxidado de aldeído à ácido carboxílico promovido por aquecimento. O que se pode observar é a presença de um precipitado 40 avermelhado (vermelho tijolo, devido a presença de Cu2O) ou a formação do cobre metálico na parede do vidro (Cus), chamado de espelho de cobre, após aquecimento das soluções A e B com um aldeído qualquer. Se for cetona não corre reação visível. Figura 2. Compostos carbonílicos de origem natural. Teste para identificar presença do grupo carboxílico Os ácidos carboxílicos são constituídos de uma carboxila (COOH) (junção de uma hidroxila –OH com uma carbonila C=O) que é um grupo ácido e reagem prontamente com substâncias básicas. Ao se fazer reagir um ácido carboxílico com um sal inorgânico, tal como o bicarbonato de sódio, NaHCO3, percebe-se com bastante nitidez o desprendimento de um gás, este gás desprendido é o gás carbônico, CO2 por reações subsequentes. Esquema 1. Equação da reação de ácido carboxílico com bicarbonato de sódio levando a formação de carboxilato de sódio e ácido carbónico, que posteriormente forma CO2. Parte Experimental Materiais e Vidraria Tubos de ensaio Béquer de 50mL Estande para tubos de ensaio Papel tornassol Pinça de madeira Pipeta de 5mL Bastão de vidro Conta gotas Piceta (garrafa lavadora) Papel indicador de pH Bico de bünsen Bastão de vidro 41 Reagentes Água destilada Ácido acético Solução de 10% de NaHCO3 Solução de 2,4-Dinitro-fenil-hidrazina Solução de 10% de formol Glicose Solução aquosa de sal de Rochelle Acetona Solução aquosa de CuSO4.5H2O Etanol Identifique em na bancada os três compostos desconhecidos que serão testados na aula. Use apenas a quantidade necessária para realizar os testes (aproximadamente 1mL ou 10 gotas). Transfira essa pequena quantidade para os respectivos tubos de ensaio localizados na frente de cada bancada. Uma vez que se testar um reagente em um determinado composto desconhecido, não se poderá usá-lo para outros testes. O mesmo deve ser descartado em local apropriado especificado pelo professor ou técnico presentes. Procedimento 1. Na bancada, encontram-se três compostos: acetona, glicose e ácido acético em três recipientes não identificados. 1. Transfira uma quantidade mínima de material para três respectivos tubos de ensaio. 2. Adicione algumas gotas solução hidroalcoólica de 2,4-dinitro-fenil-hidrazina. Observe se houve a formação ou não do precipitado ou mudança de cor (indicando a presença de aldeídos e cetonas apenas). Obs: Apenas 2 testes serão positivos. 3. Descarte os materiais usados e pegue dois novos tubos de ensaio. 4. Essa nova etapa servirá para diferencia a acetona da glicose. Prepare a solução do reagente de Fehling como mostrado abaixo: 1 ml do Reagente A e 1 mL do Reagente B e em seguida, para cada um dos dois tubos de ensaio e em seguida, adicione neste mesmo tubo de ensaio o composto que será testado. 5. Aqueça cuidadosamente cada um dos tubos de ensaiopresos a uma pinça de madeira utilizando o bico de bünsen. No tubo que houver o aparecimento de um precipitado vermelho tijolo (espelho de cobre) estará presente um aldeído. 6. O material que não foi identificado como aldeído ou cetona deve ser testado no teste de ácido carboxílico. Adicione o material em um novo tubo de ensaio e adicione algumas gotas de uma solução de bicarbonato de sódio. Se houver formação de gás, o composto testado deve ser um ácido. 42 7. Descarte todo o material no local apropriado. Monte a bancada como foi encontrada no início da aula. Curiosidade- Aplicações do Teste de Fehling Os açúcares são importantes moléculas para produção de energia nos seres vivos. O nível de glicose no sangue conhecida como glicemia é a quantidade de glicose no sangue definida por milimoles miligramas por decilitro (mg/dl). Normalmente, os níveis de glicose no sangue são mantidos dentro de limites estreitos ao longo do dia (72-145 mg/dl). No entanto, levanta- se após as refeições e é mais baixo na parte da manhã antes do desjejum. Pessoas com hiperglicemia e diabetes são caracterizadas por altos níveis de glicose, maiores que o normal o que pode acarretar em vários problemas de saúde. Essas pessoas, geralmente eliminam parte desta glicose não utilizada pela urina. Essa glicose pode ser facilmente identificada pelo teste de Fehling, especialmente em laboratórios que não possuem técnicas mais modernas de identificação. Além do Reagente de Fehling, outros reagentes similares podem ser usados com a mesma utilidade tais como o Reagente de Benedict (solução de sulfato cúprico em meio alcalino (com muitos íons OH-); e pode ser preparado através do carbonato de sódio, citrato de sódio e sulfato cúprico) e o Reativo de Tollens ( solução amoniacal de nitrato de prata com a fórmula química [Ag(NH3)2] OH). https://pt.wikipedia.org/wiki/Sulfato_c%C3%BAprico https://pt.wikipedia.org/wiki/Alcalino https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Don https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidroxila https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_s%C3%B3dio https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_s%C3%B3dio https://pt.wikipedia.org/wiki/Citrato_de_s%C3%B3dio https://pt.wikipedia.org/wiki/Sulfato_c%C3%BAprico https://pt.wikipedia.org/wiki/Solu%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Nitrato_de_prata 43 Questionário 1. Quais os grupos funcionais que contêm a estrutura da carbonila? 2. Para que serve o teste de 2,4-dinitro-fenil-hidrazina? 3. Qual a estrutura da molécula acima? Qual a estrutura da molécula final, resultante da reação deste teste com a acetona? 4. Qual a função identificada pelo reagente de Fehling? 5. Quais os constituintes do reagente de Fehling? 6. Qual o ácido orgânico que gerou o sal de Rochelle? 7. Por que se usa o este sal no reagente de Fehling? 8. Como se sabe que o teste de reagente de Fehling identificou determinada função? 9. Como se pode identificar um ácido carboxílico? 10. Qual o mecanismo da reação de identificação do ácido carboxílico? 11. Mostre as estruturas de Lewis para o ácido acético, acetona e formaldeído. 12. Mostre abreviações usadas para o ácido acético. 13. Indique por que houve formação de gás no teste de identificação de ácidos carboxílicos. Qual é o gás formado? 14. Mostre o mecanismo da reação indicada no item 13. 15. Quais as funções encontradas numa hexose (açúcar contendo 6 átomos de carbono)? 16. Indique qual o teste que poderia identificar o salicilato de metila, ácido salicílico, mentona e cinamaldeído. Faça o desenho de cada estrutura. 44 CAPÍTULO 06 - EXPERIMENTO 05 - O PONTO DE FUSÃO DO NAFTALENO E DE UMA MISTURA ORGÂNICA Objetivos Aprender a fazer a montagem adaptada a partir de um capilar e um termômetro; Determinar o ponto de fusão de um composto orgânico puro; Constatar a variação do ponto de fusão de uma mistura; Introdução Compostos orgânicos podem se apresentar no estado físico de gases, líquidos ou sólidos, dependendo da composição de suas estruturas, das interações intermoleculares e demais propriedades tais como simetria e grau de pureza. Denomina-se composto com alto grau de pureza ou PA (padrão analítico) uma amostra analisada onde o principal constituinte é o especificado. Caso essa amostra tenha algumas impurezas, a quantidade deve ser mínima e conhecida e não pode interferir em qualquer propósito futuro para sua utilização. Uma amostra pura apresenta temperaturas de fusão (ponto de fusão ou p.f.) e ebulição (ponto de ebulição ou p.e.) bem definidas. Quando uma pequena quantidade de amostra é aquecida lentamente em um aparelho especial (ou uma montagem com termômetro e aquecimento da amostra), em que se permite visualizar esse material e acompanhar o aumento gradativo da temperatura, é possível determinar com precisão a temperatura de fusão. Duas temperaturas são constatadas, a primeira temperatura é registrada quando a amostra começa a fundir, ou seja, uma gota de líquido se forma entre os cristais, a segunda é o ponto em que não existe mais nenhum cristal e todo matéria se transformou em líquido límpido. Pode-se assim, estabelecer o ponto de fusão de uma substância de duas maneiras: Quanto mais puro for o material, maior será o ponto de fusão; Mais estreito será o intervalo do ponto de fusão para uma substância pura. Essa mudança de estado físico, que foi realizada pelo fornecimento de energia para que as partículas no estado sólido, (que se encontram com força de coesão muito intensas, impedindo o movimento livre), ficarão mais soltas, ou seja, estado líquido, e consequentemente com movimentos de modo mais ou menos livres. Quando já se conhece o ponto de fusão de um determinado material orgânico, pode-se constatar seu grau de pureza, simplesmente constatando o seu ponto de fusão. A presença de 45 impurezas nesta amostra fará com que seu ponto de fusão diminua de temperatura e que o intervalo seja maior do que quando esta amostra estava pura. Adicionar sucessivas quantidades de impurezas fará com que seu ponto de fusão diminua em proporção à quantidade de impurezas. Pode-se alterar também o ponto de congelamento, uma propriedade coligativa, que é simplesmente o ponto de fusão (solido->líquido) abordado pelo sentido oposto (líquido ->sólido). Obs: Reações a baixas temperaturas podem ser realizadas com banho de gelo em que se acrescenta NaCl ou algum solvente orgânico tal como acetona ou etanol. Assim, podemos atingir temperaturas baixas tais como -30°C com “um banho de gelo”. O ponto de fusão é uma propriedade muito importante, e durante trabalhos de química orgânica, em que novos compostos químicos são sintetizados, sempre se determina a o ponto de fusão daquela amostra, além de outras técnicas espectroscópicas (infravermelho, RMN, espectro de massas). Assim, caso outros grupos sintetizem a mesma molécula, o ponto de fusão pode ser usado também para constatar a obtenção e a pureza daquele composto. Aparelhos de Ponto de Fusão Existem vários aparelhos que facilitam a determinação do ponto de fusão. Esses aparelhos são constituídos de uma parte onde se coloca a amostra à ser analisada (geralmente com uma lamínula ou um capilar), uma lupa para melhorar a visualização da amostra e um marcador de temperatura, em que registra exatamente os pontos inicial e final da fusão do material. Figura 1. Dois aparelhos de ponto de fusão: A imagem da esquerda mostra um aparelho mais antigo, e o aparelho da direita faz até 3 amostras por vez. Como é necessário sempre determinar o ponto de fusão em triplicata, alguns desses aparelhos também são constituídos de um “resfriador”, para melhorar a eficiência do processo. 46 Obs: A amostra analisada, quando resfriada, volta a solidificar é será utilizada novamente durante as demais determinações. Amostrasorgânicas (NAFTALENO E ÁCIDO BENZÓICO) Uma fonte de obtenção de compostos orgânicos é o petróleo. Assim, após o “refino do petróleo”, vários compostos orgânicos podem ser obtidos, incluindo alcanos (parafinas), alcenos (olefinas), cicloalcanos (naftenos) e os compostos aromáticos. Dentre os compostos aromáticos, compostos cíclicos insaturados com determinadas propriedades e reatividade, temos o benzeno, o tolueno como importantes matérias-primas petroquímicas, também temos compostos químicos mais complexos com anéis fundidos, conhecidos como compostos aromáticos poli nucleares. Figura 2. Exemplos de compostos aromáticos poli nucleares. Estes são encontrados nos cortes de petróleo pesado e a presença dele é indesejável, porque causam a desativação do catalisador, além de problemas ambientais quando estão presentes no diesel e em óleos combustíveis. 5.4.1. Naftaleno- O naftaleno é conhecido vulgarmente como naftalina, é um sólido cristalino branco. Quando queimado apresenta uma chama luminosa. Seus pontos de fusão e ebulição esta na faixa dos 80 °C (1atm) e a 218 °C (1atm) respectivamente. Ele é encontrado em pequenas quantidades no petróleo, sendo obtido da destilação do alcatrão do carvão mineral. Figura 3. Estrutura química do naftaleno – C10H8. 47 Tabela 1 – Propriedades físico-químicas do naftaleno Naftaleno Fórmula Molecular C10H8 Massa molar (g/moℓ) 128,1705 Aparência física Sólido branco cristalino Densidade (g/cm3) 1,14 Ponto de Fusão (ºC) 1atm 80,2 Ponto de Ebulição (ºC) 1atm 218 Solubilidade em água (mg/L de H2O) 3,17 5.4.2. Ácido Benzoico ou benzenocarboxílico- A molécula do ácido benzóico consiste num anel aromático diretamente ligado ao ácido carboxílico. O petróleo (óleo cru) quando tem uma exposição prolongada à atmosfera pode ter vários compostos contendo o oxigênio como álcoois, éteres, cetonas, ésteres, anidridos, compostos fenólicos e ácidos carboxílicos. A presença de compostos carboxílicos faz que o óleo cru seja ácido, com consequentes problemas de processamento, como corrosão. O ácido benzoico pode também ser isolado de plantas tais como Styrax benzoin. Figura 4. Estrutura química do ácido benzóico – C7H6O2. Industrialmente, é sintetizado pela oxidação do naftaleno por reações catalisadas por metais ou reação de Friedel Grafts e posterior oxidação ou ainda reações com compostos de Grignard com dióxido de carbono. Possui atividade antifúngica conhecida, muitas vezes sendo empregado na conservação de alimentos, e material de partida para reações de síntese orgânica. 48 Tabela 2 – Propriedades físico-químicas do Ácido Benzóico Naftaleno Fórmula Molecular C7H6O2 Massa molar (g/moℓ) 122,12 Aparência física Sólido branco cristalino Densidade (g/cm3) 1,14 Ponto de Fusão (ºC) 1atm 122,1 Ponto de Ebulição (ºC) 1atm 250 Solubilidade em água (g/L de H2O a 25°C) 3,4 Parte Experimental Reagentes Água de torneira Naftaleno Ácido benzóico Materiais Capilares de vidro Béquer de 100 mL Pistilo Anel para tela de amianto Goma elástica ou tubo látex Almofariz Agitador magnético Espátula Garra metálica Suporte universal Mufla Termômetro de vidro Procedimento Experimental 1. Inicialmente, feche um dos orifícios de um capilar, e através de uma chama produzida por uma lamparina. Obs: O professor ou responsável fará uma demonstração prática de como se proceder para obtenção desse capilar com orifício fechado. 2. Em seguida, transfira uma pequena quantidade de naftaleno para um grau, e usando um pistilo, pulverize esse material, para que o mesmo fique em partículas menores. 3. Transfira quantidade suficiente de naftaleno pulverizado para dentro de um capilar fechado ( preencha cerca de 1cm no capilar fechado). 4. Usando a figura 5. da montagem como padrão, prenda esse capilar a um termômetro, e insira o dentro de uma banho de água. 49 5. Ligue o aquecimento e a agitação do agitador magnético, e comece a aquecer o banho de água. Durante o processo, observe as faixas de temperatura em que o sólido começa a liquefazer, e a temperatura em que todo o material esteja no estado líquido. 6. Repita esse procedimento 2 vezes, sendo que na primeira vez, em que não se conhece a temperatura de fusão, aqueça de maneira mais rápida, pois assim, se pode ter uma estimativa da faixa em que o material se funde. 7. Faça agora o mesmo procedimento para uma amostra impura, em que se misturou ácido benzóico com naftaleno. E repita os procedimentos 1 ao 6. Anote os resultados (p.f. e faixa). Obs: Faça uma média aritmética entre o valor inicial e final das temperaturas de fusão do naftaleno e da mistura. Figura 5. Montagem da prática: capilar preso em um termômetro e inserido dentro de um béquer contendo água sobre um agitador magnético. 50 Questionário 1. O que é o ponto de fusão de uma substância? 2. Por que se obtêm dois valores durante a determinação do ponto de fusão? 3. Uma substância pura possui maior ou menor ponto de fusão? 4. Uma substância pura possui uma faixa maior o menor do ponto de fusão? 5. Por que se joga “sal” (cloreto de sódio) nas estradas de países frios em que se encontra gelo nas pistas? 6. Qual a estrutura do naftaleno? 7. Qual a estrutura do ácido benzóico? 8. Por que não se pode usar banho de água para determinação do p.f. do ácido benzóico? 9. Qual composto é mais solúvel em água? Por que? 10. Por que se deve lavar o grau com algum solvente orgânico, após pulverizar as amostras orgânicas? 51 CAPÍTULO 07 - EXPERIMENTO 06 - INTERAÇÕES INTERMOLECULARES E SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS. Vários solventes orgânicos são usados comumente em um laboratório de química orgânica. Esses solventes são, por exemplo, o hexano, o éter dietítico (ou éter etílico), THF (tetrahidrofurano- um éter cíclico), acetato de etila (EtOAc), diclorometano (DCM ou CH2Cl2) e clorofórmio (CHCl3), a acetona, o metanol, o etanol, o dimetilsulfóxido (DMSO) e a N,N-dimetilformamida (DMF). Uma importante característica de solventes de laboratório e a sua solubilidade em meio aquoso. Alguns fatores interferem diretamente na solubilidade de solventes orgânicos com a água tais como: Tamanho da cadeia carbônica; Presença ou não de funções que formam interações intermoleculares fortes com a água; Quantidade desses grupos presentes nas moléculas orgânicas; Presença de grupos ácidos ou básicos na molécula que permitem a formação de sais; Polaridade final das moléculas. Solventes pouco solúveis geralmente fazem poucas e interações intermoleculares fracas com a água. Esses solventes também podem ter cadeias carbônicas extensas e muitas vezes serem moléculas pouco polares. Assim, denomina-se solventes pouco solúveis em água como APOLARES. Os solventes DCM, clorofórmio, acetato de etila e éter dietílico formam duas fases com a água, pois não são muito solúveis. Já o metanol, etanol e acetona são solventes miscíveis com água como solventes e considerados POLARES. 52 Figura 1. Apesar do éter dietílico fazer ligações de hidrogênio com a água, sua cadeia carbônica diminui a sua solubilidade, e este se separa da fase aquosa. Solventes clorados tais como o diclorometano, clorofórmio e o tetracloreto de carbono (pouco usado devido sua alta toxicidade) são mais densos que a água e quando misturados, formam duas camadas sendo que a camada orgânica será a fase inferior (mais densa). Figura 2- Moléculas polares de clorofórmio e do diclorometano, mas que se formam duas fases quando misturados com água. Estas moléculas não fazem interações do tipo ligação de hidrogênio com a água. Apesar das moléculas terem um vetor resultante (isso forma uma molécula polar), sãoconsiderados solventes APOLARES pois são imiscíveis com água (ou pouco miscíveis). 53 Figura 3- Diversos solventes orgânicos que formam uma fase orgânica quando misturados com a água. (todos ficam na fase superior) ] Obs: acetato de etila, éter dietílico e THF fazem ligações de hidrogênio com a água, mas devido a grande parte apolar dessas moléculas, esses compostos tem uma solubilidade reduzida. Entretanto, a maioria dos solventes orgânicos são menos densos que a água, e assim, quando misturados, formam a camada orgânica superior. (fase orgânica) Esta característica é explorada no processo chamado de elaboração de uma reação, pois após realizarmos uma reação, a primeira etapa de purificação pode ser apenas a separação de compostos mais solúveis em solventes orgânicos ou mais solúveis em água. Essa operação e feita numa vidraria especial chamada de funil de separação (Figura 4), o qual tem um orifício superior, onde se coloca a mistura de líquidos e uma “válvula de teflon ou vidro” o qual pode separar uma das camadas. Figura 4- Montagem da extração líquido-líquido (funil de separação). O solvente orgânico utilizado será escolhido levando em conta a solubilidade do composto da reação, disponibilidade do mesmo no laboratório, facilidade de remoção devido ao seu ponto de ebulição (uso de um rotaevaporador (rotavapor) – aparelho que retira o solvente). 54 Figura 5- Rotavapor Ika® usado para remover solventes. Outros solventes comumente utilizados são a acetona e o álcool etílico (etanol). Esses dois solventes são totalmente miscíveis com a água, mas também são solúveis com outros solventes orgânicos. (Muitas vezes são empregados para a remoção de impurezas na vidraria, por exemplo) Figura 5- Ligação de hidrogênio da acetona e etanol com a água e interação dipolo- dipolo com moléculas de acetona. As interações intermoleculares são muito importantes para a solubilidade de um composto orgânico. Por exemplo, quanto maior o número de ligações de hidrogênio um composto realizar, mais solúvel ele será em água ou solventes polares. Desta forma, muitas vezes até mesmo se associa açucares a moléculas orgânicas para aumentar sua solubilidade na fase aquosa (usado em fármacos para aumentar sua solubilidade em água). Moléculas constituídas de funções orgânicas tais como ácidos carboxílicos, (ou fenóis) ou aminas tem a característica de reagirem com bases orgânicas (tais como NaOH) ou ácidos inorgânicos (HCl) respectivamente, formando sais orgânicos que por sua vez formam uma interação íon-dipolo com a água e por isso aumentando sua solubilidade! Assim, variando o pH da solução aquosa, pode-se alterar a solubilidade de determinado solvente orgânico. 55 Figura 6- Aumento da solubilidade de um ácido carboxílico devido à variação de pH. Muitas vezes, adiciona-se cloreto de sódio na fase aquosa para diminuir as interações de algum composto orgânico que seja parcialmente solúvel, e fazé-lo com que este seja extraído na fase orgânica! Após a elaboração de uma reação, a fase orgânica geralmente é isolada e posteriormente tratada com algum sal anidro, pois apesar de pouco solúvel, moléculas de água encontram- se na fase orgânica, e a adição deste sal anidro remove estas moléculas. Assim o sal anidro “prende as moléculas de água” e após filtração, a fase orgânica estará isenta de água. 56 Parte Experimental Reagentes Diclorometano Etanol Acetona Clorofórmio Acetato de etila Hexano Água Iodo Materiais 6 tubos e ensaio Estande para tubos de ensaio Espátula Béquer pequeno piceta Funil de Procedimento Experimental 1ª PARTE- Interações intermoleculares e solubilidade Transfira ~1mL dos solventes: DCM, hexano, acetona, etanol e acetona para 5 tubos de ensaio. Adicione 1 mL de água e observe se as fases se separam ou não. Adicionando mais 5mL de água, diga qual é a fase aquosa e a fase orgânica para os solventes que formam fases! Misture o tubo com DCM e água e benzeno e observe qual será a fase orgânica. (Pergunte ao professor como a fase pode ser diferenciada pela densidade). Adicione iodo (I2 sólido) nesta mistura e perceba em qual fase ele ficará solubilizado (Iodo é um solvente apolar!). 2ª PARTE- Formação de um sal orgânico (opcional) Transfira uma pequena quantidade de ácido salicílico para um béquer 50 mL e adicione 5 mL de água. (observe se o composto é solúvel) Explique os tipos de interação e os dados observados. Em um outro béquer, adicione 200mg de NaOH sólido e adicione água (CUIDADO-DISSOCIAÇÃO desta base é exotérmica). Adicione a solução formada na solução contendo o ácido salicílico e agite a mistura. Depois adicione HCl até pH 1 e observe novamente! 3ª PARTE- Uso de um funil de separação (opcional) Transfira a solução de ácido salicílico para um funil de separação e adicione um solvente orgânico (DCM ou éter etílico). Tampe o funil, agite lentamente e depois coloque numa haste de metal e separe a fase orgânica (remova a tampa antes de abrir a válvula de teflon). Recolha a fase orgânica e despreze a fase aquosa (não jogue fora ainda!). Adicione Na2SO4 anidro na fase orgânica, filtre e recolha a fase orgânica. 57 INFORMAÇÃO ADICIONAL Alguns solventes como o etanol absoluto são higroscópicos, ou seja, eles absorvem moléculas de água do ar, por isso devem ser fechados rapidamente. O mesmo ocorre com NaOH sólido. (faça a experiência na sala de aula!). O fato de alguns solventes também poderem solubilizar moléculas de água com o éter etílico ou o THF, demanda um tratamento prévio antes de usá-los em determinadas reações. Questionário: 1. Quais os fatores que aumentam a solubilidade de um solvente orgânico em água? 2. Qual são as estruturas do diclorometano e clorofórmio? Quantas fases esses formariam quando misturados com água? Qual fase seria os solventes clorados? 3. Uma vez que essas moléculas (DCM e clorofórmio) são formadas por 3 átomos distintos de eletronegatividades diferentes, defina seus respectivos vetores resultantes. 4. Explique por que são consideradas moléculas apolares. 5. Quais as estruturas do DMF e DMSO? Estes são pouco ou muito solúveis em água? 6. Qual a estrutura do acetato de etila (EtOAc)? Quantas fases este formará quando misturado com água? E com DCM apenas? 7. Quantas fases vão formar da mistura de água (1mL) acetona (8mL) e DCM (1mL)? 8. Um ácido carboxílico desprotonado (RCOONa) contendo uma cadeia de 5 átomos de carbono é mais ou menos solúvel que seu respectivo ácido protonado? Explique. 9. Mostre a reação do ácido, representado por RCOOH com NaOH. (Mostre o mecanismo da reação) 10. Qual(is) o(s) tipo(s) de interação intermolecular entre duas moléculas de éter etílico? Mostre. 11. Qual o tipo de interação intermolecular entre uma molécula de água e uma de éter etílico? Por que esta molécula é pouco solúvel na água? Mostre e indique a interação por meio de pontilhados. 58 CAPÍTULO 06 -EXPERIMENTO 06 - Solubilidade e Marcha Química Objetivo: 1. Utilizar um funil de adição; 2. Utilizar conceitos de ácidos e bases para separar compostos orgânicos em meios imiscíveis; 3. Aprender a usar agente secante; 4. Usar conceitos de extração (marcha química); 5. Cristalização de um composto orgânico através da mudança de pH de uma solução. Introdução Líquidos imiscíveis e processo de elaboração Solventes orgânicos tais como éter dietílico, acetato de etila, clorofórmio e diclorometano são pouco solúveis em água, pois todos têm carácter apolar, e quando misturados com ela, separam-se em duas fases. Quando estes solventes são misturados com água, obtém-se duas fases: fase aquosa e a fase orgânica. Geralmente, a fase orgânica é a fase menos densa, ou seja, a fase superior (com exceçãodos solventes clorados, que são mais densos e por isso formam a fase inferior). Comumente, após a síntese de compostos orgânicos, sejam eles sólidos ou líquidos, procura- se isolar ou purificar os produtos de interesse, separando dos reagentes utilizados ou subprodutos das reações. Dependendo da estrutura e das funções químicas desses compostos produzidos, eles podem ser mais solúveis em água (hidrossolúveis) ou mais solúveis em solventes orgânicos (lipossolúveis), ou talvez terem solubilidade intermediária (anfifílicos ou anfipáticos). Assim, se misturados em dois solventes não miscíveis por exemplo, água e solvente orgânico, esses compostos vão se separar de acordo com suas características. Posteriormente, isolando uma dessas fases, pode-se obter compostos mais puros. A presença de alguns grupos orgânicos pode interferir muito na solubilidade do composto nas duas fases distintas. Grupos ácidos (exemplo: ácidos carboxílicos e fenóis) e grupos básicos (exemplo: aminas) podem formar sais orgânicos, e quando isso ocorre, a solubilidade em meio aquoso aumenta consideravelmente. Dessa forma, um grupo ácido, quando colocado em uma solução aquosa básica, formará um sal orgânico (e água) e o sal formado será muito mais solúvel na parte aquosa, do que na parte orgânica. De maneira análoga, um grupo básico, quando colocado em uma solução aquosa ácida, formará um sal (e água), e sua 59 solubilidade também será maior na fase aquosa, quando comparado com a fase orgânica. Uma base quando protonada é chamada de sal, e quando não protonada e chamada de BASE LIVRE. Os grupos ácidos não têm uma terminologia específica e apenas são caracterizados como ácidos protonado (na forma de sal) ou ácidos não protonado. Uma nova variação deste meio, pode mudar novamente a solubilidade do composto trabalhado. Quando um sal formado por um grupo ácido (RCOONa) é colocado em meio ácido, o ácido orgânico de origem é novamente formado, resultando na diminuição de solubilidade deste composto em meio aquoso e aumento da solubilidade em meio orgânico, pois o tipo de interação intermolecular com a água é mais intenso quando se tem uma interação do tipo íon dipolo, formado pelo sal (RCOONa). O tipo de interação ligação de hidrogênio do ácido (RCOOH) é menos intenso com as moléculas de água, uma vez que não existe uma carga forma nos átomos de oxigênio. É importante ressaltar, que a função ácido carboxílico e um ácido mais forte que a função fenol, e logo, precisa de uma base mais fraca para formar um sal. A presença de hidroxilas na cadeia carbônica aumenta consideravelmente a solubilidade dos compostos orgânicos em água, já o aumento da cadeia carbônica diminui a solubilidade em água e aumenta a solubilidade em compostos orgânicos. Elaboração (em inglês work up) Processo utilizado após uma reação química, em que se utiliza dois líquidos imiscíveis para isolar os produtos de interesse da reação. Geralmente, o produto terá características lipofílicas, ou seja, ficam solubilizados preferencialmente na fase orgânica. Essas fases podem ser separadas de algumas maneiras, como por exemplo e posteriormente, após remoção do solvente orgânico pelo uso do rotaevaporador, e possível isolar os produtos dos solventes usados durante a reação, e ainda, demais substâncias ou compostos químicos, que sejam mais solúveis em meio aquoso. Algumas Informações Sobre Os Reagentes 1. -Naftol Figura 1. -Naftol O -Naftol é um sólido roxo claro, com um odor característico e sua estrutura contém dois anéis benzênicos, (naftaleno) em que uma hidroxila está ligada no carbono 60 Assim como os fenóis, sua hidroxila tem caráter ácido e pode ser desprotonada em meio básico. É um reagente utilizado para formar o corante azo chamado Vermelho de monolite. 1. Ácido Benzóico Figura 2. Ácido Benzóico O ácido benzóico é sólido branco com a fórmula molecular C6H5COOH ou C7H6O2. Possui um grupo carboxila ligado diretament ao anel benzênico. Possui baixa solubilidade em água fria, mas essa solubilidade aumenta com o aumento da temperatura da água, propiciando uma purificação por recristalização. Pode ser obtido por extração vegetal de algumas resinas e é usado como concervante de alimentos. 2. Éter dietílico ou Simplesmente Éter Figura 3. Éter dietílico Os éteres são compostos orgânicos contendo dois grupos alquilas (ou arilas) ligados ao átomo de oxigênio. O éter dietílico ou éter etílico contêm dois grupos etila ligados ao oxigênio. É um solvente extremamente volátil, de odor característico e muito inflamável. Seu manuseio deve ser sempre dentro de uma capela e sem a presença de fontes de chama ou equipamentos que gerem calor para evitar possíveis explosões. Tem pouca solubilidade em água, e quando misturado com esta, gera duas fases, sendo que a fase orgânica é a superior. O acondicionamento deste solvente deve ser adequado, e uma vez que o vidro entrou em contato com o ar (contendo oxigênio) a formação de peróxido é sempre possível. Sua inalação pode gerar desconfortos como náusea, vómitos e dor de cabeça e posteriormente desmaio. O éter já foi utilizado como um anestésico, e o manuseio em laboratório deve ser com extrema cautela. 61 Materiais e Reagentes MATERIAIS Erlenmeyer Funil de separação Funil de Büchner Papel filtro pregueado Bastão de vidro Balança Béqueres Bomba de vácuo REAGENTES Naftaleno Hidróxido de sódio concentrado B-naftol, Bicarbonato de sódio 10% Ácido benzóico Ácido clorídrico concentrado Diclorometano (DCM) Hidróxido de sódio 10% Éter etílico Sulfato de sódio Água Ácido clorídrico 10% Procedimento 1. Na bancada, localize o béquer pequeno e o funil de adição. 2. Teste o funil de adição com água como mostrado pelo professor. 3. Solubilize a mistura de naftaleno e ácido benzóico no solvente indicado pelo professor, depois transfira para o funil de separação. 4. Adicione a mesma quantidade de solução aquosa ácida no funil e realize a extração. 5. Separe a fase aquosa. Repita o procedimento 4 novamente. 6. Junte as fases aquosas e adicione bicarbonato de sódio. 7. Filtre o sólido formado. 8. Retome a solução orgânica do funil de separação, transfira a mesma para um erlenmeyer usando a saída de cima do funil, e depois use algum agente secante para remover as moléculas de água da solução. 9. “Filtre” e Transfira o material para um balão de fundo redondo e remova o solvente usando o rotaevaporador. 10. Transfira o sólido obtido no balão de fundo redondo para um recipiente contendo o ácido benzóico. 11. Limpe toda a vidraria utilizada. Deixe toda a bancada arrumada. 62 Esquema 1. Marcha Química Simplificada de compostos com diferentes funções químicas. Obs: O solvente utilizado acima foi o DCM. Outros solventes como clorofórmio, acetato de etila e éter dietílico também poderiam ser utilizados. O princípio básico para a separação de cada composto está baseado nas suas respectivas solubilidades em água e/ou solventes orgânicos. 63 Questionário 1. Mostre os sais formados pelo ácido benzóico e o B-naftol com uma base. 2. Mostre o sal formado pela reação da TEA trietilamina e ácido clorídrico. 3. O que é um agente secante? 4. O éter etílico é solúvel em água? 5. Qual a estrutura do diclorometano (DCM)? 6. Quantas fases vão formar da mistura do DCM, éter e água? Explique. 7. Qual o princípio de separação do ácido benzóico e do naftaleno? 8. O ácido benzóico é solúvel em DCM? 9. O ácido benzóico é solúvel em água? 10. Qual o tipo de interação intermolecular entre o ácido benzóico e água? 64 CAPÍTULO 07 EXPERIMENTO 07. DESTILAÇÃO SIMPLES Objetivos 1. Aprender a fazer montagem para execução do experimento. 2. Aprender técnica de destilaçãosimples e fazer a purificação de uma amostra 3. Analisar, entender o funcionamento e calcular o rendimento de um destilador. Destilação O processo de destilação é o processo de vaporizar um líquido, condensar o vapor e coletar o condensado em um recipiente diferente. Esta técnica é muito útil para separa uma mistura de líquidos quando os componentes têm pontos de ebulição diferentes ou quando um dos componentes não destila. (Pavia et al, 2009). A origem do termo destilar significa “ de-stilare” ou cotejar, pois a condensação dos vapores obtidos por resfriamento no condensador leva a formação de líquidos com composições mais puras. Destilação é um processo milenar que remonta a 2.000 A. C. No ano de 1771 o químico alemão Christian Ehrefried Weigel inventou o aparelho que mais tarde foi chamado de condensador. O processo pode ser dividido teoricamente em três partes distintas: cabeça, corpo e cauda. Assim, a primeira fração destilada leva o nome de “cabeça” e espera-se que sua composição contenha os líquidos mais voláteis de uma mistura líquida. Geralmente, essa fração é descartada uma vez que sua composição pode ser diferente dos líquidos restantes da mistura que se pretende isolar. Logo em seguida, obtém-se o “corpo” do destilado que geralmente consiste numa fração mais pura do líquido que se procura purificar. Durante o processo, deixa-se uma fração residual no frasco destilado designado de “cauda”. O acompanhamento da temperatura por um termômetro localizado na junta em T, que fica entre o balão e o condensador reto, pode dar uma noção da constituição dos vapores que serão condensados. Inicialmente, a temperatura observada no termômetro será referente a temperatura do ambiente onde se realiza a destilação. Após algum tempo, com o aquecimento do material em que se deseja destilar, começa-se a observar a passagem dos gases na parte interna do destilador, resultando no aumento da temperatura observada no termômetro. Neste momento, pode-se fazer uma associação entre a temperatura observada e o ponto de ebulição do componente em que está sendo destilado naquele momento. 65 Posteriormente, todo o gás que foi gerado, será resfriado pela troca de calor no condensador reto, feito pela passagem de água, resultando na condensação do líquido “final”. O processo de destilação simples é bastante limitado, e não se pode separar líquidos com pontos de ebulição próximos. Geralmente, a destilação simples pode ser empregada para separar um sólido solúvel de um líquido ou dois líquidos com pontos de ebulição muito distintos. Vários cuidados devem ser tomados em qualquer processo de destilação: 1. VOLUME DO FRASCO. O volume do líquido destilado no balão de destilação de ser ½ ou no máximo 2/3 do balão usado. A mistura a ser destilada nunca deve ser transferida sob a manta aquecedora, e após adicionar o material em que se deseja destilar, adiciona- se em seguida as pérolas de vidro ou pedaços de porcelana. 2. PÉROLAS DE VIDRO (OU PEDAÇOS DE PORCELANA). Caso as pérolas de vidro não tenham sido adicionadas antes da destilação, não se deve fazer adicionar no andamento do processo, uma vez que isso pode gerar um distúrbio do sistema e levar a erupção de todo o solvente resultando até na ruptura da vidraria usada, projetando solvente quente no local. 3. POSIÇÃO DO TERMÔMETRO NA DESTILAÇÃO. O uso do termômetro na destilação simples auxilia para acompanhar a composição dos destilados que é gerado ao longo do processo. A posição correta do termômetro é entre a cavidade o qual os vapores gerados vão passar. Uma vez que alguns termômetros de vidro com junta esmerilada não permitem este ajuste, a leitura da temperatura pode não ser correta. 66 4. ÁGUA UTILIZADA NO CONDENSADOR. A quantidade de água usada no condensador deve ser a mínima necessária para promover a condensação dos vapores. Uma maneira e acompanhar a temperatura do destilador durante a destilação, quando possível, sentido com as mãos a temperatura do condensador. Caso o condensador esteja esquentado, deve-se aumentar a quantidade de água para resfriar o sistema. Na maioria dos casos, pode-se evitar alagamentos no laboratório usando presilhas de metal ou plástico para fixar as mangueiras de silicone no condensador. Muitas vezes, o sistema pode ser resfriado apenas usando-se uma pequena quantidade de água. 5. CONDENSADOR RETO. Existem vários tipos de condensador, mas o condensador apropriado é o condensador reto, em que permite o resfriamento dos gases gerados e um caminho retilíneo dos líquidos ao frasco coletor. A posição da entrada e saída de água no condensador também devem estar em posições opostas (o que não está mostrado na figura abaixo). 6. ENTRADA E SAIDA DE ÁGUA NO CONDENSADOR. A entrada de água deve ser na parte inferior do condensador reto para ocupar o maior volume possível dentro desta vidraria e promover uma troca de calor eficiente entre o condensador e os vapores que serão condensados. 7. LUBRIFICANTE. Muitas vezes, adiciona-se silicone ou algum lubrificante nas juntas de vidro para impedir que ao final da destilação essas peças se fiquem “coladas”. Infelizmente, este componente pode contaminar o material que será destilado. 8. USO DO SUPORTE JACK Uma vez que a montagem de qualquer destilação é fixa, ou seja, toda a vidraria fica presa ao suporte universal, é difícil manusear a manta aquecedora ou outras fontes de calor durante o processo. Caso ocorra alguma emergência em que necessite parar o processo, apenas desligar a manta muitas vezes não será suficiente para interromper a transferência de calor para o balão de destilação. Contudo, o uso do suporte Jack permite que a manta seja mais facilmente afastada do balão, em caso de uma emergência. 9. INICIAÇÃO DA DESTILAÇÃO é indicado que no início da destilação o sistema não seja totalmente fechado para não gerar uma pressão interna. Deixa-se o termômetro, 67 localizado na parte de cima da destilação com uma pequena abertura até que os primeiros vapores de solvente destilado passem por este. Esse cuidado pode evitar que o termômetro seja projetado da montagem, quando o sistema é totalmente fechado. Destilação Simples A destilação simples é uma técnica frequentemente usada para separar e purificar um componente líquido de uma mistura. Por exemplo, um líquido puro pode ser separado de uma solução em que um componente é um sólido e outro é um líquido. Esta técnica será posteriormente utilizada no curso para separar o nitrobenzeno (líquido amarelo viscoso) do di-nitrobenzeno (sólido amarelo claro). Essa destilação não é útil para separar líquidos com pontos de ebulição próximos. Caso isso fosse tentado, seria necessário haver uma alta diferença (por volta de 80 0C) entre as temperaturas de ebulição destes componentes. Uma vez que a destilação fracionada é mais eficiente para separar dois líquidos miscíveis, esta técnica não seria muito útil para realizar tal procedimento. Parte Experimental MATERIAIS Manta aquecedora Balão de fundo redondo Erlenmeyers ou balão coletor Suporte universal Garras 3 Béqueres de 100 mL Presilhas de plástico. Junta em T Pérolas de vidro Termômetro Mufa Alonga Mangueiras de borracha Papel alumínio REAGENTE n – hexano comercial diclorometano Procedimento Destilação simples - Purificação do n-hexano Purificar uma substância significa, em última análise, remover impurezas nela existentes. Um processo rotineiro usado em laboratório de química orgânica para tal fim é o denominado de destilação simples. Seu fundamento baseia-se na vaporização de um líquido por aquecimento e posterior condensação do vapor formado. Na figura 7.1 se vê esquema de uma montagem usada em destilação simples. 68 Figura 2. Montagem para uma destilação simples usando manta aquecedora. 1. Faça a montagem da destilaçãosimples, como mostrada na figura acima. Coloque inicialmente os dois suportes universais em posição favorável para prender a montagem. Depois coloque as garras de metal e coloque o balão que será destilado. Deixe espaço para manusear o balão com o suporte Jack. Coloque em seguida a junta em T e depois o condensador reto. Antes de introduzir o condensador reto, introduza as mangueiras de borracha. A garra que vai segurar o balão deve estar segurando esta vidraria num ponto de equilíbrio. Prenda a alonga com uma presilha de plástico (não mostrado na figura) e por último coloque o termômetro. 2. Remova cuidadosamente o balão de fundo redondo da montagem. 3. Neste balão, transfira diretamente o material que será destilado até preencher metade do volume do frasco. NUNCA realize esta operação sob a manta aquecedora! 4. Coloque algumas pérolas de vidro ou pedaços de porcelana neste frasco e depois encaixe novamente na montagem. 5. Abra a válvula da água e confira se a montagem está correta. 6. Ligue a manta aquecedora e coloque a regulagem orientada pelo professor. 7. Observe o aquecimento do líquido e perceba a formação de vapores. A passagem deste vapor no bulbo do termômetro mostrará a qual temperatura este material está sendo destilado. Teoricamente, durante este processo, a temperatura não deve variar, pois espera- se que o líquido destilado esteja puro. 8. Comece a recolher o destilado. Descarte a cabeça. 9. Após um certo tempo, troque o frasco e continue recolhendo até 95% do volume do material. 10. Interrompa o aquecimento antes de destilar todo o líquido e, depois que o resíduo do balão voltar à temperatura. 69 10. Espero que toda a montagem esfrie a temperatura ambiente. Descarte o material que não foi destilado. Não lave a vidraria com água. Após a destilação de um solvente, a vidraria teoricamente estará limpa. Apenas passe um solvente no balão volumétrico para remover a graxa remanescente! Tomar conhecimento do funcionamento de um destilador A água é necessária em vários processos dentro de um laboratório. Alguns processos, como o resfriamento do condensador, não precisa de uma água pura, mas outros, como elaboração de uma reação, síntese orgânica ou cristalização de materiais, necessita de uma água sem a presença de sais minerais e resíduos orgânicos. Assim, a água de torneira, quando for utilizada para processos mais delicados, necessita passar por um processo de purificação. Existem vários processos de purificação da água como resinas de troca iônica, passagem por filtros físicos, purifiação com carvão ativado, osmose reversa e destilação. O grau de pureza da água em que se pretende obter e o custo do processo são dois fatores que se leva em consideração. Geralmente, uma água mais pura pode significar um processo mais honeroso. Uma água destilada pode ainda encontrar um pequeno grau de impurezas, mas que para um laboratório de química orgânica já e suficientemente pura para não interferir nos processos subsequentes. Já num processo analítico, envolvendo equipamentos de alta precisão, muitas demandam uma água ultrapura que deverá ser obtida por mais de um processo de purificação para atingir um grau de pureza desejado. Figura 3 – Aparelhos para purificação de água: Condensador simles em purificador complexo integrado de Osmose reversa, filtro e filtro de carvão ativado. No destilador de água, comum em laboratórios de química, sua função é a remoção parcial de sais inorgânicos. O princípio desta destilação é o mesmo que foi realizado na aula. Em 70 um recipiente interno, a água é aquecida, transforma-se em vapor e depois este vapor é resfriado e condensado em outro recipiente. Destilação À Pressão Reduzida Dentre as substâncias orgânicas, uns elevados números de compostos não podem ser destilado com bom rendimento, pois apresentam temperaturas de ebulição elevadas, tal como o acetato de etila que entra em ebulição a 150 ºC. Isto porque sofre decomposição antes de se atingir sua temperatura de ebulição. Sabe-se que um líquido entra em ebulição quando a sua pressão de vapor se iguala à pressão total exercida sobre ele. Esta pressão total exercida sobre o líquido pode ser em função do ar atmosférico, de outros gases, do seu vapor e pelo ar. Ao se fazer a redução da pressão externa sobre o líquido, o seu ponto de ebulição pode ser reduzido consideravelmente, propiciando a oportunidade de fazer a destilação, sem correr o risco de decomposição do composto a ser destilado. A desejada redução de pressão se obtém adaptando-se ao sistema de destilação uma bomba de vácuo ou trompa d’água. Em resumo, pode-se dizer que na destilação à pressão reduzida, o conjunto é submetido ao abaixamento de pressão para purificar substâncias que se decompõem a temperaturas abaixo do seu ponto de ebulição, à pressão normal ou, àquelas com pontos de ebulição muito elevados. Destilação Por Arraste De Vapor. Destilação por arraste a vapor d’água é usada para purificar substâncias que se decompõem a temperaturas elevadas e para separação de compostos voláteis de uma mistura de outros não voláteis. A substância a ser separada por esse processo deve ser insolúvel em água, porque os vapores d’água é que vão conduzir essa substância. 71 Questionário 1. Qual o objetivo de usar uma destilação simples? 2. Quais as partes de uma destilação? 3. Por que se usa pérolas de vidro? 4. Quais os tipos de condensadores? Qual é o condensador correto para esta prática? 5. Qual a correta posição de entrada e saída de água? 6. Por que não se destila o material todo? 7. Por que se usa um lubrificante? 8. Qual o volume correto de ser preenchido do balão de fundo redondo? 9. Cite 5 cuidados que devem ser feitos para uma destilação? 10. Deve-se lavar com água a vidraria utilizada neste processo? 11. Por que não se deve adicionar pérolas de vidro durante a destilação? 12. Qual o volume de água correto para ser utilizado? 13. Faça um desenhe esquemático de uma destilação simples indicando todos os nomes dos materiais e vidrarias. 14. Por que se usa o suporte Jack? 15. Deve-se destilar todo o material do balão de fundo redondo? 16. Qual o tipo de água usada num processo de síntese orgânica? 72 CAPÍTULO 08 EXPERIMENTO 08. DESTILAÇÃO FRACIONADA Objetivos 1. Fazer uma montagem de uma destilação fracionada; 2. Entender o uso de uma coluna de Fracionamento ou Vigreaux (ou Vigreux); 3. Separar dois solventes orgânicos miscíveis com diferentes pontos de fusão; 4. Aprender o que é uma mistura azeotrópica. 8.2. Introdução O método de separação entre componentes de uma mistura líquida homogênea constituída por líquidos com pontos de ebulição diferentes é denominado destilação fracionada. O processo de destilação fracionada em laboratório e muito parecido com a destilação simples. Todos os cuidados mencionados na primeira destilação são aplicados na destilação fracionada. A princípio, a introdução de uma vidraria chamada coluna de fracionamento ou coluna de Vigreaux (ou Vigreux) resulta na principal diferença entre as duas destilações. O uso desta vidraria permite uma separação eficiente entre dois ou mais líquidos miscíveis com ponto de ebulição próximos desde que não se formem misturas azeotrópicas. Figura 2. Montagem para uma destilação simples usando manta aquecedora. Durante a montagem da destilação fracionada, usa-se a coluna de fracionamento que funciona “ como uma barreira física” para os gases que estão sendo gerados durante o aquecimento da mistura que se pretende separar. Assim, essa “barreira física” permite a troca 73 de calor entre os vapores e a sua superfície interna desta coluna, criando várias regiões de equilíbrio líquido-vapor. Todos os gases trocar calor para a superfície dacoluna, mas os líquidos com alto ponto de ebulição se condensam com maior facilidade, pois necessitam de maior energia para vencer este obstáculo. Os líquidos com menores pontos de ebulição vão ser destilados primeiro, pois apesar de também realizarem a troca de calor com a coluna de fracionamento, não se condensam tão facilmente. O tamanho e superfície da coluna de fracionamento, ou seja, os diversos obstáculos oferecidos, resultam na eficiência da separação e consequente purificação das substâncias. O tamanho e superfície da coluna está diretamente ligada à quantidade de estágios vaporização-destilação e, consequentemente, com a área de contato entre o líquido e o vapor no interior da coluna. Quanto mais difícil for a separação de dois líquidos de pontos e ebulição PE próximos, maior deve ser essa coluna. Figura 2. Esquema teórico do funcionamento entre uma coluna de fracionamento e a separação de duas substâncias com pontos de ebulição distintos. Uma vez que a coluna de Vigreaux permite uma passagem seletiva dos gases até a parte superior da coluna, e consequentemente no bulbo do termômetro localizado logo após esta coluna que está conectado a junta em T, pode-se acompanhar qual é a temperatura do gás que está passando em cada momento naquele local, ou seja, ter uma ideia de qual o solvente que está sendo destilado em cada momento. 74 Assim, após a passagem de um líquido mais volátil, necessariamente, observa-se um pequeno período em que nenhum gás vai subir até a parte superior da coluna de fracionamento. Neste momento, um novo líquido vai fazer várias trocas de calor nesta superfície, resultando no aumento da temperatura da coluna, para assim, permitir que este novo material seja destilado. Depois de um certo tempo, este novo material vai subir por toda a coluna, e passar pelo bulbo do termômetro, resultando no aumento da temperatura de destilação do processo. Esse evento ocorrerá até que todos os líquidos voláteis miscíveis sejam condensados gradativamente de acordo com seus PE. Azeótropo ou mistura azeotrópica é uma mistura de dois ou mais compostos que, a uma certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, ou seja, as temperaturas mantem-se inalterada do início ao fim da ebulição e assim esta mistura se comporta como se fosse uma substância pura, não podendo, por isso, seus componentes serem separados por processo de destilação simples ou fracionada. Existe uma grande diversidade de compostos que formam uma mistura azeotrópica e para saber se determinada mistura está dentro desta classe, deve-se procurar tabelas de livros que trazem essas informações. Tabela1. Exemplos de misturas azeotrópicas Componente A (PE) Componente B (PE) Componente C (PE) Azeótropo (PE) Água (100°C) Etanol (78,3°C) - (78,1°C) Benzeno (80,2°C) Etanol (78,3°C) - (64,9°C) Benzeno (80,2°C) Água (100°C) - (69,4°C) Benzeno (80,2°C) Água (100°C) Etanol (78,3°C) (64,9°C) hexano (100°C) Clorofórmio (61,2°C) - (59,9°C) http://chestofbooks.com/science/chemistry/Distillation-Principles-And-Processes/List-Of-Known- Azeotropic-Mixtures TIPOS DE COLUNA DE VIGREAUX. Geralmente, as colunas de fracionamento mais comuns são constituídas de vidro, e com tamanhos e vilosidades diversas de acordo com a especificação do profissional que irá usá-las. Contudo, no caso de separações com solventes orgânicos, pode-se improvisar uma coluna colocando palha de aço em uma coluna de vidro qualquer. Uma vez que a palha de aço aumenta a superfície interna da coluna, esta montagem também servir como coluna de fracionamento. http://chestofbooks.com/science/chemistry/Distillation-Principles-And-Processes/List-Of-Known-Azeotropic-Mixtures http://chestofbooks.com/science/chemistry/Distillation-Principles-And-Processes/List-Of-Known-Azeotropic-Mixtures 75 Figura 2. Diferentes colunas de fracionamento BANCADA PARA DESTILAÇÃO Vários laboratórios de química orgânica, em que se realiza diariamente a destilação de solventes, tem uma bancada própria para execução deste procedimento. Assim, a bancada é obrigatoriamente mais baixa para permitir a melhor leitura dos valores mostrados no termômetro ao longo da destilação. Bancadas não adaptadas podem dificultar a destilação devido ao comprimento da coluna de Vigreaux, que dificulta a montagem e acompanhamento da destilação fracionada. OBTENÇÃO DOS LÍQUIDOS PUROS. A medida em que a temperatura muda ao longo da destilação, isso é um indicativo que materiais diferentes estão sendo destilados e por isso, devem ser coletados em recipientes diferentes. RECUPERAÇÃO DE SOLVENTES Grandes quantidades de rejeito de solventes são geradas diariamente em um laboratório de química orgânica o qual se faz processos de purificação e isolamento de compostos orgânicos. Uma vez que muitos desses solventes são caros, e seu descarte é oneroso e muitos não serão reutilizados (apenas incinerados), a destilação fracionada pode ajudar muito na reutilização dos mesmos. Assim, uma vez conhecida a composição da mistura homogênea de solventes, pode-se primeiramente determinar se são ou não misturas azeotrópicas e posteriormente realizar a destilação fracionada de várias dessas misturas. Esta prática tem sido adotada já a algum tempo no laboratório de química orgânica a fim de produzir menos rejeitos químicos. REFINO DO PETRÓLEO POR DESTILAÇÃO FRACIONADA O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que pode também ter a presença de outros elementos em menor quantidade como oxigênio, nitrogênio e enxofre, formando outras funções orgânicas. Apresenta um aspecto viscoso e de constituição variada dependendo da 76 região que está sendo obtido. Sua obtenção é feita no subsolo terrestre que resista na mistura de materiais particulados como areia e argila, e outras componentes como água salgada. Essas impurezas podem ser removidas por processos físicos como decantação e filtração. Posteriormente, a material resultante pode ser purificado por uma destilação fracionada em que incialmente irá sair uma mistura de hidrocarbonetos na forma de gás como o GLP, e em seguida, líquidos voláteis incluindo a gasolina e para a posterior saída de líquidos mais densos, como o óleo diesel e óleos lubrificantes. O restante ou resíduo é constituído de vaselina, asfalto e piche. SEPARAÇÃO DE GASES DA ATMOSFERA Alguns gases da atmosfera terrestre também podem ser obtidos por destilação fracionada num processo que incialmente a mistura de gases é liquefeita por uma diminuição da temperatura e aumento da pressão, e uma vez que o material encontrasse na forma líquida, os diferentes gases constituintes podem ser separados por destilação fracionada. Parte Experimental MATERIAIS Manta de aquecimento Balão de destilação Erlenmeyer ou balão coletor Condensador reto Funil de separação 3 Béqueres de 100 mL Rolha de borracha furada. Cilindro graduado ou proveta Pérolas de vidro Termômetro Proveta de 100 mL REAGENTES n – Hexano e Diclorometano 77 Procedimento 1. Faça a montagem de uma destilação fracionada como mostrado na figura e tenha atenção para encaixar a coluna de fracionamento na coifa. 2. Tire o balão de fundo redondo e adicione a mistura homogênea que será separada. 3. Coloque o balão de fundo redondo na montagem. 4. Abra a válvula de água e observe se o volume de água que passa no condensador é o desejado. Faça os ajustes necessário. 5. Ligue a manta aquecedora com a regulagem indicada pelo professor. 6. Observe o início da destilação e deixe um pouco solto o termômetro até a passagem dos primeiros vapores. 7. Observe durante todo o tempo a temperatura indicada do termômetro. Faça as trocas dos recipientes coletores quantas vezes for necessário para se obter os líquidos puros observando a mudança na temperatura indicada pelo termômetro. 8. Após separar todoo material desligue a manta e depois a água. 9. Desmonte a montagem e deixe a vidraria usada na bancada. Questionário 1. Por que se usa uma coluna de fracionamento? 2. Quais os outros nomes de uma coluna de fracionamento? Como é o seu funcionamento? 3. Qual o líquido que sairá primeiro em uma destilação fracionada o mais ou menos volátil? Explique. 4. O que é uma mistura azeotrópica? 5. Uma mistura azeotrópica pode ser separada numa destilação fracionada? 6. Quais as estruturas dos solventes: diclorometano e hexano? Quais os respectivos PE? 7. Será necessário fazer a lavagem da vidraria após a destilação fracionada? 8. Qual o melhor procedimento para eliminar os resíduos gerados no balão de fundo redondo ao longo da destilação? 78 CAPÍTULO 09 EXPERIMENTO 09 - DESTILAÇÃO COM VAPOR ÁGUA 9.1. Objetivo Fazer uma montagem de uma destilação com vapor de água. Realizar a extração de um óleo essencial. Diferenciar hidrodestilação e destilação por arraste com vapor. 9.2. Introdução Técnica de extração utilizada para obter líquidos imiscíveis ou pouco solúveis em água. Vários compostos podem ser obtidos tais como óleos essenciais e derivados de síntese orgânica. Esse método permite que o material seja isolado à uma temperatura menor que seu ponto de ebulição, mesmo quando esse composto possa ter um ponto de ebulição relativamente alto. Muitos compostos orgânicos se degradam ou se carbonizam antes de alcançarem sua temperatura de ebulição, impossibilitando sua extração por destilação simples ou fracionada. Essa técnica permite o isolamento de muitas desses compostos uma vez que permitem a sua obtenção à uma temperatura abaixo dos seus pontos de ebulição. A montagem desta técnica consiste em duas vidrarias conectadas por uma conexão de vidro. Um primeiro recipiente contendo água será aquecido até que esta água entre em ebulição, e os vapores gerados serão direcionados para um segundo recipiente através da conexão de vidro, que DEVE ESTAR IMERSA em uma mistura contendo água o composto de interesse em ser isolado. Geralmente se uma um balão bitubulado ou tritubulado para colocar essa mistura. Assim, o vapor de água inicialmente aquecerá a mistura até que em um determinado momento, a mistura aquecida também vai gerar novos gases contendo uma mistura de vapor de água e o material “oleoso” que será extraído. Assim, esses vapores gerados irão passar por outra conexão, por exemplo uma junta em T, que posteriormente serão direcionados para um condensador reto. Após a perda de calor no condensador reto, será obtido uma mistura líquido-líquido heterogênea em que a parte menos densa é o composto de interesse, e a parte inferior mais densa será a água destilada. Posteriormente, o sobrenadante pode ser isolado utilizando uma pipeta de Pasteur. 79 Figura 1. Montagem da destilação por arraste a vapor com um balão bitubulado. Quando se obtêm misturas parcialmente solúveis por essa técnica, como é o caso da purificação da anilina e água, a solução final não formará duas fases, mas apenas uma “emulsão” de difícil separação. Contudo isso pode ser promovido saturando a fase aquosa com algum sal inorgânico (ex: NaCl), levando a formação de duas fases facilmente separáveis. O final da destilação pode ser observado pela característica do material que está sendo condensado. Uma análise macroscópica deste conteúdo destilado, teoricamente composto de água e compostos orgânico, terá um aspecto oleoso. Contudo, após todo os compostos orgânicos terem sido extraídos, o que vai se observar é apenas a saída de água. Neste momento, a destilação por arraste com vapor pode ser interrompida e todas as conecções de vidro devem ser desmontadas, para evitar a passagem de líquidos de um recipiente para o outro. HIDRODESTILAÇÃO Uma técnica de extração similar, consiste no aquecimento direto do balão bitubulado ou tritubulado contendo a mistura do material contendo o composto em que se deseja isolar e água. Assim, vapores também serão gerados, e o óleo pode ser extraído por essa técnica em que se difere do arraste por vapor onde o aquecimento foi realizado em um outro recipiente. Apesar de um pouco mais simples, essa técnica pode levar ao aquecimento excessivo do recipiente contendo a mistura, levando também a degradação de compostos que não são estáveis à altas temperaturas. Quando o material não sofrer degradação por calor, a hidrodestilação pode também isolar compostos imiscíveis com água de maneira mais rápida. 80 ÓLEOS VOLÁTEIS Óleos voláteis podem ser obtidos por partes de plantas que são submetidas a extração a partir da destilação por arraste com vapor d’água. Quando recentemente extraídos, geralmente são incolores ou levemente amarelados, podem apresentar carbonos quirais e muitos são opticamente ativos. Podem apresentar odor agradável, e sabor geralmente ácido e picante. São muitas vezes muito solúveis em solventes orgânicos como éter etílico, diclorometano, e acetado de etila. Várias funções orgânicas podem estar presentes nestes óleos, como álcoois, aromático, alcenos, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, fenóis, ésteres, éteres, peróxidos, lactonas dentre outros. (PETROVIK et al) Grande parte dos óleos voláteis são derivados de duas classes, os fenilpropanóides e os terpenóides (ou terpenos). Os fenilpropanóides tem sua origem Biosintética a partir do ácido chiquímico, que levam a formação do ácido cinâmico e posterior produção de derivados como o eugenol, o cinamaldeído e outros. Esquema 1. Rota Biosintética de fenilpropanóides a partir do ácido chiquímico. A segunda classe de óleos voláteis são os terpenóides, formados a partir de uma unidade chamada de unidade isoprênica, constituída de 5 átomos de carbono. Uma diversidade enorme de compostos está compreendida dentro desta classe e esses são sempre múltiplos de 5 átomos de carbono. Os compostos terpênicos mais comuns contêm 10 átomos de carbono e são chamados de monoterpeno (aproximadamente 90% dos óleos voláteis) e alguns sesquiterpenos, constituídos de 15 carbonos. 81 Figura 2. Figura do isopreno e pirofosfato de isopentila associados aos terpenóides. Existem várias aplicações industriais para esses óleos como indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. O Limoneno, é um monoterpeno isolado da casca de frutas tais como laranja e limão. Os dois isômeros de odores característicos, apenas constituem um exemplo de dois enantiômeros. Vários outros monoterpenos mostrados na figura abaixo, são também exemplos de compostos de odores característicos usados em diferentes aplicações. Figura 3. Exemplos de alguns monoterpenos obtidos de plantas. Os monoterpenos mostrados acima, podem ser facilmente obtidos a partir da prática de extração por arraste a vapor. Contudo, as plantas que serão usadas na prática devem ser frescas e devidamente acondicionadas, pois os óleos essenciais são voláteis. Outras técnicas como percolação (não abordada neste capítulo), também permitem o isolamento de óleos voláteis. 82 Parte Experimental MATERIAIS Suporte Jack Balão de destilação Manta aquecedora com regulador Refrigerador Bico de Bunsen Conecção de vidro Junta em T Cilindro graduado ou proveta Funil de separação Faca Rolha de borracha furada Termómetro com junta esmerilada Balão tritubulado ou bitubulado Mangueira de borracha REAGENTES Água Óleo de laranja ou de limão Cloreto de sódio sólido acetona Procedimento 1. Pegue o material vegetal que será utilizado na prática, e com ajuda de um material cortante, corte o em pequenos pedaços. 2. Transfira o material vegetal picado para um balão bitubulado (ou tritubulado) até 2/3 do volume do frasco. 3. Adicione quantidade suficiente de água no balão para preencher metade do volume. 4. Faça a montagem da destilação como mostradana figura. Use um suporte Jack para segurar a manta, no balão contendo apenas água. 5. Coloque a conecção de vidro por último, com muito cuidado, sem forçar seu ajuste nos balões. Verifique se todas as conecções estão firmes para evitar a saída de vapores de água. 6. Abra a válvula de água no condensador e por último ligue a manta aquecedora na intensidade determinada pelo professor. 7. Observe o início da destilação, e caso necessário, aumento o volume de água no condensador para esfriar os produtos da condensação. (Encoste no condensador reto e perceba se ele está na temperatura desejada). 8. Após a extração do material, desligue a manta aquecedora, baixe o suporte Jack e depois desconecte todas as Juntas. 9. Aguarde um tempo até a montagem resfriar, depois, desmonte as vidrarias utilizadas, e o material remanescente no balão bitubulado (tritubulado) deve ser descartado no lixo. Antes, descarte a água na pia. 10. Depare o material vegetal destilado com uma pipeta de Pasteur. 11. Descarte toda a água. 83 Curiosidade A palavra “aromático” no cotidiano remete a compostos com aroma agradável tais como o cheiro da canela ou da baunilha. Inicialmente, uma das primeiras técnicas desenvolvidas pelos químicos foi a destilação, empregada para o isolamento de compostos de origem vegetal ou animal. Figura 1. Oléos voláteis de origem natural. Posteriormente, com o avanço da química, foi possível realizar a elucidação estrutural dessas moléculas isoladas, constatando que muitas eram constituídas de unidades insaturadas cíclicas que mais tarde deu origem a uma classe de compostos na química orgânica chamada de compostos aromáticos. O conceito de compostos aromáticos mais tarde se estendeu para um grande número de exemplares, inclusive o benzeno, que não tem o odor “agradável” além de ser um composto tóxico. Questionário 1. O que é destilação por arraste com vapor? 2. Quais os materiais obtidos nesta destilação? 3. Qual a diferença entre a destilação por arraste a vapor e hidrodestilação? 4. Como a conecção de vidro deve ser colocada na montagem? 5. Qual o solvente usado neste processo? 6. Qual será a fase orgânica no produto destilado? 7. O que pode ser feito para separar a emulsão água-anilina? 8. Por que a anilina forma uma emulsão com água e o limoneno se separa facilmente? 9. Qual a estrutura do limoneno? Mostre seu carbono quiral. 10. Como pode-se saber o momento final da destilação? 11. A glicose poderia ser obtida por esse processo? Explique. 12. Por que alguns produtos termosensíveis não degradam durante esse processo? 13. Quais as estruturas do cinamaldeído e do eugenol? 14. Esses óleos voláteis são isopropanóides ou fenilpropanóides? 15. Cite três exemplos de monoterpenos. 84 CAPÍTULO 15 – EXPERIMENTO 14 OBTENÇÃO DA ASPIRINA ATRAVÉS DA ESTERIFICAÇÃO DO ÁCIDO SALICÍLICO OBJETIVOS Fazer a montagem de uma reação; Realizar uma reação de esterificação usando como catalisador ácido; Elaborar uma reação e isolar o produto; Compreender o mecanismo da reação. INTRODUÇÃO A esterificação de produtos naturais é comumente usada para uma vez que esta transformação química compreende numa simples reação e os produtos obtidos podem ter várias aplicações. Por exemplo, a transformação de um álcool num éster faz com que o produto formado seja muitas vezes mais lipofílico, (característica semelhante a das membranas celulares que são constituídas de proteínas lipofílicas) e por isso pode aumentar sua absorção no trato gastrointestinal. Após absorção no organismo, o precursor (pró-fármaco) pode ser novamente hidrolisado por enzimas no organismo e atuar no seu sítio de ação (fármaco). Esquema 1. Esterificação da morfina nos hidroxilas alcoólica e fenólica gerando a morfina. Contudo, alguns medicamentos dependem da função éster para manter sua atividade, como por exemplo, o antitumoral Taxol®. A descoberta da heroína a partir da morfina também foi a partir de uma reação de esterificação nas hidroxilas do produto natural. (esquema 1.) 85 Outro produto natural, o ácido salicílico, teve também a sua hidroxila fenólica transformada em éster gerando o fármaco conhecido como ácido acetilsalicílico ou Aspirina (prefixo A- vem de acetil- spir relaciona-se a Spiraea ulmaria, planta que contem o ácido salicílico -ina terminação muito usada na época adaptada ao português). (esquema 2.) Anualmente, mais de 40.000 toneladas de aspirina são produzidas e desde 1050, é um dos fármacos mais vendidos para tratamentos de dores. Relatos escritos mostram que na antiguidade o doutor Hippocrates usava cascas da árvore Willow (popularmente salgeiro) do gênero Salix para males diversos. Depois, descobriu-se que o princípio ativo era o ácido salicílico, mas sua ingestão direta causava irritação gástrica. O cientista alemão Felix Hoffmann, em 1897 preparou a aspirina para seu pai, a fim de obter um produto menos irritante. A esterificação deste produto natural diminuiu a irritabilidade e resultou no aumento de sua atividade. Atualmente, a aspirina tem sido utilizada para inibição do coagulamento do sangue, sendo consumida em doses terapêuticas. Esquema 2. Transformação do Ácido Salicílico no ácido acetilsalicílico (Aspirina®). A Aspirina, ácido acetilsalicílico, AAS, em seu estado puro constitui-se em um sólido branco cristalino ou com cristais incolores com pequena solubilidade em água, bastante solúvel em éter e em álcool etílico. Tem uso como medicamento anti-inflamatório, antipirético, analgésico dentre outros. A seguir são apresentadas algumas propriedades do ácido salicílico e da aspirina: 86 Tabela 01. Propriedades dos ácidos salicílico e acetilsalicílico Propriedades Físicas Ácido Salicílico Ácido acetilsalicílico Fórmula molecular C7H6O3 C9H8O4 Aparência Sólido incolor Sólido branco Massa molar 138,23 g/mol 180,14 g/mol Densidade 1,44 g/mL (200C) 1,39 g/mL Ponto de Fusão 159°C 135ºC Ponto de Ebulição 211°C 140°C Parte Experimental Tabela 02. Reagentes e materiais usados na prática Materiais Reagentes Erlenmeyer Béquer Ácido Salicílico Pipeta Bastão de vidro Anidrido Acético Papel de filtro Frascos de vidro Ácido Sulfúrico Concentrado Funil de Buchner Funil gelo Borracha de silicone Agitador magnético Piceta com água destilada Kitasato Barra magnética Etanol* Rolha de saia Bomba de vácuo Ácido acético glacial Procedimento Síntese 1. Pesar 1,7g de ácido salicílico e transferir para um erlenmeyer ou balão de fundo redondo de 125 mL. 2. Adicionar 5 mL de anidrido acético ao ácido salicílico pesado. A seguir adicionar uma gota de ácido sulfúrico concentrado, que terá a função der catalisador. 3. Agitar a mistura e aquecê-la em uma agitador magnético mantendo a temperatura da solução entre 50 e 60 °C durante vinte minutos usando um termômetro inserido dentro da solução reacional. (Poderá haver a formação de um sólido branco). 4. Resfriar em banho de gelo e adicionar 15 mL de água destilada gelada. 5. Resfriar até que a cristalização seja completa. 6. Filtrar no funil de Büchner à vácuo lavando com pequena quantidade de água gelada. 87 7. Remover o sólido obtido para um vidro de penicilina (5 mL) e colocá-lo no dissecador. Determinação da pureza-Teste de pureza com cloreto Férrico (opcional) Preparam-se três soluções contendo: ácido salicílico, ácido acetilsalicílico e a amostra preparada em 0,5mL de água. Adiciona-se 1 gota de uma solução 1% de cloreto férrico em cada tubo e observa-se a mudança de cor (a formação de um complexo ferro-fenol com Fe(III) dá cor entre vermelho e violeta dependendo da presença do fenol). Cristalização do Produto Formado Técnicas de cristalização consiste na formação de novos “cristais” a partir do produto formado, que pode estar puro, contudo numa forma líquida viscosa. O uso depequenas quantidades do material já cristalizado ou a simples fricção de um bastão de vidro na parede do material contendo o produto pode facilitar a formação de novos sólidos. Recristalização do ácido acetilsalicílico (opcional) Usa-se o mínimo de acetato necessário para dissolver a quantidade de sólido gerado na prática e leva à aquecimento em banho Maria. Espera-se a recristalização, e caso não ocorra, raspa-se a parte de dentro do recipiente com uma espátula ou bastão de vidro. (ou evapora um pouco do solvente orgânico). Filtra-se o precipitado formado. Questionário: 1. Qual a estrutura de Lewis do ácido salicílico? 2. Quais as funções orgânicas do ácido acetilsalicílico? 3. Qual a fórmula molecular do anidrido acético? 4. Qual a função do anidrido acético? 5. Como funciona o catalisador da reação (ácido sulfúrico)? 6. Por que se aquece a reação e depois se resfria em banho de gelo? 7. Como o produto é isolado? 8. Proponha o mecanismo da reação de esterificação. 9. Qual o ácido formado durante a reação? Como ele é removido? 10. Qual a molécula representada pela sigla HOAC ou HAc? 11. Por que não se deve fazer a recristalização com água? 88 CAPÍTULO 16 – EXPERIMENTO 16 PRÁTICA DE CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA Objetos Aprender a fazer a montagem e a usar uma cromatoplaca; Fazer o acompanhamento de uma reação radicalar através da CCD. Fazer o acompanhamento da formação da acetanilida usando câmara de iodo. Introdução A cromatografia (do grego “chroma”cor) e (do grego “grafein” grafia) envolve um método analítico em que pode-se separar, identificar e quantificar substâncias. O processo envolve duas fases para a separação das substâncias em interesse, sendo que uma é chamada de fase estacionária e a outra fase móvel. Para ilustrar este processo, pode-se usar como exemplo a cromatografia em camada delgada CCD, em que se usa uma placa de vidro contendo sílica como fase estacionária, e o uso de um solvente qualquer como fase móvel (que está dentro de um recipiente de vidro chamado de cuba onde a placa será posteriormente colocada). Figura 1. Cromatoplaca (fase estacionária) e cuba de vidro contendo solvente (fase móvel). Inicialmente, uma ou mais substâncias (solubilizadas em pequena quantidade de solvente) serão aplicadas com um capilar de vidro em uma das extremidades desta placa (fase estacionária). Espera-se um tempo para que este solvente evapore e apenas as substâncias aplicadas ficam retidas na placa. Depois essa placa é colocada dentro da cuba de vidro (contendo um ou mais solventes de polaridades distintas) que por capilaridade, vai subir na placa. Figura 1 89 Figura 2. Aplicação de uma substância na Cromatoplaca. Uma forma simplificada de entender o uso deste tipo de cromatografia é simplesmente analisar o quanto cada material “correu” a partir do ponto de aplicação. Uma molécula mais polar ficará sempre mais retida quando comparado com outra molécula menos polar (apolar). Assim, esta primeira interpretação está apenas relacionada com a polaridade das substâncias e com a interação com a sílica que é considerada um material polar. Aprofundando esta interpretação, precisa-se também mencionar o solvente como parte importante neste sistema, pois a distância que as substâncias aplicadas na placa vão “correr”, depende do tipo de solvente (ou solventes) utilizado durante a revelação. Pode-se disser que a fase estacionária, constituída de sílica contém vários grupos funcionais que irão interagir com o solvente (fase móvel) e com a(s) substância(s) aplicada na placa. O uso de um solvente mais polar resultará em uma maior interação com os diversos grupos da sílica (fase estacionária) diminuindo a interação destes grupos da sílica com as substâncias. O resultado e que estas substâncias irão percorrer uma distância mais longa na placa com relação ao ponto aplicação. Na prática, quando se quer que as substâncias aplicadas se distanciem mais do ponto de aplicação, usa-se solventes mais polares. Depois de certo tempo, o solvente (ou solventes usados) terá percorrido toda a extensão da placa cromatográfica, e as substâncias aplicadas na extremidade inferior, terão percorrido certa distância, que será relacionado com as funções orgânicas dessas substâncias e a polaridade do sistema usado na fase móvel. Logo, quanto mais polares forem os solventes usados na fase móvel, maior será a interação deste solvente com os grupos funcionais da sílica, e consequentemente, menores será a interação dos mesmos grupos da sílica com as substâncias aplicadas, que percorrerão uma maior distância nesta superfície da cromatoplaca. As substâncias mais polares, por sua vez, também terão uma maior interação com os diversos grupos da sílica, percorrendo um menor percurso nesta superfície. 90 Figura 3. Desenho da estrutura da sílica com os grupos constituintes. (Adaptado (Veronika, 2004) Após deixar o solvente correr toda a placa, uma pequena marca pode ser feita no local máximo em que o solvente alcançou e este valor ser medido usando uma régua. A altura máxima atingida pelas substâncias aplicadas na placa, também pode ser determinada usando- se uma régua. Depois, por meio de uma equação matemática, em que se divide o valor percorrido pela substância pelo valor percorrido pelo solvente, determina-se o “fator de retenção” (Rf) de cada substância (naquele eluente usado na corrida da placa). No caso de monitoramento de reações químicas, usa-se fazer “um ponto misto” em que se aplica o material de partida e o produto da reação, como mostrado na figura 3. Figura 4. Cálculo do fator de retenção (rf) feito em uma cromatoplaca com duas substâncias distintas e uma segunda cromatoplaca contendo o ponto misto. A maioria dos compostos (ou substâncias) aplicadas na placa cromatografia (cromatoplaca) precisa ser revelada utilizando-se um reagente específico (chamado de revelador).(Wagner e Bladt, 2009) Reveladores universais (Hanissam –CAM molibdato cérico amoniacal (Ceric Ammonium Molybdate)) são capazes de revelar vários grupos funcionais e reveladores 91 específicos são utilizados para revelar apenas certos grupos funcionais (exemplo Dragendorff revela nitrogênio básicos como aminas). Outro revelador inespecífico é a cuba de iodo. Esta cuba contém iodo sólido, que irá interagir com qualquer grupo contendo par de elétrons não ligantes ou insaturações (duplas, triplas ou compostos aromáticos) gerando uma mancha marrom nos pontos contendo essas substâncias. Pode-se também visualizar substâncias insaturadas conjugadas usando uma sílica com fluorescência, e posteriormente colocando a cromatoplaca sobre uma lâmpada de comprimento adequado. As cromatoplacas podem ser compradas (de vidro ou alumínio) ou feitas em laboratório. Quando são feitas, inicialmente, mistura-se sílica para CCD (contém gesso) e água em um erlenmeyer de tampa esmerada, e posteriormente, essa suspenção e transferida para um carrinho contento placas de vidro em que a sílica será distribuída homogeneamente sobre a sua superfície. Figura 5. Preparo de cromatoplacas colocando a sílica de CCD. Obs: O manuseio da sílica requer cuidados especiais uma vez que a inalação pode levar a uma doença respiratória chamada Silicose. A silicose é ocorre devido à aspiração prolongada de finas partículas de sílica durante um período prolongado, que resultam em um processo inflamatório e posterior perda da capacidade de trocas respiratórias no pulmão. PARTE EXPERIMENTAL MATERIAIS Carinho de alumínio Vidro de penicilina Erlenmeyer 125 mL com tampa esmerilada Placa de petri capilares estufa Béquer de 50 mL Borrifador de vidro http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADlica 92 Béquer de 200 mL Termômetro para estufa Placas de vidro 5x10 cm Pera insufladora REAGENTES Trans-azo-benzeno Sílicapara cromatografia diclorometano anilina hexano acetanilida iodo água PARTE EXPERIMENTAL 1ª-PARTE- PREPARO DE UMA CROMATOPLACA. i) Transfere-se uma quantidade de sílica para CCD (contendo gesso) para um erlenmeyer de tampa esmerilada, adiciona-se água, coloca uma tampa de teflon e agita a mistura até se obter uma solução viscosa de sílica. (14g de sílica e 7g de água). Obs: A agitação deve ser constante durante 2 minutos. ii) Colocam-se as placas de vidro 5x10 cm no carrinho, e depois, passa um algodão contendo cetona ou álcool etílico sobre as placas; iii) Coloca-se o aplicador de alumínio na posição desejada (2.5mm) virado para fora e em seguida, verte a solução dentro deste aplicador, iv) Usando uma das mãos, corre o aplicador ao longo das placas até o final do carrinho, e posteriormente, agita o carrinho para homogeneizar a camada de sílica sobre as placas. v) Espera-se 5 minutos e depois transfere as cromatoplacas para a estufa (temp. 50- 80 °C) e deixa por 20 minutos. 2ª-PARTE- REAÇÃO DO TRANS-AZO-BENZENO E CIS-AZO-BENZENO. Um exemplo de reação radicalar catalisada pela energia solar e a formação do isômero cis- azobenzeno a partir do isômero trans-azobenzeno. 93 Esquema 1. Conversão fotocatalisada do isômero trans para cis-azobenzeno. Essa reação pode ser feita sobre a cromatoplaca. i) Assim, aplicaremos nos pontos A e B, certa quantidade de trans-Azobenzeno, e posteriormente, levaremos essa placa ao sol por 20 minutos; ii) Depois, aplicaremos novamente o trans-azobenzeno nos pontos B e C. (Obs: O ponto B, chamado de ponto misto, leva a aplicação do trans-azobenzeno antes de levar a placa ao sol, e depois); iii) Coloca-se essa placa para correr dentro de uma cuba de vidro contendo solvente. (pode-se DCM, uma mistura de DCM-hexano 1:1 ou apenas hexano); iv) Após o solvente percorrer toda a cromatoplaca, retira-se a mesma do cuba de vidro, marca-se até aonde o solvente chegou e posteriormente calcula-se o Rf de cada substância. Obs: Não será preciso usar revelador nesta cromatoplaca uma vez que o reagente e o produto já aparecem na cromatoplaca. 3ª-PARTE- ACOMPANHAMENTO DE UMA REAÇÃO DE PROTEÇÃO. A prática de formação da acetanilida será posteriormente feita na rota de síntese da sulfonamida. Para esta reação, usou-se anilina, anidrido acético e ácido acético como reagentes. (Pavia, Lampman et al., 2009) Esquema 1. Formação da acetanilida a partir da reação da anilina com o anidrido acético em refluxo. 94 i) Aplicar na cromatoplaca anilina (dissolvida em um solvente) nos pontos A e B. ii) Aplicar na mesma placa acetanilida (dissolvida em um solvente) nos pontos B e C. iii) Colocar a placa na cuba de vidro contendo uma mistura de DCM e hexano (1:1) e deixe que o solvente percorra a placa até a parte superior. iv) Depois de completado a corrida, remover a cromatoplaca, deixar o solvente evaporar e coloca-la dentro da cuba de iodo. Série Eluotrópica com Propriedades Físicas dos Solventes solvente Polaridade (Al2O3) Ponto de ebulição(°C) n-hexano 0.00 69 Dietiléter 0.38 34.5 diclorometano 0.39 40 clorofórmio 0.40 61 acetona 0.56 56 acetato de etila 0.62 77 metanol 0.95 64 etanol 0.88 78 água alto 100 Tampão ou solução salina maiores * 95 CAPÍTULO 16 – EXPERIMENTO 15 OBTENÇÃO DE ÉSTERES A PARTIR DA ESTERIFICAÇÃO DE FISHER Objetivos Fazer a montagem de uma reação; Realizar uma reação de sobre refluxo; Elaborar uma reação e isolar o produto; Compreender o mecanismo da reação. Introdução Ésteres-sabores e aromas Muitos ésteres têm o sabor e aromas agradáveis e são comumente utilizados na indústria alimentícia para realçar o sabor ou aroma de muitos alimentos. Os sabores e aromas de muitos frutos e flores também têm na sua constituição à presença de vários ésteres. (Além de óleos essenciais). Embora os odores de ésteres de frutas sejam muito agradáveis, esses raramente são utilizados como perfumes aplicados no corpo, pois são pouco estáveis e sua hidrólise leva a formação de novos compostos tais como ácidos orgânicos, que não compartilham de suas propriedades organolépticas agradáveis. Descoberto em 1895 pelo cientista Emil Fischer, e assim posteriormente chamada de esterificação de Fisher, este descreveu a reação de Ácidos carboxílicos com álcoois, em uma reação de desidratação, na presença de ácidos inorgânicos (H2SO4, HCl) ou orgânicos (ácido trifluoroacético, ácido para-toluenosulfônico, etc) gerando os respectivos ésteres e água. A reação inversa de hidrólise do éster atinge um equilíbrio com a reação direta de formação do mesmo produto. (Esquema 01.) Contudo, mudanças nas condições da reação pode deslocar o equilíbrio para a obtenção do produto desejado, ou seja, em uma reação de esterificação, a remoção de água do meio reacional, leva a formação quantitativa dos produtos (princípio de Le Chatelier). Esquema 1. Reação reversível de uma esterificação genérica formando água e éster. 96 O principal éster utilizado em laboratório como solvente orgânico é chamado de acetato de etila da reação do etanol com o ácido acético. O produto tem o cheiro levemente adocicado, tem baixo ponto de ebulição (77,1°C) característico de ésteres. A seguir são apresentados outros ésteres alifáticos e aromáticos com aroma característico. Muitos destes ésteres são voláteis e possuem baixo ponto de ebulição, e se apresentam como líquidos viscosos. Esquema 2. Reação do etanol com ácido acético gerando o acetato de etila. Muitos destes ésteres são voláteis e possuem baixo ponto de ebulição, e se apresentam como líquidos viscosos. Desta forma, durante a elaboração do processo, deve-se evitar que os ésteres formados fiquem em frascos abertos por longos períodos de tempo. Tabela 01. Ésteres com aromas de frutas Nome Estrutura Aroma Acetato de etila Pêra aproximado Acetato de n-propila pêra Acetato de isopentenila tuti fruti Acetato de isopentila banana Acetato de octila laranja Acetato de benzila benzeno Butirato de etila abacaxi Butirato de metila maça Propionato de isobutila rum Fenil acetato de etila mel Antranilato de metila uva 97 Parte experimental Tabela 02. Reagentes e materiais usados na prática Materiais Reagentes Erlenmeyer 50mL Béquer Álcool isopentílico Pipeta Bastão de vidro Ácido Acético glacial Papel de filtro Frascos de vidro Ácido Sulfúrico Concentrado Borracha de silicone Agitador magnético Piceta com água destilada Bomba de vácuo Barra magnética Sulfato de sódio anidro termômetro Mangeira de silicone Bicarbonato de sódio Procedimento Figura 01. Montagem de uma reação com refluxo Síntese Será realizada a síntese do isopentenila, conhecido como óleo de banana por ter o odor característico desta planta. Para favorecer a formação do produto, o ácido acético será usado em excesso para favorecer a formação dos produtos da reação. O uso do ácido acético em excesso também pode ser justificado por ter um preço inferior ao álcool e por ser facilmente removido durante à elaboração com água. O excesso posteriormente pode ser removido com lavagem da fase orgânica com solução básica de bicarbonato de sódio. 98 1. Meça 2,5 mL de álcool isopentílico numa proveta e transfira para um balão de fundo redondo de 50 mL, e usando a mesma proveta, meça 4 mL de ácido acético (PM=60,1 d=1,06g.mL) e equipe com uma barra magnética. 2. Prenda o balão com uma garra num suporte universal contendo um agitador magnético e um banho de glicerina (veja a figura 01) 3. Adicione cerca de 10 gotas de ácido sulfúrico concentrado usando uma pipeta de pasteur cuidadosamente no balão reacional. 4. Ligue o agitador magnético e aqueça a reação por cerca de 60-75 minutos. 5. Após o tempo, esperea reação resfriar por alguns minutos, transfere para um funil de adição e adicione água. Remova a fase superior e guarde a fase inferior. Lave a fase orgânica com uma solução supersaturada de bicarbonato de sódio, e separe novamente a fase orgânica. 6. Seque a fase orgânica com sulfato de sódio anidro e filtre o material. Obs: O procedimento acima pode também ser realizado usando uma pipeta e um tubo de penicilina. Peça instruções para o professor. Determinação da pureza Práticas espectroscópicas de IV, RMN ou Massas poderão ser empregadas para determinação de pureza do produto obtido. O material poderá ser guardado para uso futuro. Questionário 1. Qual a reação genérica da formação de um éster? 2. Como fazer para deslocar o equilíbrio da reação para formação dos produtos? 3. Qual a fórmula molecular do ácido acético? 4. Qual as siglas utilizadas para o ácido acético? 5. Qual é a fase orgânica formada na reação de esterificação? 6. Mostre o mecanismo de esterificação. 7. Como o produto é isolado? 8. Qual é a estrutura de Lewis do acetato de etila. 9. Por que foi usado sulfato de sódio anidro na elaboração da reação? 10. Por que não se deve fazer a recristalização com água? 99 Bibliografia COSTA, P.; PILLI, R.; PINHEIRO, S.; VASCONCELLOS, M. Substâncias Carboniladas e Derivados. Artmed. Editora S. A.2003. ISBN 85-363-0253-4. PAVIA, D. L. et al. Química Orgânica Experimental Técnicas de escala pequena. Segunda Edição. Porto Alegre: Bookman, 2009. 880 ISBN 978-85-7780-515-0. VERONIKA, M. Practical High-Performance Liquid Chromatography. Quarta Edição. Chichester, New York , Winheim, Brisbane, Singapore, Toronto, 2004. 357 ISBN 0-470-09378-1. MCMURRY, J. Química Orgânica- Combo. Quarta Edição. Cengage Learning Edições Ltda., 2012.1141. ISBN 13-978-85-221-1008-7. SOLOMONS, T. W. G. ; FRYHLE, C. B. Química Orgânica- Combo. Decima Edição. LTC, 2012.616. Volume 1. ISBN 978-85-216-2033-4. SIMÕES, C. M. O. ; SCHENKEL, E. P. ; GOSMANN, G.; MELLO, J. C. P.; MENTZ. L. A.; PETROVICKK, P. R. Farmacognosia da Planta ao Medicamento. Quinta Edição. UFRGS Editora. 1999.1102. ISBN 85-7025-682-5. WAGNER, H.; BLADT, S. Plant Drug Analysis A Thin Layer Chromatoghaphy Atlas. Second Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. 384 ISBN 978-3-642-00573-2. 100 APÊNDICE 01 SECAGEM DOS SOLVENTES ORGÂNICOS No processo de elaboração, trabalha-se sempre com uma fase aquosa e uma fase orgânica, esta última, provavelmente contém a substância de interesse que posteriormente será isolada e caracterizada. Sendo assim, a fase orgânica é sempre isolada no funil de separação, mas é importante perceber que algumas moléculas de água ainda estão presentes nesta solução. Para remover esse resíduo de água, o procedimento conhecido como secagem do solvente, usa-se um sal anidro com a capacidade de coordenar com moléculas de água. (Tabela 01.) A remoção de água não se retém apenas a solventes de elaboração e agentes secantes podem ser empregados para secagem de reações em andamento, secagem de vidraria, etc. Tabela 01. Uso de agentes secantes e suas aplicações Agente secante sal hidratado Comentários Sulfato de sódio Na2SO4.10H2O Um dos agentes mais utilizados durante elaboração. Perde água acima de 32,4°C. Formação de uma crosta e a solução fica límpida após secagem. Magnésio de sódio MgSO4.7H2O Muito eficiente, contudo necessita-se fazer uma filtragem posterior. Pode ser usado com a maioria dos solventes orgânicos. Cloreto de cálcio CaCl2.6H2O Rápido e eficiente, contudo o sal comercializado deve ser desidratado em uma estufa antes do uso. Carbonato de potássio K2CO3.XH2O Não é utilizado para secagem de solventes após elaboração. Apenas empregado para tratamento de solventes. 101 KOH Formação de solução Secagem de algumas bases orgânicas, tais como anilina, trietilamina, isopropildietilamina. Silica gel (SiO2)n Usado para secagem de dissecadores, e aparatus de secagem de reação. Possui indicador de secagem, mostrando a mudança de coloração (rosa-hidratado e azul-anidro). Reutilizável após secagem em estufa. Peneira Molecular (A4) Na12(Al12Si12O48).27H 2O Aluminossilicato* Uso diverso. Nome em inglês é molecular sieves e pode ser usado para outras aplicações incluindo secagem de reações em andamento e tratamento de solventes. TABELAS PERIÓDICAS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS 102 103 APÊNDICE 02 SISTEMAS DE UNIDADES 104 APÊNDICE 03 L TABELA A.- SÉRIE ELUOTRÓPICA COM VISCOSIDADE DE ALGUNS SOLVENTES ORGÂNICOS NOME FÓRMULA Polaridade E°(Al2O3) viscosidade n-hexano C6H14 0 0,23 n-pentano C6H12 0 0,33 tetracloreto de carbono CCl4 0,18 0,97 benzeno C6H6 0,32 0,65 tolueno C6H5CH3 0,29 0,59 clorofórmio CHCl3 0,40 0,57 dietiléter C2H5OC2H5 0,38 0,24 diclorometano CH2Cl2 1,60 9,08 acetona CH3OCH3 0,56 0,32 Acetato de etila C2H5OCOCH3 0,62 0,45 etanol C2H5OH 0,88 1,20 metanol CH3OH 0,95 0,60 etilenoglicol HOCH2CH2OH 2,28 37,5 acetona CH3COCH3 2,88 20,7 acetonitrila CH3CN 0,65 0,37 Ácido acético HOAc alto 1,26 água H2O alto 1,00