Relatório Corantes

Prévia do material em texto

Orgânica Experimental II
Síntese de corantes
ACETANILIDA
REAÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Cálculo do rendimento (R1):
DADOS:
Fórmula molecular da Anilina = C6H7N 
Massa Molar da Anilina = 93g/mol
Fórmula molecular da Acetanilida = C8H9NO
Massa Molar da Acetanilida = 135g/mol
Cálculo do número de mols de anilina:
1 mol de C6H7N -------- 93 g de C6H7N
 n(C6H7N) ---------- 7,75 g de C6H7N
 n(C6H7N) = 0,083 mol de C6H7N
Cálculo do número de mols de acetanilida:
1 mol de C8H9NO -------- 135 g de C8H9NO
 n(C8H9NO) ---------- 11,5 g de C8H9NO
 n(C8H9NO) = 0,085 mol de C8H9NO
Cálculo do rendimento da reação:
0,083 mol de C8H9NO ----- 100%
0,085 mol de C8H9NO ----- R1%
 R1% = 102,41%
Teste de solubilidade:
- Solução aquosa a 20% (v/v) HCl:
		+ acetanilida: INSOLÚVEL
		+ anilina: SOLÚVEL
Cromatografia em camada fina:
Solvente: Diclorometano e metanol 1:1
Eluente: 70% Hexano e 30% acetato de etila
Placa: Macherey - nagel alugram sil 0,20 mm G/UV284
Distância percorrida pelo composto puro: 2,0 cm
Distância percorrida pelo composto sintetizado: 1,8 cm
A Rota A da síntese da acetanilida com ácido acético, realizada por algumas duplas no laboratório, utilizou um tampão de ácido acético/acetato de sódio, que é utilizado para minimizar a diacetilação da amina, o ácido acético auxilia no ataque nucleofilico enquanto o acetato de sódio impede que o ácido protone toda anilina. No entanto é sabido que a diacetilação da amina sofre decomposição em presença de água, fornecendo a acetanilida e ácido acético. 
Na Rota B, realizada por minha dupla, substituiu-se o tampão ácido acético/acetato de sódio por água. A acetilação inicial da anilina gera ácido acético, que vai manter o pH da mistura reacional na faixa ácida, protonando parcialmente a anilina, qualquer diacetil anilina formado será decomposto pela água presente no meio reacional. Utilizando a água no lugar do tampão, fica evidenciado maior economia nos reagentes, ácido acético glacial e o acetato de sódio, minimizando os rejeitos e obtendo com bom rendimento a acetanilida. Como a lavagem do produto é realizada com água gelada não há incorporação de solventes à acetanilida.
A solubilidade da acetanilida em água é baixa, praticamente insolúvel. Sabe-se que a solubilidade é diretamente proporcional à temperatura; buscou-se diminuir a temperatura através de banho de gelo e do uso de água gelada na filtração, para evitar perda por solubilização.
Como forma de verificar a obtenção do produto desejado realizou-se um teste de solubilidade em solução aquosa de ácido clorídrico 20%. Apenas a anilina se solubiliza, pois, apresenta ressonância no anel aromático e formando o cloreto de anilínio. A acetanilida (que possui o grupamento amida) por não ser tão básica quanto a anilina (que possui um grupamento amina), não vai solubilizar permanecendo em suspensão. 
Além do teste de solubilidade, realizou-se a cromatografia em camada fina. A partir dos valores obtidos, notamos que havia impureza na acetanilida obtida no experimento.
Utilizou-se 0,083 mol de anilina, (7,75 g), esperava-se obter 0,083 mol de acetanilida, (11,20 g). Obteve-se 0,085 mol de acetanilida, (11,5 g), o rendimento da reação foi de 102,41%. O rendimento obtido foi acima do esperado e seguindo a lei de conservação das massas de Lavoisier, podemos dizer que ocorreu algum erro durante o experimento. 
As possíveis justificativas para este rendimento acima de 100% são: erro no cálculo dos reagentes, erro na pesagem dos reagentes, equipamentos laboratoriais mal calibrados, erro durante a lavagem e a secagem do produto, deixando água no mesmo.
P-NITROACETANILIDA
REAÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Cálculo do rendimento (R2):
DADOS:
Fórmula molecular da Acetanilida = C8H9NO
Massa Molar da Acetanilida = 135g/mol
Fórmula Molecular da p-nitroacetanilida – C8H8N2O3
Massa Molar da p-nitroacetanilda – 180g/mol 
Cálculo do número de mols de acetanilida:
1 mol de C8H9NO -------- 135 g de C8H9NO
 n(C8H9NO) ---------- 5 g de C8H9NO
 n(C8H9NO) = 0,037 mol de C8H9NO
Cálculo do número de mols de p-nitroacetanilida:
1 mol de C8H8N2O3 -------- 180 g de C8H8N2O3
 n(C8H8N2O3) ---------- 5,3 g de C8H8N2O3
 n(C8H8N2O3) = 0,029 mol de C8H8N2O3
Cálculo do rendimento da reação:
0,037 mol de C8H8N2O3 ----- 100%
0,029 mol de C8H8N2O3 ----- R2%
 R2% = 78,38%
Reação de confirmação:
[FeSO4(NH4)2.6H20] + H2SO4 → FeSO4
 	 INSTÉVEL
		FeSO4 + 2KOH → Fe(OH)2 + K2SO4
		Fe(OH)2 + R-NO2 → Fe(OH)3 + R-NH2
			 	 
- Solução a 5% de sulfato ferroso amoniacal + solução aquosa a 10% (v/v) de ácido sulfúrico + solução metanólica a 10% de KOH:
			+ acetanilida: NEGATIVO
			+ p-nitroacetanilida: POSITIVO
Cromatografia em camada fina:
Solvente: Diclorometano e metanol 1:1
Eluente: 70% Hexano e 30% acetato de etila
Placa: Macherey - nagel alugram sil 0,20 mm G/UV284
Distância percorrida pelo composto puro: 1,1 cm
Distância percorrida pelo composto sintetizado: 1,1 cm
Realizou-se uma substituição eletrofílica aromática na qual um hidrogênio do anel aromático é substituído por um grupo nitro (NO2). Na nitração da acetanilida, utilizou-se ácido sulfúrico e ácido nítrico.
O íon nitrônio (NO2+) é a espécie eletrofílica nessa reação reage com o anel aromático rico em densidade eletrônica, gerando um carbocátion intermediário. A perda de um próton do intermediário restabelece a aromaticidade do sistema, fornecendo o produto nitrado neutro.
O controle da temperatura é essencial para um rendimento satisfatório, a reação de formação da p-nitroacetanilida é muito exotérmica e para que não ocorresse a formação do produto o-nitro acetanilida, que é favorecido por temperaturas mais elevadas. Em seguida, adicionou-se uma mistura de ácido nítrico e sulfúrico concentrados, novamente controlou-se a temperatura por volta de 10ºC, para impedir a formação de compostos dissubistituídos, pois o produto desejado contém substituinte na posição para.	 
 Para a comprovação da formação do produto desejado foram utilizados dois métodos: teste de identificação para o grupo nitro e cromatografia em camada fina.	
 Para o teste de identificação, o resultado foi positivo, onde houve passagem do hidróxido ferroso (azulado) para o hidróxido férrico (vermelho-acastanhado).	
 Na cromatografia em camada fina podemos confirmar a presença da p-nitroacetanilida, sem traços de acetanilida.	
 Utilizou-se 0,037mol de acetanilida, (5,0 g), esperava-se obter 0,037 mol de p-nitroacetanilida, (5,58 g). Obteve-se 0,029 mol de p-nitroacetanilida, (5,3g), portanto o rendimento da reação foi de 78,38% O rendimento obtido era esperado e satisfatório pois durante a síntese verificou-se perda de material na filtragem, na pesagem e na manipulação deste.
P-NITROANILINA
REAÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Cálculo do rendimento (R3):
DADOS:
Fórmula Molecular da p-nitroacetanilda – C8H8N2O3
Massa Molar da p-nitroacetanilda – 180g/mol 
Fórmula Molecular da p-nitroanilina – C6H6N2O2
Massa Molar da p-nitroanilina – 138 g/mol
Cálculo do número de mols de p-nitroacetanilida:
1 mol de C8H8N2O3 -------- 180 g de C8H8N2O3
 n(C8H8N2O3) ---------- 3,75 g de C8H8N2O3
 n(C8H8N2O3) = 0,021 mol de C8H8N2O3
Cálculo do número de mols de p-nitroanilina:
1 mol de C6H6N2O2 -------- 138 g de C6H6N2O2
 n(C6H6N2O2) ---------- 2,2 g de C6H6N2O2
 n(C6H6N2O2) = 0,016 mol de C6H6N2O2
Cálculo do rendimento da reação:
0,021 mol de C6H6N2O2 ----- 100%
0,016 mol de C6H6N2O2 ----- R3%
 R3% = 76,19%
Reação de confirmação:
 	- Aldeído p-dimetilaminobenzóico em ácido acético glacial:
			+ p-nitroacetanilida: NEGATIVO
			+ p-nitroanilina: POSITIVO
Cromatografia em camada fina:
Solvente: Diclorometano e metanol 1:1
Eluente: 70% Hexano e 30% acetato de etila
Placa: Macherey - nagelalugram sil 0,20 mm G/UV284
Distância percorrida pelo composto puro: 2,7 cm
Distância percorrida pelo composto sintetizado: 2,6 cm
Quando em meio ácido, ocorre a ativação da carbonila, ou seja, a mesma se protona tornado a carbonila mais eletrofílica. Assim, a água é capaz de atuar como nucleófilo e atacando o carbono da carbonila, gerando um intermediário tetraédrico, uma vez ocorrido o prototropismo, via solvente, do H+ do oxigênio para o nitrogênio (já que o último é menos eletronegativo que o oxigênio, tenderá a receber melhor a carga positiva), obtém-se em presença de base a p-nitro anilina (produto desejado).	
 Nota-se que não se preparou a p-nitro anilina através de uma nitração direta da anilina, pois o meio reacional para tal seria altamente oxidante, o que leva a degradação do substrato. E, ainda, mesmo que não ocorresse a perda do substrato, a presença de nitrato, como o meio reacional propicio, levaria a nitração da anilina em todas as posições possíveis, sendo, portanto, obtido um produto indesejado.	
 Então, se faz necessária uma reação intermediária transformando a amina em amida, mais especificamente em acetanilida, e a nitração inserida somente na posição para, ou seja, a posição desejada.	
 Para a comprovação da formação do produto desejado foram utilizados dois métodos: teste de identificação para o grupo amina e cromatografia em camada fina.	
 Para o teste de identificação, misturou-se pequenos cristais de p-nitroanilina com ácido acético glacial e aldeído p-dimetilaminobenzóico, a fim de que o aldeído reagisse com a amina primaria formando a base de Schiff. Uma vez ocorrida à reação, a coloração passou de amarela para vermelha, confirmando a presença de amina, como previsto pela literatura. Contudo, como a p-nitro acetanilida é uma amida, a reação do aldeído não ocorre, acarretando a coloração do meio continuar sendo amarelada/laranja claro, assim como quando realizado o teste para a acetanilida.	
 Na cromatografia em camada fina podemos confirmar a presença da p-nitroanilina, sem traços de p-nitroacetanilida.	
 Utilizou-se 0,021mol de p-nitroacetanilida, (3,75 g), esperava-se obter 0,021 mol de p-nitroanilina, (2,9 g). Obteve-se 0,029 mol de p-nitroanilina, (2,2 g), portanto o rendimento da reação foi de 76,19% O rendimento obtido era esperado e satisfatório pois durante a síntese verificou-se perda de material na filtragem, na pesagem e na manipulação deste.
ÁCIDO SULFANÍLICO
REAÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Cálculo do rendimento (R4):
DADOS:
Fórmula molecular da Anilina = C6H7N 
Massa Molar da Anilina = 93g/mol
Fórmula molecular do Ácido sulfanílico = C6H7NO3S
Massa Molar do Ácido sulfanílico = 173g/mol
Cálculo do número de mols de anilina:
1 mol de C6H7N -------- 93 g de C6H7N
 n(C6H7N) ---------- 10,2 g de C6H7N
 n(C6H7N) = 0,110 mol de C6H7N
Cálculo do número de mols de ácido sulfanílico:
1 mol de C6H7NO3S -------- 173 g de C6H7NO3S
 n(C6H7NO3S) ---------- 7,0 g de C6H7NO3S
 n(C6H7NO3S) = 0,040 mol de C6H7NO3S
Cálculo do rendimento da reação:
0,110 mol de C6H7NO3S ----- 100%
0,040 mol de C6H7NO3S ----- R4%
 R4% = 36,36%
 Como a anilina possui orientação orto-para para reações de substituição eletrofílica aromática, a sulfonação ocorre preferencialmente na posição para, a utilização do ácido sulfúrico promove uma desativação do anel devido à protonação do nitrogênio da amina. Necessitou-se um rigoroso controle da temperatura, na qual poderia variar de 185 à 1900C, pois esta faixa de temperatura fornecia a energia necessária para favorecer a posição para.	
 Utilizou-se 0,110 mol de anilina, (10,2 g), esperava-se obter 0,110 mol de ácido sulfanílico, (19,0 g). Obteve-se 0,040 mol de ácido sulfanílico, (7,0 g), portanto o rendimento da reação foi de 36,36% O rendimento obtido foi baixo devido à dificuldade intrínseca de a reação acontecer com 100% de eficiência, já que necessitou de um minucioso controle da temperatura. Também houve perda de material na filtragem, na pesagem e na manipulação durante o procedimento experimental. Além disso, o ácido sulfúrico fumegante foi substituído pelo ácido sulfúrico concentrado. Diminuindo ainda mais o rendimento.
CORANTES
O homem utiliza os corantes desde a Antiguidade para dar cor aos tecidos, às cerâmicas e aos couros. Na Antiguidade, os tecidos de tons vermelhos eram os mais procurados pela aristocracia pois essa cor simbolizava a dignidade e a nobreza.
Acredita-se que o tingimento de tecidos surgiu na Índia: indikos é o nome grego para hindu, o que deu origem ao nome índigo. Da Índia, o tingimento passou para a Pérsia, a Fenícia e o Egito, onde foram encontrados tecidos tingidos em tumbas do século XXV a.C. Os antigos já sabiam que a mistura de corantes azuis, vermelhos e amarelos produzia novas cores. Os gregos pintavam suas cerâmicas de vermelho, preto e azul. Corantes vermelhos, brancos, verdes, azuis, amarelos e pretos tingiam vidros produzidos pelos assírios sete séculos antes de Cristo. Tecidos encontrados em cavernas próximas ao Mar Morto do ano 135 foram tingidos de amarelo com açafrão. Pigmentos eram usados para fazer desenhos em cavernas, decorações de túmulos e pinturas murais. 
Três corantes orgânicos de origem vegetal e animal tiveram grande importância desde a antiguidade: o índigo, a púrpura e a alizarina. O índigo natural, ou corante azul, conhecido também como anil, era obtido a partir do suco da planta indigófera Isatis tinctoria. O corante púrpura era produzido a partir do esmagamento de moluscos marinhos. A alizarina é o pigmento vermelho da raiz da garança ou "ruiva".
Embora a arte de tingir tenha começado como um ofício caseiro, o tingimento foi, durante séculos, uma atividade comercial, que formou profissionais. As receitas eram secretas, e baseadas no empirismo e na experiência. No final do século XVIII começaram a surgir corantes sintéticos que mudaram as práticas seculares dos artesãos. O primeiro foi o ácido pícrico. A substância foi sintetizada pela primeira vez em 1771 e usada como corante para lã e seda a partir de 1788. Embora produzisse um amarelo intenso, tinha as desvantagens de ser uma substância potencialmente explosiva, a fixação não era boa e era de difícil obtenção.	
A indústria de corantes mudaria radicalmente em meados do século XIX, na Europa, quando a revolução industrial começou a alterar a face da sociedade agrária. A indústria têxtil cresceu rapidamente, e aumentou a demanda por produtos químicos para branquear, beneficiar e tingir. Os corantes naturais já não supriam a demanda. Em 1856, o primeiro corante orgânico foi sintetizado pelo inglês William Perkin, aos 18 anos de idade. Foi uma descoberta acidental. No final do século XIX já existiam fábricas de corantes sintéticos na Alemanha, Inglaterra, França e Suíça, suprindo as necessidades das indústrias de tecidos, couro e papel de vários países. A alizarina sintética tornou-se disponível em boa quantidade e qualidade em 1868. O índigo sintético tornou-se disponível em 1880. Além disso, surgiram outros corantes sintéticos que davam tons vivos e límpidos, que não desbotavam e produziam resultados uniformes. No final do século XIX os tintureiros tinham cerca de duas mil cores sintéticas à disposição; a indústria dos corantes químicos já substituíra o empreendimento milenar de extração de corantes de fontes naturais.
Pigmentos e corantes são substâncias comumente confundidas que quando aplicadas a um material lhe conferem cor. A principal diferença entre pigmentos e corantes é que, quando aplicados, os pigmentos são insolúveis e os corantes são solúveis. Outro diferencial entre os dois produtos diz respeito à cobertura: quando se usa o pigmento numa tinta ele promove simultaneamente a cobertura, a opacidade, o tingimento e a cor; corante só promove o tingimento, sem proporcionar cobertura. Desta forma, o corante mantém a transparência do objeto tingido; já o pigmento dá core tira a transparência. O corante possui um poder tintorial (quantidade de pigmento ou corante necessária para se obter a cor desejada) muito superior ao do pigmento, sendo necessária uma quantidade muito maior de pigmento para se obter a cor proporcionada por um corante. Ou seja, a diferença básica entre pigmentos e corantes está no tamanho de partícula e na solubilidade no meio em que é inserido. A solubilidade de um determinado colorante pode ser determinada pela presença de certos grupos químicos na estrutura do composto, os quais podem ocasionar as diferenciações entre pigmentos e corantes.
Normalmente pigmentos e corantes são fornecidos em pó, cabendo à indústria fazer sua moagem, dispersão ou dissolução até o ponto desejado para a aplicação no material ou substrato. Eles também podem ser adquiridos pré-dispersos, prontos para o uso, já beneficiados com aditivos, estabilizantes e outros componentes. São os concentrados comercializados na forma líquida ou em pasta.	
 Os corantes podem ser classificados segundo diversos aspectos, como classes químicas, usos a que se destinam, origem, entre outros. Os corantes utilizados em alimentos, por exemplo, são usualmente classificados segundo sua origem.	
 Visto que corantes são compostos complexos, muitas vezes é difícil determinar uma fórmula química para cada um. Dessa forma, a nomenclatura química usual não é comumente utilizada, sendo usados preferencialmente os nomes comerciais. Para identificar um corante, muitas vezes comercializado com diferentes nomes, utiliza-se o Colour Index (CI), publicação da American Association of Textile Chemists and Colorists e da British Society of Dyers and Colorists. Esta publicação apresenta uma lista de nomes e números para designar os diversos tipos de corantes (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA QUÍMICA, 2011). Para corantes alimentícios deve-se relacionar na lista de ingredientes o nome completo do corante ou seu número de INS (International Numbering System). Existem ainda outros códigos para identificação de corantes, entre eles o CAS NUMBER e Código Brasil.
Objetivo
Sintetizar o corante diazoaminobenzeno a partir da anilina.
Reação
Resultados e discussão
Cálculo do rendimento (R4):
DADOS:
Fórmula molecular da Anilina = C6H7N 
Massa Molar da Anilina = 93g/mol
Fórmula molecular da Diazoaminobenzeno = C12H11N3
Massa Molar da Diazoaminobenzeno = 197g/mol
Cálculo do número de mols de anilina:
1 mol de C6H7N -------- 93 g de C6H7N
 n(C6H7N) ---------- 7 g de C6H7N
 n(C6H7N) = 0,075 mol de C6H7N
Cálculo do número de mols de diazoaminobenzeno:
1 mol de C12H11N3 -------- 197 g de C12H11N3
 n(C12H11N3) ---------- 12,8 g de C12H11N3
 n(C12H11N3) = 0,065 mol de C12H11N3
Cálculo do rendimento da reação:
0,075 mol de C12H11N3 ----- 100%
0,065 mol de C12H11N3 ----- R5%
 R5% = 86,67%
Reação de confirmação:
 		- Aldeído p-dimetilaminobenzóico em ácido acético glacial:
			+ diazoaminobenzeno: NEGATIVO
O Diazoaminobenzeno, 1,3-difenil-1-triazeno, é um composto de cor amarelo intenso, com massa molar 197,23g/mol. Sua fórmula é C12H11N3, apresenta temperatura de fusão igual à 98ºC e temperatura de ebulição igual à 150ºC.
Na estrutura do diazoaminobenzeno ressalta-se que contém uma amina ligada diretamente a um agrupamento azo, caracterizando o triazeno. No caso a molécula contém anilina de um lado e a fenila do outro, conferindo sua alta estabilidade por deslocalização eletrônica.
O diazoaminobenzeno é um dos principais representantes comerciais dos sais de diazônio, é utilizado como intermediário químico, aditivo polimérico e agente complexante. É usado em diversos setores industriais, como na fabricação de corantes, produtos químicos agrícolas, com inseticidas e amplamente empregado em processos de síntese orgânica.
Foi descoberto por Peter Griess (1829-1888), químico industrial, em 1859, num amplo estudo sobre a preparação de sais de diazônio. Os triazenos possuem o grupamento (N=N-NH) e seus derivados tem sido bastante investigado na clínica contra o câncer. Seus ânions triazenidos são análogos ao ânion nitrito (O=N-O-).
Estudos prévios demonstraram que o diazoaminobenzeno tem efeito carcinogênico em humanos. Mostrou-se que, tanto em animais de experimentação quanto em tecido humano, o diazoaminobenzeno é metabolizado a benzeno, um composto previamente conhecido como carcinogênico. O diazoaminobenzeno causa dano genético nas células.
O diazoaminobenzeno foi identificado, em pequenos níveis, como um contaminante em corantes os quais podem ser usados na indústria de drogas, cosméticos e alimentos.
O controle da temperatura é essencial para um rendimento satisfatório, a reação de formação do diazoaminobenzeno é exotérmica e os sais de diazônio de aminas aromáticas não se decompõem apenas quando a temperatura da reação é mantida entorno de 5 ºC.
Para o teste de identificação, misturou-se pequenos cristais de diazoaminobenzeno com ácido acético glacial e aldeído p-dimetilaminobenzóico, para que tivéssemos a confirmação da não existência de impurezas de anilina no produto final. A reação não ocorre, acarretando a coloração do meio continuar sendo amarelada e obteve-se o resultado negativo esperado, pois o composto não possui amina primária. 
Utilizou-se 0,075mol de anilina, (7,0 g), esperava-se obter 0,075 mol de diazoaminobenzeno, (14,8 g). Obteve-se 0,065 mol de diazoaminobenzeno, (12,8 g), portanto o rendimento da reação foi de 86,67%. O rendimento obtido era esperado e satisfatório pois durante a síntese verificou-se perda de material na filtragem, na pesagem e na manipulação deste.