Prévia do material em texto
1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I I I QUI -A64 Apostila de estudos Professores: Drª. Eliane de Oliveira Silva e Dr. Mauricio Moraes Victor Salvador, Bahia QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL III – QUI A64 PLANO DE ENSINO: QUI-A64 2 QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL III - QUI-A64 1- OBJETIVOS GERAIS 1.1 - Estudo dos procedimentos de purificação e identificação de compostos orgânicos. 1.2 - Caracterização funcional e identificação por métodos químicos e espectrométricos. 1.3 - Conhecer as técnicas para sintetizar, separar e purificar compostos orgânicos. 1.4 - Desenvolvimento de uma rota sintética em várias etapas. 1.5 - Estudo de mecanismo de reações. 1.6 - Familiarização com técnicas analíticas de uso recorrente em Química Orgânica. 2- CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 2.1 - Projeto e realização de pequenas sínteses, incluindo análise dos produtos, propostas com base em consulta a livros especializados, revistas, periódicos e em meios eletrônicos. 2.2 - Estudo prático de mecanismos de reações. 2.3 - Identificação de amostra desconhecida com base nas propriedades físicas, como, ponto de fusão, de ebulição e índice de refração, testes químicos, preparo de derivados, análise cromatográfica e espectroscópica, como IV. UV e RMN. 2.4 – Desenvolvimento de projeto na área de Química Orgânica. 3- PROCEDIMENTO DIDÁTICO A disciplina será desenvolvida através de experimentos em laboratório, relatórios e seminários. 4- RELATÓRIO O relatório da experiência e do projeto realizada deverão ser entregues ao Professor em data acertada. O relatório deverá conter os seguintes itens: 1. Título da experiência realizada. 2. Objetivos. 3. Introdução. 4. Resultados (deverão ser colocados preferencialmente em forma de tabelas e gráficos), reações, mecanismos, cálculos e outras observações relacionadas ao experimento. 5. Discussão: comentários dos resultados obtidos experimentalmente e comparação com os dados disponíveis na literatura. 6. Conclusão. 7. Bibliografia. 5- BIBLIOGRAFIA 1) Shriner, R. L.; Fuson, R. C.; Curtin, D. Y.; Morrill, T. C. Identificação Sistemática Dos Compostos Orgânicos. Manual de Laboratório. 6ª ed., Guanabara Dois, R. J., 1983. 2) Pavia, D. L.; Lampman, G. M.; Kriz, G. S.; Engel, R. G. Química Orgânica Experimental - Técnicas de Escala Pequena, Tradução da 3ª edição norte-americana, Bookman, 2013. 3) Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S. e Vyvyan, J. R. Introdução à Espectroscopia. Tradução da 5ª edição norte-americana, Cengage Learning, 2016. 4) Silverstein, R. M.; Webster, F. X.; Kiemle, D. J. Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos, 7a. ed., LTC, 2006. 5) Willianson, K. L., Masters, K. M. Macroscale and Microscale Organic Experiments, 6nd ed., Brooks/Cole, Cengage Learning, Belmont, USA, 2011. 6) Collins, C.A.; Braga, G. L.; Bonato P. S. Introdução a Métodos Cromatográficos, Editora da Unicamp, Campinas, 1997. 7) Soares, B. G. Química Orgânica Teórica e Técnicas de Preparação, Purificação e Identificação de Compostos Orgânicos, Guanabara, R. J., 1988. 3 8) Fieser, L. F., Williamson, K. L.; Fieser, L. E. Organic Experiments, 7th ed., Heath and Company, Lexington, Massachusetts, Toronto, D.C. 1992. 9) LEHMAN, J. W. Operational Organic Chemistry - A Laboratory Course, 2nd ed, Prentice-Hall, Englewood Clifs, N.J.,1988. 10) Vogel, A. I., Química Orgânica. Análise Orgânica Qualitativa. 3a ed., Ao Livro Técnico, R. J. 1985. 11) Zubrick, J. W. Manual de sobrevivência no laboratório de Química – Guia de técnicas para o aluno, 6ª ed., LTC, 2004. 4 SEGURANÇA E NORMAS DE TRABALHO NO LABORATÓRIO 1 - INTRODUÇÃO Laboratórios de química não precisam ser lugares perigosos de trabalho (apesar dos muitos riscos em potencial que neles existem), desde que certas precauções elementares sejam tomadas e que cada operador se conduza com bom senso e atenção. Acidentes no laboratório ocorrem muito freqüentemente em virtude da pressa excessiva na obtenção de resultados. Cada um que trabalha deve ter responsabilidade no seu trabalho e evitar atitudes impensadas de desinformação ou pressa que possam acarretar um acidente e possíveis danos para si e para os demais. Deve-se prestar atenção a sua volta e prevenir-se contra perigos que possam surgir do trabalho de outros, assim como do seu próprio. O estudante de laboratório deve, portanto, adotar sempre uma atitude atenciosa, cuidadosa e metódica em tudo o que faz. Deve, particularmente, concentrar-se no seu trabalho e não permitir qualquer distração enquanto trabalha. Da mesma forma, não deve distrair os demais desnecessariamente. 2 - NORMAS DE LABORATÓRIO 01. Não se deve comer, beber ou fumar dentro do laboratório. 02. Cada estudante deve usar, obrigatoriamente, um guarda-pó. Não será permitida a permanência no laboratório ou a execução de experimentos sem o mesmo. O guarda-pó deverá ser de brim ou algodão grosso e, nunca de tergal, nylon ou outra fibra sintética inflamável. 03. Utilizar óculos de segurança, pois constituem proteção indispensável para os olhos contra respingos e explosões. O uso de sapato fechado também é indispensável e motivo para impedimento de realização da aula experimental: chinelos e sandálias não são tolerados. 04. Ao manipular compostos tóxicos ou irritantes a pele, usar luvas de borracha. 05. A manipulação de compostos tóxicos ou irritantes, ou quando houver desprendimento de vapores ou gases, deve ser feita na capela, sob ventilação. 06. Leia com atenção cada experimento antes de iniciá-lo. Monte a aparelhagem, faça uma última revisão no sistema e só então comece o experimento. 07. Aperfeiçoe o seu trabalho no laboratório, dividindo as tarefas entre os componentes de sua equipe. 08. Antecipe cada ação no laboratório, prevendo possíveis riscos para você e seus vizinhos. Certifique- se ao acender uma chama de que não existem solventes próximos e destampados, especialmente aqueles mais voláteis (éter etílico, éter de petróleo, hexano, dissulfeto de carbono, benzeno, acetona, álcool etílico, acetato de etila). Mesmo uma chapa ou manta de aquecimento quente podem ocasionar incêndios, quando em contato com solventes como éter, acetona ou dissulfeto de carbono. 09. Leia com atenção os rótulos dos frascos de reagentes e solventes que utilizarmos. 10. Seja cuidadoso sempre que misturar dois ou mais compostos. Muitas misturas são exotérmicas (ex. H2SO4 (conc.) + H2O), ou inflamáveis (ex. sódio metálico + H2O), ou ainda podem liberar gases tóxicos. Misture os reagentes vagarosamente, com agitação e, se necessário, resfriamento e sob a capela. 11. Em qualquer refluxo ou destilação utilize "pedras de porcelana" a fim de evitar superaquecimento. Ao agitar líquidos voláteis em funis de decantação, equilibre a pressão do sistema, abrindo a torneira do funil ou destampando-o. 12. Caso interrompa alguma AULA pela metade ou tenha que guardar algum produto, rotule-o claramente. O rótulo deve conter: nome do produto, data e nome da equipe. Pergunte sobre o local mais adequado para o armazenamento. 13. Utilize os recipientes apropriados para o descarte de resíduos, que estão dispostos no laboratório. Só derrame compostos orgânicos líquidos na pia, depois de estar seguro de que não são tóxicos e de não haver perigo de reações violentas ou desprendimento de gases. De qualquer modo, faça-o com abundância de água corrente. Consulte sempre o professor antes de qualquer procedimento. 14. Cada equipe deve, no final de cada aula, lavar o material de vidro utilizado e limpar a bancada. Enfim, manter o laboratório LIMPO. 5 3 - COMPOSTOSDE SOLUBILIDADE Os ensaios de solubilidade podem dar informações indicativas na identificação de amostras desconhecidas. A solubilidade dos compostos orgânicos pode ser dividida em duas categorias principais: a solubilidade na qual somente está envolvida a simples miscibilidade e a solubilidade na qual uma reação química é a força motriz, por exemplo, a reação ácido-base. Na prática, determina-se a solubilidade de uma amostra desconhecida naqueles solventes que podem fornecer informações úteis tais como: água, ácido clorídrico diluído, hidróxido de sódio diluído, solução de bicarbonato de sódio e ácido sulfúrico concentrado e frio. Recomenda-se também ensaios de solubilidade em solventes orgânicos, em geral, éter. Os testes de solubilidade ainda hoje podem ser usados para dar informações indicativas na identificação de substâncias desconhecidas. Entretanto, deve-se ter em mente que os mesmos não são infalíveis, muitos casos limítrofes de solubilidade são conhecidos. TESTE DE GRUPOS FUNCIONAIS Após amostra desconhecida ter sido classificada em um dos grupos de solubilidade, pode-se escolher e aplicar os testes de funcionalidade adequados. Por meio desses testes, funções muito parecidas podem ser facilmente diferenciadas, como por exemplo: aldeídos de cetonas, acetilenos de olefinas, álcoois de éteres, etc. Em geral esses testes são muito simples e rápidos, mas em certos casos usam quantidades de reagentes considerados excessivas. Os métodos espectrométricos modernos são muito mais rápidos e econômicos, mesmo assim, os testes de caracterização de grupos funcionais muitas vezes ainda são usados para elucidar questões duvidosas sob o ponto de vista das técnicas espectrométricas. PREPARAÇÃO DE DERIVADOS A partir dos exames anteriores de identificação o estudante chega a uma lista de possibilidades estruturais, a etapa seguinte é a confirmação da identidade de uma das possibilidades. Na abordagem clássica, usa-se frequentemente converter a amostra desconhecida em um derivado que seja sólido. O ponto de fusão de dois diferentes derivados mais o ponto de fusão ou o ponto de ebulição da substância desconhecida, muitas vezes são suficientes para identificar completamente a amostra. Outros dados podem facilitar a identificação, como por exemplo, a cor, o odor e o aspecto físico dos derivados. O estudante poderá encontrar tabelas de ponto de fusão para derivados de substâncias conhecidas em livros textos de química orgânica experimental, notadamente o Shriner (Identificação Sistemática de Compostos Orgânicos). Estas tabelas poderão ser usadas para identificar a amostra desconhecida. Como nos experimentos iniciais do curso nos debruçamos na determinação de constantes físicas, incluindo teste de solubilidade, abordaremos a seguir, em especial, as etapas envolvendo testes de grupos funcionais e preparação de derivados. TESTES DE GRUPOS FUNCIONAIS Cada grupo funcional apresenta certas reações características, daí as mesmas serem utilizadas como reações de identificação. Estas reações são testes qualitativos que permitem caracterizar uma determinada funcionalidade observando-se uma transformação química através de mudanças físicas provocadas por uma reação. Algumas dessas mudanças não são fáceis de serem observadas, mas úteis num determinado instante particular. Com restrições adicionais, os testes de análise funcional devem ser realizados à pressão atmosférica e num intervalo de tempo relativamente pequeno. 32 A partir da evidência experimental acumulada, deduz-se o grupo funcional, ou os grupos funcionais, que provavelmente estão presentes na amostra desconhecida, e realizam-se os ensaios por meio de reagentes apropriados à classificação. Listados abaixo encontramos os mais importantes testes de análise funcional, organizados por classes funcionais, inclusive com as instruções para o respectivo emprego. O estudante é fortemente aconselhado a não efetuar ensaios desnecessários, pois não somente constituem uma perda de tempo e reagente bem como aumentam a possibilidade de erro. Sugere-se a leitura de obras especializadas em que são discutidas em profundidade as limitações de cada teste. ALQUENOS E ALQUINOS A ligação múltipla é o grupo funcional reativo em alquenos e alquinos devido à pronta disponibilidade dos elétrons , podendo sofrer uma série de reações químicas incomuns em outras classes de substâncias orgânicas. Usualmente, os testes de insaturação mais utilizados para determinar a presença de uma ligação múltipla em amostras orgânicas são os testes de adição de bromo e oxidação com permanganato (teste de Bayer). ✓ TESTE DE BAYER - O teste de Bayer consiste no descoramento da solução de permanganato de potássio pela ligação múltipla de um alqueno ou alquino, com formação de um precipitado marrom (MnO2). Procedimento: Testar uma pequena porção da amostra a ser analisada, sob agitação, com uma solução de permanganato de potássio até que a coloração violácea persista. Uma vez que o permanganato não é miscível com compostos orgânicos poderá ser adicionado 0,5 mL de 1,2-dimetoxi-etano ou uma pequena quantidade de um catalisador de transferência de fase. ✓ TESTE COM SOLUÇÃO DE BROMO EM TETRACLORETO DE CARBONO - Ligações múltiplas de alquenos e alquinos descoram a solução de bromo em tetracloreto de carbono devido à formação de dibrometos ou tetrabrometos, incolores. Ligações múltiplas conjugadas com grupos carbonílicos (C=C-C=O) nas condições da realização do teste de adição de bromo, geralmente manifestam resultado negativo. Procedimento: Dissolver uma pequena porção da amostra a ser analisada em 2 mL de tetracloreto de carbono e adicionar a solução de bromo em tetracloreto de carbono, gota a gota, até que a coloração vermelha da solução de bromo persista. HALOGENETOS DE ALQUILA Os testes químicos de identificação de halogenetos de alquila tanto servem para evidenciar a presença de halogênio (cloro, bromo ou iodo) como para decidir se a amostra em questão é um halogeneto C=C H2O C C OH OH + + (violáceo) MnO4 MnO2 (precipitado marron) C=C R R R R R C C R Br2 Br2 CCl4 R C C Br Br Br Br R C C RR R R Br Br 2 + + CCl4 (vermelho) (incolor) (vermelho) (incolor) 33 primário, secundário ou terciário. Os dois testes mais empregados são: a reação com solução alcoólica de nitrato de prata e a reação com solução de iodeto de sódio em acetona. ✓ SOLUÇÃO ALCOÓLICA DE NITRATO DE PRATA - Os halogenetos de alquila reagem com nitrato de prata com precipitação do halogeneto de prata. A reação ocorre através de mecanismo SN1 e a reatividade dos halogenetos de alquila cresce na seguinte ordem: primários secundários terciários. A velocidade da reação também é influenciada pelo tipo de halogênio envolvido na reação. Os brometos e iodetos de alquila são mais reativos do que os cloretos que podem, às vezes, exigir aquecimento. Os halogenetos de arila, vinila e/ou alquinila não reagem. Os halogenetos de alila (C=C-C-X) e de benzila apresentam reatividade semelhante à dos halogenetos terciários. Esse teste pode ser também usado na determinação do halogênio, já que o halogeneto de prata formado tem coloração diferente, dependendo do íon halogeneto: cloreto de prata é branco; brometo de prata, amarelo-pálido; e iodeto de prata, amarelo. Procedimento: Colocar em um tubo de ensaio, 2 mL da solução alcoólica de nitrato de prata e 1 gota da substância halogenada. Se não houver precipitação à temperatura ambiente, em 5 minutos, aquecer o tubo em banho-maria. A formação de um precipitado é resultado positivo para halogênio. Observar sua coloração. Adicionar ao precipitado algumas gotas de ácido nítrico a 5% e observar possíveis mudanças. Os halogenetos de prata são insolúveis nestas condições, por outro lado, os sais de prata de compostos orgânicos sãosolúveis. ✓ SOLUÇÃO DE IODETO DE SÓDIO EM ACETONA - A solução de iodeto de sódio em acetona pode ser usada para distinguir os halogenetos primários, secundários e terciários. Esse teste complementa o anterior, e baseia-se no fato de que tanto o cloreto de sódio quanto o brometo de sódio são pouco solúveis em acetona, sendo o iodeto de sódio é solúvel. A reação ocorre através de mecanismo SN2 e a reatividade dos halogenetos de alquila segue a segue ordem: primário secundário terciário. Este ensaio é limitado a cloretos e brometos de alquila. Os brometos primários precipitam como brometo de sódio em cerca de 3 minutos à temperatura ambiente. Os brometos secundários e terciários reagem quando aquecidos a 50C. Os cloretos primários e secundários só reagem quando aquecidos a 50C. Os cloretos terciários não reagem. Procedimento: Colocar, em um tubo de ensaio, 1 mL da solução de iodeto de sódio e 2 gotas do halogeneto de alquila (no caso de sólidos, dissolver cerca de 50 mg em um pequeno volume de acetona). Agitar e deixar em repouso durante 3 minutos, à temperatura ambiente. Se não houver formação de precipitado, aquecer a mistura em banho-maria a 50C. Após 6 minutos de aquecimento, resfriar até atingir temperatura ambiente e observar a formação do precipitado. Outro ensaio para verificar a presença de halogênios (alquila ou arila) é o Teste de Beilstein. Neste ensaio faz-se um pequeno anel na extremidade de um fio de cobre e aquece-se na chama de um combustor Bunsen até que não apareça mais a coloração verde. O fio é então arrefecido naturalmente. Depois se mergulha o anel no composto original e aquece-se na borda da chama de Bunsen. A chama verde indica a presença de halogênio. (ppt branco, X = Cl) (ppt amarelo-pálido, X = Br) (ppt amarelo, X = I) R X + +AgNO3 etanol AgX RONO2 acetona + NaI acetona + ++ NaBr NaCl R I R I R Br NaIR Cl (ppt) (ppt) 34 FENÓIS Os fenóis têm características ácidas. Os valores de pKa variam muito com a natureza dos substituintes. Os principais testes de identificação de fenóis produzem cor. São os testes com hidróxido de sódio e com cloreto férrico. ✓ TESTE COM HIDRÓXIDO DE SÓDIO - Os fenóis reagem com hidróxido de sódio, produzindo fenolatos, que podem ser coloridos ou tornarem-se marrons, por oxidação. Alguns fenolatos precipitam em solução aquosa de hidróxido de sódio a 10%, mas se dissolvem em água. Procedimento: Colocar, em um tubo de ensaio, 1 mL de solução aquosa de hidróxido de sódio a 10% e uma pequena quantidade do fenol a ser analisado. Agitar bem e observar o aparecimento de cor. Caso isto não ocorra, deixar a solução em repouso por 30 minutos. Se ocorrer precipitação, diluir a solução com 20 mL de água e agitar. ✓ TESTE COM CLORETO FÉRRICO - Os fenóis formam complexos coloridos com íon Fe3+. A coloração varia do azul ao vermelho. O teste do cloreto férrico pode ser efetuado em água, metanol ou em diclorometano. 3ArOH + [Fe(H2O)6]3+ Fe(H2O)3(OAr)3 + 3H3O+ Procedimento: Dissolver 10 a 20 mg de amostra em 1 mL de água. Adicionar 5 gotas da solução de cloreto férrico a 3% e observar o desenvolvimento de cor (caso a amostra seja insolúvel em água, dissolver em etanol). ÁLCOOIS A identificação dos álcoois primários e secundários é feita com o teste de Jones e com o teste de Lucas. ✓ TESTE DE JONES - O teste de Jones baseia-se na oxidação de álcoois primários e secundários a ácidos carboxílicos e cetonas, respectivamente, pelo ácido crômico. A oxidação é acompanhada pela formação de um precipitado verde de sulfato crômico. O teste de Jones também dá resultado positivo para aldeídos e/ou fenóis. Procedimento: Dissolver 2 gotas de amostra a ser analisada (ou 15 mg, se a amostra for sólida) em 10 gotas de acetona pura. Adicionar, com agitação, 5 a 6 gotas da solução de ácido crômico. O aparecimento, em 5 segundos, de um precipitado verde confirma a presença de álcool primário ou secundário. Testar primeiro a acetona que será utilizada como solvente. No caso positivo, adicionar uma pequena quantidade de permanganato de potássio, refluxar e destilar. ✓ TESTE DE LUCAS - O chamado teste de Lucas é a reação de álcoois com solução de ácido clorídrico e cloreto de zinco, com a formação de cloreto de alquila. RCH2OH CrO3 H2SO4 R C O H R C O OH + + + Cr2(SO4)3 (verde) R2CHOH CrO3 H2SO4+ + C O R R + Cr2(SO4)3 (verde) R3COH CrO3 H2SO4+ + não reage 35 A reação ocorre com a formação de um carbocátion intermediário. Forma-se mais rapidamente o carbocátion mais estável e, a reatividade de álcoois aumenta na seguinte ordem: primário secundário terciário alílico benzílico. O teste de Lucas é indicado somente para álcoois solúveis em água. Procedimento: Misturar, em um tubo de ensaio, 2 a 3 mL do reagente de Lucas e 4 a 5 gotas da amostra a ser analisada e observar o tempo gasto para a turvação da solução ou o aparecimento de duas camadas. Os álcoois alílicos, benzílicos e terciários reagem imediatamente. Os álcoois secundários demoram cerca de 5 minutos para reagir. Se não ocorrer reação em 5 minutos, aquecer cuidadosamente em banho-maria durante 3 minutos. Os álcoois primários não reagem. Preparação do reagente de Lucas: o reagente é preparado, dissolvendo-se 22,7 g de cloreto de zinco anidro em 17,5 g de ácido clorídrico concentrado com resfriamento. ALDEÍDOS E CETONAS ✓ TESTE COM 2,4-DINITROFENILIDRAZINA - Os aldeídos e cetonas reagem com a 2,4- dinitrofenilidrazina em meio ácido para dar 2,4-dinitrofenilidrazonas, usualmente como um precipitado de coloração amarelo avermelhada. O produto tem, na maior parte dos casos, um ponto de fusão definido, o que permite caracterizar o aldeído ou cetona original. Procedimento: Dissolver 1 ou 2 gotas do líquido (ou cerca de 100 mg do sólido) a ser analisado em 2 mL de etanol e adicionar 2 mL da solução de 2,4-dinitrofenilidrazina. Agitar fortemente. Caso não haja precipitação imediata, deixar em repouso por 15 min. Se ainda assim não ocorrer precipitação, aquecer ligeiramente a solução, e deixar em repouso por mais 15 min. Um precipitado amarelo avermelhado é resultado positivo. ✓ ENSAIO DE TOLLENS - Este ensaio permite a distinção entre aldeídos e cetonas. A oxidação do aldeído pelo reagente de Tollens fornece um precipitado de prata elementar que aparece como um espelho nas paredes do tubo de ensaio. As cetonas não reagem. Procedimento: Dissolver uma pequena quantidade da amostra a ser analisada em algumas gotas de água ou etanol. Gotejar esta solução, com agitação constante, sobre cerca de 0,5 mL do reagente de Tollens. Caso a reação não ocorra imediatamente, aquecer o tubo de ensaio levemente, em banho-maria. A formação de um precipitado escuro de prata e/ou a formação de espelho de prata são resultados indicativos da presença de aldeído ou de outro grupo redutor. Preparação do reagente de TOLLENS: em um tubo de ensaio, colocar 2 mL de uma solução a 5% de AgNO3. Em seguida adicionar uma gota da solução a 10% de NaOH. Agitar o tubo e juntar solução R OH HCl R Cl H2O+ + ZnCl2 2,4-dinitrofenilidrazona2,4-dinitrofenilidrazina C=O R (H)R + NO2 NO2 NHNH2 H2SO4 NO2 NO2 NH N=C R R(H) (ppt amarelo-avermelhado) R CHO Ag(NH3)2OH Ag RCOO NH4 NH3 H2O+ 2 2 + 3+ + reagente de Tollens espelho de prata 36 de NH4OH a 10%, gota a gota, com agitação, até que o precipitado de hidróxido de prata se dissolva totalmente, obtendo-se uma solução transparente. Agitar o tubo e deixar em repouso por 10 minutos. ✓ TESTE DO IODOFÓRMIO - Este ensaio é positivo com amostras que contêm os grupos CH3CO-, ou CH2ICO-, ou CHI2CO-, ligados a um átomo de hidrogênio ou um átomo de carbono que não tem hidrogênios muito ativos, ou grupos que contribuem com um grau excessivo de impedimento estéreo. O ensaio permite a distinçãoentre cetonas (RCOR) e metilcetonas (RCOCH3). As substâncias que contêm um dos grupos mencionados não darão iodofórmio se o grupo for destruído pela ação hidrolítica do reagente, antes da iodação se completar. O ensaio do iodofórmio será positivo, como é claro, com compostos que reagem com o reagente teste e formam um derivado que contém um dos grupos mencionados acima. A seguir aparecem os tipos principais de compostos que dão resultado positivo no ensaio: Procedimento: Dissolver uma pequena quantidade da amostra a ser analisada em algumas gotas de dioxano (se a amostra não for solúvel em água), em um tubo de ensaio. Adicione 1 mL de solução de hidróxido de sódio a 10% e depois uma pequena quantidade de uma solução de iodo em iodeto de potássio, agitando sempre até que, até ter um ligeiro excesso, evidenciado pela coloração típica do iodo. Coloque o tubo de ensaio em um banho de água, mantido à temperatura de 60C. Quando o ligeiro excesso de iodo for descorado (neste aquecimento), continue a adição da solução de iodo, mantendo o aquecimento e agitando sempre, até que se manifeste, novamente, o excesso de iodo. A adição de iodo de iodo deverá ser continuada até que a coloração escura não desapareça depois de 2 min de aquecimento no banho de água a 60C. Ao final dessa etapa, o excesso de iodo é removido pela adição de algumas gotas da solução de hidróxido de sódio a 10%. Então, enche-se o tubo de ensaio com água e deixa-se em repouso por 15 min. o resultado positivo é indicado pela formação de um sólido amarelo de odor característico (iodofórmio). ✓ TESTE DE FEHLING OU BENEDICT - Os reagentes de Fehling e de Benedict são usados para promover a oxidação seletiva dos aldeídos, especialmente em carboidratos. Estes reagentes contêm o íon cúprico (Cu+2) em solução básica, complexado com o ânion do ácido tartárico (Fehling) ou do ácido cítrico (Benedict). Ao oxidar-se o aldeído para formar um ácido carboxílico, o complexo azul de Cu+2 é reduzido a íon cuproso (Cu+), que na solução básica, forma um precipitado marrom-avermelhado de Cu2O. A D-glicose e outros carboidratos que são oxidados por oxidantes fracos, como reagente de Tollens (Ag+), Fehling ou Benedict (Cu+2), são chamados redutores (porque reduzem estes reagentes) O reagente de Fehling é usado como um teste qualitativo para a presença de glicose na urina, uma indicação de diabetes ou disfunção renal. RCOCH3 + 3I2 + 3NaOH + 3NaI + 3H2OR C CI3 O NaOH RCO2Na CHI3+ iodofórmio (sólido amarelo) CH3CHO CH3CH2OH CH3COR CH3CHOHR RCOCH2COR RCHOHCH2CHOHR CH3CHOHCHOHCH3 CH3COCHOHCH3 CH3COCOCH3 CH3COCH2CH2COCH3 RCHO + 2Cu+2 + 4OH RCO2H + Cu2O + 2H2O calor ppt marrom-avermelhado 37 Procedimento: Coloque cerca de 4 mL do reagente de Benedict ou de Fehling recentemente preparado [obtido, misturando-se volumes iguais da solução a (solução de sulfato de cobre) e da solução B (solução alcalina de citrato ou tartarato)], em um tubo de ensaio. Adicione 2-3 gotas da amostra a ser analisada e ferva a solução. A formação de um precipitado vermelho de óxido cuproso é um resultado positivo. Preparação dos reagentes de FEHLING: Solução A: dissolvem-se 34,65 g de sulfato de cobre em água e completa-se a 500 mL. Solução B: dissolvem-se 173 g de tartarato de potássio e sódio (sal de Rochelle ou sal de Seignette) e 125 g de KOH em água destilada e dilui-se a 500 mL. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ✓ TESTE DO pH - Os ácidos carboxílicos são geralmente caracterizados pela sua capacidade de ionizar e reagir com bases. Os ácidos carboxílicos são solúveis em solução aquosa de bicarbonato de sódio a 5%, com evolução de dióxido de carbono, e em solução aquosa de hidróxido de sódio a 5%. Os ácidos carboxílicos solúveis em água ionizam-se, dando pH menor que 7. Procedimento para análise do pH. Para ácidos carboxílicos solúveis em água, dissolver uma pequena porção da amostra a ser analisada em 1 mL de água e testar o pH da solução com papel indicador. Para ácidos carboxílicos insolúveis em água, dissolver uma pequena quantidade de amostra em 1 mL de etanol ou metanol. Adicionar água, lentamente e com agitação, até a turvação da solução. Acrescentar etanol ou metanol, gota a gota, até que a solução se torne límpida, e testar o pH com papel indicador. ÉSTERES ✓ TESTE COM CLORETO DE HIDROXILAMÔNIO - Os ésteres de ácidos carboxílicos são normalmente caracterizados pela reação com hidroxilamina e cloreto férrico. O éster reage com cloreto de hidroxilamônio (cloridrato de hidroxilamina), em meio básico, para dar o sal do ácido hidroxâmico. Este se converte, em meio ácido, em ácido hidroxâmico, que por sua vez, reage com cloreto férrico, produzindo um complexo de coloração violácea. A cor varia em intensidade, dependendo do éster. Os cloretos de ácido, os anidridos, as aminas, o ácido fórmico e algumas amidas também formam complexos coloridos com os reagentes citados acima. Compostos nitrados alifáticos interagem com cloreto férrico em meio básico. Este teste não é recomendado para compostos que contenham grupos capazes de formar complexos coloridos com cloreto férrico. Dentre estes grupos, destacam-se a hidroxila de fenóis e a forma enólica de certos aldeídos e cetonas. Por este motivo, costuma-se fazer um ensaio preliminar, utilizando apenas cloreto férrico. ++R C O OH H2O R C O O H3O R C O N H O R C O N H OH Fe R C O OR' + NaOH HCl H3NOHCl R C O N H O Na R C O N H OH ácido hidroxâmico 3 + FeCl3 3 + 3HCl complexo de cor violácea 38 Procedimento: Teste preliminar Dissolver cerca de 50 mg da substância a ser analisada em 1 mL de etanol e adicionar 1 mL de ácido clorídrico 1 M. Adicionar, então, 1 gota de solução aquosa de cloreto férrico a 5% e observar o aparecimento de cor laranja, vermelha ou violeta. Se isto acontecer, o teste para a função éster não poderá ser usado. Teste para o grupo éster Colocar, em um tubo de ensaio, cerca de 50 mg da substância a ser analisada, 1 mL de solução etanólica 0,5 M de cloreto de hidroxilamônio e 0,2 mL de hidróxido de sódio a 20%. Aquecer a mistura até a ebulição, esfriar um pouco e adicionar 2 mL de ácido clorídrico 1 M. Se houver turvação, adicionar cerca de 2 mL de etanol. Adicionar 1 a 2 gotas de solução aquosa de cloreto férrico a 5% e observar o aparecimento de cor. Comparar com a do teste preliminar. A cor vinho ou violeta, comparada com a coloração amarelada do teste preliminar, confirma a presença do grupo éster. NITROCOMPOSTOS ✓ TESTE COM SULFATO FERROSO AMONIACAL (para substâncias mononitradas) - As substâncias orgânicas que possuem grupos oxidantes são capazes de oxidar hidróxido ferroso (azul) a hidróxido férrico (marrom). A reação ocorre principalmente com compostos alifáticos ou aromáticos mononitrados, que são reduzidos a aminas. Compostos nitrosos, hidroxilaminas, nitratos de alquila, alquilnitrilas e quinonas também costumam oxidar o hidróxido ferroso. Procedimento. Misturar, em um tubo de ensaio, uma pequena quantidade da amostra a ser analisada e 1,5 mL de uma solução recém preparada de sulfato ferroso amoniacal a 5%. Adicionar 1 gota de ácido sulfúrico 3 M e 1 mL de solução metanólica de hidróxido de potássio 2 M. Arrolhar o tubo, agitar bem e observar a mudança de cor azul para o marrom O oxigênio do também é capaz de interferir na análise. Recomenda-se, portanto, o uso de um tubo de ensaio pequeno e a feitura de um teste em branco para efeito de comparação. AMINAS ✓ TESTE DE pH EM SOLUÇÕES AQUOSAS - Aminas são substâncias com caráter básico, isto é, interagem com água para produzir íons hidróxido. O pH da solução resultante normalmente é maior do que7. Procedimento. Dissolver em água uma pequena porção da amostra a ser analisada e testar o pH da solução com papel indicador universal. No caso de aminas insolúveis em água, dissolvê-la em uma mistura etanol- água. ✓ TESTE DO ÁCIDO NITROSO - As aminas primárias alifáticas ou aromáticas reagem com ácido nitroso para formar íons diazônio. Os sais de diazônio alifáticos são muito pouco estáveis e se decompõem com produção de nitrogênio, álcool e olefinas, além de outros produtos derivados de reações de acoplamento e de reações via carbocátion. Os sais de diazônio aromáticos são estáveis a temperatura baixa (0 a 5C) e reagem com fenóis e naftóis, com produção de corantes. Procedimento. Dissolver, em um tubo de ensaio, uma pequena porção da amostra a ser analisada em 2 mL de ácido clorídrico 2 M e esfriar até 0-5C em banho de gelo. Adicionar 5 gotas de solução fria de nitrito de sódio a 20% e observar os resultados. i) Se houver liberação imediata de gás incolor (nitrogênio), a amina é primária alifática. R NO2 +6Fe(OH)2 + 4H2O R NH2 6Fe(OH)3 marronazul + R3N + H2O R3NHOH R3NH + OH RNH2 NaNO2 HCl H2O R N2 Cl N2 + + + alquenosROH RCl 39 ii) Se houver liberação imediata de nitrogênio, adicionar algumas gotas de uma solução fria contendo 50 mg de 2-naftol em 2 mL de hidróxido de sódio 2 M. O aparecimento de cor vermelha ou laranja indica a presença de amina aromática. iii) Se houver separação de um líquido amarelo insolúvel, sem liberação de gás, a substância pode ser uma amina secundária alifática ou aromática. iv) Se não for observada reação, a amina é terciária alifática. O sal é insolúvel em solução ácida. O aparecimento de coloração amarelada em meio ácido pode também ser indicativo de N,N-dialquilanilina. Este tipo de amina reage com ácido nitroso, com produção de um derivado p-nitroso de coloração verde que forma um sal amarelo em meio ácido. ✓ TESTE COM p-N,N-DIMETILAMINOBENZALDEÍDO - Este teste aplica-se exclusivamente a aminas primárias aromáticas e baseia-se na reação destas aminas com o p-N,N-dimetilaminobenzaldeído em meio ácido com produção de iminas. Estas iminas são conhecidas como bases de Schiff e possuem coloração laranja avermelhada intensa. Procedimento. Em um cadinho de porcelana, adicionar uma pequena porção da amostra a ser analisada e algumas gotas de solução saturada de p-N,N-dimetilaminobenzaldeído em ácido acético glacial. Intensa coloração laranja avermelhada indica a presença de aminas primárias aromáticas. AMIDAS ✓ TESTE COM CLORETO DE HIDROXILAMÔNIO – As amidas são normalmente caracterizadas pela reação com hidroxilamina e cloreto férrico. A amida reage com cloreto de hidroxilamônio (cloridrato de hidroxilamina), em meio básico, para dar o sal do ácido hidroxâmico. Este se converte, em meio ácido, em ácido hidroxâmico, que por sua vez, reage com cloreto férrico, produzindo um complexo de coloração violácea. A cor varia em intensidade, dependendo do éster. RNH2 + HONO R2N NO + H2O (ppt) R3NHClHCl+R3N NH2 N(CH3)2 CHO N C H N(CH3)2+ base de Schiff CH3CO2H 40 Os cloretos de ácido, os anidridos, as aminas, o ácido fórmico e algumas amidas também formam complexos coloridos com os reagentes citados acima. Compostos nitrados alifáticos interagem com cloreto férrico em meio básico. Este teste não é recomendado para compostos que contenham grupos capazes de formar complexos coloridos com cloreto férrico. Dentre estes grupos, destacam-se a hidroxila de fenóis e a forma enólica de certos aldeídos e cetonas. Por este motivo, costuma-se fazer um ensaio preliminar, utilizando apenas cloreto férrico. Procedimento: Teste preliminar Dissolver cerca de 50 mg da substância a ser analisada em 1 mL de etanol e adicionar 1 mL de ácido clorídrico 1 M. Adicionar, então, 1 gota de solução aquosa de cloreto férrico a 5% e observar o aparecimento de cor laranja, vermelha ou violeta. Se isto acontecer, o teste para a função éster não poderá ser usado. Teste para o grupo amida Colocar, em um tubo de ensaio, cerca de 50 mg da substância a ser analisada, 1 mL de solução etanólica 0,5 M de cloreto de hidroxilamônio e 0,2 mL de hidróxido de sódio a 20%. Aquecer a mistura até a ebulição, esfriar um pouco e adicionar 2 mL de ácido clorídrico 1 M. Se houver turvação, adicionar cerca de 2 mL de etanol. Adicionar 1 a 2 gotas de solução aquosa de cloreto férrico a 5% e observar o aparecimento de cor. Comparar com a do teste preliminar. A cor vinho ou violeta (magenta), comparada com a coloração amarelada do teste preliminar, confirma a presença do grupo amida. ✓ HIDRÓLISE COM LIBERAÇÃO DE AMÔNIA – As amidas sofrem hidrólise na presença de solução de hidróxido de sódio e liberam amônia (ou aminas, dependendo dos substituintes no nitrogênio). A mudança de coloração em papel tornassol vermelho umedecido para azul ou a identificação de pH básico em papel de pH umedecido caracterizam a presença de amida. O reconhecimento do odor característico de amônia também pode ser considerado como teste positivo. Procedimento. Em um tubo de ensaio coloque 0,2 g (ou 4 gotas) da substância e adicione 5 mL de solução de NaOH 10%. Agite a mistura e note se amônia está sendo liberada. Aqueça a solução e sinta se o odor característico da amônia pode ser detectado. Para se certificar, umedeça um papel de tornassol vermelho e, com a ajuda de uma pinça, coloque na saída do tudo de ensaio. A mudança de cor para azul caracteriza a presença de amida.TÓXICOS Um grande número de compostos orgânicos e inorgânicos é tóxico. Manipule-os com respeito, evitando a inalação ou contato direto. Muitos produtos que eram manipulados pelos químicos, sem receio, hoje são considerados nocivos à saúde e não há dúvidas de que a lista de produtos tóxicos deva aumentar. A relação abaixo compreende alguns produtos tóxicos de uso comum em laboratórios: 3.1 - COMPOSTOS ALTAMENTE TÓXICOS: São aqueles que podem provocar, rapidamente, sérios distúrbios ou morte. compostos de mercúrio ácido oxálico e seus sais compostos arsênicos cianetos inorgânicos monóxido de carbono cloro flúor pentóxido de vanádio selênio e seus compostos 3.2 - LÍQUIDOS TÓXICOS E IRRITANTES AOS OLHOS E SISTEMA RESPIRATÓRIO: sulfato de dietila ácido fluorobórico bromometano alquil e arilnitrilas dissulfeto de carbono benzeno sulfato de metila brometo e cloreto de benzila bromo cloreto de acetila acroleína cloridrina etilênica 3.3 - COMPOSTOS POTENCIALMENTE NOCIVOS POR EXPOSIÇÃO PROLONGADA: a) Brometos e cloretos de alquila: bromoetano, bromofórmio, tetracloreto de carbono, diclorometano, 1,2- dibromoetano, 1,2-dicloroetano, iodometano. b) Aminas alifáticas e aromáticas: anilinas substituídas ou não, dimetilamina, trietilamina, diisopropilamina. c) Fenóis e compostos aromáticos nitrados: fenóis substituídos ou não, cresóis, catecol, resorcinol, nitrobenzeno, nitrotolueno, nitrofenóis, naftóis. 3.4 - SUBSTÂNCIAS CARCINOGÊNICAS: Muitos compostos orgânicos causam tumores cancerosos no homem. Deve-se ter todo o cuidado no manuseio de compostos suspeitos de causarem câncer, evitando-se a todo custo a inalação de vapores e a contaminação da pele. Devem ser manipulados exclusivamente em capelas e com uso de luvas protetoras. Entre os grupos de compostos comuns em laboratório se incluem: a) Aminas aromáticas e seus derivados: anilinas N-substituídas ou não, naftilaminas, benzidinas, 2- naftilamina e azoderivados. b) Compostos N-nitroso: nitrosoaminas (R'-N(NO)-R) e nitrosamidas. c) Agentes alquilantes: diazometano, sulfato de dimetila, iodeto de metila, propiolactona, óxido de etileno. d) Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos: benzopireno, dibenzoantraceno, etc. e) Compostos que contém enxofre: tioacetamida, tiouréia. f) Benzeno: um composto carcinogênico, cuja concentração mínima tolerável é inferior àquela normalmente percebida pelo olfato humano. Se você sente cheiro de benzeno‚ é porque a sua concentração no ambiente é superior ao mínimo tolerável. Evite usá-lo como solvente e sempre que possível substitua-o por outro solvente semelhante e menos tóxico (por exemplo, tolueno). g) Amianto: a inalação por via respiratória de amianto pode conduzir a uma doença de pulmão, a asbestose, uma moléstia dos pulmões que aleija e eventualmente mata. Em estágios mais adiantados geralmente se transforma em câncer dos pulmões. 6 4 - INTRUÇÕES PARA ELIMINAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS PERIGOSOS 1) Hidretos alcalinos, dispersão de sódio: suspender em dioxano, lentamente adicionar o isopropano, agitar até completa reação do hidreto ou do metal: adicionar cautelosamente água até formação de solução límpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. 2) Hidreto de lítio e alumínio: suspender em éter ou THF ou dioxano, gotejar acetato de etila até total transformação do hidreto, resfriar em banho de gelo e água, adicionar ácido 2N até formação de solução límpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. 3) Boroidreto alcalino: dissolver em metanol, diluir em muita água, adicionar etanol, agitar ou deixar em repouso até completa dissolução e formação de solução límpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. 4) Organolíticos e compostos de Grignard: dissolver ou suspender em solvente inerte (por exemplo, éter, dioxano ou tolueno), adicionar álcool, depois água, no final ácido 2N, até formação de solução límpida, verter em recipiente adequado. 5) Sódio: Introduzir pequenos pedaços do sódio em metanol e deixar em repouso até completa dissolução do metal, adicionar água com cuidado até solução límpida, neutralizar, verter em recipiente adequado. 6) Potássio: introduzir em n-butanol ou t-butanol anidro, diluir com etanol, no final com água, neutralizar, verter em recipiente adequado. 7) Mercúrio: 7A) Mercúrio metálico: recuperá-lo para novo emprego. 7B) Sais de mercúrio ou suas soluções: precipitar o mercúrio sob forma de sulfeto, filtrar e guardá-lo. 8) Metais pesados e seus sais: precipitar sob a forma de compostos insolúveis (carbonatos, hidróxidos, sulfetos, etc.), filtrar e armazenar. 9) Cloro, bromo, dióxido de enxofre: absorver em solução de NaOH 2N, verter em recipiente adequado. 10) Cloretos de ácido, anidridos de ácido, PCl3, PCl5, cloreto de tionila, cloreto de sulfurila: sob agitação, com cuidado e em porções, adicionar à muita água ou NaOH 2N, neutralizar, verter em recipiente adequado. 11) Ácido clorossulfônico, ácido sulfúrico concentrado, óleum, ácido nítrico concentrado: gotejar, sob agitação, com cuidado, em pequenas porções, sobre gelo ou gelo mais água, neutralizar, verter em recipiente adequado. 12) Dimetilsulfato, iodeto de metila: cautelosamente, adicionar a uma solução concentrada de NH3, neutralizar, verter em recipiente adequado. 13) Presença de peróxidos, peróxidos em solventes, (éter, THF, dioxano): reduzir em solução aquosa ácida (Fe (II) - sais, bissulfito), neutralizar, verter em recipiente adequado. 14) Sulfeto de hidrogênio, mercaptanas, tiofenóis, ácido cianídrico, bromo e clorocianos: oxidar com hipoclorito de sódio (NaOCl). 5 - AQUECIMENTOS NO LABORATÓRIO Ao se aquecer substâncias no laboratório, deve-se sempre levar em conta o perigo de incêndio. Para temperaturas inferiores a 100C use preferencialmente banho-maria ou banho a vapor. Para temperaturas superiores a 100C use banhos de óleo. Parafina aquecida funciona bem para temperaturas de até 220C; glicerina pode ser aquecida até 150C sem desprendimento apreciável de vapores desagradáveis. Banhos de silicone são os melhores, mas são também os mais caros. Uma alternativa quase tão segura quanto os banhos são as mantas de aquecimento. O aquecimento é rápido, mas o controle da temperatura não é tão eficiente como no uso de banhos de aquecimento. Mantas de aquecimento não são recomendadas para a destilação de produtos muito voláteis e inflamáveis, como éter de petróleo e éter etílico. Para temperaturas altas (>200C) pode-se empregar um banho de areia. Neste caso o aquecimento e o resfriamento do banho devem ser lentos. Chapas de aquecimento podem ser empregadas para solventes menos voláteis e inflamáveis. Nunca aqueça solventes voláteis em chapas de aquecimento (éter, CS2, etc.). Ao aquecer solvente como etanol ou metanol em chapas, use um sistema munido de condensador. Aquecimento direto com chamas sobre a tela de amianto só é recomendado para líquidos não inflamáveis (por exemplo, água). 7 ESQUEMA PARA INTERPRETAÇÃO DE ESPECTROS DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO Adaptado do artigo do mesmo nome publicado pelos professores Wilson Araújo Lopes e Miguel Fascio na revista Química Nova, em 2004, editada pela Sociedade Brasileira de Química – SBQ. Referência: Lopes, W. A.; Fascio, M. Química Nova 2004, 27, 670-673. Um segundo artigo foi publicado (Carlos Magno R. Ribeiro e Nelson Ângelo de Souza; Esquema Geral para Elucidação de Substâncias Orgânicas Usando Métodos Espectroscópico e Espectrométrico; Química Nova 2007, 30, 1026-1031) e pode ser empregado como literatura auxiliar. 1. INTRODUÇÃO A espectroscopia na região do infravermelho (IV) é uma técnica de inestimável importância na análise orgânica qualitativa, sendo amplamente utilizada nas áreas de química de produtos naturais, síntese e transformações orgânicas. O infravermelho e demaismétodos espectroscópicos modernos como a ressonância magnética nuclear (RMN), espectroscopia na região do ultravioleta–visível (UV-VIS) e espectrometria de massas (EM), constituem hoje os principais recursos para a identificação e elucidação estrutural de substâncias orgânicas. São, também, de alta relevância na determinação da pureza e quantificação de substâncias orgânicas bem como no controle e acompanhamento de reações e processos de separação. O uso dos referidos métodos físicos de análise traz uma série de vantagens, destacando-se a redução no tempo de análise, diminuição substancial nas quantidades de amostra, ampliação da capacidade de identificar ou caracterizar estruturas complexas, não destruição da amostra (exceto EM) e a possibilidade de acoplamento com métodos modernos de separação como a cromatografia gasosa de alta resolução (CGAR) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A espectroscopia na região do infravermelho tem sido, também, amplamente utilizada em linhas de produção no controle de processos industriais. A interpretação de espectros no infravermelho de substâncias orgânicas é uma tarefa que, devido ao grande número de informações que devem ou precisam ser manipuladas, geralmente apresenta dificuldades para os alunos dos cursos básicos de graduação. Assim, o estudante iniciante necessita de um meio para, de modo sistemático, interpretar um espectro na região do infravermelho e propor uma possível estrutura molecular. Os livros textos geralmente apresentam tabelas de correlação entre as absorções de estiramento e deformação, em número de onda (4000 – 400 cm-1) e/ou comprimento de onda (2,5 - 25m), e os respectivos grupos funcionais ou ligações químicas correspondentes1-4. Não há, contudo, uma preocupação com a sistematização de um caminho que possibilite ao estudante analisar um espectro infravermelho, obter informações sobre as principais ligações e grupos funcionais de uma determinada substância orgânica e, finalmente, propor uma possível estrutura. Com a finalidade de orientar a análise e interpretação de espectros no infravermelho já foram publicados alguns artigos na literatura5-7 e o livro de Doyle e Mungall8 apresenta um esquema resumido para interpretação que, porém, é insuficiente para a identificação da maioria das substâncias orgânicas mais simples. O presente trabalho representa uma contribuição com o objetivo de facilitar a tarefa de análise e interpretação de espectros no infravermelho, estabelecendo um caminho objetivo e prático que permite a identificação dos principais grupamentos funcionais e a proposição de uma possível estrutura (ou estruturas) para as substâncias orgânicas mais simples. Havendo necessidade, tabelas de correlação1-4,9 deverão ser consultadas para a completa interpretação dos espectros. A comparação da região de impressão digital (1400 a 900 cm-1) com o espectro de uma amostra padrão é de fundamental importância para confirmar a identidade da substância analisada. É importante ressaltar que o esquema da Figura 5 vem sendo utilizado com pleno êxito nas disciplinas de Química Orgânica oferecidas aos alunos dos cursos de Química, Engenharia Química e Farmácia da Universidade Federal da Bahia, há mais de 20 anos. Este esquema é uma segunda versão que foi revisada e ampliada com a participação de alunos e a contribuição dos professores das disciplinas de Análise Orgânica, Química Orgânica Fundamental e Química Orgânica Básica Experimental. 2. CALCULANDO O ÍNDICE DE DEFICIÊNCIA DE HIDROGÊNIO A determinação da fórmula estrutural de uma substância orgânica requer um conjunto de informações que envolvem propriedades químicas e físicas. O conhecimento da fórmula molecular representa uma importante contribuição pois permite calcular o Índice de Deficiência de Hidrogênio (IDH), que indica a ausência ou presença de ligações duplas, triplas ou anéis na estrutura molecular e, muitas vezes, 8 tem sido indevidamente denominado de índice de insaturação o que, de fato, não corresponde à realidade. Os alcenos, devido à presença de uma ligação dupla carbono-carbono, e os ciclo-alcanos, por conterem um anel, têm dois hidrogênios a menos que os correspondentes hidrocarbonetos acíclicos saturados de fórmula CnH2n + 2. Por exemplo, o eteno (H2C=CH2) tem fórmula molecular C2H4 e o etano (H3C-CH3) tem fórmula C2H6. O cálculo do IDH pode se feito por mais de um método, destacando-se: a) Pela aplicação da expressão1: IDH = (C - M/2) + T/2 + 1 C = número de átomos de carbono. M = número de átomos monovalentes. T = número de átomos trivalentes. b) Segundo as regras referidas por Klemm10,11 com base na comparação entre as fórmulas da substância desconhecida e o correspondente hidrocarboneto saturado (alcano): 1. Substituir todos os átomos monovalentes (halogênios) por hidrogênio. 2. Desconsiderar os átomos bivalentes (oxigênio e enxofre). 3. Excluir os átomos trivalentes junto com um hidrogênio (nitrogênio como NH e fósforo como PH). 4. Comparar com a fórmula geral dos hidrocarbonetos saturados (CnH2n + 2). Exemplos: Substância/estrutura Fórmula molecular Fórmula ajustada (1) Fórmula do Alcano (2) IDH (2-1)/2 1. C4H8 C4H8 C4H10 (10 – 8)/2 = 1 2. C6H12 C6H12 C6H14 (14 – 12)/2 = 1 3. Cl C6H5Cl C6H6 C6H14 (14 – 6)/2 = 4 4. CH 3 C7H8 C7H8 C7H16 (16 – 8)/2 = 4 5. O C8H8O C8H8 C8H18 (18 – 8)/2 = 5 6. NH 2 C5H11N C5H10 C5H12 (12 – 10)/2 = 1 3. INTERPRETANDO UM ESPECTRO NO INFRAVERMELHO a) Seguindo o esquema da Figura 5, observar inicialmente a presença ou ausência de absorção devida ao grupamento carbonila. Se o espectro da substância apresentar absorção entre 1820 a 1630 cm-1 (C=O), seguir a seta à direita e identificar o grupo funcional responsável pela absorção (ácido carboxílico, amida, aldeído, anidrido, éster, haleto de acila, cetona, aril-cetona). Seguir então para o bloco esquerdo do Esquema e verificar a presença ou ausência de outras funções orgânicas. Se não apresentar absorção entre 1820 a 1630 cm-1, seguir a seta à esquerda e identificar as ligações ou grupos funcionais presentes ou ausentes na estrutura molecular. Havendo uma ligação dupla ou anel aromático, caracterizar o padrão de 9 substituição nos quadros correspondentes: olefinas ou benzeno e derivados. Finalmente, verificar a presença de grupos CH2 e CH3 no quadro referente a alcanos. b) Com base nas informações obtidas do espectro no infravermelho, fórmula molecular e índice de deficiência de hidrogênio, identificar as principais ligações ou grupamentos, assinalar a função (ou funções) orgânica e propor uma possível estrutura (ou estruturas) para a substância que está sendo analisada. As Figuras 1 a 4 mostram os espectros no infravermelho de quatro substâncias orgânicas (A-D) que, como exemplo, são analisadas de acordo com o esquema apresentado. As amostras foram purificadas por destilação (líquidos) ou cristalização (sólidos) e os espectros foram obtidos em Espectrômetro de Infravermelho com Transformada de Fourier (IV-TF), da marca Bomem, modelo ABB. Figura 1. Espectro no infravermelho da substância A. Substância A (C7H6O): Cálculo do IDH: (7 – 6/2) + 1 = 5 ou C7H16 – C7H6 = H10/2 = 5 Análise funcional: 1702 cm-1, C=O; 2820 e 2738 cm-1, C(=O)-H (dubleto de Fermi); 1598 e 1455 cm-1, C=C (ArH); 3064 cm-1, Csp2-H; 746 e 688 cm-1, C-H (ArH), monossubstituído. Identificação: O IDH igual a 5 é compatível com a presença de um anel aromático. A presença de absorção a 1702 cm-1 (C=O) juntamente com o dubleto de Fermi (2820 e 2738 cm-1) é indicativo de função aldeído. As absorções a 1598 e 1455 cm-1, (C=C, ArH) e 3064 cm-1, (Csp2-H) confirmam a presença de estrutura aromática. As absorções a 746 e 688 cm-1 (C-H, ArH) indicam o padrão monossubstituído, concluindo-se que A corresponde ao benzaldeído. Estrutura:O H 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) Filme 3064 2738 2820 1702 1598 1455 746 688 A 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) Filme 3064 2738 2820 1702 1598 1455 746 688 A 10 Figura 2. Espectro no infravermelho da substância B. Substância B (C6H12O): Cálculo do IDH: (6 – 12/2) + 1 = 1 ou C6H14 – C6H12 = H2/2 = 1 Análise funcional: ausência de C=O entre 1820 e 1630 cm-1; 1068 cm-1, C-O; 3334 cm-1, O-H; ausência de C=C entre 1680 e 1620 cm-1 e ausência de C-H em ~1380 cm-1 (metila). Identificação: O IDH igual a 1 é indicativo da presença de ligação dupla ou estrutura cíclica. A ausência de absorção entre 1820 e 1630 cm-1 exclui todas as funções carboniladas. As absorções em 1068 cm-1 (C-O) e 3334 cm-1 (O-H) são compatíveis com a função álcool. As absorções entre 3000 e 2800 cm-1 (C-H) são compatíveis com a presença de carbono com hibridização sp3. A ausência de absorções entre 3100 e 3000 cm-1 (Csp2-H) e entre 1680 e 1620 cm-1 (C=C) elimina a possibilidade de ser uma olefina. A ausência de absorção em ~1380 cm-1 (C-H) indica que a substância não possui grupo metila. O espectro de B, portanto, poderá corresponder ao ciclo-hexanol (I) ou ciclopentanometanol (II). Pela comparação com o espectro no infravermelho de uma amostra autêntica é possível concluir que se trata do ciclo-hexanol (I). Estruturas: (I ) OH (II) OH Figura 3. Espectro no infravermelho da substância C. 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 Filme T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) B 3334 1068 2855 2932 1451 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 Filme T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) B 3334 1068 2855 2932 1451 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) KBr 2964 3034 3312 1682 850 1279 1599 1500 C 1234 1164 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) KBr 2964 3034 3312 1682 850 1279 1599 1500 C 1234 1164 11 Substância C ( C8H8O3): Cálculo do IDH: (8 – 8/2) + 1 = 5 ou C8H18 – C8H8 = H10/2 = 5 Análise funcional: 1682 cm-1, C=O; 1300 - 1100 cm-1, C-O; 3312 cm-1, O-H; 1599 e 1500 cm-1, C=C (ArH); 3034 cm-1, Csp2-H; 2964 cm-1, Csp3-H; 850 cm-1, C-H (ArH), 1,4-dissubstituído. Identificação: O IDH igual a 5 é compatível com a presença de um anel aromático. A presença de uma banda de absorção em 1682 cm-1 (C=O) associada com absorção entre 1300 e 1000 cm-1 (C-O) é indicativo da função éster. As absorções entre 1300 e 1100 cm-1 (C-O) e a presença de banda de absorção a 3312 cm-1 (O-H) permitem assinalar que a substância tem função mista - éster e fenol. A absorção em 2964 cm-1 é característica de Csp3-H e as absorções em 1599 e 1500 cm-1 (C=C, ArH) e em 3034 cm-1 (Csp2-H) confirmam a presença de estrutura aromática. A absorção em 850 cm-1 (C-H, ArH) indica o padrão 1,4-dissubstituído, concluindo-se que C poderá corresponder ao 4-hidróxi-benzoato de metila (I) ou ao monoacetato de hidroquinona (II). Por meio do ponto de fusão (pf) e pela comparação com o espectro no infravermelho de uma amostra autêntica é possível concluir que se trata do 4-hidróxi-benzoato de metila (I). Estruturas: (I ) O O CH 3 OH pf: 128 ºC; (II) OH O O CH 3 pf: 62 ºC Figura 4. Espectro no infravermelho da substância D. Substância D (C8H9NO): Cálculo do IDH: (8 – 9/2) + 1/2 + 1 = 5 ou C8H18 – C8H8 = H10/2 = 5 Análise funcional: 1665 cm-1, C=O; 3294 cm-1, N-H; 1599 e 1500 cm-1, C=C (ArH); 3059 e 3021 cm-1, Csp2-H; 758 e 695 cm-1, C-H (ArH), monossubstituído. Identificação: O IDH igual 5 é compatível com a presença de um anel aromático. A banda de absorção em 1665 cm-1 (C=O) associada à absorção em 3294 cm-1 (N-H) é indicativa da função amida. As absorções em 1599 e 1500 cm-1 (C=C, ArH) e em 3059 e 3021 cm-1 (Csp2-H) confirmam a presença de estrutura 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) KBr 3294 758 1665 1599 1500 695 D 3021 3059 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 20 40 60 80 T ra n s m it â n c ia % Número de Onda (cm -1 ) KBr 3294 758 1665 1599 1500 695 D 3021 3059 12 aromática. As absorções em 758 e 695 cm-1 (C-H, ArH) indicam o padrão monossubstituído, concluindo-se que D poderá corresponder à N-fenilacetamida (I) ou à N-metilbenzamida (II). Por meio do ponto de fusão (pf) e pela comparação com o espectro no infravermelho de uma amostra autêntica é possível concluir que se trata da N-fenilacetamida (I). Estruturas: (I ) N O CH 3 H pf: 114 ºC; (II) N CH 3 H O pf: 78 ºC 4. CONCLUSÕES O esquema proposto para interpretação de espectros na região do infravermelho permite, de modo simples e prático, a identificação dos principais grupos funcionais e a proposição de estrutura de substâncias orgânicas, constituindo-se assim em recurso de grande utilidade no ensino de disciplinas tanto teóricas quanto experimentais. 5. REFERÊNCIAS 1. Silverstein, R. M.; Bassler, G. C.; Morrill, T. C.; Spectrometric Identification of Organic Compounds, 5th. ed., John Wiley & Sons: New York, 1991. 2. Solomons, T. W. G.; Fryhle, C. B.; Química Orgânica, 7a. ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A: Rio de Janeiro, 2001. 3. Nakanishi, K.; Solomon, P. H.; Infrared Absortion Spectroscopy, 2nd. ed., Holden-Day Inc: Oakland, 1977. 4. Coates, J.; Em Encyclopedia Analytical Chemistry, Meyers; R. A., ed.; John Wiley & Sons: Chichester, 2000, p. 10815 – 10837; http://www.spectroscopynow.com:1800/Spy/pdfs/eac10815.pdf, acessada em Julho 2003. 5. Ingham, A. M.; Henson, R. C.; J. Chem. Educ. 1984, 61, 704. 6. Moyé, A. L.; Cochran Jr., T. A.; J. Chem. Educ. 1972, 49, 129. 7. Hartman, K.; J. Chem. Educ. 1976, 53, 111. 8. Doyle, M.P.; Mungall, W.S.; Experimental Organic Chemistry, John Wiley & Sons: New York, 1980. 9. http://www.cem.msu.edu/%7Ereusch/VirtualText/Spectrpy/InfraRed/infrared.htm#ir1, acessada em Julho 2003. 10. Kleman, L. H.; J. Chem. Educ. 1995, 72, 425. 11. http://chipo.chem.uic.edu/web1/ocol/SB/du.htm, acessada em Julho 2003. http://www.spectroscopynow.com:1800/Spy/pdfs/eac10815.pdf http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/InfraRed/infrared.htm#ir1 http://chipo.chem.uic.edu/web1/ocol/SB/du.htm 13 Figura 5. Esquema para interpretação de espectros de substâncias orgânicas na região do infravermelho. OC NC OC HO O C H OC HO HN HN CC CC NO 2 C C XC OC OC OC HC HR1 H R2 HR1 R2 R3 R3R1 R2 R4 R2R1 H H HR1 H H HR1 R2 H C-N HS 761 cm-1 770 - 730 e 710 - 690 770 - 735 810 - 750 e 735-680 860 - 800 **Ressonância de Fermi: C-H com overtone de C-H ( pode ser dubleto ). (, F, 1820-1630 cm-1) SIMNÃO (, L, 3200-2500) ÁCIDO CARBOXÍLICO singleto dubleto AMIDA PRIMÁRIA AMIDA SECUNDÁRIA (, f-m, 2830-2700**) ALDEÍDO (, F, 1300-1000) (, F, 3650-3100) NÃO SIM ÁLCOOL* OU FENOL ALQUIL-ÉTER (, f-m, 3600-3200) AMINA PRIMÁRIA AMINA SECUNDÁRIA dubleto singleto (, m, 3500-3070) (, f-m, 2260-2220) (, m, 2 a 4 bandas ~1600, 1580, 1500, 1450) (, m-F, 1400-500) (, f-m, 2260-2100) (, f-m, 1680-1620) ALCINO ALCENO GRUPO NITRO ArH (, f-m, 1360-1250 e , f-m, 1280-1180) (, f-m, 1230-1030) ALQUIL-AMINA ARIL-ALQUIL-AMINA HALETOS DE ALQUILA (, F, 1300-1000) C=O (v, ~1815 e m-F, ~1750) C=O (F, 1750-1670) ANIDRIDO ÉSTER (,F, 1820-1760) HALETO DE ACILA (, F, 1770-1700) ALQUIL-CETONA ARIL-CETONA AMIDA TERCIÁRIA ALCINO ALCENO (Csp-H, f-m, 3350-3250) (Csp2-H, f-m, 3100-3000) (Csp3-H, m-F, 3000-2840) AROMÁTICO ALCANO (Csp2-H, f-m, 3100-3000) BENZENO e DERIVADOS: C-H fora do plano. BENZENO: MONO-SUBSTITUÍDO: DI - 1,2: DI - 1,3: DI - 1,4: 1648-1638 995-985 e 910-905 C-H fora do plano, m, 1000-680 cm-1 1678-1668 980-965 1675-1665 840-790 1675-1665 1662-1652 ~690 1658-1648 895-885 (C-O, F, 1150-1080) (C-O, F, 1280-1220 e 1100-1020) ARIL-ALQUIL-ÉTER = estiramento; = deformação; ass = assimétrica; sim = simétriaca; tes = tesoura; F = forte; m = média; f = fraca; L = larga; v = variável. (, F, 1570-1500 e 1380-1300) (, F, 1700-1630) OLEFINAS: C=C, m, 1680-1630 cm-1 (, f-m, 2600-2550) MERCAPTANA OU TIOFENOL NITRILA CH3 ( ass, m): ~1450 cm-1 CH3 ( sim, m): ~1375 cm-1 (dubleto, se i-propil ou i-butil) CH2 ( tes, m): ~1465 cm-1 *C-O de álcool: 1o: ~1050 cm-1; 2o: ~1100 cm-1; 3o: ~1150 cm-1 14 QUI A64 – Tópicos de técnicas de laboratório - recristalização e determinação de ponto de fusão 1- INTRODUÇÃO A purificação de compostos cristalinos impuros é geralmente feita por cristalização a partir de um solvente ou de misturas de solventes. Esta técnica é conhecida por recristalização, e baseia-se na diferença de solubilidade que pode existir entre um composto cristalino e as impurezas presentes no produto da reação. Um solvente apropriado para a recristalização de uma determinada substância deve preencher os seguintes requisitos: a) Deve proporcionar uma fácil dissolução da substância a altas temperaturas; b) Deve proporcionar pouca solubilidade da substância a baixas temperaturas; c) Deve ser quimicamente inerte (ou seja, não deve reagir com a substância); d) Deve solubilizar mais facilmente as impurezas que a substância; e) Deve possuir um ponto de ebulição relativamente baixo (para que possa ser facilmente removido da substância recristalizada). Uma análise da Figura 6 mostra o comportamento de solubilidade de uma substância em 3 solventes diferentes, sendo que o solvente que preenche os requisitos para uma boa cristalização é o solvente A. Figura 6. Gráfico de solubilidade versus temperatura O resfriamento, durante o processo de recristalização, deve ser feito lentamente para que se permita a disposição das moléculas em retículos cristalinos, com formação de cristais grandes e puros. Caso se descubra que a substância é muito solúvel em um dado solvente para permitir uma recristalização satisfatória, mas é insolúvel em um outro, combinações de solventes podem ser empregadas. Os pares de solventes devem ser completamente miscíveis. (exemplos: metanol e água, etanol e clorofórmio, clorofórmio e hexano, etc.). 15 2- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Figura 7. Filtração a vácuo com funil de Büchner. Figura 8. Filtração simples a quente. 16 Figura 9. Como preparar papel de filtro pregueado. 3 - QUESTIONÁRIO AUXILIAR 1. Que se entende por recristalização? 2. Descrever todas as etapas de uma recristalização. 3. A recristalização é uma operação física ou química? Por quê? 4. Citar algumas características que um solvente deve apresentar para que seja empregado na recristalização. 5. Por que é mais indicado que a solução seja esfriada espontaneamente após aquecida? 6. Citar os métodos usados para acelerar a cristalização de uma determinada substância. 7. Como é possível determinar o grau de pureza de uma substância cristalina? 8. Procurar no seu ambiente, situações em que processos de purificação são utilizados. Descrever esses processos. 9. Que se entende por ponto de fusão? Com que finalidade é usado? 10. Consultar o ponto de fusão da acetanilida e do ácido benzoico. Comparar com os resultados obtidos. 11. Tendo em vista as estruturas moleculares da acetanilida e do ácido benzoico, apresentar uma explicação para as diferenças de seus pontos de fusão. 4 - BIBLIOGRAFIA 01. OHLWEILER, O. A., Química inorgânica. São Paulo, Edgard Blücher Ltda. 1971. 02. VOGEL, A. I., Química orgânica: análise orgânica qualitativa, 3 ed., Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico S.A., 1981. v. 1. 03. SOARES, G. S.; SOUZA, N. A.; PIRES, D. X., Química orgânica: teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos, Rio de Janeiro, Guanabara S. A. 1988. 17 QUI A64 – Tópicos de técnicas de laboratório - extração com solventes reativos 1 - INTRODUÇÃO O processo de extração com solventes é um método simples, empregado na separação e isolamento de substâncias componentes de uma mistura, ou ainda na remoção de impurezas solúveis indesejáveis. Este último processo é geralmente denominado lavagem. A técnica da extração envolve a separação de um composto, presente na forma de uma solução ou suspensão em um determinado solvente, através da agitação com um segundo solvente, no qual o composto orgânico seja mais solúvel e que seja pouco miscível com o solvente que inicialmente contém a substância. Quando as duas fases são líquidos imiscíveis, o método é conhecido como "extração líquido- líquido". Neste tipo de extração o composto estará distribuído entre os dois solventes. O sucesso da separação depende da diferença de solubilidade do composto nos dois solventes. Geralmente, o composto a ser extraído é insolúvel ou parcialmente solúvel num solvente, mas é muito solúvel no outro solvente. A água é usada como um dos solventes na extração líquido-líquido, uma vez que a maioria dos compostos orgânicos é imiscível em água e porque ela dissolve compostos iônicos ou altamente polares. Os solventes mais comuns que são compatíveis com a água na extração de compostos orgânicos são: éter etílico, hexano, tolueno, clorofórmio, acetato de etila, diclorometano e éter de petróleo. Estes solventes são relativamente insolúveis em água e formam, portanto, duas fases distintas. A seleção do solvente dependerá da solubilidade da substância a ser extraída e da facilidade com que o solvente possa ser separado do soluto. Nas extrações com água e um solvente orgânico, a fase da água é chamada "fase aquosa" e a fase do solvente orgânico é chamada "fase orgânica". Para uma extração líquido-líquido, o composto encontra-se dissolvido em um solvente A e para extraí-lo, emprega-se um outro solvente B, e estes devem ser imiscíveis. A e B são agitados e o composto então se distribui entre os dois solventes de acordo com as respectivas solubilidades. A razão entre as concentrações do soluto em cada solvente é denominada "coeficiente de distribuição ou de partição", (K). Assim: K C C A B = (Equação 1) onde: C A = concentração do composto no solvente A (em g/mL); C B = concentração do composto no solvente B (em g/mL). De uma maneira geral, para deduzir a fórmula que expressa o processo de extração, supõe-se que: S = quantidade em gramas do soluto no solvente A; VB = Volume de B (em mL); VA = Volume de A (em mL); X = quantidade, em gramas, do soluto extraído. Assim, depois de uma extração, a concentração de S no solvente A será: C S X V A A = − (Equação 2) e a concentração em B será dada pela expressão: C X V B B = (Equação 3) 18 Uma consequência da lei de distribuição é a sua importância prática ao se fazer uma extração. Se um dado volume total VB do solvente for utilizado, pode-se mostrar que é mais eficiente efetuar várias extrações sucessivas (isto é, partilhar o volume VB em n frações), e a isto se denomina "extração múltipla", sendo mais eficiente do que "extração simples". Por exemplo, suponha que uma determinadaextração proceda com um coeficiente de distribuição de 10, ou seja, K=10. O sistema consiste de 50 mg de componente orgânico dissolvido em 1,00 mL de água (solvente 1). Nesse caso, a eficácia de 3 extrações de 0,50 mL com éter etílico (solvente 2) é comparada com 1 extração de 1,50 mL do mesmo solvente. Na primeira extração com 0,50 mL, a quantidade extraída na camada de éter é dada pelo cálculo a seguir. A quantidade de componente remanescente na fase aquosa é dada por x. x = 8,3 mg remanescentes na camada aquosa (50,0 – x) = 41,7 mg na camada orgânica (etérea) A segunda extração com uma outra porção de 0,50 mL de éter é realizada na fase aquosa, que agora contém 8,3 mg de soluto. A quantidade de soluto extraída é dada pelo cálculo mostrado abaixo. O cálculo de uma terceira extração com uma outra porção de 0,50 mL de éter também é mostrado a seguir. Essa terceira extração vai transferir 1,2 mg de soluto para uma camada de éter, deixando 0,2 mg de soluto remanescente na camada aquosa. Um total de 49,8 mg de soluto será extraído para as camadas de éter combinadas, e 0,2 mg permanecerão na fase aquosa. x = 1,4 mg em água 6,9 mg em éter x = 0,2 mg em água 1,2 mg em éter Logo abaixo, é mostrado o resultado de uma extração simples com 1,50 mL de éter. Como mostrado, 46,9 mg de soluto foram extraídos para a camada de éter, deixando 3,1 mg do composto na fase aquosa. Nota-se que três sucessivas extrações de 0,50 mL de éter conseguem remover 2,9 mg a mais de soluto de uma fase aquosa do que se empregássemos uma única porção de 1,5 mL de éter. Esse diferencial representa 5,8% do material total. 15,0x = 50,0 – x 16,0x = 50,0 x = 3,1 mg em água 50,0 – x = 46,9 mg em éter Para o desenvolvimento da técnica de extração pode-se usar um solvente extrator que reaja quimicamente com o composto a ser extraído. A técnica de extração por solventes quimicamente ativos depende do uso de um reagente (solvente) que reaja quimicamente com o composto a ser extraído. Está técnica geralmente é empregada para remover pequenas quantidades de impurezas de um composto orgânico ou para separar os componentes de uma mistura. Incluem-se, entre tais solventes, soluções aquosas de hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio, ácido clorídrico, etc. 19 Pode-se empregar uma solução aquosa básica para remover um ácido orgânico de sua solução em um solvente orgânico, ou para remover impurezas ácidas presentes num sólido ou líquido insolúvel em água. Esta extração é baseada no fato de que o sal sódico do ácido é solúvel em solução aquosa básica. Da mesma maneira, um composto orgânico básico pode ser removido de sua solução em um solvente orgânico, pelo tratamento com solução aquosa ácida. De uma maneira geral, as extrações podem ser: a) Descontínuas: Consiste em agitar uma solução aquosa com um solvente orgânico num funil de separação, a fim de extrair determinada substância. Agita-se o funil cuidadosamente, inverte-se sua posição e abre-se a torneira, aliviando o excesso de pressão. Fecha-se novamente a torneira e relaxa-se a pressão interna, conforme Figura 10. Repete-se este procedimento algumas vezes. Recoloca-se o funil de separação no suporte, para que a mistura fique em repouso. Quando estiverem formadas duas camadas delineadas, deixa- se escorrer a camada inferior (a de maior densidade) em um frasco receptor (Figura 11). Repete-se a extração usando uma nova porção do solvente extrator. Normalmente não são necessários mais do que três extrações, mas o número exato dependerá do coeficiente de partição da substância que está sendo extraída entre os dois líquidos. Figura 10. Como agitar um funil de separação durante o processo de extração. Figura 11: Separação de duas soluções de líquidos imiscíveis em um funil de separação b) Contínuas: Quando o composto orgânico é mais solúvel em água do que no solvente orgânico (isto é, quando o coeficiente de distribuição entre o solvente orgânico e água é pequeno), são necessárias grandes quantidades de solvente orgânico para se extrair pequenas quantidades da substância. Isto pode ser evitado usando o extrator tipo Soxhlet (Figura 12), aparelho comumente usado para extração contínua com um solvente quente. Neste sistema apenas uma quantidade relativamente pequena de solvente é necessária para uma extração eficiente. 20 Figura 12. Equipamento de Soxhlet para extração contínua. A amostra deve ser colocada no cilindro poroso A (confeccionado) de papel filtro resistente, e este, por sua vez, é inserido no tubo interno do aparelho Soxhlet. O aparelho é ajustado na parte inferior a um balão C (contendo um solvente extrator) e na parte superior a um condensador de refluxo D. A solução é levada à fervura branda. O vapor do solvente sobe pelo tubo E, condensa no condensador D, o solvente condensado cai no cilindro A e lentamente enche o corpo do aparelho. Quando o solvente alcança o topo do tubo F, é sifonado para dentro do balão C, levando consigo a substância extraída do cilindro A. O processo é repetido automaticamente até que a extração se complete. Após algumas horas de extração, o processo é interrompido e a mistura do balão tem o solvente destilado, e o produto de extração obtido de forma eficiente. 2 - QUESTIONÁRIO 1- Qual o princípio básico do processo de extração com solventes? 2- Por que a água é geralmente usada como um dos solventes na extração líquido-líquido? 3- Quais as características de um bom solvente para que possa ser usado na extração de um composto orgânico em uma solução aquosa? 4- Qual fase (superior ou inferior) será a orgânica se uma solução aquosa for tratada com: a) éter etílico b) clorofórmio c) acetona d) n-hexano e) benzeno 5- Pode-se usar etanol para extrair uma substância que se encontra dissolvida em água? Justifique sua resposta: 6- Deseja-se separar um composto A a partir de 500 mL de uma solução aquosa contendo 8,0 g de A. Utilizando-se éter etílico como solvente para a extração, quantos gramas de A seriam extraídos: a) Com uma única extração usando 150 mL de éter etílico? b) Com 3 extrações sucessivas de 50 mL de éter etílico cada uma? (assuma que o coeficiente de distribuição éter etílico/água é igual a 3). 7- A solubilidade (a 25oC) do ácido m-hidróxi-benzoico em água é de 0,0104g/mL e de 0,0908g/mL em éter. a) estime o coeficiente de distribuição deste ácido em um sistema água/éter; b) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada, por uma única extração usando 100 mL de éter; c) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada por duas extrações sucessivas, empregando 50 mL de éter em cada uma; 21 8- Esquematize uma sequência plausível de separação, usando extração líquido-líquido, de uma mistura equimolar composta de N,N-dietilanilina (solubilidade em água 0,016g/mL, muito solúvel em éter), acetofenona (insolúvel em água, solúvel em éter) e 2,4,6-triclorofenol (solubilidade em água de 0,0008g/mL, muito solúvel em éter). 9- Como funciona um extrator do tipo Soxhlet? ADENDO: DESSECANTES SÓLIDOS DESSECANTE REATIVIDADE FORMA HIDRATADA EMPREGO Sulfato de magnésio Neutro MgSO4 . 7 H2O geral Sulfato de sódio Neutro Na2SO4 . 7 H2O Na2SO4 . 10 H2O geral Cloreto de cálcio Neutro CaCl2 . 2 H2O hidrocarbonetos CaCl2 . 6 H2O haletos Carbonato de potássio Básico K2CO3 . 1/2 H2O aminas, ésteres, bases e cetonas Hidróxido de potássio Básico KOH . n H2O aminas 22 QUI A64 – Tópicos de técnicas de laboratório - destilação simples e fracionada 1 - INTRODUÇÃO Destilação é uma técnica geralmente usada para remover um solvente, purificar um líquido ou para separar os componentes de uma misturade líquidos, ou ainda separar líquidos de sólidos. Na destilação, a mistura a ser destilada é colocada no balão de destilação (balão de fundo redondo) e aquecida, fazendo com que o líquido de menor ponto de ebulição seja vaporizado e então condensado, retornando ao estado líquido (chamado de destilado ou condensado) e coletado em um frasco separado. Numa situação ideal, o componente de menor ponto de ebulição é coletado em um recipiente, e outros componentes de pontos de ebulição maiores permanecem no balão original de destilação como resíduo. O ponto de ebulição de um líquido pode ser definido como a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual à pressão externa, exercida em qualquer ponto, sobre sua superfície. O líquido entra em ebulição e “ferve”, ou seja, é vaporizado por bolhas formadas no seio do líquido. Com líquidos de pontos de ebulição muito próximos, o destilado será uma mistura destes líquidos com composição e ponto de ebulições variáveis, contendo um excesso do componente mais volátil (menor ponto de ebulição) no final da separação. Para evitar a ebulição tumultuosa de um líquido durante a destilação sob pressão atmosférica, adicionam-se alguns fragmentos de “porcelana porosa”. Estes liberam pequenas quantidades de ar e promovem uma ebulição mais regular. Os tipos mais comuns de destilação são: destilação simples, destilação fracionada, destilação a vácuo e destilação por arraste de vapor. A destilação simples é uma técnica usada na separação de um líquido volátil de uma substância não volátil. Não é uma forma muito eficiente para separar líquidos com diferença de pontos de ebulição próximos. A Figura 13 mostra um esquema de um equipamento para destilação simples. Um termômetro é usado para se conhecer a temperatura do que está sendo destilado. O condensador consiste de um tubo, envolvido por uma capa de vidro oca contendo água fria. Para se evitar o aquecimento da água que envolve o tubo, esta é trocada continuamente, através de uma abertura ligada a um sistema de resfriamento ligado a uma bomba de circulação. Figura 13. Esquema de um equipamento para destilação simples. 23 Figura 14. Esquema de um equipamento para destilação fracionada. A destilação fracionada é usada para a separação de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de ebulição. A Figura 14 mostra o esquema para uma destilação fracionada, o qual contém uma coluna de fracionamento, que consiste essencialmente de um longo tubo vertical através do qual o vapor sobe e é parcialmente condensado. O condensado escoa pela coluna e retorna ao balão. Dentro da coluna, o líquido, que volta, entra em contato direto com o vapor ascendente e ocorre um intercâmbio de calor, pelo qual o vapor é enriquecido com o componente mais volátil. Então, na prática, é comum empregar uma coluna de fracionamento para reduzir o número de destilações necessárias para uma separação razoavelmente completa dos dois líquidos. Uma coluna de fracionamento é projetada para fornecer uma série contínua de condensações parciais de vapor e vaporizações parciais do condensado e seu efeito é realmente similar a certo número de destilações separadas. Uma boa separação dos componentes de uma mistura através de destilação fracionada requer uma baixa velocidade de destilação, mantendo-se assim uma alta razão de refluxo. O tratamento teórico da destilação fracionada requer um conhecimento da relação entre os pontos de ebulição das misturas das substâncias e sua composição. Se estas curvas forem conhecidas, será possível prever se a separação será difícil ou não, ou mesmo se será possível. A capacidade de uma coluna de fracionamento é a medida da quantidade de vapor e líquido que pode ser passada em contracorrente dentro da coluna, sem causar obstrução. A eficiência de uma coluna é o poder de separação de uma porção definida da mesma. Ela é medida, comparando-se o rendimento da coluna com o calculado para uma coluna de pratos teoricamente perfeitos em condições similares. Um prato teórico é definido como sendo a seção de uma coluna de destilação de um tamanho tal que o vapor esteja em equilíbrio com o líquido; isto é, o vapor que deixa o “prato” tem a mesma composição que o vapor que entra, e o vapor em ascendência no “prato” está em equilíbrio com o líquido descendente. O número de pratos teóricos não pode ser determinado a partir das dimensões da coluna; é computado a partir da separação efetuada pela destilação de uma mistura líquida, cujas composições de vapor e de líquido são conhecidas com precisão. Por exemplo, uma coluna com 12 pratos teóricos é satisfatória para a separação prática de uma mistura de acetato de etila e tolueno. A eficiência de uma coluna depende tanto da altura quanto do enchimento e de sua construção interna. Sua eficiência é frequentemente expressa em termos de altura equivalente por prato teórico (HEPT), que pode ser obtida, dividindo-se a altura do enchimento da coluna pelo número de pratos teóricos. O fracionamento ideal fornece uma série de frações definidas e rigorosas, cada uma destilando a uma temperatura definida. Depois de cada fração ter sido destilada, a temperatura aumenta rapidamente e nenhum líquido é destilado como uma fração intermediária. Se a temperatura for colocada em gráfico contra o volume do destilado em tal fracionamento ideal, o gráfico obtido será uma série de linhas horizontais e verticais semelhantes a uma escada. Uma quebra na inclinação revela a presença de uma fração intermediária e a sua quantidade pode ser usada como um critério qualitativo do rendimento de diferentes colunas. Dessa forma, o objetivo principal das colunas de fracionamento eficientes é reduzir a proporção das frações intermediárias a um mínimo. Os fatores mais importantes que influenciam a separação de 24 misturas em frações bem delineadas são: isolamento térmico, razão de refluxo, enchimento e tempo de destilação. 2 - QUESTIONÁRIO 1- Para que serve e quando se aplica a destilação? 2- Fale sobre destilação a pressão reduzida e quando se aplica esta técnica: 3- Cite duas diferenças básicas entre uma destilação simples e uma fracionada: 4- Cite processos industriais que envolvam a técnica de destilação. 5- Além das pedras porosas cite outras maneiras de se evitar a ebulição tumultuosa durante o aquecimento de líquidos: 6- Como funciona uma coluna de fracionamento? 7- O termômetro adaptado no aparelho de destilação informa a temperatura de qual fase: da líquida ou do vapor? 8- Qual a função do condensador? 9- Sugira uma saída para o seguinte problema: o líquido a ser destilado possui ponto de ebulição muito próximo à temperatura ambiente, e não está condensando no condensador. 10- O que é uma mistura azeotrópica e por que os seus componentes não podem ser separados por destilação? 11- O que é um "prato teórico"? 12- O que é o índice de refração? 3 - BIBLIOGRAFIA 1. SOARES, B.G.; SOUSA, N.A.; PIRES, D.X. Química orgânica: teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos. Rio de Janeiro, Guanabara. 1988. 2. VOGEL, A.I. Química orgânica: análise orgânica qualitativa. 2. ed. Rio de Janeiro Ao Livro Técnico S. A., 1981. V. 1. 25 QUI A64 – Tópicos de técnicas de laboratório - destilação por arraste de vapor 1 - INTRODUÇÃO As essências ou aromas das plantas devem-se principalmente aos óleos essenciais. Os óleos essenciais são usados, principalmente por seus aromas agradáveis, em perfumes, incenso, temperos e como agentes flavorizantes em alimentos. Alguns óleos essenciais são também conhecidos por sua ação antibacteriana e antifúngica. Outros são usados na medicina, como a cânfora e o eucalipto. Além dos ésteres, os óleos essenciais são compostos por uma mistura complexa de hidrocarbonetos,álcoois e compostos carbonílicos, geralmente pertencentes a um grupo de produtos naturais chamados terpenos. Muitos componentes dos óleos essenciais são substâncias de alto ponto de ebulição e podem ser isolados através de destilação por arraste a vapor. A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura menor que 100C, que é o ponto de ebulição da água. O princípio da destilação à vapor baseia-se no fato de que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual a soma da pressão de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna-se igual a pressão atmosférica (e a mistura ferve) numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes. Para dois líquidos imiscíveis A e B: Ptotal = Po A + Po B onde Po A e Po B são as pressões de vapor dos componentes puros. Note que este comportamento é diferente daquele observado para líquidos miscíveis, onde a pressão total de vapor é a soma das pressões de vapor parciais dos componentes. Para dois líquidos miscíveis A e B: Ptotal= XA Po A + XB Po B onde XAPo A e XBPo B correspondem às pressões parciais de vapor. A destilação por arraste a vapor pode ser utilizada nos seguintes casos: 1. Quando se deseja separar ou purificar uma substância cujo ponto de ebulição é alto e/ou apresente risco de decomposição; 2. Para separar ou purificar substâncias contaminadas com impurezas resinosas; 3. Para retirar solventes com elevado ponto de ebulição, quando em solução existe uma substância não volátil; 4. Para separar substâncias pouco miscíveis em água, cujas pressões de vapor sejam próximas a da água à 100C. O destilado obtido a partir da destilação por arraste à vapor pode ter sua composição estimada, em função de normalmente um dos componentes (no caso, água) ter seus dados físico-químicos conhecidos. Assim, a quantidade de cada componente pode ser calculada com o auxílio da Lei de Dalton das pressões parciais. De acordo com esta Lei, a fração molar de cada componente (yA e yB) na fase de vapor é dada pela razão de sua pressão parcial sobre a pressão total: yA = Po A PT yB = PT Po B 26 Quando o vapor é condensado, o líquido resultante tem a mesma composição. A razão das frações molares de A e B no destilado é dada pela equação abaixo, obtida a partir da divisão das equações anteriores: yA yB = Po A Po B Desde que yA = nA / nT e yB = nB / nT, onde nA e nB são o número de moles de A e B, respectivamente, e nT é o número total de moles do destilado, a equação pode ser reescrita como segue: = Po A Po B nA / nT nB / nT = Po A Po B nA nB Como o número de moles de cada componente é dado pela razão entre sua massa m e seu peso molecular MM, temos que: = mA mB Po B X MMB Po A X MMA Esta equação mostra que a massa de cada componente no destilado é diretamente proporcional ao seu peso molecular e sua pressão de vapor na temperatura de destilação. Quanto mais alta for sua pressão de vapor e seu peso molecular maior será seu rendimento no destilado. Figura 15. Destilação por arraste a vapor. 27 QUI A64 – Tópicos de técnicas de laboratório – identificação de substâncias orgânicas SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS 1 - INTRODUÇÃO Grande parte dos processos rotineiros de um laboratório de Química Orgânica (reações químicas, métodos de análise e purificação de compostos orgânicos) é efetuada em solução ou envolve propriedades relacionadas à solubilidade de compostos orgânicos. A solubilidade dos compostos orgânicos pode ser dividida em duas categorias principais: a solubilidade na qual uma reação química é a força motriz e a solubilidade na qual somente está envolvida a simples miscibilidade. As duas estão inter-relacionadas, sendo que a primeira é, geralmente, usada para identificar os grupos funcionais e a segunda para determinar os solventes apropriados para recristalização, nas análises espectrais e nas reações químicas. Três informações podem ser obtidas com relação a uma substância desconhecida, através da investigação de seu comportamento quanto à solubilidade em: água, solução de hidróxido de sódio 5%, solução de bicarbonato de sódio 5%, solução de ácido clorídrico 5% e ácido sulfúrico concentrado a frio. Em geral, encontram-se indicações sobre o(s) grupo(s) funcional(is) presente(s) na substância. Por exemplo, uma vez que os hidrocarbonetos são insolúveis em água, o simples fato de um composto como o éter etílico ser parcialmente solúvel em água indica a presença de um grupo funcional polar. Além disso, a solubilidade em certos solventes fornece informações mais específicas sobre um grupo funcional. Por exemplo, o ácido benzoico é insolúvel em água, mas o hidróxido de sódio diluído o converte em seu sal, que é solúvel. Assim, a solubilidade de um composto insolúvel em água, mas solúvel em solução de NaOH diluído, é uma forte indicação sobre o grupo funcional ácido. Finalmente, é possível, em certos casos, fazer deduções sobre a massa molecular de uma substância. Por exemplo, em muitas séries homólogas de compostos monofuncionais, aqueles com menos de cinco átomos de carbono são solúveis em água, enquanto que os homólogos são insolúveis. De acordo com o Esquema 1, os testes de solubilidade são iniciados pelo ensaio com água. Diz-se que uma substância é “solúvel” em um dado solvente, quando esta se dissolve na razão de aproximadamente 3 g por 100 mL de solvente. Entretanto, quando se considera a solubilidade em ácido ou base diluída, a observação importante a ser feita não é saber se ela atinge os 3% ou outro ponto arbitrário, e sim se a substância desconhecida é muito mais solúvel na solução ácida ou básica aquosa do que em água. Este aumento na solubilidade constitui o ensaio positivo para a existência de um grupo funcional ácido ou básico. Os compostos ácidos são classificados por intermédio da solubilidade em hidróxido de sódio 5%. Os ácidos fortes e fracos (respectivamente, classes A1 e A2 da Tabela 1) são distintos por serem os primeiros solúveis em bicarbonato de sódio a 5%, enquanto que os últimos não o são. Os compostos que atuam como bases em soluções aquosas são detectados pela solubilidade em ácido clorídrico a 5% (classe B). 28 Tabela 1: Compostos orgânicos relacionados às classes de solubilidade. S2 Sais de ácidos orgânicos, hidrocloretos de aminas, aminoácidos, compostos polifuncionais (carboidratos, poliálcoois, ácidos, etc.). SA Ácidos monocarboxílicos, com cinco átomos de carbono ou menos, ácidos arenossulfônicos. SB Aminas monofuncionais com seis átomos de carbono ou menos. S1 Álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas monofuncionais com cinco átomos de carbono ou menos. A1 Ácidos orgânicos fortes: ácidos carboxílicos com menos de seis átomos de carbono, fenóis com grupos eletrofílicos em posições orto e para, -dicetonas. A2 Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas, tiofenóis com mais de cinco átomos de carbono, -dicetonas, compostos nitro com hidrogênio em , sulfonamidas. B Aminas aromáticas com oito ou mais carbonos, anilinas e alguns oxiéteres. MN Diversos compostos neutros de nitrogênio ou enxofre contendo mais de cinco átomos de carbono. N1 Álcoois, aldeídos, metil cetonas, cetonas cíclicas e ésteres contendo somente um grupo funcional e número de átomosde carbono entre cinco e nove; éteres com menos de oito átomos de carbono; epóxidos. N2 Alcenos, alcinos, éteres, alguns compostos aromáticos (com grupos ativantes) e cetonas (além das citadas em N1). I Hidrocarbonetos saturados, alcanos halogenados, haletos de arila, éteres diarílicos, compostos aromáticos desativados. Obs.: Os haletos e anidridos de ácido não foram incluídos devido a alta reatividade. Muitos compostos que são neutros frente ao ácido clorídrico a 5%, comportam-se como bases em solventes mais ácidos, como ácido sulfúrico ou ácido fosfórico concentrado. Em geral, compostos contendo enxofre ou nitrogênio deveriam ser solúveis neste meio. Uma vez que apenas a solubilidade em água não fornece informação suficiente sobre a presença de grupos funcionais ácidos ou básicos, esta deve ser obtida pelo ensaio das soluções aquosas com papel de tornassol ou outro indicador de pH. Um resumo gráfico pode ser encontrado na Figura 16. 29 Figura 16. Classificação dos compostos orgânicos pela solubilidade. 2 - METODOLOGIA Neste experimento, serão analisados ou uma substância pura desconhecida ou uma mistura de 3 compostos diferentes desconhecidos, que precisarão ser separados para, somente depois, serem analisados. A partir dos testes de solubilidade, estes serão classificados em classes de grupos funcionais de acordo com a Tabela 1 e Figura 16. 3 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1) solubilidade: Coloque 1,0 mL do solvente em um tubo de ensaio. A seguir adicione algumas gotas do líquido ou sólido desconhecido, diretamente no solvente. Os compostos sólidos devem ser finamente pulverizados para facilitar a dissolução. A seguir, agite cuidadosamente o tubo de ensaio e anote o resultado. Às vezes um leve aquecimento ajuda na dissolução, e quando um composto colorido se dissolve a solução assume esta cor. Usando o procedimento acima, os testes de solubilidade dos compostos desconhecidos devem ser determinados nos seguintes solventes: água, éter, NaOH 5%, NaHCO3 5%, HCl 5%, H2SO4 95 % e H3PO4 85%. O roteiro apresentado no Esquema 1 deve servir como orientação. Usando ácido sulfúrico concentrado pode haver uma mudança de coloração, indicando um teste positivo de solubilidade. Sólidos desconhecidos que não dissolvem nos solventes citados acima podem ser substâncias inorgânicas. Se o composto dissolver em água, o pH deverá ser medido com papel indicador. Compostos solúveis em água são, em geral, solúveis em todos os solventes aquosos. Se um composto é pouco solúvel em água, ele poderá ser mais solúvel em outro solvente aquoso. Como já citado, um ácido carboxílico poderá ser pouco solúvel em água, mas muito solúvel em meio básico diluído. Assim, torna-se necessário determinar a solubilidade dos compostos desconhecidos em todos os solventes. 30 A sistemática clássica usada na identificação de amostras orgânicas foi desenvolvida muito depois da sistemática de análise de substâncias inorgânicas e elementos. O primeiro e bem-sucedido programa de análise qualitativa para amostras orgânicas foi desenvolvido pelo professor Oliver Kamm, apresentado no seu livro texto publicado em 1922. Recentemente, o desenvolvimento de métodos instrumentais de separação e análise (particularmente, cromatografia e técnicas espectroscópicas) revolucionou a prática da química orgânica. Entretanto, o interesse na análise qualitativa clássica permanece grande, pois esse método é muito eficaz, sendo ainda um dos meios mais interessantes de ensinar química orgânica. Na análise clássica qualitativa de compostos orgânicos recomenda-se a execução sequencial dos seguintes procedimentos experimentais: EXAME PRELIMINAR O exame preliminar pode fornecer muitas informações se este for levado a cabo inteligentemente. Vejamos alguns exemplos: Cor - A cor da amostra é bastante informativa: amostras mais puras são incolores, brancas ou pouco coloridas. A cor de uma substância orgânica pura é usualmente atribuída a presença de duplas conjugadas. Substâncias orgânicas coloridas comuns incluem: nitro e nitrosos (amarelo), -dicetonas (amarelo), quinonas (amarelo ao vermelho), azo (amarelo ao vermelho) e olefinas conjugadas e cetonas (amarelo ao vermelho). A cor marrom é característica mais frequente da presença de pequenas impurezas, por exemplo, aminas e fenóis (incolores) tornam-se rapidamente marrom ou púrpura pela formação de produtos de oxidação. Odor - O cheiro de muitas substâncias orgânicas é extremamente característico, particularmente os de baixo peso molecular. Através de um esforço consciente, poderemos ser capazes de reconhecer os odores característicos de muitas classes funcionais. Álcoois, cetonas, hidrocarbonetos aromáticos e olefinas alifáticas têm odores característicos. Algumas aminas líquidas e sólidas são reconhecidas por seus odores de peixe. Ésteres apresentam, frequentemente, fragrância agradável. O desagradável odor dos tióis, isonitrilas e ácidos carboxílicos de baixo peso molecular não pode ser descrito com clareza, mas é facilmente reconhecido. O odor mais agradável pode ser reconhecido mais facilmente do que descrito. Devemos ser cautelosos ao cheirar substâncias desconhecidas, pois muitos compostos não são apenas malcheirosos bem como irritantes para as mucosas. Cuidado!!! A maior parte dos vapores orgânicos não deve ser inalada, pois muitos são tóxicos e venenosos. Chama - O teste de ignição é um procedimento altamente informativo. Aqueça uma pequena quantidade da amostra (cerca de 50 mg de um sólido ou uma gota de um líquido) brandamente, em uma espátula ou um cadinho, numa chama. Faça então anotações se a amostra fundiu à baixa temperatura ou se a fusão ocorreu apenas sob forte aquecimento. Observe a inflamabilidade e a natureza da chama. Uma chama amarela fuliginosa indica a presença de uma substância aromática altamente insaturada, mas uma chama amarela não fuliginosa é característica de hidrocarbonetos alifáticos. A presença de oxigênio na amostra faz com que a chama se torne menos colorida (ou azul). A presença de halogênio impede a inflamabilidade. O inconfundível cheiro de dióxido de enxofre indica a presença de um composto sulfuroso. Se uma grande quantidade permanece inalterada após a ignição, a amostra desconhecida é provavelmente um sal metálico. Pureza - Um ponto de ebulição constante ou um faixa de fusão estreita são indicadores de pureza da amostra. Melhor informação de pureza pode ser obtida por cromatografia em camada delgada. Purifique a amostra se necessário (destilação, recristalização ou cromatografia em coluna). DETERMINAÇÃO DAS CONSTANTES FÍSICAS No processo de caracterização de substâncias orgânicas a determinação das constantes físicas, tais como, ponto de fusão e ponto de ebulição constitui um passo primordial, pois não só fornece informações úteis na caracterização de uma amostra bem como pode ser fundamental na dedução da pureza deste. Um ponto de fusão nítido é uma evidência de pureza da amostra. Faixas estreitas de ponto de ebulição, no entanto, não consubstanciam fortemente a pureza. Outras constantes físicas suficientemente características que são usadas para líquidos, particularmente no caso de hidrocarbonetos, éteres e outras classes funcionais 31 pouco reativas, são o índice de refração e a densidade. A densidade relativa pode servir como ensaio de pureza da amostra, porém, é raramente utilizada nas etapas iniciais de determinação da estrutura. Exceção deve ser feita no caso de substâncias muito inertes, onde a densidade relativa pode ser uma das provas iniciais da determinação da estrutura. O índice de refração pode ser facilmente obtido e constitui boa indicação de pureza, servindo, às vezes, de suporte na identificação. A rotação óptica e o fator de retenção (Rf), quando aplicável, devem ser também considerados. TESTE