Relatório 1 m nitrobenzoato de metila

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA EXATAS E TECNOLÓGICAS 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO 1 – PREPARAÇÃO, PURIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO 
DO m-NITROBENZOATO DE METILA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAROLINE DA COSTA PAGANI 
(201310339) 
THAYANNAH MOREIRA DO CARMO RIBEIRO 
(201310885) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ILHÉUS - BA 
 
2016
 
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CAROLINE DA COSTA PAGANI (201310339) 
THAYANNAH MOREIRA DO CARMO RIBEIRO (201310885) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PREPARAÇÃO, PURIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO m-
NITROBENZOATO DE METILA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte dos critérios 
de avaliação da disciplina CET988 – no curso de 
Engenharia Química - Turma P06. 1º 
experimento, dias de execução: 20/05, 03/06, 
10/06 de 2016. 
 
Professor: Reinaldo S. Gramacho 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ILHÉUS - BA 
2016 
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SUMÁRIO 
 
1 RESUMO ................................................................................................................. 4 
2 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 4 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 5 
3.1 Materiais ........................................................................................................... 5 
3.2 Reagente ............................................................................................................ 6 
3.3 Métodos .................................................................................................................. 6 
3.3.1 Procedimento ............................................................................................ 6 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 7 
5 CONCLUSÃO.........................................................................................................10 
6 BIBLIOGRAFIA....................................................................................................10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 RESUMO 
 
O objetivo deste experimento foi de realizar e aprender os conceitos e técnicas de 
uma síntese orgânica sintetizando o m-nitrobenzoato de metila. O produto foi obtido 
partindo da nitração do benzoato de metila a partir de uma mistura sulfonítrica, a qual 
foi utilizada como catalisador. Após a obtenção do m-nitrobenzoato de metila, ele foi 
filtrado a vácuo e recristalizado para purificação. Para garantir que o produto obtido era 
o desejado, foi feita a caracterização do produto para determinar o ponto de fusão 
comparando com o valor indicado na literatura que é cerca de 78-80 ºC. 
 
2 INTRODUÇÃO 
 
Compostos aromáticos são aqueles que possuem aromaticidade em sua 
formação, como exemplo do benzeno que nada mais é que um anel aromático 
constituído por ligações simples e duplas, alternadamente, ou representado por um 
círculo dentro do hexágono. [1] Quando descoberto, esperava-se que o benzeno fosse 
um composto altamente insaturado por apresentar a mesma quantidade de carbonos e 
hidrogênios, tendo, ainda, a deficiência de 4 hidrogênios; no entanto, ele faz parte de 
uma classe de compostos orgânicos com propriedades incomuns. [1] 
A partir do estudo da Teoria de Valência de Kakulé, os compostos orgânicos 
foram divididos entre alifáticos – comportamento químico semelhante ao da gordura – e 
aromáticos – possui baixa relação hidrogênio/carbono, sofre substituição, 
experimentalmente (mesmo se for altamente insaturado) e segue a regra de Huckel, 
onde 4n + 2, sendo n o número de elétrons π. O benzeno não sofre adição, mas sim 
substituição, a qual pode ser feita em qualquer um dos carbonos resultando no mesmo 
produto. [1] 
Figura 1 – Representação da fórmula do benzeno proposta por Kakulé. 
 
A reação de substituição permite ao sexteto aromático dos elétrons π ser 
regenerado após o ataque pelo eletrófilo ter ocorrido. [1] Os benzenos que já possuem 
grupamento substituinte presentes no anel e sofrem ataque eletrofílico, terão influência 
deste grupamento para indicar a orientação e reatividade das substituições. Aqueles 
grupamentos que tornam o conjunto mais reativo que o benzeno são chamados de 
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ativadores, por sua vez, os que tornam o conjunto menos reativo que o benzeno serão 
desativadores. 
Podemos também classificar os grupos substituintes pela orientação na 
substituição eletrofílica como orientadores orto-para ou orientadores meta, indicando a 
posição de entrada do novo grupo em relação ao já existente. [1] Um grupo ativador tem 
orientação orto-para, enquanto que o grupo desativador tem orientação meta. 
O benzoato de metila possui o grupo desativador ligado diretamente ao anel 
aromático (CO2Me) que orienta a entrada de um novo grupamento, por substituição, na 
posição meta. Dizer que ele é desativador significa que a velocidade da reação diminui 
em relação à velocidade que seria com o benzeno puro. 
A nitração é a introdução irreversível de um ou mais grupos nitro (NO2) em uma 
molécula orgânica. O sistema ácido sulfúrico-ácido nítrico é o reagente mais comum em 
nitração, para misturas sulfonítricas. A nitração aromática consiste na substituição de 
um dos hidrogênios pelo NO2, sendo necessário, primeiramente, o ataque ao carbono 
com ligação π, formando um carbocátion que logo será estabilizado pela perda de um 
próton e posterior volta da aromaticidade do anel benzênico. [2] 
As reações, por vezes, precisam passar por um processo de purificação, de modo 
que fique a menor quantidade de impurezas possível. Um método de separação bastante 
conhecido é a extração por solvente, a qual consiste em remover um soluto de uma 
solução aquosa por meio de um solvente imiscível em água. [2] A recristalização 
também é um método de purificação em compostos orgânicos que são sólidos à 
temperatura ambiente e é feita pela dissolução do sólido em solvente quente e deixá-lo 
resfriando lentamente. Se o processo for lento é chamado de cristalização – formação de 
cristais camada por camada, deixando-o mais puro – mas se for rápido, chama-se de 
precipitação – impurezas são arrastadas junto com o precipitado, tornando-o impuro. O 
ponto chave do procedimento é a escolha do solvente, que deve dissolver bastante a 
quente, mas não a frio. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
A seguir serão apresentados os materiais e os métodos usados neste 
experimento. 
 
3.1 Materiais 
 
 Balão volumétrico de 50,0 mL 
(1); 
 Béquer de 50,0, 150,0, 250,0 mL 
(3); 
 Bureta de 25,0 mL (1); 
 Erlenmeyer de 125,0 mL (5); 
 Funil de separação de 125,0 mL 
(1); 
 Funil de vidro; 
 Pipeta graduada de 10,0 mL (1); 
 Pipeta graduada de 20,0 mL (1); 
 Proveta de 5,0, 10,0 e 25,0 mL 
(3); 
 Suporte com haste e garras (1). 
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3.2 Reagente 
 
 Ácido sulfúrico; 
 Ácido nítrico; 
 Benzoato de metila; 
 
 
 
 
Benzoato de metila Ácido Sulfúrico Ácido Nítrico 
 
3.3 Métodos 
 
3.3.1 Procedimento 
 
 Preparo da mistura sulfonítrica: 
Em um béquer de 50 mL colocou-se 4 mL de ácido sulfúrico concentrado. 
Transferiu-se o béquer para o banho de gelo e, com uma pipeta, adicionou-se gota a 
gota, 4 mL deácido nítrico concentrado e reservou. 
 
 Preparação do m-nitrobenzoato de metila: 
Em um béquer de 150 mL, adicionou-se 12 mL de ácido sulfúrico concentrado, 
transferiu-se o béquer para um banho de gelo e sal até a temperatura de 0 °C, e 
adicionou-se lentamente 6,9 mL de benzoato de metila. Manteve-se a temperatura de 0 
°C ou abaixo e, com um conta gotas, adicionou-se gota a gota, a mistura sulfonítrica já 
preparada. 
Durante a adição, agitou-se a mistura continuadamente e manteve-se a temperatura 
abaixo de 15 °C. Após toda a mistura ter sido adicionada, deixou-se em repouso à 
temperatura ambiente por 15 minutos. Após 15 minutos, adicionou-se a mistura sobre 
50 g de gelo picado em um béquer de 250 mL. Após o gelo ter fundido, isolou-se o 
produto por filtração a vácuo em um funil de Buchner e lavou-se com duas porções de 
25 mL de água gelada e duas porções de metanol gelado. 
 
 Purificação do produto: 
Recristalizou-se o produto utilizando-se 30 mL da mistura etanol/água (2:1), 
usando-se a técnica de recristalização já conhecida. 
 
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 Determinação do ponto de fusão: 
Em um tubo capilar, com uma das extremidades fechadas, colocou-se uma ponta de 
espátula do produto, previamente seca, compactando-a de modo a ficar concentrada na 
extremidade fechada. O tubo foi acoplado na ponta do termômetro utilizando um 
elástico e colocado dentro da água em aquecimento. A faixa de temperatura de inicio e 
fim da fusão do m-nitrobenzoato de metila foi determinada e comparada com a 
encontrada na literatura. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
O benzeno reage lentamente com o ácido nítrico concentrado a quente para 
fornecer nitrobenzeno. Em uma mistura de ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico 
concentrado, devido ao ácido sulfúrico ser o mais forte, ele irá se ionizar, atuando como 
ácido, enquanto o ácido nítrico se comporta como uma base num sistema solvente. 
Além disso, o ácido sulfúrico aumenta a velocidade da reação pelo aumento da 
concentração de eletrófilo, NO2
+
. 
 
 
 
 
 
O íon 
 é chamado nitrônio e existe na mistura citada anteriormente. Trata-se de 
um reagente eletrófilo pois aceita um par de elétrons. Essa reação ocorre como é 
mostrado no mecanismo abaixo: 
Etapa 1: 
 
Etapa 2: 
 
 
Como essa solução foi adicionada ao benzoato de metila. Um benzeno que já 
possui um grupo substituinte, que nesse caso é um éster (CO2CH3), este substituinte que 
irá determinar a velocidade e a orientação da substituição eletrófila aromática. Existem 
duas possibilidades para os substituintes, geralmente quando ele é doador de elétrons ele 
ativa o anel benzênico para a substituição e ela ocorre nas posições orto e para. Quando 
o substituinte atrai os elétrons o anel benzênico é desativado para a substituição e a 
substituição ocorre na posição meta. 
Dessa forma, o grupo já substituído no benzeno, um éster, um desativador 
moderado, logo será um grupo orientador meta, pois ele desativa o anel aromático. 
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Na adição da mistura sulfonítrica a temperatura do sistema estava abaixo a -5ºC 
controlando para não ultrapassar 0ºC, pois se a temperatura estivesse mais alta poderia 
ocorrer a formação de produtos indesejados. Assim, ao adicionarmos a mistura gota a 
gota manteve-se a temperatura até os 15 °C para não ocorrer uma sulfonação ou di-
nitração. 
Logo a baixo está o mecanismo que descreve a reação de nitração do benzoato 
de metila. 
Etapa 3: 
 
Etapa 4: 
 
A tabela 1 apresenta a constante física dos compostos que será de grande 
utilidade para os cálculos estequiométricos deste experimento. 
Tabela 1 - Propriedades físicas dos compostos. 
Reagentes e Produtos P.F (ºC) P.E (ºC) ρ (g/mL) Solubilidade em água (g/mL) 
C6H5CO2CH3 - 12,5 199,6 1,094 4,20 x 
H2SO4 10,38 337 1,835 Miscível 
HNO3 -42 83 1,51 Miscível 
m-O2NC6H4CO2CH3 78-80 - - Miscível 
 
Através de cálculos estequiométricos podem-se encontrar os valores contidos na 
tabela 2. 
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Tabela 2 - Dados obtidos. 
Reagentes e Produtos MM (g/mol) Massa Usada Proporção 
 G Mol Teórica Prática 
C6H5CO2CH3 136,15 7,55 0,055 1 1 
H2SO4 98,08 22,02 0,225 1 4,01 
HNO3 63,01 6,04 0,096 1 1,74 
m-O2NC6H4CO2CH3 181,16 - - 1 - 
 
 
Para o benzoato de metila (C6H5CO2CH3): 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 mol--------136,15 g 
X ------------7,55 g 
X= 0, 055 mol de C6H5CO2CH3 
Para o ácido sulfúrico (H2SO4): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 mol--------98,08 g 
Y ------------22,08 g 
Y= 0, 225 mol de H2SO4 
Para o ácido nítrico (HNO3): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 mol--------63,01 g 
Z ------------6,04 g 
Z= 0, 096 mol de HNO3 
 
 
Para o meta-nitrobenzoato de metila (m-O2NC6H4CO2CH3): 
 
Para encontrar-se o rendimento teórico do m-nitrobenzoato de metila precisa-se 
determinar o agente limitante e o que esta em excesso, nesse caso o agente limitante é o 
benzoato de metila como pode ser comprovado pelos dados da tabela 2, já que é o que 
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apresenta menor quantidade de mols, assim calculamos o rendimento teórico. Portanto, 
para a proporção usada dividiu-se cada valor de mol usado pelo mol do agente limitante. 
 
1 mol-------181,16 g 
0,055 mol------- W 
W= 9,96 g de m-O2NC6H4CO2CH3 
 
Porém, esse resultado esperado não foi obtido no final da prática, uma vez que 
obteve-se apenas 4,7453g do produto, ou 47,64%. Essa diferença pode ser explicada 
pela perda de sólido durante os processos de lavagem e filtração, por exemplo, na qual 
notou-se a passagem de parte do sólido juntamente com a água utilizada para concentrar 
o produto no centro do funil de Buchner. 
9,96 g---------100% 
 4,7453 g---------Z 
Z= 47,64% da massa total esperada 
Para termos a garantia que o produto encontrado na prática era realmente o m-
nitrobenzoato de metila, foi feito o teste através do ponto de fusão do composto. De 
acordo com os dados encontrados na literatura o produto que almejamos tem o ponto de 
fusão de 78 – 80 °C, com temperatura ideal de 79 ºC, já o nosso produto teve o ponto de 
fusão entre 77,5 – 78 °C. Mas essa caracterização pode haver erros, por exemplo, pela 
falta de calibração do termômetro podendo interferir no resultado, bem como a presença 
de impurezas. Portanto somente com esse teste não podemos afirmar que o produto 
encontrado é o m-nitrobenzoato puro, apesar de conter apenas uma pequena variação no 
ponto de fusão, seria mais correto realizar um teste de infravermelho para obter o RMN 
do composto e comparar o resultado com o RMN do benzoato de metila. 
5 CONCLUSÃO 
 
Através deste experimento foi possível perceber a simplicidade e eficiência do 
processo de extração líquido-líquido, através de um funil de decantação, facilitando sua 
execução na maioria dos laboratórios químicos. É possível retirar impurezas de um 
solvente com a utilização de outro solvente com propriedades diferentes. 
A partir dos procedimentos de extração foi observado que o processo de 
extração múltipla foi o mais eficiente, extraindo de ácido propiônico enquanto 
que o processo de extração simples obteve , portanto houve um aumento de 
27% na extração utilizando o processo múltiplo. 
 
6 REFERÊNCIAS 
 
[1] SOLOMONS, T. W. Graham. Química orgânica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. 
2 v. ISBN 85-216-1082-3(v. 1) 85 
[2] VOGEL, Arthur Israel. Quimica orgânica: análise orgânica qualitativa. 2. ed. Rio de