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09 L�minas Sublima�ao Corantes 2016 02.pdf Química Orgânica Experimental I QUI02 223 SUBLIMAÇÃO SÍNTESE DE CORANTES Semestre 2016/02 Profa. Sônia M. B. Nachtigall ETAPAS DA AULA: • Purificação de ácido benzóico, por sublimação. Caracterização do contaminante benzaldeído por via úmida. • Síntese de um corante azóico. A pressão de vapor de um líquido aumenta com a temperatura. Quando essa pressão de vapor se iguala à pressão externa (normalmente pressão atmosférica, 760 mmHg), o líquido atinge seu ponto de ebulição. Os sólidos também apresentam pressão de vapor, a qual também aumenta com a temperatura. A maioria dos sólidos funde antes que sua pressão de vapor se iguale à pressão atmosférica. Porém, a pressão de vapor de alguns sólidos iguala a pressão externa antes da fusão. Esses sólidos passam à fase vapor sem passar pela fase líquida no processo chamado de sublimação. Como o vapor formado pode ser solidificado novamente, o ciclo pode ser usado como um método de purificação. A purificação só é eficiente se as impurezas tiverem pressões de vapor muito menores que o material a ser sublimado. 1ª Parte: SUBLIMAÇÃO A sublimação é um processo pouco comum à pressão atmosférica. Em geral, são substâncias pouco polares e simétricas, com pressões de vapor relativamente altas: iodo, naftaleno, gelo seco. Teoricamente todos os sólidos podem sublimar, basta que sejam submetidos ao conjunto de T e P adequados. Geralmente se reduz a pressão (vácuo) para que a sublimação ocorra em temperatura mais baixa, prevenindo a decomposição das substâncias. Vantagens da técnica de purificação por sublimação: Não requer o uso de solventes; Permite remover impurezas que estão ocluídas na estrutura do material; É um método mais rápido que a recristalização. Desvantagem: Não é adequada quando as impurezas também sublimam. Aparelho de sublimação com dedo frio. A água fria percorre um circuito no interior do aparelho. 1) Entrada de água para resfriamento, 2) Saída da água para resfriamento, 3) Entrada de vácuo do gás, 4) Câmara de sublimação, 5) Composto sublimado, 6) Material a sublimar, 7) Aquecimento externo SISTEMAS UTILIZADOS PARA SUBLIMAÇÃO 1g PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO BENZÓICO CONTAMINADO COM BENZALDEÍDO E CARVÃO ATIVADO Fazer testes por via úmida para identificar a presença do aldeído no ácido benzóico impuro. Teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina – positivo para aldeídos e cetonas. Obs.: Fazer este teste também para o ácido benzóico purificado, para verificar que não está mais contaminado. C O + O2N NO2 NHNH2 H2SO4 etanol O2N NO2 NHN = C + H2O Precipitado amarelo C OH O C O H ac. benzóico benzaldeído Realizar o teste de Tollens para aldeídos. Realizar o teste de Fehling para aldeídos. Espelho de prata ou pptado. preto R 3 NH3 O-NH4 + + O C 2 Ag(s) 2 Ag(NH3)2OH H H2O ++ O C R + CH3CHO + 2 Cu COO- CH OH CHO H COO- 2 + 5 OH - CH3COO - + Cu2O + COO- CH OH CHO H COO- 2 + 3 H2O Solução azul Precipitado cor de telha Teste da fucsina para aldeídos. H3N + C 2 HO3S NHSO2H Cl- + 2 H2O Reagente de Schiff (incolor) H2N C H 2 + NH S O O C OH Cl- solução de cor violeta-purpúrea R RCHO Oxidação com KMnO4 para aldeídos. R C O H KMnO4 R C O OH (sol. violeta) Observa-se o descoramento da solução e a formação de um precipitado marrom de MnO2. 2ª Parte: Preparação de um corante azóico (Pág. 45) • Estrutura geral dos corantes azóicos: Ar – N = N – Ar’ • Corante: substância colorida que possui afinidade com o substrato, geralmente aplicado na forma de uma solução aquosa. • Pigmento: substância colorida sem afinidade com o substrato, geralmente insolúvel. • Para serem empregados como corantes de tecidos e alimentos os corantes devem possuir grupos polares ácidos ou básicos que permitem sua fixação. • Muitos corantes azóicos são empregados como indicadores ácido-base, pois sua cor varia com o pH do meio. Preparação dos corantes azóicos a) Reação de diazotação Amina aromática + ácido nitroso: sal de diazônio Obs.: ácido nitroso é obtido pela reação entre nitrito de sódio e HCl. b) Acoplamento sal de diazônio + aromático: corante azóico NaNO2 + HCl HNO2 + NaCl NH2 + HNO2 HCl N N + Cl- sal de diazônio X X N = N corante azóico H O N O + H + H 2O + nitrosonium ion R NH 2 N O+ + R N H H N O + N-nitrosoammonium ion R N H H N O + + H 2O R N H N O + H 3O + N-nitrosamine R N H N O tautomerization R N N OH a diazenol R N N OH + H + R N N O H H R N N O H H R N N + H 2O + a diazonium ion N OO H H + N OO H H + + + N O + Mecanismo de formação do sal de diazônio NaNO2 + HCl H-O-N=O + NaCl Vermelho de metila (composto azo) – Indicador ácido/base NH2 COOH ac. antranílico + NaNO2 HCl N N + Cl- sal de diazônio COOH N(CH3)2 vermelho de metila NN N CH3 CH3 COOH NN N CH3 CH3 COO- H + zwitterion • Béquer Ac. antranílico + HCl + NaNO2 (0 – 5 oC): formação do sal de diazônio • Testar presença de HNO2 com papel de amido-iodeto: 2HNO2 + 2HCl + 2KI 2NO + 2KCl + I2 + 2H2O O excesso de ác. nitroso oxida o I- a I2; o iodo formado complexa com o amido, produzindo cor azul • Adicionar N,N-dimetilanilina + acetato de sódio + água gelada precipitação do corante Vermelho de metila – Indicador ácido/base CORANTE LARANJA II NNHO3S HO corante laranja II Erlenmeyer Ac. sulfanílico (+CaCO3) + HCl + NaNO2 (0 – 5 oC): sal de diazônio Testar presença de HNO2 com papel de amido-iodeto: 2HNO2 + 2HCl + 2KI 2NO + 2KCl + I2 + 2H2O o iodo formado complexa com o amido, produzindo cor azul Béquer β-naftol + NaOH adicionar ao erlenmeyer precipitação do corante INDICADOR ÁCIDO/BASE ALARANJADO DE METILA NN N CH3 CH3 HO3S alaranjado de metila Forma básica do alaranjado de metila (amarela): S O O N N NO CH3 CH3Acima de pH=4,4 Abaixo de pH=3,2 (heliantina) H + CH3 CH3 O NNN O O S Forma ácida do alaranjado de metila (vermelha ): S O O N N NO CH3 CH3 H + Erlenmeyer Ac. sulfanílico (+CaCO3) + HCl + NaNO2 (0 – 5 oC): sal de diazônio Testar presença de HNO2 com papel de amido-iodeto: 2HNO2 + 2HCl + 2KI 2NO + 2KCl + I2 + 2H2O o iodo formado complexa com o amido, produzindo cor azul Béquer N,N-dimetilanilina + ác. acético glacial precipitação do corante heliantina CORANTE PARA-RED Erlenmeyer Ac. sufúrico + H2O + anilina + NaNO2 (0 – 5 oC): sal de diazônio Testar presença de HNO2 com papel de amido-iodeto: 2HNO2 + 2HCl + 2KI 2NO + 2KCl + I2 + 2H2O o iodo formado complexa com o amido, produzindo cor azul Béquer β-naftol + NaOH adicionar ao erlenmeyer, acidificar com H2SO4 precipitação do corante CORANTE AMARELO SUDAN Erlenmeyer Anilina + H2SO4 + NaNO2 (0 – 5 oC): sal de diazônio Testar presença de HNO2 com papel de amido-iodeto: 2HNO2 + 2HCl + 2KI 2NO + 2KCl + I2 + 2H2O o iodo formado complexa com o amido, produzindo cor azul Béquer β-naftol + NaOH adicionar ao erlenmeyer precipitação do corante Após a preparação dos corantes TODOS os grupos devem fazer o teste de cor em função do pH (ácido ou básico) e o tingimento da lã. Observar que um pH muito básico pode produzir a hidrólise da proteína da lã. Guardar o material no armário para determinação de rendimento na próxima aula. Corantes azo são tóxicos e podem causar mutações genéticas. Anilina: altamente tóxica, possível carcinogênico e mutagênico. Facilmente absorvida pela pele. N,N-dimetilanilina: altamente tóxica, pode ser fatal se inalada ou absorvida pela pele. Pode causar sérios danos aos olhos. Pode agir como carcinogênico. Perigo de efeitos cumulativos. Irritante para a pele e o trato respiratório. Utilizar na capela. Fenol: venenoso por ingestão, inalação ou por contato com a pele, podendo causar a morte. É facilmente absorvido pela pele. Muito tóxico por inalação. Nitrito de sódio (NaNO2 ): tóxico por inalação. Irritante severo para os olhos, trato respiratório e pele. Pode ser carcinogênico por exposição crônica. 1-Naftol e 2-Naftol: nocivos se inalados, e por contato com a pele. Irritantes para os olhos, pele e trato respiratório. HCl concentrado: extremamente corrosivo. Inalação do seu vapor pode causar sérios danos. A ingestão pode ser fatal. O líquido pode causar sérios danos à pele e olhos. Algumas informações de segurança: 01 L�minas Solubilidade e Parti�ao 2016 02.pdf SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Química Orgânica Experimental I – QUI02 223 Profa. Sônia Nachtigall Semestre 2016/02 Solubilidade de compostos orgânicos A solubilidade dos compostos orgânicos nos diferentes solventes depende das forças de atração intermoleculares e das forças de atração entre o solvente e as moléculas. Através das temperaturas de ebulição é possível avaliar as forças de atração intermoleculares. CH3 CH2 CH2CH3 PE: - 1 o C CH3 C O CH3 PE: 56 o C CH3CH2O CH3 PE: 10,8 o C CH3 CH2 CH2OH PE: 97,4 o C CH3 CH2 C O PE: 141 o C OH Compostos orgânicos Compostos iônicos: as forças que mantém os íons unidos são muito fortes. Dissolver esses compostos significa separar os íons. Só ocorre a dissolução se houverem interações muito fortes entre esses íons e o solvente (solvatação). Ex.: NaCl em água Isso também vale para os compostos orgânicos iônicos, como por exemplo o acetato de sódio (CH3COO - Na+), que é muito solúvel em água. “POLAR DISSOLVE POLAR” Iônicos Moleculares Compostos orgânicos moleculares: as forças que mantém as moléculas unidas são mais fracas que as forças iônicas (Forças de Van der Waals). Forças de London nos compostos apolares; Interações dipolo-dipolo nos compostos polares. Quando o composto tem átomos de H ligados a oxigênio ou nitrogênio as interações dipolo-dipolo são chamadas de ligações de hidrogênio, e são cerca de 5x mais fortes que as interações dipolo-dipolo comuns. SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE Algumas considerações sobre a solubilidade de compostos orgânicos Todos os hidrocarbonetos são apolares, por isso se dissolvem bem em solventes apolares e não se misturam com solventes polares. Exemplo de solvente polar: água Exemplos de solventes apolares: hexano, CCl4, éter etílico A presença de grupos polares nas moléculas diminui a solubilidade em solventes apolares e aumenta a solubilidade em solventes polares. Os grupos polares geralmente contém átomos de oxigênio ou nitrogênio. Os halogênios não aumentam muito a polaridade dos compostos. Algumas considerações sobre a solubilidade de compostos orgânicos Um aumento no número de átomos de carbono em uma mesma família de compostos diminui sua polaridade e sua solubilidade em água. Um aumento no número de ramificações, para o mesmo número de átomos de C, aumenta a solubilidade, pois diminui as forças intermoleculares. Quando os compostos orgânicos reagem com ácidos ou bases, formam-se íons e sua solubilidade em água aumenta. Ramificações na cadeia aumentam a solubilidade em comparação com os isômeros de cadeia linear. Exemplo: CH3CH2CH2CH2OH: 8,3g/100 mL CH3 C OH: solubilidade infinita CH3 CH3 (em água) Considerações sobre a polaridade dos solventes A polaridade dos solventes é, geralmente, associada à sua constante dielétrica. A constante dielétrica de um meio é definida como a razão entre o trabalho necessário para separar cargas opostas dispostas a uma determinada distância no vácuo e o trabalho necessário para separar as mesmas cargas quando imersas nesse meio. Quanto maior a constante dielétrica de um solvente, menor a força necessária para separar duas cargas imersas no mesmo. Água momento de dipolo = 1,85D. Porém, a água é um solvente muito mais eficiente para sólidos iônicos do que outros solventes com momento dipolar semelhante (acetona: 2,80D; etanol: 1,69D). A razão desse comportamento é a sua capacidade de formação de ligações de H, que mantém os dipolos moleculares em um arranjo tridimensional ordenado, resultando uma elevada constante dielétrica. Constante dielétrica de alguns solventes Alcanos ( Éter de petróleo, hexano) (1,8) CCl4* (2,2) Tolueno (2,4) Éter Dietílico (4,3) CHCl3* (4,8) Acetato de Etila (6,0) CH2Cl2 (8,9) Acetona (20,7) Etanol (25) Metanol (32,7) Ácido fórmico (59) Água (80) * Solventes suspeitos de serem carcinogênicos Classificação em grupos de solubilidade Objetivo da aula: Classificar compostos orgânicos em grupos de solubilidade, baseado na solubilidade diferencial em: a) Água: solvente polar; b) Éter etílico: solvente “apolar” (baixa polaridade); c) Soluções aquosas diluídas (5%) de NaHCO3, NaOH e HCl: testam a reatividade dos compostos com bases e ácido, formando sais que são solúveis no meio aquoso. Ex.: d) H2SO4 concentrado: reage com compostos oxigenados, nitrogenados e insaturados ativos, formando espécies iônicas que se solubilizam. OH + NaOHaq O - Na + + H2O insolúvel em água solúvel em água OCH3 + insolúvel em água solúvel em água H2SO4 OCH3 H + + HSO4 - Limite arbitrário de solubilidade: 3g/100mL Quem é solúvel em água? Moléculas pequenas de álcoois, ésteres, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres, amidas, nitrilas e aminas. Um grupo polar faz a solubilidade em água de compostos com até 4 ou 5 átomos de carbono. Exemplo: CH3CH2OCH2CH3: 6,9g/100mL a 20 oC CH3CH2OCH2CH2CH3: 1,0g/100mL Observe que todos compostos acima formam ligações de hidrogênio com a água. Moléculas com mais de um grupo polar: podem ter maior número de átomos de carbono na cadeia, e ainda assim serem solúveis em água. Exemplo: glicose (C6H12O6). Solubilidade de compostos orgânicos em éter etílico Somente são testados em éter os compostos SOLÚVEIS em água (os compostos insolúveis em água provavelmente são solúveis em éter etílico). Os compostos SOLÚVEIS em água serão SOLÚVEIS em éter se forem pequenas (4 ou 5 carbonos) e tiverem UM grupo funcional, pois apresentam um equilíbrio entre a fração polar e a apolar – GRUPOS S1, SA ou SB. Um teste com papel tornassol permite distinguir os compostos neutros dos ácidos e básicos nesta família. Os compostos SOLÚVEIS em água serão INSOLÚVEIS em éter se forem muito polares, tais como os sais orgânicos ou compostos polifuncionais – Grupo S2. S1: não altera a cor do papel tornassol (álcoois, aldeídos, cetonas,com até 4 ou 5 C) SA: muda o papel tornassol azul para vermelho (pH < 4,5) (ácidos com até 5 C) SB: muda o papel tornassol vermelho para azul (pH > 8.3) (aminas com até 5C) S2: sais de ácidos, sais de aminas, aminoácidos, carboidratos. Solubilidade em base diluída (NaOH ou NaHCO3 5%) Compostos com caráter ácido reagem com bases (NaOH ou NaHCO3). Se o ácido for forte, vai reagir tanto com solução de NaOH (base forte) quanto de NaHCO3 (base fraca). Porém, se for um ácido fraco, reagirá somente com a solução de NaOH. Isso permite classificá-los em dois grupos: A1 (ácidos orgânicos fortes): ácidos carboxílicos com seis carbonos ou mais, fenóis com grupos atratores de elétrons em posição orto ou para. A2 (ácidos orgânicos fracos): fenóis, enóis, oximas, amidas, sulfonamidas, tiofenóis com seis carbonos ou mais. 1,3-dicetonas, nitrocompostos com hidrogênios em posição . Os compostos INSOLÚVEIS em água são testados com bases e ácido diluídos, podendo formar sais, que ficam solúveis no meio aquoso. CH3 CH2 C O OH + NaHCO3 CH3 CH2 C O O Na + + H2O + CO2 OH + NaOH +O Na + H2O Solubilidade em ácido diluído (HCl 5%) Compostos com caráter básico reagem com ácido diluído grupo B. B (compostos básicos): aminas alifáticas com 6 carbonos ou mais, anilinas, alguns éteres. CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2NH2 Solubilidade em água: 1,2g/100mL + HCl CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2NH3 + Cl - Solubilidade em ácido sulfúrico concentrado Compostos que não se dissolvem nas soluções diluídas básicas e ácida e contém N ou S são classificadas no grupo MN. Compostos que não se dissolvem nas soluções diluídas básicas e ácida e não contém N ou S são testados com H2SO4 concentrado. Se contiverem átomos de oxigênio ou insaturações irão reagir com o ácido, formando íons solúveis grupo N. MN – Miscelânea de compostos contendo nitrogênio ou enxofre, com mais de cinco carbonos. N – álcoois, aldeídos, cetonas e ésteres monofuncionais com mais de cinco e menos de nove carbonos. Éteres, epóxidos, alcenos, alcinos, alguns compostos aromáticos com grupos doadores de elétrons. Compostos que não se dissolverem em nenhum desses meios pertencerão ao grupo dos compostos inertes - grupo I. I – Hidrocarbonetos, haletos de alquila e de arila, compostos aromáticos sem grupos ativadores. Classificação em grupos de solubilidade H2O Éter etilico NaOH 5% NaHCO3 5% HCl 5% H2SO4 conc. Possui N ou S Grupo de solubilidade Sol Sol - - - - - S1, SA ou SB Sol Insol - - - - - S2 Insol - Sol Sol - - - A1 Insol - Sol Insol - - - A2 Insol - Insol - Sol - - B Insol - Insol - Insol - sim MN Insol - Insol - Insol Sol não N Insol - Insol - Insol Insol não I 2o. Experimento: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PARTIÇÃO Coeficiente de partição Quando uma substância é agitada em um sistema que contém dois solventes imiscíveis, ela se distribui entre as duas fases, de acordo com sua afinidade com cada uma delas. Coeficiente de partição (K): É a razão entre as concentrações nas duas fases após o sistema atingir o equilíbrio. K = C2/C1 onde C2 = concentração no solvente 2 C1 = concentração no solvente 1 O coeficiente de partição é constante para uma mesma condição de análise (mesmos solventes, mesma temperatura, equilíbrio). Extração x Coeficiente de partição O coeficiente de partição é muito importante nos processos de extração – quanto maior o coeficiente de partição no solvente extrator, maior a eficiência. A eficiência de um processo de extração depende, também, da quantidade de solvente utilizada no processo e do número de vezes que o processo é repetido. É preferível usar muitas vezes pequenas porções de solvente a usar uma só vez grande quantidade de solvente. Coeficiente de partição Exemplo: Considere 100 mL de uma solução aquosa que contém 5g de um certo soluto. O coeficiente de partição desse soluto no sistema éter etílico/água é igual a 10. Kéter/água = 10 A) Determine a massa do soluto a ser extraída usando 150mL de éter, em uma etapa. Resposta: 4,69g B) Determine a massa do soluto a ser extraída usando 3 x 50 mL de éter. Resposta: 4,98g 1o. caso: 150 mL de éter, um só procedimento Considerando x a fração que se dissolve no éter etílico: K = Céter Cágua 10 = x 150 5 - x 100 x = 4,69g (em éter) 5 - x = 0,31g (em água) Conclusão: são extraídos 4,69g do soluto 2o. caso: 150 mL de éter, em 3 x 50 mL Considerando x a fração dissolvida na fase orgânica: Conclusão: são extraídos 4,98g do soluto. K = Céter Cágua 10 = x 50 5 - x 100 1a. extração x = 4,17g (em éter) 0,83g (em água) 2a. extração K = Céter Cágua 10 = x 50 0,83 - x 100 x = 0,69g (em éter) 0,14g (em água) 3a. extração K = Céter Cágua 10 = x 50 0,14 - x 100 x = 0,12g (em éter) 0,02g (em água) Água: 0,02g Éter etílico: 4,17g + 0,69g + 0,12g = 4,98g Experimento de hoje: Determinação do coeficiente de partição do ácido salicílico em álcool amílico e água Solventes utilizados: água e álcool amílico (pentanol). Procedimento: Dissolver bem 0,5g de ácido salicílico (ácido o-hidroxibenzóico) em um sistema contendo 50mL de água destilada e 50mL de álcool amílico. Passar a mistura para um funil de separação, esperar a separação das fases e recolher separadamente. Titular 2 alíquotas de 10mL da fração aquosa com solução 0,002M de NaOH. Titular 2 alíquotas de 10mL da fração orgânica com solução 0,02M de NaOH. Calcular o coeficiente de partição. 02 L�minas Extra�ao cont�nua e descont�nua 2016 02.pdf Química Orgânica Experimental I – QUI02 223 AULA DE EXTRAÇÃO Profa. Sônia Nachtigall Semestre 2016/02 EXTRAÇÃO Processo de separação de compostos que consiste em transferir uma substância da fase na qual se encontra para outra fase líquida. Para uma extração eficiente, o coeficiente de partição deve ser favorável. Os dois meios devem ser imiscíveis, sendo que as fases são separadas por filtração ou utilizando um funil de separação. Muitos produtos naturais estão presentes nos tecidos vivos, os quais contém alto teor de água. Esses produtos podem ser extraídos utilizando solventes imiscíveis com a água, como éter etílico, hexano, éter de petróleo, diclorometano, etc. EXTRAÇÃO Ao utilizar a pera ou funil de separação, o solvente mais denso fica embaixo, podendo ser tanto a fase aquosa quanto a orgânica. Às vezes pode ocorrer a formação de emulsão, principalmente quando as densidades dos dois solventes for muito próxima. Para minimar o risco de formar emulsões, deve-se fazer a agitação com cuidado. Após a formação da emulsão, para desfazê-la, pode-se: deixar o sistema em repouso, agitar a interface com cuidado, girar lentamente o balão, adicionar um sal solúvel na água para aumentar sua força iônica, adicionar um pouco de solvente na interface. EXTRAÇÃO Cuidados: Nunca jogar fora qualquer fase recolhida do funil de separação antes de se assegurar sobre onde se encontra a substância desejada. Para determinar se uma camada é a aquosa, adicionar alguma gotas de água e observar onde irão se localizar. É muito comum utilizar água para “lavar” impurezas solúveis em água presentes em misturas reacionais orgânicas, tais como resíduos ácidos, básicos e sais. Isso também é um tipo de extração. Quando se utiliza a pera de decantação ou a filtração se diz que a extração é DESCONTÍNUA ou EM BATELADA. Esses processos podem ser repetidos para aumentar a eficiência, sendo que os extratos orgânicos são depois combinados, opcionalmente secos com dessecantes (Na2SO4, MgSO4, CaCl2, CaSO4, K2CO3) e o solvente é evaporado. EXTRAÇÃO CONTÍNUA Processo onde o solvente passa repetidas vezes pelo meio, após evaporação e condensação. São utilizados processos de extração contínua quando: O coeficiente de partição solvente orgânico/água é baixo, A concentração do soluto é baixa, O solvente é muito caro. Em uma extração contínua o rendimento é maior para uma mesma quantidade de solvente, devido às repetidas etapas de extração, sendo um método mais prático e econômico. Aparelho extrator de Soxhlet: • O material sólido é colocado em um cartucho poroso. •O solvente é colocado no balão (2/3 do volume), com adição de pedras de ebulição. •O conjunto é aquecido até que se realizem ciclos suficientes de evaporação/condensação. •A seguir, o solvente é removido. Extrações contínuas de sistemas líquido-líquido utilizam extratores com funcionamento similar ao extrator Soxhlet. Exemplos: Esquema de um evaporador rotatório sucção aquec. condensação frasco coletor Balão com a amostra (rotatório) • A remoção do solvente é feita utilizando um evaporador rotatório 1o. Experimento: EXTRAÇÃO CONTÍNUA DE ÓLEO VEGETAL Óleos são geralmente encontrados em frutas e sementes e são extraídos de maneiras diversas: Prensagem a frio (produto de melhor qualidade) Prensagem a quente (melhor rendimento) Extração por solventes Procedimento: Colocar as sementes ( ~10g), trituradas, em um cartucho de papel e tapar com algodão. Preencher 2/3 do balão com hexano, adicionar pedaços de porcelana. Deixar em refluxo durante aproximadamente 1,5h. Remover o solvente em evaporador rotatório e determinar o teor de óleo por pesagem. Teor de óleo em alguns grãos amendoim: 45 – 50%; girassol: 35 – 45%; soja: 18 – 20%; colza (canola – “canadian oil low acid”): 15 – 25%; linhaça: 20%; mamona: 7 – 44% (dependendo da espécie). É o óleo de rícino. 2o. Experimento: EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA POR PROCESSO EM BATELADA O que é a cafeína? A cafeína é um alcalóide - composto natural que contém nitrogênio e por isso tem propriedades de bases orgânicas. Está, presente no café, folhas da erva-mate, sementes de guaraná, etc. É um dos estimulantes mais antigos conhecidos, além de ter propriedades diuréticas. É solúvel em água quente. A cafeína pode constituir até 5% das folhas de chás. Na erva-mate o teor varia entre 0,8 e 2,0%. Taninos são compostos fenólicos presentes nas plantas e que se encontram associados à cafeína, precisando ser removidos. cafeína Embora a cafeína seja solúvel em água, ela é muito mais solúvel em diclorometano e clorofórmio. TANINO: a) Fração condensada; b) Fração hidrolisável a) b) PROCEDIMENTO: Colocar 10g de folhas de mate, 4g de carbonato de cálcio e 100 mL de água em um béquer e deixar em ebulição durante 10 minutos. Agitar ocasionalmente com um bastão de vidro. Filtrar a suspensão através de uma camada de Celite em um funil de Buchner, usando trompa d’água. Extrair o filtrado em funil de separação com três porções de 20 mL de diclorometano (cuidado para não formar emulsão). Juntar as frações orgânicas e secar com sulfato de sódio anidro. Evaporar o solvente no evaporador rotatório e pesar o resíduo para cálculo de rendimento. Para o armazenamento dissolver a cafeína em um pouco de diclorometano. Funil de Buchner OH + CaCO3 Ca 2+ 2 2 O- + H2O + CO2 CELITE Celite é marca registrada de um material usado para filtração, constituído por terra diatomácea. Terra diatomácea: rocha sedimentar à base de sílica (SiO2), com estrutura altamente porosa provém da fossilização de certos tipos de algas em sedimentos marinhos ou lacustres muito utilizada em filtração de partículas finas que costumam atravessar o papel filtro comum. 03 L�minas Cromatografia 2016 02.pdf CROMATOGRAFIA QUI02 223 Profa. Sônia M. B. Nachtigall Semestre 2016/02 O que é cromatografia? Conjunto de técnicas utilizadas para separar componentes de misturas, baseadas na diferença de afinidade desses componentes em relação a duas fases imiscíveis: fase estacionária ou adsorvente; fase móvel ou eluente. Por cromatografia é possível separar, purificar, analisar e até mesmo quantificar componentes de uma mistura, através da comparação com padrões. História da cromatografia •O termo cromatografia foi usado pela primeira vez em 1906 por um botânico russo (Mikhail Tswett) ao descrever suas experiências na separação dos componentes coloridos de extratos de folhas. •Tswett encheu uma coluna de vidro com carbonato de cálcio (fase estacionária), colocou o extrato de folhas na parte superior e começou a passar éter de petróleo (fase móvel) através desse material. Esse procedimento levou à separação dos componentes do extrato em faixas coloridas. Aplicações da cromatografia A grande variedade de combinações de fases móveis e estacionárias torna a técnica muito versátil e com inúmeras aplicações: • Separação e purificação de substâncias utilizadas na preparação de medicamentos; •Acompanhamento de reações orgânicas; • Determinação do nível de álcool na corrente sangüínea; • Determinação da presença de sangue ou drogas em amostras retiradas da cena de crimes; • Determinação do nível de poluição de água e ar. Cromatografia em papel Utiliza como fase estacionária uma tira de papel filtro de qualidade especial – papel cromatográfico. A amostra é aplicada na borda inferior da tira de papel, a qual é colocada em contato com o eluente escolhido, permitindo que o mesmo suba pela superfície do papel, carregando os componentes da mistura. É um método muito utilizado para separar substâncias polares, tais como os açúcares e os aminoácidos. Desvantagem: permite cromatografar somente pequenas quantidades de mistura de cada vez. Experimento 1 (pag. 18): separar pigmentos de canetas hidrocor, utilizando etanol. Cromatografia em camada delgada (CCD) Utiliza como fase estacionária uma placa de vidro, de alumínio ou de plástico, recoberta com uma camada de um adsorvente. Os adsorventes mais empregados são a sílicagel, alumina, terra diatomácea e celulose. As placas podem ser preparadas no laboratório ou adquiridas prontas. Para a preparação das placas em laboratório, é feita uma suspensão do adsorvente em um solvente (~10g/20mL), e essa suspensão é depositada homogeneamente sobre a placa. A fase estacionária deve ser ativada por aquecimento. Escala analítica (2,5 x 10cm) Escala preparativa (20 x 20cm) Cromatografia em camada delgada (CCD) Procedimento: A amostra é colocada a cerca de 1cm da base da placa, com a ajuda de um capilar, e a seguir inserida em uma cuba cromatográfica saturada com o solvente. O solvente deve subir na placa até próximo do seu final, quando essa é removida da cuba. Eluente: Escolhido de modo experimental. Os adsorventes são, geralmente, polares. Assim, se o eluente for pouco polar, talvez não consiga mover as substâncias do ponto de partida; porém, se for muito polar, talvez todas as substâncias andem junto com a frente de solvente e não sejam separadas. Misturas de solventes podem ser mais eficientes. Testar os solventes começando pelo de menor polaridade e aumentando a polaridade gradualmente. Preparação de capilar para CCD Poder de eluição dos solventes1 Alcanos ( Éter de petróleo, hexano) CCl4 2 Tolueno CH2Cl2 CHCl3 2 Éter Dietílico Acetato de Etila Acetona Etanol Metanol Água Ácido acético 1O poder de eluição depende não só da polaridade 2Solventes suspeitos de serem carcinogênicos 1Shriner et al. The systematic identification of organic compounds Wiley, 8a. Ed., 2004 Fator de retenção (Rf) (Rate of flow): Distância percorrida pela amostra/ distância percorrida pelo solvente •Substâncias muito solúveis no eluente terão Rf próximo a 1. •Substâncias pouco solúveis no eluente terão Rf próximo a zero. O VALOR DE Rf É REPRODUTÍVEL NAS MESMAS CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS Cromatografia em camada delgada APLICAÇÕES: • Para verificar se duas substâncias são idênticas. • Para determinar o número de componentes de uma mistura. • Para determinar o solvente adequado para uma separação em coluna cromatográfica. • Para monitorar a separação em uma coluna cromatográfica. • Para verificar a eficiência de uma purificação. • Para monitorar o progresso de uma reação. VANTAGEM: • Pouca quantidade de material (~10-7g pode ser suficiente). DESVANTAGEM: • Não serve para materiais voláteis. Cromatografia em camada delgada (CCD) Se os compostos presentes forem incolores, deve-se utilizar algum método de “revelação”: Luz ultravioleta – uso de sílica com indicador fluorescente; Câmara de iodo; Processos destrutivos: oxidação ou outras reações. Experimento 2. Preparação de lâminas para CCD Suspensão de silicagel em etanol (10g/20mL) 1ª. Etapa: Limpar as lâminas com acetona Experimento 3. Separação de uma mistura de corantes por CCD Mistura amarelo de alizarina + violeta cristal • Preparar duas placas de cromatografia com as seguintes amostras: • 1 gota sol. amarelo de alizarina • 1 gota sol. violeta cristal • 1 gota sol. mistura de ambos • Preparar duas cubas cromatográficas, uma contendo etanol e a outra contendo outro eluente (água, água+etanol, acetona, isopropanol, etc.) • Deixar eluir, retirar as placas das cubas, evaporar o solvente e determinar os Rf. Experimento 4. Separação de uma mistura de benzofenona e -naftol (incolores) • Como os componentes da mistura são incolores, deve-se utilizar uma placa com sílica contendo indicador fluorescente. • Aplicar: • 1 gota sol. benzofenona • 1 gota sol. -naftol • 1 gota sol. mistura de ambos • Preparar 1 cuba cromatográfica, contendo uma mistura hexano/acetato de etila 90/10 (95/5, 85/15). • Deixar eluir, retirar as placas das cubas, evaporar o solvente e analisar usando lâmpada UV e, depois, câmara de iodo. Experimento 5. Separação de uma mistura de corantes desconhecidos • Cada grupo receberá uma mistura de corantes (A, B, C, ...) • Preparar duas placas cromatográficas. Em cada uma delas aplicar 1 gota da solução de corante(s) desconhecida e 2 gotas de soluções- padrão de outros corantes (azobenzeno, p-dimetil-aminoazobenzeno, vermelho sudan e/ou vermelho de metila). • Deixar eluir as duas placas utilizando tolueno como eluente. • Por comparação, deduzir qual o corante (ou os corantes) presente(s) na amostra desconhecida. CROMATOGRAFIA EM COLUNA Coluna cromatográfica As colunas têm entre 10 e 90 cm de comprimento e de 1 a 5 cm de diâmetro. A massa de adsorvente é cerca de 25 a 30x maior que a massa da amostra. Fases estacionárias: alumina (óxido de alumínio), sílica gel, silicato de magnésio, MgO, MgCO3, CaCO3 previamente ativados por aquecimento. Cromatografia em coluna A técnica é utilizada geralmente em escala preparativa. A amostra está na forma de uma solução concentrada em solvente de baixa polaridade, ou está seca. O processo é iniciado passando primeiro solvente de baixa polaridade, que fazem a eluição dos compostos menos polares. À medida que os componentes menos polares vão sendo eluídos, a polaridade do solvente é gradativamente aumentada, de modo a favorecer a eluição dos componentes mais polares. Se os compostos forem coloridos ou absorverem no UV, a visualização é simplificada. Se forem incolores, o processo é acompanhado por CCD (cromatografia em camada delgada) utilizando reveladores. Os componentes são recolhidos separadamente à medida que eluem. MONTAGEM DA COLUNA Inicialmente, colocar um pequeno chumaço de algodão na parte inferior da coluna. A coluna pode ser montada usando métodos úmidos ou secos. Método 1 (silicagel): Preparar uma suspensão adsorvente + eluente (proporção: ~1:10) e colocar para dentro da coluna limpa, usando funil, com a torneira parcialmente aberta, até que todo adsorvente esteja dentro da coluna, de preferência sem interrupção. Ir recolhendo o eluente puro sem permitir que o nível de líquido fique abaixo do nível de adsorvente. Quando terminar a introdução, a torneira deve ser fechada, deixando o menor volume de eluente possível acima da linha do adsorvente. Método 2 (alumina): Colocar eluente na coluna (3mL/g adsorvente) e introduzir o adsorvente seco de modo homogêneo e constante, com a torneira parcialmente aberta. Durante a introdução do adsorvente, ir batendo suavemente na coluna para compactar bem e evitar a formação de vazios e canais. Escoar o eluente até ficar um volume mínimo sobre o adsorvente. Método 3: Introduzir o adsorvente seco, de forma contínua, diretamente sobre o chumaço de algodão. Durante a colocação da fase estacionária deve- se bater levemente na coluna (com a mão ou uma borracha) para que o empacotamento seja mais eficiente. No final, pode-se adicionar eluente até o ponto de umedecer todo adsorvente e restar um volume mínimo de eluente sobre o mesmo. Ou então, colocar a amostra diretamente sobre o adsorvente, dispersa em pequena quantidade do adsorvente. Colocar a amostra na superfície do adsorvente, com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, cuidando para não danificar essa superfície. Deixar o líquido penetrar no adsorvente e adicionar um pouco de solvente, com uma pipeta de Pasteur, lavando as paredes da coluna. As frações seguintes de solvente adicionadas devem ser pequenas, até que se confirme que todo material tenha penetrado na coluna. A partir daí pode-se colocar um volume maior de solvente. Recolher pequenas frações do eluído em frascos. Depois de identificados os componentes, juntar as frações idênticas. Se for necessário, aumentar gradativamente a polaridade do eluente. Cromatografia flash: utiliza pressão no topo da coluna para acelerar o processo. ELUIÇÃO Experimento 7 (pag. 20): Separação de uma mistura de corantes por cromatografia em coluna • Prepare uma coluna, tapando a extremidade inferior com algodão e preeenchendo com: • Silicagel seca, adicionando etanol para molhar. • (ou) Suspensão de silicagel em etanol. • Colocar algumas gotas da solução de corantes amarelo de alizarina + violeta cristal, na superfície, e eluir com etanol. • Recolher todo amarelo de alizarina. • Na sequência, o violeta cristal pode ser eluído mais rapidamente com ácido acético. CROMATOGRAFIA GASOSA (GC) Técnica instrumental. Equipamento: cromatógrafo a gás. É uma das técnicas instrumentais mais úteis na separação e análise de compostos orgânicos que possam ser vaporizados sem se decompor. Fase móvel: gasosa. Fase estacionária: líquida. O princípio envolvido na separação das substâncias é a diferença nas pressões de vapor dos componentes das misturas. A amostra é injetada no cromatógrafo, vaporizada por aquecimento e introduzida em uma corrente de gás (gás carreador) que a conduz através de uma coluna preenchida com partículas revestidas por um líquido adsorvente. A substância com < PE elui primeiro. A coluna é mantida com a temperatura controlada. À medida que atravessa a coluna, a amostra é submetida a muitos processos de partição entre as fases gasosa e líquida, levando à separação dos componentes. Cromatograma Cromatógrafo gasoso: Colunas: geralmente de cobre ou aço, com 3 ou 6mm de diâmetro e 15 – 30m de comprimento. Fase estacionária: geralmente um líquido, uma cera ou um sólido de baixo ponto de fusão. Deve ter baixa pressão de vapor. A fase líquida geralmente reveste um material de suporte. Gás: geralmente é usado hélio, argônio ou nitrogênio. Desvantagem da técnica: os analitos devem ser voláteis. CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA (CLAE ou HPLC) É um tipo de cromatografia instrumental em que se utiliza uma coluna com adsorvente finamente dividido (5 a 20 mm) e muito empacotado, que melhora o processo de separação. O solvente é bombeado através da coluna , para permitir uma velocidade de eluição adequada. Como altas pressões são utilizadas, a técnica também é conhecida como cromatografia líquida de altas pressões. CROMATOGRAFIA DE PERMEAÇÃO EM GEL (GPC, SEC) Também conhecida como cromatografia por exclusão de tamanho. Fase estacionária: polímero reticulado contendo poros de diferentes tamanhos. As moléculas são separadas de acordo com seu tamanho. Moléculas pequenas penetram nos poros mais facilmente, por isso as moléculas grandes são eluídas primeiro. O valor da massa molecular média é calculado a partir das curvas, usando moléculas de massa conhecida como referência. 04 L�minas Destila�ao Joao.pdf Destilação QUI02 223 Química Orgânica Experimental I Introdução • Destilação – Método de separação de misturas: – Em geral – Líquido/Líquido, Líquido/Sólido • Baseia-se : – Na diferença de pontos de ebulição entre os componentes da mistura • Variação da pressão de vapor com a temperatura Teoria da destilação • Lei de Raoult • Pressão de vapor parcial (PA) de um componente A • Fração molar (XA) de um componente A Teoria • Equilíbrio vapor/líquido • Mistura entre componentes A e B: pa = xa P o a pb = xb P o b xa e xb: frações de A e B na fase líquida Poa = Pvapor de A Pob = = Pvapor de B pb = (1 - xa ) P o b • Pressão total do sistema: P = pa + pb = xa P o a + (1 - xa ) P o b Lei de Raoult Teoria • Equilíbrio vapor/líquido • Na fase vapor • Sendo ya e yb as frações de A e B na fase gasosa: • Considerando a lei de Raoult: Lei de Dalton Teoria • Diagrama – Composição X Temperatura Lei de Dalton P = xa P o a + (1 - xa ) P o b Teoria • Soluções ideais obedecem à lei de Raoult : pa = xa P o a pb = xb P o b ∆Hmistura = 0 ∆Vmistura = 0 • Exemplos de soluções Ideais – C2H5Cl e C2H5Br – n–hexano e n–heptano – CCl4 e SiCl4 Teoria • Azeótropos • Azeótropo de Mínimo Técnicas • Destilação Simples: – Geralmente misturas sólido/líquido, ou líquido/líquido que apresentem pontos de ebulição muito diferentes. • Aparato em laboratório: vidro • Aparato em indústria: ferro, aço, cobre, vidro... Técnicas • Destilação Simples Técnicas • Destilação fracionada: – Utilizada quando os pontos de ebulição diferem ligeiramente – Vasta aplicação na indústria: petroquímica, gases industriais, bebidas, etc. – Emprega colunas de retificação – Uso de refluxo Técnicas • Destilação Fracionada http://www.yenka.com/ Técnicas • Destilação Fracionada www.wisegeek.com Técnicas • Destilação a Vácuo – Útil para compostos de elevado ponto de ebulição – Substâncias que se decompõem antes de atingirem a temperatura de ebulição – Aplicação em indústria e laboratório – Alto custo Técnicas • Destilação a Vácuo www.sigmaaldrich.com chemengineering.wikispaces.com Técnicas • Purificação de água por destilação blueshift.nu Prática de hoje: • Experimento 11 - Destilação de vinho: Objetivo: Destilação de álcool de uma amostra de vinho e determinação do teor alcoólico por diferentes métodos. • Ponto de ebulição da água :100°C • Ponto de ebulição do álcool 78,4°C Experimental • Destilação fracionada (coluna de Vigreaux) – Aquecer, em manta elétrica, 250 mL de vinho tinto em balão de 500 mL com pedras de ebulição. Coletar em proveta 4 frações sucessivas de 25 mL de destilado, anotando para cada fração a temperatura inicial e final de coleta Experimental • Determinação do teor alcoólico através do índice de refração. Determinar o índice de refração das 4 frações de destilado, com um refratômetro de Abbe. Corrigir o valor do índice de refração* com a temperatura, sabendo que o mesmo diminui com a temperatura. Fator de correção: * n medido a 200C REFRATÔMETRO DE ABBE • Utiliza luz branca com uma correção que corresponde à linha D do sódio. • Necessita de pequena quantidade de amostra. Experimental • Determinação do teor alcoólico através do índice de refração. Relacionar o índice de refração determinado com o teor de álcool presente, utilizando uma curva de calibração “Índice de refração x Concentração” Determinar, também, o índice de refração do vinho original. Experimental • Determinação do teor alcoólico através da densidade Determinar a densidade da mistura das 4 frações com um densímetro(g/mL) e um aerômetro de Baumé (usar curva de calibração) Converter densidade em teor alcoólico Determinar o teor alcoólico do vinho original comparando com valor informado. Experimental • Determinação do teor alcoólico através do efeito salting out. Adicionar 10 g de K2CO3 à 20 mL do destilado unificado em Erlenmeyer de 125 mL. Agitar para dissolver o sal e adicionar mais K2CO3 caso não separe em duas fases. Separar as fases em funil de separação e medir o volume de álcool obtido. Comparar os métodos. 05 L�minas S�ntese de �steres Joao.pdf Síntese e destilação de ésteres QUI02 223 Química Orgânica Experimental I Ésteres • Fórmula Geral: R− CO − O − R1 Onde: R e R1 são radicais orgânicos Líquidos incolores, líquidos viscosos e ceras • Aplicações: Essências (flavorizantes) –derivadas de ácidos e álcoois de cadeia curta. – etanoato de etila –maçã verde. – metanoato de etila –groselha. – acetato de pentila – pêra. Óleos e gorduras – Óleos comestíveis, limpeza e higiene. Ceras – ácido + álcool de cadeia longa. Ésteres Ésteres Síntese de ésteres • Reação de esterificação de Fischer Reação em equilíbrio Reatividade: Álcoois 10 > 20 > 30 Síntese de ésteres • Catálise ácida Síntese de ésteres • Síntese em Laboratório: • Ácidos Carboxílicos + Álcoois + H2SO4 → Aquec. • Reações lentas, reversíveis e , em geral, rendimento baixo http://www.rsc.org Dean Stark Síntese de ésteres • Processo Industrial: 0,2 mols álcool 2 mL H2SO4 conc 0,22 mols Ác. acético • Síntese de ésteres do ácido acético 1 mol de Ác. acético → 60,04g 0,22 mols de Ác. acético → Xg Volume: X(g)/d(g/ml) Idem para o álcool (0,20 mols) Prática de Hoje Pedras de ebulição Aquecer 45 min CONDENSADOR DE ALLIHN Lavar 2x com 20 mL de água gelada Lavar com solução de carbonato de sódio 10% Colocar sulfato de magnésio anidro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 2 3 4 5 6 7 8 9 11 Agitação de 5 a 10 min MgSO4 + H2O MgSO4.n H2O Na2CO3 + 2 H + 2 Na+ + H2O + CO2 Efeito salting-out Prática de Hoje •Purificação Filtrar para balão de destilação Procurar na literatura a temp. de ebulição do éster formado Desprezar a cabeça de destilação Pesar o frasco escuro Destilação fracionada Prática de Hoje •Purificação Prática de Hoje • Caracterização Testes de via úmida : para álcoois (teste de Lucas e Bordwell) e para ésteres (teste 2 do hidroxamato férrico). Determinar o Peb do éster utilizando o método do capilar. Determinar, também, seu índice de refração e fazer seu espectro no infravermelho. • Determinação da temperatura de ebulição pelo método do capilar Prática de Hoje Prática de Hoje • Teste de Lucas :caracterização de álcoois solúveis em água • Utilizado para identificar e classificar álcoois em primários, secundários ou terciários. • Reação deve ser conduzida na capela! Prática de Hoje • Teste de Lucas: • (a) Solução límpida – álcool primário (ou não é álcool). • (b) Turvação em 5 minutos – álcool secundário. • (c) Separação imediata em duas camadas – álcool terciário. Prática de Hoje • Teste de Bordwell (oxidação de álcoois primários ou secundários) Prática de Hoje • Teste de Bordwell (oxidação de álcoois primários ou secundários) Teste de Bordwell Bafômetro Prática de Hoje • Teste do hidroxamato férrico :identifica haletos de ácido, anidridos, ésteres e amidas. Prática de Hoje • Teste do hidroxamato férrico • Procedimento 1 (amostras solúveis em água): amostra + hidroxilamina a 1% + NaOH até pH 6,5-7,0. • Aquecer à ebulição em bico de Bunsen • Após resfriamento, adicionar solução de FeCl3 a 1%. Cor vinho → Éster Prática de Hoje • Teste do hidroxamato férrico • Procedimento 2 (amostras insolúveis em água): amostra + cloridrato de hidroxilamina + NaOH. • Aquecer até a ebulição. Após resfriamento, adicionar HCl . • Solução turva: acrescentar etanol a 95%. Adicionar solução de FeCl3 a 5% e observar mudança de coloração. • Teste positivo: coloração magenta, vinho ou vermelha. Estiramento CH alifático Estiramento C=O Estiramento C-O CH3C OCH2CH2CH2CH3 O 1743 2963 2938 1244 Prática de Hoje 06 L�minas Arraste a vapor 2016 02.pdf Química Orgânica Experimental I QUI02 223 EXTRAÇÃO POR ARRASTE A VAPOR e EXTRAÇÃO ÁCIDO/BASE 2016/02 Profa. Sônia M. B. Nachtigall Destilação por arraste a vapor Método de isolamento e purificação de substâncias líquidas IMISCÍVEIS. Observação: As técnicas de destilação simples, fracionada e a vácuo são utilizadas em misturas completamente miscíveis. Um mistura de líquidos imiscíveis entra em ebulição em uma temperatura mais baixa do que qualquer um dos componentes individuais. Aplicação: purificação de substâncias que se decompõem em temperaturas elevadas ou que tenham ponto de ebulição muito alto. Quando a ÁGUA é o líquido utilizado, a temperatura de ebulição é inferior a 100oC. Os vapores se misturam e co-destilam. Após a condensação, os líquidos se separam, permitindo o isolamento. A destilação por arraste a vapor é muito utilizada no isolamento de óleos essenciais de plantas. O que são óleos essenciais? São líquidos voláteis produzidos pelas plantas, responsáveis por seus aromas. Exemplos: eucalipto, citronela, alecrim, cravo da india, menta, limão, laranja, canela, etc. Os óleos essenciais têm função protetora nas plantas, afastando certos tipos de insetos, mas também auxiliam na polinização, atraindo pássaros e outros insetos. Apresentam diferentes funções orgânicas nas suas estruturas (álcoois, ésteres, aldeídos, cetonas, fenóis, etc.), mas diferem das gorduras porque não são ésteres de ácidos de cadeias longas. Por isso não podem ser utilizados para produzir sabões. Os óleos essenciais tem baixa solubilidade em água, mas são solúveis em solventes orgânicos. Muitos óleos essenciais são utilizados pela indústria farmacêutica (estimulantes, antiespasmódicos, anti-inflamatórios, calmantes, analgésicos, etc.), pela indústria de cosméticos (perfumes, essências, óleos para pele e cabelos, cremes) e pela indústria alimentícia (flavorizantes, aromatizantes). Destilação por arraste a vapor •Princípio da técnica: A pressão de vapor total de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual à soma da pressão parcial de cada um dos líquidos. Nota: na destilação de dois líquidos miscíveis, a pressão de vapor total é igual à soma das pressões parciais multiplicadas pela fração molar de cada componente no sistema – a composição do vapor também depende da composição do sistema. Líquidos imiscíveis: PTOTAL = PA + PB Líquidos miscíveis: PTOTAL = PAxA + PBxB Para líquidos imiscíveis, a composição do vapor é constante até o consumo total de um dos componentes. QUESTÃO: Uma mistura de 1-octanol e água destila a 99,4 oC. Sabendo que a pressão de vapor da água nessa temperatura é de 744 mmHg, determine a composição do destilado. A pressão de vapor do 1- octanol a 99,4 oC deve ser 760 – 744 = 16 mmHg. Massa molecular da água: 18g/mol; massa molecular do 1-octanol: 130g/mol. Que massa de água deve ser co-destilada com o 1-octanol para produzir 1 g do álcool? Para destilar 1g de 1-octanol são necessários 6,43g de água. Destilação por arraste a vapor PROCESSO INDUSTRIAL Hidrodestilação: co-destilação com a água Arraste a vapor Co-destilação 1a. ETAPA EXTRAÇÃO DO ÓLEO ESSENCIAL DO CRAVO-DA-ÍNDIA O principal componente do óleo essencial de cravo é o eugenol, que é utilizado na síntese da vanilina (aroma de baunilha), como analgésico dentário e como antisséptico. Outro componente presente no óleo de cravo, em menores proporções é o acetileugenol. O O H eugenol HO O C O H vanilina O O C O acetileugenol CH3 PROCEDIMENTO: • Montar o sistema para hidrodestilação utilizando 10g de cravo da índia triturados e 150mL de água, em balão de 500 mL, e destilar até a obtenção de cerca de 120mL de destilado. Adicionar continuamente água durante a destilação, para evitar que seque. •O destilado contém, basicamente, eugenol e acetileugenol. 2a. Parte: EXTRAÇÃO ÁCIDO-BASE Extrair a suspensão aquosa de óleo de cravo com três porções de 10 mL de diclorometano. Continuar os procedimentos seguindo o diagrama do polígrafo. Extração com diclorometano 4 x 10 mL Óleo de cravo em CH2Cl2 4 x 10mL NaOH 10% Acetileugenol em CH2Cl2 Eugenolato de sódio em solução aquosa Acidificar com HCl conc. a) Secar com Na2SO4 b) Filtrar (funil simples com algodão) c) Evaporar o solvente Acetileugenol Eugenol em água Eugenol em CH2Cl2 Fase aquosa Descartar Eugenol a) Secar com Na2SO4 b) Filtrar (funil simples com algodão) c) Evaporar o solvente ANÁLISES POR VIA ÚMIDA Teste de insaturação ativa: Adição de bromo (na capela) Adição de KMnO4 R''' R''R R' Br Br R'' R''' R' R R R' Br Br R' Br R Br ou Br 2 / CCl 4 (avermelhado) (incolores) ou •Ao final, destilar os solventes do eugenol e do acetileugenol no evaporador rotatório. •Testar os produtos por via úmida e analisar por FTIR. ANÁLISES POR VIA ÚMIDA Testes para hidroxila fenólica: Complexação com cloreto férrico anidro Teste de Millon Teste da ftaleína 3 ArOH + 3 + FeCl3 Fe(OAr)3 + 3 NN H + Cl- complexo colorido OH + Hg 2+ H2O O Hg + H O OH + Hg O OHg 2+ O C C O O + OH 2 ZnCl2 calor OH OH C O C O anidrido ftálico fenol fenolftaleína 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 0 10 20 30 40 50 60 Acetileugenol T ra ns m itâ nc ia , % Número de onda, cm-1 1765 3483 3076 3000 1000 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO Eugenol CROMATOGRAFIA GASOSA CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA: Eluir a mistura e cada um dos componentes com hexano. 07 L�minas Recristaliza�ao 2016 02.pdf CRISTALIZAÇÃO/ RECRISTALIZAÇÃO QUI02 223 – QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I 2016/02 Profa. Sônia Nachtigall OBJETIVOS DA AULA Síntese do AAS (ácido acetilsalicílico) Purificação do AAS por cristalização/recristalização Análise de pureza de AAS comercial Preparação de derivado de - fenil-etilamina racêmica Na próxima aula: Determinação do rendimento e da temperatura de fusão do AAS sintetizado. PREPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO COOH OH O O O H2SO4 COOH O O CH3COOH+ + Ácido salicílico Anidrido acético Ácido acetilsalicílico Ácido acético PREPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO PROCEDIMENTO: 5g ácido salicílico 10 mL anidrido acético 2 gotas H2SO4 conc. Aquecimento em banho-maria durante 45 minutos Condensador de Friederichs (condensador de refluxo) PREPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO Após o término da reação, testar a presença de ácido salicílico não reagido (teste para fenóis): Gotas da amostra + 2mL de água + gotas sol. aq. FeCl3 Formação de cor: presença de fenol. Nesse caso, deixar reagir por mais algum tempo. Se o teste deu negativo para fenol, transferir o material para um béquer (ainda quente), resfriar em banho de gelo, adicionar 100mL de água gelada (medir com proveta), filtrar em funil de Büchner, lavando bem com água gelada. RECRISTALIZAÇÃO DO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO A recristalização é um método de purificação de sólidos, que consiste na sua dissolução à quente no menor volume possível de um solvente apropriado, seguida de resfriamento lento da solução, de modo a produzir novamente cristais, que são separados por filtração. Para isso, a substância a ser recristalizada deve ser muito solúvel a quente nesse solvente e pouco solúvel a frio. Após a dissolução sob aquecimento, a solução é filtrada a quente, permitindo que as impurezas insolúveis sejam retidas no papel- filtro. Após o resfriamento e a cristalização, o material é filtrado a frio, permitindo que as impurezas solúveis continuem em solução. ETAPAS DA RECRISTALIZAÇÃO Escolha do solvente: Bom solvente a quente e mau solvente a frio. Inerte com relação ao soluto. Dissolução: Dissolver o material no menor volume de solvente, a quente, formando uma solução saturada. Cuidado para não colocar excesso de solvente quando houverem impurezas insolúveis. Filtração a quente: Permite a remoção de impurezas sólidas que não se dissolveram. Pode ser feita usando um papel filtro pregueado. Se a solução se apresentar colorida, pode-se adicionar um pouco de carvão ativado antes da filtração para remover a cor. PAPEL DE FILTRO PREGUEADO Inicialmente o papel de filtro é dobrado ao meio e depois em quatro. A seguir a última dobra é aberta, deixando a marca b-d. Os lados a-b e b-c são dobrados sobre b-d produzindo as dobras b-e e b-f quando o papel é aberto (Figura a). Continuando a dobradura, dobrar a-b sobre a-f e a-b sobre a-e, produzindo a-i e a-j. Dobrar b-c sobre a-f e b-c sobre a-e, produzindo a-h e a-g. Finalmente fazer uma dobra entre cada um dos oito segmentos na direção oposta à primeira série de dobras, ou seja, para fora e não para dentro. Ao ser aberto o cone pregueado estará pronto. ETAPAS DA RECRISTALIZAÇÃO Cristalização: Resfriar a solução lentamente, para que se formem cristais grandes e puros. Se a cristalização não acontecer, ela pode ser induzida pela adição de alguns cristais puros do composto ou raspando as paredes do frasco com um bastão de vidro, ou ainda imergindo o frasco em um banho de gelo e água. Filtração a frio: Feita com funil de Büchner, permite separar os cristais do composto das impurezas solúveis. Os cristais devem ser lavados com solvente frio. Secagem dos cristais: A secagem é feita ao ar, em estufa ou em dessecador. Composto impuro Impurezas insolúveis Filtrado Cristais contendo solvente Filtrado (água mãe) Verificação da pureza Cristais puros 1. Escolha do solvente 2. Dissolução 3. Filtração a quente 4. Cristalização 5. Filtração 6. Secagem Etapas da cristalização RECRISTALIZAÇÃO DO ÁCIDO ACETILSALICÍLICO A recristalização será feita utilizando etanol. Dissolver o AAS sintetizado no menor volume de etanol possível, a quente. Para isso, aquecer ~10mL de etanol em um béquer e adicionar ao AAS, com aquecimento, começando com 5 mL. Agitar para dissolver e adicionar mais etanol, se necessário. Filtrar em funil aquecido, com papel pregueado, recolhendo sobre água aquecida (80mL água destilada a 50 oC). Resfriar lentamente. Depois de cristalizado, filtrar em funil de Buchner e guardar até a aula seguinte para determinação de rendimento e temperatura de fusão. Testes complementares Testar novamente o AAS recristalizado para verificar a ocorrência de hidrólise durante a purificação. Testar amostras comerciais de AAS quanto à presença de produto de hidrólise (fenol). Última etapa da aula: Preparação de diastereoisômeros a partir da alfa-fenil-etilamina +C H CH3 NH2 * mistura racêmica (+)-ác. tartárico (2R,3R) H COOH COOH H OH HO C H CH3 NH3 + (tartarato) - C H CH3 NH3 + (tartarato)- -Fenil-etilamina Procedimento para a obtenção dos diastereoisômeros Pesar 6g de ácido tartárico em um papel filtro e transferir para Erlenmeyer de 500mL. Adicionar 84mL de metanol (proveta). Aquecer em chapa com agitação, na capela, até dissolução (não aquecer demais). Retirar do fogo, adicionar lentamente 5mL de - feniletilamina utilizando pipeta graduada. Tampar o erlenmeyer, identificar e armazenar para uso posterior. 08 L�minas Resolu�ao 2016 02.pdf SEPARAÇÃO ENANTIOMÉRICA QUI 02 223 – 2016/02 Profa. Sônia M. B. Nachtigall Objetivos da aula Determinação do rendimento e temperatura de fusão do AAS; Separação e purificação dos enantiômeros da α–fenil-etil-amina; Análise dos enantiômeros no polarímetro; Realização de testes via úmida para aminas. Separação enantiomérica PASTEUR: Foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso – serendipity (ou, em outras palavras, “como a oportunidade favorece a mente preparada”). O ácido tartárico é um composto com dois átomos de C quirais cujos sais (tartaratos) precipitam durante a produção do vinho. Pasteur conseguiu separar, com o auxílio de uma lupa, dois cristais diferentes formados pelo sal de sódio e amônio do ácido tartárico racêmico produzido em laboratório. Verificou, ainda, que um deles desviava o plano da luz polarizada para a direita e o outro para a esquerda. Separação enantiomérica (Resolução) O método mais utilizado para separar uma mistura de enantiômeros consiste em convertê-los em um par de diastereoisômeros, com propriedades físicas diferentes, através da reação com outra substância quiral. Depois da separação, os diastereoisômeros são reconvertidos aos enantiômeros originais. A substância quiral que vai reagir com o par de enantiômeros é chamada de auxiliar quiral. Reação mais utilizada: reação ácido-base, por ser rápida e quantitativa. Auxiliares quirais básicos mais comuns: aminas. Auxiliares quirais ácidos mais comuns: ácidos carboxílicos ou sulfônicos. Exemplo: um ácido racêmico pode ser resolvido com o uso de uma amina quiral. Separação enantiomérica da - feniletilamina +C H CH3 NH2 * mistura racêmica (+)-ác. tartárico (2R,3R) H COOH COOH H OH HO C H CH3 NH3 + (tartarato) - C H CH3 NH3 + (tartarato)- S-RR R-RR prismas Separação enantiomérica da - feniletilamina Um dos sais (isômero (S)-amina) é menos solúvel no metanol e cristaliza primeiro – cristalização fracionada. Os cristais são filtrados, lavados com metanol e reservados. O outro sal (isômero (R) – amina) permanece dissolvido no metanol, que deve ser evaporado no rotavapor. Os cristais resultantes são dissolvidos em água e tratados com solução de NaOH para regenerar a amina – verificar pH. A amina é extraída em funil de separação com 3 porções de éter etílico. Obs.: a fração orgânica constitui a fase superior no funil. A solução orgânica total é lavada com NaCl saturado (para remoção de água associada ao éter) e seca com MgSO4. O éter é retirado no evaporador rotatório. O rendimento da amina é calculado e a mesma é analisada no polarímetro – (R)-α- feniletilamina. Separação enantiomérica da - feniletilamina Os cristais da (S)-α-feniletilamina que foram reservados são tratados seguindo o mesmo procedimento: Dissolução em água Reação com NaOH aquoso Extração com 3 porções de éter etílico Lavagem com solução aquosa saturada de NaCl Secagem com dessecante Remoção do solvente no evaporador rotatório Cálculo do rendimento Determinação da pureza óptica Determinação da pureza óptica Rotação específica: ângulo de rotação do plano da luz polarizada produzido por uma solução 1g/mL de uma amostra, quando o percurso óptico na solução é de 1 dm. POLARÍMETRO Excesso enantiomérico = rotação específica determinada rotação específica do enantiômero puro x 100 [ ] t = Rotação observada Comprimento da célula (dm) x concentração (g/mL) Funcionamento do polarímetro A rotação observada (OROT) mede o número de graus e a direção do desvio de uma amostra qualquer colocada no percurso óptico do polarímetro. A rotação específica (SROT) dá o número de graus e a direção do desvio considerando uma concentração de 1g/mL e um percurso óptico de 1 dm, em certa temperatura específica, solvente e comprimento de onda. Usualmente emprega-se a linha D do sódio, na temperatura de 25oC. Determinação da pureza óptica Para a determinação da rotação específica pode-se usar a amostra pura, sem solvente. Nesse caso considera-se sua concentração igual à densidade, expressa em g/100 mL. No caso de se proceder a uma diluição, a concentração deve ser exata (geralmente 1g/100mL). Os valores de rotação específica dos enantiômeros puros são tabelados e dependem do solvente utilizado. Observações: No nosso equipamento a concentração 1g/100mL é expressa como c = 1. O percurso óptico é expresso como 10 (1cm,10mm). Análises por via úmida Teste de Rimini (aminas primárias alifáticas) Teste utilizado na determinação de anfetamina na urina. Dissolver a amostra em acetona e adicionar nitroprussiato de sódio. As aminas primárias alifáticas se adicionam à acetona e, posteriormente, reagem com nitroprussiato de sódio, formando compostos de cor vermelha a violeta (pode demorar um pouco a aparecer). Teste de Rimini: aminas primárias Teste de Simon: aminas secundárias Teste de Feigl-Ohkuma: aminas terciárias Teste de Simon (aminas secundárias alifáticas) Dissolver a amina em solução de acetaldeído, adicionar nitroprussiato de sódio. A amina secundária reage com acetaldeído, formando uma enamina, a qual reage com nitroprussiato de sódio, formando produtos de cor azul. KA Kovar, M Laudszun (1989). Chemistry and Reaction Mechanism of Rapid Tests for Drugs of Abuse and Precursor Chemicals, SCITEC/1, United Nations, Vienna. Teste de Feigl-Ohkuma (aminas terciárias alifáticas ou aromáticas) O reagente de Feigl-Ohkuma é preparado aquecendo-se ácido cítrico em anidrido acético. Adição de 3 gotas da amina a 1mL do reagente e aquecimento: produto de cor vermelha. Testar o reagente trietilamina para visualizar um resultado positivo. Esse teste também é muito utilizado para testar drogas presentes na urina, tais como dimetil-anfetamina. PROTOCOLOS DE REAGENTES Metanol: líquido volátil e inflamável (PE = 65 oC), a ingestão pode ser fatal ou causar cegueira, afetando fígado e rins. Pode causar irritação da pele e do trato respiratório. Nitroprussiato de sódio: sal inorgânico, que se decompõe acima de 160oC. Na decomposição libera gases perigosos. Evitar contato com a pele. Ácido cítrico: sólido orgânico, com PF = 155 oC, muito solúvel em água. Usado em alimentos, em pequenas quantidades não é tóxico. Quando aquecido, pode gerar produtos tóxicos. Irritante. Anidrido acético: Líquido inflamável (PE = 140oC), nocivo por ingestão, pode provocar queimaduras na pele e lesões oculares graves, tóxicos por inalação. Nitrito de sódio: sal inorgânico, com PF = 280oC. Evitar contato com a pele. É tóxico por ingestão e favorece a combustão de materiais inflamáveis. Beta-naftol: sólido com PF = 122oC, nocivo por inalação e ingestão, irritante leve para a pele, mas pode provocar irritação ocular grave. Muito tóxico para organismos aquáticos.
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