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Universidade Federal do Rio de Janeiro Curso: Engenharia Química - Integral Orgânica Experimental I Separação e Identificação de sólidos Professora: Débora de Almeida Azevedo Aluna: Sarah Amaral Braz Barcellos Luiz Rio de Janeiro Novembro / 2016 1 – Introdução Existem diversas técnicas laboratoriais utilizadas para separação de dois ou mais compostos, bem como sua purificação e identificação. Tais métodos utilizam as características físico-químicas que diferem as espécies para atingir os objetivos desejados. Extração ácido-base, recristalização, ponto de fusão, teste de solubilidade, “Spot Tests” e cromatografia em camada delgada são alguns exemplos de estratégias que podem ser usadas para tal fim. 1.1. Extração Ácido-Base A extração ácido-base é uma técnica utilizada com fim de separar dois ou mais compostos de uma solução utilizando as propriedades de interações químicas que os componentes possuem. É utilizada quando se deseja separar uma solução composta por ácido-base, não podendo ser empregada quando se tem dois ácidos ou bases similares, pois os compostos devem possuir diferentes características de interação com os solventes utilizados. A técnica consiste em solubilizar os compostos em um solvente em que ambos as espécies sejam solúveis (mesmo que em quantidades diferentes). Depois, adiciona-se uma fase aquosa, que pode ter caráter ácido ou alcalino, e homogeneíza-se a solução. De acordo com a fase aquosa que foi adicionada, após a homogeneização, o composto com maior afinidade à nova fase migra do solvente orgânico para o solvente aquoso, formando uma nova solução heterogênea de duas fases distintas. Essas fases podem então, ser separadas posteriormente utilizando um funil de separação. Para melhor eficiência do processo de separação, recomenda-se que este processo seja repetido por, no mínimo, 3 vezes, maximizando a eficácia da separação. 1.2. Recristalização e Purificação A recristalização é uma técnica utilizada para purificar sólidos orgânicos. O método consiste em dissolver o sólido em um solvente ou uma mistura de solventes, da qual o soluto deve ser insolúvel a frio e solúvel à quente. Após a adição do solvente(s) escolhido mistura-se a solução, aquecendo-a até que todo o soluto esteja dissolvido no solvente, formando uma solução super saturada, ou seja, uma situação “metaestável”, onde a solução contém uma quantidade de soluto dissolvido superior à máxima em determinada quantidade de solvente. Após este processo, para-se o aquecimento e coloca-se a solução em repouso para que a temperatura diminua gradativamente. À medida que a temperatura vai se igualando ao ambiente, o sólido inicialmente dissolvido começa a recristalizar e formar precipitado. Como cada espécie química possui temperatura de recristalização específica para cada solvente, o novo sólido precipitado possui pureza superior ao sólido inicial, é importante ressaltar que quanto mais suave for a queda de temperatura maior pureza terá o solido, pois a recristalização do sólido ocorrerá lentamente, evitando que impurezas sejam carreadas para sua estrutura cristalina, bem como a prevenção da formação de cristais pequenos e mal definidos. Após equilíbrio térmico, o precipitado purificado pode ser recuperado através de um procedimento de filtração e secagem. É importante a recristalização de uma amostra a qual quer identificar, pois impurezas que podem ser eliminadas nessa etapa ocasionariam um relevante erro nas analises de identificação, como é o caso do ponto de fusão. 1.3.Ponto de fusão O ponto de fusão de uma substância pura é a temperatura, em uma pressão constante, em que a fase sólida e a fase líquida coexistem, ou seja, é a temperatura em que a primeira gota de liquido se forma em meio ao sólido, e será nesta temperatura que qualquer calor fornecido ao sistema irá auxiliar a romper a estrutura sólida, transformando-a em líquida. É importante saber que do momento que a substância atinge o ponto de fusão e começa a sua transição, até que toda substância esteja em estado líquido, a temperatura não se altera (somente se a substância realmente for pura) até o fim da mudança de estado. Este acréscimo de energia sem que haja aumento de temperatura é chamado de calor latente de fusão, enquanto a energia utilizada pelo sistema para elevar a temperatura é chamada de calor sensível (LENZI et. al, 2004). Além disso, o ponto de fusão é utilizado como um valioso critério de pureza. A presença de impurezas, mesmo em pequena quantidade na amostra, produz considerável aumento no intervalo de fusão (diferença entre a temperatura de início da fusão até que a substância torne-se completamente líquida), provocando o início ou o fim da fusão a uma temperatura diferente que a temperatura determinada para a substância pura (CONSTANTINO et al, 2004). O ponto de fusão é impactado de acordo com o tipo de ligação existente entre os átomos da substância. Os compostos iônicos, em sua maioria, por apresentarem ligações mais fortes, em que seus átomos permanecem unidos por atração de cargas elétricas opostas entre seus pólos, possuem temperatura de fusão alta. Tal técnica é de grande valia para o inicio do processo de identificação de um sólido, pois diminui o espaço amostral consideravelmente, de modo a restringir a busca em uma faixa menor, estabelecida através do ponto encontrado empiricamente e da faixa de trabalho definida. 1.3. Solubilidade Solubilidade é a capacidade natural que uma substância possui de se dissolver em um determinado solvente à certas condições de temperatura e pressão. Ou seja, a quantidade máxima de soluto que pode ser adicionado no solvente mantendo a homogeinidade e estabilidade do sistema, sem precipitado. É uma propriedade fisico- química exclusiva de cada substância, portanto, cada espécie química tem solubilidade única para o mesmo solvente e condições de pressão e temperatura, ou seja, é uma característica que pode utilizada na identificação de compostos desconhecidos comparando-os com os dados obtidos previamente empiricamente. A solubilidade é uma grandeza quantitativa, portanto, também comparativa, ou seja, não existe composto completamente insolúvel em determinado solvente, apenas composto muito pouco solúvel. Tal solubilidade é quantificada utilizando o produto de solubilidade (Kps), que determina qual a quantidade máxima de soluto que pode se radicionado a um volume fixo de solvente ( normalmente é dado em mol/l). Para ocorrer a dissoloção, é necessário que as moléculas do analito interajam com as do solvente, ocorrendo assim, a dispersão do soluto uniformemente. Para que ocorra tal interação, ambas as substâncias precisam ter afinidade polar, em outras palavras, um soluto muito polar terá pouca afinidade e por consequência baixa solubilidade em um solvente muito apolar, tendo em vista que tal parâmetro deve ser comparativo, de modo que uma substância pode ser polar ou apolar dependendo da substância em que esta se usando como referencia. Como visto, alguns fatores externos podem influenciar na solubilidade, como temperatura e pressão. Para os liquidos, a solubilidade pode tanto aumentar como diminuir variando a temperatura. 1.5.“Spot Tests” “Spot Tests” são testes rápidos e precisos que identificam com facilidade a presença de certos grupos funcionais em amostras analisadas, esses testes são muito confiávies e são utilizados em muitos laboratórios. Dentre a variedade de testes existentes, tem-se os testes de Le Rosen e nitrohidrazina escolhidos para serem usados durante a prática. 1.5.1. Le Rosen O Teste de Le Rosen é utilizado para identificar a presença de aromáticos na espécie química. Muitos compostos que contém o núcleo benzênico, reagem com o Aldeído Fórmico e Ácido Sulfúrico concentrado com formação de produtos de cor intensa (Reaçãode Le Rosen). A cor final pode variar de acordo com o tipo de composto que esta sendo analisado, sendo também impactante, o fato de que muitos compostos quando em contato com o ácido sulfúrico concentrado já mudam de cor, não necessariamente indicando a presença de aromático, estes só serão identificados após a adição do aldeído fórmico. Sendo necessária a realização do “branco” apenas com o ácido para checar esta possibilidade. Segundo Feigl (1966), a seqüência de reações que provavelmente se passam é a seguinte (exemplificando para o benzeno): 1.5.2. Teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina O teste da hidrazina é utilizado para identificar presença de aldeídos e cetonas na amostra. Aldeídos e cetonas reagem com a 2,4-dinitrofenilhidrazina, DNFH, em meio ácido para formar 2,4-dinitrofenil- hidrazonas, usualmente como um precipitado de coloração amarelo-avermelhada, que pode ser visualmente identificado durante o teste. A reação que rege o teste é mostrada a seguir: 1.6. Cromatografia em camada delgada A cromatografia é um método físico-químico de separação dos componentes de uma mistura. Essa técnica se destaca devido à sua facilidade em efetuar a separação, identificação e quantificação das espécies químicas, por si mesma ou em conjunto com outras técnicas instrumentais de análise. Está fundamentada na migração diferencial dos componentes de uma mistura, que ocorre devido a diferentes interações, entre duas fases imiscíveis, a fase móvel e a fase estacionária. É uma técnica versátil e de grande aplicação, pois possui uma variedade de combinações entre fases móveis e estacionárias. Na Cromatografia em Camada Delgada (CCD), quando a fase móvel passa pela amostra, carreia os analitos realizando a migração diferencial, de maneira única para cada analito, ou seja, cada analito percorrerá certa distância na fita. A distância percorrida por cada composto utilizado em amostra, dividido pela distância percorrida pelo solvente é chamado de fator de retenção (Rf), sendo o mesmo constante física de cada composto em determinadas condições cromatográficas. O cálculo do Rf é realizado medindo-se a distância que a substância se deslocou a partir do ponto em que foi aplicada (ds), a partir do centro de gravidade da mancha e divide-se pela distância percorrida pela massa de solvente a partir do ponto da amostra (dm). Rf = Rf = Fator de Retenção; ds = distância percorrida pelo composto; dm = distância percorrida pelo solvente. Dessa forma, o método de cromatografia em camada delgada é uma importante técnica de identificação da substância, de modo que através do carreamento da amostra comparada a um padrão ao qual se desconfia ser a substância da amostra, compara-se pelos Rf’s. 2 – Objetivo; Durante esta prática, foi estudado e analisado uma amostra desconhecida composta por uma mistura de dois sólidos orgânicos, objetivando a sua separação, purificação e identificação utilizando algumas técnicas laboratoriais propostas. A prática, devido a sua extensão, foi dividida em 3 aulas sequenciadas da seguinte maneira: Primeira Aula: Separação Segunda Aula: Recristalização e Purificação Terceira Aula: Identificação Tendo como objetivo, com os resultados de cada prática, identificar quais sólidos estariam presentes na amostra recebida utilizando uma lista previamente com os sólidos possíveis. A lista com todos as possibilidades de sólidos esta disposta abaixo: Sólido Estrutura PF (°C) Solubilidade Cristais (forma, cor, etc.)H2O Outros 01 ácido acetil salicílico 135 Solúvel Solúvel em éter e clorofórmio. Muito solúvel em etanol. Pouco solúvel em benzeno. Agulhas ou barras monocíclicas 02 ácido adípico 152 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol. Solúvel em éter. Insolúvel em ácido acético e éter de petróleo Prismas monocíclicos 03 ácido anísico 101 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, éter, clorofórmio. Solúvel em benzeno e tetracloreto de metano Placas 04 ácido benzóico 122.35 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, éter. Solúvel em acetona, benzeno, CCl4 Folhas monocíclicas ou agulhas 05 ácido cinâmico 133 Insolúvel Insolúvel em éter de petróleo. Muito solúvel em etanol. Solúvel em éter, acetona e benzeno Prisma monocíclico 06 ácido difenil acético 147.29 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol. Solúvel em éter, CCl4 Agulhas em água Folhas em etanol 07 ácido fenil- acético 76.5 Pouco Solúvel Pouco solúvel emCCl4. Muito Folhas solúvel em etanol, éter. Solúvel em acetona. Insolúvel em éter de petróleo 08 ácido o-benzoil benzoico 129 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, éter. Solúvel em benzeno. Pouco solúvel em clorofórmio. Agulhas 09 ácido o-cloro benzoico 140.2 Solúvel Solúvel em benzeno. Muito solúvel em etanol, éter, acetona. Pouco solúvel em CS2. Prismas monoclínicas 10 ácido pícrico 122.5 Pouco Solúvel Solúvel em etanol, éter, benzeno, clorofórmio. Muito solúvel em acetona. Folhas amarelas em água Prismas em éter Placas em álcool 11 ácido salicílico 159 Pouco Solúvel Pouco solúvel embenzeno, clorofórmio, CCl4. Muito solúvel em etanol, éter, acetona Agulhas em água Prismas em álcool 12 Antraceno 215.76 Insolúvel Pouco Pouco solúvel em etanol, éter, acetona, benzeno, clorofórmio, CCl4 Barras ou prismas em álcool Incolor 13 Benzamida 127.3 Pouco Solúvel Pouco solúvel em éter, benzeno. Prismas ou placas em água Muito solúvel em etanol, CCl4 e CS2 14 4-hidroxi-3- metoxi - benzaldeído 81.5 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, éter, acetona. Solúvel em benzeno e éter de petróleo Tetragonal em água e éter de petróleo Branco, com cheiro de baunilha 15 Acetanilida 114.3 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, acetona. Solúvel em éter, benzeno e tolueno. Branco, inodoro 16 benzofenona 47.9 (α) e 26 (β) Insolúvel Muito solúvel em etanol, éter, clorofórmio, acetona. Solúvel em benzeno Prismas ortorrômbicos (α) e prismas monoclínicos (β) Branco com odor de rosas 17 Benzoína 137 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol e clorofórmio Cristais quase brancos com um leve odor de cânfora 18 Bifenila 68.93 Insolúvel Solúvel em etanol, éter. Muito solúvel em benzeno, CCl4 e metanol Folhas em álcool 19 Dibenzofurano 79-82 Insolúvel Solúvel em etanol e éter Pó cristalino e amarelo pálido 20 m-nitro-anilina 113.4 Pouco Solúvel Pouco solúvel em benzeno. Solúvel em etanol, éter, acetona. Muito solúvel em metanol Sólido amarelo 21 m-di-nitro- benzeno 90.3 Pouco Solúvel Muito solúvel em Placas em álcool etanol, acetona, piridina. Solúvel em éter, tolueno 22 Naftaleno 80.26 Insolúvel Solúvel em etanol. Muito solúvel em éter, acetona, benzeno, CS2 Placas 23 p-nitro-fenol 113.6 Pouco Solúvel Muito solúvel em etanol, éter, acetona. Solúvel em tolueno e piridina Prisma amarelo em tolueno 24 p-di-cloro- benzeno 53.09 Insolúvel Miscível em etanol, benzeno, acetona. Solúvel em éter, CCl4 Prismas Folhas em acetona 25 p-metoxi- bifenila 88-91 Pó branco 26 p-nitro-anilina 147.5 Insolúvel Solúvel em etanol, éter, acetona Agulhas amarelo pálidas 27 Resorcinol 109.4 Muito Solúvel Muito solúvel emCCl4. Solúvel em etanol, éter. Agulhas em benzeno Barras em água 28 β-naftol 121.5 Insolúvel Muito solúvel em etanol, éter. Solúvel em benzeno, clorofórmio. Folhas em água 2 – Material e Métodos 2.1 Extração Ácido-Base 2.1.1 Material Suporte Universal Garras Argola Bécher Bastão de Vidro Amostra 3 Funil de Líquido Solventes Ácido Clorídrico Placa de Aquecimento Microtubo Capila Funil de Separação Filtro à Vácuo Papel de Filtro Provetas 2.1.2 Métodos Inicialmente, foi feito a organização de todos os materiais necessários para execução da prática pegando-os em seus respectivos lugares de armazenamento e colocando-os em cima da bancada a ser utilizada. Em seguida, após a escolha de amostra desconhecida aleatória (Amostra 3), sabendo que tratava-se de uma mistura de dois sólidos Orgânicos Ácido-Base, sendo um dos compostos ácido e o outro neutro preparou-se uma solução utilizando clorofórmio como solvente. Colocando a amostra em um bécher e adicionando aproximadamente 30 ml de solvente, quantificados em uma proveta, homogeinizando com auxílio de um bastão de vidro. Foi adicionado solvente os poucos até que toda a amostra fosse solubilizada Depois, checou-se que a válvula de saída estava devidamente fechada e a vidraria corretamente presa ao suporte de bancada utilizando uma argola, transferiu-se toda solução para um funil de separação limpo e seco, utilizando um funil de líquidos e bastão de vidro para que todo material fosse adicionado no funil de separação com segurança. Em seguida, com o auxílio dos mesmos instrumentos, transferiu-se 10 ml de uma solução aquosa de hidróxido de sódio para o filtro de separação.. Com ambas as soluções no funil de separação, foi realizada uma homogeinização do sistema, colocando a palma da mão sobre a tampa superior do funil, certificando que a válvula de saída estava devidamente fechada. Devido ao aumento de pressão dentro do sistema, de tempos em tempos, durante a homogeinização, a pressão foi aliviada abrindo a válvula de saída. Figura 1 –Imagem ilustativa representando a homegeneização Após esse processo, observou-se que foi formada uma nova mistura heterogênea, de duas fases. Figura 2- Imagem ilustrativa do funil de separação com as duas fases formadas Esse processo ocorreu pois os dois solventes utilizados, não possuem afinidade entre si (são imisciveis), porém, ambos possuem afinidade com os componentes da amostra solubilizada inicialmente na fase orgânica, durante a homogeinização, isso acaba gerando uma disputa e possível migração do soluto para um dos solventes. Sabendo-se que a amostra inicial seria uma mistura de dois sólidos orgânicos ácido- base, tem-se que o ácido reagirá com a base presente na fase aquosa gerando sal e água, solúvel na fase aquosa, enquanto que o componente neutro permanecerá na fase orgânica, separando-os. Após concluída a separação, foi drenado as fases em erlenmeyer separados, abrindo a válvula de saída lentamente, e fechando-a quando , primeiramente, toda fase aquosa fosse transferida para o primeiro erlenmeyer, então, em seguida, drenou-se a fase orgânica para um segundo erlenmeyer. Esse procedimento foi repetido outras duas vezes para a mesma fase orgânica, acrescentando em cada uma das extrações 10 ml de solução de hidróxido de sódio garantindo assim a máxima migração do ácido solubilizado na fase orgânica para a fase aquosa. Figura 3 - Esquema simplificado de recolha em separado de ambas as fases Com ambas as fases em vidraria separada, adicionou-se ácido clorídrico para que o sólido inicialmente dissolvido como um sal voltasse a precipitar., Adicionou-se o ácido até que não fosse mais possível observar formação de precipitado. Com a fase orgânica, devido a alta volatilidade do solvente (clorofórmio), foi feita secagem, deixando a solução em contato com a atmosfera em um vidro de relógio, e naturalmente o solvente evaporou, deixando apenas o sólido proveniente da fase orgânica na vidraria, onde o mesmo pode ser raspado com o auxílio de uma espátula posteriormente e devidamente armazenado. Com a fase aquosa precipitada, foi feito a filtração á vácuo, utilizando o funil de Buchner, onde primeiramente, foi posto um papel de filtro umedecido no topo, e despejado, lentamentamente a solução sobre o funil, que, devido a ação do vácuo, realiza a sucção do líquido presente na amostra, deixando apenas o sólido retido no funil. Figura 4 -Após a filtragem, o sólido foi armazenado para aula seguinte. 2.2. Recristalização e Purificação 2.2.1 Material Capilares Placa de aquecimento Sólidos separados na etapa de extração Solventes Gelo Funil Filtro à vácuo 2.2.2 Métodos Para realizar a recristalização, primeiramente, utilizando os sólidos previamente separados na aula de extração ácido-base, realizou-se o teste de solubilidade em ambas as fases para o etanol e a água, á frio e á quente. Os resultados estão dispostos na tabela abaixo: O solvente escolhido foi a água, pois a técnica necessita de um solvente em que o sólido seja insolúvel a temperatura ambiente e sulúvel à quente. Após a escolha do solvente, todo sólido proveniente da fase aquosa, foi adicionado à um erlenmeyer, e o mesmo foi posto em “banho maria” em uma placa de aquecimento, e gradativamente, foi adicionado água e homogeinizando com o bastão de vidro até que todo sólido fosse dissolvido em solução, preferencialmente, com a menor quantidade de solvente possível. Após a completa solubilização, o erlenmeyer foi retirado do banho maria e a solução interna, filtrada, com o auxílio do funil de sólidos e papel de filtro, que foram previamente aquecidos também em “banho maria”, para que a temperatura não caísse bruscamente durante a filtragem e posto em repouso. A medida com que a temperatura naturalmente caia, o sólido começou a recristalizar lentamente, e como cada substância possui um ponto de recristalização diferente, sabe-se que o novo sólido precipitado, possui grau de pureza superior. Para garantir que todo sólido fosse devidamente cristalizado, diminuiu-se mais ainda a temperatura. Isso foi feito por meio da imersão do erlenmeyer em um banho de gelo, que, diminuiu a temperatura da solução mais rápido e com mais eficiência, fazendo com que após o banho, o sólido recristalizasse e pudesse ser devidamente filtrado utilizando o tubo de buchner. Esse processo foi realizado para ambos os sólidos da fase aquosa e orgânica os quais foram purificado. Ambos os sólidos já purificados foram devidamente armazenados para a aula seguinte. 2.3. Ponto de fusão 2.3.1 Material Suporte Capilares Bico de Bunsen Tubo de Thiele com óleo Garra móvel Sólidos da amostra 3 purificados Mufa Termômetro Elástico Elevador 2.3.2 Métodos Fecharam-se 3 capilares colocando-os no bico de Bunsen, para que o vidro derretesse formando assim uma espécie de micro tubo de ensaio. Em seguida, colocou- se o sólido purificado no capilar, batendo-o contra a amostra até que uma quantidade satisfatóriamente visível a olho nu preenchesse o capilar. Com o auxílio do “elevador” toda amostra foi devidamente empacotada no capilar de maneira que a quantidade de ar entre os cristais fossem reduzida ao máximo possível. O capilar, já preenchido, foi preso ao termômetro com o auxílio de um elástico, alinhando o fundo do capilar ao final do bulbo do termômetro. Esse conjunto, posteriormente foi inserido no tubo de thiele, de maneira com que a extremidade do termômetro ficasse próxima ao começo da alça de recirculação do tubo, e o elástico não entrasse em contato com o óleo para que o plástico não fosse danificado. Figura 5 - Imagem ilustrativa do Tubo de thiele pronto para realização da análise A chama do bico de Bunsen foi acesa e ajustada com o devida equivalência de vazão de gás e entrada de ar, e num primeiro momento, deixou-se o sistema esquentar rapidamente até que o composto fundisse, para que a obtenção da primeira faixa de temperatura não levasse muito tempo para ser identificada,esse mesmo valor será descartado devido à sua inexatidão. Logo, um novo capilar foi novamente aquecido, porém, cerca de 10°C antes da faixa obtida na primeira tentativa, a temperatura foi acrescida bem lentamente para que o ponto fosse bem identificado, evitando ao máximo possíveis erros por parte do analista. Foram feitas 3 replicatas para cada sólido e os resultados anotados. 2.4. Teste de Solubilidade 2.4.1 Material Amostras 3 (proveniente da fase aquosa) Amostra 3 (proveniente da fase orgânica) Solventes Pipeta Espatula Microtubo 2.4.2 Método Inicialmente, foi feito a organização de todos os materiais necessários para execução da prática pegando-os em seus respectivos lugares de armazenamento e colocando-os em cima da bancada a ser utilizada. Em seguida com o auxílio de uma espátula, pegou-se uma pequena quantidade de da amostra proveniente da fase aquosa (sólido ácido) somente na ponta do instrumento, e colocou-se dentro do microtubo. Depois, com o auxílio pipeta, preencheu-se cerca de 2 cm do microtubo utilizando como solvente hidróxido de sódio aquoso, e agitou-se com cautela e segurança o recipiente, para que o composto e o solvente fossem devidamente homogeinizados, possibilitando assim uma possível dissolução. Repetiu-se esse processo utilizando como solvente solução de bicarbonato de sódio. Aguardou-se cerca de dois minutos após o fim da homogeinização e observou-se o estado da solução e os resultados foram anotados. Repetiu-se esse procedimento utilizando a amostra proveniente da fase orgânica, utilizando como solvente uma solução de ácido clorídrico, e repetindo-se a anlise até que o composto fosse analisado com todos os solventes escolhidos, sendo eles etanol, éter e tetracloreto de carbono. 2.5. “Spot Test” 2.5.1 Material Vidro de relógio Formol Ácido sulfúrico Concentrado Solventes Sólidos Purificados 2.5.2 Métodos 2.5.2.1 Le Rosen Primeiramente realizou-se um teste positivo, um negativo e um em branco para que as devidas colorações podessem ser observadas corretamente pelo analista. Em seguida colocou-se poucos cristais da amostra em um vidro de relógio limpo e seco e pingou-se aproximadamente 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, e observou-se a cor. Logo após, adicionou-se mais 5 gotas da solução de formol. A cor desenvolvida foi devidamente anotada. 2.5.2.2 Teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina Primeiramente realizou-se um teste positivo, um negativo e um em branco para que as devidas colorações podessem ser observadas corretamente pelo analista. Em seguida, adicionou-se poucos cristais do sólido purificado em um vidro de relógio limpo e seco, com etanol como solvente, e logo após colocou-se algumas gotas da solução de hidrazina e observou-se a formação ou não de precipitado amarelo-avermelhado. Os resultados foram devidamente anotado. 2.6 Cromatografia Camada Delgada 2.6.1 Material Capilares Fita Cromatográfica (vidro/Sílica) Béquer Amostra 3 (proveniente da fase orgânica) Amostra 3 (proveniente da fase aquosa) Solvente Dispositivo emissor de luz UV 2.6.2 Método A fita foi marcada em suas extremidas superiores e inferiores com uma linha a aproximadamente 5 mm da extremidade, essas serviriam como referencial para depositar as amostras e os padrões (inferior), denominada linha de origem, e a superior como linha de chegada da fase móvel. Em seguida preparou-se os padrões de benzamida e de ácido benzoico em etanol, e preparou-se a fita colocando-se a solução da amostra feita em etanol e o padrão escolhido, longo da base com o auxílio de um capilar, onde o utensílio foi introduzido no recipiente da substancia desejada, e por capilaridade uma pequena quantidade da amostra o preencheu, logo após aproximou-se a extremidade preenchida do local de depósito na fita, e , tocou-se levemente na superfície da fita e todo líquido dentro do capilar foi depositado na fita. Depois, colocou-se o solvente (etanoato de etila) em um bécher de 50 ml, em uma quantidade em que o solvente entrasse em contato com a fita, porém abaixo do nível onde se foi depositado as substâncias analisadas. Introduziu-se a fita dentro do bécher junto com o solvente e fechou-se com o vidro de relógio para evitar volatilização do solvente. Aguardou-se cerca de 5 minutos até que o solvente subisse (devido o fenômeno de capilaridade) até onde estava marcado como limite superior. Tirou-se do bécher e aguardou-se mais 2 minutos para que a fita secasse e o excesso de solvente evaporasse. Após esse processo, com o auxílio da câmara de raios ultravioletas. 3 – Resultados 3.1 Extração Ácido-Base Após a realização da extração ácido base, obteve-se como resultado duas fases: Fase orgânica, contendo a substância neutra, ainda desconhecida; Fase aquosa, contendo substância que era inicialmente ácida que resultou em um sal ao reagir com a solução de NaOH, de coloração branca. Foi possível observar que os sólidos obtidos nas respectivas fases possuíam coloração branca, no entanto, diferenciavam-se tanto em aspecto (relacionado a estrutura dos cristais) como em características fisico-químicas, uma vez que um dos sólidos interagiu muito bem com a solução aquosa alcalina, indicando a presença de caráter ácido neste sólido, enquanto o outro, não interagiu, fazendo com que a separação fosse concluída com sucesso. 3.2 Recristalização Após a realização da recristalização, foi possível observar certa simetria em ambos sólidos formados, tendo, no entanto, o proveniente da fase aquosa um sólido em formato de agulhas, e o proveniente da fase orgânica um sólido branco em formato de placas, levemente brilhoso. 3.3 Ponto de Fusão Para os sólidos purificados o experimento foi realizado em triplicata e os seguintes resultados foram obtidos, na tabela abaixo: Fase Aquosa Temp. Início ( °C ) Temp. Final ( °C ) Média(ºC) Replicata 1 122 124 123 Replicata 2 119 121 120 Replicata 3 121 122 121,5 Média das 3 Replicatas 121,5 Desvio padrão 1,5 Tendo em vista os dados obtidos, determina-se que o Ponto de fusão do sólido proveniente da fase Aquosa é 121,5 +/- 1,5 ° C. Fase Aquosa Temp. Início ( °C ) Temp. Final ( °C ) Média(ºC) Replicata 1 125 127 126 Replicata 2 127 128 127,5 Replicata 3 126 128 127 Média das 3 Replicatas 126,8 Desvio Padrão 0,8 Tendo em vista os dados obtidos, determina-se que o Ponto de ebulição do sólido proveniente da fase Orgânica é 126,8 +/- 0,8 ° C. Admitindo uma faixa de trabalho de +/- 5ºC para o ponto encontrado na analise de ponto de fusão, analisando a Lista de Sólidos Possíveis e levando em consideração que o resultante da fase aquosa é era um ácido e o da fase orgânica um composto neutro, as substâncias que se adequam a esses requisitos são: Fase aquosa Sólido Estrutura PF (ºC) Ácido benzoico 122,35 Ácido pícrico 122,5 β-naftol 121,5 Fase Orgânica Sólido Estrutura PF (ºC) Benzamida 127,3 3.4 Solubilidade Segue abaixo os resultados observados para a analise de solubilidade para os respectivos sólidos analisados: Fase aquosa NaOH(aq) Solúvel NaHCO3(aq) Solúvel Fase Orgânica HCl (aq) Insolúvel Etanol Solúvel Éter etílico Parcialmente solúvel CCl4 Solúvel 3.5 “Spot Test” Os resultados dos spot testes realizados estão na tabela abaixo: Le Rosen 2,4-dinitrofenilhidrazina Fase Orgânica Negativo Negativo Fase Aquosa Negativo Negativo De acordo com o resultado dos testes, nenhum dos sólidos indica presença de anéis aromáticos, aldeído e cetona em sua estrutura química. 4 – Discussão Tendo em vista a informação prévia de que os compostos desconhecidos eram um ácido e um neutro, pode-se através do conhecimento da técnica de extração ácido- base, inferir que o composto ácido estaria presente na fase aquosa, pois a suareação com uma base geraria sal e água, tornando o mesmo solúvel em água, enquanto o outro (neutro) continuaria na fase orgânica. Sabendo isso, observou-se, para a fase aquosa, os resultado de ponto de ebulição de modo a encontrar compostos ácidos presente na faixa encontrada nos resultados. Para o composto ácido (fase aquosa), dentre os compostos possiveis haveria a possibilidade de ser fenol ou ácido carboxílico, com o teste de solubilidade, no entanto, notou-se que a amostra foi solúvel em solução de hidróxido de sódio (base forte) e em solução de bicarbonato de sódio (base fraca), tendo em vista que fenóis são ácidos mais fracos que ácidos carboxílicos, eles não desprotonam em solução de bicarbonato de sódio, o que indica que a amostra é um ácido carboxílico, pois desprotonou em uma base fraca, tornando-se solúvel na mesma, descartando-se assim, a possibilidade de que o sólido seja o composto β-naftol. Para o composto neutro (fase orgânica), obteve-se uma seleção consideravelmente restritiva, uma vez que, para o ponto de fusão analisado havia apenas uma substância presente na faixa e trabalho usada. O spot teste deu negativo, para ambas as amostras (resultantes da fase orgânica e fase aquosa) como esperado, para aldeídos e cetonas, no entanto notou-se uma contradição nos resultados, uma vez que segundo o teste de fusão, todas as possibilidades de sólidos possuem anéis aromáticos, enquanto o teste le rosen não identificou a presença de anel aromático na amostra. Contudo, durante a prática foi identificado a possibilidade dos reagentes que realizam o teste de Le Rosen possam estar danificados e/ou insuficientemente efetivos, uma vez que, mesmo realizando o teste positivo, o desenvolvimento da cor esperada se deu numa tonalidade bem inferior do que deveria, indicando que a reação ácido-formol-amostra, não estaria sendo bem realizada a ponto de que o teste pudesse ser plenamente confiável e/ou, possível dificuldade do analista em visualizar o resultado obtido, uma vez que o teste é realizada visualmente. Por tanto, os resultados deste teste, por não possuírem devida credibilidade segundo o estado de seus reagentes, será desconsiderado para definir os sólidos. Além disso, analisando o aspecto físico da amostra, descartou-se a possibilidade de que a amostra ácida seja o ácido pícrico, pois este possui coloração amarela, enquanto a amostra possui coloração branca. Com o intuito de confirmar a identidade dos compostos, realizou-se a cromatografia em camada delgada. No entanto, não se obteve resultados para essa análise. Acredita-se que seja em virtude, do revestimento de sílica à fita de vidro que apresentou algumas complicações na realização da analise. Podendo ser, também, devido a escolha errada do solvente, contudo, não havia tempo suficiente para fazer uma reanálise. Fase Composto Estrutura Orgânica Ácido benzóico Aquosa benzamida Desse modo, segue abaixo a reação de desprotonação do ácido benzoico na extração do mesmo. E, em seguida, a reação na recuperação do ácido benzóico 5 – Conclusão Conclui-se, desta forma que os compostos presentes na amostra 3 são: ácido benzóico e benzamida. Portanto, utilizando as técnicas propostas, foi possível separar, purificar e identificar a mistura de sólidos inicial. Contudo, devido ao inconveniente nos resultados do teste de Le rosen, e de cromatografia em camada delgada tais analises foram, como discutidas anteriormente, inconclusivas, de modo que a identificação dos sólidos não apresentou o grau de precisão desejado. No entanto, os objetivos foram realizados com sucesso. 6 – Referências CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M.; Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2004. LENZI, E. et al.; Química Geral Experimental. Rio de Janeiro: Freitas Bastos Editora, 2004. RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books,1994. SARDELLA, Antônio; MATEUS, Edegar; Curso de Química: química geral, Ed. Ática, São Paulo/SP – 1995. COLLINS, C.H.; BRAGA, G.L. e BONATO, P.S. Introdução a métodos cromatográficos. 6ª ed. Campinas: Editora da Unicamp, 1995. DEGANI, A.L.G.; CASS, Q.B.; VIEIRA, P.C., Química Nova na Escola, 1998. CUSACK, R.W., GLATZ, D., et al, "Fresh Look at-A Liquid Liquid Extraction", Engenharia Química, Fevereiro, Março e Abril de 1991. REGER,D.; SCOTT, G.; MERCER, E. Química: Princípios e Aplicações. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1997. SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica Vol. 1, 6a Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. PAVIA, D.L; LAMPMAN, G.M; KRIZ, G.S; ENGEL, R.G. Química orgânica experimental: Técnicas de escala pequena. Segunda edição. Bookman. SOARES, Bluma G. e outros. Química Orgânica: Teoria e Técnicas de Purificação, Identificação de Compostos Orgânicos. Rio de Janeiro. Editora Guanabara, 1.988.
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