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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ- IFPI DISCIPLINA: Orgânica Experimental CURSO: Licenciatura em Química PROFESSOR: Dr Bartholomeu Araujo MÓDULO: IV ALUNA: Alícia Ludymilla Cardoso de Souza PREPARAÇÃO DA ACETANILIDA E RECRISTALIZAÇÃO Parnaíba 2017 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO..............................................................................................................3 2. MATERIAIS...................................................................................................................5 2.1. Reagentes.................................................................................................................5 2.2. Vidrarias...................................................................................................................5 2.3. Equipamentos em geral............................................................................................5 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL..........................................................................6 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES..................................................................................8 5. CONCLUSÃO..............................................................................................................11 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................12 7. APÊNDICE...................................................................................................................13 7.1. Fotos.......................................................................................................................13 7.2 Respostas do questionário.......................................................................................12 8. ANEXO.........................................................................................................................16 3 1 INTRODUÇÃO A acetanilida, que possui fórmula molecular C8H9NO, é um composto orgânico que faz parte da família das amidas. Segundo Solomons (2002), ela é obtida através da reação de acetilação da anilina, onde ocorre o ataque nucleofílico do grupo amino sobre o carbono carbonílico do anidrido acético, seguido da eliminação do ácido acético, ocorrendo assim por meio do mecanismo 1, um mecanismo de adição-eliminação nucleofílica. Entretanto, segundo Dias et al (2004), quando isolados a partir de reações, os compostos orgânicos sólidos não são puros, ou seja, muitas vezes após a síntese, o produto final sólido fica contaminado com subprodutos ou resíduos de outros reagentes. Dessa forma, há uma necessidade de purificar esse composto, visto que é a substância que está presente em maior quantidade no produto da reação. Um método de purificação simples é a recristalização, que segundo Constantino (2011), com o abaixamento da temperatura da solução saturada, como está em maior quantidade, a substância cristaliza-se, pois em baixas temperaturas o material dissolvido na solução tem menor solubilidade. Assim, utiliza-se um solvente apropriado e quente para dissolver e em seguida resfria-se a solução para a formação dos cristais. Com isso, é possível observar que a recristalização é baseada na diferença de solubilidade dos compostos utilizados na reação. Sendo uma etapa de importante influência no processo de recristalização, a escolha do solvente. Um bom solvente não reage com o soluto, solubiliza o soluto em temperatura elevada, é facilmente removido dos cristais Mecanismo1: adição-eliminação nucleofílica. F o n te : G o o g le I m ag en s 4 isolados e tem alto poder de dissolução de impurezas. Contudo, deve-se ter cuidado em não utilizar um excesso desse solvente, por correr o risco de dificultar a recristalização. (DIAS et al, 2004) Após a reação, existem duas fases de filtração que são muito importantes: a filtração por gravidade e a filtração à vácuo. Na filtração por gravidade o meio filtrante utilizado geralmente nessa reação é o algodão. Essa filtração é feita com o líquido ainda quente, e recomenda-se que o funil também seja aquecido para que a solução, ao entrar em contato com as paredes do funil, não cristalize. Ela serve para a retirada das impurezas insolúveis contidas na solução antes que ele cristalize. Já na filtração à vácuo o meio filtrante é o filtro de papel. Essa filtração possui uma grande vantagem em relação aos outros tipos por deixar o sólido bem mais seco, além de ser bem mais rápida, não necessitando tanto assim do aquecimento do funil. Ela serve para a separação dos cristais já formados da parte líquida chamada “água-mãe”. A água-mãe contém impurezas e traços de acetanilida. (CONSTANTINO, 2011) Em suma, as operações necessárias para efetuação do processo de recristalização é: 1. Diluir o sólido num solvente quente 2. Filtrar a solução quente para reter as impurezas 3. Resfriar a solução para que ocorra a cristalização da substância 4. Filtrar para separar os sólidos cristalizados da água-mãe 5. Lavar o sólido 6. Secar o sólido 5 2 MATERIAIS Para melhor execução do experimento, utilizou-se os seguintes reagentes, vidrarias e equipamentos: 2.1 REAGENTES • Anilina (C6H5NH2) • Anidrido acético (C4H6O3) • Água destilada 2.2 VIDRARIAS • Pipeta graduada 2 mL • Pipeta de Pasteur (plástico) • Béquer 100 mL • Funil de Büchner • Kitassato • Placa de Petri • Proveta 50 mL • Erlenmeyer 125 mL • Funil 2.3 EQUIPAMENTOS EM GERAL • Capela • Bomba de vácuo • Estufa • Papel de filtro • Balança analítica • Manta aquecedora • Barra magnética (peixinho) • Banho ultratermostático • Algodão • Pinça tenaz • Geladeira 6 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1° Parte: Preparação da acetanilida (20/11) Para uma maior praticidade foi realizado no primeiro momento a montagem do sistema de filtração a vácuo, em que um funil de Büchner foi devidamente encaixado, com o auxílio de uma rolha de borracha, a um kitassato de 1000 mL que foi conectado, pela sua saída lateral, à uma bomba de vácuo. Em seguida, iniciou-se o processo de preparação da acetanilida, em que, com o auxílio de uma pipeta graduada de 2 mL, pipetou-se 1 mL de anilina do frasco, o conteúdo foi escoado para um béquer de 100 mL e adicionou-se 15 mL de água destilada ao béquer. Posteriormente, foi pipetado com o auxílio de uma pipeta graduada de 2 mL, anidrido acético (1,3 mL) e escoado no béquer de 100 mL que continha anilina e água destilada. O béquer foi agitado para completa reação, onde formou-se um sólido, a acetanilida, com características brutas, como uma coloração meio amarelada e uma forma não definida. O papel de filtro foi devidamente preparado no funil de Büchner, encaixado e umedecido com água destilada, o sistema foi ligado e o conteúdo do béquer foi despejado, com cuidado, no filtro. O resíduo de acetanilida restante no béquer foi “lavado” com água destilada e novamente despejado no filtro. Após a filtragem, a acetanilida foi retirada ainda no papel de filtro, transferida para uma placa de Petri e colocada na estufa a 100°C, durante 12 minutos, para secagem do material. Após seco, o material foi colocado na bancada até que ficasse morno. Em seguida, a placa de Petri contendo a acetanilida no papel de filtro foi pesada na balança analítica (25,083g), retirada e novamente colocada na bancada pararaspagem da substância contida no papel. Novamente foi pesada a placa de Petri, dessa vez contendo apenas o papel de filtro (24,633 g), e o cálculo do rendimento foi efetuado. 2° Parte: Recristalização da acetanilida (20/11) A substância foi transferida para um béquer de 100 mL no qual já continha 30 mL de água destilada, transferida através de uma proveta de 50 mL, e uma barra magnética (observou-se que a acetanilida não afundou ou se misturou com a água destilada). O béquer contendo a mistura foi aquecido e agitado em uma manta aquecedora até a completa dissolução do material, por 9 minutos. O béquer com o conteúdo dissolvido foi retirado da manta aquecedora com o auxílio de uma pinça metálica e imediatamente filtrado em um erlenmeyer de 125 mL, através de um 7 funil de vidro contendo uma bolinha de algodão, para a retirada das impurezas. O sistema foi agitado manualmente e colocado em um banho ultratermostático à 9°C para a formação dos cristais por 10 minutos. A prática foi interrompida pelo tempo de aula excedido e continuada na aula seguinte. O sistema foi devidamente etiquetado e armazenado na geladeira para posterior continuidade do experimento. O sistema permaneceu na geladeira por 7 dias. Continuação da 2° Parte: Recristalização da acetanilida (27/11) O sistema foi retirado da geladeira, observou-se que já havia bastante formação de cristais, e levado ao banho ultratermostático à -15,5 °C para possível formação de mais cristais por 10 minutos. Posteriormente, os cristais foram filtrados no sistema de filtração à vácuo, para separar o sólido do ácido acético. Ainda no sistema à vácuo, foi adicionado um pouco de água destilada com a pisseta para lavagem dos cristais. A solução remanescente denominada “água-mãe” foi descartada. O filtro de papel contendo os cristais foi colocado em uma placa de Petri e direcionado para secagem na estufa à 100°C. Após a secagem, a placa foi retirada e colocada na bancada para que esfriasse. Em seguida, foi efetuada a pesagem (placa de Petri contendo os cristais no filtro de papel) e registrado 50,694 g. Realizou-se a raspagem do papel, no qual os cristais de acetanilida foram armazenados em um recipiente já contendo outros cristais. A placa de Petri contendo o papel de filtro foi pesada em seguida e registado 50,440 g, e o cálculo do rendimento foi efetuado. As vidrarias utilizadas foram devidamente lavadas e colocadas sobre a bancada. Os resultados foram discutidos, analisados e relatados a seguir. 8 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Durante o experimento buscou-se realizar a obtenção da Acetanilida, a partir da Anilina, que seria purificada através da recristalização, pois, como o objetivo era obter esse composto orgânico puro, foi de extrema importância a realização desse procedimento. 1° Parte: Preparação da acetanilida A anilina, quando adicionada ao anidrido acético, realizou sua reação de adição- eliminação nucleofílica rapidamente, bastando agitar o béquer somente para que eles entrassem contato na solução, que passou a ter uma coloração bege-marrom e foi possível observar que tinha um aspecto já de “pedrinhas”, mas bem brutas. Onde Dias et al (2004) explica que essa coloração e esse formato se deve ao fato de que o produto final gerado contém impurezas, ou seja, estão contaminados com outros subprodutos ou resíduos de reagentes. A utilização do sistema de filtração à vácuo após esse procedimento, nos ajuda a deixar os “cristais” brutos mais secos, fazer uma filtragem rápida, além de poder separar o precipitado da “água-mãe”, que contém impurezas. Após a filtragem, a pesagem foi necessária para que fosse possível calcular o rendimento posteriormente. O direcionamento do produto para a estufa, ocorreu para que fosse realizado a secagem do material, colocando-se a uma temperatura de 100°C, a temperatura de ebulição da água, que não afeta o material pois sua temperatura de decomposição é bem maior. Em seguida, a raspagem é feita com bastante cuidado, além de ser uma etapa necessária para que não seja perdido tanto produto. Quando adicionado no béquer contendo a água destilada, observou-se que o produto não se misturou com a mesma e ficou totalmente disposto na sua parte de cima. Isso se deve ao fato de que a densidade desse produto é bem menor que a densidade da água, além de que, ele não é solúvel quando a água está fria. Sendo observado no procedimento seguinte, onde, ao ser colocado na manta aquecedora com agitação, o produto se dissolveu rapidamente, antes de ter completado o tempo estimado. As únicas partes que não se dissolveram foram as impurezas. No qual era essa o objetivo do procedimento, a retirada das impurezas, que foram filtradas através do funil de vidro aquecido, para que o produto não cristalizasse quando estivesse sendo filtrado e fosse perdido parte do material. (CONSTANTINO, 2011) 9 2° Parte: Recristalização da acetanilida Na continuação do procedimento, ao ser deixado apenas o líquido com a acetanilida diluída no erlenmeyer, em temperatura ambiente, houve pequena precipitação de cristais, assim, foi induzido através do banho de gelo, que acelerou o processo de recristalização, pois em temperatura baixa, o material dissolvido contido na solução, tem menor solubilidade e assim, cristaliza-se. Apesar de ter sido deixado por 7 dias na geladeira, foi importante pois os cristais iriam se formar naturalmente e lentamente. Pois segundo Dias et al (2004), “a formação ideal dos cristais ocorre ao se deixar a solução em repouso de um dia para o outro através de um resfriamento lento”. E mesmo após esse tempo, no retorno, foi induzido novamente em banho de gelo para verificar se haveria ainda formação de mais cristais. Que não houve tanta diferença, pois durante todo esse tempo, acredita-se que o material cristalizou completamente. Após isso, o material foi filtrado novamente no sistema de filtração à vácuo, onde foi transferido para a placa de Petri para pesagem. Foi possível realizar o cálculo do rendimento: Rendimento teórico: Anilina Acetanilida Massa molar: 93,13 g/mol Massa molar: 135,17 g/mol Densidade: 1, 02 g/mL Densidade: 1,22 g/mL 𝑑 = 𝑚 𝑉 1,02𝑔 𝑚𝐿 = 𝑚 1𝑚𝐿 m = 1,02 g 93,13 ---------- 135,17 1,02 g ----------Rt Rt ≅ 1,48 g F o n te : G o o g le I m ag en s F o n te : G o o g le I m ag en s 10 No qual, o rendimento teórico é o que seria obtido se houvesse a reação completa, ou seja, rendimento 100%. Rendimento obtido: Rt ≅ 1,48 g --------------- 100% 0,254 g -------------- Ro Ro ≅ 17,16% Entretanto, visto que a massa final do produto obtida através do pesagem dos cristais foi de apenas 0,254g, percebe-se que o rendimento não foi total. Já para a segunda etapa o rendimento foi de: Rt ≅ 1,48 g --------------- 100% 0,45 g -------------- Ro Ro ≅ 30,40% Pode-se observar que, houve um aumento no rendimento, o que pode se explicar no fato de que ao ser diluído completamente e recristalizado, houve traços de formação de um pouco mais da acetanilida cristalizada. Os cálculos podem ser efetuados também dessa forma: 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑛𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑥 100 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑛𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑅 = 0,254𝑔𝑥 100 0,45𝑔 𝑅 ≅ 56,4 % Segundo Dias et al (2004), o rendimento é a eficiência da transformação, entretanto, na química orgânica, diferentemente dos outros ramos químicos, dificilmente as reações irão ocorrer em plenitude, quantitativa e instantênea, pois a química orgânica possui “...uma natureza delicada e particular que exige a busca e o olhar atento do experimentador”. 11 5 CONCLUSÃO Foi possível constatar com essa prática a eficiência do método de obtenção de Acetanilida, além de ser mostrado a importância das particularidades de cada procedimento e a atenção que se deve ter em associar os conceitos com a prática. A utilização do anidrido foi bastante eficiente, uma vez que a formação da Acetanilida foi rápida, bastando apenas o contato entre os reagentes. O rendimento não foi 100%, visto que, durante a purificação, houve bastante perda do produto, interferindo assim nos resultados. O que nos leva à refletir sobre os cuidados que se deve ter durante as práticas. Dessa forma, a obtenção da acetanilida correspondeu ao esperado para a reção de adição-eliminação nucleofílica. 12 6 REFERÊNCIAS SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica. 7aed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2002. CONSTANTINO, Maurício Gomes. Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2011. DIAS, A. G.; COSTA, M. A. D.; GUIMARÃES, P. I. C. Guia prático de química orgânica, v.1: técnicas e procedimentos: aprendendo a fazer. Rio de Janeiro: Interciência, 2004. 13 7 APÊNDICE 7.1 FOTOS Figura 1 – Anilina em béquer de 125mL Figura 2 – Acetanilida formada após reação com anidrido acético. Figura 3 – Acetanilida após filtração à vácuo. Figura 4 – Acetanilida diluindo em aquecimento e agitação. Figura 5 – Solução sendo filtrada para retirada de impurezas (filtro quente). Figura 6 – Acetanilida precipitada em cristais. Figura 7 – Acetanilida em banho de gelo. Figura 8 – Cristais de Acetanilida após secagem em estufa. 14 7.2 RESPOSTAS DO QUESTIONÁRIO 1) O processo de recristalização consiste na purificação de substâncias orgânicas, pois na síntese desses compostos, em geral o produto final sólido contém impurezas, como contaminação pelos subprodutos ou resíduos de outros reagentes. Suas etapas são: 1. Escolha do solvente 2. dissolução do sólido num solvente quente 3. filtração da solução para retirada das impurezas 4. resfriamento da solução para a cristalização da substância 5. filtração para separação do sólido da água-mãe 6. lavagem do sólido 7. secagem do sólido. 2) Físico, pois não muda o composto, apenas altera sua estrutura molecular por meio da substituição, podendo ser reversível. Todos os processos, como dissolução, mudança de temperatura que ocorrem durante a prática não alteram sua composição. 3) A temperatura, que influi na questão da solubilidade e a quantidade de solvente, que influi na concentração da solução. 4) Através da determinação do ponto de fusão da substância obtida, que se estiver próximo ao valor teórico, houve sucesso no procedimento, pois um ponto de fusão nítido é uma evidência de pureza da amostra. Caso não esteja, deve ser realizado um novo experimento. Outras informações como densidade e constantes físicas também são importantes. 5) Um bom solvente não reage com o soluto, solubiliza o soluto em temperatura elevada, é facilmente removido dos cristais isolados e tem alto poder de dissolução de impurezas. 6) Porque ambos são solventes voláteis, ocorrendo assim a perda do solvente, e sem solvente não há recristalização. No caso mais especifico como o Dissulfeto de carbono, ele além de ser volátil é bastante tóxico, como sua forma mais comum é gasosa, recomenda-se que não seja usado em laboratório, prezando a saúde do químico. 7) Quando um único solvente não for o suficiente para ser utilizado na recristalização. Sendo usada principalmente quando a substância apresenta uma elevada solubilidade em um dos solventes e uma pequena solubilidade no outro. 8) Solventes voláteis não podem ser aquecidos em chapas, levando a necessidade de aquecê- los em um sistema munido de condensador. Solventes tóxicos devem ser manuseados com cautela, dentro da capela, evitando exposição direta, pois há risco de inalação e produção de efeitos concerígenos.Solventes inflamáveis devem ser mantidos longe de chamas abertas e fontes de ignição, colocados em frascos apropriados e evitar contato com o ar. 9) Para que a solução não resfrie e comece a cristalizar, visto que o objetivo é retirar somente as impurezas e passe somente a solução diluída, para que não ocorra perda de produto. 15 10) Para que a solução ao ser filtrada não cristalize ao entrar em contato com as paredes frias do funil, visto que a temperatura baixa a faz cristalizar. 11) Para que seja cristalizada toda a acetanilida, visto que a formação ideal dos cristais ocorre ao se deixar a solução em repouso de um dia para o outro através de um resfriamento lento. 12) Esse tipo de solução é muito instável, para a cristalização ocorrer, as moléculas ou íons de soluto devem arranjar-se apropriadamente para formar cristais. A adição de um cristal pequeno de soluto como um "cristal semente” fornece uma alternativa para a cristalização do excesso de soluto, levando a uma solução saturada em contato com o excesso de sólido. 13) Pois suas paredes são mais grossas, de forma a suportar a diferença de pressão, externa e interna. Já o frasco de segurança serve para que, quando estiver ligado a trompas de água, o frasco de segurança evita que caia gotas de água e você perca seu trabalho. 14) Para que ocorra uma secagem prévia do material, e toda substância cristalizada fique no papel de filtro, deixando levar as impurezas. 15) A água destilada. 16) Ela pode ser feita a quente, em uma estufa; ao ar, em temperatura ambiente; ou sob pressão normal ou a vácuo, em um dessecador. A escolha do método vai depender da disponibilidade de tempo, da estabilidade do produto, entre outros fatores. Em qualquer caso, a secagem é de extrema importância. 16 8 ANEXO 8.1 QUESTIONÁRIO 1) Em que consiste o processo de recristalização? Descrever todas as etapas de uma recristalização. 2) A recristalização é um procedimento físico ou químico? Porque? 3) Cite os métodos usados para acelerar a cristalização de uma determinada substância. 4) Como se pode testar a eficiência da recristalização na purificação de um composto sólido. 5) Quais as características mais desejáveis de um solvente para a recristalização? 6) Porque se deve evitar o uso do éter dietílico no processo de recristalização? E o Dissulfeto de carbono? 7) Quando devemos usar solvente misto? Qual a melhor técnica para seu uso? 8) Que preocupações devem ser tomadas quando se utiliza um solvente volátil, inflamável e tóxico, como o benzeno por exemplo? 9) porque se faz a filtração imediata com solução a quente? 10) porque se deve aquecer o funil antes que a filtração tenha sido iniciada? 11) porque se deve ser feito resfriamento lento da solução? 12) quando as substâncias formam soluções supersaturadas, nas quais os cristais se formam com dificuldade, o que deve ser feito nesses casos para provocar a cristalização? 13)Durante a filtração de soluções frias pode-se empregar o funil de Büchner e uma bomba de vácuo para a filtração a vácuo. Porque é essencial usaro kitassato de segurança? 14) Porque se deve fazer uma sucção leve? 15) Qual o líquido deve ser usado para a lavagem dos cristais depois da filtração a fim de remover a água-mãe? 16) Qual o melhor método de secagem dos cristais obtidos por recristalização?
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