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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 RELATÓRIO EXPERIMENTAL: CARACTERIZAÇÃO DE GRUPOS FUNCIONAIS Parnaíba 2017 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO....................................................................................................................3 2. MATERIAIS.........................................................................................................................4 2.1. Reagentes......................................................................................................................4 2.2. Vidrarias........................................................................................................................4 2.3. Equipamentos em geral.................................................................................................4 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL................................................................................5 3.1. Caracterização de hidrocarbonetos: Teste de Baeyer (KMnO4/HO - /H2O)....................5 3.2. Caracterização de ésteres: Teste do ácido hidroxâmico................................................5 3.3. Caracterização de aldeídos e cetonas: Teste de Tollens................................................6 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES........................................................................................7 4.1. Caracterização de hidrocarbonetos: Teste de Baeyer (KMnO4/HO - /H2O)....................7 4.2. Caracterização de ésteres: Teste do ácido hidroxâmico................................................8 4.3. Caracterização de aldeídos e cetonas: Teste de Tollens................................................9 5. CONCLUSÃO....................................................................................................................10 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................11 7. APÊNDICE.........................................................................................................................12 7.1. Fotos.............................................................................................................................12 3 1 INTRODUÇÃO A Química Orgânica abrange os compostos que contém carbono (C) e hidrogênio (H) em sua estrutura. Esses elementos, e diversos outros como (C, H, O, N, S, P, B e halogênios), dão origem a compostos, que podem ser classificados e identificados de acordo com as suas cadeias e os seus grupos funcionais. Hoje, com o avanço tecnológico, existe não somente os compostos orgânicos naturais, ou seja, que são encontrados na natureza. O homem, em laboratório, já descobriu e sintetizou diversos compostos chamados hoje de orgânicos sintéticos. Esses compostos são classificados em grupos funcionais, como: hidrocarbonetos, alcoóis, aldeídos, cetonas, éteres, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, amidas, entre outros. Esses grupos funcionais dão características específicas, como estrutura e atividade reacional, e para uma mesma função, os compostos apresentam propriedades semelhantes. (FOGAÇA, 2018) Os hidrocarbonetos são compostos constituídos apenas por átomos de carbono (C) e hidrogênio (H). Os alcoóis são constituídos por radicais, hidrocarbonetos, ligados a uma ou mais hidroxilas (OH), que quando o radical é um benzeno, sua nomenclatura muda para fenol. As cetonas são os compostos que apresentam uma carbonila (CO) entre carbonos, ou radicais aromáticos. Já, os éteres apresentam um átomo de oxigênio (O) entre carbonos. Os ésteres possuem um grupo carbonila (CO) ligada a um oxigênio (O) e entre carbonos. Ácidos carboxílicos são os que possuem um grupo carboxila (COOH) ligado a um radical (hidrocarboneto). Aminas são caracterizadas por um, dois ou três radicais (hidrocarbonetos) ligados a um átomo de nitrogênio (N), e quando esse átomo se apresenta ligado ao grupo carbonila (CO), o composto passa a ser o grupo amida. (BRUICE, 2006) Assim, por meio de testes com substâncias específicas, esses grupos funcionais podem ser identificados a partir da observação de seu comportamento em reações, onde pode ocorrer a formação de precipitados, mudança de coloração, formação de fases, entre outros. E, devido a ocorrência dessas transformações químicas e em virtude das diferentes características de cada função orgânica, por meio de testes qualitativos é possível identificar a composição de amostras desconhecidas. 4 2 MATERIAIS Para melhor execução do experimento, utilizou-se os seguintes reagentes e vidrarias: 2.1 REAGENTES Permanganato de Potássio (KMnO4) Cloridrato de Hidroxilamina 0,5N (NH2OHHCl) Hidróxido de Sódio 6N (NaOH) Ácido Clorídrico 1N (HCl) Etanol (CH3CH2OH) Cloreto Férrico (FeCl3) Nitrato de Prata 5% (AgNO3) Hidróxido de Sódio 10% (NaOH) Hidróxido de Amônio 10% (NH4OH) 2.2 VIDRARIAS Pipeta de Pasteur (plástico) Tubos de ensaio Béquer Proveta 2.3 EQUIPAMENTOS EM GERAL Estante para tubo de ensaio 5 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para a realização da prática, os materiais (tubo de ensaio, suporte de plástico, pipetas de Pasteur) foram devidamente organizados na bancada, que já continha as amostras contendo substâncias desconhecidas previamente organizadas e enumeradas. O experimento consistia na realização de três testes de caracterização: Caracterização de hidrocarbonetos: Teste de Baeyer (KMnO4/HO - /H2O) Caracterização de ésteres: Teste do ácido hidroxâmico Caracterização de aldeídos e cetonas: Teste de Tollens Onde seis amostras (1, 2, 7, 8, 9, 10) foram submetidas a testes químicos específicos com diferentes reagentes, a fim de identificar o grupo funcional contido no frasco. Para cada teste foi realizado um procedimento diferente: 3.1. Caracterização de hidrocarbonetos: Teste de Baeyer (KMnO4/HO - /H2O) Primeiramente, utilizando dois tubos de ensaio devidamente enumerados com a identificação da amostra, foi colocado quatro gotas dos frascos 1 e 2, onde o tubo um recebia as gotas da amostra 1 e o tubo dois recebia as gotas da amostra 2. Em seguida, com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, em cada tubo foi adicionado 0,5mL da solução aquosa de permanganato de potássio (KMnO4). O tubo 1 adquiriu uma coloração roxa/violeta, já o tubo 2 apresentou uma coloração marrom, com posterior formação de um precipitado marrom e solução quase incolor. 3.2. Caracterização de ésteres: Teste do ácido hidroxâmico Em um tubo de ensaio, duas gotas da amostra 7 foram adicionadas. Logo após, utilizando uma pipeta de Pasteur, adicionou-se 1mL da solução 0,5N de cloridrato de hidroxilamina (NH2OHHCl). Em seguida mais 0,2mL da solução aquosa de hidróxido de sódio 6N (NaOH) e 2mL de solução de ácido clorídrico 1N (HCl). Esperou-se um tempo para verificar a turbidez, pois caso a mistura se apresentasse turva, seria necessário a adição de 2 mL de etanol (CH3CH2OH). Como a mistura não apresentou-se turva, deu-se continuidade ao procedimento adicionando uma gota de cloreto férrico, que apresentou imediatamente uma coloração vermelho sangue. 6 3.3.Caracterização de aldeídos e cetonas: Teste de Tollens Primeiramente, deu-se início à preparação do reagente de Tollens: em um tubo de ensaio,com uma pipeta de Pasteur, foi adicionado 1mL de uma solução de nitrato de prata 5% (AgNO3) e em seguida uma gota de hidróxido de sódio 10% (NaOH) e agitado, observando-se uma mistura acinzentada. Posteriormente, foi adicionado 2mL de uma solução de hidróxido de amônio 10% (NH4OH), agitando o tudo brandamente, até que o precipitado se dissolvesse completamente, e a solução ficasse transparente. Com o reagente pronto, 2 gotas da amostra 8 foi colocada em um tubo de ensaio e adicionado 0,5mL do reagente de Tollens recentemente preparado. Observou-se a formação de um espelho de prata, com algum resquício de solução. O mesmo procedimento foi realizado com as amostras 9 e 10, onde a 9 apresentou duas fases: uma branca e uma amarelada, e a amostra 10 resultou numa mistura incolor. Após os testes, os resultados foram observados, discutidos e relatados a seguir. 7 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Durante todo o experimento buscou-se relacionar o conteúdo de reações químicas ao que foi praticado, a fim de obter uma discussão mais detalhada. 4.1.Caracterização de hidrocarbonetos: Teste de Baeyer (KMnO4/HO - /H2O) Esse teste consiste em, através da coloração (violeta ou marrom), identificar se o composto é um alceno ou alcino. Caso apresente uma coloração marrom (precipitado) após a adição do KMnO4, o teste acusaria a presença de um alceno/alcino e caso apresentasse a coloração violeta, ele estaria acusando a presença de um cicloalcano. Ao ser adicionado o permanganato de potássio (KMnO4) no tubo que continha a amostra 1, observou-se que a coloração ficou roxa/violeta, dando negativo para alcenos, podendo concluir que havia a presença de um cicloalcano, visto que os ciclanos não reagem com o reagente de Baeyer. Entretanto, ao ser adicionado o KMnO4 no tubo que continha a amostra 2, ligeiramente observou-se que o líquido que primeiramente ficou roxo, mudou para uma coloração marrom com posterior formação de um precipitado marrom e uma solução castanha, quase incolor. Assim, o teste deu positivo para a presença de um alceno ou alcino, visto que alcenos e alcinos reagem fortemente com o KMnO4 em solução alcalina, a frio, onde ocorre uma oxidação branda, resultando na formação de um diol (IMAGEM 1), no caso dos alcenos, ou de dicetonas, no caso dos alcinos (IMAGEM 2). Como discute o autor: Um alceno pode ser oxidado a 1,2 diol por permanganato de potássio (KMnO4) em uma solução fria de base, enquanto os alcinos são oxidados a dicetonas[...]. A solução de permanganato de potássio deve ser básica, e a oxidação deve ocorrer a uma temperatura ambiente ou mais baixa. [...] o KMnO4 forma um intermediário cíclico quando reage [...] (BRUICE, 2006, p. 272) F o n te : B ra si l E sc o la IMAGEM 1 – alceno formando um diol, observa-se a formação de um intermediário cíclico. 8 4.2. Caracterização de ésteres: Teste do ácido hidroxâmico O teste consiste em, através da coloração vermelho escuro, identificar se o composto presente na amostra 7 é um éster. Assim, após a adição do cloreto férrico (FeCl3), observou-se que a solução adquiriu uma coloração vermelho sangue, acusando a presença do grupo funcional éster. Isso se deve ao fato de que o ácido hidroxâmico reage com o FeCl3, formando um complexo (IMAGEM 3), responsável pela coloração característica. Assim discutido pelo autor: [...]o ácido hidroxâmico é indicado para a determinação de ésteres e as reações envolvidas consistem na formação de ácidos hidroxâmicos de ésteres em solução alcalina, nas quais o ácido hidroxâmico forma um complexo do tipo quelato altamente colorido com íons Fe3+ (a cor varia do púrpura ao vermelho).4 Os ácidos hidroxâmicos são compostos que possuem em sua estrutura o grupamento R–CO- NR-OH e normalmente são ácidos fracos[...]. Uma das características dos ácidos hidroxâmicos é a sua afinidade em formar complexos estáveis com metais de transição, em especial com os íons Fe3+. (COSTA et al, 2015, p. 563-564) F o n te : B ra si l E sc o la IMAGEM 2 – alcino formando uma dicetona, observa-se a formação de um intermediário cíclico. F o n te : Q u ím ic a N o v a IMAGEM 3 – reação de formação do complexo responsável pela coloração vermelho escuro. 9 4.3.Caracterização de aldeídos e cetonas: Teste de Tollens Esse teste consiste em identificar a presença de aldeídos, por meio da formação de prata metálica, conhecida como “Espelho de Prata”, quando em contato com o reagente de Tollens, que contém o íon diaminoprata(I) – [Ag(NH3)2] + , que oxida o aldeído, apesar de ser um agente oxidante fraco. Entretanto, a formação do espelho depende da velocidade da reação, que deve ser lenta, e do recipiente, que deve estar com as paredes limpas. Se não estiver, ocorre o aparecimento de um precipitado cinza. (SOLOMONS, 2012, p. 177) Nesse experimento, logo após a adição do reagente de Tollens com o conteúdo da amostra 8, foi possível observar a formação de um espelho de prata, acusando a presença do grupo funcional aldeído na mistura. Quando testados as amostras 9 e 10, observou-se que não houve formação de prata metálica (IMAGEM 4), assim dando negativo o teste para aldeídos. A formação da prata metálica é explicada pelo autor: O óxido de prata é um agente redutor brando. Uma solução de óxido de prata diluída em amônia aquosa (reagente de Tollens) oxida um aldeído, mas é muito fraco para oxidar alcoóis ou outros grupos funcionais. Uma vantagem de usar o reagente de Tollens para oxidar aldeídos é que a reação ocorre em condições básicas. Portanto, você não terá de se preocupar com nenhum dano em outro grupo funcional da molécula, que poderia sofrer uma reação em meio ácido. O agente oxidante no reagente de Tollens é a Ag + , que é reduzida à prata metálica. (BRUICE, 2006, p. 266) F o n te : G o o g le I m ag en s IMAGEM 4 – reação do reagente de Tollens com um aldeído. Observa-se a formação da prata metálica, ou espelho de prata. 10 5 CONCLUSÃO Através dos testes realizados nessa prática, com as diferentes amostras com substâncias não identificadas, foi possível determinar quais eram os grupos funcionais presentes no experimento, por meio da observação do comportamento de cada solução quando adicionados reagentes específicos. Além disso, observou-se a importância dos conhecimentos em relação aos tipos de reações que ocorrem e os produtos que resultam das diferentes adições de substâncias e catalisadores. Sendo também observado outro fator influente na determinação, as colorações que eram características e específicas. 11 6 REFERÊNCIAS FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Oxidação branda"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/oxidacao-branda.htm>. Acesso em 16 de janeiro de 2018. BRUICE, Paula Yurkanis. Química Orgânica, volume 2. 4 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006. COSTA, R. P.; KHALIL, T. C.; SANTOS, A. P.; ANDRADE, D. F. D.; D'AVILA, L. A. Determination of biodiesel content in diesel using the colorimetric assay for hydroxamic acid. Química Nova, v. 38, n. 4, p. 563-569, 2015. SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica, volume 2. 10.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 12 7 APÊNDICE 7.1 Fotos Figura 1 – Formação do espelho de prata com um precipitado cinza, explicado pelas possíveis impurezas contidas no recipiente, ou por alguma alteração no reagente. (Teste de Tollens)Figura 2 – [1] solução com coloração roxa, dando negativo para alcenos; [2] solução com precipitado marrom, dando positivo para alcenos. (Teste de Baeyer) 1 2 Figura 3 – Solução apresentando o surgimento da coloração vermelho escura, logo após a adição do cloreto férrico (FeCl3). (Teste do ácido hidroxâmico) Figura 4 – Reagente de Tollens preparado para utilização no teste de Tollens. Figura 5 – Amostras 9 e 10. Resultado negativo para presença do grupo funcional aldeído. 9 10
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