Relatório - Recristalização

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Universidade de São Paulo
Instituto de Química de São Carlos
SQF0326 - Laboratório de Química Orgânica I
Prática 3: Filtração e Recristalização
Prof. Dr. Antonio Carlos Bender Burtoloso
Cássio Luis Pires Lucato, 8599945
Leonardo Henrique Semensato, 9784206
São Carlos, 24 de Abril de 2018
Conteúdo
1 Introdução 3
2 Objetivos 5
3 Materiais e Métodos 5
3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.1 Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.2 Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida . . . . . . . . . . 8
4 Resultados e Discussões 9
4.1 Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.2 Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.1 Escolha do solvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.2 Recristalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.3 Temperatura de fusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.2.4 Testes de solubilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 Conclusões 13
Lista de Tabelas
1 Testes para escolha de solvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Resultados recristalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3 Temperatura de fusão amostra desconhecida . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1 Introdução
Um composto puro é aquele em que todas as moléculas possuem a mesma estru-
tura, a presença de impurezas em compostos considerados puros pode levar a atribuições
estruturais incorretas.
A recristalização é uma das formas mais utilizadas na separação ou purificação de
sólidos; existem outras técnicas como sublimação, cromatografia ou extração por solvente
para purificação, contudo mesmo que a molécula alvo seja isolada por algum dos 3 métodos
citados é comum que haja uma etapa de recristalização para que um maior grau de pureza
seja atingido.
Uma recristalização consiste em escolher um solvente no qual o sólido seja pouco
solúvel à temperatura ambiente, mas muito solúvel a temperaturas próximas a sua tem-
peratura de ebulição, dessa forma o sólido é completamente solubilizado e então a solução
é deixada em repouso para que esfrie lentamente e os cristais da molécula alvo sejam
formados, enquanto as impurezas permanecem dissolvidas [1]; realizando a filtração da
mistura, obtém-se cristais mais puros que do sólido de partida, uma vez que as impurezas
não ficam retidas no filtro.
Um procedimento a mais e comum realizado durante a recristalização é a adição de
"carvão-ativado"depois da dissolução completa do sólido em solução; O carvão-ativado é
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um carvão que foi tratado quimicamente com oxigênio tornando-o poroso, consequente-
mente aumentando sua área de contato em interação com a solução, dessa forma algumas
impurezas como Cl–ficam adsorvidas em sua superfície.
Pode-se dizer que a etapa crucial da recristalização é a escolha do solvente, que deve
atender 5 critérios:
1. Não reagir quimicamente com a molécula alvo de purificação;
2. O composto alvo deve ser altamente solúvel ( 5g/100 mL) no solvente a quente
e quase insolúvel ou próximo de insolúvel a temperatura ambiente (0,2g/ 100
mL);
3. As impurezas devem ser solúveis no solvente independente da sua temperatura
ou devem permanecer solúveis no solvente a frio;
4. É desejável uma temperatura de ebulição não muito alta, para que o solvente
possa ser eliminado com mais facilidade do sólido recristalizado;
5. A temperatura de ebulição do solvente deve ser inferior a de fusão do composto
alvo.
Ainda quanto à escolha do solvente é necessária atenção quanto a ser inflamável
ou não, no caso de ser inflamável é necessário aquecimento indireto, como imergir o
erlenmeyer no qual será realizada a dissolução do sólido em água sob aquecimento.
Uma forma de aferir a pureza de compostos orgânicos é através da sua temperatura
de fusão, principalmente quando a identidade do composto é conhecida.
A temperatura de fusão, considerando as condições padrões, é determinada unica-
mente pelos tipos de interações intermoleculares das moléculas que as moléculas formam os
sólidos realizam, pois isso determinará se o sólido será amorfo, cristalino ou semi-cristalino,
isso para sólidos orgânicos. Sólidos cristalinos são formados a partir de interações que tem
direcionalidade e uma angulação específica, como é o caso de interações entre iônicas e de
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hidrogênio. Moléculas que interagem exclusivamente por interações do tipo dipolo indu-
zido ou permanente formam sólidos amorfos, já que suas interações são de curto alcance
seus sólidos são formados pelo "empacotamento"disforme das moléculas.
Por último há os sólidos semi-cristalinos, são geralmente polímeros que possuem
domínios cristalinos e domínios amorfos, é o caso da quitina, por exemplo.
Os sólidos cristalinos, em geral, possuem maior temperatura de fusão que um sólido
amorfo de massa molecular similar, isso porque as interações que mantém o retículo
cristalino do sólido são mais intensas que geram o "empacotamento"do sólido amorfo.
Por esse mesmo motivo que sólidos contendo impurezas possuem temperatura de fusão
abaixo dos sólidos puros: as impurezas interferem na rede de interações intermoleculares.
2 Objetivos
Realizar a purificação do ácido salicílico pelo método de recristalização, utilizando
água como solvente. Escolher um solvente ideal para recristalização de uma amostra
desconhecida, utilizando testes de solubilidade. Medir o ponto de fusão para verificação
da eficácia recristalização, e determinar a composição da amostra desconhecida por testes
de solubilidade.
3 Materiais e Métodos
3.1 Materiais
1. Reagentes
(a) Acetato de etila;
(b) Ácido salicílio (∼ 93 % de pureza);
(c) Cicloexano;
(d) Clorofórmio;
(e) Etanol;
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(f) Tolueno;
(g) Amostra desconhecida (sólida).
2. Vidrarias e acessórios
(a) Agitador magnético com aqueci-
mento;
(b) Béqueres;
(c) Bomba de vácuo;
(d) Erlenmeyer de 250 mL;
(e) Funil de Buchner;
(f) Funil de vidro;
(g) Kitassato;
(h) Papel de filtro;
(i) Tubos de ensaio;
(j) Tecnopon - Medidor Ponto de Fusão
– PFM-II.
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3.2 Metodologia
3.2.1 Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico
Utilizando o aparelho Tecnopon - Medidor Ponto de Fusão – PFM-II, mediu-se o
ponto de fusão da amostra de ácido salicílico contaminada.
Pesou-se 2,97 g de ácido salicílico, contaminado com cerca de 3 a 7 % de acetanilida.
As estruturas de ambos os compostos citados acima encontram-se na imagem abaixo.
Figura 1 - Estruturas do ácido salicílico e da acetanilida
Calculou-se o volume de solvente necessário para solubilizar cerca de 3 g de ácido
salicílico, considerando que a solubilidade deste composto orgânico em água a 100 oC é
de 6,7 g/100 mL:
V =
100 mL× 3 g
6, 7 g
= 44, 8 mL
Experimentalmente, utilizou-se um acréscimo de cerca de 10 % deste valor, visando
a total solubilização do composto a 100 oC. Portanto foi utilizado um volume de água de
50 mL.
Adicionou-se a massa de ácido salicílico em um erlenmeyer de 250 mL, adicionando
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em seguida o volume de água calculado acima. Aqueceu-se então o erlenmeyer com o
auxílio de um agitador magnético com aquecimento, até que fosse possível observar a
total solubilização do composto. Após a solubilização, filtrou-se a solução com papel
pregueado, em um funil de vidro de cano curto, que havia sido previamente aquecido em
uma estufa.
O filtrado foi então coberto com um vidro de relógio e deixado em repouso por cerca
de 2h, com a finalidade de resfriar. Apóseste período, observou-se a formação de cristais
brancos. Filtrou-se então os cristais em um funil de Buchner, utilizando vácuo, lavando
sempre com água destilada gelada.
Após a secagem dos cristais, pesou-se a massa final com o intuito de se obter o
rendimento do processo de recristalização, e também mediu-se o ponto de fusão, a fim de
analisar se a amostra havia sido purificada.
3.2.2 Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida
Escolha do solvente
A escolha do solvente foi feita por testes de solubilidade com os seguintes compostos:
Figura 2 - Solventes testados para recristalização da amostra desconhecida
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Os testes eram feitos em tubos de ensaio, adicionando cerca de 0,1 g da amostra
em 2 mL de solvente. Verificava-se se a amostra era solúvel, e em seguida, o tubo era
aquecido, verificando a solubilidade novamente a quente.
Para que o solvente fosse utilizável, a amostra deveria se mostrar insolúvel a frio,
porém solúvel após o aquecimento do solvente. Deste modo, seria possível utilizar o
método de recristalização análogo ao da Parte 1.
Recristalização
Os procedimentos desta etapa foram análogos aos da Parte 1. A massa da amostra
desconhecida foi de 1,997 g, e o volume de água calculado foi de:
V =
2 mL× 2 g
0, 1 g
= 40 mL
Com o intuito de solubilizar toda a amostra, o volume de água utilizado foi de 50
mL (assim como na Parte 1).
4 Resultados e Discussões
4.1 Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico
A faixa de temperatura de fusão obtida para o ácido salicílico contendo impurezas
de acetanilida foi de 153 oC - 160 oC. Comparando com o valor tabelado (158 oC [2]),
notou-se que a faixa obtida experimentalmente é consideravelmente grande, e que o ponto
inicial (153 oC) é inferior ao valor da literatura. Este resultado está de acordo com o
esperado, visto que as impurezas interferem na malha cristalina, diminuindo a intensidade
das interações intermoleculares, e consequentemente abaixando a temperatura de fusão.
Após todo o processo de recristalização explanado na Seção 3.2.1, a massa final
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obtida foi de 2,41 ± 0,02 g. Este valor foi calculado pela diferença de massa do conjunto
papel de filtro + vidro de relógio (52,14 ± 0,01 g) e papel de filtro + vidro de relógio
+ massa recristalizada (49,73 ± 0,01 g). Como a massa inicial foi de 2,97 ± 0,01 g, foi
possível calcular o rendimento do processo (sem levar em conta a % de impureza):
R1 =
mrecristalizada
mimpura
× 100% = 2, 41
2, 97
× 100% = 81, 1%
Considerando os 7 % de impurezas presentes na amostra, é possível calcular outro
valor de rendimento:
R2 =
2, 41
2, 97× 0, 93× 100% = 87, 3%
Ambos os valores calculados acima são condizentes com o esperado, mostrando que
não ocorreram grandes perdas de material durante os processos de filtração ou transfe-
rência do solvente. Além disso, vale ressaltar que o ácido salicílico possui uma pequena
solubilidade em água a 25 o C (0,2 g/100 mL, e a 100 oC 6,7g/100 mL), o que impossibi-
litaria um rendimento maior que 97 %.
A faixa experimental de temperatura de fusão obtida após a recristalização do ácido
salicílico foi de 160 oC - 162 oC. Este valor é um pouco maior que o da literatura (158 oC)
provavelmente por algum pequeno erro experimental, como o atraso ao olhar a tempera-
tura no termômetro. Entretanto, comparando com a faixa obtida para o ácido salicílico
impuro (153 oC - 158 oC, média de 156 oC) é possível notar que a média da amostra
purificada é maior que aquela contendo impurezas. Isso mostra que a recristalização foi
efetiva, visto que ao remover as impurezas, as interações intermoleculares na rede crista-
lina ganham intensidade, o que promove o aumento da temperatura de fusão.
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4.2 Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida
4.2.1 Escolha do solvente
O primeiro critério para escolha do solvente foi que a amostra desconhecida fosse
muito pouco solúvel em temperatura ambiente, mas que a temperaturas próximas do
ponto de ebulição do respectivo solvente fosse solúvel.
O resultado para os testes de solubilidade encontram-se na Tabela 1:
Tabela 1 - Testes para escolha de solvente
Solvente T ambiente Aquecido
Água Insolúvel Solúvel
Acetato de Etila Solúvel Solúvel
Cicloexano Insolúvel Solúvel
Clorofórmio Solúvel Solúvel
Etanol Solúvel Solúvel
Tolueno Solúvel Solúvel
Com base nos dados da Tabela 1 havia opção de dois solventes: água ou cicloexano.
Empiricamente verificou-se que o tempo para começar a recristalização é aproximada-
mente o mesmo em ambos os solventes, dessa forma optou-se pela água por não ser
inflamável. O ponto positivo de escolher o cicloexano seria sua temperatura de ebulição
menor que da água, fator que aumenta a velocidade com que ele é eliminado dos cristais
depois na estufa.
4.2.2 Recristalização
Tabela 2 - Resultados recristalização
Amostra Massa ±0, 001g
Impura 1,997
Recristalizada 1,467
Com base nos dados de massa que constam na Tabela 2 foi possível calcular o
rendimento do processo através da relação matemática:
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R3 =
1, 997
1, 467
× 100 = 73, 46%
Um dos fatores que diminuiu o rendimento da recristalização da amostra desco-
nhecida (73,46%) frente a do ácido salicílico (81,1%), decorre da pequena quantidade de
massa de amostra desconhecida submetida ao processo, pois a quantidade de composto re-
cristalizado perdido por adesão no papel filtro ou que permanece solubilizado em solvente
torna-se mais significativa no cálculo do rendimento.
4.2.3 Temperatura de fusão
Tabela 3 - Temperatura de fusão amostra desconhecida
Amostra Faixa de temperatura (±0, 05◦C) Média (±0, 05◦C)
Impura 115,00 - 120,00 117,50
Recristalizada 120,00 - 125,00 122,50
Conforme explanado na Seção 1.1, uma das formas de aferir a pureza de um sólido
é através de sua temperatura de fusão, nesse caso servirá também como caracterização
para determinar qual a possível identidade da amostra desconhecida.
As temperaturas de fusão da amostra impura e recristalizada foram aferidas, con-
forme consta na Tabela 3. É observado um aumento da temperatura de fusão da amostra
recristalizada com relação a impura, isso devido à remoção de impurezas, que interfe-
riam nas interações intermoleculares do retículo cristalino, diminuindo sua intensidade e
portanto diminuindo a temperatura de fusão do sólido.
4.2.4 Testes de solubilidade
Foram ainda realizados testes de solubilidade para classificação da amostra desco-
nhecida em um dos grupos de compostos orgânicos.
Seguindo o diagrama dos testes o composto da amostra desconhecida foi insolúvel
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em H2O a frio, solúvel em NaOH e solúvel em NaHCO3, podendo ser classificado como
um ácido orgânico forte (grupo III-A).
Fazendo uma análise mais grosseira e comparando uma imagem dos cristais obtidos
pela recristalização (b) e uma imagem obtida na literatura dos cristais de ácido benzoico
(a), notou-se grande semelhança:
Figura 3 - (a): cristais de ácido benzoico; (b): cristais obtidos experimentalmente
Após esta análise, comparou-se a temperatura de fusão da amostra recristalizada
(122,5 oC) com o valor da literatura (122,340 oC [2]), notando novamente que os resultados
concordavam. Portanto, conforme os testes acima mostram que a amostra desconhecida
possivelmente era ácido benzoico. Este resultado necessitaria de mais testes para ser
totalmente confiável. Entretanto, o importante aqui é demonstrar que é possível idealizar
a estrutura de um composto através de testes simples de solubilidade, ponto de fusão ou
ebulição e até mesmo pela aparência ou coloração.
5 Conclusões
A prática foi útil para compreender a teoria e a prática de uma técnica amplamente
utilizada para purificações: a recristalização.
Alguns aspectos se mostraram fundamentais, como a escolha do solvente, o volume13
a ser utilizado e os aparatos para aquecimento e filtração.
Oservou-se que a escolha do solvente deve ser orientada por fatores como periculo-
sidade no manejo, não ter altas temperaturas de ebulição, haver diferença de solubilidade
a quente e a frio para o composto que se deseja recristalizar, propriedade esta que pode
ser testada em tubos de ensaio.
A recristalização do ácido salicílico contaminado com acetanilida teve um rendimento
maior que 80 % e se mostrou eficaz como técnica de purificação; considerando-se um erro
na observação do termômetro no sentido de notar a fusão da amostra só a partir da
temperatura de 160 ◦C, pode-se dizer que o sólido recristalizado.
Para amostra desconhecida, comparando os dados obtidos empiricamente, que cor-
respondem à temperatura de fusão da amostra, testes de solubilidade, e análise visual
da morfologia dos cristais (Figura 3) com os da literatura, acredita-se que a amostra
desconhecida era de ácido benzoico.
Referências
[1] G.A. [et al.] DIAS. Guia Prático de Química Orgânica, volume 1. Editoria Interciência,
2004.
[2] W. M. HAYNES. CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC, 96a edition, 2015.
[3] T.W. Graham Solomons. Química Orgânica, volume 1. LTC, 10a edition, 2012.
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	Introdução
	Objetivos
	Materiais e Métodos
	Materiais
	Metodologia
	Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico
	Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida
	Resultados e Discussões
	Parte 1: Recristalização do Ácido Salicílico
	Parte 2: Recristalização de amostra desconhecida
	Escolha do solvente
	Recristalização
	Temperatura de fusão
	Testes de solubilidade
	Conclusões