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QUI0447D – Química Orgânica dos Compostos Oxigenados e Nitrogenados Professora: Janaina da Silva Crespo Alunas: Gabriele Pasinato Pegoraro e Giovana Zardo Bancada 01 PRÁTICA 3 – ALDEÍDOS, CETONAS E ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Caxias do Sul 22 de maio de 2018 Aldeídos e cetonas: a) Teste de Tollens: O teste de Tollens também é conhecido como o teste do espelho de prata, envolvendo uma solução que contém nitrato de prata (AgNO3) e amônia (NH3) em água. Quando a solução de Tollens é adicionada à um aldeído, o íon Ag+ (o agente oxidante) é reduzido em um metal prata, o qual é depositado no fundo e paredes do tubo, formando um espelho de prata. A presença do espelho de prata é um resultado positivo para o teste, confirmando a presença do grupo aldeído [1]. Fig. (1): Reação de aldeído com o reagente de Tollens [1] Reações da solução de Tollens com aldeídos representam um caso de oxidação seletiva; essa solução irá oxidar o grupo aldeído porém sem oxidar nenhum outro grupo presente. Portanto, se uma molécula conter tanto um grupo aldeído como um grupo álcool, o primeiro será oxidado e o último não. O mesmo vale para cetonas, que não reagem com o reagente de Tollens [1]. O teste de Tollens também serve para identificar a presença de alquilos terminais (ligação tripla na primeira posição). Neste caso forma-se um precipitado amarelo, correspondente ao acetileto metálico. Também é usado na identificação de açúcares redutores, como a glucose [2]. Em um tubo de ensaio, pipetou-se 10 gotas de solução de AgNO3 10% e 2 gotas da solução de NaOH 10%. Agitou-se e após juntou-se gota a gota de NH4OH 6 mol/L até completa dissolução do precipitado formado. Adicionou-se 5 gotas de propanona ao tubo 1, aquecendo-o levemente em banho maria. Repetiu-se o teste substituindo a propanona, por metanal (tubo 2), benzaldeído (tubo 3) e 4-metilpentan-2-ona (tubo 4). Fig. (2): Reações do reagente de Tollens com propanona (1), metanal (2), benzaldeído (3) e 4-metilpentan-2-ona (4). Como pode ser observado, o metanal foi o único que reagiu. Apesar de benzaldeído ser um aldeído, o mesmo não oxida, pois é um composto aromático e o teste de Tollens diferencia compostos aromáticos de alifáticos, onde os alifáticos são os que oxidam. As cetonas tampouco reagem com o reagente de Tollens, assim, somente o tubo 2 – metanal – foi o tubo em que o teste deu um resultado positivo. Fig (3): Reação entre metanal e reagente de Tollens equacionada. b) Teste do iodofórmio: O iodofórmio (CHI3) é um pó cristalino amarelo-limão, de odor característico. Praticamente insolúvel em água, mas solúvel em etanol quente, clorofórmio e éter. Apresenta ponto de fusão de aprox. 120ºC [3]. O iodofórmio tem ação antisséptica devido ao fato de libertar iodo de forma lenta após o contato com os tecidos. Como antisséptico local é utilizado no tratamento de úlceras, feridas dolorosas, queimaduras, úlceras venéreas, escrofulosas e tuberculosas. Também é prescrito em forma de gazes impregnadas de iodofórmio, para tapar cavidades depois de cirurgia oral ou otorrinolaringológica [3]. Também é utilizado em sínteses orgânicas, para detecção dos grupos CH3CO– (grupo acetila), e distinção entre cetonas. Substâncias que contém o grupo acetila ou CH3CHOH– reagem com solução de iodo em meio fortemente básico, produzindo um precipitado característico de iodofórmio e um íon carboxilato, tornando o teste de iodofórmio positivo, como pode-se observar na figura abaixo: Fig. (4): Equação da reação de CH3CO– ou CH3CHOH– com iodofórmio. Em um tubo de ensaio colocou-se 5 gotas de formaldeído (tubo 5), acrescentando-se 1 mL de água destilada. Agitou-se e após adicionou-se 1 mL de NaOH 5% e posteriormente, gota a gota da solução de iodo 0,05 mol/L com agitação. O mesmo teste fora realizado substituindo o formaldeído por 4-metilpentan-2- ona (tubo 6), acetaldeído (tubo 7) e pentan-3-ona (tubo 8). Fig. (6): Reações do teste do iodofórmio com 4-metilpentan-2-ona (6), acetaldeído (7) e pentan-3-ona (8). Analisando a Figura (6) pode-se perceber que apenas os tubos contendo 4- metilpentan-2-ona (6), acetaldeído (7) reagiram, onde o tubo 6 apresenta uma coloração mais enfraquecida, comparada com a coloração e precipitado amarelo do tubo 7. Os tubos contendo formaldeído (5) e pentan-3-ona (8) não reagiram. O acetaldeído por conter o grupo acetila reage com a solução de iodo, conforme a figura (7). Fig. (7): Equação da reação do acetaldeído no teste de iodofórmio A cetona com o grupo carbonila presente na posição 3 não reage, enquanto a cetona com o grupo carbonila na posição 2 e o grupo metila na posição 4 reage, conforme a equação da figura (8). Fig. (8): Equação da reação de 4-metilpentan-2-ona no teste de iodofórmio c) Oxidação de aldeídos e cetonas Conforme já citado no item (a), quando aldeídos e cetonas são expostos a agentes oxidantes, somente os aldeídos reagem. Isso ocorre porque o carbono ligado ao oxigênio na carbonila adquire caráter positivo, visto que o oxigênio é mais eletronegativo e atrai mais fortemente os elétrons da ligação química [6].. As reações de oxidação podem ocorrer na presença de agentes oxidantes fortes, como o permanganato de potássio (KMnO4), que é formado pelos íons potássio (K+) e o permanganato (MnO4-). Esse oxidante pode oxidar tanto aldeídos alifáticos ou aromáticos. Em quatro tubos de ensaio adicionou-se, respectivamente, 10 gotas de formaldeído, 10 gotas de propanona (acetona), 10 gotas de benzaldeído e 10 gotas de prentan-3-ona. Acrescentou-se, em cada tudo de ensaio, 2 gotas de KMnO4 0,5%. Deixou- se em repouse durante um minuto. No tubo contendo o formaldeído e no tubo contendo benzaldeído, observou-se a formação de um precipitado e coloração marrom. Enquanto nos tubo contendo propanona e pentan-3-ona, notou-se coloração violeta. O formaldeído, em presença de KMnO4, forma um ácido metanóico e o benzaldeído forma o ácido benzóico, conforme figuras (9) e (10), respectivamente. Fig. (9): Equação da reação de formaldeído com KMnO4 Fig. (10): Equação da reação de benzaldeído com KMnO4 d) Teste de Fehling ou Benedict O reativo de Fehling é caracterizado por uma solução de alcalina em meio básico e tartarato duplo de potássio e sódio. Representado pela cor azul, tem em sua cadeia um íon complexo de cobre II. O teste de Fehling pode ser usado para monitorizar glucose na urina, como teste para diabetes, usado na degradação do amido para obtenção de xarope de glucose e maltodextrinas, como forma de medição das quantidades de açúcares redutores para a determinação do valor de equivalentes de dextrose (DE) do amido. Já o reativo de Benedict é composto basicamente por uma solução de sulfato de cobre e citrato de sódio. De cor azulada, é utilizado normalmente para revelar a presença de maltose, manose, lactose, glicose e galactose, chamados também por açúcares e açúcares redutores. Em um tubo de ensaio, misturou-se 1 mL da solução de Fehling. Acrescentou- se 3 gotas de formaldeído (tubo 9) e aqueceu-se a mistura à ebulição. Repetiu-se o teste utilizando acetona (tubo 10) e benzaldeído (tubo 11), conforme figura (11). Fig. (11): Tubos de ensaio com formaldeído (9), acetona (10) e benzaldeído (11) antes do teste de Fehling. Quando o reagente de Fehling entra em contato com um aldeído, ocorre a oxidação desse aldeído em ácido carboxílico, reduzindo seu complexo azul de Cu2+ a íon cuproso de (Cu+),que em solução básica é um precipitado marrom-avermelhado de Cu2O, conforme figura (12). Fig. (12): Equação da reação de um aldeído com o reagente de Fehling [1] O resultado do teste foi positivo para o formaldeído e para o benzaldeído, onde verificou-se a formação de um precipitado vermelho de óxido cuproso, conforme figura (13). O resultado do teste para o benzaldeído demorou mais para aparecer porque é menor reativo que o formaldeído, devido a ressonância do seu anel. 9 10 11 Fig. (13): Tubos de ensaio com formaldeído (9), acetona (10) e benzaldeído (11) após do teste de Fehling. O formaldeído reage com o reativo de Fehling, formando o ácido fórmico, óxido cuproso e água conforme figura (14). Fig. (14): Equação da reação de formaldeído com o reagente de Fehling. O benzaldeído reage com o reativo de Fehling, formando ácido benzoico, óxido cuproso e água conforme figura (15). Fig. (15): Equação da reação de benzaldeído com o reagente de Fehling As cetonas, diferentemente dos aldeídos, não reagem pois não conseguem reduzir os íons Cu2+ conforme figura (16). 9 10 11 Fig. (16): Equação da reação de uma cetona com o reagente de Fehling ou Benedict e) Ensaio de coloração com o reativo de Schiff A fucsina é o principal reagente empregado no teste de Schiff. O teste é utilizado para caracterização de aldeídos que se confirma através da coloração violeta. Colocou-se 1 mL de reagente de Schiff em um tubo de ensaio (tubo 12) e adicionou-se 10 gotas de formaldeído. O mesmo realizou-se com acetona (tubo 13). Em contato com o reativo de Schiff, a solução com formaldeído ficou com coloração violeta, indicando presença de aldeído. A solução com acetona em contato com o reativo, permaneceu incolor, indicando que não havia presença de aldeído, conforme figura (17) Fig. (17): Reações do teste de Schiff com formaldeído e acetona 13 12 Ácidos carboxílicos: a) Reação com bases Seguro Arrhenius, um ácido libera somente o hidrogênio como cátion na água e a base libera a hidroxila como ânion. Em solução aquosa, os íons H+ reagem instantaneamente com a água para formar íons hidrônio H3O+. Em uma reação ácido- base, ou reação de neutralização, um ácido e uma base de Arrhenius geralmente reagem para formar água e um sal, conforme figura (18) [7]. Fig. (18): Equação da reação de um ácido carboxílico com uma base. Em um tubo de ensaio colocou-se 1 mL de solução de hidróxido de sódio 2,5%. Adicionou-se 2 gotas de fenolftaleína e gota-a-gota juntou-se ácido etanoico 3 mol/L até descoramento da solução. Repetiu-se o teste usando HCl 3 mol/L ao invés de ácido etanoico. Na solução contendo hidróxido de sódio e fenolftaleína a coloração ficou rosa, conforme figura (19). Após adição de ácido etanoico, a solução voltou a ficar incolor (tubo 14) e na adição de ácido clorídrico (tubo 15), a solução também voltou a ficar incolor, conforme figura (20). Essa transformação é reversível quando se adiciona ácido em quantidade suficiente para deixar a solução menos alcalina, mas sem deixa-la ácida. Dessa forma, a fenolftaleína volta a ficar rosa. Nota-se que foi necessária maior quantidade de ácido etanoico que ácido clorídrico para neutralizar a reação. Fig. (19): Solução contendo hidróxido de sódio e fenolftaleína. Fig. (20): Solução contendo hidróxido de sódio e fenolftaleína após adição de ácido etanoico e ácido clorídrico. A fenolftaleína, ao ser adicionada a uma solução de NaOH fica rosa no momento da adição, mas rapidamente torna-se incolor, conforme figura (21) [4]. Fig. (21): Fenolftaleína em meio fortemente básico [4]. Rosa (meio básico) Incolor (meio muito básico) 14 15 14 15 b) Reação de carbonatos Ácidos carboxílicos reagem com carbonatos, produzindo éster e liberando gás carbônico. Colocou-se em um tubo de ensaio 1 mL de solução de carbonato de sódio 0,2 mol/L e adicionou-se 1 mL de ácido etanoico 3 mol/L. A solução ficou incolor e houve desprendimento de gás, verificando a formação de bolhas. Fig. (22): Equação da reação de ácido etanoico com carbonato de sódio O ácido carbônico (H2CO3) formado é instável e se decompões segundo a reação na figura (23). Fig. (23): Equação da reação de ácido etanoico com carbonato de sódio c) Obtenção A obtenção dos ácidos carboxílicos pode ocorrer de diversas formas como: reação de alcenos com perácidos, oxidação de alcenos, oxidação de álcoois primários e aldeídos, hidrólise de ésteres, nitrilas ou cloretos de acila. Laboratorialmente pode-se obter ácidos carboxílicos, por meio de oxidação ou ainda por extração de frutos cítricos. Os ácidos carboxílicos podem ser obtidos por oxidação dos aldeídos, como visto no experimento com o uso do etanal. Fig. (24): Equação da reação de ácido carboxílico com aldeído. Colocou-se, separadamente, em dois tubos de ensaio 1 mL de etanal. Adicionou-se a um tubo 1 mL de solução de KMnO4 0,01 mol/L e agitou-se. Identificou-se o composto colocando uma tira de magnésio em cada tubo. A solução que era incolor passou a ser marrom com precipitado e quando adicionado a tira de magnésio houve desprendimento de gás com formação de bolhas (tubo 17), conforme figura (25). Fig. (25): Solução de etanal e KMnO4 após adicionar uma tira de magnésio. O etanal e permanganato de potássio formam o ácido etanoico, conforme figura (26). Fig. (26): Equação da reação de etanal e KMnO4. 17 Fig. (27): Potenciais de redução dos reagentes Referências [1] STROKER, H. Stephen. General, Organic, and Biological Chemistry. 6th edition. USA: Brooks/Cole., 2013 [2] Disponível em < http://www.fciencias.com/2014/10/02/teste-de-tollens-laboratorio- online/>. Acesso em: 21 de maio de 2018 [3] Disponível em < http://www.acofarma.com/admin/uploads/descarga/6151- b282879ed9a1a4d5d10f5c035a300495cb55411e/main/files/Yodoformo_022302a_P T.pdf>. Acesso em: 21 de maio de 2018 [4] CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M. Fundamentos de química experimental. 1 edição. São Paulo: Edusp., 2004 [5] Disponível em < https://www.uam.es/docencia/jppid/documentos/practicas/actuales/guion-p4.pdf>. Acesso em: 21 de maio de 2018 [6] Disponível em < https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-oxidacao-aldeidos- cetonas.htm>. Acesso em: 21 de maio de 2018 [7] Disponível em < https://pt.khanacademy.org/science/chemistry/acids-and-bases- topic/acids-and-bases/a/arrhenius-acids-and-bases>. Acesso em: 21 de maio de 2018