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Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 1 APOSTILA DE QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 2 REGRAS DE SEGURANÇA Em qualquer curso experimental é extremamente importante a familiaridade com os fundamentos de segurança. Em geral, um acidente ocorre quando menos se espera, mas se forem adotadas as regras básicas de segurança pode-se diminuir a um mínimo os riscos de acidentes. Embora não seja possível enumerar aqui todas as causas possíveis de acidente num laboratório, existem certos cuidados que devem ser observados. RISCOS MAIS COMUNS • Uso de substâncias TÓXICAS, CORROSIVAS, INFLAMÁVEIS, EXPLOSIVAS, VOLÁTEIS, ETC. • Manuseio de material de vidro; • Trabalho a temperaturas elevadas; • Trabalho a pressões diferentes da atmosférica; • Uso de fogo ; • Uso de eletricidade. ACIDENTES MAIS COMUNS EM LABORATÓRIOS E PRIMEIROS SOCORROS A) QUEIMADURAS TÉRMICAS - causadas por calor seco (chama e objetos aquecidos) A1) Tratamento para queimaduras leves - pomada picrato de butesina, paraqueimol, furacim solução, etc. A2) Tratamento para queimaduras graves - elas devem ser cobertas com gaze esterilizada Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 3 umedecida com solução aquosa de bicarbonato de sódio a 1%, ou soro fisiológico, encaminhar logo à assistência médica. B) QUEIMADURAS QUÍMICAS - causadas por ácidos, álcalis, fenol, etc. B1) Por ácidos: lavar imediatamente o local com água em abundância. Em seguida, lavar com solução de bicarbonato de sódio a 1% e, novamente com água. B2) Por álcalis: lavar a região atingida imediatamente com água. Tratar com solução de ácido acético a 1% e, novamente com água . B3) Por fenol: lavar com álcool absoluto e, depois com sabão e água. ATENÇÃO: Não retire corpos estranhos ou graxas das lesões - Não fure as bolhas existentes. Não toque com as mãos a área atingida. Procure um médico com brevidade. C) QUEIMADURAS NOS OLHOS Lavar os olhos com água em abundância ou, se possível, com soro fisiológico, durante vários minutos, e em seguida aplicar gazes esterilizada embebida com soro fisiológico, mantendo a compressa, até consulta a um médico. 2 D) ENVENENAMENTO POR VIA ORAL A droga não chegou a ser engolida. Deve-se cuspir imediatamente e lavar a boca com muita água. Levar o acidentado para respirar ar puro. A droga chegou a ser engolida. Deve-se chamar um médico imediatamente. Dar por via oral um antídoto, de acordo com a natureza do veneno. E) INTOXICAÇÃO POR VIA RESPIRATÓRIA Retirar o acidentado para um ambiente arejado, deixando-o descansar. Dar água fresca. Se recomendado, dar o antídoto adequado. NORMAS DE SEGURANÇA A) Siga rigorosamente as instruções específicas do professor; B) NÃO FUMAR, NÃO COMER E NÃO BEBER no laboratório; C) Não pipetar produto algum com a boca; D) Nunca trabalhar sozinho no laboratório; Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 4 E) Ao aquecer qualquer substância deve-se virar a extremidade aberta do frasco para onde NÃO houver pessoas; F) Evitar o contato de qualquer substância com a pele; G) Sempre que for diluir um ácido, adicione-o lentamente, SOBRE a água com agitação. NUNCA o contrário. H) Ler toda técnica, não começar a executá-la se houver dúvidas; I) Utilizar equipamentos de proteção individual (EPI): - Jaleco - Protetores faciais - Óculos - Máscaras para gases - Luvas RELATÓRIOS - ORGANIZAÇÃO CAPA, ÍNDICE, INTRODUÇÃO E OBJETIVOS, REVISÃO BIBLIOGRÁFICA, PARTE EXPERIMENTAL, RESULTADOS E DISCUSSÕES, CONCLUSÃO, BIBLIOGRAFIA e ANEXOS. A) Capa deve conter o nome da instituição, nome do professor; título do trabalho; nome dos autores e por fim o período de realização do trabalho. B) Índice - Enumeração das principais divisões e sub-divisões do trabalho. C) Introdução e objetivos - O tema é apresentado e situado num contexto. Deve-se mencionar a importância do trabalho e apresentar os objetivos do trabalho. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 5 D) Revisão Bibliográfica - Análise feita pelos autores do que foi pesquisado sobre o assunto em questão. O trabalho não deve limitar-se a aquisição e redação de fragmentos bibliográficos. Deve- se também apresentar o mecanismo das reações, quando este for conhecido. E) Parte Experimental - Relatar o que foi executado na prática, de forma impessoal (voz passiva no tempo passado). F) Resultados e Discussões - Apresentar os cálculos realizados, bem como discutir os resultados obtidos. G) Conclusão - Reafirmar de maneira sintética a ideia principal, respondendo ao problema inicial (objetivo). Relatar as principais contribuições proporcionadas pelo trabalho. H) Referências Bibliográficas - É o conjunto de indicações que possibilitam a identificação de documentos, publicações, no todo ou em parte, que foram utilizadas para a redação do relatório. Devem ser apresentados segundo os padrões da ABNT. I) Anexos - Tem por finalidade esclarecer, provar ou confirmar ideias apresentadas no texto. Apresentam-se destacados deste para evitar a sua descontinuidade. Ex: espectros. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 6 Índice 1- Teste de solubilidade..............................................................................................7 2- Extração ácido-base...............................................................................................9 3- Recristalização......................................................................................................11 4- Ponto de fusão......................................................................................................13 5- Destilação simples................................................................................................14 6- Destilação fracionada............................................................................................15 7- Ponto de ebulição..................................................................................................16 8- Destilação a vapor.................................................................................................17 9- Cromatografia em Camada Delgada (CCD)..........................................................18 Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 7 1- Teste de solubilidade dos compostos orgânicos GRUPOS DE SOLUBILIDADE - COMPOSTOS ORGÂNICOS, COM AS CLASSES DE SOLUBILIDADE. Sais de ácidos orgânicos (RCO2Na, RSO3Na ); hidrocloreto de aminas (RNH3Cl); aminoácidos (RCHNH3CO2); compostos polifuncionais (os grupos funcionais são hidrofílicos), ou seja, carboidratos (açúcares); compostos poliidroxilados; ácidos polibásicos; etc. SA Ácidos monocarboxílicos, com cinco átomos de carbono ou menos; ácidos arenossulfônicos. SBB Aminas monofuncionais com seis átomos decarbono ou menos. S1 Álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas com cinco átomos de carbono ou menos, monofuncionais. A1 Ácidos orgânicos fortes; ácidos carboxílicos com mais de seis átomos de carbono; fenóis com grupos eletrofílicos em posição orto e para e β-dicetonas. A2 Ácidos orgânicos fracos; fenóis; enóis; oximas; imidas; sulfonamidas; tiofenóis, todos com mais de cinco átomos de carbono. As β- dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio α, as sulfonamidas. B Aminas alifáticas com oito ou mais átomos de carbono; anilinas (somente um grupo fenol ligado ao nitrogênio); alguns oxiétres. MN Diversos compostos neutros com nitrogênio ou enxofre e mais de cinco átomos de carbono. N1 Álcoois; aldeídos; metilcetonas; cetonas cíclicas e ésteres com um só grupo funcional e mais de cinco átomos de carbono, mas menos do que nove; éteres com menos de oito átomos de carbono; epóxidos. N2 Alcenos; alcinos; éteres; alguns compostos aromáticos (especialmente os que têm grupos ativantes); cetonas (exceto as citadas na classe N1) I Hidrocarbonetos saturados; alcanos halogenados; halogenetos de arila; éteres diarílicos; compostos aromáticos não ativos. Os halogenetos e os anidridos de ácidos carboxílicos, não foram incluídos por terem elevada reatividade. Reagentes: água, acetato de etila, etanol, diclorometano, hexano, solução aquosa de HCl 10%, solução aquosa de NaOH 10%, ácido benzóico, anilina. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 8 Materiais: tubo de ensaios, garras de madeira, grade para tubos de ensaio. Procedimento: Coloque em um tubo de ensaio aproximadamente 0,05 g da amostra sólida ou 0,2 mL em caso de líquidos. Adicione 2,0 mL do solvente a ser testado. Agite o tubo de ensaio vigorosamente durante alguns minutos. Observe o comportamento da mistura, se houver dissolução total da amostra, o composto será solúvel. Os solventes devem ser testados na sequência indicada no diagrama abaixo e a tabela a seguir completa o diagrama. Sugestão: Prepare antecipadamente uma tabela para anotar os resultados Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 9 2- Extração ácido-base EXTRAÇÃO ÁCIDO-BASE Importante: cada equipe deverá trazer 5 comprimidos de Cibalena. Nesta prática você irá isolar os componentes ácido, básico e neutro da Cibalena, um medicamento para resfriado. Ela contém aspirina, cafeína e paracetamol. Depois de dissolver a mistura em um solvente apropriado, a solução é extraída consecutivamente por uma solução aquosa de um ácido e depois por uma solução básica. Reagentes: cibalena, clorofórmio, solução aquosa de HCl 5%, Solução aquosa de HCl 10%, Solução aquosa de NaHCO3 5 %, Solução aquosa de NaOH 5%, Solução aquosa de NaOH 10%. Materiais: Erlenmeyer de 250 mL, béquer de 100 mL, funil de separação, balança, gral e pistilo. Procedimento: Triture 5 comprimidos de Cibalena, dissolva em 50 mL de clorofórmio e filtre para o funil de separação. Extração da base (cafeina): adicione 20 mL de solução aquosa de HCl 5% ao funil de separação, agite e deixe em repouso até separação das fases. Transfira a fase aquosa para um béquer. Repita a operação e recolha a fase aquosa no mesmo béquer. As fases aquosas contêm o sal de cafeína (cloridrato de cafeína), que é solúvel em água. Rotule esta fração como FB (fração básica). Extração do ácido (ácido acetilsalicílico): adicione solução aquosa de NaHCO3 5 % (20 mL) à mistura em clorofórmio no funil de separação, agite e deixe em repouso até separação das fases. Transfira a fase aquosa para um béquer. Repita a operação e recolha a fase aquosa no mesmo béquer. As fases aquosas combinadas contêm o sal do ácido acetilsalicílico (acetilsalicilato de sódio) que é solúvel em água. Rotule esta fração como FA (fração ácida). A substância neutra, o acetaminofen, permanece como único composto da fase orgânica. Transfira esta solução para um erlenmeyer, adicione sulfato de sódio anidro, agite, deixe em repouso por alguns minutos e filtre para um balão de fundo redondo rotulado como FN Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 10 (fração neutra). Recuperação da base (cafeina): adicione solução aquosa de NaOH 10 % à fração básica (FB) até pH básico (use o papel indicador). Transfira a mistura para o funil de separação e extraia com clorofórmio (2 X 30 mL). Combine as frações orgânica, adicione sulfato de sódio anidro e filtre. Destile o solvente até restarem cerca de 10 mL e deixe o solvente restante do solvente evaporar na capela. Pese o resíduo. Recuperação do ácido (aas): adicione solução aquosa de HCl 10 % à fração ácida (FA) até pH ácido. O ácido acetilsalicílico irá se precipitar. Transfira a mistura para o funil de separação e extraia com clorofórmio (2 X 30 mL). Combine as frações orgânicas, adicione sulfato de sódio anidro e filtre. Destile o solvente até restarem cerca de 10 mL e deixe o solvente restante do solvente evaporar na capela. Pese o resíduo. Recuperação do componente neutro (acetaminofen): Destile o solvente da fração neutra (FN) até restarem cerca de 10 mL e deixe o solvente restante do solvente evaporar na capela. Pese o resíduo. Importante: guarde os produtos para serem usados em outra aula. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 11 3 – Recristalização Nesta prática, recristalizar substâncias obtidas anteriormente. O primeiro passo vai ser escolher o solvente adequado. Depois de escolhido o solvente todo o sólido será submetido à recristalização. Reagentes: compostos orgânicos, etanol, acetato de etila, éter etílico; mistura de etanol/H2O e água destilada. Materiais: tubos de ensaio (3), Erlenmeyer de 125 mL (2), balança, chapa de aquecimento, banho-maria. Procedimento: - 1ª aula – Escolha do solvente: Adicione 0,1 g da amostra ao tubo de ensaio. Em seguida adicione 1 mL do solvente testado (um de cada vez). Agite o tubo e observe se houve solubilização parcial ou total. Caso tenha havido solubilização incompleta aqueça a solução, cuidadosamente. Havendo solubilização à quente, este deve ser, um dos possíveis solventes, para cristalização. O procedimento deve ser repedido (no caso de não ter havido solubilização) até 3 mL de solvente. Todas as informações referentes à solubilização a frio e/ou quente devem ser anotadas em uma tabela. O mesmo procedimento deve ser seguido para todos os solventes. O solvente escolhido deverá ser aquele que solubiliza o composto testado à quente, mas não à frio, e que quando resfriado, cristaliza. - 2ª aula - Técnica Pese cerca de 0,5 g da mesma amostra testada na aula anterior, transfira para um erlenmeyer e adicione o solvente escolhido previamente (o volume do solvente deve seguir a relação massa/volume obtida na aula anterior). Adicione cerca de 1% em massa de carvão ativo e aqueça Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 12 a mistura até solubilização total. Se o solvente entrar em ebulição e o sólido não tiver dissolvido totalmente, adicione mais solvente.Filtre a solução ainda quente em um funil previamente aquecido de modo a eliminar partículas de impurezas em suspensão. Deixe a solução esfriar lentamente e se necessário use o banho de gelo. Após resfriamento os cristais deverão estar formados. Filtre à vácuo em papel de filtro previamente pesado. Depois de secos, os cristais devem ser pesados para calcular o rendimento do processo. Filtre os cristais a vácuo e deixe-os secar na estufa. Eles serão utilizados na prática de determinação de pureza. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 13 4- Ponto de fusão Verificar a pureza do sólido recristalizado na aula anterior utilizando o tubo de Thièle para realizar a análise. Reagentes: amostra sólida e óleo mineral Materiais: aparelhagem tubo de Thièle, tubo capilar, termômetro e bico de Bunsen. Procedimento: Utilizar a amostra recristalizada da aula passada, pesar e calcular o rendimento, medir o ponto de fusão. Adicione o sólido ao capilar fechado compactando-o suavemente, até a altura de 1 cm, e adapte o conjunto ao termômetro usando um anel de silicone, de modo que a parte inferior do capilar fique na altura do bulbo do termômetro. Introduza o conjunto dentro do tubo de Thièle (o anel de silicone deve ficar acima do nível do óleo) e aqueça suavemente o óleo do seu interior com ajuda do bico de Bunsen, a uma velocidade de 1o /minuto. Anote a temperatura do início e do final da fusão. Fazer o mesmo procedimento com a uma amostra impura. Comparar com os dados da literatura. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 14 5- Destilação simples Nesta prática, separar dois líquidos com grande diferença de ponto de ebulição utilizando o método mais simples de destilação. Reagentes: mistura de acetona e heptano. Materiais: balão de fundo redondo; condensador; termômetro; erlenmeyer 125 mL (3); manta de aquecimento. Procedimento: Transferir 100 mL da mistura de solventes (50 mL de cada solvente) para um balão de fundo redondo e adicionar algumas pedras de porcelana. Montar o sistema de destilação e ligar o aquecimento. Observe a temperatura de ebulição do primeiro componente da mistura (vai destilar por algum tempo e a temperatura vai permanecer constante; anote esta temperatura). Quando a temperatura começar a subir rapidamente, troque o erlenmeyer imediatamente; esta fração vai conter uma mistura dos dois líquidos. Quando a temperatura estabilizar de novo, troque novamente o erlenmeyer e recolha o segundo líquido. Anote a temperatura. Não deixe que o balão fique completamente seco. Meça os volumes dos destilados e calcule o rendimento de cada líquido separado. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 15 6- Destilação fracionada Nesta prática, separar os componentes da mesma mistura de líquidos usada na destilação simples porém utilizando uma coluna de vigreux no sistema de destilação. Ao final pode-se comparar os dois métodos. Reagentes: óleo vegetal, NaOH, etanol, solução de NaCl saturada e água destilada. Materiais: balão de fundo redondo; coluna de fracionamento (coluna de vigreux); condensador; termômetro; erlenmeyer 125 mL (3); manta de aquecimento. Procedimento: Transfira 100 mL da mistura de líquidos ao balão de fundo redondo e adicione algumas pedras de porcelana. Monte o sistema de destilação fracionada e ligue o aquecimento. (Monte em seu caderno uma planilha relacionando o volume destilado versus a temperatura de ebulição). Observe a ebulição do primeiro componente. Ele vai destilar por algum tempo e a temperatura vai permanecer constante por algum tempo; anote esta temperatura. Quando a temperatura começar a subir, troque o erlenmeyer imediatamente; ele vai conter uma mistura dos dois líquidos. Quando a temperatura estabilizar de novo (anote), troque novamente o erlenmeyer e recolha o segundo líquido. Não deixe que o balão fique completamente seco. Meça os volumes dos destilados e calcule o rendimento de cada líquido separado. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 16 7- Ponto de ebulição Verificar a pureza dos líquidos destilados por destilação fracionada na aula anterior utilizando o tubo de Thièle para realizar a análise. Reagentes: amostra sólida e óleo mineral Materiais: aparelhagem tubo de Thièle, tubo capilar, termômetro e bico de Bunsen. Procedimento: Utilizar as amostras destiladas da aula passada para medir o ponto de ebulição. Adicione o líquido ao capilar fechado compactando-o suavemente, até a altura de 1 cm, e adapte o conjunto ao termômetro usando um anel de silicone, de modo que a parte inferior do capilar fique na altura do bulbo do termômetro. Introduza o conjunto dentro do tubo de Thièle (o anel de silicone deve ficar acima do nível do óleo) e aqueça suavemente o óleo do seu interior com ajuda do bico de Bunsen, a uma velocidade de 1o /minuto. Anote a temperatura do início e do final da ebulição. Fazer o mesmo procedimento com a uma amostra impura. Comparar com os dados da literatura. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 17 8- Destilação a vapor O Cravo da Índia (Syzygium aromaticum) é uma especiaria oriental amplamente utilizada na culinária e possui ações terapêuticas. O seu rendimento em óleo essencial é excepcional, podendo atingir de 15- 20% de sua massa. Sua composição é caracterizada pela presença de um propenilfenol, o eugenol. O teor desta substância no óleo essencial varia entre 70-85%, majoritariamente na forma livre e uma parte na forma de acetato de eugenila. Neste experimento será isolado o eugenol do óleo de cravo (Eugenia caryophyllata), pela técnica de destilação por arraste a vapor. Uma vez obtido o eugenol, deve-se separá-lo da solução aquosa através de extrações com diclorometano e secá-lo com agente secante. Reagentes: Cravo da índia, diclorometano, sulfato de sódio anidro e água destilada. Materiais: balão de fundo redondo de 125 mL, condensador de refluxo, manta de aquecimento, erlenmeyer de 250 mL, funil simples, funil de separação de 250 mL e papel de filtro. Procedimento: Coloque 10 g de cravo-da-índia não triturado no balão de 125 mL, contendo 60 mL de água e destile a mistura vigorosamente até que cerca de 40 mL de destilado tenha sido coletado. Transfira o destilado para um funil de separação e extraia o óleo com 15 mL de diclorometano (ou éter etílico), separe a fase orgânica da aquosa em um béquer previamente rotulado e repita o procedimento com mais 15 mL de diclorometano (ou éter etílico). Seque o extrato com sulfato de sódio anidro, filtre e deixe o solvente evaporando na capela. Na próxima aula, pese o óleo e calcule o rendimento. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 18 9- cromatografiaem camada delgada (CCD) – Detecção do Eugenol no óleo do Cravo Nessa prática, verificar a presença do eugenol através da técnica de cromatografia em camada delgada (CCD). Reagentes: Eugenol, óleo de cravo, hexano, acetato de etila, iodo Materiais: proveta de 10 mL, béquer de 125 mL, placa de petri, tubo capilar, placa de cromatografia em sílica gel. Procedimento: Dilua o óleo do cravo e o padrão de eugenol em acetato de etila (~ 2 mL). Aplique um pouco destas soluções na base de duas placas de silica. Espere o solvente evaporar e introduza a placa no interior do béquer contendo hexano-acetato de etila (4:1). O nível do eluente deve estar abaixo da posição onde foram aplicadas as substâncias na placa. Espere até que o solvente esteja a cerca de 3 mm da borda superior da placa e, então, retire-a do béquer. Espere o solvente evaporar. Substitua o eluente para outro composto de hexano-acetato de etila (9:1) e repita o procedimento anterior. Para visualizar as manchas, introduza as placas no interior de um frasco contendo cristais de iodo. Depois de alguns minutos as manchas serão visíveis. Calcule o Rf do padrão de eugenol no sistema utilizado. Manual de Química Orgânica Experimental I ______________________________________________________________________________ 19 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1- VOLLHARD, K. P.C.; SCHORE N.E.; Química Orgânica – Estrutura e Função; 4ª Ed, Porto Alegre; Bookman; 2004. 2- SOLOMONS, T. W. Graham; Química Orgânica; 8ª ed. Rio de Janeiro, LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2005. 2v 3- MCMURRAY,J. Química Orgânica. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005. 2v. 4- BRUICE, P. Y.; Química Orgânica – 4ª ed. São Paulo, Pearson Prentice Hall, 2006. 2v. 5- PAVIA D. L.; et al.; Química Orgânica Experimental – Técnicas básicas em pequena escala; 2ª ed. Porto Alegre; Bookman; 2009. 6- DIAS, A. G.; et al.; Guia Prático de Química Orgânica – vol. II, Síntese Orgânica: Executando Experimentos; São Paulo, Ed. Interciências; 2008. 7- STEFANI, H. A.; Introdução a Química de Compostos Heterocíclicos; Rio de Janeiro, Guanabara Koogan; 2009. 8- COSTA, P.; et al.; Substâncias Carboniladas e Derivados; SBQ – Porto Alegre, Bookman; 2003. 9- CLAYDEN, J.; GREEVES, N.; WARREN, S e WOTHERS, P.; Organic Chemistry; New York, Oxford; 2001. 10-SOUZA, M. V. N.; Síntese Orgânica – Baseado em substâncias Bioativas; Campinas, Editora Átomo; 2010.