Nº 10 Esterificação

Prévia do material em texto

IQ-UFBA 
Departamento de Química Orgânica 
QUI-B37 – Química Orgânica Básica Experimental I-A 
 2018.1 
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADES 
 
 Título: Reação de esterificação 
 
 
1. Introdução 
1.1 Objetivos 
Esta prática possui como objetivo discutir o mecanismo de uma reação de esterificação, conhecer 
as condições experimentais necessárias para que uma reação de esterificação ocorra, discutir os 
espectros de absorção do ácido benzoico, metanol e benzoato de metila. Além disso, utilizar os 
métodos de separação, purificação e caracterização de uma produto orgânico líquido. 
1.2 Fundamentação teórica 
 A esterificação é uma reação química reversível entre um ácido carboxílico e um álcool, 
produzindo éster e água. A reação de esterificação é lenta, sendo necessário um aumento de 
temperatura e a presença de um catalisador para acelerar a sua velocidade. Esse processo é 
denominado de Esterificação de Fischer. 
A reação inversa a de esterificação é denominada de Hidrólise de Ester. No caso, a partir de éster 
e água são produzidos ácido carboxílico e álcool. Se ela ocorrer em meio ácido, serão formados o 
ácido e o álcool exatamente. Mas se ela ocorrer em meio básico, serão formados um sal de ácido 
carboxílico e álcool. 
A equação geral de uma reação de esterificação é a seguinte: 
 
 
 
 
Note que a água é formada pela união do grupo hidroxila (OH) do ácido carboxílico com o 
hidrogênio (H) do álcool. O restante da cadeia carbônica do ácido carboxílico e do álcool se unem 
para originar o éster. 
A esterificação também pode ocorrer entre um ácido inorgânico ou álcool secundário ou terciário. 
Nesse caso, a formação da água ocorrerá de forma diferente: o grupo hidroxila será proveniente do 
álcool e o hidrogênio do ácido. 
A obtenção de ésteres são importantes para a produção de produtos como: aromatizantes em 
industrias alimentícias, biodiesel, empregados como solventes de tintas, vernizes e plásticos, usada 
para a produção de cosméticos e perfumes, dentre diversas outras aplicações. 
 
1.3 Reação principal e possíveis reações secundárias 
 
 
 
1.4 Mecanismo da reação principal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Parte experimental 
2.1 Resumo do experimento 
- Em balão de fundo redondo de 125mL adicionar 15mL de ácido acético glacial e 12mL de 
álcool isoamílico. 
- Adicionar, cuidadosamente, 2mL de ácido sulfúrico concentrado 
- Colocar 2 pedras de porcelana porosa e aquecer a reação até o refluxo por 1hora. 
- Depois do tempo reacional, resfriar a mistura em banho de água/gelo até temperatura 
ambiente. 
- Com um funil de separação, lavar a mistura com 40mL de água destilada (retirando os 
resquícios que ficou no balão de fundo redondo) 
- Realizar a separação, depois lavar a mistura com 20mL de água destilada 
- Separar e lavar com 20mL de bicarbonato de sódio 20% 
- E lavar por último com 20mL de água destilada, obtendo assim, o produto. 
- Secar fase orgânica com sulfato de sódio anidro, transferir para balão de 125mL e destilar. 
- Realizar destilação simples, coletando o produto que se destilará entre 136-143ºC. 
- Calcular o rendimento obtido e rendimento percentual. 
- Rendimento indicado é 9,8g. 
2.2 Desenho da aparelhagem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 Materiais. 
 I) Reagentes e solventes; 
- Ácido acético glacial 
- Álcool isoamílico 
- Ácido sulfúrico concentrado 
- Água destilada 
- Bicarbonato de sódio 20% 
- Sulfato de sódio anidro 
- Acetato de isoamila 
 II) Vidraria; 
- Balão de fundo redondo 
- Funil de separação 
- Erlenmeyer 
- Béquer 
 III) Materiais diversos; 
- Picete 
 IV) Equipamentos. 
- Equipamento da destilação simples 
 
2.4 Tabela de reagentes e produtos 
Reagentes e Produtos MM 
Quantidades Proporção 
mL g mol Teórica Usada 
Ácido acético glacial 60,05 15 15,75 0,26 1 2,36 
Álcool isoamílico 88,15 12 9,72 0,11 1 1 
Sub-total (reagentes) 148,2 - 25,47 - - - 
Ácido sulfúrico concentrado 98,08 2 3,66 0,04 - - 
Total (reagentes, catalisador, solvente etc.) - - 29,13 - - - 
Acetato de isoamila 130,19 - - - 1 - 
 
2.5 Tabela de propriedades físicas 
Substância MM 
d 
g/mL 
Tf 
o
C 
Te 
o
C nTD
 
Solubilidade (g/100 mL) 
H2O EtOH CHCl3 Et2O 
Ácido acético glacial 60,05 1,05 17 116 1,370 Sim Sim - Sim 
Álcool isoamílico 88,15 0,81 -117,2 132 - Sim - - - 
Ácido sulfúrico concentrado 98,08 1,83 10,38 279,6 1,330 Sim - - - 
Bicarbonato de sódio saturado 84,01 2,20 60 50 - Sim Não - - 
Sulfato de sódio anidro 142,04 2,66 888 1429 - Sim Não - - 
Acetato de isoamila 130,19 0,87 - 142 - - - - - 
 
2.6 Tabela de propriedade toxicológicas (resumo objetivo) 
Substância Propriedades (riscos à saúde, inflamabilidade, reatividade) 
Ácido acético glacial 
O vapor é irritante para o nariz e a garganta, podendo causar tosse, 
náusea, vômito ou dificuldade respiratória. Já o líquido é prejudicial se 
ingerido e poderá queimar olhos e pele. 
 
Álcool isoamílico 
O vapor é irritante para olhos, nariz e garganta, sendo prejudicial se for 
ingerido. O líquido é irritante para os olhos 
Ácido sulfúrico concentrado 
Vapores provocam irritação das mucosas, corrosão dos dentes, dificuldade 
para respirar, bronquite, edema na laringe e pulmões e perda de sentido. 
Na pele, soluções diluídas causam dermatites irritativas e soluções 
concentradas causam alterações e destruição dos tecidos. 
 
Bicarbonato de sódio saturado 
A ingestão em doses elevadas pode causar distúrbios gastrointestinais, a 
inalação pode causar efeito irritante intenso e dano celular pela ação 
cáustica alcalina (quando em altas concentrações do pó). Não causa efeito 
irritante na pele, porém em contato com olhos pode causar irritação. 
 
Sulfato de sódio anidro 
Depois do contato com os olhos pode ocorrer ligeira irritação. Após a 
ingestão (em grandes quantidades) pode causar náuseas, vômitos, 
diarréia. 
Acetato de isoamila Não foram encontrados dados sobre a toxicologia deste composto. 
 
3. Resultados, discussão, observações e conclusões 
3.1 Observações 
Na primeira etapa deste procedimento, foi realizado a adição de ácido acético glacial e 
álcool isoamílico; misturou um pouco esses dois reagente e depois foi adicionado o 
catalisador, o ácido sulfúrico concentrado, onde está adição foi feita aos poucos, já que este 
reage de forma muito violenta. Depois, foi adicionada 2 pedras de porcelana porosa (está é 
considerada como o núcleo de ebulição) ao sistema e a mistura reacional foi acoplada ao 
sistema de refluxo (porque por ser uma reação que ocorre a quente, evita que o ambiente 
seja contaminado com os reagentes) com trap (este é importante pois capta os gases 
formados, impedindo que a mistura seja contaminada) e aquecida (com uma manta de 
aquecimento) por um período de uma hora. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Depois da adição do 
ácido acético 
Adição do álcool 
isoamílico 
Depois da adição do 
ácido sulfúrico 
concentrado 
Mistura acoplada ao 
sistema de refluxo com 
trap 
Mistura antes de 
começar o aquecimento 
Mistura durante o 
aquecimento 
Mistura no final do 
tempo de aquecimento 
Depois da adição do 
ácido acético glacial 
Mistura acoplada ao 
condensador de refluxo 
com trap 
Após passado o tempo reacional, a mistura foi deixada em banho de água/gelo até chegar a 
temperatura ambiente (em média 5 minutos), depois de resfriada ela foi levada ao funil de 
separação. Em seguida foi feito a lavagem do balão com 40mL de água destilada (para se 
aproveitar o máximo do produto possível) e essa, depois, foi postano funil de separação 
juntamente com a fase orgânica, esperou-se um tempo para que separa-se as fases e a 
camada aquosa (a de baixo) foi recolhida; Nessa primeira lavagem, houve a formação de 3 
fases, porém a terceira era metainstável, logo quando agitamos o funil, a terceira fase é 
desfeita e há a formação de apenas 2 fases, como era o esperado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Depois, a fase orgânica foi lavada com mais 20mL de água destilada, em seguida com 
20mL de bicarbonato de sódio 20% ( este é utilizado na lavagem para neutralizar o ácido 
sulfúrico utilizado para catalisar a reação) e por último é feita novamente a lavagem com 
mais 20mL de água destilada. Neste processo de separação, sempre a fase orgânica, de 
interesse, ficará em cima (por conta da sua menor densidade em relação aos das demais 
substâncias utilizadas) e a fase aquosa ficará em baixo, e será sempre a descartada. 
Resfriamento da mistura reacional em banho de 
água/gelo 
Lavagem com água 
destilada para 
transferir para o funil 
Formação das 3 fases, 
sendo a última uma 
fase metainstável 
Depois da agitação, 
formação de apenas 2 
fases, como é o 
esperado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ao finalizar a separação, a fase orgânica, restante no funil, foi transferida para um Erlenmeyer. 
Neste mesmo erlenmeyer, foi adicionado todas as fases orgânicas e todos os grupo (que 
totalizaram 5 grupos) e depois foi feita a destilação simples. Neste processo, a cabeça da 
destilação (primeiras 20 gotas) foi descartada e apenas o corpo foi coletado em um balão de fundo 
redondo, previamente tarado em uma balança semi analítica (peso = 85,931 g). A destilação teve 
seu início a 129ºC e o seu final a 140ºC. Quando encerrada a destilação, o balão, agora contendo o 
produto, foi novamente tarado e teve um peso igual a 126,380g; ao subtrair o peso do balão puro 
com o peso do balão com o produto, temos que somente o produto pesa 40,449g e quando 
dividimos isso por 5 (quantidade total de grupos) teremos um valor de 8,09g de rendimento para 
cada grupo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lavagem com 20mL 
de água destilada 
Lavagem com 20mL 
de bicarbonato de 
sódio 20% 
Lavagem com 20mL 
de água destilada 
novamente 
União de todos os 
produtos, é possível 
perceber uma turvação 
Adição do sulfato de 
sódio anidro, para retirar 
a turvação, causada pela 
presença de água 
Diminuição da 
turvação após adição 
do sulfato anidro 
Sistema de destilação simples 
É possível observar, 
nesta imagem, a 
temperatura em que 
a destilação começa 
a acontecer (após a 
retirada da cabeça). 
Temperatura igual a 
129ºC. 
129ºC 
Ao finalizar a destilação ainda podemos observar que o produto está um pouco amarelado, isso é 
explicado pelo fato de que a primeira destilação não retira todas as impurezas contidas nessa 
mistura, sendo, no entanto, necessário fazer uma redestilação e, em alguns casos, ainda se faz 
uma destilação do redestilado (somando-se 3 destilações). 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 Avaliação da eficiência da reação ou processo 
 I) Rendimento Teórico (RT); 
1 mol de ácido acético _______ 1 mol de álcool isoamílico 
0,26 mol de ácido acético ____ x 
 X = 0,26 mol de álcool isoamílico 
Logo, o álcool isoamílico é o reagente limite. 
88,15 MM de álcool isoamílico _________ 130,19 MM de acetato de isoamila 
9,72g de álcool isoamílico ____________ x 
 X = 14,35g de acetato de isoamila para rendimento de 100% 
 
 II) Rendimento Indicado (RI); 
RI = 9,8g 
 
 III) Rendimento Obtido (RO); 
RO = 8,09g 
 
IV) Rendimento percentual (R%); 
R%= (8,09 /14,35) x 100 = 56,38% 
V) Economia de átomos (EA%); 
EA% = (130,19/ 148,2) x 100 = 87,84% de economia atômica 
 
VI) Fator ambiental E (Fator E). 
Fator E= (25,47 - 8,09)/ 8,09 = 2,15 
 
3.3 Conclusões 
Nesta reação é utilizado o ácido sulfúrico concentrado como catalisador da reação, pois 
sem este a reação poderia levar meses para ocorrer (o que, em uma janela de tempo de 
trabalho de laboratório, é considerado como uma reação que não reage). O catalisador vai 
agir protonando a carbonila e deixando o carbono, desta carbonila, mais positivo facilitando, 
então, o ataque nucleofílico; Então, dessa forma, terá uma menor energia de ativação, 
atingindo o ponto de equilíbrio em um menor tempo. Lembrando que, o catalisador não 
muda o equilíbrio da reação, apenas aumenta a velocidade desta. 
Para que consiga deslocar o equilíbrio da reação, nesse caso para a direita (aumentando o 
rendimento da reação), é necessário aumentar a quantidade de reagente (nesse caso, 
aumentaríamos a quantidade de ácido acético, pois este é mais barato) ou pode, também, 
remover o subproduto, que nesse caso é a água. 
Com a realização deste experimento, podemos concluir que nem sempre uma destilação é 
o suficiente para obter o produto purificado, sendo então, necessário realizar 2 ou mais 
destilações. 
Relacionado aos cálculos, podemos concluir que o rendimento obtido deste produto é de 
8,09g o que representa cerca de 83% do rendimento indicado. O rendimento percentual é 
de 56,38% o que representa cerca de metade do rendimento teórico. Ao analisarmos a 
economia de átomos, concluímos que esta reação tem uma alta economia atômica, ou seja, 
utiliza uma rota sintética que maximiza a incorporação de átomos do reagente ao produto 
desejado. E o fator ambiental E, com um valor de 2,15, podemos considerar que este 
processo possui um médio impacto ambiental, possuindo , dessa forma, alguma massa de 
rejeito que é pouco significativa. 
O acetato de isoamila é um éster com odor de fruta, por isso é muito utilizado na industria e 
essências e fragrâncias de alimentos. Não será encontrado em perfumes porque ésteres 
não são adequados para perfumaria em geral pois tendem a se hidrolisar em seus dois 
constituintes primários, que são um álcool e um ácido (neste caso álcool isoamílico e ácido 
acético). O álcool isoamílico tem odor de solvente; não muito agradável. O ácido acético 
resultará em um odor de vinagre. Por estas razões os ésteres têm aplicação em situações 
nas quais não hidrolisam. 
4. Bibliografia 
 Acetato de isoamila. Disponível em: < 
http://nuquiocat.quimica.blumenau.ufsc.br/files/2015/07/EXPERIE%CC%82NCIA-06_-
Acetato-de-isoamila.pdf>. Acesso em: 03 de Julho de 2018. 
 Acetato de isoamila na industria. Disponível em: 
<http://www.gluon.com.br/blog/2007/02/24/cheiro-abelhas/>. Acesso em: 06 de Julho de 
2018.