Reconhecimento de funções orgânicas

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��Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química��
Reconhecimento de Funções Orgânicas
 
Curso de Engenharia Química, 
Belo Horizonte, 15 de abril de 2011.�
Introdução
A variabilidade de compostos orgânicos e suas peculiaridades é um fator que agrega à química orgânica uma complexidade e dinamicidade. Tal complexidade pode amenizada com a distinção dos compostos de carbono em famílias estruturais que possuem um grau de semelhança. De acordo com Solomons 1 , compostos de uma determinada família que se caracterizam pela presença, como parte da sua estrutura como um todo, de certos arranjos de átomos são denominados grupos funcionais. A classificação dos compostos orgânicos em grupos funcionais possibilita um melhor entendimento dos diversos aspectos intrínsecos a determinado tipo de substancia, otimizando analises e estudo. 
A caracterização de que determinada substância pertence a um grupo funcional, baseia-se no fato de que, caso esteja presente na cadeia carbônica um determinado membro característico de certa função, a cadeia em questão possui este grupo funcional. Exemplos de grupos que caracterizam grupos funcionais encontram-se na figura 1. 
Figura 1: Principais funções orgânicas 
Fonte: Modificado de http://pt.slideshare.net/maristasegundod/funes-orgnicas-14495931, em 15/04/2015 às 12:45 h
A necessidade de reconhecer uma função orgânica de um determinado composto em um laboratório, apresenta-se como necessidade corriqueira. Entretanto, é inviável aplicar técnicas refinadas como espectroscopia de infravermelho ou ressonância magnética nuclear para todos casos cotidianos. Sendo assim, avaliações qualitativas são melhores indicadas à esses casos. Neste trabalho, utilizam-se das seguintes técnicas de caracterização. 
1-Diferenciação entre Hidrocarbonetos Saturados e Insaturados: 
Hidrocarbonetos com instauração, quando em contato com o reagente permanganato de potássio de cor violeta, reagem de modo a formar polialcoois, liberando em solução o íon óxido de manganês IV de cor marrom, que se precipita no fundo do vaso de reação. Assim a caracterização de instauração pode ser realizada com este reagente, tendo em vista que em hidrocarbonetos saturados, tal reação não ocorre. Esquematização de reação em figura 2.
Figura 2: Teste para insaturação
Adaptado de: http://www.brasilescola.com/quimica/oxidacao-branda.htm
Outro método para avalizar instauração, consiste na reação de adição com haleto, especificamente o Bromo(Br2), no qual este reagem com hidrocarboneto insaturados ocorrendo uma variação de tonalidade de marrom avermelhado para incolor. A mudança de cor é resultado do fato de que o íon haleto ser inserido na cadeia carbônica, observe a figura 3. 
Figura 3: Teste de insaturação com Bromo 
Fonte: ACD/ChemSkecth software livre
2- Caracterização e diferenciação de alcoóis
Esta pode ser realizada com a reação do álcool a ser avaliado com ácido clorídrico e possuindo como catalisador cloreto de zinco, exemplificação em figura 3. A reação se processa no sentido da formação de haleto de alquila e água. Através do teste, pode-se caracterizar o tipo de álcool, podendo ser primário, secundário e terciário. A caracterização, utiliza-se de reagente de LUCAS(Cloreto de zinco em ácido clorídrico concentrado), onde quando analisado de forma simultânea (caso comparativo entre três amostras), a reatividade indica o tipo de álcool presente. Alcoóis terciários tendem a formar carbocátions terciários, que devido a maior estabilidade reagem primeiro e promovem a turvação da solução. Em sequência, tem-se uma maior estabilidade o carbocátion secundário e por ultimo o carbocátion primário, pouco estável e quase não promove resultado na amostra. 
Figura 3: Reação caracterização Alcoóis
Fonte: ACD/ChemSkecth software livre
3-Caracterização de Haletos de alquila
A caracterização(fig. 4) consiste em reagir a amostra com o reagente Nitrato de Prata, de modo que caso se verifique a presença de haleto, ocorrera a precipitação de haleto de prata, que são pouco solúveis em água. 
RX + AgNO ( AgX + RONO2 
Figura 4: Reação caracterização Haletos 
Fonte: https://www.portaleducacao.com.br/Artigo/Imprimir/37283
4- Diferenciação e caracterização entre cetonas e aldeídos. 
Inicialmente, deve-se caracterizar a presença de carbonila, utilizando 2,4-dinitrofenilhidrazina. Onde, caso verifica-se a presença de carbonila, a solução apresentara precipitado. Para diferenciar entre cetona e aldeído, utiliza-se um reagente, conhecido como reagente de Felhing, no qual, durante um aquecimento brando, este apresenta cobre na forma metálica nas paredes do tubo, caracterizando a substancia como aldeído. 
5- Caracterização de Ácidos carboxílicos. 
Ácidos carboxílicos, devido a reações ácido-base podem ser identificados com uso de reagente que promova sua neutralização. A escolha do reagente deve ser de modo em que alterações macroscópicas possam ser notadas. Bicarbonato de sódio , quando reage com ácidos carboxílicos(figura 5) libera dióxido de carbono, o que facilita a indicação da ocorrência da reação, sendo comumente utilizado para esta caracterização.
Figura 5: Reação ácido carboxílico e bicarbonato de sódio.
Fonte: http://www.monografias.com/trabajos5/acicar/acicar2.shtml
6- Caracterização de Fenóis. 
Utiliza-se como reagente Cloreto de Ferro III, o qual complexo com os anéis aromáticos, através da molécula de oxigênio e, por conseguinte deixando o meio acido(observe a figura 6). A verificação de presença de fenol pode ser comprovada, pois o complexo de Ferro possui uma banda de absorção no visível o que possibilita distingui-lo e inferir se determinada substancia é ou não um fenol. 
6 ArOH + FeCl3 ( [Fe(OAr)6]3- + 3H+ + 3HCl
Figura 6: Caracterização de Fenóis com Cloreto de Ferro III
Fonte: https://www.portaleducacao.com.br/Artigo/Imprimir/37283
Objetivos: Promover a classificação e diferenciação de compostos orgânicos, via utilização de técnicas qualitativas para determinar grupos funcionais.
Materiais e Métodos
Materiais:
Tubos de ensaio; Pinça de madeira;
Estantes para tubo de ensaio; Conta-gotas;
Bico de gás.
 Reagentes:
Água destilada; Solução aquosa a 10% de fenol;
Solução aquosa a 4% de KMnO4; Reagente de Lucas;
Ciclexano, Solução a 10% de nitrato de prata;
Cicloexeno;2,4-dinitrofenilidrazina;Etanol; Reagente de Felhing;Cicloexanol; Solução aquosa a 10% de NaHCO3;
Tercbutanol; Solução etanólica a 10% de FeCl3;
Ácido cético; Formol; Br2/CCl4;
Acetona; Cloreto de tercbutila.
Procedimentos
Teste com Permanganato de Potássio (teste para insaturação):
Colocou- se 1 mL do composto 1 num tubo de ensaio e a mesma qunatidade do composto 2 em outro tubo de ensaios. Adicionou 2 gotas de solução de KMnO4 em cada tubo.
Ambos os compostos reagiram com o permanganato de potássio, formando um precipitado marrom.
Teste com Br/CCl4 (Utiliza-se esse teste para confirmar o teste anterior) :
Colocou-se cerca de 1 mL do composto insaturado (compostos 1 e 2) num tudo de ensaio limpo; adicionou-se, em seguida, 2 gotas de solução de bromo em tetracloreto de carbono. Ambos os compostos reagiram e descoraram.
Teste do LUCAS (Diferenciação entre alcoóis primários, secundários e terciários):
Em 3 tubos de ensaio adicionou-se 1 mL do reagente de Lucas em cada um.
Foi adicionado 5 gotas de cada composto (compostos 3, 4 e 5) em cada tubo de ensaio. Agitou-se os três tubos sobre a palma da mão, simultaneamente para que a reação acontecesse e para haver comparação entre eles.
O composto 5 foi o primeiro a aparecer uma coloração esbranquiçada, indicando formação de precipitado. O composto 3 foi o subsequente a obter tal mudança. E no composto 4, nenhuma alteração ocorreu.
Teste com nitrato de prata (Teste para identificar haletos):
Adicionou-se 1 mL do composto 6, em um tubo de ensaio e mais 3 gotas da solução de nitrato de prata. Agitou-se o tubo e houve aformação de um precipitado branco. 
Teste com 2,4- dinitrofenil-hidrazina (Teste para identificar grupo carbonila):
Em dois tubos de ensaio, colocou-se 2 gotas do composto 7 em um e a mesma quantidade do composto 8 em outro e adicionou-se 1 mL do reagente já preparado em cada um dos tubos. No tubo do composto 7 ocorreu a formação de um precipitado alaranjado. Já no tubo do composto 8, ocorreu a formação de precipitado amarelo.
Teste com reagente de Fehling (Teste para diferenciar a carbonila de aldeído e cetona):
Pegou-se um tubo de ensaio e se adicionou 1 mL da solução A e 1 mL da solução B (no mesmo tubo) e agitou-se. Em seguida, adicionou-se 3 gotas do composto 7 e houve o aquecimento do tubo num bico de gás. O mesmo foi feito para o composto de número 8. O composto 7 não houve alteração, logo o resultado foi negativo. No tubo do composto 8, houve formação de uma coloração marrom, apontando resultado positivo.
Teste com bicarbonato de sódio: (Teste para ácido):
Colocou-se 1 mL do composto 9 num tubo de ensaio e adicionou -se cerca de 1 mL de solução de bicarbonato de sódio. Houve formação de bolhas.
Teste com cloreto férrico: (Teste para fenóis):
Colocou-se 1 mL do composto 10 em um tubo de ensaio e adicionou-se 2 gotas da solução de cloreto férrico. Notou-se mudança de coloração, de incolor passou para roxo/violeta.
Resultados e Discussão 
Com os testes produzidos na experiência, foi possível observar o modo com que os químicos orgânicos diferenciavam substâncias, que as vezes tinham fórmulas e padrões parecidos porém diferenças significativas em suas propriedades físicas. Primeiramente, no Teste com permanganato de potássio (KMnO4), houve um descoramento desse na presença dos compostos 1 e 2, cada um em seu respectivo tubo de ensaio, e surgimento de um precipitado marrom. Isso indica que há insaturações nos dois compostos, fato que foi comprovado posteriormente no teste com Br2/CCl4 que, ao ser adicionado aos dois compostos, perdeu imediatamente sua coloração vermelha, indicando assim que a insaturação em ambas as substâncias se encontram entre os carbonos.
O resultado obtido para o teste de Lucas foi de que o tubo contendo o composto 3 ficou com uma turvação com um espaço de tempo entre 1 e 5 minutos, o tubo contendo o composto 4 não teve alteração alguma e o tubo contendo o composto 5 ficou branco imediatamente. Esses valores permitem a conclusão apresentada na tabela abaixo:
Tabela 1. Velocidade da reação e tipo de álcool envolvido
	Composto
	Velocidade / min
	Álcool presente
	Composto 3
	 1-5
	Álcool secundário
	Composto 4
	Não há turvação
	Álcool primário
	Composto 5
	Imediatamente
	Alcool terciário
No teste de Lucas, há uma sequência de movimentações de elétrons que permitem uma reatividade ou não dos compostos. Há, em um álcool, a existência de um nucleófilo que é um átomo ou grupo rico em elétrons e que consequentemente são atraídos por cargas positivas. No reagente de Lucas, existem vários H+ que são atraídos pelos nucleófilos –OH e formam moléculas de água. Ao acontecer isso, o resto do composto fica com uma carga positiva no carbono que estava ligado ao –OH, fazendo um carbocátion então. Ao encontrar com uma substância cheia de elétrons esse carbocátion irá atraí-la e formar um novo composto. Normalmente no reagente de Lucas há uma concentração de Cl- a qual irá reagir com o carbono. Contanto, é possível perceber que o álcool terciário é o que vai reagir primeiro pois possui um carbocátion terciário que irá atrair bastante os íons Cl-. Em seguida ocorre com o álcool secundário e o que contém o álcool primário não irá reagir, pois sua menor estabilidade não permite grande formação do novo composto, fazendo com que a aparição da turvação ocorra num intervalo de dias ou até mesmo não ocorra. Em anexo, há um gráfico de energia de acordo com as etapas das reações. No teste com nitrato de prata (AgNO3) houve a formação de um precipitado branco, que é o AgCl, que indica a presença do haleto com o Cl no composto 6 usado para identificação.
O teste com 2,4-dinitrofenil-hidrazina mostrou o composto 7 na solução A, alaranjado e o composto 8 em mesma solução de cor amarela. Isso indica a presença de carbonila em ambos.
O teste de Fehling permite diferenciar a carbonila de aldeído e da cetona. O composto 7 em solução B ao ser aquecido não formou precipitado e fiou azul, indicando que esse possui grupo cetona. Em contrapartida o composto 8 em mesma solução e aquecido formou precipitado e ficou marrom, indicando que esse possui grupo aldeído.
O teste com bicarbonato de sódio (NaHCO3) provou que o composto 9 possui grupo carboxila, pois houve borbulhamento, que indica a evolução de dióxido de carbono.
Por fim, o teste com cloreto férrico (FeCl3) mostrou uma variação de cor, na qual o tubo de ensaio ficou roxo, indicando assim a presença do grupo fenol no composto 10.
Conclusão
Atraves do emprego de técnica simples, conseguiu-se caracterizar compostos orgânicos de modo qualitativo, atendendo os objetivos proposto inicialmente. Demonstrou-se assim, a eficiencia de uma análise qualitativa bem empregada. Todavia, a lacuna pratica envolvida em processos qualitativos é relacionado a incerteza perante à quantidade, logo o emprego de técnicas que apenas determinem as funçoes orgánicas podem não ser hábil o suficiente para gerar uma determinada analise durante uma pratica, sendo indicado outros tipos de analises, fundamentalmente istrumentais. Contudo, por meio deste verificou-se a importancia de reconhecer e determinar grupos funcionais em uma analise corriqueira laboratorial. 
 
Referências Bibliográficas
1	SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. Vol. 1, Cap2 e3.
2 Acesso em 15/04/2015: http://www.iq.ufrgs.br/biolab/aulas/Aula14-15Analisando_uma_Reacao.pdf 
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Anexos
Questionário
1-Caracterize quimicamente cada uma das funções: alcano, alqueno, álcool, cetona e éster. 
Alcano: Composto orgânico constituído apenas de carbono e hidrogênio, de modo que toda a cadeia carbônica seja saturada.
Exemplo: 
Metano*
Alqueno:Composto orgânico que possui apenas carbono e hidrogênio, onde entre carbonos pode aparecer uma (e apenas uma ) insaturação. De modo que a insaturação possa se repetir na cadeia, desde que não seja entre os mesmos carbonos já insaturados.
Exemplo: 
 Eteno*
Álcool: Constituído de hidrocarbonetos que estão ligados a uma, ou mais de uma, hidroxila. 
Exemplo: 
Metanol *
Cetona: E caracterizada como uma carbonila (C=O) ligada à dois radicais orgânicos.
Exemplo: 
Propanona*
2- Por que uma cetona dá resultado negativo na reação de Fehling?
Cetonas possuem carbonila entre carbono, de modo que o grupo funcional não apareça na extremidade (caso contrário, seria aldeído). A reação não se processa pois o oxigênio da carbonila é fortemente ligado ao carbono devido a sua eletronegatividade, caso outro oxigênio tente romper a ligação, ele não conseguira, pois os carbonos da carbonila não são terminais e não formam o próton –CHO (que pode ser retirado durante a oxidação).Logo o teste tem como resultado negativo. 
3- Quais são as velocidades relativas dos álcoois primário, secundário e terciário no teste de Lucas? Justifique com base na estabilidade dos carbocátions formados.
 No teste de Lucas, a reação que ocorre primeiro é a que possui o álcool terciário. Em seguida há a do álcool secundário e a do álcool primário dificilmente acontece. Na desidratação de álcoois secundários e terciários, a etapa de formação do carbocátion é a mais lenta, sendo então a etapa determinante, que envolve a perda da hidroxila protonada como um “grupo abandonador”, que é um processo endotérmico (de quebra de ligação). Por ser a etapa determinante de velocidade da reação, ela representa a reatividade total dos álcoois frente à desidratação. Como a energia para formar o carbocátionterciário é a mais baixa, então a reação ocorre com maior velocidade no composto contendo esse tipo álcool. Já no álcool primário, a energia para formação de um carbocátion primário é tao elevada que esse desidrata por outros mecanismos antes mesmo de formá-lo, fazendo com que a reação no teste de Lucas não ocorra.
4- Suponha que você possua três frascos sem rótulos que contenham o 3-hepteno, o benzeno e o etanol, não misturados. Proponha uma forma de identifica-los.
Para caracterizar o 3-hepteno, primeiro utiliza-se o teste com KMnO4 para saber se realmente há a insaturação e em seguida o teste com Br2/CCl4 para confirmar se a dupla ligação ocorre mesmo entre carbonos. Para o benzeno, o melhor teste seria o do FeCl3, em que há identificação de fenol e para o etanol o mais indicado é o Teste de Lucas que além de confirmar a presença de álcool, indica qual o tipo de álcool que é a substância ( no caso do etanol um álcool primário).
Figura 1: Gráfico de energia em relação ao progresso das reações no teste de Lucas
Fonte: www.iq.ufrgs.br/biolab
Precipitado Marrom
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