RELATORIO de solidos orgexp solidos.docx

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
FACULDADE DE FARMÁCIA 
Separação e identificação de uma mistura de compostos orgânicos com técnicas de extração, recristalização, ponto de fusão e cromatografia.
Stefanie de Lima Moreira da Silva
DRE 113081464
Professora: Regina Sandra
Quimica Orgânica Experimental
IQO242
01/2015
1- Introdução
O presente relatório tem como principal objetivo a exposição de resultados das aulas de Química Orgânica Experimental I, sobre sólidos orgânicos e alguns de seus métodos de análise e separação, além do objetivo final de descobrirmos os dois compostos que compunham uma determinada amostra.
Foi-nos entregue um envelope que continha dois sólidos orgânicos misturados. Esse relatório trata sobre a análise da amostra de número 6. Foi nos avisado que os compostos estavam limitados em ser um ácido e um neutro.
Por meio das técnicas de extração reativa , recristalização e ponto de fusão, explicadas minuciosamente a cada uma das aulas práticas foi possível separar os dois compostos e achar o ponto de fusão. Para chegar no objetivo final desse relatório e concluir quais são os dois componentes da amostra original fez-se uso de uma lista de compostos possíveis e a técnica de cromatografia para a comprovação.
As práticas aprendidas são utilizados amplamente em outras situações laboratoriais o que demostra o quão importante são tais experimentos.
2- Materiais e métodos
2.1 Extração reativa
Aparelhagem
No suporte, prendeu-se a mufa e apoiou-se a argola numa altura suficiente para que, quando fosse encaixado o funil de separação, pudesse ser encaixado um erlenmeyer abaixo. Encaixou-se o funil de separação na argola depois de testar se estava vazando ou não, enchendo-o de água e com a torneira fechada observando se estava pingando.
	
	Método
Primeiramente, foi necessário dissolver, em um erlenmeyer, a amostra para realização das experiências. Para isso, foi usado o diclorometano (CH2CL2), pois este solubiliza bem compostos orgânicos e é imiscível em água, o que será muito importante posteriormente. Foi muito importante controlar o volume de solvente utilizado, sendo o menor possível, pois o excesso pode prejudicar a eficiência na extração do soluto. Foram utilizados 60 mL de solvente.
Verteu-se a solução no funil de separação e 20 mL de NaOH (5%) foram adicionados 1/3 de V do solvente. Com isso, colocou-se a mistura dentro do funil de extração e com o funil invertido e tampado foi realizado movimentos circulares constantes, a fim de separar a mistura em duas fases: uma aquosa, que contém o sal formado, e a outra orgânica, que contém o diclorometano e o neutro lembrando sempre de abrir a torneira para deixar o gás formado pela reação sair. Esse sistema foi colocado na vertical com auxílio de um aro preso por uma mufa em um suporte, estrutura já anteriormente montada.
A reação de formação do sal é a seguinte:
HA + NaOH → A- Na+ + H2O
Onde A é a base conjugada do ácido presente e o neutro não reage com o hidróxido de sódio, ficando na fase orgânica. 
O método utilizado para separar as duas fases resultantes foi a decantação, utilizando-se de erlenmeyer como recipientes a fim de recolher as fases separadamente. A parte orgânica, definida como a mais densa (a densidade do diclorometano é 1,33 e a da água é 1), ficou na parte inferior do funil de separação e por isso foi recolhida primeiro; e a fase superior aquosa foi retirada depois.
A presença de resquícios da fase orgânica na aquosa não é viável, já que a presença do neutro influenciará na precipitação do ácido. Por outro lado, a presença da fase aquosa na fase orgânica também não é viável. Assim, foi necessário passar a fase orgânica mais duas vezes pelo funil de separação, acrescentando mais 20mL de NaOH para eliminar qualquer resquício da fase aquosa. Depois de separar bem as duas fases, foi necessário isolar os compostos e assim, as duas fases foram tratadas de modos distintos.
2.1.1 Fase aquosa que contém o ácido
Para recuperar o ácido dessa fase, adicionou-se excesso de HCl(c), para que facilitasse a precipitação do ácido. A reação que descreve esse procedimento é a seguinte:
A- Na+ + HCl → HA + NaCl
A reação ocorrida recupera o composto ácido da amostra, ou seja, precipita. Por fim, foi utilizada a filtração a vácuo para obter apenas o precipitado, eliminando a água.
	2.1.2 Fase orgânica que contém o neutro
Pela volatilidade do solvente diclorometano, não houve de um tratamento para isolar o composto, porém a presença de água prejudica a evaporação do solvente.
Por isso, foi adicionado sulfato de magnésio, sal hiperconcentrado, à solução, o qual funciona como agente dessecante e retira a água presente na solução.
A solução foi colocada em um vidro de relógio, o qual ficou por um tempo na capela. Com isso, o diclorometano evaporou totalmente e sobrou apenas o neutro, na forma sólida.
2.2- Recristalização
Método
Primeiramente, foi feita a escolha do solvente para a dissolução do ácido e do neutro. Colocou-se um pouquinho de amostra do ácido ou do neutro no microtubo e foi testada a solubilidade com um pouco do solvente desejado, a quente e à temperatura ambiente. Para ambos os compostos foi feito primeiramente o teste com a água, e nos dois casos o resultado obtidos foram que os compostos eram insolúveis em temperatura ambiente e solúveis a quente (condição necessária para realizar a recristalização). A solubilização a frio não é ideal por que posteriormente não será possível recristalizar o sal, já que esse procedimento tem que ser feito lentamente e com a diminuição da temperatura naturalmente. 
Após a descoberta do solvente, colocou-se cada composto em erlenmeyers com auxílio de um funil de sólido e em seguida colocou-se um bécher com água destilada para aquecer até o ponto de ebulição. Quando em ebulição a água foi gotejada em cada um dos erlenmeyers e as misturas foram colocadas para aquecer lentamente, agitando-as até que os solutos ficassem completamente solubilizados. Foi necessário observar se não ocorria a fusão dos compostos, o que danificaria as características do sólido. Além disso, a quantidade de solvente é mínima, visto que o solvente em excesso pode dificultar a recristalização. 
Durante o experimento foi percebida a presença de algum sólido não solubilizado, que provavelmente era uma impureza insolúvel a esse solvente a quente, a solução para isso foi fazer a filtração a quente, no caso das duas amostras. A filtração foi realizada por um filtro de papel dobrado em um funil de líquidos e deve ser feita rápida e com todos componentes desse sistema aquecidos, a fim de evitar a recristalização do composto no próprio filtro.
Por fim, a mistura solubilizada tem que ser deixada em descanso para que o solvente esfrie lentamente e permita a recristalização do composto de maneira mais pura possível. Caso não tenha ocorrido a recristalização total do soluto após a temperatura se igualar a ambiente, poderia ser aplicado um banho de gelo à solução, para concluir a cristalização.
Com os cristais formados em solução é preciso filtrar a vácuo para obter apenas os cristais na forma sólida. Para isso, utilizou-se o kitassato com o filtro Buchner, além de papel de filtro e uma tropa d’agua para fazer vácuo e por fim obtivemos cada composto novamente sólido e agora puros.
2.3- Ponto de fusão
	Aparelhagem
Selou-se a extremidade de 3 capilares no bico de Bunsen. Pegou-se um suporte, mufa e garra móvel sendo esses dois últimos fixados no suporte. Um tubo de Thiele foi preso a garra móvel a uma altura razoável, de modo que a chama do bico de Bunsen atingisse a alça lateral do tubo. 
O capilar foi preenchido com o composto analisado com ajuda do vidro de relógio como superfície para auxilio de preenchimento do capilar. Para fazer com que a amostra desça para o fundo do capilar foi usado um elevador, onde o capilar era jogado com a parte selada virada para baixo, para o cristal ir para o fundo. Esse capilar foi fixado a um termômetro comauxílio de um elástico de modo que o bulbo do termômetro coincidisse com o fim do capilar. Tal especificação é necessária para melhor registro da temperatura.
Utilizando uma mufa e garra móvel como sustentação, o termômetro foi inserido no tubo de Thiele de modo que o elástico não ficasse imerso no óleo, evitando o derretimento do mesmo e a contaminação do meio com a amostra. Em seguida a chama do bico de Bunsen foi acesa.
Método
Primeiramente, deixou-se o sistema esquentar rapidamente até que o composto fosse fundido. Isso foi feito para se obter a temperatura aproximada de fusão, para que nos próximos testes o alcance dessa temperatura fosse lentamente, a fim de evitar erros de medição. Assim, um novo capilar foi preenchido com sólido e novamente aquecido, a temperatura era rigorosamente controlada. As marcações de temperaturas foram feitas quando o composto começou a fundir e quando ele ficou completamente fundido. Realizou-se esse experimento 3 vezes para cada composto e assim os dados do ponto de ebulição foram obtidos.
2.4- Cromatografia
	Aparelhagem
Duas placas de vidro juntas são mergulhadas em uma sílica específica que emite sinal em luz UV, depois de mergulhadas foram separadas e deixadas para secar na bancada após a secagem foram aplicadas as amostras e feita a corrida cromatografica. Apos o solvente da fase móvel secaressa placa é observada em luz UV.
	Método
Primeiramente, escolheu-se a fase móvel. Quando colocada a lâmina na cuba cromatográfica o solvente desejado será aquele que fará a solução da amostra se encontre aproximadamente no centro da camada de sílica, pois isso demonstra que a fase estacionária (sílica) consegue competir com a fase móvel (solvente). Os possíveis solventes possuem uma ordem em polaridade, pois assim descobre-se a polaridade da amostra. A ordem de polaridade (menor para maior) : hexano, tolueno, acetato de etila, acetona, etanol e metanol. Decidiu-se testar compostos com polaridades intermediárias.
Parao ácido testou-se:
Acetato de etila Rf = 0,65 
Acetona Rf = 0,78
Para o neutro testou-se:
Acetato de etila Rf = 0,57
Acetona Rf = 1
Para ambos compostos escolheu-se acetato de etila como solvente da fase móvel.
Mergulhamos duas placas de vidro na sílica e esperamos secar. Enquanto isso ocorria, dissolveu-se o ácido e o neutro em CH2Cl2, cada um em um microtubo diferente.
Quando a camada fina de sílica já estava seca, aplicou-se uma das soluções anteriormente preparadas na parte inferior de uma das placas com o auxílio do capilar e essa posição foi marcada. Aplicou-se primeiramente o ácido nesse caso. A cuba cromatográfica foi preparada utilizando um bécher de 100 ml. Colocou-se um papel de filtro em seu interior de forma que fosse possível enxergar seu interior por uma pequena parte sem filtro. Isso foi feito para criar uma atmosfera saturada do composto eluente e assim facilitar a subida deste na plaquinha, por capilaridade, o sistema foi fechado com um vidro de relógio para facilitar a criação dessa atmosfera. A fase móvel escolhida foi a acetato de etila para ambos casos.
Observou-se que essa fase móvel subiu pela sílica por capilaridade arrastando a amostra pela fase estacionária e retirou-se a placa antes que chegasse ao fim desta. Marcamos o ponto até onde subiu a fase móvel e esperamos a evaporação do solvente.
O método de visualização utilizado foi de lâmpadas ultravioleta (UV). Sob luz UV, os compostos aparecem como manchas brilhantes na placa. 
Com acetato de etila, para ambos os compostos, observou-se que os compostos correram corretamente, até um pouco acima do meio da placa.
Com auxílio da tabela de sólidos possíveis e os resultados do ponto de fusão, foi possível limitar os possíveis compostos tanto para o ácido quanto para o neutro.
Então, repetimos o processo de cromatografia descrito acima, com a nossa amostra em conjunto com a solução do suposto composto que estava sendo analisado. As fases móveis já haviam sido escolhidas no processo acima, sendo a acetato de etila. Com o a amostra ácida correu o ácido salicílico e com a amostra neutra a acetanilida.
Com as medidas da distância percorrida pela amostra e a distância percorrida pela fase móvel calculamos o Rf, que é a razão entre a distância percorrida pela amostra e a distância percorrida pela fase móvel. Assim, os compostos que apresentaram o mesmo Rf são iguais, e assim identificamos os dois compostos. (Rf = distância percorrida pela amostra/ distância percorrida pela fase móvel)
3- Resultados
3.1 Extração reativa
O resultado obtido da extração foi a separação da amostra original em dois compostos, um ácido e um neutro, ambos de coloração branca.
3.2 Recristalização
Os resultados da recristalização foram os dois compostos sólidos purificados.
3.3 Ponto de fusão
Para a amostra ácida o experimento foi repetido 3 vezes: 155°C – 162°C, 156°C – 162°C e 156°C – 162°C. O teste inicial sem controle deu uma temperatura de 150°C
Para a amostra neutra experimento foi repetido 3 vezes, sendo as temperatura obtidas: 109°C – 114°C, 110°C – 114°C e 107°C – 114°C.
3.4 Cromatografia
Com base nas temperaturas de ponto de fusão foi suposto que a amostra ácida era o ácido salicilico e a amostra neutra era a acetanilida.
Os resultados da cromatografia para o composto ácido deram que o Rf desse era de 4,3/6,4 = 0,67. A substância que mais se aproximou desse Rf foi o ácido salicílico
Já os resultados da cromatografia para o composto neutro deram que o Rf desse é 3,8/5,3 = 0,71. A substância que mais se aproximou disso foi a acetanilida.
4- Discussão
4.1 Extração reativa
Os resultados obtidos foram de encontro ao esperado, que era a separação dos dois sólidos. Não houveram problemas durante a execução da técnica e assim tudo ocorreu conforme planejado.
4.2 Recristalização
Os resultados obtidos foram de encontro ao esperado, sendo obtido os dois compostos agora razoavelmente puros sendo os dois de coloração branca, um em forma de escamas e outro em forma de agulha.
Apesar de todos os esforços, uma pureza maior não foi obtida por erros de procedimento, já que tiveram que ser filtrados a quente para eliminação de impurezas. Por fim, pode perceber que tal fato não alterou os resultados.
4.3 Ponto de fusão
Os resultados do ponto de fusão obtidos para o ácido foram bem próximos ao ponto visto inicialmente, ou seja 156°C – 162 °C. Apesar disso o teste foi realizado três vezes para garantir a confiabilidade dos dados e a partir do material bibliográfico concluiu-se que o composto provavelmente era ácido salicílico.
Os resultados do ponto de fusão obtidos do composto neutro foram próximo dos 109°C – 114 °C. O experimento foi realizado também três vezes para garantir a confiabilidade dos dados e a partir do material bibliográfico concluiu-se que o composto provavelmente era a acetanilida.
4.4 Cromatografia
A técnica de cromatografia em camada fina funcionou perfeitamente para ambos compostos, sendo suas fases móveis facilmente descobertas, o que gerou extrema simplicidade para a aplicação da técnica. Ao revelar as plaquinhas na câmara UV, as marcas dos compostos ficaram bastante evidentes, garantindo ainda mais a aplicação da técnica. O estabelecimento dos padrões e posterior comparação dos valores de Rf foram essenciais para a confirmação dos compostos.
5- Conclusão
Utilizando a tabela de compostos possíveis e os dados do handbook e comparando resultados obtidos dos experimentos extração, recristalização mas principalmente ponto de fusão e cromatografia conclui-se que o composto ácido seja o ácido salicílico, e o composto neutro a acetanilida.
6- Referências bibliográficas 
[Online] [Citado em: 18 de Abril de 2014.] http://pessoal.utfpr.edu.br/poliveira/arquivos/aulapratica03solubilidadedecompostosorganicos.pdf.
UnIcamp. [Online] [Citado em: 4 de Junho de 2014.] http://www.fca.unicamp.br/portal/component/content/article/41-inf/431-fichas-de-identificacao-de-seguranca-de-produtos-quimicos.html.
Unesp. [Online] [Citado em: 5 de Junhode 2014.] www.labeduardo.iq.unesp.br.
2010. A Small Scale Approach to Organic Laboratory Techniques. [A. do livro] Gary M. Lampman, George S. Kriz, Randall G. Engel Donald L. Pavia. s.l. : Cengage Learning, 2010, pp. 736-740.
Handbook. 
Zubrick, James. 2005. Manual de Sobrevivência no Laboratório de Química Orgânica. Sexta Edição. 2005.