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Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Química Departamento de Química Orgânica Manual de Práticas Química Orgânica Experimental II 2016 – 3a edição AUTORES: Ana Maria Polessa Maçaira Angelo da Cunha Pinto Claudia Moraes de Rezende Elizabeth Roditi Lachter Hyacintha Elizabeth Sophie van Tilborg Faria Joaquim Fernando Mendes da Silva José Maria Vargas de Andrade Marcos Lopes Dias Maria da Conceição Klaus V. Ramos Pierre Mothé Esteves Rodrigo José Corrêa Rosane Aguiar da Silva San Gil Vanessa Lucia Rodrigues Furtado Simon John Garden Técnico: Eduardo Costa P. da cruz A equipe organizadora agradece a inestimável colaboração da Profa. Lucia Paiva, Diretora Adjunta de Graduação do Instituto de Química da UFRJ, pelo grande incentivo à elaboração da primeira versão desse Manual e disponibilização do modelo básico de editoração do Manual de Práticas do Departamento de Bioquimica, assim como a todos os professores e funcionários que colaboraram com esta edição. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 3 ÍNDICE PLANO DE AULAS ................................................................................................................................................ 04 LEMBRETES IMPORTANTES ............................................................................................................................... 05 ROTEIRO PARA PREPARAÇÃO DE RELATÓRIO .............................................................................................. 06 EXEMPLO DE FLUXOGRAMA ............................................................................................................................ 07 CONCEITO DE ECONOMIA ATÔMICA .............................................................................................................. 08 PARTE I – SÍNTESE TOTAL DE CORANTES ESQUEMA DAS SÍNTESES ................................................................................................................................... 09 1. OBTENÇÃO DA ACETANILIDA ....................................................................................................................... 10 2. OBTENÇÃO DA p-NITRO ACETANILIDA ....................................................................................................... 16 3. OBTENÇÃO DA p-NITRO ANILINA ................................................................................................................. 18 4. OBTENÇÃO DO ÁCIDO SULFANÍLICO ......................................................................................................... 19 5. CORANTES 5.1. diazoaminobenzeno ..................................................................................................................................... 20 5.2. vermelho de monolite ................................................................................................................................... 21 5.3. ácido 4- (2-hidroxi-naftil-azo)-benzenossulfônico ...................................................................................... 22 5.4. ácido 4-(p-hidroxi-fenil-azo)-benzenossulfônico ......................................................................................... 23 5.5. tingimento de fibras ...................................................................................................................................... 24 PARTE II – SÍNTESES SELECIONADAS 6. HIDRÓLISE BÁSICA: preparação e caracterização de sabão ......................................................................... 29 7. ACILAÇÃO: preparação do ácido acetil salicílico ............................................................................................ 31 8. ESTERIFICAÇÃO E TRANSESTERIFICAÇÃO 8.1. Esterificação: preparação do salicilato de metila ...................................................................................... 33 8.2. Esterificação: preparação do acetato de n-butila ........................................................................................ 34 8.3. Transesterificação: preparação do biodiesel de soja .................................................................................. 35 9. OXIDAÇÃO 9.1. Preparação de acetona ................................................................................................................................ 36 9.2. Preparação de benzil ................................................................................................................................... 37 10.CONDENSAÇÃO 10.1. Síntese do 4,5-difenilimidazol .................................................................................................................... 38 10.2. Síntese da fenitoína e difenilglicourila ....................................................................................................... 39 10.3. Síntese do 2,4,5-trifenilimidazol (lofina) .................................................................................................... 40 10.4. Obtenção de um composto piezo-, solvato- e foto-crômico derivado da lofina .......................................... 41 10.5. Preparação de ftalimida .............................................................................................................................. 42 11. POLIMERIZAÇÃO: preparação de poli (metacrilato de metila) .................................................................... 43 12. CLORAÇÃO: preparação de p-cloro anilina ................................................................................................... 44 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................................... 45 Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 4 Plano de Aulas para o __ semestre de 20___ Data h/aula assunto 3 Apresentação do curso. Calendário. Regras de funcionamento do laboratório. 4 ACETANILIDA (acilação) 4 p-NITRO ACETANILIDA (nitração) 4 p-NITRO ANILINA (hidrólise) 4 ÁCIDO SULFANÍLICO (sulfonação) 4 PREPARAÇÃO DE CORANTES (acoplamento) 3 PRIMEIRA PROVA 4 (hidrólise básica) 4 (acilação) 4 (esterificação) 4 (transesterificação) 4 (oxidação) 4 (condensação) 4 (condensação) 4 (polimerização) 4 (cloração) 3 SEGUNDA PROVA Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 5 LEMBRETES IMPORTANTES 1. Certifique-se de estar munido do material obrigatório individual do trabalho pré-aula e do relatório da aula prática anterior antes de entrar no laboratório. 2. Confira todo o material do armário que vai utilizar, avisando aos responsáveis a falta de qualquer item, antes do início da atividade prática. 3. Cuidado ao manusear vidraria, pois em caso de quebra o aluno está passível de arcar com os custos da mesma. Cuidado com choques térmicos provocados quando a vidraria quente é depositada sobre a superfície fria da bancada. Tenha sempre a mão uma tela de amianto ou outro material isolante, para depositar a vidraria quente. 4. Todo material utilizado deverá ser guardado limpo em seus respectivosarmários. Para lavar a vidraria, usar detergente, seguido de enxague com água corrente e rinsagem com álcool,quando necessário. Lembre-se que outros alunos irão utilizar esse mesmo material após sua aula prática. 5. Não jogar sólidos nos ralos ou pias, tanto reagentes químicos como outros materiais, tais como palitos de fósforo, capilares, pedaços de papel de filtro e pérolas de vidro. No caso de resíduos de reagentes consultar o professor ou o técnico sobre os locais de descarte no laboratório. 6. Da mesma forma que o material, também a bancada deverá ser limpa após o término da aula. Use seu perfex ou papel toalha para isso. 7. Ao utilizar vácuo, fique atento ao nível de líquido filtrado no kitassato para que não alcance a saída lateral, porque poderá danificar a bomba de vácuo! Lembre-se de esvaziar o kitazato após usar o sistema de vácuo, para que o próximo usuário o encontre vazio. 8. Ao manusear um reagente, certifique-se de que se trata do reagente correto, lendo atentamente o rótulo do frasco. 9. Quando manusear um reagente líquido, vertê-lo pelo lado oposto ao rótulo. Após a transferência, fechá-lo com a tampa respectiva. No caso de um reagente sólido, usar sua espátula, previamente limpa. Lembre-se de limpar novamente sua espátula após a transferência do reagente. 10. O produto obtido durante a aula deverá ser guardado na prateleira reservada para esse fim no laboratório, rotulado com o nome do produto, nome do aluno, turma, nome do professor e data. MATERIAL OBRIGATÓRIO INDIVIDUAL: . caderno de laboratório; . jaleco de algodão; . óculos de segurança; . espátula; . cópia do procedimento para síntese do produto com cálculos já feitos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 6 ROTEIRO PARA PREPARAÇÃO DE RELATÓRIOS TÍTULO – Deve dar uma idéia clara e exata do que trata o trabalho. O título não é um texto, deve ser portanto conciso e auto-explicativo. 1. INTRODUÇÃO Deve conter: Objetivo do trabalho, Importância do trabalho, Informações teóricas pertinentes ao trabalho disponíveis na literatura. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Pode ser apresentado em itens, de acordo com o experimento realizado. Materiais: é uma lista de todos os reagentes e vidrarias que foram utilizados para a execução do experimento. Métodos: é uma descrição detalhada com as informações necessárias para que este experimento possa ser reproduzido exatamente da mesma maneira como foi realizado. Por exemplo, deve conter quantidades de reagentes e tamanho da vidraria. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Pode ser apresentado em itens, de acordo com o experimento realizado. Deve conter os resultados e a discussão de cada experimento, de acordo com as informações teóricas disponíveis na literatura. Cada experimento tem um objetivo específico, que visa obter informações para que o objetivo geral seja atingido. A discussão é feita pensando sempre no objetivo do seu trabalho. 4. CONCLUSÃO Este item deve descrever de forma clara e objetiva as conclusões tiradas do trabalho. É uma resposta direta às questões formuladas pelo seu objetivo. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Lista dos livros, artigos publicados em revistas científicas ou outras fontes teóricas utilizadas na realização do trabalho. Toda referência bibliográfica deve conter: Se livro: nome dos autores, título do livro, editores, ano da publicação, edição, volume, páginas consultadas. Se artigo científico: nome dos autores (iniciais seguidas do último sobrenome por extenso), nome da revista científica, ano (em negrito), volume (em itálico), número da página inicial. Existem normas que especificam a maneira como as informações devem estar dispostas no item de referências bibliográficas. Informe-se na sua biblioteca, para poder seguir corretamente uma das normas vigentes. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 7 EXEMPLO DE FLUXOGRAMA M O D E L O D E T A B E L A D E C O N S T A N T E S F Í S I C A S MODELO DE TABELA DE DADOS SOBRE A REAÇÃO Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 8 Rendimento teórico: Toxidez/Periculosidade dos reagentes: CONCEITO DE ECONOMIA ATÔMICA Por razões tanto econômicas quanto ambientais a química tem a obrigação de otimizar os seus métodos de síntese, de forma a obter-se o produto desejado com o máximo de conversão e seletividade e com geração do mínimo de subprodutos e rejeito. Esse conceito, denominado "economia atômica" foi formulado na década de 90 por Trost e Sheldon e evidencia a importância de uma química limpa, dentro do conceito de mínima agressão ao meio ambiente ("green chemistry"). O parâmetro economia atômica ou porcentagem de utilização atômica (representado aqui como % A), exprime quanto dos reagentes foi incorporado ao produto, segundo a equação estequiométrica da reação. É portanto um parâmetro de natureza teórica, que não leva em consideração o rendimento da reação ou a presença de outras substâncias além dos reagentes, tanto durante a reação (por exemplo solvente) quanto na etapa de purificação do produto. Entretanto é uma ferramenta bastante útil para uma avaliação rápida da quantidade de rejeitos que serão gerados pela reação em pauta. %A = P.M. do produto desejado / ΣP.M. das substâncias produzidas O fator E, definido como a razão entre a soma das massas dos produtos secundários e a massa do produto desejado, leva em consideração todas as substâncias utilizadas na reação, incluindo-se os solventes (exceto água) e a parcela de reagentes não convertidos. Quanto maior o valor do fator E, maior a massa de rejeito gerada e menos aceitável o processo, do ponto de vista ambiental. fator E = Σ massas dos produtos secundários/massa do produto desejado Recentemente foi definido o parâmetro EQ, denominado quociente ambiental, que é calculado conhecendo-se o valor de Q, um fator arbitrário que define a toxidez ("unfriendliness Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 9 quotient") dos subprodutos obtidos. O parâmetro EQ exprime a aceitabilidade de um determinado processo do ponto de vista ambiental, e baseia-se no fato de que, mais importante do que a quantidade de rejeito gerado é o seu impacto sobre o ambiente. Por exemplo, o fator Q do cloreto de sódio é 1, enquanto sais de metais pesados (como o cromo por exemplo) tem fator Q na faixa de 100 a 1000. PARTE I SÍNTESE TOTAL DE CORANTES ESQUEMA DAS SÍNTESES Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 10 N N NH [5.1] NH2 [1] NHCOCH3 [2] NHCOCH3 NO2 [3] NH2 NO2 [4] NH2 SO3H [5.3] HO N NH3OS [5.4] N NH3OS [5.2] O2N N N HO Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 11 T É C N I C A Rota A: Em becher de 250 mL, na capela, preparar uma suspensão de 2,1 g de acetato de sódio previamente desidratado em 8,4 g de ácido acético glacial (1) (2). Adicionar sob agitação contínua 7,75g de anilina e em seguida 9,15g de anidrido acético. Terminada a reação (3), adicionar sobre a mistura 100 ml de água destilada sob forte agitação (4). Resfriar a mistura reacionalem banho de gelo, filtrar o material precipitado em funil de Buchner e lavar o sólido com água gelada (5). Rota B: Em becher de 250 ml, na capela, pesar 7,75g de anilina. Adicionar 60 ml de água destilada e agitar (8). Mantendo a agitação, adicionar 9,7 g de anidrido acético. Observar a formação da acetanilida (3). Adicionar 50 ml de água destilada gelada, sob forte agitação (4). Resfriar a mistura reacional em banho de gelo, filtrar o material precipitado em funil de Buchner e lavar o sólido com água gelada (5). TESTE DE SOLUBILIDADE E PONTO DE FUSÃO Em um tubo de ensaio colocar 2 gotas de anilina e 4 gotas de água, agitar, em seguida adicionar 4 gotas de solução aquosa a 20% (v/v) de HCl. Num outro tubo, colocar alguns cristais da acetanilida obtida com 6 gotas da solução aquosa 20% de HCl.(6). Observar e anotar o que ocorreu. Determinar o ponto de fusão do produto obtido, usando tubo de Thiele e capilares. PURIFICAÇÃO (opcional) Purificar a acetanilida obtida através de recristalização em becher, utilizando água como solvente. Após a recristalização (7), secar o produto ao ar. Q U E S T I O N Á R I O 1) O que é ácido acético glacial? 2) Descrever como deve ser feita essa desidratação. 3) O que voce pode dizer sobre a velocidade dessa reação? 4) Por que foi adicionada água nesse ponto? 5) Por que o material obtido deve ser lavado com água gelada? 6) Observar atentamente os resultados obtidos e explicar estes fenômenos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 12 7) Quais devem ser as características desse solvente? 8) Qual a função da água durante a reação? 9) Quais as utilizações da acetanilida ? C Á L C U L O S Calcular o rendimento, a economia atômica e o fator E do processo. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 13 T É C N I C A Rota A: Em um erlenmeyer seco de 125 ml, colocar 5g de acetanilida seca e pulverizada e 6,25g de ácido acético glacial (1). Agitar de modo a obter uma boa suspensão. Adicionar então, com agitação constante e cuidado, 23g de ácido sulfúrico concentrado. Resfriar externamente com um banho de gelo e sal, de modo a manter a temperatura do meio reacional entre 0 – 2 oC (2). Adicionar sob agitação constante uma mistura resfriada de 3,8g de ácido nítrico concentrado e 3,2 g de ácido sulfúrico concentrado, contida em um becher de 25mL seco. Durante a adição dessa mistura, manter a temperatura do meio reacional abaixo de 10 oC (3). Terminada a adição, deixar a mistura reacional em repouso a temperatura ambiente por 40 minutos(4). Após este tempo, derramar a mistura reacional sobre 75-80 ml de gelo picado com água (5) sob agitação constante. Deixar em repouso por 10 minutos (6). Filtrar em funil de Buchner e lavar repetidas vezes com água gelada para remoção dos ácidos residuais (7). Rota B: Em erlenmeyer de 125 ml seco, colocar 5,0 g de acetanilida seca e pulverizada. Medir em proveta 17 ml de ácido sulfúrico concentrado e adicionar a metade do volume (8,5 ml) sobre a acetanilida, com agitação constante e colocar a outra metade do ácido em um becher de 25mL seco. Agitar o erlenmeyer para que haja a maior dissolução possível da acetanilida. Resfriar a mistura em banho de gelo e sal (2). Medir 2,8 ml de ácido nítrico concentrado e adicionar ao ácido sulfúrico contido no becher de 25mL, misturando assim, os dois ácidos. Adicionar essa mistura em pequenas porções ao erlenmeyer, lentamente e com agitação. Manter o erlenmeyer em banho de gelo durante essa adição, controlando para que a temperatura não ultrapasse 10 oC (3). Terminada a adição dos ácidos, retirar o erlenmeyer do banho de gelo e deixá-lo em repouso por 25 min. (4). Após esse tempo, adicionar uma mistura de 50g de gelo com 25 ml de água ao erlenmeyer (5). Deixar em repouso por 10 min. (6). Filtrar em funil de Buchner e lavar repetidas vezes com água gelada até a completa remoção dos ácidos residuais (7). DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO Determinar o ponto de fusão do produto obtido, usando tubo de Thiele e capilares. REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO Em um tubo de ensaio, misturar alguns cristais da p-nitro-acetanilida com 8 gotas de solução a 5% de sulfato ferroso amoniacal, recentemente preparada, agitar bem para facilitar a reação. Adicionar Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 14 1 gota de solução aquosa a 10% (v/v) de ácido sulfúrico, agitar bem e, em seguida, 10 gotas de solução etanólica a 10% de KOH. Fechar bem o tubo de ensaio e agitar fortemente. Repetir o ensaio com uma amostra de acetanilida (10). PURIFICAÇÃO (opcional) Escolher um bom solvente (8) para a recristalização (9) do produto. Para tal verificar a solubilidade do produto em água e em etanol. Após a recristalização, secar o produto ao ar ou em estufa, controlando a temperatura a 100 oC. Q U E S T I O N Á R I O 1) Qual a finalidade da adição do ácido acético glacial? 2) Explique porque se consegue temperaturas abaixo de 0 oC com mistura de gelo e sal. 3) Qual o motivo para este limite de temperatura? 4) Qual a razão do repouso? 5) Qual a razão da adição do produto da reação sobre água e gelo e não simplesmente sobre água? (comparar com o procedimento utilizado na preparação da acetanilida). 6) Qual a razão do repouso? 7) Qual a finalidade de eliminar os ácidos residuais e como deve ser feito esse controle? 8) Quais devem ser as características desse solvente? 9) Descreva o procedimento utilizado e compare-o com o utilizado na recristalização da acetanilida. 10) Observe e explique o ensaio de confirmação. 11) Quais as utilizações da p-nitro-acetanilida ? C Á L C U L O S Calcular o rendimento, a economia atômica e o fator E do processo. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 15 T É C N I C A Pôr em refluxo (1) em um balão de 125 mL, durante 30 minutos, uma mistura de 3,75 g de p-nitro acetanilida com 20 ml de solução de ácido sulfúrico 70%(p/p) (2). A mistura reacional, ainda quente, é vertida sobre 100 ml de água fria com gelo. A p-nitro anilina é precipitada pela adição de leve excesso de solução aquosa de NaOH 20%(p/v), com agitação (3).Colocar a mistura em banho de gelo. Após o resfriamento o produto é filtrado e lavado com pouca água gelada (4). OBS : Fazer o cálculo do ácido 70 % e do volume de hidróxido de sódio necessário para completa neutralização dos ácidos. DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO Determinar o ponto de fusão do produto obtido, usando tubo de Thiele e capilares. REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO Em um pequeno vidro de relógio separado, misturar cristais de p-nitro-anilina com 2 gotas de solução de aldeído p-dimetilaminobenzóico dissolvido em ácido acético glacial. O aparecimento de uma coloração vermelha intensa (base de Schiff) indica teste positivo para amina aromática primária ou secundária. Repetir o ensaio com a p-nitro acetanilida preparada na aula anterior (5). PURIFICAÇÃO (opcional) Escolher um bom solvente para a recristalização do produto. Para tal verificar sua solubilidade em água e em etanol. Q U E S T I O N Á R I O 1) Descrever a aparelhagem utilizada (volume do balão, tipo de aquecimento, etc.) 2) Descrever detalhadamente como se prepara esta solução.3) Sugerir um método rápido para verificar se a precipitação foi completa. 4) Qual a finalidade da lavagem com água gelada? 5) Observar e explicar o ensaio de confirmação. 6) Sabendo que a obtenção da p-nitro anilina é a terceira etapa de uma sequência de reações iniciadas com a anilina, por que não se preparou a p-nitro anilina através da nitração direta da anilina? C Á L C U L O S Calcular o rendimento, a economia atômica e o fator E do processo. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 16 T É C N I C A Em um balão seco de 125 ml, colocar 10,2 g de anilina e adicionar cuidadosamente 25,8 g de ácido sulfúrico concentrado em pequenas porções, agitando durante a adição e mantendo fria a mistura reacional por imersão ocasional do balão em cuba com água fria. Observar a precipitação de sulfato ácido de anilina e liberação de vapores. Terminada a adição, conectar um condensador a ar, munido de um tubo de borracha na extremidade superior. A saída do tubo de borracha deve ser colocado em contato direto com um becher contendo solução aquosa de NaOH 10%, para garantir a captação de vapores gasosos tóxicos. Aquecer a mistura em banho de óleo a 190-195 oC por 45 minutos, controlando rigorosamente a temperatura, de forma a evitar a carbonização do reagente. Após o término do aquecimento, resfriar até cerca de 50 oC, e verter cuidadosamente o conteúdo do balão sobre 100 ml de água gelada com gelo, agitando vigorosamente durante a adição. Deixar em repouso por 10 minutos. Filtrar o ácido sulfanílico que cristalizar em funil de buchner, lavando com pouca água e secando bem. PURIFICAÇÃO (opcional) Dissolver o ácido sulfanílico em 150 ml de água a ebulição (se o produto estiver colorido ou muito escuro, adicionar cerca de 1g de carvão ativo) e filtrar a quente em papel pregueado. Reduzir o volume da solução até a metade, resfriar em temperatura ambiente e finalmente filtrar os cristais de ácido sulfanílico purificado em funil de Buchner. Q U E S T I O N Á R I O 1) Propor um mecanismo para a reação de obtenção do ácido sulfanílico. 2) O que é um íon dipolar ? 3) Por que o ácido sulfanílico, ao contrário dos demais ácidos sulfônicos, é insolúvel em água? 4) Citar algumas aplicações do ácido sulfanílico. 5) Por que o ácido sulfanílico tem grande emprego na indústria de corantes? C À L C U L O S Calcular o rendimento, a economia atômica e o fator E do processo. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 17 T É C N I C A Em um becher de 250 ml colocar 3,5g de anilina, 17 ml de água destilada e 5 ml de HCl concentrado, com agitação constante. Resfriar a mistura até a temperatura ambiente e adicionar 15g de gelo picado, mergulhando o becher em seguida em banho de gelo com sal. Em seguida, adicionar gota a gota uma solução de 1,3 g de NaNO2 em 3 ml de água, com agitação, mantendo o banho de gelo e sal (durante 5 minutos). Após a adição, agitar continuamente a mistura por 10 minutos. Adicionar à mistura preparada acima, mantendo a agitação, uma solução de 5,5 g de acetato de sódio cristalizado em 10 ml de água destilada. Manter a agitação e a temperatura na faixa de 5oC por pelo menos 15 minutos, com auxílio de banho de gelo e sal grosso. Haverá formação de um precipitado de coloração amarelo intenso de diazoamino benzeno. Filtrar na bancada,em papel de filtro pregueado, lavando com água gelada, escorrendo bem para evitar escurecimento do produto. Lavar com 3 porções de 10 ml de mistura etanol/água 9:1, escorrer bem e secar o produto obtido sobre folhas de papel de filtro. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 18 T É C N I C A 1. Preparação do cloreto de p-nitro-benzeno-diazônio. Em um becher ou frasco separado de 100 ml, colocar 1,75g de p-nitro anilina preparada, adicionar uma mistura de 3,8 ml de água e 4,4 g de HCl concentrado(d=1,17). Resfriar a mistura até a temperatura ambiente e adicionar 10g de gelo picado, mergulhando o becher em banho de gelo com sal. Em seguida, adicionar solução de 0,9g de NaNO2 em 2 ml de água, lentamente e com agitação, mantendo no banho de gelo e sal. Deixar em repouso por 10 minutos e verificar o final da reação de diazotação pelo aparecimento de cor azul intensa ao colocar uma gota da solução sobre papel de amido iodetado. O papel é preparado pela imersão de uma tira de papel em solução bastante diluida de amido em água quente, contendo um cristal de KI. Terminada a etapa de diazotação, manter esta solução a baixa temperatura (0-5oC) até a hora de sua utilização. 2. Reação de acoplamento do sal de diazônio com β-naftol em meio ácido Em um becher de 50 ou 100 ml dissolver 1,8g de β-naftol em 25 ml de etanol e manter a solução em temperatura aproximada de 5oC. Gotejar lentamente essa solução sobre a solução de cloreto de p-nitro-benzeno-diazônio (preparada acima), agitando continuamente e mantendo a temperatura da mistura reacional em torno de 5oC, com o auxílio de banho de gelo e sal grosso. Após a adição, agitar ocasionalmente a mistura por cerca de 10 minutos. REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO Em um tubo de ensaio contendo 1ml de solução alcoólica de KOH adicionar cristais do corante. O aparecimento de uma coloração violeta intensa confirma a presença do produto. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 19 T É C N I C A 1. Preparação do cloreto de p-sulfo-benzeno-diazônio. Em um becher ou frasco separado de 100 ml colocar 1,5 g de ácido sulfanílico preparado. Adicionar uma solução de 0,5g de carbonato de sódio em 25 ml de água. Agitar para dissolver. Resfriar a solução em banho de gelo e em seguida juntar, solução de 0,85g de nitrito de sódio em 4 ml de água, lentamente e com agitação. Colocar o becher em banho de gelo e sal. Com o auxílio de um termômetro controlar a temperatura do banho até que a solução atinja 5oC. Adicionar então lentamente uma solução de 1ml de HCl concentrado em 4 ml de água, tomando o cuidado de não deixar a temperatura ultrapassar os 5oC. O sal de diazônio formado tem coloração alaranjada e deve ser mantido em banho de gelo até o momento de sua utilização. 2. Reação de acoplamento do sal de diazônio com β-naftol em meio básico Em um becher de 50 ml dissolver 1,25g de β-naftol em 12,5 ml de uma solução de NaOH 5%. Resfriar a solução e adicioná-la lentamente sobre o cloreto de p-sulfo-benzeno-diazônio preparado acima, mantendo a temperatura abaixo de 10oC. Verificar se o meio está alcalino,utilizando papel de tornassol e caso não esteja acrescentar um pouco mais da solução de NaOH. Em seguida, juntar 3g de NaCl (dissolvido no mínimo de água), agitar e deixar em repouso por 20 minutos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 20 TÉCNICA 1. Preparação do cloreto de p-sulfo-benzeno-diazônio. Em um becher ou frasco separado de 100 ml colocar 1,5 g de ácido sulfanílico preparado. Adicionar uma solução de 0,5g de carbonato de sódio em 25 ml de água. Agitar para dissolver. Resfriar a solução em banho de gelo e em seguida juntar, solução de 0,85g de nitrito de sódio em 4 ml de água, lentamente e com agitação. Colocar o becher em banho de gelo e sal. Com o auxílio de um termômetro controlar a temperatura do banho atéque a solução atinja 5oC. Adicionar então lentamente uma solução de 1ml de HCl concentrado em 4 ml de água, tomando o cuidado de não deixar a temperatura ultrapassar os 5oC. O sal de diazônio formado tem coloração alaranjada e deve ser mantido em banho de gelo até o momento de sua utilização. 2. Reação de acoplamento do sal de diazônio com fenol em meio básico Em um becher de 50 ml dissolver 0,89 g de fenol em 4,3 ml de solução de NaOH 5%. Esfriar a mistura a 5oC e adicioná-la lentamente ao cloreto de p-sulfo-benzeno-diazônio preparado acima, mantendo a temperatura abaixo de 10oC. Após a adição, agitar ocasionalmente a mistura por cerca de 10 minutos. P U R I F I C A Ç Ã O O produto pode ser purificado por recristalização em tolueno. O material final deve ser seco ao ar. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 21 [ 5.5 ] 4-(p-nitro-fenil-azo)-fenol T É C N I C A 1. Preparação do cloreto de p-nitro-benzeno-diazônio. Em um becher ou frasco separado de 100 ml, colocar 1,75g de p-nitro anilina preparada, adicionar uma mistura de 3,8 ml de água e 4,4 g de HCl concentrado(d=1,17). Resfriar a mistura até a temperatura ambiente e adicionar 10g de gelo picado, mergulhando o becher em banho de gelo com sal. Em seguida, adicionar solução de 0,9g de NaNO2 em 2 ml de água, lentamente e com agitação, mantendo no banho de gelo e sal. Deixar em repouso por 10 minutos e verificar o final da reação de diazotação pelo aparecimento de cor azul intensa ao colocar uma gota da solução sobre papel de amido iodetado. O papel é preparado pela imersão de uma tira de papel em solução bastante diluida de amido em água quente, contendo um cristal de KI. Terminada a etapa de diazotação, manter esta solução a baixa temperatura (0-5oC) até a hora de sua utilização. 2. Reação de acoplamento do sal de diazônio com fenol em meio básico Em um becher de 50 ml dissolver 1,2 g de fenol em 6,0 ml de solução de NaOH 5%. Esfriar a mistura a 5oC e adicioná-la lentamente ao cloreto de p-nitro-benzeno-diazônio preparado acima, mantendo a temperatura abaixo de 10oC. Após a adição, agitar ocasionalmente a mistura por cerca de 10 minutos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 22 [ 5.6 ] TINGIMENTO DE FIBRAS Corantes e Tingimento: Os corantes incluem um vasto grupo de compostos que tem em comum a propriedade de produzir uma cor permanente em tecidos, couro ou papel. Todos os corantes úteis são compostos aromáticos com sistemas de elétrons altamente deslocalizados, que absorvem luz em determinados comprimentos de onda. Os tipos de estruturas mais importantes são os compostos azo, os cátions triarilmetila e as antraquinonas. A química de corantes envolve muito mais do que o uso de compostos coloridos. O processo de tingimento é uma interação entre o corante e a fibra, e o que conta é a combinação final. Uma substância lindamente colorida não tem utilidade como corante se ela não transfere sua cor irreversivelmente ao tecido. As exigências mais importantes, do ponto de vista do usuário são cores que agradem e que resistam a lavagem, oxidação do ar, suor e exposição a luz intensa. Um outro grupo de considerações surge durante o processo de manufatura. O tintureiro deve ser capaz de obter uma coloração que seja reprodutível. Por razões econômicas os fabricantes devem também chegar a variações de tonalidade e ao mesmo tempo utilizar o corante tão completamente quanto seja possível. O fator principal do tingimento de tecidos é a grande variedade de estruturas químicas presentes em tecidos modernos. Essas incluem as fibras naturas como lã, seda e algodão, e alguns tipos de polímeros sintéticos. No tingimento e prática têxtil, os corantes tem sido classificados tradicionalmente de acordo com o processo de tingimento ou com a fibra que está sendo tingida. Por exemplo, os termos "ácido" ou "base" se referem a corantes que são aplicados usando-se um banho ácido ou alcalino, respectivamente. Existem os corantes que podem ser aplicados diretamente, como os que podem ser utilizados para tingir o algodão . Corantes dispersos são aplicados a partir de uma suspensão mais do que a partir de uma solução do corante. Corantes em tanque são aplicados utilizando-se a forma reduzida e solúvel do corante em um banho, e depois oxidando-o a uma forma colorida e insolúvel sobre o tecido. Cada uma dessas classes de corantes pode incluir vários tipos de estruturas. Dessa forma, um corante disperso ou um corante ácido pode ter um determinado tipo de estrutura cromofórica (que gera cor), de forma que o processo de tingimento envolve a suspensão do corante ou de sua solução ácida, respectivamente. Tabela 1 – Tipos de fibras e corantes. NH2 N N anilina amarela C (CH3)2N N +(CH3)2 verde malaquita (triarilmetil cátion) (composto azo) O O OH OH alizarina (antraquinona) Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 23 Corantes ácidos ou básicos são fixados à fibra por atração iônica, e os termos aniônico e catiônico são mais descritivos e mais significativos. Corantes "ácidos" típicos contém grupos – SO3Na+ e combinam em solução ácida com um tecido contendo grupos –NH2. O processo de tingimento é na verdade uma sequência de troca iônica na qual o cátion –NH3+ da fibra substitui o cátion Na+ do corante. De forma similar, em corantes "básicos", a molécula do corante apresenta estrutura catiônica que se combina com os centros aniônicos presentes na fibra. Seda e lã contém tanto grupos catiônicos –NH3+ quanto grupos aniônicos –CO2- na cadeia lateral do aminoácido, e podem ser tingidos por qualquer tipo de corante iônico. Nylon pode ser preparado tanto com grupos NH3+ terminais ou com grupos –CO2- terminais em excesso; a maior parte dos tecidos de nylon contém excesso de grupos –NH3+ e podem portanto ser tingidos com corantes aniônicos (ácidos). TINGIMENTO ÁCIDO: TINGIMENTO BÁSICO: Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 24 Algodão e celulose modificada (viscose, rayon) não fornecem boa permanência com corantes aniônicos ou catiônicos comuns. Um grupo importante de corantes que são dirigidos para algodão são compostos nos quais os grupos azo ocorrem a uma distância que corresponde a distância entre as unidades hexose da cadeia da celulose. O corante fica ligado à fibra por uma série de atrações por pontes de hidrogênio. Um único grupo azo é insuficiente para a permanência do corante; compostos "bis-azo", com dois grupos azo ligados a um sistema bifenila fornecem corantes excelentes para esses tipos de tecidos. Fibras de poliéster e de acetato de celulose são as que apresentam a menor afinidade para adsorção de corantes em solução. Essas fibras são tingidas pelo processo de dispersão. O tecido é aquecido em uma suspensão de um corante insolúvel e um "carrier" que aumenta a penetração. O corante torna-se disperso na fibra hidrofóbica. Como não há ligação com a fibra, corantes dispersos são frequentemente menos permanentes do que outros tipos de corantes. Um desenvolvimento importante na prática têxtil é o uso de fibras mistas ou misturadas. No tingimento desses materiais, a ligação diferencial de corantes nas fibras individuais fornece cores texturizadas. O tecido misturado é tratado com uma mistura de corantes, e a falta de afinidade da fibra com certos corantes é tão importantequanto sua afinidade para outros. Uma fibra em mistura ou um tecido fabricado com diferentes fibras pode sofrer tingimento cruzado com uma mistura de tipos de corantes. Dessa forma, matizes de cores podem ser alcançadas em uma única operação de tingimento. Uma ampla gama de corantes está disponível para cobrir as diversas necessidades por cores em tecidos. O processo de tingimento é determinado pelo tipo de tecido e de corante, porém um certo número de fatores contribui para o resultado final. A concentração de corante, a presença de eletrólitos e a temperatura são variáveis importantes no banho corante. O grau de molhabilidade e inchamento da fibra, a duração do tingimento e a adição de compostos tensoativos são outros fatores que afetam o resultado final. Devido ao grande número de fatores que podem ser variados e as interações complicadas entre o corante e a fibra, o tingimento de tecidos é uma prática bastante empírica, que necessita de habilidade e longa experiência. Nesse experimento, as afinidades relativas de fibras com determinados tipos de corantes serão determinadas a partir da exposição de amostras de várias fibras a diferentes corantes, sob as mesmas condições. . Tecidos: lã, orlon, dacron, nylon, algodão, acetato. . Corantes: um corante neutro [5.1] [5.2], um corante catiônico (verde malaquita), um corante aniônico [5.3] [5.4]. Preparar solução 0,1% dos corantes neutros, catiônico e aniônicos. T É C N I C A Transferir 1 mL de solução de cada corante em pequenos tubos de ensaio e imergir tiras de diferentes fibras. Aquecer a solução em banho de vapor por alguns minutos e então lavar, secar e observar as intensidades relativas de cor nas diferentes fibras, em função da natureza dos corantes testados. Preparar uma tabela contendo os resultados observados, e as amostras dos tecidos tingidos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 25 PARTE II A ) T É C N I C A P A R A O B T E N Ç Ã O D E S A B Ã O A Q U E N T E Em um becher pequeno, preparar uma solução de 2,5g de NaOH em uma quantidade mínima de água e completar o volume a 37 ml com etanol (1). Em um balão de 125 ml, introduzir 2,5 g de gordura ou óleo e adicionar a solução de NaOH preparada acima. Adaptar ao balão um condensador e colocar o sistema em refluxo por 30 minutos ou até que toda a gordura tenha sido hidrolisada. Terminado o refluxo, a mistura reacional é concentrada pela remoção do etanol por destilação simples. Nesta etapa o aquecimento pode ser feito em banho-maria e não há necessidade de utilizar termômetro. É importante que todo o álcool seja retirado do meio reacional. O resíduo é solubilizado em 25 ml de água (testar o pH da solução com papel indicador universal) e a solução resultante é transferida para um becher de 125 ml . Adicionar sobre a solução um volume igual de solução saturada de NaCl (35g/100 ml). O sabão é então filtrado em funil de Buchner e deixado ao ar para que o teor de água diminua. OBS.: para diminuir o pH do sabão, a operação de solubilização e floculação deve ser repetida algumas vezes (2). B ) T É C N I C A P A R A O B T E N Ç Ã O D E S A B Ã O A F R I O ( s a b ã o d e c o c o ) . Em becher de 100 ml colocar 20g de óleo de coco babaçú (d=0,925 g/ml). Preparar 10,2 g de uma solução de NaOH 30 % p/p. Resfriar e adicionar lentamente a solução de NaOH (com auxílio de funil de decantação) ao óleo de coco contido no becher, com agitação constante, em uma única direção (tempo de adição em torno de 30-40 minutos); Continuar a agitação após o término da adição, até que a massa bruta possa ser transferida para uma caixa de papelão ou a parte inferior de uma garrafa plástica (de álcool ou de refrigerante). Eembrulhar o sabão bruto em papel jornal para manter o calor da reação e deixar em repouso por 48 horas, para que a reação se complete. Após o tempo estabelecido pesar a barra de sabão obtida, para calcular o rendimento da reação. SABÃO ( TIPO SABONETE ) Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 26 Pôr em um balão de fundo redondo de 100 ou 125 ml, 3,0 g de gordura de coco e 5,5 g de ácido esteárico. Adicionar ao balão, com uso de funil, uma solução de 1,5 g de hidróxido de sódio (NaOH) em 6,0 mL de água, em seguida, adicionar 10 ml de etanol. Pôr em refluxo a mistura por 30 minutos, em banho-maria. Após esse tempo, desligar o aquecimento, levantar somente o condensador, adicionando imediatamente 2,5 mL de glicerol, 5 a 7 gotas da essência escolhida e gotas de corante até obter a cor desejada. Transferir a mistura reacional para as fôrmas, afim de moldar o sabonete. Aguardar, sem mexer, alguns minutos para endurecimento do mesmo. O sabonete fica com pH entre 7,5 -- 8,0 Q U E S T I O N Á R I O 1) Qual a finalidade do uso de etanol como solvente nesta reação? 2) Cite as vantagens e desvantagens do uso de sabões de diferentes pH. 3) Proponha um mecanismo para a hidrólise básica realizada. 4) Quais reagentes podem ser adicionados a um sabão para dar transparência ? 5) Qual a finalidade do ácido esteárico ? C Á L C U L O S Rendimento bruto, economia atômica, fator E. OBS.: para efetuar os cálculos, procurar na literatura a composição média em ácidos graxos presente no óleo ou gordura utilizado no item A e no óleo de coco (item B). Utilizar o ácido graxo presente em maior quantidade como referência para o cálculo do mol do triglicerídeo (reagente de partida) em cada preparação. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 27 TÉCNICA Em balão de 50 ml de capacidade colocar 2,5g de ácido salicílico e 6 ml de anidrido acético. Agitar manualmente até formação de uma mistura homogênea. Adicionar 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, com cuidado. Haverá dissolução da mistura, com aumento da temperatura (reação exotérmica). Adaptar um condensador e aquecer a mistura reacional em banho-maria, mantendo a temperatura na faixa de 45-50 oC e agitando constantemente o sistema. Manter o aquecimento por 20 minutos. Retirar uma pequena amostra do sólido branco que se forma e testá-la com solução de FeCl3 a 1% (1). Se o resultado do teste for positivo, continuar o refluxo por mais 5 minutos, quando então deverá ser realizado novo teste. O teste e a operação de aquecimento devem ser repetidos até resultado negativo. Resfriar o sistema, adicionar 30 ml de água gelada e filtrar o material em funil de Buchner, lavando com pouca água gelada. Secar o produto ao ar. OBS : Para ver a coloração positiva do teste, realizar o ensaio do FeCl3 com o ácido de partida. P U R I F I C A Ç Ã O Dissolver o produto bruto em 20 ml de álcool quente contido em becher. Verter a solução sobre 50 ml de água quente contida em erlenmeyer de 125 ml. Caso se forme precipitado, aquecer. Transferir a mistura para um becher e deixar em repouso até alcançar a temperatura ambiente. O AAS precipita sob forma de agulhas (2). R E A Ç Ã O D E C O N F I R M A Ç Ã O Em tubo de ensaio dissolver alguns cristais do AAS em 8 gotas de etanol a 50%. Adicionar 4 gotas de solução de KOH alcoólica saturada de cloridrato de hidroxilamina e 4 gotas de solução de KOH alcoólica. Aquecer até a reação se iniciar, quando ocorre borbulhamento da solução. Adicionar 5 gotas de solução a 5% (v/v) de HCl e adicionar 1 gota de solução aquosa a 1% de FeCl3. Uma coloração vermelha a violeta intensa aparece devido à formação de hidroxamato férrico e indica teste positivo para éster carboxílico (3). Q U E S T I O N Á R I O 1) Justificar esteensaio, explicando as reações envolvidas e os resultados observados. 2) Explique este procedimento descrevendo todas as etapas envolvidas. 3) Escreva as reações envolvidas. CÁLCULOS : Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 28 [ 8 ] - ESTERIFICAÇÃO E TRANSESTERIFICAÇÃO T É C N I C A Primeira etapa: Em balão de 125 ml de capacidade colocar 13,8 g de ácido salicílico. Levar o balão para uma capela e adicionar 32g de metanol e 7,4g de ácido sulfúrico concentrado, com cuidado (1). Juntar fragmentos de porcelana porosa e aquecer sob refluxo, durante 4 horas. Caso não haja tempo suficiente, anotar o tempo de refluxo e na segunda etapa da aula reiniciar o refluxo até completar o tempo de 4 horas. Segunda etapa: Montar aparelhagem para destilação simples, usando aquecimento em banho-maria e destilar o excesso de metanol. Esfriar o resíduo e adicionar 100 ml de água. Transferir com pouca agitação para funil de separação (2) e retirar a camada inferior de éster. Lavar o produto uma vez mais com água e em seguida com pequenas porções de solução de carbonato de sódio -10% (3), até reação alcalina ao papel de tornassol. Adicionar solução de NaCl-30%, separar e secar sobre 5g de sulfato de magnésio anidro (4) por 10 minutos, com agitação ocasional. Filtrar e destilar o produto bruto obtido usando condensador a ar. Q U E S T I O N Á R I O 1) Por que esta operação é perigosa? 2) Como voce pode garantir qaue a camada superior é realmente a fase aquosa? 3) Qual a finalidade desta operação? 4) Que outro tipo de dessecante poderia ser utilizado nesta fase? C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 29 TÉCNICA: Em um balão de fundo redondo de 125 ml, adicionar 9,25 g de álcool n-butílico e 15 g de ácido acético glacial. Misturar bem e adicionar cautelosamente 0,45 g de H2SO4 concentrado (8 gotas) (1). Adaptar um condensador de refluxo e aquecer à ebulição em banho de óleo por 2 horas. Terminado o refluxo, derramar a mistura reacional sobre 80 ml de água gelada e transferir toda a mistura para um funil de separação de 125 ml. Desprezar a fase aquosa (camada inferior) (2) e lavar a fase orgânica com 50 ml de solução aquosa saturada de NaHCO3 (3), desprezar a fase aquosa. Lavar com mais 25 ml de água. Transferir o éster bruto para um erlenmeyer de 50 ml seco e adicionar cerca de 2 g de Na2SO4 ou MgSO4 (4) anidro. Após algum tempo, filtrar o éster em papel de filtro pregueado, recolhendo o filtrado e descartando o sólido. PURIFICAÇAO Purificar o éster obtido por destilação fracionada com coluna de Vigreux, recolhendo a fração que destila entre 124-126 oC. QUESTIONÁRIO 1. Por que esta operação é perigosa? 2. Como voce pode garantir que a camada inferior é relamente a fase aquosa? 3. Qual a finalidade desta operação? 4. Que outro tipo de dessecante poderia ser utilizado nesta fase? E qual não poderia ser utilizado? 5. Quais os usos mais comuns dos ésteres ? C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 30 TÉCNICA: Dissolver 0,75 g de hidróxido de potássio (KOH) em 17,5 mL de metanol, com auxílio de agitação e controle de temperatura (45oC) até a completa dissolução do KOH. Em um balão de fundo chato (125 mL) adicionar 50 ml de óleo de soja comercial. Adicionar pérolas de vidro e aquecer em banho-maria até atingir a temperatura de 45 oC. Em seguida, adicionar a solução de metóxido de potássio recentemente preparada, e manter a mistura reacional a 45 oC por 10 minutos. Transferir a mistura reacional para funil de separação das fases: superior, biodiesel e inferior, glicerol, sabões, excesso de base e álcool. Aguardar pelo menos 15 minutos para completa separação das fases. Recolher a fase inferior em proveta e anotar o volume. Transferir o biodiesel obtido (fase superior) para uma proveta de 50 ml e medir o volume (rendimento bruto). Retornar o biodiesel de soja para o funil de separação e proceder a etapa de lavagem. Adicionar inicialmente 25 mL de solução aquosa de ácido clorídrico a 0,5% (v/v). Em seguida, lavar com 25 mL de água destilada. Confirmar ausência de catalisador básico pela medida do pH da última água de lavagem, a qual deve estar neutra. Secar o biodiesel utilizando-se Na2SO4. Medir o volume obtido em proveta. O biodiesel aparece como um líquido límpido de coloração amarela. CARACTERIZAÇÃO Cromatografia em Camada Fina: Dissolver o biodiesel obtido e o óleo de soja de partida em éter de petróleo ou hexano e aplicados sobre uma placa de cromatografia em camada delgada (CCD). Utilizar como fase móvel uma mistura ternária de éter de petróleo:éter etílico:ácido acético (80:19:1). Após a eluição, revelar a placa. Ensaio de Combustão: Utilizar cadinhos de porcelana contendo chumaços de algodão embebidos com óleo de soja, biodiesel, metanol e glicerina. Usar palito de fósforo como fonte de calor para promover a combustão. Anotar as diferenças observadas. Ref.: Geris et al. (2007) Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 31 CONDENSAÇÃO T É C N I C A Misturar em gral 7,5 g de anidrido ftálico com 4g de uréia. Transferir a mistura para balão de fundo redondo de 125 ml, imerso em banho de óleo. Vedar frouxamente a boca do balão com rolha de cortiça furada (1). Aquecer o banho de óleo a 150 oC (2), dando início a reação (3). Em seguida, elevar gradativamente a temperatura do banho até 190-200 oC e manter esta temperatura durante 40 minutos. Finalmente remover o banho de óleo, deixar esfriar e desagregar com cuidado a massa sólida com bastão de vidro, juntando 50 ml de água. Filtrar a ftalimida a vácuo em funil de Büchner, lavando o balão com água destilada gelada e transferindo esta para o funil. Colocar o material obtido para secar ao ar ou em estufa a 100 oC. R E A Ç Ã O D E C O N F I R M A Ç Ã O Aquecer vigorosamente em um tubo de ensaio uma mistura de ftalimida com óxido de cálcio e pesquisar o desprendimento de amônia, colocando uma tira de papel de tornassol rosa, umedecida em água, na boca do tubo para recepção dos vapores. A mudança de cor do papel de tornassol para azul indica teste positivo para amônia. Q U E S T I O N Á R I O 1) Explique a necessidade deste tipo de vedação. 2) O que ocorre com a mistura de sólidos no balão quando o banho de óleo atinge a temperatura de 150 oC? 3) Descreva o que você observou por ocasião do início da reação. 4) Quais as utilizações da ftalimida ? C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 32 2 ª PARTE SÍNTESES SELECIONADAS OXIDAÇÃO TÉCNICA Em balão de destilação de 250 ml, colocar 7,5 g de isopropanol e 30 ml de água. Encaixar no balão um adaptador de Claisen contendo de um lado um funil de adição e do outro uma cabeça de destilação munida de termômetro, condensador de tubo reto, unha e balão para recolhimento de destilado. Preparar uma mistura sulfocrômica (CUIDADO), adicionando lentamente 22,5 g de ácido sulfúrico concentrado sobre uma suspensão de 14,5 g dedicromato de potássio em 75 ml de água (1). Resfriar a solução e transferi-la cautelosamente para o funil de adição. Adicionar cuidadosamente e lentamente a mistura oxidante contida no funil para o balão contendo o álcool, resfriando externamente o balão se for necessário (2). Após a adição, remover o funil de adição, fechar a saída lateral, adaptar um termômetro na cabeça de destilação e proceder a destilação da mistura reacional, coletando o destilado que passar até 95 oC, em balão imerso em banho de gelo. Montar aparelhagem para destilação fracionada, utilizando coluna de Vigreux e proceder a destilação, reconlhendo a fração que destila em torno de 56 oC (3). R E A Ç Ã O D E C O N F I R M A Ç Ã O Em tubo de ensaio limpo colocar 1 a 2 gotas da acetona obtida e, em seguida, cerca de 1 ml de solução recém preparada de 2,4-dinitro-fenil-hidrazina (4). O aparecimento de uma coloração amarelo-alaranjada e a presentça de cristais alaranjados indica teste positivo para aldeídos e cetonas. Q U E S T I O N Á R I O 1) Descrever como deve ser feita esta operação. 2) Por que a mistura oxidante deve ser adicionada lentamente e com resfriametno externo do balão? 3) Descrever a aparelhagem necessária para executar esta operação e dizer qaual é a sua finalidade. 4) Mostrar as reações envolvidas. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 33 OXIDAÇÃO TÉCNICA Preparar 10 ml de solução aquosa 80% de ácido acético. Em balão de 100 ml adicionar benzoína (10 mmol), NaNO3 (12mmol) e Cu(OAc)2 di-hidratado (0,3 mmol). Em seguida adicionar 10 ml de solução aquosa 80% de ácido acético. Adaptar condensador de refluxo e aquecer a mistura durante uma hora. Após o refluxo, deixar a mistura reacional resfriar. Adicionar água (30 ml) e filtrar o produto obtido. Obs: As vezes é necessário incluir algumas gotas de ácido nítrico devido à precipitação de cobre metálico. PURIFICAÇÃO Recristalizar o produto utilizando EtOH e água. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. O OH O O NaNO3, Cu(OAc)2 HOAc, H2O Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 34 CONDENSAÇÃO O O HMTA N HN NH4OAc, AcOH TÉCNICA Em balão de 100 ml adicionar benzil (5,25g), HMTA (0,70g) e NH4OAc (7,50g). Em seguida adicionar 20 ml de ácido acético. Adaptar condensador de refluxo e aquecer durante uma hora. Preparar uma solução de hidróxido de amônia (30ml) em água (30 ml). Decorrido o tempo de refluxo aguardar o resfriamento da reação. Transferir o balão para banho de gelo e adicionar a solução de hidróxido de amônia. Aguardar a completa precipitação do produto obtido. Isolar o produto por filtração utilizando um funil de Buchner. Lavar com bastante água, e deixar o produto secar ao ar livre. PURIFICAÇÃO A purificação pode ser feita por recristalização com etanol. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 35 CONDENSAÇÃO O O O H2N NH2 N H H N O O N H H N H N N H OO KOH, EtOH + TÉCNICA Preparar uma solução de KOH (2.0g) em etanol absoluto (80 mL) (1). Em um balão seco de 250ml, colocar 4.20g de Benzil, 2,10g de uréia e a solução alcoólica de KOH. Adaptar um condensador de refluxo e aquecer a mistura reacional, observando a rápida formação de uma pasta colorida (2). Manter o refluxo por 90 minutos. Terminado o refluxo, derramar a mistura reacional sobre água (100mL) e gelo. Filtrar o precipitado formado em papel de filtro para remover a difenilglicourila, e lavar o resíduo com água (3). O filtrado deve ser recolhido do kitassato, transferido para um erlemeyer e em seguida acidificado com uma solução concentrada de HCl (6mL). A suspensão que se forma deve ser filtrada em papel de filtro para remover a fenitoína (4). O resíduo é lavado com água e seco ao ar. C Á L C U L O S Rendimento (teórico, em gramas e experimental); Economia Atômica; Fator E. QUESTIONÁRIO 1. Pesquisar como a fenitoína é obtida industrialmente (rotas sintéticas) e sua aplicação. 2. Explicar este procedimento, descrevendo as reações envolvidas e os resultados observados. 3. Pesquisar sobre o rearranjo Benzil-Benzílico. 4. Mostrar as reações envolvidas. 5. Qual reagente é o reagente limitante para a obtenção da hidantoína? O mesmo reagente é limitante para a obtenção da difeniluréia? 6. Mostrar o procedimento para o cálculo dos rendimentos dos produtos. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 36 CONDENSAÇÃO O O NH4OAc, AcOH + O N H N TÉCNICA Em balão de 100 ml adicionar benzil (5,00g). Solubilizar adicionando 50 mL de ácido acético. Em seguida adicionar benzaldeído (2,5mL) e acetato de amônio (10g). Adaptar condensador de refluxo e aquecer a mistura durante uma hora. Decorrido o tempo de refluxo aguardar o resfriamento da reação, adicionar 150mL de água e filtrar o sólido precipitado. PURIFICAÇÃO O material obtido pode ser purificado por recristalização com etanol. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 37 CONDENSAÇÃO N H N N N N N Ph Ph Ph N N Ph NN Ph Ph Ph Ph Ph KOH, EtOH K3Fe(CN)6, H2O ou NaOCl aquosa e TÉCNICA Preparar uma solução de hidróxido de potássio (4,00g) em etanol 95% (40 mL). Em erlenmeyer de 250 ml pesar 0,50 g de 2,4,5-trifenilimidazol (lofina) e adicionar a solução de KOH. Em seguida, resfriar a mistura a 5oC em banho de gelo. Preparar uma solução de ferricianeto de potássio (1,50g) em água (150mL). Gotejar a solução do oxidante sobre a solução etanólica com cuidado, de forma que a temperatura se mantenha abaixo de 10oC. Após a adição da solução de K3Fe(CN)6, filtrar o material obtido e lavar com água. Deixa o produto secar ao ar livre. Uma vez seco, pode-se testar suas propriedades físicas. OBS.: pode-se empregar no lugar do ferricianeto de potássio uma solução de hipoclorito de sódio. Caso a concentração de Cl seja > 5%, utilizar a solução de NaOCl (50 ml) diluida em 50 ml de água. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 38 POLIMERIZAÇÃO TÉCNICA Em frasco de vidro seco introduzir 20 ml de metacrilato de metila, previamente destilado sobre hidroquinona, e 0,20 g de peróxido de benzoíla. Fechar frouxamente o frasco com rolha de borracha. Imergir o frasco em banho de água a 80-90oC, agitando suavemente de tempos em tempos, de modo a homogeneizar, sem contudo permitir a inclusão de bolhas de ar na massa reacional. Prosseguir aquecendo até que o líquido se torne perceptivelmente viscoso. Deixar esfriar a temperatura ambiente,em repouso. Preparar moldes para receber a mistura polimérica da seguinte maneira: unir duas placas de vidro, ou dois vidros de relógio, completamente limpos e secos, com uma gaxeta, apertando as lâminas de vidro com garras de Foffmann ou similar. A gaxeta é preparada utilizando um tubo de borracha, polietileno ou outro material flexível, de pequeno diâmetro, conforme a espessura desejada para a placa de poli(metacrilato de metila) a ser preparada. O tubo é enrolado com uma fita de celofane (ou Teflon). A gaxeta deve ser longa o bastante para fechar inteiramente a célula de vidro preparada, permitindo, entretanto, uma abertura para introdução da massa viscosa polimérica. Transferir a mistura parcialmente polimerizada para a célula de vidro, e deixar a polimerização se completar em estufa a 40oC ou a temperatura ambiente por uma semana. Quando a placa acrílica estiver rígida, levar por algum tempo o sistema à geladeira ou resfriar com gelo para facilitar a remoção da lâmina de polímero. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 39 CLORAÇÃO TÉCNICA Etapa 1: preparação da p-cloro acetanilida Em um becher de 25 mL preparar uma suspensão de acetanilida (0,68g) em ácido sulfúrico conc. (6,0 mL). Colocar o becher em banho de gelo e, controlando a temperatura entre 0 e 4oC, adicionar em pequenas porções, ácido tricloroisocianúrico (0,52g). Após 15 minutos, verter a solução contida no becher para um novo becher contendo aproximadamente 50 mL de gelo. Filtrar o precipitado formado a vácuo em funil de Büchner e recristalizar em uma mistura de água/etanol (70:30). Etapa 2: preparação da p-cloro anilina por hidrólise da p-cloro acetanilida Preparar 10 ml de uma solução a 70% (p/p) de H2SO4. Em um balão de fundo redondo conectado a um condensador de refluxo foram adicionados 1,76g de p-cloro acetanilida e a solução de ácido sulfúrico. Adaptar condensador de refluxo e manter a mistura sob refluxo durante 40 min. Preparar 60 mL de solução aquosa 20% de NaOH. Findo o tempo de refluxo, verter a mistura reacional, ainda quente, sobre 50 mL de água destilada gelada. Adicionar em seguida 40 mL da solução de NaOH (ou quantidade suficiente para formação de precipitado branco). Filtrar o precipitado a vácuo em funil de Büchner e lavar com água gelada. C Á L C U L O S Rendimento; Economia Atômica; Fator E. Manual de Química Orgânica Experimental II • 1ª edição Depto. de Química Orgânica • Instituto de Química da UFRJ 40 BIBLIOGRAFIA Bastos, R.S., Cunha, A.S., Silva, L.C., Oliveira, C.C.P., Rezende, C.M., Pinto, A.C., Quimica Nova 2008, 31, 172. Bell, C.E., Clark, A.K., Taber, D.F., Rodig, O.R., Organic Chemistry Laboratory. Saunders College Publishing, 1997. Faria, H.E.S.V.T. 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