Relatório Síntese da cicloexanona

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SÍNTESE DA CICLOEXANONA A PARTIR DO CICLOEXANOL
PETRY, Alexandra, CAETANO, Kelly. C., FERNANDES, Vinicios. P.
a. Unisul, Santa Catarina 
Resumo
Neste estudo foi feito a síntese da cicloexanona a partir do cicloexanol através de uma reação com água sanitária. Para a sintetização do produto foi utilizado da reação de oxidação entre cicloexanol e água sanitária em meio ácido entre 40-45 ºC, ajustando a temperatura com banho de gelo e chapa de aquecimento, procedeu-se a extração com diclorometano 20 mL duas vezes e depois lavou-se a solução com bicarbonato de sódio duas vezes, secou-se a fase orgânica com sulfato de sódio anidro então deu-se seguimento à purificação, qual esta que foi feita com a técnica de extração líquido-líquido. Os resultados indicaram que, com resultado teórico de 7,54 g e um resultado experimental de 2,72 g, obteve-se, então, uma eficiência de 36,07 % na preparação do produto, valor este baixo que pode ter sido causado pela dificuldade em manter a temperatura nos padrões exatos ao decorrer do experimento, caindo para 38-39 ºC ocasionalmente.
Palavras-chave: água sanitária, cicloexanol, cicloexanona, diclorometano.
1. INTRODUÇÃO
Os álcoois são materiais de partida versáteis para a preparação de uma variedade de grupos funcionais orgânicos. A oxidação de um composto orgânico pode ser mais amplamente definida como uma reação que aumenta a quantidade de qualquer elemento mais eletronegativo que o carbono. A oxidação de um álcool produz um composto carbonílico, e o agente oxidante é que determinará se o composto carbonílico resultante será um aldeído, uma cetona ou um ácido carboxílico. Os álcoois primários são oxidados a aldeídos ou a ácidos carboxílico. Álcoois secundários podem ser oxidados a cetonas, e se houver o controle de temperatura, pode-se obter cetonas com excelentes rendimentos. A reação de oxidação de álcoois secundários costuma parar no estágio cetona, pois, uma oxidação adicional requer a quebra de uma ligação carbono-carbono (CAREY, 2011; FRYHLE; SOLOMONS, 2012).
O bissulfito de sódio é adicionado facilmente em solução aquosa à maioria dos aldeídos e metil-cetonas e cetonas cíclicas não impedidas. A reação pode ter utilidade na separação de compostos carbonilados de misturas e na purificação destes. Lava-se a mistura com uma solução aquosa diluída de bissulfito de sódio que extraí o composto carbonilado para a fase aquosa como produto de adição. Quando em meio básico ou ácido é adicionado à solução de bissulfito de sódio, se destrói o íon bissulfito, deslocando o equilíbrio para a esquerda e regenerando o composto carbonilado (ALLINGER et al., 2011).
Segundo Santos et al. (2009); Zorzanelli; Muri (2015), na literatura é descrito um grande número de reagentes para oxidação de álcoois. Muitos destes reagentes, principalmente aqueles à base de cromo, como , , , etc., apesar de muitas vezes proporcionarem bons rendimentos, vêm sendo substituídos por outros que não ofereçam riscos ao meio ambiente e à saúde humana. O hipoclorito de sódio com teores entre 7-2,5 % de cloro ativo, presente em produtos comerciais usados para desinfecção (como a água sanitária), tem sido usado para oxidação de álcoois a cetonas como uma alternativa que atende aos princípios da química verde, além de ser de fácil acesso e baixo custo.
A cicloexanona, obtida na oxidação do cicloexanol com hipoclorito de sódio comercial, é utilizada na síntese de muitos compostos orgânicos, tais como fármacos, inseticidas e herbicidas, além de ser um excelente solvente para lacas, resinas e polímeros, porém, sua maior aplicação está na indústria de nylon, sendo que mais de 96 % da sua produção é utilizada na obtenção do ácido adípico e da ε-caprolactama (STEFFEN, 2007).
Este artigo tem por objetivo sintetizar a cicloexanona a partir do cicloexanol, por meio da oxidação de água sanitária comercial (hipoclorito de sódio) em meio ácido.
2. MÉTODO 
A um balão de 3 bocas de 250 mL foram conectados um funil de adição um termômetro e um condensador. Adicionou-se ao balão de três bocas 8,0 mL de cicloexanol e 4,0 mL de ácido acético glacial. Ao funil de adição foram transferidos 130 mL de solução 0,74 M de hipoclorito de sódio (água sanitária comercial).
Iniciou-se a adição de hipoclorito de sódio sobre a mistura cicloexanol-ácido acético, cuidadosamente, por um período de 20-25 minutos. Ajustou-se a velocidade de adição de tal forma que a temperatura da reação fora mantida entre 40-45 ºC (monitorada através de um termômetro, previamente, diretamente imerso na reação). Esfriou-se a reação com auxílio de um banho de gelo quando excedeu 45 ºC, mas nunca se permitiu que a temperatura chegasse abaixo de 40 ºC, pois deve causar uma diminuição no rendimento. Agitou-se o sistema ocasionalmente enquanto a adição ocorria, permitindo uma melhor homogeneização do sistema.
Após a adição completa da solução de hipoclorito, deixou-se a reação em repouso por 15-20 minutos, agitando-a ocasionalmente. Em seguida, adicionou-se 2-3 mL de uma solução saturada de bissulfito de sódio, agitou-se a mistura e transferiu-se para um funil de separação. Procedeu-se a extração com diclorometano 20 mL (2x), juntou-se os extratos orgânicos e lavou-se cuidadosamente com uma solução saturada de bicarbonato de sódio 20 mL (2x). Secou-se a fase orgânica com sulfato de sódio anidro, filtrou-se diretamente para um balão e retirou-se o solvente em um evaporador rotativo. Transferiu-se o material obtido para um balão menor e procedeu-se à uma destilação fracionada para a purificação da cicloexanona e, depois, calculou-se o rendimento da reação.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A cicloexanona foi preparada a partir do cicloexanol, através de uma reação de oxidação com água sanitária (hipoclorito de sódio) em meio ácido.
Figura 1. Mecanismo da cicloexanona
Fonte: Autores, 2019.
Conforme visto na Figura 1, o cicloexanol atua como base e recebe um hidrogênio do ácido acético e em seguida, o cicloexanol já protonado, sofre ataque do ácido hipocloroso que desloca a água. O intermediário formado rapidamente perde um hidreto que ataca o cloro, ao mesmo tempo que a ligação O-Cl se rompe para dar origem à ligação C=O, dando origem à cicloexanona protonada, que perde o hidrogênio para uma molécula de água já formada anteriormente, o que dá origem ao produto final, a cicloexanona.
O ácido acético, além de acidificar o meio, também funciona como tampão acetato, uma vez que é produzido acetato e ácido clorídrico, controlando assim a acidez do meio reacional (MARCONATO, FRANCHETTI e PEDRO, 2004). A cicloexanona é um líquido relativamente volátil, então utilizou-se o refluxo para dificultar a saída de seus vapores, à medida que esta foi sintetizada (STEFFEN, 2007). Foi adicionado à mistura o bissulfito de sódio para neutralizar o hipoclorito de sódio (SILVA, 2005). A purificação da cicloexanona foi feita utilizando a técnica de extração líquido-líquido com diclorometano. O hidróxido de sódio foi adicionado para neutralizar o caráter ácido do hipoclorito de sódio ainda presente no meio (ZORZANELLI, MURI, 2015). O solvente foi retirado da fase orgânica pelo evaporador rotativo.
Depois de retirado o excesso de solvente e determinado a massa de cicloexanona obtida, que foi de 2,72 g, pode-se calcular o rendimento da reação. O cicloexanol apresenta peso molecular de 100,158 g/mol e densidade de 0,986 g/mL, na prática, foram usados 8 mL de cicloexanol. O peso molecular da cicloexanona é de 98,15 g. Desta forma pode-se calcular a massa inicial de reagente a partir do volume de cicloexanol colocado para reagir:
A porcentagem encontrada para a síntese da cicloexanona foi de 36,07 %. O baixo valor pode estar associado ao fato de que durante a realização do experimento foi difícil manter a temperatura entre 40-45 °C. Foi observado que em alguns momentos a temperatura ficou entre 38-39 °C, o que explica a diminuição no rendimento.
4. CONCLUSÃO
A cicloexanona foi preparada a partir do cicloexanol, através de uma reação deoxidação com água sanitária em meio ácido e sua purificação foi feita com a técnica de extração líquido-líquido, utilizando diclorometano. A porcentagem encontrada para a síntese da cicloexanona foi de 36,07 %. Acredita-se que esse baixo valor de rendimento está relacionado ao fato de que durante a realização do experimento a temperatura ficou entre 38-39 °C.
5. REFERÊNCIAS
ALLINGER, N. L. Química orgânica. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
CAREY, F. A. Química orgânica. 7ª ed. V.01. São Paulo: AMGH Editora Ltda, 2011.
FRYHLE, C. B.; SOLOMONS, T. W. G. Química orgânica. V.1. 10ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
MARCONATO, José C.; FRANCHETTI, Mara M.; PEDRO, Roberto J. Solução Tampão: uma proposta experimental usando materiais de baixo custo. Química Nova na Escola: uma proposta experimental para soluções tamponentes, N° 20, Novembro de 2004. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc20/v20a11.pdf. Acesso em 23/05/2019.
SANTOS, A. P. B. dos; et al. Oxidação do borneol à cânfora com água sanitária- um experimento simples, de baixo custo e limpo. Química Nova. V.32, n.06. 2009, p. 1667-1669. Disponível em: <http://submission.quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2009/vol32n6/52-ED08339.pdf?agreq=oxida%C3%A7%C3%A3o%20hipoclorito&agrep=jbcs,qn,qnesc,qnint,rvq>. Acesso em: 02/06/2019.
SILVA, Jamil da. Metodologia de monitoração de efluentes de laboratórios: aplicação no Instituto de Química da Unicamp. Campinas, SP, 2005. Dissertação de Mestrado – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química. Disponível em: http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/249418/1/Silva_Jamilda_M.pdf. Acesso em: 23/05/2019
STEFFEN, Rafael A. Oxidação Bayer-Villiger de Cicloexanona com Peróxido de Hidrogênio Catalisada por Alumina. Campinas, SP, 2007. Mestrado – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química. Disponível em: http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/249524/1/Steffen_RafaelAugusto_M.pdf. Acesso em: 23/05/2019.
ZORZANELLI, B. C.; MURI, E. M. F. Oxidação de Álcoois em Química Verde. Rev. Virtual Quim., 2015, 7(2), 663-683. Disponível em: http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v7n2a09.pdf. Acesso em: 23/05/2019.