Relatório - Síntese do AAS e ASM

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Departamento de Química 
Curso Técnico em Química - Integrado
CC: Química Orgânica Prática II
Docente: Paulo Daniel
Turma: 8832 - G2
Discentes: Ismael Santos Dima Gomes n°14
 Victor Hugo Nunes Cantalino n°26
SÍNTESE DO ÁCIDO SALICÍLICO
SÍNTESE DO ACETILSALICILATO DE METILA
Salvador-BA
29 de Outubro de 2019
SUMÁRIO
1. OBJETIVOS________________________________________________________3
	1.1. Objetivos Gerais______________________________________________3
	1.2. Objetivos Específicos__________________________________________3
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO_________________________________________3
Síntese do ácido acetilsalicílico___________________________________3
Cálculo do Rendimento_________________________________________5
Identificação e Caracterização do ácido acetilsalicílico_________________6
Teste de Ponto de Fusão___________________________________6
Teste de identificação da hidroxila fenólica____________________7
Teste de identificação de ésteres____________________________7
Cromatografia em Camada Delgada AAS_____________________9
Síntese do acetilsalicilato de metila_______________________________10
Purificação do ASM_____________________________________11
Identificação do ASM____________________________________12
3. CONCLUSÃO______________________________________________________13
4. REFERÊNCIAS_____________________________________________________13
1. OBJETIVOS
 1.1. Objetivos Gerais
	Sintetizar e identificar o ácido acetilsalicílico;
	Sintetizar e identificar o acetilsalicilato de metila;
	Associar as reações de esterificações às substituições nucleofílicas no carbono acílico;
 1.2. Objetivos Específicos
	Sintetizar o ácido acetilsalicílico através da acetilação do ácido salicílico, catalisada por ácido sulfúrico concentrado sob aquecimento;
	Identificar o ácido acetilsalicílico sintetizado através da aplicação de testes químicos (identificação de hidroxila fenólica e identificação e ésteres) e físicos (ponto de fusão);
	Sintetizar o acetilsalicilato de metila a partir do ácido acetilsalicílico numa reação com metanol tendo o ácido sulfúrico concentrado como catalisador (esterificação de Fischer);
	Identificar a presença do acetilsalicilato e metila utilizando o procedimento de cromatografia em camada delgada (CCD) comparando com o ácido acetilsalicílico sintetizado e com o padrão do acetilsalicilato e metila;
 	Realizar extrações com bicarbonato de sódio e éter de petróleo para potencializar a obtenção de produto na síntese do ASM;
	
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Síntese do ácido acetilsalicílico (AAS)
Em um erlenmeyer de 125 mL pesou-se cerca de 3,0g de ácido salicílico. Em seguida, adicionou-se 7,5mL de anidrido acético e 8 gotas de ácido sulfúrico concentrado a este erlenmeyer. Agitou-se o erlenmeyer com um bastão de vidro até a dissolução completa do ácido salicílico. Aqueceu-se esta vidraria em banho-maria por cerca de 10 minutos, a aproximadamente 40°C, agitando com bastão de vidro durante o aquecimento.
Recolheu-se uma pequena alíquota contida no erlenmeyer durante o aquecimento para realizar um teste de caracterização de hidroxila fenólica, com cloreto férrico. Como o resultado foi negativo, ou seja, não havia mais hidroxila fenólica proveniente do ácido salicílico, pode-se remover o erlenmeyer do banho-maria; adicionou-se ao erlenmeyer 20,0 mL de água destilada previamente gelada, observou-se formação de sólido, transferindo-o em seguida para um banho de gelo durante alguns minutos, onde foi possível observar maior formação deste sólido. Em seguida filtrou-se a vácuo o contido no erlenmeyer em um funil de Büchner, realizando lavagens com pequenas porções de água destilada gelada para coletar uma maior quantidade de ácido acetilsalicílico no papel de filtro e remover quaisquer impurezas solúveis em água.
O sólido filtrado a vácuo foi seco ao ar e posteriormente pesado e coletado a fim de realizar uma repetição do teste de caracterização de hidroxila fenólica, o teste de caracterização de ésteres e o teste físico para identificar o ponto de fusão do sólido, utilizando o aparelho para determinação de ponto de fusão de marca “Marconi”. Através da massa de sólido obtida no procedimento de síntese foi possível calcular o rendimento da reação.
O procedimento descrito acima se trata da síntese do ácido acetilsalicílico por meio da acetilação do ácido salicílico sendo catalisada em meio ácido e descreve a obtenção do fármaco aspirina, obtida historicamente em 1899 pela pioneira “Farbenfabriken Friedrich Bayer & Co.”, quando o ácido salicílico é adicionado ao anidrido acético.
O procedimento que compõe a síntese do ácido acetilsalicílico se inicia quando o grupo hidroxila fenólica atua como nucleófilo ao realizar um ataque ao carbono carbonílico (eletrófilo) do grupamento acila presente no anidrido acético, a etapa é catalisada pela adição de ácido sulfúrico concentrado, pois um dos oxigênios do anidrido acético doa um dos seus pares de elétrons para o H+ conferindo ao carbono carbonílico uma carga parcial positiva mais intensa, facilitando o ataque por conta do fator eletrônico já que os compostos acila quando fortemente polarizados, como este caso, se tornam mais reativos, formando assim o intermediário tetraédrico e, em seguida, ocorre a eliminação de um dos substituintes (base) que estão ligados à carbonila, como pode ser observado no mecanismo abaixo:
Figura 1 Mecanismo da reação de síntese do AAS (Parte 1)
Figura 2 Mecanismo da reação de síntese do AAS (Parte 2)
É possível notar que a reação caminha para a conversão de um derivado de ácido mais reativo em um menos reativo.
Os fatores estéricos podem determinar a reatividade do grupo carbonílico ao se referir diretamente à quantidade de grupos substituintes e seus respectivos volumes, de modo que, proporcionalmente, quanto maior a quantidade de grupo e seu volume, maior será o impedimento estérico presente na molécula, dificultando o ataque do nucleófilo, que se dá na área mais desimpedida da molécula. No caso do anidrido acético, pode-se dizer que são bastante reativos, pois mesmo com a presença de átomos de oxigênio, bastante eletronegativos, o que poderia provocar uma repulsão no que tange a aproximação do nucleófilo, ela não se dá de forma muito destacada, tornando o anidrido acético bem reativo, ideal para se sintetizar um éster. 
Ainda sobre o anidrido acético, é conhecido que o mesmo pode sofrer hidrólise, formando ácido carboxílico numa via reativa diferente da desejada e assim, impedindo a progressão da reação, portanto a presença da água é evitada e minimizada durante todo o procedimento, requisito aplicado, por exemplo, na adição do ácido sulfúrico concentrado para haver uma baixíssima quantidade de molécula de água frente ao anidrido acético, como apresentado na reação abaixo:
Equação 1: C4H6O3(l) + H2O(l) → 2CH3COOH(l)
Cálculo Do Rendimento 
Quadro 1: massa do papel de filtro inicial e com ácido acetilsalicílico
	
	Massa inicial
	Massa final
	Massa ácido acetilsalicílico
	Papel de filtro
	1,48g
	3,62g
	2,14g
Equação 2: C7H6O9(s) + C4H6O3(l) → C9H8O4(s) + CH3COOH
 De acordo com a equação da reação entre ácido salicílico e anidrido acético para gerar ácido acetilsalicílico apresentada acima, é possível notar que a proporção estequiométrica entre ácido salicílico e acetilsalicílico é de 1:1, isto é, 1 mol de ácido salicílico deve produzir 1 mol de ácido acetilsalicílico para um rendimento da reação em 100%. Considerando suas respectivas massas molares (138,12g/mol; 180,16g/mol) é possível prever quanto em massa era esperado obter de ácido acetilsalicílico e assim determinar o real rendimento da reação. 
138,12g/180,16g = 3,0g / x
x = 3,91g
 Considerando uma reação de rendimento absoluto (100%), a quantidade de ácido acetilsalicílico sintetizada deveria ser cerca de 3,91g mas como o que foi produzido foi 2,14g então: 
3,91g/100% = 2,14g / x
X = 54,73%Assim, o rendimento experimental da síntese do ácido acetilsalicílico foi de 54,73%. O baixo rendimento pode ser explicado por diferentes fatores: não conversão do ácido salicílico ao produto esperado; significativa perda do ácido acetilsalicílico ao longo das lavagens durante a filtração a vácuo; pureza do reagente ácido salicílico (quantidade do reagente que realmente é ácido salicílico naquela massa adquirida); fração de água presente no ácido sulfúrico concentrado resultando na formação de ácido carboxílico a partir do anidrido acético, reduzindo o rendimento.
 Identificação e Caracterização do ácido acetilsalicílico
Testes Físicos (Ponto de Fusão)
 Utilizou-se um tubo capilar para colocar uma pequena amostra representativa do ácido acetilsalicílico sintetizado. Este tubo capilar foi inserido numa aparelho de determinação do ponto de fusão que estava ajustado para aquecer até 140°C a 4°C/min. Observou-se a fusão do sólido ocorrer numa faixa entre 132°C e 135°C. Considerando que a faixa do ponto de fusão inicia-se apenas 3°C abaixo do ponto de fusão do ácido acetilsalicílico puro (135°C) e que esta mesma faixa se encerra com a exata temperatura de fusão, admite-se que o ponto de fusão encontrado confere confiabilidade para determinar que o constituinte majoritário presente naquele sólido se trata do ácido acetilsalicílico. Ainda assim, a presença de pequena quantidade de impurezas não é descartada, o que pode causar a fusão do sólido em temperaturas mais baixas, como observado no início da faixa, pois elas podem reduzir a energia necessária para romper as interações intermoleculares do sólido, já que as enfraquece. 
Teste de identificação de hidroxila fenólica
Figura 3 Teste para hidroxila fenólica (direita) comparada ao teste em branco (esquerda)
Coletou-se uma pequena porção representativa do ácido acetilsalicílico sintetizado e a dissolveu em água destilada num tubo de ensaio, em seguida, adicionou-se o cloreto férrico à mistura. Ao comparar com o teste em branco, observou-se que a cor estava um pouco mais clara, devido à diluição, porém com tonalidade semelhante, o que definiu o teste como negativo para presença do grupo hidroxila fenólica. Interpretando este resultado obtido, conclui-se que todo o ácido salicílico, ou sua maior parte, havia reagido, o que remove a suposição do rendimento atrelado a não conversão do ácido salicílico a ácido acetilsalicílico no meio reacional.
Caso o teste desse positivo, o esperado era que se obtivesse um complexo de Fe III com coloração vermelho violáceo. 
Figura 4 Reação entre ácido salicílico e cloreto férrico
Teste de identificação de ésteres 
Coletou-se uma pequena porção representativa do ácido acetilsalicílico sintetizado em um tubo de ensaio juntamente com 1ml de solução etanólica 0,5mol/L e 0,2mL e hidróxido de sódio a 20%(m/v). Aqueceu-se a mistura até ebulição, retirou-se do aquecimento para esfriar um pouco e adicionou-se em seguida 2ml de ácido clorídrico 1mol/L. Como houve turvação, adicionou-se cerca de 2mL e etanol e 2 gotas de solução aquosa de cloreto férrico a 5%, onde foi possível observar o aparecimento de cor vermelho violáceo citado anteriormente. Esta cor obtida neste teste químico indica a presença do grupo éster.
Figura 5 Turvação encontrada durante a identificação química dos ésteres
 
Figura 6 Coloração violácea que indica a presença de ésteres
Figura 7 Mecanismo da identificação de ésteres
Cromatografia em camada delgada AAS
 
Figura 8: CCD do AAS em câmara de UV
Foram realizadas duas cromatografias para o AAS envolvendo diferentes proporções entre os componentes da fase móvel que eram os hexano e acetato. Na primeira placa que possuía uma proporção de 1:1 entre os componentes da fase móvel, é possível observar que a amostra de AAS sintetizada apresenta grandes semelhanças com a amostra de AAS padrão, entretanto há também a presença de uma falha, que ultrapassa o limite do AAS padrão indicando que havia uma presença considerável de ácido salicílico no meio. O mesmo resultado pode ser contemplado na segunda placa. 
Figura 9: CCD do AAS em câmara de Iodo
Síntese do acetilsalicilato de metila
Em um balão de fundo redondo foi adicionado uma amostra de 1,87g de ácido acetilsalicílico junto com 10mL de metanol e 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado. Adicionou-se uma barra magnética ao balão e conectou este último em um condensador de refluxo. Por fim, aqueceu-se o balão, já conectado ao sistema, por meio de um banho-maria e ativou-se a agitação magnética de uma placa que suportava o recipiente do banho-maria. Após a passagem de 40min, interrompeu-se o aquecimento do balão e retirou-o do sistema após o resfriamento da mistura. A reação descrita acima é expressa quimicamente dessa forma: 
Figura 10: Síntese do ASM partindo do AAS e metanol catalisados por ácido sulfúrico concentrado
Sabendo que a proporção da reação é de 1:1 (AAS:Metanol) identifica-se o AAS como reagente limitante, já que a quantidade empregada na reação de 1,87g corresponde a somente 0,010mol dessa substância, enquanto que os 10mL de metanol corresponde a aproximadamente 0,25mol, uma proporção real de 1:25 AAS:Metanol. A presença do metanol em excesso desloca o equilíbrio para o sentido dos produtos, favorecendo a produção de ASM.
Uma reação envolvendo um ácido carboxílico e um álcool como principais reagentes geram como produto ésteres. Para o sucesso dessa reação é necessário seu emprego em um meio ácido onde este último será capaz de catalisar a reação e manter o ácido carboxílico em sua forma ácida, sendo capaz de reagir com um nucleófilo.
Figura 11: Mecanismo da síntese do ASM partindo do AAS e metanol catalisados por ácido sulfúrico concentrado
No meio reacional tem-se uma alta quantidade de íons H+ provenientes do ácido sulfúrico concentrado, que possui uma alta capacidade de dissociação. No princípio da reação, ocorre um ataque do oxigênio carboxílico ao H+ do meio estabelecendo com este uma ligação. Tendo sido protonado o oxigênio carboxílico, o oxigênio do metanol ataca o carbono acílico onde este primeiro ganha uma carga positiva pelo estabelecimento de uma terceira ligação, e o segundo desloca um par de elétrons de sua ligação π para um orbital vazio do oxigênio. Em seguida uma hidroxila ataca o hidrogênio do metanol que acaba tendo sua ligação com o carbono quebrada liberando água ao meio. O oxigênio da água ataca o hidrogênio da hidroxila, que acaba por reestabelecer o catalisador e restaurar a ligação π do oxigênio com o carbono carbonílico. 
 2.4.1 Purificação do ASM
Ao balão foi adicionado 15mL de uma solução de bicarbonato de sódio a 5% simultaneamente a agitação do recipiente. Repetiu-se novamente o mesmo processo com 10mL de bicarbonato. Adicionou-se 15mL de éter de petróleo ao balão e transferiu-se toda a mistura para um funil de separação onde as fases foram separadas, conservando-se a fase orgânica, que foi tratada com uma espátula de cloreto de cálcio anidro, e descartando a fase aquosa. 
O bicarbonato de sódio quando empregado em meio ácido, reage neutralizando o meio, liberando o um sal, água e gás carbônico. 
Equação 3: 2 NaHCO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O + 2CO2
Sua dupla adição ao balão foi necessária para reduzir a quantidade de ácido no meio e formar água, que viria a arrastar o metanol excedente no meio. 
Visando a separação entre as fases aquosa e orgânica, o éter de petróleo foi adicionado ao meio para aumentar o tamanho da fase aquosa, o que facilitaria o uso do funil de separação e evitaria a perda desnecessária do produto desejado.
Por fim, possuindo o cloreto de cálcio anidro propriedades higroscópicas, sua adição ao meio serviu para absorver os resquícios de água ainda presentes no produto final. 
2.4.2 Identificação do ASM 
Utilizando com fase móvel uma mistura de acetato de etila e acetona na proporção de 8:2 respectivamente, realizou-se a CCD do ASM com outras duasamostras, um padrão de ASM e o reagente de partida o AAS. Revelou-se o resultado em câmara de iodo e em câmara de UV. 
Figura 12: resultado CCD câmara de iodo Figura 13: resultado CCD câmara UV 
Os resultados expressos nas placas cromatográficas revelam o desenvolvimento de uma fase de purificação bem sucedida. A eluição do ASM registrada ao longo da placa apresentou uma semelhança muito grande com o ASM padrão, em contrapartida não é possível visualizar nenhuma mancha de retenção significativa, o que indicaria uma presença considerável de AAS ainda no meio. 
3. CONCLUSÃO
No que se refere ao processo de síntese do AAS foi possível realizar o processo químico de acetilação do ácido salicílico utilizando anidrido acético em meio ácido como catalisador, bem como identificar e caracterizar o ácido acetilsalicílico sintetizado por meio de testes químicos (confirmação para identificação de ésteres e ausência de hidroxila fenólica no teste com cloreto férrico) e teste físico (identificação do ponto de fusão da amostra, que se mostrou muito próxima ao ponto de fusão de uma amostra purificada).
No processo transcorrido na síntese do ASM foi possível conhecer os fundamentos químicos da esterificação de Fischer e aplicar as técnicas necessárias para o seu desenvolvimento. Foi possível compreender a estrutura do mecanismo reacional que se valia da presença ácida para acelerar como também para sustentar a reatividade do AAS no processo. A identificação por CCD revelou a eficiência das técnicas utilizadas para o desenvolvimento da prática pela baixa margem de diferença entre a amostra sintetizada e o padrão.
Durante os dois procedimentos e ao decorrer do tratamento e interpretação dos dados obtidos neste experimento, tornou-se possível associar as reações de esterificação às substituições nucleofílicas, considerando que havia nas reações o comportamento de algumas espécies como nucleófilas e eletrófilas, como o metanol e a hidroxila fenólica (nucleófilos) atacando os carbonos carbonílicos do ácido acetilsalicílico e do ácido salicílico, respectivamente.
Por fim, considerando estes resultados obtidos, pode-se concluir que os experimentos ocorreram com sucesso atingindo-se todos os objetivos programados.
4. REFERÊNCIAS
BRUICE, Paula Yurkanis. Química orgânica. 4. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006. v.1
SCHRÖR, K. Acetylsalicylic Acid. Weinheim. Wiley-Blackwell, 2009