R8 - Sintese do oleo de banana

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CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
 OBTENÇÃO DO ÓLEO DE BANANA: SÍNTESE DO ACETATO DE ISOPENTILA
LUÍZA DOS SANTOS FERNANDES
VANESSA SOBRINHO SOUZA
	
CABO FRIO/RJ
OUTUBRO DE 2019
INTRODUÇÃO
	A síntese é um processo de obtenção de compostos químicos a partir de substancias mais simples. O principal método para caracterizar um éster implica a identificação do ácido e do álcool que o compõe. Em geral, os ésteres, principalmente os de baixa massa molar, apresentam aromas agradáveis, estando presentes em frutas e flores. O acetato de isopentila é um éster que apresenta cheiro característico de banana. Pode ser obtido através da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentilico, a qual é catalisada por um ácido. Esta reação é conhecida como esterificação de Fischer. A esterificação de Fischer se desenvolve muito lentamente na ausência de ácidos fortes, mas alcançam o equilíbrio em poucas horas, quando o ácido e o álcool são refluxados com pequena quantidade de H2SO4. 
	O sistema de refluxo é utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a reação ocorra mais rapidamente. O refluxo permite que a mistura seja aquecida à temperatura de ebulição do solvente, não ocorrendo perda dos reagentes nem dos produtos por evaporação, pois o vapor produzido é condensado por um condensador conectado a boca do frasco reacional.
	A extração consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente, este não deve ser solúvel na solução, nem reagir quimicamente com a substância a ser extraída. Os líquidos são geralmente secos pelo contato direto com um agente secante, este não deve combinar quimicamente com o composto orgânico, deve ter capacidade de secagem rápida, não se deve dissolver muito no líquido, e não possuir efeito catalisador.
OBJETIVOS
· Obter ésteres com aromas conhecidos
· Estudar o mecanismo da reação de esterificação por catalise ácida
· Aplicar as técnicas de refluxo e extração
· Sintetizar o acetato de isopentila
· Determinar o rendimento da prática 
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e Equipamentos 
· Sistema de refluxo: condensador, duas garras, suporte universal e manta de aquecimento
· Balança analítica
· Capela
· 5 pérolas de vidro
· Banho refrigerado com circulação e mangueiras
· 2 Provetas de 10 mL
· Banho termostatizado com circulação de água e mangueiras
· Funil de separação 250 mL
· 2 Proveta de 50 mL
· 2 Erlenmeyer de 125 mL
· Suporte universal e garra de anel
· Funil simples de vidro
· 03 Béqueres de 25 mL
· Pipeta Pasteur de vidro e pêrinhas
· Pipeta volumétrica de 1 mL e pêra
· Papel de filtro e tesoura
· 2 espátulas
Reagentes
· Água deionizada
· Bicarbonato de sódio 5% m/v
· Álcool isoamílico
· Ácido acético glacial
· Ácido sulfúrico concentrado
· Solução de saturada de NaCl
· Sulfato de magnésio anidro
· Cloreto de cálcio 
Procedimento experimental
A) Síntese do acetato de isopentila
	Primeiro foi montado o sistema de refluxo. 
	Segundo, foi tarado uma proveta em uma balança analítica e foi medido a massa de 5 mL de álcool isoamílico. Essa medida foi adicionada ao balão de reação. Após, na mesma proveta foi adicionado um volume de 7 mL de ácido acético glacial e colocado no balão de reação.
	Na capela, foi colocado vagorosamente 1 mL de ácido sulfúrico concentrado no balão de reação sob agitação lenta e manual, através de uma pipeta volumétrica de vidro.
	Após, fez-se circular a refrigeração do condensador e colocou o balão em um sistema de refluxo. Ao final de 1h, removeu do aquecimento e deixou o balão resfriar em temperatura ambiente naturalmente. 
B) Extração e Secagem
	Passou-se a mistura reacional já fria para um funil de separação preso ao suporte, retirou-se as pérolas de vidro cuidadosamente.
	Adicionou-se 10 mL de água destilada, tampou o funil e mexeu-se vagorosamente, equalizando a pressão frequentemente. O funil ficou em repouso para a separação das fases e retirou a fase aquosa. Esse processo de extração foi repetido com duas porções de 5 mL de uma solução de bicarbonato de sódio 5% m/v. Repetiu-se a extração mais uma vez utilizando solução de cloreto de sódio saturada.
	Transferiu-se a fase orgânica para um Erlenmeyer e adicionou-se sulfato de magnésio anidro (aproximadamente 4 pontas de espátula), observou-se a secagem da fase orgânica. Fez-se uma filtragem simples para retirar o agente secante e separou o produto.
DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS E INSUMOS
	Quaisquer soluções aquosas deverão ser colocadas em um recipiente especialmente destinado a diluir o dejeto aquoso. Deve-se colocar qualquer éster em excesso no recipiente para rejeitos orgânicos não halogenados. 
RESULTADOS E DISCURSSÕES
	A síntese do acetato de isopentila é uma reação de esterificação. As esterificações catalisadas por ácidos, como esses exemplos, são chamadas de esterificações de Fischer. Esta reação é uma reação de substituição nucleofílica do grupo acila do ácido carboxílico com um álcool, que funciona como o nucleófilo, utilizando seus pares de elétrons livres para ligar-se ao carbono carboxílico do ácido. O acetato de isopentila é preparado pela esterificação direta do ácido acético com o álcool isopentílico, ou conhecido também como álcool isoamílico. 
	Para que esta reação ocorra, o ácido acético precisa estar em excesso, pois o equilíbrio não favorece a formação de produtos, tendo a necessidade de deslocar o equilíbrio para a direita com a quantidade de ácido acético em excesso. A escolha do ácido acético para deslocar o equilíbrio se deve pelo preço mais baixo e a maior facilidade de remoção durante a extração em comparação ao álcool isoamílico. Além do problema do equilíbrio, a reação de esterificação do acetato de isopentila ocorre muito lentamente, tendo a necessidade de utilizar um catalizador e a montagem de um sistema de refluxo para que a reação ocorra em maiores temperaturas. O produto catalisador foi o H2SO4 P.A. 
	Como feito no procedimento, foi adicionado 5 mL de álcool isoamílico e 7 mL de ácido acético, e só em seguida adicionou o ácido sulfúrico. Nesta etapa a reação começou a acelerar na qual ocorre a protonação do ácido acético pela grande quantidade de H+ proveniente do ácido sulfúrico. A reação de esterificação e seus mecanismos são mostrados a seguir por etapas:
1. Etapa 01: 
Figura 1: Mecanismo de protonação do ácido acético pelo catalizador de ácido forte. Fonte: Autor.
	Na etapa dois ocorre a esterificação pelo ácido acético protonado e o álcool isoamílico, com a carga positiva no oxigênio sendo neutralizada pelos elétrons da dupla ligação C=O. Nisso, a junção das duas moléculas para a formação de um éster fica favorável pela carga positiva no carbono C2.
1. Etapa 02: 
Figura 2: Mecanismo de esterificação do ácido acético e o álcool isoamílico. Fonte: Autor.
	Na junção das duas moléculas houve a presença de uma carga positiva no oxigênio do esqueleto da molécula, sua neutralização ocorre pelos pares de elétrons livres do radical grupo OH na estrutura, ocasionando dele ficar com carga positiva em seu oxigênio.
1. Etapa 03: 
Figura 3: Mecanismo de Protonação do radical do grupo OH. Fonte: Autor.
	Em seguida, os pares de elétrons livres no outro radical do grupo OH são transferidos para formar uma dupla ligação. Os elétrons que formam a ligação simples C-O são transferidos para anular a carga positiva no hidrogênio, que sai da estrutura formando a molécula de água.
1. Etapa 04:
Figura 4: Formação da dupla ligação e formação da molécula de água. Fonte: Autor.
	Na última etapa, para anular a carga positiva no oxigênio os pares de elétrons livres da molécula de água atacam o hidrogênio do grupo OH formando o íon hidrônio. Sendo assim ocorre a formação do acetato de isopentila que é o nosso produto final.
1. Etapa 05:
Figura 5: Formação da molécula acetato de isopentila. Fonte: Autor.
	
	Essa reação possui um bom rendimento, porém, como é uma reação em equilíbrio mesmo com a deslocação da seta para a formação de produtos, o rendimento nunca será 100%.
	No momento queadicionou o ácido sulfúrico, pode-se perceber que houve uma reação pelo aspecto da solução que de transparente começou a ficar levemente castanho, e durante toda a reação de refluxo que durou cerca de 1h, a solução foi aparentando uma cor escura cada vez mais, que é a cor do produto final. Além do aspecto da cor, outra mudança foi o cheiro, que inicialmente o cheiro era proveniente mais do ácido acético e posteriormente o aroma era semelhante ao da banana.
	Esta reação foi feita usando a técnica do refluxo que é utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a reação ocorra mais rapidamente. O refluxo permite que a mistura seja aquecida à temperatura de ebulição do solvente, não ocorrendo perda dos reagentes nem dos produtos por evaporação, pois o vapor produzido é condensado por um condensador conectado a boca do frasco reacional. Neste experimento durante o refluxo não há solvente, o solvente é o próprio reagente, ou seja, o ácido acético, que era o único a entrar em ebulição durante todo o processo.
	Após 1h de reação no sistema de refluxo, o produto final foi deixado para esfriar para que pudesse ser feita a extração. Na extração, adicionou-se primeiramente 10 mL de água, pois o acetato de isopentila é insolúvel em água, mas o ácido acético que está em excesso é solúvel, fazendo com que boa parte do ácido pudesse ser extraída. Em seguida foi adicionado duas porções de 5 mL cada de bicarbonato de sódio 5% m/v para provocar aumento de força iônica no meio, realizando a formação de interações intermoleculares entre o sal, os reagentes em excesso, o catalisador e a água formada na reação. Uma vez que são substâncias polares, todo o resquício de ácido acético foi extraído. Nesta parte pode-se perceber a formação de bastantes gases e bolhas na fase aquosa, resultante da reação de neutralização apresentada a seguir:
2 NaHCO3(s)+ H2SO4(conc) → Na2 SO4(aq)+ H2O(l) + CO2(g) 
NaHCO3(s)+ CH3CO2H(l) → CH3COONa (aq) + CO2(g)+ H2O(l)
	O bicarbonato de sódio é uma boa escolha para essa extração, pois ele é uma base fraca e além de não elevar muito o pH da solução ( pH± 9 ), não temos presença de um nucleófilo, que seria no caso de usarmos um hidróxido, e não acontecerá reações indesejáveis.
	Após ser extraída toda a fase aquosa contendo o ácido acético, mesmo que a fase orgânica não se misture com a água, parte dela contém moléculas de água. Para que as duas fases (orgânica e aquosa) ficassem mais separadas e diminuísse também a formação de emulsões, adicionou-se NaCl saturada, pois as moléculas de água irão preferir solvatar ainda mais os íons Na+ e Cl- do que qualquer outro íon presente na solução. 
	E para garantir que toda a fase aquosa fosse removida, adicionou na fase orgânica sulfato de magnésio, conhecido também como efeito salting-out. O sulfato de magnésio é um agente secante, neutro e barato. Sua ação é rápida e quimicamente inerte. Neste experimento não adicionou o cloreto de cálcio como um agente secante, pois nas secagens de ésteres eles reagem quimicamente com esse composto. Nesta parte observou que mesmo depois de todas as etapas para a remoção da fase aquosa, ainda havia presente na fase orgânica grande quantidades de água. A reação deste procedimento é mostrada a seguir:
MgSO4 (s) + 7 H2O(l) → MgSO4 .7 H2O(s)
	Após todos esses processos foram pesadas o produto final para o cálculo de seu rendimento.
Cálculo do rendimento
	Como o ácido acético está em excesso, o álcool isoamílico é o reagente limitante, seja, deve-se usar o número de mols do álcool para calcular o rendimento (100%). Esta reação de esterificação é na proporção de 1:1, sendo os valores de cada reagente:
1. Reagentes:
Massa proveta: 20,9339g
Massa álcool isoamílico + proveta = 25,1124g
Massa álcool isoamílico = 4,1785g
Volume ácido acético = 7 mL
Volume álcool isoamílico = 5 mL
1. Produtos: Acetado de isopentila
Massa do béquer = 23,0315g
Massa do béquer + acetato de isopentila = 26,4406g
Massa acetato de isopentila = 3,4091g
E pela densidade experimental podemos descobrir o volume de produto que foi formado:
0,813g ─ 1 mL
3,4091g ─ x
X= 4,1932 mL de acetato de isopentila.
1. Rendimento
4,1785g (álcool isoamílico) ─ 100%
3,4091g (acetato de isopentila) ─ x
X= 81,5867 ou aproximadamente 82% de rendimento.
1. Densidade: (m/V)
Densidade experimental do álcool isoamílico = 0,8357g/mL
Densidade teórica do álcool isoamílico = 0,813g/mL
CONCLUSÃO
	Entende-se que, para a obtenção do éster, composto orgânico largamente utilizado na indústria para dar sabor e aroma a produtos, é necessário empregar técnicas, como a esterificação, juntando álcool e ácido carboxílico, sendo adicionado um catalisador para a reação ocorrer com mais rapidez, na presença de calor. De acordo com as etapas descritas por Fischer, foi completamente possível desenvolver o aroma de banana, acetato de isopentila - um éster, em laboratório. Porém, apenas com o sistema de refluxo não pode sintetizar apenas o óleo de banana, o ideal é que fosse feita a técnica de cromatografia em coluna, pois os pontos de ebulição das substâncias eram muito próximos, sendo do ácido acético: 118,00°C e o álcool isoamílico: 130,50°C respectivamente, impedindo que uma destilação fosse realizada. Sabendo que esta reação não possuirá um rendimento de 100%, o rendimento experimental foi bom, visto que, durante o refluxo parte do acetato se prendeu na parede do balão volumétrico sem o solvente e queimou, podendo ter sido desintegrado e naquele instante o reagente tenha sido perdido. O sistema de refluxo não foi feito de acordo com a literatura por falta de alguns equipamentos, porém, com o sistema utilizando um condensador e a manta de aquecimento o experimento foi bem sucedido.
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SOLOMONS, G. T.W., FRYHLE, C. B. Química Orgânica vol. 1 e 2, 8ª edição.
Randall G. Engel, George S. Kriz, Gary M. Lampman e Donald L. Pavia - Química Orgânica Experimental: Técnicas de Escala Pequena, Ed. Cengage Learning- 2013.
DANUELLO, A.C., PEZZA, L., OLIVEIRA, J. E., SEQUINEL, R. Preparação do acetato de isopentila I. Instituto de Química, 2009. Acesso em: 09/12/2019.