Relatório Completo - Obtenção da Acetanilida UFMG

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS - UFMG
Relatório 6 - Síntese de Corantes:
Obtenção da Acetanilida
Carlos Eduardo Costa Dos Santos
Lara Raquel Silva
Maria Luiza Martins Rodrigues
Vinícius Costa Cruz
QUI210 - Diurno
Belo Horizonte, 22 de fevereiro 2021
1. Introdução teórica
A utilização de corantes advém historicamente, visto que soluções coloridas eram obtidas
naturalmente, de plantas ou animais, sendo usadas como simbologia, comunicação, registro de
caças, entre outros. No Egito Antigo, os palácios e tumbas de faraós eram decorados com
pinturas. Já na América do Sul eram utilizados como armadura de caça e camuflagem,
representando simbologias diferentes em determinadas culturas.
Registros históricos mostram que no Egito Antigo era produzido um corante apenas para a
realeza, substância natural denominada "púrpura Tyr”. As mulheres gregas usavam uma raiz
vermelha chamada “polderos” misturada com cerato de mel. Ambas as substâncias tinham o
mesmo propósito, dar um aspecto mais saudável e úmido aos lábios, uma coloração
avermelhada.
Portanto, foi em 1856 que o químico William Henry Perkin produziu acidentalmente o primeiro
corante artificial. Com o objetivo de sintetizar quinina utilizada no tratamento de malária através
da oxidação da aliltoluidina, derivado da anilina, ele obteve um sólido que ao ser dissolvido em
álcool apresentava coloração roxa. Assim, o sólido foi denominado mauveína ou púrpura de
anilina, o primeiro corante sintetizado em laboratório.
Os corantes são substâncias que ao serem aplicadas em solução a um material, se solubilizam e
promovem o tingimento, mantendo a transparência. Ademais, caracterizam-se pela alta
capacidade de tingimento em função da concentração (poder tintorial), porém baixa resistividade
à luz quando comparado aos pigmentos.
Além disso, os corantes absorvem luz no comprimento de onda na faixa do visível, sendo
observado a cor complementar da energia absorvida, Figura 1, em que nesse círculo, as cores
complementares entre si estão localizadas em posições opostas. Essa cor observada se deve ao
número de insaturações conjugadas na molécula do corante, quanto maior esse número, mais
intensa é a coloração.
Figura 1 - Círculo de cores complementares e seus comprimentos de onda.
Os corantes podem ser classificados como naturais, artificiais ou sintéticos. Os corantes naturais
são obtidos a partir de vegetais ou animais, enquanto os artificiais são obtidos em processos de
síntese com composição química definida. Já os corantes sintéticos possuem estruturas químicas
semelhantes às dos corantes naturais, porém são sintetizados em laboratório. Contudo, corantes
naturais são instáveis em função de variações de pH e temperatura, enquanto os artificiais
possuem maior estabilidade, conferindo maior durabilidade e intensidade da coloração.
Os corantes azóicos possuem diversas características vantajosas para a indústria têxtil, de
alimentos, de cosméticos, tintas, entre outros, devido ao seu baixo custo de síntese e por serem
formados diretamente no tecido, aumentando sua aderência e controle de coloração. Esses
corantes possuem um cromóforo, uma ligação azo conjugada a dois anéis aromáticos (Figura 2),
que aumenta a deslocalização de elétrons π no sistema conjugado, assim conferindo a cor e sua
intensidade.
Figura 2 - Estrutura química do amaranto evidenciando a ligação azo.
A fabricação de corantes azóicos é chamado processo de diazotação em que uma amina
aromática (componente diazo) é transformada em um componente de diazônio, que reage com
um componente de acoplamento, o fenol, o naftol ou uma amina para formar o corante. Assim,
como é possível variar o componente diazo e o componente de acoplamento é notável a grande
variedade de corantes azóicos.
2. Objetivos
Esta prática tem como objetivo, a obtenção da acetanilida por meio da reação de acetilação,
sendo necessário etapas como: aquecimento sob refluxo, filtração e recristalização, a fim de
obter um produto puro.
3. Materiais e reagentes
Suporte Universal (1) ; Mufa (2); Garra De Três Dedos (3) ; Garra Comum (4) ; Manta De
Aquecimento(5) ; Balão De Fundo Redondo De Junta Esmerilhada (6) ; Condensador De
Refluxo (7) ; Pedras De Porcelana (8) ; Mangueira De Silicone (9) ; Funil De Vidro (10); Béquer
(11) ; Bastão De Vidro (12) ; Kitassato (13) ; Funil De Büchner (14) ; Alonga De Borracha (15) ;
Vidro De Relógio (16) ; Papel De Filtro (17) ; Espátula De Metal (18) ; Água Destilada (19) ;
Banho De Gelo (20); Bico De Bunsen (21) ; Tripé (22) ; Tela De Amiato (23) ; Erlenmeyer (24);
Carvão Ativado (25) ; Bomba De Vácuo (26).
Figura 3 - Materiais necessários para os procedimentos.
Fonte:https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
Anilina 99% (1) ; Anidro Acético (2) ; Ácido Acético Glacial (3)
Figura 4 - Reagentes utilizados
Fonte:https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
4. Métodos
a) Síntese da Acetanilida
A montagem do sistema (figura 5 - substituindo a fonte de aquecimento por uma manta
aquecedora) se inicia com o posicionamento da fonte de aquecimento e a adição de
pedras de porcelana ao balão.
10 ml de Anilina foram colhidos em uma proveta e adicionados, com o auxílio do funil,
ao balão de fundo redondo, já posicionado em uma manta aquecedora. Em seguida 11 ml
de Anidrido acético foram adicionados, seguidos de 10 ml de Ácido acético.
Após o condensador de refluxo ser conectado deu-se início ao aquecimento sob refluxo,
que durou aproximadamente 30 minutos. O condensador de bolas é preferido pois sua
superfície para resfriamento do vapor é maior, promovendo um resfriamento mais
eficiente.
Figura 5 - Esquema ilustrativo do sistema de aquecimento sob refluxo
Fonte: material de apoio
b) Extração (elaboração)
Com o auxílio da garra, o balão contendo a mistura foi transferido e vertido a 250ml de
água fria. Agitado constantemente e com cuidado. Foi possível observar a precipitação da
mistura, com a formação de cristais. O béquer foi então imerso em um banho de gelo e
aguardou-se alguns minutos.
A montagem do sistema de filtração a vácuo foi efetuada, como ilustrado na figura 6.
Em seguida foi realizada a filtragem, iniciando pelo umedecimento do filtro com água
destilada, para melhor assentamento deste. A suspensão foi agitada e vertida sob o funil
de Büchner cuidadosamente.
O Becker que continha a suspensão foi enxaguado com água destilada assim como o
bastão de vidro para evitar perdas do material. Em seguida o filtrado foi lavado com água
gelada.
O sólido obtido na filtragem foi transferido para um vidro de relógio. Pronto para a etapa
de recristalização.
Figura 6 - Esquema ilustrativo do sistema de filtração à vácuo
Fonte: material de apoio
c) Recristalização
A acetanilida obtida anteriormente foi transferida a um Erlenmeyer e 50ml de água
destilada foram adicionados de forma que a mistura permaneceu insolúvel.
Logo após o sistema de aquecimento foi montado e se deu início ao aquecimento da
mistura com adições graduais de água até a total dissolução da acetanilida.
2g de carvão ativado foram adicionados ao Erlenmeyer e mais uma vez a mistura foi
aquecida.
Aquecimento do material utilizado na filtração a quente:
Nessa etapa, o sistema de filtração funil + kitassato foram aquecidos com água quente e
foi feita a filtração a quente da mistura produzida pela água, acetanilida e carvão ativado.
Tosa suspensão foi derramada no funil de Büchner acoplado ao kitassato e o filtrado foi
transferido a um Erlenmeyer
Um novo banho de gelo foi realizado, agora com o filtrado obtido anteriormente e após
alguns minutos foi possível observar a formação dos cristais de acetanilida.
Por fim, uma nova filtração à vácuo foi realizada após a recristalização, seguida de
lavagem do filtrado com água gelada.
O sólido final foi transferido a um vidro de relógio, sendo caracterizado como acetanilida
recristalizada.
5. Resultados
Figura 7: Cristais de acetanilida.
Fonte:https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
6. Discussão
Nesse processo ocorreu a reação de acetilação conferindo a proteçãodo grupo NH2. O
ácido acético atua como catalisador, fornece o meio ácido para que a reação ocorra, já o
anidrido acético é o agente acetilante, espécie que possui um grupo acetila e um bom
grupo abandonador.
Figura 8: Mecanismo da reação de acetilação.
Fonte: autoral.
O oxigênio da carbonila do anidrido é protonado pelo H do ácido acético, que se faz
necessário nessa etapa pois é mais nucleofílico que o H da anilina. Desse modo o produto
dessa reação torna o carbono carbonílico muito mais eletrofílico, possibilitando agora, o
ataque nucleofílico pela anilina.
Figura 9: Mecanismo da reação de acetilação.
Fonte: autoral.
A espécie formada, novamente é protonada no sítio mais básico do sistema, com o H do
ácido acético que está presente no meio, gerando uma espécie que possui um bom grupo
abandonador. Como último passo temos a desprotonação da acetanilida protonada por um
acetato presente no meio, formando a acetanilida neutra.
O destilado foi deixado em repouso em banho de gelo, para favorecer a cristalização da
acetanilida que é pouco solúvel em água, formando um precipitado de acetanilida.
Figura 10: Banho de gelo - Processo de cristalização.
Fonte: https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
A filtração a vácuo foi empregada para a secagem da amostra que agora se apresenta
como um sólido branco amorfo e sujo, por isso o processo de purificação ou
recristalização é necessário.
Figura 11: Precipitado de acetanilida não purificado.
Fonte: https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
A recristalização é um método de purificação que se baseia na diferença de solubilidade
entre a substância desejada e impurezas. O solvente empregado foi a própria água uma
vez que atende aos requisitos do processo: dissolve a acetanilida a quente mas não a frio,
dissolve completamente certas impurezas e não dissolve outras.
Na acetanilida diluída em água foi acrescentado carvão ativo com a finalidade de
remover impurezas coloridas, resinosas dentre outras, por adsorção que ficaram retidas
no papel de filtro após filtração a quente, impurezas totalmente insolúveis no solvente em
questão. Posteriormente foi realizada outra filtração a vácuo desta vez, a frio, onde o
material retido no funil de buchner era o de interesse, a acetanilida pura. Por sua vez, no
filtrado constam as impurezas solúveis no solvente tanto a frio quanto a quente.
Para comprovar a formação da acetanilida, a aferição do ponto de fusão pode ser
realizada, se a faixa de fusão estiver próxima aos 113 °C (ponto de fusão descrito na
literatura para a acetanilida) compreende-se a pureza do material obtido.
É importante ressaltar a necessidade da acetilação da anilina para a posterior síntese da
p-nitro-anilina (Figura 12), composto que possui o grupo nitro em posição para ao grupo
NH2.
Figura 12: P Nitroanilina.
https://youtu.be/2u3F1vuMvMM
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/4-Nitroanilina
O grupo amino (NH2) é um ativador de anel, por ter pares de elétrons livres, acaba
cedendo densidade eletrônica ao anel aromático orientando a introdução de grupos nas
posições orto e para, entretanto o grupo amino é um forte ativador de anel podendo
ocasionar polissubstituições. Contudo, o motivo da acetilação não é a possibilidade de
polissubstituição, mas sim por que a reação é feita em meio ácido, portanto a anilina pode
ser protonada dando origem ao cátion anilinium que é um desativador de anel e orientaria
a entrada do grupo nitro em posição meta, no final da reação não teríamos o produto
desejado para-substituído mas sim um produto meta-substituído (figura 13 -b).
Figura 13: (a) Cátion Anilinum e (b) M-Nitroanilina.
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulfan%C3%ADlico
Ao acetilar a anilina o composto formado é a acetanilida (Figura 13), que possui o grupo
acetamido ( NHCOCH3) uma base mais fraca que o grupo amino (NH2) que no meio
ácido da reação alcança um equilíbrio entre sua forma neutra (ativadora de anel) e a
protonada (desativadora de anel). O termo ativador de anel se refere a um aumento na
https://pt.wikipedia.org/wiki/4-Nitroanilina
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulfan%C3%ADlico
velocidade de reação do anel aromático frente a um substituinte, portanto a fração que
possui a forma neutra reagirá mais rápido favorecendo a posição para e orto. Contudo,
por ser um grupo volumoso, a posição orto acaba ficando impedida, favorecendo ainda
mais a posição para, possibilitando a síntese da P Nitroanilina (Figura 12).
Figura 13: Acetanilida.
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Acetanilida
7. Conclusão
Portanto, conclui-se que a obtenção da acetanilida é proveniente de uma reação de acetilação em
que o grupo NH2 é preservado. Várias etapas foram necessárias para que se obtivesse o produto
desejado de forma pura e características como solubilidade e a presença de fenômenos físicos
como adsorção estiveram presentes na rota sintética. Já a síntese da P Nitroanilina é dependente
da relação de radicais dirigentes do benzeno, uma vez que, a ocorrência de impedimento estérico
devido ao tamanho do grupo acetamido influenciará a forma como este grupo irá se localizar no
benzeno.
8. Referências bibliográficas
Química Orgânica Experimental para Farmácia. Belo Horizonte. 2018.
GUILHON, G.M,S.P. Química orgânica experimental. Belém: UFPA, 2009.
PAVIA, D.: LAMPMAN, G.M.: KRIZ, G.S: Introduction to Organic Laboratory Techniques, Saunders College
Publishing, Orlando, 1998.
ALLINGER, N, L, Química Orgânica 2ª Edição, LTC- Livros técnicos e científicos Ed. S.A. Rio de Janeiro – 1976.
Corantes naturais x Corantes artificiais. [S. l.], 2016. Disponível em:
https://www.milknet.com.br/corantes-naturais-x-corantes-artificiais/. Acesso em: 16 fev. 2021.
Corantes e pigmentos. Disponível em: https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/corantes-e-pigmentos.
Acesso em: 16 fev. 2021.
A história do batom. Disponível em:
http://milenafoliveira.blogspot.com/2013/08/a-i-s-t-o-r-i-d-o-t-o-m-o-batom-e-um.html. Acesso em: 16 fev. 2021.
William Perkin. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/william-perkin.htm. Acesso em: 16 fev.
2021.