Relatório 1 - Síntese do corante Vermelho de Monolite

Prévia do material em texto

Síntese do corante Vermelho de Monolite 
I) OBJETIVO 
 Sintetizar o corante Vermelho de Monolite a partir de quatro etapas e discutir todos os 
aspectos reacionais e experimentais observados durante o processo. 
II) RESULTADOS E DISCUSSÃO 
II.1) Síntese da acetanilida – Etapa 1 
 Inicialmente, a solução de anilina (C6H7N) apresentou uma coloração negra por conta de 
contaminações oriundas da anilina comercial (reagente inicial), mediante a este fato, utilizamos 
HCl concentrado para que a anilina forme um sal de cloreto com, fazendo com que a segregue do 
meio reacional, permitindo apenas sua solvatação. As impurezas foram retiradas utilizando carvão 
ativado, onde por se tratar de um material adsorvente, ficaram retiradas nos pequenos poros do 
sólido. 
 
 
 
 
O uso da solução de acetato de sódio teve como objetivo a criação de um meio tamponante 
onde impedia a protonação da amina da anilina. Após versão das soluções de acetato de sódio e 
anilina pós-filtração, seguindo de submissão do conteúdo em banho de gelo, formou-se um sólido 
branco (acetanilida - C8H9NO) que fora filtrado em sistema de filtração à vácuo para retirada da 
parte líquida do meio. O banho de gelo foi feito para tornar a acetanilida mais insolúvel possível, 
na qual a baixa temperatura auxilia no processo de cristalização. Todo o sólido obtido foi seco e 
serviu-se como precursor para síntese da p-nitro acetanilida (Etapa 2). 
II.1.1) Cálculo de rendimento 
 Como não foi possível observar no vídeo a massa final de acetanilida encontrada, foi 
considerado que o experimento teve um rendimento de 100%, e obteve-se uma massa (teórica) de 
aproximadamente 4,46 g de acetanilida. 
OBS: Foi considerada uma conversão de 100% de reagentes em produtos. 
II.2) Síntese da p-nitro acetanilida – Etapa 2 
 O uso do ácido acético glacial (CH3COOH) foi de suma importância, pois é um reagente 
isento de água, evitando assim a hidrólise da amida da acetanilida, transformando-a de volta em 
anilina. Por se tratar de uma reação muito exotérmica, após a adição de ácido sulfúrico 
concentrado (H2SO4) gelado no balão de fundo redondo contendo acetanilida, submeteu-se o 
sistema em banho de gelo (nunca ultrapassando os 65ºC). 
A adição da solução de HNO3 ao balão contendo a acetanilida + ácido sulfúrico, foi 
primordial para a formação do íon nitrônio (ligante do anel aromático), que por sua vez realizou 
nitração no anel aromático. 
Figura 1. Reação global para formação de acetanilida. 
Para um controle maior da cinética de reação, a solução de HNO3 foi adicionada 
vagarosamente de modo que o conteúdo do balão não ultrapassasse os 20ºC, além de evitar a 
nitração dupla da acetanilida (formação do produto secundários, como o 2,4-dinitro-acetanilida e 
2-nitro-acetanilida). 
 
 
 
 
 A preferência pela formação do produto para dirigente está relacionada ao fato da 
orientação orto ser impedida estericamente (presença do grupamento amida na obstrução), além 
da estrutura para possuir mais uma estrutura de ressonância o que confere uma maior estabilidade 
para a molécula. A configuração meta na molécula não existe pois os pares de elétrons do 
nitrogênio presentes na acetanilida que fazem ressonância com o anel, serão atraídos íon nitrônio, 
fazendo com que esses elétrons não se encontrem na terceira posição do anel (meta) pois este 
local não possuirá densidade de carga negativa, no qual o íon nitrônio (NO2+) não será atraído. 
A coloração amarelada observada na solução é oriunda da formação de pequenas 
quantidades de o-nitro acetanilida, na qual também se observou ao adicionar esta solução à 200 
mL de água e gelo, levando a formação de um precipitado amarelo. O uso da água neste formato 
foi essencial para que não se projetasse nenhum ácido contido na solução ou explosão do becker, 
uma vez que se trata de uma reação extremamente exotérmica, além do produto p-nitro acetanilida 
ser insolúvel em baixa temperaturas. 
 Ao realizar a filtração à vácuo, observou-se que a parte liquida retida no Kitasato era 
amarela, resultante da solubilização do produto o-nitro acetanilida em presença de água gelada. 
O sólido obtido, após as rinsagens, possuía uma coloração levemente amarelada (ainda com traços 
de contaminantes), seu volume era significativamente maior que a quantidade inicial de 
acetanilida, isso se deu por conta da absorção de água das várias adições ao meio. 
II.2.1) Cálculo de rendimento 
Como não foi possível observar no vídeo a massa final de p-nitro acetanilida encontrada, 
foi considerado que o experimento teve um rendimento de 100%, e obteve-se uma massa (teórica) 
de 45,04 g de p-nitro acetanilida. 
OBS: Foi considerada uma conversão de 100% de reagentes em produtos. 
II.3) Síntese da p-nitro anilina – Etapa 3 
 Após a submissão do sólido levemente amarelado (p-nitro acetanilida + traços de o-nitro 
anilina), juntamente com HCl concentrado ao refluxo no condensador reto, esta irá 
gradativamente se solubilizar em solução, onde o grupamento acil presente nos dois isômeros da 
acetanilida se hidrolisem, indo a o-nitro anilina e p-nitro anilina. 
 A solução de hidróxido de amônio (NH4OH), foi utilizada para protonar os compostos, 
que antes da adição da base, encontravam-se na forma de íon anilinium. Após a precipitação 
completa do produto, este foi submetido à filtração à vácuo onde a parte sólida foi lavada com 
água gelada a fim de garantir ambos os compostos foram extraídos e evitar perdas por 
solubilização, além de eliminar os resíduos solúveis do meio. O sólido final apresentou uma 
coloração bem amarela. 
Figura 3. Reação global para formação da p-nitro acetanilida. 
 A recristalização com etanol como solvente foi a escolhida no processo, uma vez que o 
etanol consegue solubilizar a o-nitro anilina presente, além de utilizar um décimo da quantidade 
que usaria de água e entrar em ebulição mais rápido, dessa forma foi possível separar 
eficientemente a o-nitro anilina da p-nitro anilina (dois isômeros presentes na solução). 
 Ao final da recristalização pode-se observar que a p-nitro anilina encontrava-se na forma 
de cristais (parcialmente solúvel em etanol), enquanto a o-nitro anilina encontrava-se solúvel no 
meio reacional. 
 Na filtração à vácuo, todo os cristais presentes no funil de Buchner foram lavados com 
etanol gelado para que se solubilize o restante dos compostos orto dirigentes. O sólido final obtido 
possui uma coloração amarela, diferentemente da cor alaranjada que este possui ao recristalizar 
com água. 
 
 
 
 
 
II.3.1) Cálculo de rendimento 
Como não foi possível observar no vídeo a massa final de p-nitro anilina encontrada, foi 
considerado a massa inicial de p-nitro acetanilida sendo igual à quantidade teórica obtida no item 
II.2 e que o experimento teve um rendimento de 100%, obtendo assim massa (teórica) de 34,53 g 
de p-nitro anilina. 
OBS: Foi considerada uma conversão de 100% de reagentes em produtos. 
II.4) Síntese do corante Vermelho de Monolite – Etapa 4 
 A adição do H2SO4 foi essencial para que se protonasse a p-nitro anilina e solubilizasse o 
grupamento amina, formando um sal de anilinium. O uso do H2SO4 durante solubilização do 
nitrito de sódio (NaNO2) serve como agente protonador para formação de ácido nitroso (HNO2), 
que por sua vez irá protonar novamente, indo a íon nitrosônio (NO+). 
A adição da solução de NaNO2 é feita em um banho de gelo com NaCl pois permite que 
o banho atinja temperaturas menor que 0ºC, uma vez que o NaCl irá formar uma solução com o 
gelo, diminuindo seu ponto de solidificação. A adição da solução de NaNO2 deve ser carreada 
de forma lenta uma vez que esta irá aumentar rapidamente a temperatura do meio, não podendo 
ultrapassar os 0ºC, pois o grupamento amina é um excelente grupo de saída à altas temperaturas, 
e para que se reaja o íon nitrosônio com a amina é necessário manter o processo à baixas 
temperaturas. Ao final deste processo irá se formar o sal de diazônio. 
 O uso de solução de NaOH para solubilizaçãodo β-naftol foi feito para que se desprotone 
o fenol da molécula de β-naftol, tornando o anel aromático mais ativo. Ao adicionar à solução 
resfriada do sal de diazônio a solução de β-naftol (reação de acoplamento), verificou-se a 
formação de um precipitado bastante avermelhado, conhecido como 1-(p-nitro-fenil-azo)-2-
naftol. 
 
Figura 4. Reação global para formação da p-nitro anilina. 
 
 
 
 
OBS: A adição de NaCl ao meio reacional faz com que todo o corante solúvel em água se torne 
insolúvel ao excluir esta da fase aquosa, também conhecido como fenômeno Salting Out. 
 Durante a filtração à vácuo foi utilizado o mesmo líquido extraído da filtração (água mãe), 
no qual se fez necessário para que todo o precipitado permanecesse insolúvel (ação decorrente do 
fenômeno de Salting Out). Ao final da etapa pode-se obter um sólido seco com uma coloração 
bastante vermelha, onde essa coloração é oriunda das diversas ligações duplas que existem na 
molécula que se conjugam entre suas ligações simples, que acabam conferindo coloração à 
substância. 
II.4.1) Cálculo de rendimento 
Partindo-se da massa inicial de 1,494 g de p-nitro anilina obteve-se uma massa final de 
2,4 g do corante Vermelho de Monolite, atingindo um rendimento de 75,7%. 
OBS: Foi considerada uma conversão de 100% de reagentes em produtos. 
III) CONCLUSÃO 
 Ao término das quatro etapas foi possível sintetizar o corante Vermelho de Monolite com 
perfeição, mostrando que os métodos utilizados são eficientes e de claro entendimento, no entanto 
vale a pena ressaltar alguns pontos acerca das etapas realizadas. 
Na Etapa 1, uma recristalização poderia ser feita utilizando o líquido retido no Kitasato, 
para obtenção de um rendimento maior para o processo todo. 
 Já na Etapa 3 a escolha do condensador reto não foi ideal para realizar um refluxo na 
solução, sendo o condensador de bolas o mais indicado devido à sua maior área para refluxo. A 
escolha do etanol como solvente para recristalização da p-nitro anilina é mais indicado que a água, 
uma vez que torna a p-nitro anilina mais parcialmente solúvel e solubiliza em grandes quantidades 
a o-nitro anilina (contaminante), além de ser um processo mais rápido do que o uso da água. 
IV) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Silvio Cunha, Otelício Bispo dos Santos da Costa, Lourenço Luis Botelho de Santana e Wilson 
Araújo Lopes. Acetanilida: Síntese verde sem solvente. Quim. Nova, Vol. 38, No. 6, 874-876, 
2015 
REVILLA, D. Síntesis de acetanilida. YouTube, 19 jan. 2014. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=P3UDwtk9Zjo. Acesso em: 18 jan. 2021 
BRUNET-ROMERO, E. PARA RED Step 3. YouTube, 26 nov. 2013. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=kuuBfkDXyHw. Acesso em: 18 jan. 2021 
NILERED. Making a carbon snake with P-Nitroaniline. YouTube, 7 abr. 2014. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=YKHUnHDphTc. Acesso em: 18 jan. 2021 
ALLINGER, N. L, Química Orgânica. Editora Guanabara Dois S.A, 2ª ed., 1978 
Figura 5. Reação global para formação o corante Vermelho de Monolite. 
SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 1 e 2. Editora LTC, 9ª ed., 
2009