Síntese da acetanilida

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Processo orgânico experimental
Prof. Dr. Tasso Gabriel Coelho Montenegro
José Martins- 2018302918
Kauan Rodrigo- 2018301868
Maria Karolaine- 2018311247
Turma: 3ºIQUI-M G1
Síntese, purificação e determinação do
ponto de fusão da acetanilida
14 de fevereiro de 2020
Aracaju-SE
Sumário
1 - Introdução --------------------------------------------------------------------------------------------- 3
2 - Objetivo ----------------------------------------------------------------------------------------------- 4
3 - Materiais e Métodos --------------------------------------------------------------------------------- 4
3.1 - Reagentes e Equipamentos -------------------------------------------------------------- 4
3.2 - Teoria Experimental ---------------------------------------------------------------------- 4
4 - Resultados e Discussão ------------------------------------------------------------------------------ 6
5 - Questões ----------------------------------------------------------------------------------------------
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6 - Conclusão -------------------------------------------------------------------------------------------- 13
7 - Referências ------------------------------------------------------------------------------------------ 14
8 - Anexos ----------------------------------------------------------------------------------------------- 14
1 - Introdução
A acetanilida é um sólido cristalino branco que se apresenta na forma de flocos. Ela tem a
mesma função do paracetamol, tendo sido descoberta acidentalmente por Cahn and Hepp em
1886, quando foi utilizada pela primeira vez com o nome de antifibrina. Além das ações
analgésicas (alívio da dor) e antipiréticas (redução da febre), também é usada pela indústria
farmacêutica como um importante intermediário sintético para obtenção de corantes e
fármacos. A quantidade de acetanilida é, no entanto, controlada pelo governo, já que esta é
tóxica e causa sérios problemas no sistema de transporte de oxigênio.
A acetanilida é uma amida secundária de fórmula molecular C8H9NO, podendo ser sintetizada
através de uma reação da anilina com o anidrido acético, a partir do ataque nucleofílico do
grupo amino (da anilina) sobre o carbono carbonílico (do anidrido acético), seguido de
eliminação de ácido acético, formado como um subproduto da reação (AMARAL, 1980).
Imagem 1: Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) 2014 - QUESTÃO 778097
Grande parte das reações químicas realizadas em laboratório necessita de uma etapa posterior
para a separação e purificação adequadas do produto sintetizado. A purificação de compostos
cristalinos impuros, como é o caso da acetanilida, é geralmente feita por cristalização a partir
de um solvente ou de misturas de solventes, técnica conhecida como recristalização. Como
esta reação é dependente do pH, é necessário o uso de uma solução tampão (ácido
acético/acetato de sódio, pH ~ 4,7). Solução tampão é aquela capaz de resistir a mudanças de
pH frente a adição de um ácido ou de uma base. (SKOOG, 1996).
Para adquirir esse composto de suma importância na indústria farmacêutica, não são
necessários equipamentos sofisticados e o tempo de síntese é relativamente pequeno, com
rendimento considerado bom.
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2 - Objetivo
Estudar o processo de síntese da acetanilida, bem como sua recristalização e a determinação
do seu ponto de fusão.
3 - Materiais e Métodos
3.1 - Reagentes e Equipamentos:
❏ Reagentes, Produtos e Outros:
Acetanilida;
Ácido Acético;
Água destilada;
Anidrido Acético;
Anilina;
Carvão Ativado.
Glicerina;
❏ Equipamentos:
Agitador
Magnético;
Almofariz;
Balança Analítica;
Bastão de Vidro;
Béqueres;
Bico de Bunsen;
Bomba à Vácuo;
Erlenmeyer;
Espátula;
Estufa;
Fita Adesiva;
Funil de Buchner;
Funil de Vidro;
Garra;
Manta Magnética;
Papel de Filtro;
Pera;
Pérolas de Vidro;
Pinça
Pipeta de 10mL;
Pistilo;
Suporte Universal;
Termômetro;
Tubo Capilar;
Vidro de Relógio.
3.2 - Teoria Experimental:
❏ Etapa 1 | Síntese da Acetanilida:
Coletou-se 7,6 mL de Anilina e 8,5 mL de Anidrido Acético utilizando-se uma pipeta
de 10mL. Posterior à coleta, pôs-se os reagentes coletados num béquer vazio e
agitou-os. Num outro béquer, com 100 mL água destilada, pôs-se um agitador
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magnético e posicionou-o sobre a manta magnética com o intuito de efetuar o
derramamento da solução do outro béquer neste com água destilada. Derramou-se,
então, os reagentes na água destilada, agitou-os com a manta magnética e esperou a
solução agitar-se até formar palhetas incolores (floculados). Logo após a floculação,
resfriou-se a solução num banho gelado e, assim que foi resfriado, filtrou-se a solução
à vácuo com um funil de Buchner. Por fim, pesou-se a massa dos cristais obtidos.
❏ Etapa 2 | Recristalização:
Assim que pesada a massa, colocou-se-a num béquer posto sobre a manta magnética e
misturou a massa com 0,5 g de carvão ativado - com o objetivo de retirar as impurezas
do produto obtido - e 50 mL de água destilada. Aqueceu-se, portanto, a mistura e
acrescentou-se a essa pérolas de vidro para evitar o superaquecimento. Enquanto a
mistura estava em aquecimento, separou-se um erlenmeyer com um papel de filtro e
pôs-se-os na estufa, para evitar a cristalização da acetanilida sobre o erlenmeyer frio.
Assim que obtida a acetanilida, e absorvida a anilina e demais impurezas pelo carvão
ativado, filtrou-se no erlenmeyer, já retirado da estufa, e resfriou-se a substância. Após
a resfriação dessa, filtrou-se-a a vácuo com um funil de Buchner para obter obter os
cristais da acetanilida. Pesou-se, então, a massa dos cristais obtidos.
❏ Etapa 3 | Determinação do Ponto de Fusão:
Derreteu-se a ponta do tubo capilar num bico de Bunsen e adicionou-se acetanilida no
tubo obstruído. Amarrou o tubo capilar num termômetro com fita adesiva e
submergiu-os num béquer com 100 mL de glicerina. Aqueceu a glicerina numa manta
magnética enquanto agitava-se a glicerina com o agitador magnético. Assim que
iniciada a fusão da acetanilida, anotou-se o ponto inicial até o ponto final, onde a
acetanilida estava toda fundida.
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4 - Resultados e Discussão
4.1 - Síntese:
Fonte: Slide Player
4.2 - Mecanismo:
❏ Ataque ao carbono polarizado:
Fonte: Slide Player
❏ Desprotonação:
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Fonte: Slide Player
4.3 - Reação: 1:1
C6H7N + C4H6O3 C8H9NO + C2H4O2↔
Anilina Anidrido acético Acetanilida Ácido acético SUBSTÂNCIAS
7,6mL 8,5mL 7,600mL VOLUME
0,083 mol 0,090 mol 0,083 mol QUANTIDADE DE
MATÉRIA
7,752 g 9,180 g 11,20 g MASSA
Tabela 1: Valores teóricos das substâncias envolvidas na reação.
➔ Há excesso de Anidrido acético, 1,428 g, o qual será retirado na recristalização.
❏ Cálculos dos valores teóricos:
Densidades: Anilina(An)= 1,02 g.mL-1; Anidrido acético(Aa)= 1,08 g.mL-1; Acetanilida(Ac)=
1,05g.mL-1; Ácido acético(Ae)= 1,04 g.mL-1.
Fórmula: e𝑑 = 𝑚𝑣 𝑛 =
𝑚
𝑀𝑀
𝑑𝐴𝑛 = 𝑚𝐴𝑛 ⇒ 1, 02 𝑔/𝑚𝐿 = 𝑚𝐴𝑛 ⇒ 7, 752 𝑔
𝑣𝐴𝑛 7, 6𝑚𝐿
𝑛𝐴𝑛 = 𝑚𝐴𝑛 ⇒ 𝑛𝐴𝑛 = 7, 752 𝑔 ⇒ 0, 083 𝑚𝑜𝑙
𝑀𝑀𝐴𝑛 93 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑑𝐴𝑎 = 𝑚𝐴𝑎 ⇒ 1, 08 𝑔/𝑚𝐿 = 𝑚𝐴𝑎 ⇒ 9, 18 𝑔
𝑣𝐴𝑎 8, 5 𝑚𝐿
𝑛𝐴𝑎 = 𝑚𝐴𝑎 ⇒ 𝑛𝐴𝑎 = 9, 18 𝑔 ⇒ 0, 090 𝑚𝑜𝑙
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𝑀𝑀𝐴𝑎 102 𝑔/𝑚𝑜𝑙
Acetanilida que deverá ser produzida:
𝑛𝐴𝑐 = 𝑚𝐴𝑐 ⇒ 0, 083 𝑚𝑜𝑙 = 𝑚𝐴𝑐 ⇒ 11, 22 𝑔
𝑀𝑀𝐴𝑐 135, 17 𝑔/𝑚𝑜𝑙
❏ Relação com os valores experimentais:
Anilina Anidrido
acético
Acetanilida Ácido acético SUBSTÂNCIAS
Massa 7,752 g 9,18 g 11,22 g TEÓRICO
Quantidade de
matéria
0,098
mol
0,090 mol 0,090 mol
Massa na
síntese
7,752 g 9,18 g 9,6633 g EXPERIMENTAL
Massa na
recristalização
7,752 g 9,18 g 3,0724 g
Quantidade de
matéria
0,083
mol
0,09 mol 0,07158 mol
Tabela 2. Relação dos valores teóricos e práticos das substâncias.
❏ Tempo de reação: 10 minutos
4.4 - Erro e rendimento:
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Gráfico 1. Relação do rendimento e erro em porcentagem.
Gráfico 2. Rendimento percentual nas duas fases do ensaio.
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4.5 - Determinação do ponto de fusão
Utilizando-seo método capilar para a determinação do ponto de fusão da acetanilida após a
recristalização, observou-se que a acetanilida começou a fundir em 103°C e estava completa
aos 112°C, em média 107,5°C. A faixa do ponto de fusão da acetanilida é de 114°C, a
diminuição desta é devido à presença de impurezas na substância. Sabendo desta faixa de
fusão da substância decidiu-se utilizar o composto orgânico glicerol (propano 1, 2, 3-triol),
pertencente ao grupo dos álcoois, principalmente pelo seu elevado ponto de fusão, cerca de
300°C, e outras características tais como viabilidade, viscosidade e tonalidade.
4.6 - Discussão
❏ Explicando o mecanismo:
1- O nucleófilo (N) da anilina ataca o próton do ácido carbonílico do anidrido acético
(carbono primário, parcialmente positivo);
2- Há quebra da ligação dupla (C=O) por conta da instabilidade do carbono carbonílico;
3- Simultaneamente há clivação do grupo abandonador (CH3COO) para formar
posteriormente o subproduto- ácido acético, pois a síntese da acetanilida tem o mecanismo
SN2 (substituição nucleofílica bimolecular);
4- Com isso, o carbono retorna a fazer ligação dupla com o oxigênio (C=O);
5- O carbono expulsa o nucleófilo mais fraco (H+) que se une ao elemento mais eletronegativo
do subproduto (O-), formando uma hidroxila (OH), e consequentemente obtém-se o
subproduto (ácido acético) e o produto (acetanilida), por meio da reação ácido-base de Lewis.
❏ Explicando a reação:
Como a reação é de 1:1, após calcular a quantidade de matéria de cada reagente, é possível
observar se há excesso e também quanto do produto será formado. Nesta reação pôde-se
observar que há excesso do reagente Anidrido acético, ou seja, de 0,090 mol apenas 0,083
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mol reagirá, lembrando que a anilina será retirada junto com outras impurezas pelo carvão
ativado durante o processo de recristalização. Sabe-se que apenas 0,083 mols reagem e
também que a massa molar do produto é 135 g.mol-1, com alguns cálculos determina-se que a
massa ideal para que obter-se o rendimento total (100%) é 11,20 g.
Após a primeira parte do experimento pesou-se a massa obtida, 9,6633 g, sendo assim o
rendimento obtido foi 79,53%, ou seja, 20,47% de erro, pois houveram perdas durante o
processo, inclusive quando verteu-se ácido na água, como a superfície superior do béquer
estava com uma temperatura menor que a inferior a solução solubilizou durante a passagem, a
perda total desta fase foi 2,55g. Na segunda fase -recristalização- a massa final foi de
aproximadamente 3,0726 g, o rendimento que anteriormente era 79,53 passou a ser 25,28%,
tendo em vista que, houve retirada das impurezas, o que consequentemente diminuiria a
massa encontrada anteriormente, além de outros processos que retiraram parte da substância,
com isso o erro total foi de 68,20%.
5 - Questões
1. Forneça as reações e os respectivos mecanismos envolvidos no experimento.
R: C6H5NH2 (1) + C4H6O3 (2) => <= C8H9NO (3) + CH3COOH (4)
A acetanilida (3) é sintetizada através de uma reação de acetilação da anilina (1), a
partir do ataque nucleofílico do grupo amino sobre o carbono carbonílico do anidrido
acético (3), seguido de eliminação de ácido acético (4) como um sub-produto da
reação.
Os mecanismos envolvidos são:
- Ataque ao carbono polarizado: o par de elétrons não ligante da anilina ataca o
carbono acila do anidrido acético, forçando o par de elétrons da ligação covalente
C - O a se deslocar para a esfera eletrônica do oxigênio, formando, assim, o
intermediário tetraédrico.
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- Desprotonação: uma reação ácido-base intramolecular e a conversão do grupo
carboxila em um bom grupo abandonador provocam a desprotonação da anilina,
culminando na eliminação do ácido acético e na formação da acetanilida.
2. a) Qual a função da mistura CH3COO-Na+/CH3COOH durante o processo de síntese?
R: Como a reação de síntese da acetanilida é dependente do pH, essa mistura, formada
por ácido acético e acetato de sódio, possui a função de controlar o pH do meio
(solução-tampão).
b) Considerando o pKa da anilina (pKa = 5), discuta qual deve ser o pH do meio
reacional.
R: A anilina é uma base fraca que possui o pH de aproximadamente 8,8. Como a
reação é dependente do pH, essa característica básica deve ser mantida para um
melhor resultado da reação.
3. Por quê é recomendável utilizar apenas uma quantidade mínima de solvente no
processo de recristalização?
R: Para garantir uma solução saturada quando a água estiver quente, permitindo maior
quantidade de cristais putos dissolvidos na solução.
4. Ao purificar um composto por recristalização, é aconselhável esfriar a solução lenta
ou rapidamente? Explique.
R: Lentamente, para que se permita a disposição das moléculas do composto em
retículos cristalinos, com formação de cristais grandes e puros.
5. Quais características devem ter um bom solvente, para que possa ser usado numa
recristalização?
R: Deve facilitar a dissolução da substância a altas temperaturas e dificultar a baixas
temperaturas; não deve reagir com a substância; tem de possuir um ponto de ebulição
relativamente baixo; e deve solubilizar mais facilmente os produtos que as impurezas
6. Sugira um outro método de síntese da acetanilida.
R: A acetanilida também pode ser sintetizada através de reação entre o cloreto de
acetila com a anilina, tendo, nesse caso, o ácido clorídrico como subproduto:
CH3COCl + C6H5NH2 C8H9NO + HCl↔
7. O ponto de fusão pode ser utilizado como critério de pureza para uma amostra?
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R: Sim, pois, baseando-se do estudo de propriedades coligativas, a presença de solutos
(impurezas) em uma amostra afetaria a aferição do ponto de fusão.
8. Pela estequiometria da reação, verifique se um dos reagentes se encontra em excesso.
Mostre através de cálculos.
R: Segundo o roteiro, deveriam ser utilizados 7,6 mL de anilina (d = 1,02g/mL) e 8,5
mL de anidrido acético (d = 1,08 g/mL). Utilizando-se as fórmulas de densidade e
quantidade de matéria, temos:
Anilina: 1,02 g/mL = m / 7,6 mL => m = 7,752g // n = 7,752g / 93 g/mol => n = 0,083
mol
Anidrido acético: 1,08 g/mL = m / 8,5mL => m = 9,18g // n = 9,18g / 102 g/mol =>
n = 0,09 mol
Considerado que a reação tem proporção 1:1, percebe-se que o anidrido acético é o
reagente que se encontra em excesso.
9. Por que se usou o carvão ativo na etapa de recristalização?
R: Para remover as impurezas da acetanilida inicialmente formada, incluindo o
reagente em excesso (anilina), pois o carvão atua adsorvendo as impurezas coloridas e
retendo matéria resinosa.
10. Por que se usa o papel de filtro pregueado na filtração?
R: Para aumentar a superfície de contato do filtro e realizar uma filtração mais rápida,
além de diminuir a troca de calor da substância com o filtro de vidro.
11. Por que não se deve utilizar água como fluido no banho de fusão?
R: Devido ao baixo ponto de ebulição da água, que passaria para o estado de vapor
antes da fusão total da acetanilida, que ocorreria aproximadamente aos 113ºC..
6 - Conclusão
Neste experimento concluímos que é possível efetuar a síntese da acetanilida realizada pela
reação entre a anilina e o anidrido acético, onde ocorrem os sistemas nucleofílico-eletrofílico
e ácido-base de Lewis, liberando ácido acético como subproduto da reação. Após a síntese,
realizou-se a recristalização onde as impurezas foram retiradas a partir do carvão ativado,
em seguida houve a determinação da faixa de fusão do produto obtido.
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7 - Referências
AMARAL, Luciano Francisco Pacheco et al. Fundamentos de química orgânica. São Paulo:
Edgard Blücher, 1980. 606p.
SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R.; Fundamentos de química
analítica. 8ª ed. São Paulo: Learning, 2008. 999p.
SOLOMONS, T.W.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica. 8ª Ed. Vol. 2. Rio de Janeiro: LTC,
2006.
SOLOMONS, T.W.G, Química Orgânica. Rio de Janeiro, LCT, 1983. vol.3.
8 - Anexos
Figura 1. Cristais formados. Figura 2. Adição de carvão
Figura 3. Acetanilida filtrada. Figura 4. Reação.
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Figura 5.Perda dos reagentes. Figura 6. Filtração da acetanilida.
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