Síntese do ÁCIDO BENZÓICO e do BENZOATO DE METILA (exemplo de reação de oxidação e esterificação)

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA
LEONARDO AUGUSTO DA SILVA
RELATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL - PRÁTICA 3
SÍNTESE DO ÁCIDO BENZÓICO E DO BENZOATO DE METILA
(EXEMPLO DE REAÇÃO DE OXIDAÇÃO E ESTERIFICAÇÃO)
PRESIDENTE PRUDENTE
JUNHO/2021
1. OBJETIVOS
Esta prática teve como objetivo sintetizar o ácido benzóico a partir da oxidação do
benzaldeído e, também, sintetizar o benzoato de metila a partir da esterificação do ácido
benzóico.
2. INTRODUÇÃO
Os aldeídos e as cetonas possuem um grupo acila ligado a um hidrogênio ou a outro
carbono. A representação genérica dos aldeídos pode ser vista na Figura 1 e a representação
genérica das cetonas pode ser vista na Figura 2 [1].
Figura 1 - Representação genérica dos
aldeídos.
Figura 2 - Representação genérica das
cetonas.
Compostos que possuem os grupos funcionais aldeído e cetona, estão comumente
envolvidos em várias reações muito utilizadas na química orgânica sintética [1]. Sendo assim,
é de suma importância que saibamos suas fontes de obtenção.
De acordo com Carey, a formação de muitos desses compostos ocorre naturalmente,
todavia, no que diz respeito à variedade e quantidade, os aldeídos e as cetonas se posicionam
entre os produtos naturais mais conhecidos e até mesmo mais comuns [1].
Mesmo que muitos desses compostos são formados de maneira natural, vários
aldeídos e cetonas são sintetizados em laboratório por reações químicas, tais como: ozonólise
de alcenos, hidratação de alcinos, acilação de Friedel-Crafts de compostos aromáticos,
oxidação de álcoois primários a aldeídos, oxidação de álcoois secundários a cetonas. Dentre
essas, para um químico sintético, as mais importantes são: oxidação de álcoois primários a
aldeídos e de álcoois secundários a cetonas [1].
É válido aqui ressaltarmos que os aldeídos também são sensíveis à oxidação,
convertendo-se a ácidos carboxílicos por vários agentes oxidantes, como por exemplo o
permanganato de potássio e o ácido crômico. Ainda, os aldeídos são oxidados mais
facilmente do que os álcoois e por esse motivo, reagentes como clorocromato de piridínio
(PCC) e dicromato de piridínio (PDC) foram desenvolvidos para que a oxidação de álcoois
primários a aldeídos parassem na etapa correta [1].
Esses reagentes são eficazes por dois fatores: são fontes de Cr(VI) e podem ser
utilizados em meio não aquoso (diclorometano). Assim, quando mantém-se a água fora da
mistura reacional, o aldeído não é convertido em seu hidrato, intermediário necessário que
permite a chegada ao ácido carboxílico [1].
Como dito anteriormente, para a ocorrência da oxidação de aldeído a ácido
carboxílico, pode-se utilizar como agente oxidante o permanganato de potássio. Todavia, essa
oxidação é tida como branda, uma vez que é necessário a presença de um oxigênio obtido
através do reagente de Baeyer, que nada mais é que permanganato de potássio em meio
neutro ou ligeiramente básico. Após a reação, deve-se acidificar o meio para a remoção
completa de íon manganês restante.
No que diz respeito aos ésteres, eles não se diferenciam muito dos aldeídos e cetonas
quanto a sua ocorrência, uma vez que também ocorrem naturalmente e podem ser sintetizados
em laboratório [1].
Existem diversas rotas sintéticas para a obtenção de ésteres. Dentre elas tem-se:
produção de ésteres a partir da reação entre ácido carboxílico e álcool (reação de esterificação
de Fisher), reação de transesterificação (catálise ácida e básica) e reação entre ácido
carboxílico e diazometano para a obtenção de éster metílico [2].
Os mecanismos das reações citadas acima podem ser vistos a seguir [2]:
Mecanismo 1 - Reação de esterificação de Fischer.
Mecanismo 2 - Reação de transesterificação (catálise ácida).
Mecanismo 3 - Reação de transesterificação (catálise básica).
Mecanismo 4 - Obtenção de éster metílico.
A seguir, apresentaremos os resultados obtidos nesta prática.
3. RESULTADOS
3.1 Oxidação do Benzaldeído
Nesta etapa, primeiramente ocorreu a reação de decomposição do permanganato de
potássio (Reação 1), uma vez que era necessário a liberação de oxigênio para que a reação
seguinte viesse a ocorrer.
Reação 1 - Decomposição do permanganato de potássio.
A solução preparada, após a reação entre o permanganato de potássio e água,
apresentou coloração violeta intensa.
Após a decomposição do permanganato de potássio, juntou-se a solução resultante da
reação 1 à solução de benzaldeído para que ocorresse sua oxidação a ácido carboxílico.
Ressalta-se que foi necessário adicionar base (KOH) e ácido ao meio de maneira sucessiva. A
reação ocorrida está representada a seguir:
Reação 2 - Oxidação do benzaldeído.
Esta reação apresentou diferentes colorações de acordo com suas etapas. Na etapa 1
(reação entre benzaldeído e oxigênio) a solução apresentou cor marrom intenso; na etapa 2
(adição de KOH ao filtrado) a solução permanceu com coloração marrom; e na etapa 3
(adição de HCl ao filtrado) a solução apresentou coloração branca.
Posteriormente, o ácido benzóico foi filtrado, lavado com água, recristalizado e
pesado, resultando em 0,6126 g.
Para o cálculo do rendimento desta síntese, primeiramente determinamos o número de
mols do agente limitante (benzaldeído) para que fosse possível encontrarmos a massa teórica
de ácido benzóico. Após encontrarmos a massa teórica, determinamos o rendimento da
síntese. Os cálculos estão apresentados a seguir:
Sendo assim, esta síntese do ácido benzóico apresentou 11,6% de rendimento.
3.2 Esterificação do ácido benzóico
A produção do benzoato de metila ocorreu através do mecanismo de esterificação do
ácido benzóico catalisada por ácido. O mecanismo está representado a seguir:
Mecanismo 5 - Síntese do benzoato de metila.
Ao término das etapas, foi possível determinar a massa do éster sintetizado. Os
resultados estão no Quadro 1.
Quadro 1 - Determinação da massa em gramas do éster sintetizado.
m béquer/g m béquer + m produto/g m produto/g
78,7930 79,0723 0,2793
Com a determinação da massa obtida de benzoato de metila, nos foi possível
determinar o rendimento da reação. Primeiramente, utilizando o ácido benzóico como agente
limitante da reação, calculamos a massa teórica e, posteriormente, o rendimento da síntese.
Os cálculos estão apresentados a seguir:
Sendo assim, esta síntese do benzoato de metila apresentou 40,9% de rendimento.
4. DISCUSSÃO
4.1 Oxidação do Benzaldeído
Os resultados obtidos nesta síntese foram condizentes com os resultados presentes na
literatura, uma vez que houve a formação de um ácido carboxílico (ácido benzóico) a partir
da oxidação de aldeído (benzaldeído).
4.2 Esterificação do ácido benzóico
A utilização de diclorometano serviu para se ter uma melhor separação entre as fases
água e éster, uma vez que ele é um solvente imiscível em água e a água e éster possuem
pequena diferença em suas densidades [3]. Logo, facilitou-se a retirada da fase orgânica
(éster).
Já a lavagem da fase orgânica utilizando hidróxido de sódio serviu para retirar o
resíduo ácido do meio e, a adição de sulfato de magnésio anidro, serviu para retirar a água
restante no meio, permitindo a deslocação do equilíbrio no sentido direto (formação do éster).
A reação de neutralização pode ser vista a seguir:
Reação 3 - Neutralização do ácido sulfúrico por hidróxido de sódio.
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Dessa forma, através dos procedimentos realizados, pode-se notar que a produção do
éster benzoato de metila ocorreu, o que corrobora com os resultados contidos na literatura.
5. CONCLUSÃO
Através da realização dos dois experimentos propostos nesta prática, é possível
concluir que as sínteses realmente ocorreram e que os produtos desejados (ácido benzóico e
benzoato de metila) foram obtidos com sucesso.
6. BIBLIOGRAFIA
[1] CAREY, F. A. Química Orgânica – V2. Porto Alegre: Grupo A, 2011.
[2] GOI, Beatriz Eleutério. Preparação de derivados de ácidos carboxílicos. 05-05
de maio de 2021. Notas deaula.
[3] VOGEL, A. I. Análise Orgânica Qualitativa. 3a ed., vol. 2, 1983.