Relatório 03 - Preparação de acetato de isopentila

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL II
Prof° Hildegardo Seibert França
TURMA: 2019/1 - 5° período
TÍTULO: Preparação de acetato de isopentila
NOME (S): Gabriel Teixeira Malacarne e Thamires Lucia Lube de Melo
1. OBJETIVO:
Preparar o acetato de isopentila através de uma reação de esterificação a partir de um
ácido e álcool.
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA:
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 isopentílico, a qual é
catalisada por um ácido (na prática será utilizado o H2SO4(conc.). Esta reação é conhecida
como esterificação de Fischer.
3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS:
Reagente: ácido acético, álcool isoamílico, ácido sulfúrico concentrado, bicarbonato de sódio
e sulfato de sódio anidro.
Equipamentos para refluxo (figura 1): Condensador de refluxo, balão de fundo redondo,
manta aquecedora, garras e haste universal.
Equipamentos para extração (figura 2): Funil de separação, kitassato, argola, garras e haste
universal.
Equipamentos para destilação (figura 3): Balão de destilação, cabeça de destilação, garras,
haste universal, balão coletor, condensador de água, manta de aquecimento , adaptador à
vácuo e adaptador de termômetro.
1
Figura 1: Aparelhagem para o aquecimento mediante a refluxo.
Fonte: Engel, 2012
Figura 2: Aparelhagem para a extração.
Fonte: Engel, 2012
Figura 3: Aparelhagem para a destilação.
Fonte: Engel (2012)
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
Em balão de 100 mL (de fundo redondo para manta aquecedora ou de fundo chato para
chapa aquecedora), acrescentar 17 mL de ácido acético glacial e pesar. Tarar o frasco
novamente, adicionar 15 mL de álcool isoamílico e pesar. Misturar. Cuidadosamente,
acrescentar à mistura 1,0 mL de ácido sulfúrico concentrado e adicionar, então, as pedras de
porcelana, deixando sob refluxo por 50 min. Terminado o refluxo, esfriar a mistura reacional
a temperatura ambiente. Transferir para um funil de separação. Devagar, adicionar 15 mL
solução de bicarbonato de sódio saturado. Separar a fase aquosa, confirmar a identidade da
mesma e descartá-la. Repetir esse processo por três vezes. Secar o éster com sulfato de sódio
anidro e filtrar por gravidade. Destile o éster, coletando o líquido que destilará entre
136–143°C. Pesar e calcular o rendimento.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES:
Os ésteres de ácidos carboxílicos são componentes importantes de aromas naturais
utilizados na indústria alimentícia para a formação e intensificação de aromas em alimentos.
Estes por sua vez, quando obtidos de forma natural sua extração oferece alto custo e a
pequena quantidade obtida faz com que a utilização industrial seja inadequada, por isso se
utiliza a síntese para produção de ésteres (ARAGÃO et al., 2009).
A esterificação é uma reação de condensação usada para síntese de ésteres, a partir de
um ácido carboxílico com um álcool (SOLOMONS, 2002). Assim, esta prática teve por
objetivo produzir o éster acetato de isopentila (C7H14O2), que quando diluído apresenta aroma
característico de banana, sendo utilizado como aromatizante artificial.
Iniciando o procedimento, foram adicionados 17mL de ácido acético (CH3COOH) e
15mL de álcool isoamílico (C5H11OH), levando a reação na figura 3. Engel (2012), afirma
que o equilíbrio não favorece a formação do éster, ele deve ser movido para a direita, no
sentido do produto, utilizando o excesso de um dos materiais de partida. Diante disso, a
utilização do ácido em excesso invés do álcool na reação é pelo seu menor preço de custo e
pela facilidade de remoção do meio reacional.
Figura 3: Reação geral para a produção do acetato de isopentila.
Fonte: Pawlicka, 2014.
Segundo Constantino (2011), na ausência de catalisadores a reação é muito lenta,
levando vários dias para atingir o equilíbrio. Isso pode ser explicado pelo uso de um ácido
fraco, assim é necessário acrescentar um ácido forte, dessa forma adicionou-se 1 mL de ácido
sulfúrico (H2SO4) no meio racional, configurando uma catálise ácida. Emil Fischer foi o
primeiro descobrir que um éster poderia ser obtido através do aquecimento de um ácido
carboxílico e um álcool na presença de catalisador ácido, esta reação ficou conhecida como
3
esterificação de Fischer, sendo um dos principais métodos utilizados na produção de ésteres
(COSTA, 2004).
Junto aos reagentes foram adicionadas pedras de porcelana e iniciou-se o refluxo por 50
minutos. No sistema de aquecimento a refluxo, o líquido é aquecido até a fervura, e os
vapores quentes são resfriados e condensados, à medida que sobem no condensador revestido
com câmera de água. Portanto, muito pouco líquido é perdido por evaporação, logo obtém-se
um melhor rendimento, já que a mistura é mantida a uma temperatura constante, no ponto de
ebulição do líquido (ENGEL, 2012).
Dando continuidade, tem-se a segunda parte do procedimento referente aos
experimentos de isolamento. Com a mistura reacional em temperatura ambiente, transferiu-a
para um funil de separação e foram adicionados 15mL de bicarbonato de sódio saturado
(NaHCO3). O NaHCO3 será o agente quimicamente ativo, de acordo com Engel (2012) na
preparação de um éster, uma extração com bicarbonato de sódio pode ser utilizada para
remover qualquer ácido carboxílico que estiver presente, desse modo o NaHCO₃ será o
responsável por extrair o ácido acético. O produto da reação será o acetato de sódio como
mostra a figura 4, que deve ser mais solúvel em outro solvente (água) que na solução de
interesse, extraindo então o sal formado da solução orgânica.
Figura 4: Reação da extração do ácido acético com bicarbonato de sódio
Fonte: Engel, 2012
Além do ácido acético, o NaHCO3 irá reagir com o H2SO4 presente, em um reação de
neutralização garantindo um meio básico, pela reação abaixo.
2 NaHCO3 (S) + H2SO4 (aq) → Na2SO4 (S) + H2O (l) + CO2 (g)
Feita a extração e descarte da fase aquosa, adicionou-se à fase orgânica sulfato de sódio
anidro (Na2SO4 .10 H2O), que irá funcionar como agente secante. O agente secante insolúvel
é colocado diretamente na solução, onde adquire moléculas de água e se torna hidratado. Se
for utilizado agente secante suficiente, toda a água pode ser removida de uma solução úmida,
tomando-a "seca", ou livre de água (ENGEL, 2012).
Por fim, é feita a última etapa de purificação através da destilação do acetato de
isopentila, produto final obtido. A solução é transferida para um balão de fundo redondo e é
aquecida em uma manta aquecedora. O líquido aquecido, então, evapora e é forçado para
cima, passando pelo termômetro, e para dentro do condensador. O vapor condensa o líquido
no condensador de resfriamento, e o líquido escoa para baixo através do adaptador de vácuo
(nenhum vácuo é utilizado), para o balão coletor (ENGEL,2012). Segundo a literatura
consultada, o éster possui ponto de ebulição de 142°C, sendo importante a coleta do destilado
ser feita entre 136°C e 143°C.
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6. PERGUNTAS:
6.1. Discuta o mecanismo da reação. Qual a função do ácido sulfúrico? É ele
consumido ou não, durante a reação?
O mecanismo de reação para a produção do éster, pode ser explicado por etapas. De início
acontece a protonação do ácido acético pelo ácido sulfúrico formando um carbocátion
primário (figura 5). O H2SO4 utilizado ágil como um catalisador, portanto não sendo
consumido na reação, logo é regenerado durante o processo.
Figura 5: Mecanismo de protonação
Seguindo o mecanismo de reação, ocorre o ataque nucleófilo do oxigênio do álcool
isoamílico ao carbocátion com a carga positiva no oxigênio. Em seguida, há a eliminação da
molécula de água e formação de um novo carbocátion. 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. Por fim, para anular a carga positiva no
oxigênio, os pares de elétrons livres damolécula 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, como mostras as reações a seguir.
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6.2. Qual o motivo da utilização de NaHCO3 saturado na extração? O que
poderia acontecer se NaOH concentrado fosse utilizado?
O bicarbonato de sódio saturado se mostra como uma boa escolha para a extração. Sua
função é neutralizar a solução, no entanto por ser uma uma base fraca, não possui a
capacidade de elevar muito o pH, se mostrando favorável. Além disso, o sal não possui a
presença de nucleófilos, o que não acontece com o hidróxido de sódio (NaOH) que caso fosse
utilizado poderia formar reações indesejáveis no meio reacional.
6.3. Qual é o reagente limitante neste experimento? Demonstre através de
cálculos:
É de suma importância, antes de realizar os cálculos do um rendimento, saber qual dos
reagentes do meio reacional está em excesso e qual está limitando a reação. Diante disso,
efetuou-se os cálculos, a seguir, a partir dos dados da tabela 1.
Tabela 1: Dados utilizados para os cálculos.
Substância Densidade (g/cm3) Massa Molar (g/mol)
Ácido acético 1,06 60,1
Álcool isoamílico 0,81 88,148
Para o ácido acético (CH3COOH):
1, 06 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻 − 1 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻 
𝐴 − 17 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻
𝐴 = 18, 02 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻
60, 1𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻 − 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻
18, 02𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻 − 𝐵 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻
𝐵 = 0, 3 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝐻
3
𝐶𝑂𝑂𝐻
6
Para o álcool isoamílico (C5H11OH):
810 𝑔 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻 − 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
𝐶 − 15 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
𝐶 = 12, 15𝑔 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
88, 148𝑔 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻 − 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
12, 15𝑔 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻 − 𝐷 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
𝐷 = 0, 13 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶
5
𝐻
11
𝑂𝐻
Desse modo, pode-se concluir que o álcool isoamílico é o agente limitante da reação, pois
apresenta 0,13 mols presentes no meio reacional, enquanto o ácido acético apresenta 0,3
mols.
6.4. Qual seria a massa do produto final se, nas condições experimentais acima, o
rendimento fosse de 63%
O álcool isoamílico é o reagente limitante da reação, como visto na questão anterior,
assim, a partir dele os cálculos foram efetuados para saber a massa de acetato de isopentila
(MM = 130,19 g/mol) formando ao final da reação. Como mostram os cálculos a seguir.
88, 148 𝑔 𝑑𝑒 Á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑎𝑚í𝑙𝑖𝑐𝑜 − 130, 19 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
12, 15 𝑔 𝑑𝑒 Á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑎𝑚í𝑙𝑖𝑐𝑜 − 𝐸 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 
𝐸 = 17, 94 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
Conforme os cálculos foi possível obter que para este procedimento, a reação forma 17,94 g
de acetato de isopentila em um rendimento teórico de 100%. Desse modo, seguindo os
cálculos abaixo, tem-se que para um rendimento de 63%, obtém-se 11,30g do produto final.
17, 94 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 − 100% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑥 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 − 63% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑥 = 11, 30 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
7. RENDIMENTO:
Observação: Cálculos de rendimento para 50%, conforme o vídeo disponibilizado.
Para os cálculos de rendimento, partindo do princípio da proporção de 1:1 entre o ácido
acético (MM = 60,1 g/mol) e o álcool isoamílico (MM = 88,14 g/mol) obtido, como mostra a
reação a seguir.
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Figura 5- Reação de esterificação do acetato de isopentila
Fonte: Engel (2012)
Desse modo, seguindo os cálculos da questão 6.3 temos que o agente limitante da
reação é o álcool isoamílico. Dessa forma, é possível calcular o rendimento de acetato de
isopentila (MM = 130,19g/mol) formado a partir de um rendimento de 50%, conforme os
cálculos abaixo.
88, 148 𝑔 𝑑𝑒 Á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑎𝑚í𝑙𝑖𝑐𝑜 − 130, 19 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
12, 15 𝑔 𝑑𝑒 Á𝑙𝑐𝑜𝑜𝑙 𝑖𝑠𝑜𝑎𝑚í𝑙𝑖𝑐𝑜 − 𝐹 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 
𝐹 = 17, 94 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
17, 94 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 − 100% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑊 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎 − 50% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑊 = 8, 97 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑠𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎
Para um rendimento de 50%, formou-se 8,97g de acetato de isopentila.
9. REFERÊNCIA:
ARAGÃO, V. C.; et al. Síntese Enzimática do Butirato de Isoamila Empregando Lipases
Microbianas Comerciais. Química Nova. v. 32, n. 9, 2009.
COSTA, Thiago Santangelo et al. Confirmando a esterificação de Fischer por meio dos
aromas. Química Nova na Escola, n° 19, maio de 2004. Disponível em
<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a11.pdf> Acesso em 26 ago. 2021.
SOLOMONS, G.; FRYHLE, C. Química Orgânica. Rio de Janeiro: LTC, v. 2, 2002.
CONSTANTINO, M. G; da Silva G. V. J; DONATE, P. M. Fundamentos de Química
Experimental. 2. ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2014.
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http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a11.pdf
ENGEL, Randall G. et al. Química orgânica experimental: técnicas de pequena escala. 3.
ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012.
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