Preparação do Acetato de Isopentila. Marinalva Aparecida Alves Wander Gustavo Botero

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1 Preparação do Acetato de Isopentila Marinalva Aparecida Alves Wander Gustavo Botero

2 Ésteres e Frutas: Algo em Comum? Ésteres simples, possuem cheiros agradáveis, odores de frutas. Em muitos casos os odores de fragrâncias de frutas e flores são devidos a uma mistura de esteres. Por exemplo: no óleo de abacaxi, a maioria de seus componentes são ésteres. Ésteres simples, são utilizados em empresas alimentícias como aromatizantes. CH COO ( CH ) CH ( CH ) Acetato de isopentila Banana CH COO ( CH ) CH Acetato de propila Pera CH ( CH ) COOCH CH Pr opanoato de etila Abacaxi CH ( CH ) COOCH Pr opanoato de metila Maça CH COOCH Ph Acetato de Benzila Pêssego

3 ) CH Reação de esterificação: ácido carboxílico + álcool éster + água O CO H + CH CH CH CO CH OH CH CH CH CH ( ) ( + CH H

4 Mecanismo H + O H H H C C.. O OH + O H H Ȯ. CH CH CH CH H C C OH CH H C OH C + O CH CH CH CH H C..OH C O CH CH CH CH OH H CH + OH CH..OH OH H C +O H C O CH CH CH CH H C H O C O CH + CH CH CH H O H CH CH H

5 Se desenvolve lentamente O equilíbrio não favorece a formação dos produtos Forma água, que deverá ser removida

6 Cinética de Esterificação Reações de esterificação são catalisadas por ácidos. Elas se desenvolvem muito lentamente na ausência de ácidos fortes, mas alcançam o equilíbrio em poucas horas, quando o ácido e álcool são refluxados com pequena quantidade de H SO 4 ou HCl.

7 Refluxo A velocidade de uma reação é aumentada, quando esta é feita na temperatura de ebulição A técnica do refluxo mantém a mistura reacional na temperatura de ebulição, evitando a perda de reagentes por evaporação

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9 Constituição Condensador Frasco de ebulição Manta de aquecimento

10 Cuidados!!! Sentido do fluxo de água: de baixo para cima Fluxo de água constante para favorecer o resfriamento A pressão do fluxo de água deve ser alta o suficiente para manter o fluxo, mas não excessivamente forçando a mangueira do condensador Usar tipo de aquecimento apropriado (manta de aquecimento) Usar pedras de ebulição ou agitador magnético Ajustar a velocidade de aquecimento, para que o anel de refluxo não atinja mais que 1/ do condensador. Cuidado com escape de vapores

11 ) CH Reagente Limitante Como o ponto de equilíbrio controla a quantidade de ester formado, o uso de um excesso de ácido carboxilico ou de álcool aumenta o rendimento, baseado no reagente limitante. CO H + CH CH CH CO CH OH CH CH CH CH ( ) ( + CH H O A escolha do composto em excesso depende de sua disponibilidade e custo. O ácido acético é usado em excesso, devido seu baixo custo em relação álcool isopentílico e mais facilmente removido da mistura reacional. Como remover o excesso de ácido acético adicionado??

12 Extração simples Consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente. o solvente extrator (água) não deve ser solúvel em éster e nem reagir quimicamente com a substância a ser separada. O ácido acético possui uma maior solubilidade em água, passando para a fase aquosa e sendo removido por extração simples.

13 Precisamos extrair traços de ácido acético presente na fase orgânica e neutralizar o meio (garantir que não há presença de ácido, mas sim, somente do sal dissolvido em água ou álcali)!!!!!

14 Extração quimicamente ativa Outro tipo de extração, de grande importância, depende do uso de reagentes que reajam quimicamente com a substância a ser extraída. Este método é freqüentemente utilizado para separar os componentes de uma mistura, e remover pequenas quantidades de impurezas no solvente orgânico. A diluição de bicarbonato de sódio, pode ser usado na extração de ácidos orgânicos presentes na solução de um solvente orgânico ou remover traços de ácidos que estão presentes na forma de impurezas em uma preparação orgânica. O uso de soluções alcalinas depende da conversão do íon livre para o correspondente sal de sódio, como está solúvel em água ou diluído no álcali.

15 Quando se adiciona solução de bicarbonato de sódio na fase orgânica, este reagirá com o ácido acético presente, segundo a reação: NaHCO + + CH COOH CH CO Na + H O CO O sal, é solúvel em água e assim é extraído da fase orgânica. O bicarbonato de sódio, também reage com o ácido sulfúrico presente, neutralizando-o e garantindo um meio básico. NaHCO + + H SO4 NaSO4 + H O CO

16 Diminuir a solubilidade do éster em água, afim de separar a fase aquosa, e garantir um bom rendimento.

17 Efeito Salting-out A solubilidade de uma substância orgânica em água é afetada pela presença de um sal inorgânico dissolvido, por exemplo, o etanol, perfeitamente miscível em água pura, e levemente solúvel em soluções aquosas com cloreto de sódio, carbonato de potássio, e outros sais inorgânicos. Este fenômeno é conhecido como Salting-out, ocorre comumente sais que possuem íons de pequeno raio e carga concentrada.

18 A adição de solução saturada de cloreto de sódio, irá diminuir a solubilidade do éster formado em água, fazendo com que esta possa ser removida, sem perda do produto desejado.

19 Eliminar a água

20 Agente secante Várias substâncias químicas minerais, por ação direta, são utilizadas para dessecação de líquidos orgânicos, removendo a água ou solventes de suas misturas. Para este fim, a substância dessecadora (desidratante) deve satisfazer as seguintes condições: não reagir quimicamente com nenhum dos componentes da mistura; não deve dissolver-se apreciavelmente no produto; não provocar, por catálise, reações do composto entre si: polimerização, condensação ou auto-oxidação, nem com os demais componentes da mistura; possuir capacidade de secagem rápida e efetiva e, finalmente, ser de fácil aquisição e por preço vantajoso.

21 Propriedades dos principais agentes secantes Agente Secante Capacidade Velocidade Intensidade Cloreto de Cálcio Alta Média Alta Sulfato de Cálcio Baixa Muito alta Muito alta Sulfato de Magnésio Alta Alta Média alta Peneira Molecular, 4 A Alta Alta Alta Carbonato de Potássio Média Média Média Sulfato de Sódio Muito alta Baixa Baixa *O sulfato de sódio é granular, sendo mais facilmente removido da solução. O sulfato de magnésio é mais poderoso e pode ser removido por destilação.

22 O agente dessecador que iremos utilizar será o sulfato de magnésio anidro, que forma com a água o sal heptahidratado (MgSO 4.7H O). Trata-se de um agente dessecante neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser usado inclusive nas misturas contendo ésteres, aldeídos, cetonas, aminas, amidas, etc., para as quais não se pode empregar o cloreto de cálcio. MgSO + 7 H O MgSO. 7H O 4 4

23 Eliminar todos dos traços de impurezas presentes.

24 Destilação Simples Só tem aplicação para separar um líquido de suas impurezas não voláteis (em solução no líquido), um solvente usado numa extração, ou, excepcionalmente, para separar líquidos de pontos de ebulição muito afastados. A fonte de calor deverá ser escolhida em função do líquido a ser destilado. Para uma melhor distribuição de calor, deve-se evitar aquecimento constante num único ponto do balão. O banho-maria ou de óleo, ou ainda, a manta aquecedora, envolvendo o balão de destilação até, aproximadamente, a metade devem ser preferidos. É aconselhável, igualmente, evitar tanto quanto possível o calor fornecido por chama, quando se trabalha com substâncias facilmente inflamáveis, ou cercar a operação de todos os cuidados necessários, tendo em vista o perigo de um acidente.

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27 Cuidados na Destilação Uso de manta de aquecimento Uso de pedras de ebulição Uso de vidraria seca Uso de banho de gelo Não descuidar da temperatura a ser usada Perda do produto obtido por evaporação

28 ACETATO DE ISOPENTILA

29 ) CH Cálculo de Rendimento O CO H + CH CH CH CO CH OH CH CH CH CH ( ) ( + CH H V ácido = 0.00 ml d ácxido = g ml -1 MM ácido = g mol -1 V álcool = ml d álcool = 0.81 g ml -1 MM álcool = g mol -1 d éster = g ml -1 MM éster = g mol -1

30 Cálculo de reagente limitante Ácido acético Álcool isopentílico m d = V m = d V m = 1,045 x 0,00= 0,90 g 1mol ác. acético n 60,05 g 0,90 m d = V m = d V m = 0,81 x15,00 = 1,0 g 1mol álcool n 88,15 g 1,0 n = 0,48mol de ác. acético n = 0,18mol de álcool

31 Cálculo de Rendimento 1mol de éster = n mols deéster = 1mol 0,18 de álcool mol de álcool 1mol éster = 10,1 g 0,18mol éster = x x = 17,96 g Calcular o rendimento obtido!!!

32 Toxicidade Ácido acético glacial: libera vapores de odor irritante. Manusear em capela. Evitar contato com pele, olhos e boca. Ingestão pode causar corrosão da boca e do trato gastro intestinal. Ácido sulfurico concentrado: Provoca sérias queimaduras, exposição prolongada causa irritação da pele, olhos nariz e garganta. Acetato de isopentila: Os principais indícios de exposição prolongada são: irritação dos olhos, pele, nariz e garganta; dermatites. Álcool isopentílico: exposição prolongada: irritações nos olhos, pele, nariz e garganta; dor de cabeça, tontura; tosse, dificuldade na respiração, nausea, vômito e diarréia; rachadura na pele.

33 Fluxograma 15 ml de álcool isopentílico em um balão de fundo redondo *As pedras de ebulição auxiliam na formação de bolhas no líquido, diminuindo o risco de ebulição tumultuosa. 1. Adicionar 0mL de ácido acético glacial. Acrescentar 4mL de ácido sulfúrico concentrado com cuidade e agitando.. Adicionar pedras de ebulição*; 4. Conectar o balão a um condensador de refluxo; 5. Refluxar por 1 hora, utilizando manta como fonte de aquecimento 6. Deixar esfriar à temperatura ambiente; Acetato de Isopentila + ácido acético Traços: álcool isopentílico, água, ácido sulfúrico. 7. Transferir a mistura para um funil de separação; 8. Adicionar 55mL de água fria; 9. Lavar o balão com 10mL de água fria e transferir para o funil de separação; 10. Efetuar a extração simples; Fase aquosa (inferior): H O +, HSO 4 - acetato, acetato de isopentila, álcool isopentílico Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila, ácido acético Traços: H O +, HSO 4-, SO 4 -, acetato, água e álcool isopentílico 10.a-Transferir a solução para um béquer

34 * Há liberação de CO. ** Extração quimicamente ativa. 11. Adicionar 5mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5%*; 1. Fazer extração**, removendo a fase aquosa; 1. Adicionar novamente 5mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5%; 14. Repetir a extração, removenmdo a fase aquosa; Fase aquosa (inferior): Na +, acetato, H O +, HSO 4 - Traços: acetato de isopentila, álcool isopentílico Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila Traços: Na +, H O +, HSO 4-, SO 4 -, acetato, água e álcool isopentílico 15. Medir o ph da fase aquosa após a extração usando papel de tornassol; 16. Se esta não se apresentar básica, repetir a extração até obtê-la básica; * Efeito salting - out. 17. Adicionar 5mL de água e 5mL de solução saturada de cloreto de sódio*; 18. Agitar a mistura suavemente e extrair a fase aquosa; Fase aquosa (inferior): Na +, acetato, Cl -. Traços: acetato de isopentila, Na +, H O +, HSO 4-, SO 4 -,Cl -, acetato, água e álcool isopentílico Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila Traços: Na +, H O +, HSO 4-, SO 4 -,Cl -, acetato, água e álcool isopentílico

35 *Transferir o éster pela parte superior do funil. 19. Transferir o éster* para um erlenmeyer e adicionar g de MgSO 4 anidro; 0. Tampar o frasco e agitar ocasionalmente até que o líquido apresente-se límpido; 1. Se necessário, decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5g de MgSO 4 ; Fase Orgânica: acetato de isopentila Traços: Na +, H O +, HSO 4-, SO 4 -,Cl -, acetato, água e álcool isopentílico * Vidraria seca.. Montar um sistema de destilação simples*;. Coletar a fração destilada entre 14 e 14ºC, em um erlenmeyer previamente tarado e em banho de gelo; Acetato de isopentila 4. Pesar o produto e calcular o rendimento; 5. Anotar a pressão e corrigir o ponto de ebulição; 6. Armazenar o produto obtido num frasco rotulado contendo faixa de destilação, volume, massa, data, componentes do grupo.

36 Bibliografia Robertson, G.R. & Jacobs, T.L. Laboratory Pratice of oeganic chemistry. 4ºed., The Macmillan company, New York,.196. Adams, R.; Johson, J.R.; Wilcox, C.F. Laboratory experiments in organic chemistry. 7º ed. Macmillan Publish co, INC, New York, Gonçalves, D., Wal, E., Almeida, R. R. Química Orgânica Experimental. São Paulo : McGraw Hill, l988. Pavia, D.L.; Lampiman, G.M.; Kriz, G.S..Introduction to Organic Laboratory Techniques. A Contemporary Approach, ª ed., Saunders Colleege Publisching, Washington, Mohrig, J.R.; Neckers, D.C., Laboratory Experiments in Organic Chemistry. ª ed., D. Van Nostrand Company, 197.