Síntese e Purificação da Acetanilida

Transcrição

1 Síntese e Purificação da Acetanilida Alunos: Thiago Moura Bego Vagner Antonio Moralles Docentes: Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira Profa. Dra. Angela Regina Araújo

2 Acetanilida Sinônimos : N-fenilacetanida, Anilida do ácido acético, Acetanilina, Acetilaminobenzeno. Descrição física: sólido cinza ou branco. Identificação dos perigos: Por ingestão: irritação das vias digestivas, náusea, vômito, dores abdominais, hipermotilidade intestinal, diarreia, possibilidade de hemorragia gástrica, possibilidade de distúrbios renais (nefrite). Por inalação: irritação das vias respiratórias, tosse, dispneia, edemas pulmonares; efeitos no sangue cianose, metahemoglobinemia, possível ação anticoagulante no sangue. Poder irritante: deve ser considerado de poder irritante primário pela pele e em contato com os olhos.

3 Farmacologia Em 1886 os médicos Cahn e Hepp descobriram as propriedades analgésicas e antipirética da acetanilida. A descoberta ocorreu por acidente, devido a troca do frasco de naftaleno pelo de acetanilida em testes como vermífugo. Aminas aromáticas aciladas que são utilizadas como analgésico e antipirético em medicamentos de uso livre: O uso contínuo ou excessivo da acetanilina pode causar uma doença no sangue chamada de metaemoglobinemia. Nesta doença o átomo central da hemoglobina passa de Fe(II) a Fe(III) para dar metaemoglobina, que não funciona como carregador de oxigênio no sangue. Hemácia Heme 3

4 Acetilação de Aminas Grupo acila Motivos para a acetilação de aminas: Proteger o grupo funcional amina primária ou secundária; As aminas aciladas : o São menos suscetíveis à oxidação; o São menos reativas em reações de substituição em aromáticos; o Têm menos tendência a participar em muitas reações típicas das aminas livres. O grupo amina pode ser regenerado por hidrólise ácida ou básica. As principais maneiras de obter aminas aciladas são : com uso de anidrido acético, cloreto de acetila ou ácido acético glacial. 4

5 Com cloreto de acetila :... Acetilação de Aminas A reação é vigorosa, com liberação de HCl, que converte metade da amina em cloridrato, o que impede a reação Com ácido acético glacial: É econômico porém exige aquecimento por longo tempo. Com anidrido acético: A reação de hidrolise é lenta o suficiente para que a acetilação seja feita em água. O produto é de alta pureza e bom rendimento. 5

6 Mecanismo 6

7 Solução Tampão Um tampão é constituído de uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou de uma base fraca e seu ácido conjugado. É necessário que existam quantidades de mesma ordem de grandeza de ácido e base ( dentro de um fator de 10) para que a ação de tamponamento seja significativa. Uma solução tampão resiste a uma mudança de ph quando ácidos ou bases são adicionados ou quando ocorre diluição. Tampão :Ácido acético + acetato de sódio O tampão é utilizado para evitar reação de hidrólise da acetanilida e para evitar a protonação da amina.

8 Equação de Henderson-Hasselbalch pk a do ácido acético = 4,76 a 25 C 8

9 Hidrólise ácida 9

10 Trituração do acetato de sódio Alguns compostos químicos são vendidos em forma de lentilhas ou petrificados, esses formatos são pouco solúveis. A trituração é utilizada para aumentar a superfície de contato desses compostos e consequentemente aumenta a solubilidade. Almofariz A moagem deve ser homogênea e realizada através de movimentos circulares. 10

11 Há necessidade do tampão? Preparação da acetanilida: Rota A: Tampão Rota B: Água PARÂMETRO ECONOMIA ATÔMICA OU PORCENTAGEM DE UTILIZAÇÃO ATÔMICA (%A) : %A = P.M. do produto desejado/σ P.M. das substâncias produzidas % A exprime o qaunto dos reagente foi incorporado ao produto. FATOR E: fator E = Σ massas dos produtos secundários/massa do produto desejado O fator E leva em consideração todas as substâncias utilizadas na reação, incluindo os solventes (exceto água) e a parcela de reagentes não convertidos. Quanto maior o valor de E, maor a massa de rejeito gerada (Portanto menos aceitavel o processo, do ponto de vista ambiental.). 11

12 ... Há necessidade do tampão? A acetilação inicial da anilina gera ácido acético, que vai manter o ph da mistura reacional na faixa ácida, protonando parcialmente a anilina; por outro lado, qualquer diacetil anilina formada será decomposta pela água presente no meio reacional. A tabela abaixo compara o rendimento entre as duas rotas: Tabela de condições experimentais e rendimentos obtidos nas rotas testadas. Tabela de resultados de rendimento atômico (%A) e fator E das rotas estudadas: Portanto a síntese da acetanilida será realizada substituindo o tampão ácido acético/acetato de sódio por água 12

13 Agitação Magnética Quando é utilizado: Quando é necessário misturar uma porção qualquer ou gotas de uma substância em uma solução; Quando o calor é gerado no local, o qual pode decompor uma preparação sensível; Em sistemas fechados; Em sistemas que deseja a exclusão do ar para evitar a oxidação; Como utilizar: Girar vagarosamente o reostato, inicialmente no zero, até a velocidade desejada. Colocar o reostato no zero, esperar que o agitador magnético pare, e então removê-lo com uma pinça. Agitadores magnéticos são ímãs permanentes, fechados em cápsulas de vidro Pyrex ou Polietileno Agitador magnético de polietileno 13

14 Filtração à pressão reduzida Vantagens em relação a filtração por gravidade: É mais rápida ; Produz uma separação muito mais eficiente deixando o sólido mais seco. Grande quantidade de sólido Pequena quantidade de sólido 14

15 1) 2) 1 e 2- O papel de filtro deve cobrir exatamente o funil, isso é, deve cobrir todos os furos do fundo, mas não subir pelas paredes laterais. 3) 4) 3- Molhar o papel de filtro com um pouco de líquido que se vai filtrar e ligar imediatamente o sistema de vácuo. 4- Com o auxilio de uma bagueta verter a mistura a ser filtrada. 15

16 Exemplo de como calcular o rendimento estequiométrico da acetanilida bruta: Determinação do Reagente Limitante: Quantidade de matéria de acetanilida que pode ser formada a partir de 15,5 g de anilina: n Acetanilida = 15,5 g de Anilina X 1 mol de anilina X 1 mol de acetanilida 93,13 g de anilina 1 mol de anilina n Acetanilida = 0,1664 mol de acetanilida Quantidade de matéria de acetanilida que pode ser formada a partir de 18,3 g de anidrido acético: n Acetanilida = 18,3 g de anidrido acéticox 1 mol de anidrido acético X 1 mol de acetanilida 102,09 g de anidrido acético 1 mol de anidrido acético n Acetanilida = 0,1793 mol de acetanilida. Portanto o reagente limitante é a anilina.

17 Cálculo do rendimento estequiométrico de acetanilida bruta: Como a anilina é o reagente limitante serão gerados na reação 0,1664 mol de acetanilida. m (acetanilida) = 0,1664 mol de acetanilida X 135,16 g de acetanilida 1 mol de acetanilida m (acetanilida) = 22,5 g de acetanilida. 17

18 Secagem de sólidos Secagem dos cristais ao ar Vantagem: Problema: não utiliza calor (perigo de fusão ou decomposição do sólido) exposição à umidade do ar se o sólido for higroscópico

19 ...secagem de sólidos Estufa Placa de Petri Vidro de relógio estufa Vantagem: Acelera o processo de secagem Problema: Materiais que sublimam com facilidade Cuidado com a temperatura de fusão dos cristais Calcinar o papel de filtro

20 ...secagem de sólidos Dessecador Dessecador com sílica gel Dessecador pressão reduzida Dessecador pressão reduzida

21 Ponto de fusão Grau de pureza da substância Faixa de ponto de fusão 0,5 a 1,0 C (ideal) > 1,0 C IMPORTANTE: Ponto de fusão da acetanilida na literatura é em torno de 114 C Hidrato (acetanilida + água), p.f. = 84 C

22

23 23

24 24

25 ...ponto de fusão Equipamento Separar duas amostras do sólido: 1ª amostra Taxa de aquecimento alta Verificar aproximadamente a temperatura de fusão 2ª amostra Taxa de aquecimento pequeno (quanto menor a taxa melhor a leitura)

26 Fluxograma síntese da acetanilida : 26

27 Recristalização Purificação de sólidos por remoção de impurezas tendo como base a diferente solubilidade do produto que se pretende purificar 9 g substância A + 2g impureza B Solubilidade (20 C) = 1g/100mL Solubilidade (100 C) = 10g/100mL Primeira cristalização Mais puro (8g A + 1g B) água-mãe (1g A + 1 g B) Segunda cristalização Puro (7g A) água-mãe (1g A + 1 g B)

28 Tipos de Impurezas OCLUSÃO ou ABSORÇÃO: São impurezas encontradas dentro do cristal ADSORÇÃO: São impurezas encontradas na superfície do cristal

29 Impurezas da Acetanilida podem ser: Anilina Anidrido acético Água de lavagem Impurezas Coloridas: Utilizar carvão ativo à solução a ser aquecida (1 a 2% m/m)

30

31 Escolha do solvente apropriado Verificação da polaridade ( semelhante dissolve semelhante ) O solvente deve dissolver grande quantidade da substância em temperatura elevada e pequena quantidade em temperatura baixa O solvente não deve reagir com o sólido Deve possuir baixo ponto de ebulição para que possa ser facilmente removido Outros fatores como a facilidade de manipulação, a volatilidade, a inflamabilidade, caráter tóxico e o custo deve ser levado em conta

32 32

33 33

34 E se a amostra for bastante solúvel em um solvente e pouco solúvel em outro? Amostra Solventes mistos Dissolver com a menor quantidade possível do solvente mais solúvel a quente Adicionar o solvente menos solúvel Solução turva Adicionar o solvente mais solúvel até que a turvação desapareça Solução clara 34

35 Recristalização da acetanilida Acetanilida bruta - Dissolver no solvente apropriado a uma temperatura elevada (ponto de ebulição do solvente); - Adicionar carvão ativo; - Filtrar a quente; - Recristalizar por resfriamento lento; - Filtrar a vácuo; - Lavar os cristais com solvente gelado Líquido: Solvente + impurezas da acetanilida Descarte em local apropriado Sólido: Acetanilida recristalizada -Secar em dessecador; -Pesar; -Medir o ponto de fusão; -Calcular o rendimento; -Comparar o ponto de fusão da acetanilida pura com a bruta. Acetanilida pura seca

36 Filtração a quente Remoção de impurezas insolúveis que iriam contaminar o sólido durante a cristalização Evita a precipitação da substância

37 Cálculo do rendimento Rendimento = massa da acetanilida purificada massa da acetanilida bruta Rendimento nunca será 100% POR QUE?

38 Reação em equilíbrio 9 g substância A + 2g impureza B Solubilidade (20 C) = 1g/100mL Solubilidade (100 C) = 10g/100mL Primeira cristalização Mais puro (8g A + 1g B) água-mãe (1g A + 1 g B) Segunda cristalização Puro (7g A) água-mãe (1g A + 1 g B)

39 EPI`S

40

41 41

42 Ácido acético Glacial Sinônimos : ácido etanoico. Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por ingestão: Pode ser perigoso se for engolido. Provoca queimaduras graves. Por inalação: Pode ser perigoso se for inalado. O material é extremamente destrutivo para os tecidos das membranas mucosas e do trato respiratório superior. Contato com a pele: Pode ser perigoso se for absorto pela pele. Causa queimaduras severas na pele.

43 Anilina Sinônimos : Fenilamina, aminobenzeno. Descrição física: Líquido. Identificação dos perigos: Por ingestão: Irritação da via digestiva, náusea, vômito, dores abdominais, hipermotilidade intestinal, diarreia. Por inalação: Irritação da via digestiva respiratória, tosse, dispneia, edema pulmonar. Contato com a pele: Irritante. Contato com a Olhos: Irritante. Sistema nervoso central: Cefaleia, tontura, vertigem, sonolência, narcose, perda de memória. No sangue: anemia, cianose, metaemoglobinemia.

44 Anidrido acético Sinônimos : Anidrido do ácido acético, óxido acético, anidrido etanoico, oxido de acetila. Descrição física: Líquido claro e incolor. Identificação dos perigos: Por ingestão: Corrosivo. Causa queimaduras dolorosas no estômago, seguida de náuseas e vômito. Por inalação: Os vapores são corrosivos para as membranas das mucosas do trato respiratório superior. Exposição ao vapor pode causar irritação no nariz, garganta e tosse. Exposição a altas concentrações podem resultar em severos danos pra os pulmões. Contato com a pele: Corrosivo. Se não for removido com lavagem, pode causar vermelhidão e depois se tornar branco rugoso. Contato com a Olhos: Corrosivo. Em contato com o líquido ou vapor pode causar sensações de queimadura e coceira. Dor e visão embaçada podem ser seguidas de danos permanentes aos olhos. Por exposição crônica: Repetidas e prolongadas exposições ao vapor podem causar irritação a pele e irritação crônica nos olhos.

45 Acetato de sódio Sinônimos : acetato de sódio triidratado, sal sódico do ácido acético triidratado, acetato de sódio anidro. Descrição física: pó cristalino branco. Identificação dos perigos: Por ingestão: Grandes doses podem produzir dores abdominais, náuseas e vômitos. Por inalação: Pode causar irritação no trato respiratório. Os sintomas podem incluir tosse, irritação na garganta, dificuldade respiratória e dor no peito. Contato com a pele e olhos: Irritação, vermelhidão e dor.

46 Clorofórmio Sinônimos : Triclorometano. Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por ingestão: O líquido é venenoso quando ingerido. Por inalação: Tosse, dificuldade para respirar. A inalação constante e a longo prazo pode provocar hipotensão, transtornos gastrointestinais, lesão hepática e renal. É carcinogênico. Em caso de exposição prolongada pode causar danos ao fígado, rins e coração. Contato com a pele: Pode causar irritação e queimaduras. Contato com os olhos: O Vapor e o líquido podem causar conjuntivite e irritações. 46

47 Etanol Sinônimos : Álcool etílico, álcool de cereais Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por ingestão: Causa dor de cabeça, sonolência e lassidão. Absorvido em altas doses pode provocar torpor, alucinações visuais,embriaguez, podendo evoluir até perda total de consciência. Contato com a pele: : Em exposição prolongada da pele pode ocorrer o desengorduramento com aparecimento de fissuras e dermatites Contato com os olhos: Irritação das mucosas da conjuntiva. 47

48 Acetona Sinônimos : 2-propanona,dimetilcetona. Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por Inalação: Pode provocar sonolência e vertigens Por ingestão: Problemas gastrointestinais, cefaleias, salivação, náuseas, vômitos, vertigens, narcose, coma. Informação adicional: Contato com a pele: Pode provocar secura da pele ou fissuras, por exposição repetida. Contato com os olhos: Irritante..Perigo de opacificação da córnea. 48

49 Éter etílico Sinônimos : éter sulfúrico Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por Inalação: Se inalado em pequenas quantidades provoca irritação no trato respiratório e provoca tonturas. Em grandes quantidades causa excitação, irritação, sonolência, podendo levar a inconsciência. Após longa e grave exposição, pode ocorrer a morte devido à falha respiratória. Contato com a pele: Causa irritação e queimaduras. Em exposição prolongada e frequente com a pele causa dermatite seca e escamosa. Contato com os olhos: Causa irritação, queimaduras, provoca inflamação crônica nas membranas das mucosas. 49

50 Benzeno Sinônimos : Benzol, cicloexatrieno. Descrição física: Líquido incolor. Identificação dos perigos: Por Inalação: Irritação, tosse, dispneia. Por ingestão: Irritação, náusea, vômito, dores abdominais, hipermotilidade intestinal, diarreia. Pode causar refluxo na via respiratória, em particular em caso de vômito. Contato com a pele: Ação desengraxante cutânea com vermelhidão, dermatite e alergia. Contato com a pele: Pequenos nódulos dolorosos, lesões necróticas. Sangue: Anemia, leucopenia. Sistema nervoso central: Cefaleia, ansiedade, nervosismo, tremor, convulsões. 50

51 Descarte Acetanilida : Misturar com solvente inflamável e encaminhar para incineração. Ácido acético glacial : Esse material combustível deve ser queimado em um incinerador químico equipado com um pós-combustor e purificador de gases. Anilina: Mande o produto para um local de incineração autorizado. Anidrido acético: Adicione a cada 5 [ml] de anidrido. 60 [ml] de NaOH 2,5 [M]. Mantenha 12 horas sob agitação, evitando que a temperatura da reação aumente muito. Neutralize com HCl 2 [M] e despeje no esgoto. Pode ser enviado, misturado com solvente, para incineração. Acetato de sódio: Incineração. As cinzas contêm carbonato alcalino. Clorofórmio: Enviar para incineração. Éter etílico: Queimar em um incinerador químico, equipado com pós-queimador e lavador de gases. Tomar os devidos cuidados na ignição, pois o produto é altamente inflamável. Para pequenas quantidades: depositar no chão, em uma área aberta. Evaporar ou queimar, por ignição, de uma distância segura. Recomenda-se o acompanhamento por um especialista do órgão ambiental. Benzeno: Enviar para incineração.

52 BIBLIOGRAFIA HARRIS D. C., Análise química quantitative, 5ªedição, LTC, Califórnia, Pavia, D. L.; Lampman, G. M.; Kriz J.R., G. S.; Engel, R. G. Química Orgânica Experimental: Técnicas de escala pequena, editora Bookman, 2009; VOGEL,A.I. Química Orgânica. Vol 1 e 2. 3ed.Rio de Janeiro:USP, Quím. Nova, Vol. 26, No. 5, , INSERÇÃO DO CONCEITO DE ECONOMIA ATÔMICA NO PROGRAMA DE UMA DISCIPLINA DE QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL.