5 - Preparação do acetato de isopentila I

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1 Profª. Amanda Coelho Danuello Prof. Dr. Leonardo Pezza Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira Msc. Rodrigo Sequinel 5 - Preparação do acetato de isopentila I Discentes: Grupo 19 Felipe Haislan Fioco Vieira

2 Temas: Ésteres; Introdução; Reação de Fisher; Mecanismo da Reação; Objetivo; Propriedades Físico-Químicas; Toxidades; Primeiros-Socorros;

3 Temas: Técnicas Envolvidas; Refluxo; Efeito Salting-Out; Extração Simples; Extração Químicamente Ativa; Secagem de Líquidos; Destilação Simples; Apresentação dos Cálculos; Fluxograma; Bibliografia;

4 Os Ésteres: O principal método para caracterizar um éster implica a identificação do ácido e do álcool que o compõe. Em geral, os ésteres, principalmente os de baixa massa molar, apresentam aromas agradáveis, estando presentes em frutas e flores, como mostrado na Figura 1.

5 Introdução Acetato de isopentila: 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 isopentilico, a qual é catalisada por um ácido (na prática será utilizado o H2SO4(conc.)). Esta reação é conhecida como esterificação de Fischer.

6 Variáveis da esterificação Temperatura: Esterificações são facilitadas através do aumento da temperatura do meio reacional. Evidenciado na Equação de Arrhenius. Onde: k constante da velocidade A fator de frequência ( medida das colisões efetivas) Ea energia de Ativação (kj/mol) R - constante dos gases ideais (8,314 J/mol.K) T temperatura absoluta (K)

7 Variáveis da esterificação: Concentração: Normalmente, o ácido carboxílico é a matéria prima de mais alto preço comparada com os álcoois. Pode-se usar, então, uma grande excesso do álcool para deslocar o equilíbrio para a formação do éster.

8 Variáveis da esterificação: Catalisadores: Os principais fatores que influenciam a esterificação são o excesso de um dos reagentes, visto no item anterior, e o uso de catalisadores (H 2 SO 4 e HCl). Estes aceleram os limites da conversão com aumento do rendimento. A desidratação dos álcoois (H 2 SO 4 ) e corrosão de equipamentos (HCl) são desvantagens na utilização de ácidos minerais como catalisadores. Ou seja, estas três variáveis aceleram ou retardam a velocidade da reação.

9 Reação Geral Fischer As esterificações catalisadas por ácidos, como esses exemplos, são chamadas de esterificações de Fischer. Elas se desenvolvem muito lentamente na ausência de ácidos fortes, mas alcançam o equilíbrio em poucas horas, quando o ácido e o álcool são refluxados com pequena quantidade de H2SO4 (conc.) ou HCl (conc.).

10 Mecanismo da Reação

11 Mecanismo da Reação

12 Objetivo: Preparar acetato de isopentila a partir da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentilico; Extrair o éster obtido; Calcular o rendimento da reação;

13 Propriedades Físico-Químicas das substâncias a serem usadas Nomenclatura Ácido Acético CH3COOH Álcool Isopentílico C5H12O Bicarbonato de Sódio NaHCO3 Ácido Sulfúrico H2SO4 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de magnésio MgSO4 Densidade (g.ml -1 ) Massa Molar (g.mol -1 ) Ponto de Fusão(ºC) Ponto de Ebulição(ºC) 1,049 60,050 16, ,00 0,813 88, ,20 130,50 2,159 84, , ,840 98,080 10,31 337,00 2,170 58, , ,00 2,66 (anidro) 2,445 (monohidratado) 1,68 (heptahidratado) 1124 (anidro, decomp) 120, (monohidratado, decomp) (heptahidratado, decomp)

14 Nomenclatura Propriedades Físicas Solubilidade Toxidade Ácido Acético Glacial CH3COOH Álcool Isopentílico C5H12O Líquido, odor pungente Líquido, odor desagradável característico Excelente solvente para diversos compostos orgânicos. Miscível em água, álcool glicerol e éter Fracamente solúvel em H2O (2g em 100 ml). Miscível em álcool, éter, benzeno, clorofórmio Ingestão pode causar corrosões bucais e gastro-intestinais, com vômitos, diarréia, colapso circulatório e morte. Irritante para as membranas mucosas, altas concentrações podem causar depressão no sistema nervoso central. Bicarbonato de Sódio NaHCO3 Cristais brancos ou granulados Solúvel em 10 partes de água. Insolúvel em álcool Considerado não tóxico Ácido Sulfúrico H2SO4 Líquido incolor e volátil Miscível em água e em álcool com liberação de muito calor e contração de volume. Altamente corrosivo. Em contato com os olhos pode resultar em perda total da visão. Ingestão causa enjôo e morte Cloreto de Sódio NaCl Cúbico, cristais brancos grânular ou pó incolor - 1g dissolve em 2,8 ml de água. Insolúvel em HCl concentrado Considerado não tóxico Sulfato de magnésio MgSO4 Cristais brancos ou pó eflorescentes Solúvel em água, levemente solúvel em álcool Possui baixíssima toxidade Acetato de Isopentila C7H14O2 Incolor e líquido neutro -1g solúvel em 400 partes de água. Miscível em álcool, éter, acetato de etila Causa irritações aos olhos, e outros tecidos, pode causar dermatite

15 Toxidade das Substâncias Ácido Acético Glacial (CH3COOH) Inalação: garganta inflamada, tosse, queimação, dor de cabeça, vertigens, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica. Pele: dor, vermelhidão, bolhas, ardor. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água e sabão; requer atenção médica. Olhos: vermelhidão, dor intensa, queimação, perda de visão. Primeirossocorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar oftalmologista. Ingestão: dor abdominal, sensação de queimação, diarréia, choque ou colapso, garganta inflamada, vômito. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito, dê porções de água para a pessoa beber; requer atenção médica.

16 Toxidade das Substâncias Álcool isopentílico (C5H12O) Inalação:garganta inflamada, tosse, náusea, dor de cabeça, vertigens. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica. Pele:dor, vermelhidão, pele seca, aspereza. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água e sabão abundantemente. Olhos: vermelhidão, dor. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão:dor abdominal, sensação de queimação no tórax e no estômago,dor de cabeça, náusea, inconsciência, vômito, fraqueza. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito, dê porções de água com carvão ativado para a pessoa beber; requer atenção médica.

17 Toxidade das Substâncias Ácido sulfúrico (H2SO4) Inalação: corrosivo, garganta inflamada, queimação, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; respiração artificial, se necessário; requer atenção médica. Pele: corrosivo, dor, vermelhidão, bolhas, sérias queimaduras. Primeirossocorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água; requer atenção médica. Olhos: corrosivo, vermelhidão, dor, intensa queimação. Primeirossocorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão: corrosivo, dor abdominal, sensação de queimação, choque ou colapso. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito; procure um médico.

18 Toxidade das Substâncias Acetato de isopentila (C7H14O2) Inalação: garganta inflamada, tosse, dor de cabeça, fraqueza, sonolência. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica. Pele: secura. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água. Olhos: vermelhidão, dor. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão: dor abdominal, garganta inflamada, náuseas. Primeirossocorros: beber porções de água; requer atenção médica.

19 Toxidade das Substâncias Bicarbonato de sódio (NaHCO3) Nenhuma consideração toxológica. Possui baixíssima toxidade. Sulfato de Magnésio (MgSO4) Nenhuma consideração toxológica. Possui baixíssima toxidade, mas se ingerido funciona com laxante. Cloreto de Sódio (NaCl) Considerado não tóxico. Hipertensos devem evitar consumir grandes quantidades.

20 Técnicas utilizadas Refluxo É utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a reação ocorra mais rapidamente. O refluxo permite que a mistura seja aquecida à temperatura de ebulição do solvente, não ocorrendo perda dos reagentes nem dos produtos por evaporação, pois o vapor produzido é condensado por um condensador conectado a boca do frasco reacional.

21 Como montar um sistema de refluxo:

22 Sistema de refluxo com c:

23 Lembrando que usa-se... O condensador de bolas, pois a sua forma proporciona uma maior superfície de contato entre o gás e as paredes do condensador, em relação ao condensador de Liebig. A manta térmica, pois proporciona um aquecimento constante e controlado, atingindo prontamente temperaturas elevadas. Pode ser empregada com líquidos altamente inflamáveis, e o tumulto na ebulição é fortemente eliminado. Pedras de ebulição para evitar ebulição tulmutuosa, promovendo um refluxo regular.

24 Atenção no refluxo Verificar o sentido do fluxo de água: de baixo para cima; Manter o 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, colocá-las quando o meio ainda estiver frio; Ajustar a velocidade de aquecimento, para que o anel de refluxo não atinja mais que 1/3 do condensador; Cuidado com escape de vapores.

25 Técnicas utilizadas Neutralização com bicarbonato de sódio Neutraliza-se a primeira fase orgânica obtida com uma base fraca, o bicarbonato de sódio, pois além de não elevar muito o ph da solução ( ph ~ 9 ), não temos presença de um nucleófilo, que seria no caso de usarmos um hidróxido, e não acontecerá reações indesejaveis.

26 Técnicas utilizadas Efeito Salting-Out Ao se isolar compostos orgânicos de soluções aquosas, leva-se em conta o fato que a solubilidade de muitas substâncias orgânicas na água diminui consideravelmente pela presença de um sal inorgânico (Cloreto de Sódio, sulfato de âmonia, cloreto de cálcio, etc.). Com isso diminui-se a perda de solventes nas extrações.

27 Técnicas utilizadas Extração Simples A extração consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente, este não deve ser solúvel na solução, nem reagir quimicamente com a substância a ser extraída.

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29 Técnicas utilizadas Extração Químicamente Ativa Na extração quimicamente ativa fazemos com que um dos compostos reaja de modo que suas características sejam alteradas, para assim podermos separá-los. Nesta prática utilizaremos o NaHCO3(s) o qual reagirá com o excesso de ácido acético dissociado e com pquenas quantidades de H 2 SO 4 no éster formado, resultando em acetato de sódio que é mais solúvel em H2O.

30 Técnicas utilizadas Secagem de Líquidos Os líquidos são geralmente secos pelo contato direto com um agente secante, este não deve combinar quimicamente com o composto orgânico, deve ter capacidade de secagem rápida, não se deve dissolver muito no líquido, e não possuir efeito catalisador. Sulfato de Magnésio (Anidro) É um agente secante excelente, neutro e barato. Ação é rápida e quimicamente inerte... Lembrando que não deve ser empregado cloreto de cálcio nas secagens de ésteres em virtude de reagir quimicamente com esse composto.

31 Técnicas utilizadas Destilação Simples A destilação consiste na ebulição de um líquido e posteriormente a condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco seco, no caso deste experimento corresponderá a separação do acetato de isopentila (P.E. 142 C) do restante das impurezas.

32 Apresentação dos Cálculos Ajuste do Ponto de Ebulição: ΔT = 0,00010(760-p).(t +273) t 760 =ΔT + t Onde: ΔT - correção, em ºC a ser aplicada ao ponto de ebulição observado. p- pressão barométrica local; t temperatura de ebulição a 760 mmhg (ponto de ebulição normal); t - temperatura de ebulição observado no laboratório.

33 Apresentação dos Cálculos Rendimento: Lembrar que a reação é 1:1. Que o álcool é o agente limitante, ou seja, devese usar o número de mols do álcool para calcular o rendimento (100%). Rendimento = m(obtido). 100% m(estequiométrico)

34 15 ml de álcool isopropilico em um balão de fundo redondo Fluxograma - acetato de isopentila 1. Adicionar 20mL de ácido acético glacial 2. Adicionar cuidadosamente sob agitação cerca de 4 ml de H2SO4(conc.) 3. Adicionar pedras de ebulição 4. Ligar o balão a um condensador de refluxo 5. Refluxar por 1 hora usando manta de aquecimento como fonte térmica 6. Deixar esfriar o sistema a temperatura ambiente Acetato de Isopentila + H3CCOOH Peq. Quantidades de: álcool isopropilico, H 3 O +, HSO 4 -, SO Transferir a mistura fria para um béquer contendo 55mL de água fria (ácido sempre adicionado sobre água) 8. Agitar a mistura heterogênea com bagueta e transferí-la para um funil de separação

35 9. Lavar o balão com 10mL de água fria e transferir para o funil de separação 10. Efetuar a extração simples; Fase orgânica(superior): acetato de isopentila e HAc Peq. Quantidades de: H 3 O+, HSO 4 -, SO 4 2-, H 2 O, álcool isopentílico Fase aquosa(inferior): H 3 O +, HSO 4 - Peq. Quantidades de: acetato de isopentila, álcool isopentílico * Extração Quimicamente Ativa 11-Transferir a solução para um béquer 12. Adicionar 25mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5% 13. Fazer extração*, removendo a fase aquosa 14. Adicionar novamente 25mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5% 15. Repetir a extração, removendo a fase aquosa;

36 Fase aquosa(inferior): Ac -, H 3 O +, HSO 4 -, Na +, SO 4 2- Peq. Quantidades de: acetato de isopentila, álcool isopentílico Fase orgânica(superior): acetato de isopentila Peq. Quantidades de: H 3 O+, HS 4 O-, SO 4 2-, HOH, Na+, álcool isopentílico * Efeito salting Out 16. Verificar o ph da fase aquosa após a extração usando papel de tornassol rosa 17. Se esta não se apresentar básica, repetir a extração até obtê-la básica; Descartar 18. Adicionar 25mL de água e 5mL de solução saturada de cloreto de sódio* 19. Agitar a mistura suavemente e extrair a fase aquosa;

37 Fase aquosa(inferior): Na +, Ac -, Cl - Peq. Quantidades de: acetato de isopentila, álcool isopentílico, SO 4 2- Fase orgânica(superior): acetato de isopentila Peq. Quantidades de: H 3 O+, HS 4 O-, SO 4 2-, HOH, Na+, álcool isopentílico, Cl Descartar 20. Transferir o éster para um erlenmeyer de 250 ml e adicionar 2g de MgSO4 anidro 21. Tampar o frasco e agitar ocasionalmente até que o líquido apresente-se límpido 22. Se necessário, decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5g de MgSO4 * Etiquetar com o nome do grupo o erlenmeyer e aguardar próxima aula.

38 Fase orgânica: acetato de isopentila Peq. Quantidades de: Ac, HSO 4 -, SO 4 2-, Cl Na+, álcool isopentílico 23.Montar um sistema de destilação simples(vidraria seca). 24. Coletar a fração destilada entre 134 e 143ºC, em um erlenmeyer previamente tarado e em banho de gelo; 25. Pesar o produto e calcular o rendimento; 26. Anotar a pressão e corrigir o ponto de ebulição; 27. Armazenar o produto obtido num frasco rotulado contendo faixa de destilação, volume, massa, data e componentes do grupo. Acetato de Isopentila

39 Descarte de Resíduos Evitar jogar bases e ácidos concentrados no mesmo recipiente, e neutralizá-los antes de descartar. Separar solventes orgânicos de soluções aquosas. Separar solventes halogenados de solventes não halogenados.

40 Bibliografia SOLOMONS, G. T.W., FRYHLE, C. B. Química Orgânica vol. 1 e 2, 8ª edição VOGEL, A. I. Análise Orgânica Qualitativa, vol. 1, 3ªedição, Livros Técnicos e Científicos, Editora Rio de Janeiro. Pasto, D. J., Johnson, C. R. Determinación de Estructuras Orgânicas, Editorial Reverté, S.A. - Barcelona. (acessado pela 1ª vez em 05/09/2009) (acessado pela 1ª vez em 03/09/2009) (acessado pela 1ª vez em 28/08/2009)