Preparação do Acetato de Isopentila Parte 1

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1 Preparação do Acetato de Isopentila Parte 1 Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira Profa. Dra. Angela Regina Araújo Mariana Freitas Napoli Milena Alves

2 Introdução Ésteres: produtos da reação entre um ácido carboxílico e um álcool; São usados para imitar o sabor e aroma de algumas frutas, conhecidos como aromatizantes; A reação de Esterificação de Fischer é um dos principais métodos para a síntese dos ésteres. 2

3 Características Físicas dos Ésteres Os ésteres podem se apresentar como líquidos ou sólidos, dependendo da quantidade de carbonos e das condições ambientes; Ésteres de baixa massa molecular são líquidos incolores e, à medida que se aumenta a massa molecular, eles vão se tornando mais viscosos e gordurosos até tomarem a forma sólida (aspecto de cera). 3

4 Ésteres mais conhecidos 4

5 Esterificação de Fischer Esterificação Álcool Ácido carboxílico (excesso) Hidrólise Éster Trata-se de uma reação lenta necessitando de catalisadores; A reação é catalisada por uma pequena quantidade de um ácido forte como o ácido sulfúrico; Na esterificação de um ácido carboxílico por um álcool uma molécula de água é eliminada; 5

6 ...Esterificação de Fischer O ácido carboxílico é usado em excesso para deslocar a reação no sentido de formação dos produtos (éster e água); Ele é escolhido devido a seu mais baixo custo e por ser mais facilmente removido da mistura reacional; Por se tratar de uma situação de equilíbrio o rendimento nunca será 100%. 6

7 As reações de esterificação são facilitadas pelo aumento de temperatura do meio. Equação de Arrhenius k Aexp ( E a / RT ) O H 2 SO 4 além de catalisar, mantém o ácido carboxílico em sua forma ácida para que desse modo ele reaja com o nucleófilo. 7

8 Mecanismo da reação O H O + H H 3 C OH H H 3 C O O H OH H 2 HO CH 3 + CH 3 H 3 C O + H OH C H 3 OH OH O + H CH 3 CH 3 C H 3 OH OH O + H O CH 3 CH 3 C H 3 OH O O H CH 3 CH 3 + H O + H H OH H 3 C O O + H H CH 3 CH 3 H H 8

9 OH H 3 C O + O CH 3 CH 3 H 3 C O + H O CH 3 CH 3 + H 2 O H H H 3 C O + H O CH 3 CH 3 + O H H H 3 C O O CH 3 + H O + CH 3 H H Acetato de isopentila 9

10 Determinação do Reagente Limitante CH 3 CO 2 H(l) + (CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH(aq) CH 3 CO 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2(aq) + H 2 O(l) 15 ml de álcool isopentíli co x 0,8104 g 1mL x 1mol 88,148 g 0,1379 mol de álcool isopentíli co 20 ml de ácido acético glacial 1,0446 g x 1mL x 1mol 60,052 g 0,3479 mol de ácido acético Como eles reagem 1:1, o álcool isopentílico é o reagente limitante, e é dele que dependerá o rendimento total do produto. 10

11 Técnicas Utilizadas Refluxo: quando se pretende aquecer uma mistura por longo tempo e com temperatura controlada. VANTAGEM : Muito pouco líquido se perde por evaporação e a mistura se mantém em temperatura constante. 11

12 Sistema formado por: Manta de aquecimento: Aquecimento constante e controlado; Usada para reações que exigem temperaturas maiores que a ambiente. São fáceis de operar e são de operação segura. 12

13 Condensador: Utiliza-se o condensador de bolas por apresentar maior contato superficial dos vapores com o sistema de resfriamento; ATENÇÃO: A água de resfriamento deve estar fluindo antes de começar o aquecimento! Além disso, verificar se a borracha está bem presa ao condensador. 13

14 Balão de Fundo Redondo: O balão de fundo redondo deve se encaixar perfeitamente na manta. Pedras de Ebulição: As pedras são pequenos pedaços de material poroso. Produzem fluxo constante de pequenas bolhas de vapor por formarem superfícies irregulares que alojam as bolhas formadas na ebulição; Reduzem a tendência do líquido em superaquecer (ebulição suave) 14

15 Certificar-se : De que as pedras foram colocadas no líquido antes de começar o aquecimento; De NUNCA adicionar as pedras com o líquido já quente, ele pode já estar superaquecido e essa adição fará o líquido entrar em ebulição, podendo jorrar para fora do frasco 15

16 Extração simples Substância da mistura é extraída pela adição de um solvente. Este não deve ser solúvel na solução, ou seja, haverá a formação de duas fases; No caso deste experimento é uma lavagem do produto com água. 16

17 Extração quimicamente ativa Nesta prática iremos utilizar NaHCO 3 que reage com os ácidos acético e sulfúrico formando sais mais solúveis em água do que no éster formado. Seu excesso resulta em um ph básico (ph ~ 9) NaHCO 3 + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 Na + CO 2 + H 2 O NaHCO 3 H2SO 4 Na2SO 4 H2O CO 2 17

18 Teste de ph Depois da extração com bicarbonato de sódio, testar se a fase aquosa possui ph básico. Solução Tornassol Ácida Vermelho Básica Azul 18

19 Efeito Salting Out A solubilidade de uma substância orgânica em água é afetada pela presença de um sal inorgânico dissolvido. A adição de solução saturada de cloreto de sódio diminuirá a solubilidade em água do éster formado. Pode-se, assim, remover a água sem conseqüente perda do produto formado. 19

20 Por quê? Agentes secantes Após a separação das fases orgânica e aquosa, sempre uma pequena quantidade de água permanece dissolvida na fase orgânica Qual a importância? O agente de secagem interage com as moléculas de água e se hidrata, retirando assim a água do solvente de interesse. 20

21 21 Pavia Donald L., Química orgânica experimental : técnicas de escala pequena- Porto Alegre: Bookmam, 2009.

22 O Agente Secante deve: a) Não reagir quimicamente com nenhum dos componentes da mistura; b) Não dissolver-se apreciavelmente no produto; c) Possuir capacidade de secagem rápida e efetiva; d) Ser de fácil aquisição e preço vantajoso. 22

23 Sulfato de Magnésio Anidro O MgSO 4 é utilizado neste experimento como agente secante pois é melhor filtrado, não decanta (partículas muito finas) e também não reage com os componentes da mistura. MgSO H 2 O MgSO 4. 7 H 2 O Não deve ser empregado cloreto de cálcio nas secagens de ésteres em virtude de reagir quimicamente com esse composto por possuir CaO como impureza. 23

24 Propriedades dos reagentes e do produto: Reagentes Fórmula molecular MM (g/mol) Densidade (g/cm 3 ) p.f. ( C) p.e. ( C) Ácido Acético C 2 H 4 O 2 60,052 1, ,64 117,9 Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 98,080 1, , Álcoolisopentílico Bicarbonato de Sódio C 5 H 12 O 88,148 0, ,2 131,1 NaHCO 3 312,014 1,87 Cloreto de Sódio NaCl 58,443 2,17 800, Sulfato de Magnésio Anidro Acetato de isopentila MgSO 4 120,369 2, C 7 H 14 O 2 130,5 0,876-78,5 142,5 24

25 Acetato de Isopentila É líquido em condições normais; Transparente, incolor; De odor suave de banana (comercialmente chamado de óleo de banana) ; Irritante aos olhos e pele; Sua ingestão pode causar irritação gastrointestinal. C 7 H 14 O 2 MM=130,19g/mol 25

26 Álcool Isopentílico Principais sintomas: O contato pode causar vermelhidão, tosse, dor de garganta e ardência no peito; Vermelhidão e dor nos olhos e pele. Rugosidade e ressecamento da pele; Dor abdominal, desconforto no estômago, náuseas, vômitos, fraqueza, dor de cabeça, tontura e falta de consciência

27 2 3 0 COR Ácido Acético É corrosivo Causa queimaduras sérias na pele; Os vapores podem irritar os olhos e as mucosas nasais; CUIDADO para não respirar os vapores. 27

28 Ácido sulfúrico Potente irritante do trato respiratório, pode causar tosse, espirros, sangramento nasal; Em contato com a pele causa severas queimaduras com destruição do tecido,vermelhidão, dor, escurecimento, ressecamento e até mesmo necrose. 0 3 COR 2 28

29 Bicarbonato de sódio Inalação: Altas concentrações podem causar tosse e espirros; Ingestão: Dose oral extremamente grande pode causar distúrbios gastrintestinais; Pele: Não são esperados efeitos adversos; Olhos: Pode causar irritação, avermelhamento e dor

30 Cloreto de sódio Em contato com os olhos causa irritação com ardência; O contato prolongado com a pele é passível de causar coceiras ou irritações leves e temporárias; A ingestão poderá elevar os níveis de pressão arterial. Dependendo da quantidade ingerida, poderá haver desconforto abdominal, com náuseas e cólicas

31 Fluxograma 15mL de álcool isopentílico em um balão de fundo redondo 1. Adicionar 20mL de ácido acético glacial. 2. Acrescentar, com pipeta de Pasteur, 4mL de ácido sulfúrico, agitando cuidadosamente e 3 pedras de ebulição. 3. Refluxar por 1 hora, usando uma manta de aquecimento. 4. Deixar esfriar à temperatura ambiente. Acetato de isopentila + ácido acético + poucas quantidades de álcool, água, ácido sulfúrico e acetato. 5. Transferir a mistura fria para um funil de separação. 6. Adicionar 55mL de água fria.

32 7. Lavar o balão com 10mL de água, transferir para o funil. 8. Efetuar a extração obedecendo a técnica correta. Fase aquosa (inferior): H 3 O +, HSO poucas quantidades de acetato, acetato de isopentila e álcool isopentílico. Descartar! Fase aquosa (inferior): Na +, acetato, H 3 O +, HSO poucas quantidades de acetato de isopentila, álcool isopentílico. Fase orgânica (superior): Acetato de isopentila + poucas quantidades de H 3 O +, HSO 4-, SO 4 2-, acetato, água e álcool isopentílico. Fase orgânica (superior): Acetato de isopentila + poucas quantidades de Na +, SO 4 2-, acetato, água e álcool isopentílico. 9. Colocar a fase orgânica em um béquer, adicionar cuidadosamente 25mL de solução aquosa de NaHCO 3 5% e agitar até que cesse a efervescência. 10. Introduzir a mistura no funil e separar as fases. Repetir as etapas 9 e 10

33 Descartar! 11. Verificar se a fase aquosa apresenta ph básico. 12. Caso contrário, repetir a extração. 13. Adicionar 25mL de água e mais 5mL de solução saturada de cloreto de sódio. 14. Agitar a mistura suavemente. Fase aquosa (inferior): Na +, acetato, Cl - + poucas quantidades de acetato de isopentila, álcool isopentílico. Descartar! Acetato de Isopentila impuro Fase orgânica (superior): Acetato de isopentila + poucas quantidades de Na +, SO 4-, Cl -, acetato, água e álcool isopentílico. 15. Transferir o éster para um erlenmeyer. 16. Adicionar cerca de 2g de sulfato de magnésio anidro. 17. Tampar o frasco e agitar até que o líquido se apresente límpido. Se necessário, decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5g do agente secante.

34 Reagentes Acetato de isopentila Álcool isopentílico Ácido sulfúrico Informações e medidas de segurança Não deve ser direcionada água diretamente sobre o produto em chamas, pois este poderá espalharse aumentando a intensidade do fogo. Nesse caso utilizar pó químico seco. Sua combustão pode gerar fumaça tóxica. Combater incêndios utilizando pó químico, espuma resistente ao álcool e névoa d água. Remover todas as fontes de ignição e impedir fagulhas ou chamas. Evitar que o produto atinja cursos d água e rede de esgotos. Não é combustível, mas ataca metais produzindo gás hidrogênio que é extremamente inflamável. Decomposição térmica produz fumos tóxicos e irritantes de óxidos de enxofre (SOx). Tratamento e descarte Reprocessamento sempre que possível. Co-processamento ou incineração em instalações autorizadas, capazes de evitar a emissão de poluentes para a atmosfera. Deve ser eliminado como resíduo perigoso conforme Resolução CONAMA 005/1993, NBR /2004 e legislação estadual. Pode ser depositado em aterros, enviado a uma unidade de incineração apropriada. Pode-se conseguir a neutralização do ácido com adição de substancia básica, alcalina ou cáustica. Ajustar ph para neutro, separar os sólidos ou líquidos insolúveis e acondicioná-los com disposição adequada como resíduo. 34

35 Bicarbonato de sódio Ácido Acético Glacial Cloreto de sódio Sulfato de magnésio anidro Produto não inflamável. Pode ser usado como extintor de incêndio. Não considerado possuir risco de explosão. Pode-se usar quaisquer meios para a extinção do fogo circunvizinho. Em caso de um incêndio de grandes proporções utilizar: Espuma para solventes polares, água em forma de neblina. Incêndios de pequenas proporções podem ser combatidos com: Dióxido de carbono ou pós químicos. Desaconselhados: Jato d água de alta pressão. Não é inflamável. Não é comburente. Não é corrosivo. Não é inflamável nem combustível. Chamas que envolvem esse material podem ser extintas com dióxido de carbono, spray de água, espuma ou pó químico. Tudo que não pode ser recuperado ou reprocessado deverá ser administrado em aterro apropriado. Neutralizar cuidadosamente com carbonato ou bicarbonato de sódio. Diluir com bastante água e descartar a mistura neutralizada para o esgoto. Dispor de forma segura de acordo com a legislação. Poderá ser diluído com água para descarte desde que não seja despejado em cursos de água potável ou rios/lagos de água doce. Recolher e armazenar adequadamente o produto para posterior disposição final. Não descartar na pia. 35

36 Referências Pavia Donald L., Química orgânica experimental : técnicas de escala pequena- Porto Alegre: Bookmam, Costa S. T.; Ornelas L. D., Guimarães C. I. P.; Merçon F. Confirmando a esterificação por meio dos aromas. Química Nova na Escola, n. 19, 2004 QUADROS A.L. Os feromônios e o ensino de Química. Química Nova na Escola, n. 7, p. 7-10, Química Orgância Experimental acessado em 03/04/