PARTE UM. Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório

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1 PARTE UM Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório

2 22 Parte Um Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório EXPERIMENT 1 Solubilidade Solubilidade Polaridade Química de ácidos e bases Aplicação do pensamento crítico onhecer bem o fenômeno da solubilidade é essencial para compreender muitos procedimentos e técnicas do laboratório de química orgânica. Para uma discussão mais completa da solubilidade, leia o capítulo sobre este conceito (Técnica 10, página 570) antes de continuar, já que a compreensão deste material é necessária para este experimento. Nas partes A e B deste experimento, você vai investigar a solubilidade de várias substâncias em diferentes solventes. Ao fazer estes testes, é útil prestar atenção às polaridades dos solutos e solventes e até mesmo fazer predições com base nisto (veja Diretrizes para a Predição de Polaridade e de Solubilidade, página 571). objetivo da Parte é semelhante ao das partes A e B, exceto que você estará estudando pares de líquidos miscíveis e imiscíveis. Na Parte D, você investigará a solubilidade de ácidos e bases orgânicos. material da Seção 10.2B, na página 573, o ajudará a entender e explicar estes resultados. Leitura necessária Nova: Técnica 5 Medida do Volume e do Peso Técnica 10 Solubilidade Sugestão para eliminação de resíduos oloque todos os resíduos que contêm cloreto de metileno no recipiente reservado a resíduos halogenados. oloque os demais resíduos orgânicos no recipiente reservado aos resíduos orgânicos não halogenados. Notas para o professor É importante, na Parte A do procedimento, que os estudantes sigam cuidadosamente as instruções, senão os resultados podem ser de difícil interpretação. É particularmente importante manter a agitação em cada teste de solubilidade. Isto pode ser feito mais facilmente com o auxílio da espátula mostrada na Figura 3.5 da página 503. Descobrimos que alguns estudantes têm dificuldades para seguir as Aplicações do Pensamento rítico 2 (página 25) no mesmo dia em que completam o restante deste experimento. Muitos estudantes precisam de tempo para assimilar o material apresentado antes de poder completar o exercício. Uma maneira de contornar isto é reservar uma sessão de laboratório para Aplicações do Pensamento rítico de vários experimentos (por exemplo, do Experimento 1 ao Experimento 3) após os estudantes terem completado estes exercícios. Isto permite também a revisão efetiva de algumas das técnicas básicas. Procedimento Nota: É muito importante que você siga estas instruções cuidadosamente e mantenha a agitação em cada teste de solubilidade.

3 Experimento 1 Solubilidade 23 PARTE A. SLUBILIDADE DE MPSTS SÓLIDS oloque cerca de 40 mg (0,040 g) de benzofenona em cada um de quatro tubos de ensaio secos. 1 (Não tente ser exato: com 1 a 2 mg de diferença o experimento ainda funciona.) Marque os tubos de ensaio e coloque 1 ml de água no primeiro tubo, 1 ml de álcool metílico no segundo tubo e 1 ml de hexano no terceiro tubo. quarto tubo servirá de controle. Determine a solubilidade de cada amostra da seguinte maneira: use o bordo redondo de uma espátula pequena (como a da Figura 3.5, página 503) para agitar cada amostra continuamente por 60 segundos, girando a espátula rapidamente. Se o sólido se dissolver completamente, anote o tempo necessário. Após 60 segundos (não ultrapasse este tempo), observe se o composto é solúvel (dissolve completamente), insolúvel (não se dissolve) ou parcialmente solúvel. ompare cada tubo com o tubo de controle para fazer esta observação. Você deve considerar a amostra como sendo parcialmente solúvel somente se uma quantidade significativa (pelo menos 50%) do sólido se dissolver. Se isto não ficar claro, considere a amostra insolúvel. Se praticamente todos os grãos se dissolverem, considere a amostra solúvel. utro critério para determinar a solubilidade parcial de uma amostra é dado no próximo parágrafo. Registre seus resultados no caderno de laboratório na forma de uma tabela, como mostrado abaixo. No caso das substâncias que se dissolvem completamente, anote o tempo que o sólido levou para se dissolver. Embora as instruções dadas acima devam permitir determinar se uma substância é parcialmente solúvel, você pode usar o seguinte procedimento de confirmação. Use uma pipeta Pasteur para remover a maior parte do solvente do tubo de ensaio, sem arrastar o sólido. Transfira o líquido para outro tubo de ensaio e faça evaporar o solvente por aquecimento em um banho de água quente. Passe uma corrente de ar ou de nitrogênio no tubo para acelerar a evaporação (veja a Técnica 7, Seção 7.10, página 531). Quando o solvente evaporar totalmente, examine o tubo de ensaio para ver se houve solidificação do material. Se houver sólido no tubo de ensaio, o composto é parcialmente solúvel. Se não houver ou se houver muito pouco sólido no tubo de ensaio, você pode registrar o composto como insolúvel. Repita as instruções acima, substituindo a benzofenona por ácido malônico e por bifenila. Registre os resultados em seu caderno de laboratório. Solventes ompostos rgânicos Água (polaridade alta) Álcool Metílico (polaridade intermediária) Hexano (apolar) Benzofenona Ácido malônico H H 2 H Bifenila 1 Nota para o professor: Reduza os flocos de benzofenona a pó.

4 24 Parte Um Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório PARTE B. SLUBILIDADE DE DIFERENTES ÁLIS Em cada teste de solubilidade (ver tabela), coloque 1 ml de solvente (água ou hexano) em um tubo de ensaio. A seguir, adicione um dos álcoois, gota a gota. bserve cuidadosamente o que acontece quando você adiciona as gotas. Se o soluto líquido for solúvel, você verá pequenas linhas horizontais no solvente. Essas linhas de mistura indicam que a solubilização está ocorrendo. Agite o tubo após adicionar cada gota. Ao agitar o tubo, o líquido adicionado pode se quebrar em pequenas esferas que desaparecem em poucos segundos. Isto também indica que a solubilização está ocorrendo. ontinue adicionando o álcool com agitação até chegar a 20 gotas. Se um álcool é parcialmente solúvel, você verá que inicialmente as gotas se dissolvem, mas, eventualmente, uma segunda camada de líquido (álcool que não se dissolveu) irá se formar no tubo de ensaio. Registre seus resultados (solúvel, insolúvel ou parcialmente solúvel) em seu caderno de laboratório na forma de uma tabela. Solventes Álcoois Água Hexano 1-ctanol H 3 (H 2 ) 6 H 2 H 1-Butanol H 3 H 2 H 2 H 2 H Álcool metílico H 3 H PARTE. PARES MISÍVEIS U IMISÍVEIS Para cada um dos pares de compostos abaixo, coloque 1 ml de cada líquido no mesmo tubo de ensaio. Use um tubo de ensaio diferente para cada par. Agite o tubo por 10 a 20 segundos para determinar se os dois líquidos são miscíveis (formam uma única camada) ou imiscíveis (formam duas camadas). Registre os resultados em seu caderno de laboratório. Água e álcool etílico Água e éter dietílico Água e cloreto de metileno Água e hexano Hexano e cloreto de metileno PARTE D. SLUBILIDADE DE ÁIDS E BASES RGÂNIS oloque cerca de 30 mg (0,030 g) de ácido benzóico em cada um de três tubos de ensaio e adicione 1 ml de água ao primeiro tubo, 1 ml de NaH 1,0 M ao segundo e 1 ml de Hl 1,0 M ao terceiro. Agite a mistura colocada em cada tubo de ensaio com uma microespátula por 10 a 20 segundos. bserve se o composto é solúvel (dissolve completamente) ou insolúvel (não se dissolve). Registre os resultados na forma de uma tabela. Agora, pegue o tubo que contém ácido benzóico e NaH 1,0 M e adicione a ele Hl 6 M gota a gota até que a mistura fique ácida. Teste a mistura com papel de tornassol ou papel de ph para determinar quando ela se torna ácida. 2 Quando ela estiver ácida, agite a mistura por 10 a 20 segundos e registre o resultado (solúvel ou insolúvel) na tabela. 2 Não coloque o papel de tornassol ou o papel de ph na amostra porque o corante irá se dissolver. oloque uma gota da solução retirada com a espátula sobre o papel de teste. om este método, vários testes podem ser feitos com uma única fita de papel.

5 Experimento 1 Solubilidade 25 Repita o experimento com 4-amino-benzoato de etila e os mesmos três solventes. Registre os resultados. Agora, pegue o tubo que contém 4-amino-benzoato de etila e Hl 1,0 M e adicione NaH 6 M, gota a gota, com agitação, até que a mistura fique básica. Teste a mistura com papel de tornassol ou papel de ph para determinar quando ela fica básica. Agite a mistura por 10 a 20 segundos e registre o resultado Solventes ompostos Água NaH 1,0 M Hl 1,0 M Ácido benzóico H Adicione Hl 6,0 M 4-Amino-benzoato de etila H 2 N H 2 H 3 Adicione NaH 6,0 M PARTE E. APLIAÇÕES D PENSAMENT RÍTI 1. Determine experimentalmente se cada um dos seguintes pares de líquidos é miscível ou imiscível. Acetona e água Acetona e hexano omo você pode explicar estes resultados, sabendo que água e hexano são imiscíveis? 2. Você receberá um tubo de ensaio contendo dois líquidos imiscíveis e um composto orgânico sólido dissolvido em um dos líquidos. 3 Você será informado sobre a identidade dos dois líquidos e do composto sólido mas não saberá as posições relativas dos dois líquidos no tubo de ensaio ou em que líquido o sólido está dissolvido. Imagine o exemplo em que os líquidos são água e hexano e o composto sólido é bifenila. Bifenila dissolvida em hexano Água a. Sem fazer nenhum trabalho experimental, prediga a posição relativa dos líquidos no tubo de ensaio (acima ou abaixo) e em que líquido o sólido está dissolvido. Justifique 3 A amostra que você recebeu pode conter uma das seguintes combinações de sólido e líquidos (o sólido é listado primeiro): fluoreno, cloreto de metileno, água; trifenil-metanol, dietil-éter, água; ácido salicílico, cloreto de metileno, NaH 1 M; 4-aminobenzoato de etila, dietil-éter, Hl 1 M; naftaleno, hexano, água; ácido benzóico, dietil-éter, NaH 1 M; p-amino-acetofenona, cloreto de metileno, Hl 1 M.

6 26 Parte Um Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório sua predição. Você talvez queira consultar um manual de laboratório como o The Merck Index ou o R Handbook of hemistry and Physics para determinar a estrutura molecular de um composto ou encontrar outras informações relevantes. b. Tente agora demonstrar experimentalmente sua predição, isto é, mostre em que líquido o composto sólido está dissolvido e a posição relativa dos dois líquidos no tubo de ensaio. Você pode usar qualquer uma das técnicas discutidas neste experimento ou qualquer outra técnica que seu professor permitir. Para executar esta parte do experimento, pode ser útil separar as duas camadas que estão no tubo de ensaio. Isto pode ser feito fácil e efetivamente com uma pipeta Pasteur. Aperte o bulbo da pipeta e coloque a ponta no fundo do tubo de ensaio. Retire apenas a camada que está no fundo e transfira-a para outro tubo de ensaio. bserve que evaporar a água de uma amostra dissolvida em água toma muito tempo, mas esta pode ser uma boa maneira de mostrar que uma solução contém um composto dissolvido em água. utros solventes, entretanto, evaporam mais facilmente (ver a página 575). Explique o que você fez e se os resultados do trabalho experimental foram coerentes com sua predição. 3. oloque 0,025 g de tetrafenil-ciclo-pentadienona em um tubo de ensaio seco. Adicione 1 ml de álcool metílico ao tubo e agite por 60 segundos. sólido é solúvel, parcialmente solúvel ou insolúvel? Explique sua resposta. RELATÓRI Parte A 1. Resuma seus resultados na forma de uma tabela. 2. Explique os resultados de todos os testes que você fez. Ao explicar os resultados, leve em consideração as polaridades dos compostos e do solvente, além da possibilidade de ligação de hidrogênio. onsidere, por exemplo, um teste de solubilidade semelhante para o p-dicloro-benzeno em hexano. teste indica que o p-dicloro-benzeno é solúvel em hexano. Este resultado pode ser explicado pelo fato de que o hexano é apolar e de que o p-dicloro-benzeno é ligeiramente polar. omo as polaridades do solvente e do soluto são semelhantes, o sólido é solúvel. (Lembre-se de que a presença de um halogênio não aumenta significantemente a polaridade de um composto.) l l p-dicloro-benzeno Parte B Parte 3. Deveria haver uma diferença nos resultados obtidos para as solubilidades da bifenila e da benzofenona em álcool metílico. Explique esta diferença. 4. Deveria haver uma diferença nos resultados obtidos para as solubilidades da benzofenona em álcool metílico e em hexano. Explique esta diferença. 1. Resuma seus resultados em forma de uma tabela. 2. Explique os testes feitos em água. Ao explicar estes resultados, leve em consideração as polaridades dos álcoois e da água. 3. Explique, em termos de polaridades, os resultados dos testes feitos em hexano. 1. Resuma seus resultados em forma de uma tabela. 2. Explique os resultados em termos de polaridades e de ligação de hidrogênio.

7 Experimento 1 Solubilidade 27 Parte D Parte E 1. Resuma seus resultados na forma de uma tabela. 2. Explique os resultados obtidos para o tubo em que NaH 1,0 M foi adicionado ao ácido benzóico. Escreva uma equação para isto. Descreva o que aconteceu quando Hl 6,0 M foi adicionado a este mesmo tubo e explique este resultado. 3. Explique os resultados obtidos para o tubo em que Hl 1,0 M foi adicionado ao 4-aminobenzoato de etila. Escreva uma equação para isto. Descreva o que aconteceu quando NaH 6 M foi adicionado a este mesmo tubo e explique este resultado. Dê os resultados das Aplicações do Pensamento rítico completadas e responda a todas as questões dadas no Procedimento para estes exercícios. QUESTÕES 1. Para cada um dos seguintes pares de soluto e solvente prediga se o soluto será solúvel ou insolúvel. Após fazer a predição, você poderá verificar suas respostas procurando os compostos no The Merck Index ou no R Handbook of hemistry and Physics. primeiro é de uso mais fácil. Se a substância tiver solubilidade superior a 40 mg/ml, você pode considerá-la como solúvel. a. Ácido málico em água H HH 2 H H Ácido málico b. Naftaleno em água Naftaleno c. Anfetamina em álcool etílico NH 2 H 2 HH 3 Anfetamina d. Aspirina em água H H 3 Aspirina

8 28 Parte Um Introdução às Técnicas Básicas de Laboratório e. Ácido succínico em hexano (Nota: a polaridade do hexano é semelhante à do éter de petróleo.) H H2H2 Ácido succínico H f. Ibuprofeno em dietil-éter H 3 H 3 HH 2 H 3 H H Ibuprofeno g. 1-Decanol (álcool n-decílico) em água H 3 (H 2 ) 8 H 2 H 1-Decanol 2. Prediga quais dentre os seguintes pares de líquidos seriam miscíveis ou imiscíveis: a. Água e álcool metílico b. Hexano e benzeno c. loreto de metileno e benzeno d. Água e tolueno H 3 Tolueno e. Álcool etílico e álcool isopropílico H H3HH3 Álcool isopropílico 3. Você esperaria que o ibuprofeno (ver 1f) fosse solúvel ou insolúvel em NaH 1,0 M? Explique. 4. Timol é muito pouco solúvel em água e muito solúvel em NaH 1,0 M. Explique. H 3 H H H 3 H 3 Timol

9 Experimento 2 ristalização Embora o canabinol e o álcool metílico sejam álcoois, o canabinol é muito pouco solúvel em álcool metílico na temperatura normal. Explique. H 3 H H 3 H 3 H2 H 2 H 2 H 2 H 3 anabinol EXPERIMENT 2 ristalização ristalização Filtração a vácuo Ponto de fusão Seleção de um solvente de cristalização Ponto de fusão de misturas Aplicação do pensamento crítico objetivo deste experimento é introduzir a técnica da cristalização, o procedimento mais comum de purificação de sólidos impuros no laboratório de química orgânica. Para uma discussão mais completa leia o capítulo sobre esta técnica (páginas 578) antes de continuar, porque a compreensão deste material é necessária para o experimento. Na Parte A deste experimento você vai cristalizar sulfanilamida impura usando álcool etílico 95% como solvente. A impureza é a acetanilida, usada com freqüência como material de partida na síntese da sulfanilamida (veja o Experimento 46, página 328). A sulfanilamida é um dos fármacos conhecidos como sulfas, a primeira geração de antibióticos a ser usada com sucesso no tratamento de doenças importantes como a malária, a tuberculose e a lepra (veja a dissertação Sulfas, página 325). Na Parte A deste experimento e na maior parte dos experimentos deste livro-texto você saberá qual solvente usar na cristalização. Alguns dos fatores envolvidos na seleção de um solvente para a cristalização da sulfanilamida são discutidos na Seção 11.5, página 586. fator mais importante a considerar é a forma da curva de solubilidade contra a temperatura. omo se pode ver na Figura 11.2, página 579, a curva de solubilidade da sulfanilamida em álcool etílico 95% indica que o álcool etílico é um solvente ideal para a cristalização da sulfanilamida. A pureza do material final após a cristalização será determinada pelo ponto de fusão da amostra. Você também terá de pesar a amostra para calcular a percentagem de recuperação. É impossível obter 100% de recuperação, e isto acontece por várias razões. correm perdas durante o experimento, a amostra original não é 100% sulfanilamida e parte da sulfanilamida é solúvel no solvente utilizado mesmo em 0 o. Por causa disto, uma parte da sulfanilamida fica dissolvida no licor-mãe (o líquido que permanece após a cristalização). Algumas vezes vale a pena isolar uma segunda quantidade de cristais a partir do licor-mãe, especialmente se a síntese levou muitas horas e se a quantidade de produto é relativamente pequena. Isto pode ser feito por aquecimento do licor-mãe para evaporar parte do solvente e por resfriamento da solução resultante para induzir uma segunda cristalização. A pureza da segunda colheita de cristais não é tão alta como a da primeira, entretanto, porque a concentração de impurezas é maior no licor-mãe após a evaporação parcial do solvente.