Síntese do acetato de isopentila Robson Caldas Francisco Carlos Setembro 2002

Transcrição

1 Robson Caldas Francisco Carlos Setembro 2002

2 Introdução Toxidades da substâncias Propriedades físicas das substâncias Procedimento experimental Referências

3 Introdução Objetivo Derivados de ácidos carboxílicos Os ésteres Esterificação de Fischer

4 Introdução Objetivo Neste experimento será preparado um éster, o acetato de isopentila, formado a partir da reação entre um ácido carboxílico e um álcool catalisada por íons H 3 O + (esterificação de Fischer). O acetato de isopentila, também conhecido como acetato isoamílico, é o maior componente do óleo de banana sintético. Curiosamente, é um alarme natural das abelhas para a defesa da colméia, o emitem quando ferroam um intruso.

5 Introdução Derivados de ácidos carboxílicos Os cloretos de ácidos, anidridos, cetenos, ésteres e amidas são chamados, freqüentemente derivados de ácidos, uma vez que podem ser convertidos à ácidos carboxílicos ou obtidos à partir destes compostos. Considera-se às vezes, as nitrilas como derivados de ácido.

6 Introdução Os ésteres Os ésteres estão entre os compostos mais disseminados pela natureza. Muitos ésteres simples são líquidos com cheiro agradável, responsáveis pelos odores de frutas e flores. Tal ligação também está presente em gorduras animais e em muitas moléculas biologicamente importantes.

7 Introdução Os ésteres

8 Introdução Esterificação de Fischer Como já dito anteriormente, a esterificação de Fisher é a síntese de um éster a partir de um ácido carboxílico e um álcool, catalisado por íons H 3 O +. Para a obtenção do acetato de isopentila temos uma reação entre o álcool isopentílico e o ácido acético, catalisada pela adição de ácido sulfúrico.

9 Introdução Esterificação de Fischer Reação geral:

10 Introdução Esterificação de Fischer Mecanismo da Reação:

11 Introdução Esterificação de Fischer Mecanismo da Reação:

12 Toxidade das substâncias Ácido acético (HAc) Uso: manufatura de compostos com acetatos; impressão pigmentada e tinturaria de tecidos; preservação de alimentos; solvente para gomas, resinas, óleos voláteis, etc.; sínteses orgânicas. 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 um oftalmologista.

13 Toxidade das substâncias Ácido acético (HAc) 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. Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 39ºC mistura explosivas ar/ vapor de ácido podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia, água ou dióxido de carbono. Álcool isopentílico (C 5 H 12 O) Uso: solvente de gorduras, resinas, alcalóides, etc.; manufatura de compostos isoamílicos, ácido isovalérico, fulminato de mercúrio, piroxilina, tecidos artificiais, vernizes; usado na determinação de gordura em leite.

14 Toxidade das substâncias Álcool isopentílico (C 5 H 12 O) 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. 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.

15 Toxidade das substâncias Álcool isopentílico (C 5 H 12 O) Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 45ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono. Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) Uso: manufatura de fertilizante, explosivos, outros ácidos, secagem de papel, colas, purificação de papel; em baterias de carros. Inalação: corrosivo, garganta inflamada, queimação, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; respiração artificial, se necessário; requer atenção médica.

16 Toxidade das substâncias Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) Pele: corrosivo, dor, vermelhidão, bolhas, séria 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. Fogo/ explosão: Não é combustível, porém reações com bases, substâncias combustíveis, oxidantes ou agentes redutores podem causa fogo ou explosões. Primeiros-socorros:NÃO jogue água no fogo, jogue sobre o fogo areia, espuma ou dióxido de carbono.

17 Toxidade das substâncias Bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) Uso: manufatura de muitos sais de sódio; fonte de CO 2 ; ingrediente de sais e bebidas efervescentes; em extintores de incêndio e compostos de limpeza. Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco. Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão. Olhos : baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água corrente.. Ingestão: em grandes quantidades pode causar desconforto intestinal, vômito, colapso e inconsciência. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: Não é explosivo.

18 Toxidade das substâncias Sulfato de Magnésio (MgSO 4 ) Uso: tornar mais pesado algodão e seda; ação alvejante em superfícies com limo; manufatura de madrepérolas e papéis foscos; tintura e impressão pigmentada; em fertilizantes; explosivos; água mineral. Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco. Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão. Olhos : vermelhidão. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão: câimbras abdominais, diarréia. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: Não é explosivo.

19 Toxidade das substâncias Acetato de isopentila (C 7 H 14 O 2 ) Uso: em solução alcoólica como uma fragrância de pêra em água mineral e xaropes; como solvente para óleos coloridos, nitrocelulose, vernizes, celulóide e cânfora; contra odores desagradáveis; manufatura de tecidos artificiais, couro ou pérolas, filmes fotográficas, cimentos de celulóide e tintas metálicas. 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.

20 Toxidade das substâncias Acetato de isopentila (C 7 H 14 O 2 ) Ingestão: dor abdominal, garganta inflamada, náuseas. Primeirossocorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 25ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono.

21 Propriedades físicas das substâncias Nomencla tura Ácido Acético CH 3 O 2 H Álcool Isopentíli co C 5 H 12 O Bicarbon ato de sódio NaHCO 3 Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de Magnésio MgSO 4 Acetato de Isopentila C 7 H 14 O 2 Densidade (g/ml) 1,0492 0,813 2,159 1,84 2,17 1,67 0,8670 M.M. (g/mol) 60,05 88,15 84,01 98,08 58,45 120,37 130,19 p.f (ºC) 16, , ,5 p.e (ºC) ,

22 Propriedades físicas das substâncias Nomencla tura Ácido Acético CH 3 O 2 H Álcool Isopentíli co C 5 H 12 O Bicarbo nato de sódio NaHCO 3 Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de Magnésio MgSO 4 Acetato de Isopentil a C 7 H 14 O 2 Solubilida de Excelente solvente para diversos compostos orgânicos, miscível em água, álcool glicerol e éter. Fracamen te solúvel em água, miscível em álcool, éter, benzeno, clorofórm io Solúvel em 10 partes de água, insolúvel em álcool Miscível em água e em álcool com liberação de muito calor e contraçã o de volume. Insolúvel em HCl concentr ado Solúvel em água, levement e solúvel em álcool. Miscível em álcool, éter, acetato de etila. Proprieda des Físicas Líquido, odor pungente Liquido, odor Desagrad ável caracterís tico Cristais brancos ou granulad os Liquido incolor e volátil Cristais brancos, grânulos ou pó, incolor Cristais ou pó efloresce ntes Incolor e liquido neutro

23 Refluxo Extração com solvente quimicamente ativa Efeito salting-out Secagem de líquidos orgânicos Destilação simples

24 Refluxo A reação de um ácido orgânico com um álcool é lenta. Isso significa que à temperatura ambiente, a maioria das colisões entre as moléculas não possui energia suficiente para que a reação proceda. Uma das maneiras de se aumentar o número de colisões é através do aumento da temperatura do frasco reacional. O procedimento de refluxo permite que um meio reacional à pressão ambiente, seja aquecido à temperatura constante sem que haja perda de substâncias voláteis.

25 Refluxo Para evitar a ebulição tumultuosa do líquido usa-se na mistura reacional pedras de ebulição (fragmentos de porcelana porosa não vidrada), estes liberam pequenas quantidades de ar que promovem uma ebulição regular. A porcelana porosa jamais deve ser colocada em um líquido que já foi aquecido até a ebulição : o desprendimento de vapor pode resultar em arrasto de uma grande porção do líquido para fora do balão.

26 Refluxo É nessa etapa de aquecimento e refluxo da mistura reacional é que ocorrerá a esterificação: CH 3 COOH + (CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH CH 3 CO 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 + H 2 O HAc Álcool Isopentílico ACETATO DE ISOPENTILA

27 Refluxo Aparelhos para refluxo:

28 Extração com solventes quimicamente ativos A extração consiste em uma substância dissolvida em um solvente que é isolada pela agitação da solução com outro solvente, este imiscível no primeiro, num funil de separação:

29 Extração com solventes quimicamente ativa

30 Extração com solventes quimicamente ativa Numa situação ideal toda a substância é extraída pelo segundo solvente, porém em situações reais a extração segue a lei de distribuição. Tal lei baseia-se na distribuição da substância em interesse nos dois solventes a uma razão constante, que é chamada de coeficiente de partição (K): K = [ Soluto( A) ] [ Soluto( B) ]

31 Extração com solventes quimicamente ativa Na extração com solventes quimicamente ativos um composto é alterado quimicamente afim de mudar o coeficiente de partição nos dois solventes. NEUTRALIZAÇÃO (EXTRAÇÃO) 2NaHCO NaHCO H 2 3 SO CH CO H NaSO H 2 2 O CH CO Na + CO + H 2 2 O + CO 2

32 Efeito salting-out A solubilidade de substâncias orgânicas em água é notadamente afetada pela presença de sais inorgânicos dissolvidos, no caso do experimento o NaCl. Se um soluto possui um coeficiente de distribuição baixo entre um solvente orgânico e a água, a extração simples não é efetiva. Para torná-la possível adiciona-se um sal inorgânico na água, pois compostos orgânicos são menos solúveis em água com sal solubilizado. Esse efeito denomina-se salting-out.

33 Secagem de líquidos orgânicos A remoção da água é de fundamental importância para vários processos laboratoriais em química orgânica. Para tanto, precisamos selecionar bem o agente secante a ser utilizado.

34 Secagem de líquidos orgânicos COMPOSTO AGENTE DE SECAGEM Álcoois Haleto de alquila e de arila Éteres, Hidrocarboneto Aromáticos Aldeídos Bases Orgânicas Cetonas Carbonato de potássio anidro, sulfato de cálcio ou magnésio; Cal viva Cloreto de cálcio anidro, sulfato de cálcio anidro; pentóxido de fósforo, sulfato de sódio e magnésio anidros Cloreto de cálcio anidro; sódio metálico; pentóxido de fósforo, sulfato de cálcio anidro. Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros; Hidróxido de sódio ou potássio sólido; cal viva; óxido de bário Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros; carbonato de potássio anidro Ácidos Orgânicos Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros.

35 Secagem de líquidos orgânicos Sulfato de magnésio anidro : forma com a água um sal hepta-hidratado (MgSO 4.7H 2 O). Trata-se de um agente secante neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser utilizado inclusive em misturas contendo ésteres, aldeídos, aminas, amidas e cetonas, para as quais não se pode empregar o cloreto de cálcio em virtude de reagir quimicamente com esses compostos. HIDRATAÇÃO (SECAGEM): MgSO H 2 O MgSO 4.7 H 2 O

36 Destilação simples Pressão de vapor: quando o líquido se encontra num recipiente fechado a pressão exercida pelas moléculas gasosas aumenta até se obter um equilíbrio na interface líquido-gás da substância a uma dada temperatura. Essa pressão do equilíbrio é chamada de pressão de vapor. A pressão de vapor sempre cresce com o aumento da temperatura.

37 Destilação simples Ponto de ebulição: o ponto de ebulição de um líquido é definido como a temperatura em que a pressão de vapor é igual a pressão externa sobre o líquido. Por convenção, pontos de ebulição são descritos na literatura como a pressão de 1atm.

38 Destilação simples Pressão de Vapor X Temperatura de Ebulição

39 Destilação simples A destilação consiste na ebulição de um líquido e seqüente condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco em separado, no caso do experimento corresponderá à separação do acetato de isopentila do álcool isopentílico residual. Quando uma substância pura é destilada à pressão constante, a temperatura do vapor destilado permanecerá constante por toda a destilação.

40 Destilação simples Aparelhagem para destilação simples:

41 Destilação simples Soluções ideais: a pressão e a composição do vapor de uma mistura ideal de líquidos a uma dada temperatura pode ser calculada se a composição da mistura e as pressões parciais de vapor dos componentes são conhecidas. A pressão total é a soma das pressões parciais de todos os componentes do vapor. A pressão parcial de cada componente é calculada pela lei de Raoult: p A = p A onde p A é a pressão parcial de A no vapor, pº A éa pressão de vapor da substância A pura e X A é a fração molar de A na solução. X A

42 Destilação simples Quanto a composição do vapor, a proporção de cada componente é calculada pela lei de Dalton: Y A = p p A TOTAL = p A + p A p B +... onde Y A é a fração molar de A no vapor e p A é a pressão de A no vapor.

43 Destilação simples

44 Destilação simples Soluções não-ideais e azeotrópicas: há alguns casos de misturas que ao serem destiladas não seguem a lei de Raoult. O sistema metanol-água, por exemplo, apresentando tal característica.

46 Destilação simples A certas frações molares dos líquidos componentes de algumas misturas temos a coincidência das temperaturas de ebulição do vapor e do líquido. Essas misturas são denominadas azeotrópicas.

49 Destilação simples Leitura dos pontos de ebulição no termômetro

50 Destilação simples Cálculo do ponto de Ebulição a Pressões Determinadas log p = A + B / T

51 Referências