Química Orgânica Experimental I. Extração com Solventes

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1 Química Orgânica Experimental I Extração com Solventes Discentes: Guilherme A.D. Trevisan Thomas Habeck Ian Maluf Farhat Docente: Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira

2 Princípios básicos O que é extração? É a transferência de um soluto de um solvente para outro. Qual a Finalidade? Isolar determinados compostos orgânicos de soluções ou suspensões aquosas onde se encontram. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 2

3 Princípios básicos Exemplo Prático Extração de produtos naturais de tecidos vegetais e animais Cafeína de uma solução aquosa de chá. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 3

4 Materiais Usados Frasco cônico: Utilizado para volumes menores que 4 ml. Tubo centrífugos: Utilizado para volumes até 10 ml. Funil de separação: Utilizado para maiores volumes. Frasco cônico Tubo centrífugo Funil de separação Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 4

5 Propriedades dos Solventes Imiscível; Formar duas Fases; Não reagir Quimicamente; com o Soluto; A Substância Orgânica a ser extraída deve ser mais solúvel no segundo solvente; Volátil; Não ser inflamável ou tóxico. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 5

6 Solventes mais Utilizados Tabela 1:Constantes físicas de alguns solventes Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 6

7 Tipos de Extração Extração Simples Extração Múltipla Extração Quimicamente Ativa Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 7

8 Definições Extração Simples e a extração que é realizada apenas em uma etapa ou seja, determinamos o volume de solvente extrator e realizamos a extração com todo esse volume de uma única vez. Extração Múltipla envolve duas ou mais extrações simples. Extração Quimicamente Ativa tem como objetivo alterar quimicamente um composto a fim de mudar sua constante de distribuição. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 8

9 Extração Quimicamente Ativa É utilizada quando desejamos separar dois compostos orgânicos que são ambos solúveis no mesmo solvente. Assim fazemos uma reação para mudar quimicamente o composto. Baseia-se em uma reação ácido-base onde o produto (sal) é solúvel na fase aquosa e insolúvel no solvente orgânico. Exemplo: Ácido Carboxílico e Hidrocarboneto reagindo com Hidróxido de Sódio Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 9

10 Coeficiente de distribuição K = Solub ilidade no solvente Solub ilidade no solvente B A Durante a agitação o soluto se dissolve nas duas fases. A quantidade do soluto dissolvido em uma das fases depende da sua solubilidade naquele solvente. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 10

11 Coeficiente de distribuição O coeficiente de distribuição desse composto orgânico A será dado pela razão da solubilidade nos solventes. K = So lub ilidade na éter dietílico So lub ilidade na água K = 20g /100 ml 5.0g /100ml K = 4.0 Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 11

12 Coeficiente de distribuição Conhecendo o coeficiente de distribuição do composto orgânico A, pode-se calcular a quantidade de soluto extraído em uma extração simples ou em uma extração múltipla. Supondo que temos uma solução contendo 50,0g do composto A em 100ml de água, quanto do soluto podemos extrair utilizando 100ml éter dietílico? (K = 4) Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 12

13 Exemplo Extração Simples Utilizando uma extração simples vamos calcular a quantidade de soluto extraído empregando-se 100 ml de éter dietílico. K 4 x = = 200 Concentraçao no éter Concentracao (50 x g /100 ml Re solvendo : = 4x x) g /100 ml = x na água 40 g no éter dietílico Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 13

14 Exemplo Extração Múltipla Usando os dados anteriores vamos calcular a quantidade de soluto extraído empregando-se 3 adições de 33,3 ml de éter dietílico. 1ª Extração : 4 = Re solvendo : 200 4x 100 x x g / 33,3 ml (50 x) g /100ml x = 33,3 = 28,55g na primeira extração 2ª Extração : x g / 33,3 ml 4 = (21,45 x) g /100 ml Re solvendo : 85,8 4x x = ,3 x = 11,10g na segunda extração 3ª Extração : x g / 33,3 ml 4 = (10,35 x) g /100 ml Re solvendo 41,4 4 x = 100 : x 33,3 x = 5,9 g na terceira extração Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 14

15 Eficiência Somando-se as quantidades de soluto extraído nas 3 extrações, têm-se que 45,50g do soluto será extraído utilizando-se a extração múltipla. Concluímos que é mais eficiente usar um solvente em três pequenas extrações do que em uma extração grande. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 15

16 Métodos de Extração Para volumes menores que 4ml (micro) Fase Inferior Fase Superior - Método 1 - Método 2 Frasco cônico Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 16

17 Fase inferior Extração de uma solução aquosa utilizando o CH 2 Cl 2 (d = 1,33g/ml) A solução aquosa contém a substância desejada. B - Diclorometano é usado para extrair a fase aquosa. C A pipeta é colocado no frasco cônico. D A fase orgânica é removida e transferida para um recipiente seco. A fase aquosa permanece no frasco original. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 17

18 Fase superior: 1º método Extração de uma solução aquosa utilizando o éter dietílico (d = 0,7174g/ml) A - a solução aquosa contém a substancia desejada. B Éter é usado para extrair a fase aquosa. C A fase aquosa é removida e transferida para um recipiente. A fase que contém éter permanece no frasco original. D - A camada etérea é transferida para um novo frasco. A camada aquosa é transferida de volta ao frasco original Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 18

19 Fase superior: 2º método Extração de uma solução aquosa utilizando o éter dietílico (d = 0,7174 g/ml) A - Pressione o bulbo e coloque a pipeta no frasco B - Colete ambas camadas C - Coloque a camada aquosa inferior de volta ao frasco D - Coloque a camada etérea em um recipiente seco Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 19

20 Métodos de extração Para volumes maiores que 10 ml (macro); Fase superior Fase inferior Funil de separação Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 20

21 Fase Superior (Macro) A - A solução aquosa contém a substancia desejada. B Éter (d = 0,7471 g/ml) é usado para extrair a fase aquosa. C A fase aquosa é removida pela torneira do funil para um recipiente. A fase que contém éter permanece no funil de separação. D - A camada etérea é transferida para um novo frasco através da abertura superior do funil, a fim de se evitar qualquer tipo de contaminação com traços da fase inferior que podem estar ainda aderidas a superfície do vidro. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 21

22 Fase Inferior (Macro) A solução aquosa contém a substância desejada. B - Diclorometano (d = 1,33 g/ml) é usado para extrair a fase aquosa. C A fase orgânica é removida pela torneira. D A fase aquosa pode ser removida pela abertura superior do funil ou pode-se adicionar mais diclorometano para uma segunda extração. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 22

23 Etapas na extração 1) Preparando o funil de separação: Apóia-se o funil em um anel metálico ou fixa-o a uma garra do suporte. Cuidados: Observa-se a ausência de vazamentos na tampa e na torneira do funil Funil de separação Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 23

24 Etapas na extração 2) Adicionando os líquidos: Antes de adicionar os líquidos tenha a certeza que a torneira está fechada. Não encha o funil mais do que ¾ da sua capacidade. Video I Adicionando Líquidos Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 24

25 Etapas na extração 3) Misturando os líquidos: Antes de introduzir a rolha, gire a separação do funil calmamente. Coloque a rolha e a segure com uma mão e inverta o funil. Imediatamente abra a torneira para a ventilação de vapores de gases formados (Diminuir a pressão interna). Video II Misturando os Líquidos Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 25

26 Etapas na extração 4) Separando as camadas: Antes de proceder, tenha a certeza que a rolha foi removida ( o vácuo criado dificulta a drenagem do líquido ). Abra pouco a torneira e a segure pelo outro lado para evitar que a torneira escorregue e sai do lugar. Video III Separando as Camadas Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 26

27 Emulsões Definição: Emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua). Video IV - Emulsao Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 27

28 Emulsões A) Dois líquidos imiscíveis separados em duas fases. B) Emulsão da fase I dispersa na fase II. C) Emulsão instável voltando ao estado inicial A. D) Agente surfactante atuando na interface para estabilizar a emulsão. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 28

29 Exemplos de Emulsões Manteiga: Emulsão constitunte de 80% de gordura (nata do leite), o restante e predominantemente água. Margarina Maionese Cosmeticos Locoes e Cremes Café Expresso Agua e Oleo Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 29

30 Emulsão Água e Óleo Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 30

31 Como Evitar? Como Eliminar? Se houver gomas, materiais viscosos ou poliméricos na solução, causará problemas na hora de separar. Como Evitar : Evitar agitação vigorosa, (emulsão é termodinamicamente instável, energia é necessário para sua formação) Remoção, se presentes, de agentes emulsivos que possam aumentar a estabilidade da emulsão. Esses agentes ficam adsorvidos e evitam a união das gotículas diminuindo a velocidade da floculação. Como Eliminar : Filtrar Deixar em Repouso Centrifugar Adicionar uma solução de NaCl saturada (Video V Eliminando Emulsão) Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 31

32 Efeito Salting Out Se o coeficiente de partição (k) for muito menor que 1, a extração simples não será eficiente. Pode-se, em alguns casos aumentar esse coeficiente por adição de sais, como cloreto de sódio, sulfato de sódio ou cloreto de amônio, à solução aquosa. A adição de sais diminui consideravelmente a solubilidade da maior parte dos compostos orgânicos em água. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 32

33 Extração Líquido-Líquido Na extração líquido-líquido contínua, o solvente orgânico passa continuamente sobre a solução contendo o soluto, levando parte deste consigo, até o balão de aquecimento. Como o solvente está sendo destilado, o soluto vai se concentrando no balão de aquecimento. É um processo útil para quando a diferença de solubilidade do soluto em ambos os solventes não é muito grande (baixo valor de KD). Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 33

34 Extração Sólido -Líquido Esta técnica de extração é utilizada quando a solubilidade do composto orgânico na água é baixa. Quando o solvente condensado ultrapassa um certo volume, ele escoa de volta para o balão, onde é aquecido, e novamente evaporado. Os solutos são concentrados no balão. O solvente, quando entra em contato com a fase sólida, está sempre puro, pois vem de uma destilação! Equipamento: Extrator de Soxhlet Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 34

35 Prática Extração Simples 1. Dissolver pequena quantidade de cristal violeta em 2 a 3 gotas de etanol e adicionar 30 ml de água. Dividir a solução em duas porções iguais (15 ml) A e B. 2. Transferir a porção A para um funil de separação de 100 ml (testar previamente vazamento) e adicionar 15 ml de clorofórmio. 3. Efetuar a extração obedecendo a técnica correta para o uso do funil de separação. 4. Colocar o funil na posição vertical, aguardar a separação das fases e recolher a fase orgânica e aquosa em tubos de ensaio (Etiquetar os tubos anotando as fases em cada um). Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 35

36 Prática Extração Múltipla 1. Transferir a porção B para um funil de separação de 100 ml e efetuar a extração com 5 ml de clorofórmio. 2. Recolher a fase orgânica em um tubo de ensaio e reextrair a fase aquosa com 5 ml de clorofórmio. Recolher a fase orgânica no mesmo tubo de ensaio. 3. Repetir a extração da fase aquosa com 5 ml de clorofórmio e proceder como descrito no item anterior. 4. Transferir a fase aquosa para um tubo de ensaio (fase aquosa 2) através da boca do funil de separação. 5. Comparar a intensidade das cores das soluções A e B nos dois tipos de extração e discutir os resultados. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 36

37 Extração Quimicamente Ativa 1. Dissolver em 100 ml de éter: 2 g de ácido benzóico e 2 g de p-diclorobenzeno. 2. Calcular o volume de solução de hidróxido de sódio 5%, necessário para reagir com ácido. (15ml) 3. Extrair a solução éterea superior duas vezes com a solução básica, usando em cada extração o volume calculado. 4. Recolher as fases aquosas em um béquer de 250 ml. 5. Lavar a fase éterea com 10 ml de água e transferir o extrato aquoso para o béquer. 6. Transferir a fase etérea para um erlenmeyer de 250 ml e adicionar cerca de 1g de cloreto de cálcio com agitação ocasional. 7. Eliminar o agente secante por filtração em papel pregueado (ou por decantação), recolhendo a fase orgânica em um béquer previamente pesado. 8. Eliminar o éter, pesar o resíduo e determinar o ponto de fusão. 9. Elaborar um procedimento para recuperação do ácido benzóico. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 37

38 Fórmulas Estruturais Eter (eter dietilico) Cristal Violeta (Cloreto de Hexametilpararosanilina) Cloroformio (triclorometano) Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 38

39 Agentes Secantes A solução orgânica pode ser lavada para se retirar alguns traços de água. Para isso utiliza-se agentes secantes como o cloreto de cálcio. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 39

40 Agentes Secantes Agente secante Tabela 2 : Características de alguns agentes secantes CaCl 2 CaSO 4 MgSO 4 K 2 CO 3 Na 2 SO 4 Capacidade Velocidade Aplicação Alta Médio Hidrocarbonetos Baixo Rápido Geralmente utilizado Alto Rápido Não utilizado em meios ácidos Médio Médio Não utilizados para compostos ácidos Alto Devagar Geralmente utilizado Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 40

41 Purificação Quando da obtenção de um composto orgânico pelo processo de extração, impurezas tais como o solvente orgânico podem ficar adsorvidas na superfície do sólido, assim a purificação é uma importante etapa na obtenção de compostos orgânicos com alto grau de pureza. Lava-se o composto orgânico geralmente com água, ácidos 5% e bases 5%. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 41

42 Filtração a Vácuo A sucção acelera a filtração, especialmente para precipitados gelatinosos Materiais Usados: - Funil de Buchner - Kitassato - Bomba de Vacuo Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 42

43 Toxicidade Nome Toxicidade Solubilidade Outras Etanol Inflamável Solúvel em solventes polares Incolor Clorofórmio Tóxico CANCERÍGENO Sol. em álcool e acetona Volátil. Odor característico Ac.Benzóico Tóxico Água = 4.2 g/l Irritante para pele, olhos e mucosas p-diclobenzenoo Tóxico Sol. Álcool, éter e acetona Hidróxido de sódio Corrosivo Sol. água Higroscópico Éter etílico Irritante Insol. em água, Sol. em benzeno e etanol Odor característico Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 43

44 Resíduos DESCARTE 1 extrato aquoso com resíduos de benzoato de sódio, de água e de hidróxido de sódio: Pode ser descartado na pia, pois o benzoato de sódio é um sal solúvel em água. RESÍDUO SÓLIDO - agente secante, água e impurezas solúveis em água: Como no caso, nosso agente secante é CaCl 2, não se deve jogar na pia, pois o mesmo é insolúvel em água, portanto, pode-se descartar no lixo. Os solventes orgânicos clorados, como por exemplo, o clorofórmio, deve ser descartado num recipiente adequado para os mesmos, para posteriormente, ser incinerado. Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 44

45 Bibliografia D.L. PAVIA, G.M. LAMPMAN and G.S. KRIZ JR. lndroduction to Organic Laboratory Techniques,2nd ed., Saunders, 1995, pag Goncalves, D., Wal, E. & Almeida, R. R. Quimica Organica Experimental, ed. McGraw-Hill, 1998, pag Merck Index Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 45