QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL PREPARAÇÃO DO ACETATO DE ISOPENTILA Alunos: Elton Nolasco da Cunha Nathalia Possebon Costa
TEMAS ABORDADOS: Introdução; Reação Geral de Fisher; Variáveis da esterificação; Derivados do ácido carboxílico; Objetivo; Mecanismo; Técnicas envolvidas na síntese;
Correção do P.E.; Cálculo do rendimento; Tabela com propriedades físico-químicas; Cuidados, toxicidade e segurança; Tratamento dos resíduos; Fluxograma; Bibliografia;
Introdução: O acetato de isopentila é um éster que apresenta cheiro característico de banana. Ele é obtido através da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentílico, a qual é catalisada por um ácido mineral (nesta prática será utilizado o H 2 SO 4(c) ). Esta reação é conhecida como esterificação de Fisher.
REAÇÃO GERAL DE FISHER: Elas se desenvolvem muito lentamente na ausência de ácidos fortes, mas alcançam o equilíbrio em poucas horas, quando o ácido e álcool são refluxados com pequena quantidade de H 2 SO 4(c) ou HCl (c).
VARIÁVEIS DA ESTERIFICAÇÃO: Temperatura; Concentração; Ambas aceleram ou retardam a velocidade da reação.
DERIVADOS DO ÁCIDO CARBOXÍLICO: Cloretos de acila (ácido); Anidrido de ácido; Ésteres; Amidas; Os derivados acima podem ser sintetizados à partir de ácidos carboxílicos ou novamente convertidos a estes ácidos.
OS ÉSTERES: assemelham-se à aromas de frutos e flores; são utilizados na fabricação de aromatizantes artificiais, tais como de abacaxi (propanoato de etila), pêssego (acetato de benzila), pêra (acetato de propila) e vários outros.
OBJETIVO DA PRÁTICA : preparar acetato de isopentila a partir da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentílico; extrair o éster obtido; calcular o rendimento.
Mecanismo de reação de esterificação do ácido acético e álcool isopentílico: + + H 2 O +
+ H 2 O
+ +
Neutralização: 2 NaHCO 3 + H 2 SO 4(c) Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 NaHCO 3 + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 Na + CO 2 + H 2 O Hidratação: MgSO 4 + 7 H 2 O MgSO 4.7 H 2 O
TÉCNICAS ENVOLVIDAS: Refluxo Extração com Solvente Extração Quimicamente Ativa Salting-out Decantação e Filtração Destilação Simples
O 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. O vapor produzido é condensado por um condensador conectado a boca do frasco reacional.
CUIDADOS: Sentido do fluxo de água: de baixo para cima; 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 ou agitador magnético; Ajustar a velocidade de aquecimento, para que o anel de refluxo não atinja mais que 1/3 do condensador; Cuidado com escape de vapores.
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, irá diminuir a solubilidade do éster formado em água, fazendo com que esta possa ser removida, sem perda do produto desejado.
A destilação consiste na ebulição de um líquido e seqüente condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco seco, no caso deste experimento corresponderá à separação do acetato de isopentila (P.E. 142 C) do restante das impurezas.
Neste tipo de extração uma substância da mistura é extraída pela adição de um solvente. Este não deve ser solúvel na solução, nem reagir quimicamente com a substância a ser extraída. Nesta prática utilizaremos a água como solvente para extrair o excesso de ácido acético do éster formado, pois o HAc tem maior solubilidade em água que em éster.
Neste tipo de extração, adiciona-se um reagente que reage com a substância a ser retirada da solução de interesse. O produto da reação deve ser mais solúvel em outro solvente (geralmente a água) que na solução de interesse. Nesta prática utilizaremos o NaHCO 3 o qual reagirá com o excesso de HAc dissociado no éster formado, resultando em NaAc que é mais solúvel em H 2 O. Reação
Se as partículas sólidas s são relativamente grandes e depositam (decantam) facilmente no fundo do frasco, é possível separar a solução das impurezas, através s de uma posterior filtração, onde o sólido s ficará retido no papel de filtro pregueado e o erlenmeyer conterá o líquido.
CORREÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO: Correção para líquidos l associados (formam ligações de hidrogênio): ΔT = 0,00010(760-p).(t +273) t 760 =ΔT + t ΔT: correção, em ºC a ser aplicada ao ponto de ebulição observado, t t: temperatura de ebulição observado no laboratório; p: pressão barométrica local t 760 : temperatura de ebulição a 760 mmhg (ponto de ebulição normal)
Exemplo: Considerando p = 686 mmhg e t = 98 C, a correção feita será: ΔT = 0,00010(760-686).(98 +273) ΔT = 2,74 T 760 = ΔT + t T 760 = 2,74 + 98 T 760 = 100,74 C Ou seja a pressão de 760 mmhg a temperatura de ebulição é 100,47 C.
CÁLCULO DO RENDIMENTO: H+ CH 3 CO 2 H + (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 1 1 1 1 V ácido = 20 ml V álcool = 15 ml d éster = 0,876 g/ml d ácido = 1,053g/ml d álcool = 0,813g/ml MM éster = 130,19g/mol MM ácido = 60,05g/mol MM álcool = 88,15g/mol
Ácido Acético Álcool Isopentílico d = m/v m = d.v d = m/v m = 1,053. (20) = 21,06g m = 0,813.(15) = 12,20g 1 mol ácido 60,05g 1 mol 88,15g n 21,06g n 12,20g n = 0,351 mol n = 0,138 mol Reagente em excesso Reagente Limitante
n mols de éster = n mols do álcool = 0,138 mol 1 mol de éster 130,19g 0,138 mol de éster m m = 17,97g de éster Essa massa corresponde à 100 % de rendimento ( m estequiométrica ) Cálculo da porcentagem de rendimento: Rendimento = m obtida. 100% m estequiométrica Exemplo: obteve-se 12,45g de éster Rendimento = (12,45g ). 100% = 69,28% (17,97g)
Nomenclatura Densidade /g ml -1 Mol /g mol -1 p.f. / 0 C p.e. / 0 C Solubilidade Propriedades Físicas Aplicações Ácido Acético Glacial CH 3 O 2 H 1,053 60,05 16,7 118 Miscível em água, álcool glicerol, éter e tetracloreto de carbono. Líquido, possui odor azedo, pungente. Usado como solvente; Fabricar acetatos; Conservantes de alimentos; Síntese Orgânica comercial. Álcool Isopentílico C 5 H 12 O 0,813 88,15 117,2 132 - Ligeiramente solúvel em H 2 O (2g em 100 ml) - miscível em álcool, éter,benzeno,cl orofórmio rmio e Ác.. Acético Glacial. Líquido, possui odor desagradável, pungente. Usado como solvente para gorduras; Resinas; Alcalóides. Bicarbonato de Sódio NaHCO 3 2,159 84,01 - Solúvel em 10 partes de água - Insolúvel em álcool Cristais brancos, granulados ou em pó. p Sais efervescentes; Extintores de fogo; Antiácido; Fermentos.
Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 1,84 98,08 10 290 - Miscível em água e em álcool com liberação de muito calor e contração de volume Líquido incolor e volátil Fertilizantes; Explosivos; Purificação de petróleo; Corante; Desoxidação de metais; Cloreto de Sódio NaCl 2,17 58,45 804 1413-1g dissolve em 2,8 ml de água - 1g dissolve em 10 ml de glicerol - Quase insolúvel em HCl concentrado Cristais brancos, granulados ou em pó; p Incolor Laxante; Solução isotônica (soro fisiológico). Sulfato de Magnésio MgSO 4 1,67 120,37 - Solúvel em água, levemente solúvel em álcool. Cristais ou póp eflorescentes. Agente secante; Fertilizantes; Corantes. Acetato de Isopentila C 7 H 14 O 2 0,8760 130,19-78,5 142-1g solúvel em 400 partes de água - Miscível em álcool, éter, acetato de etila. Líquido neutro e incolor. Usado como solvente; Vernizes; Essências; Cânfora.
Toxicidade das substâncias: Ácido acético glacial (HAc) 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. 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.
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.
Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) 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.
Bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) Nenhuma consideração venenosa. Baixíssima toxicidade. Sulfato de Magnésio (MgSO 4 ) Nenhuma consideração venenosa. Baixíssima toxicidade.
Acetato de isopentila (C 7 H 14 O 2 ) 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.
DESCARTE E TRATAMENTO DOS RESÍDUOS: Separe as soluções aquosas; Evite misturar ácidos e bases concentradas num mesmo recipiente. Posteriormente cada resíduo será tratado adequadamente.
BIBLIOGRAFIA: PAVIA, D. L., LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Introduction to Organic Laboratory Techniques : A Contemporary Approach. 3ed. Philadelphia : Hancourt Brace College Publischers, 1995. MANO, E. B., SEABRA, A. F. Práticas de Química Orgânica. 2.ed. São Paulo : Edart, l977. SITE: www.jeduardo.unesp.br SOLOMONS, G. T.W., FRYHLE, C. B. Química Orgânica 1 e 2, 8ª edição