Recomendações Técnicas Sistema para refluxo assistido por micro-ondas As condições para a realização de experimentos com micro-ondas dependem das especificações técnicas do equipamento utilizado e, para a elaboração de instruções que assegurem a correta realização dos experimentos com micro-ondas em laboratórios de química orgânica, um equipamento deve ser escolhido. Desta forma, todos os experimentos citados a seguir foram efetuados em um forno de micro-ondas ETHOS 1600 ou ETHOS MR, MLS GmbH, Leutkirch, Germany. Este equipamento cumpre todos os requisitos técnicos e de segurança necessários a realização de experimentos em laboratórios e as recomendações seguintes foram propostas para este equipamento e seus respectivos acessórios. Em princípio, todos os experimentos podem ser efetuados com fornos de micro-ondas de outros fabricantes, devendo-se verificar os parâmetros experimentais, a potência irradiada e as instruções técnicas e de segurança. Fig. 1: Sistema para refluxo assistido por micro-ondas ETHOS MR em frasco de 500 ml com duas bocas. O forno de micro-ondas empregado permite a utilização de vidraria comumente encontrada em laboratórios para a realização de experimentos clássicos, com montagem semelhante. Se a radiação micro-ondas for utilizada como fonte de energia nos experimentos, é estritamente recomendado que durante a irradiação não estejam presentes na cavidade do 1
forno de micro-ondas objetos feitos de metal (espátulas, presilhas, folhas, termômetros de mercúrio, etc.). Entretanto, barras de agitação magnética menores que 30 mm podem ser utilizadas desde que não absorvam micro-ondas ou gerem descargas elétricas. A determinação da temperatura é efetuada em todas as reações utilizando sensores com fibra óptica, uma vez que são compatíveis com as micro-ondas e apresentam exatidão suficiente para as reações normalmente realizadas. A utilização de termômetros de mercúrio é proibida. Os reagentes podem ser agitados com barras magnéticas ou agitadores de vidro de precisão. As reações descritas foram efetuadas utilizando-se barras magnéticas. O forno de micro-ondas apresenta algumas aberturas pelas quais a vidraria ou componentes do instrumento (sensores de fibra óptica e de pressão) e tubos plásticos (preferencialmente de Teflon) podem ser introduzidos. A abertura central (30 mm de diâmetro) é equipada com um tubo de aço inoxidável que previne o vazamento da radiação vinda da cavidade interna do forno de micro-ondas e permite a fixação da vidraria utilizando parafusos localizados na parte superior deste tubo. A seqüência de montagem do sistema de refluxo e a sua instalação no forno de micro-ondas é descrita a seguir. 2
Etapa 1: Um suporte de Teflon (2) é posicionado no centro da cavidade do forno de micro-ondas e um tubo de conexão (3a) é introduzido através da abertura central e fixado levemente pelos parafusos (3b). Normalmente, os tubos de conexão apresentam junta macho NS 29 (dentro da cavidade do forno de micro-ondas) e uma junta fêmea NS 29. A utilização de tubos de ramificação (similar a cabeça de destilação de Claisen) fora da cavidade do forno de microondas é possível e permite a adaptação de grande variedade de vidrarias comumente empregadas em laboratórios. Fig. 2: Suporte de Teflon utilizado para posicionamento do frasco de reação de vidro. 2 Fig. 3a: Tubo de conexão de vidro entre a parte externa e a cavidade interna do forno de micro-ondas Fig. 3b: Parafusos de fixação utilizados na parte superior do tubo de conexão 3a 3b 3
Etapa 2: O frasco de reação (4) (geralmente um frasco com duas bocas) é posicionado no suporte de Teflon e adaptado ao tubo de conexão (Fig. 4a). No forno de micro-ondas ETHOS utilizado, os frascos podem variar de 50 ml a 2,5 L. A segunda boca do frasco de reação (NS 14.5) é equipada com uma rosca (4a) (junta macho NS 14/23 GL 14). Na rosca, uma luva de vidro fechada com vedação de Teflon (ID 2 mm) (Fig. 4c) é fixada firmemente para a introdução do sensor de temperatura (4b). Fig. 4a: Sistema para refluxo assistido por micro-ondas com frasco de duas bocas de 250 ml. Fig. 4b: Introdução do sensor de fibra óptica. 4a 4 Fig. 4c: Luva de vidro com vedação de Teflon 4
É recomendável nesta etapa adicionar a mistura de reagentes no frasco de reação. Outras substâncias podem ser adicionadas posteriormente através da parte superior (cabeça de destilação de Claisen). Etapa 3: CUIDADO! O sensor de fibra óptica deve ser manuseado com atenção não curvar ou raspar na superfície do frasco. O sensor de temperatura é passado pela luva de vidro até a extremidade inferior. O sensor deve estar imerso na mistura de reação e a barra de agitação magnética não deve atingir a luva de vidro. A porta do forno de micro-ondas deve ser fechada. Fig. 5: Arranjo do condensador de refluxo. Etapa 4: O condensador de refluxo é instalado na parte superior do tubo de transição e fixado com uma garra. O conjunto inteiro é alinhado e fixado. Etapa 5: 5
Para iniciar a reação o forno de micro-ondas é acionado pelo computador utilizando o software easywave. Na janela MW program, o programa de temperatura da reação é ajustado. Como exemplo, segue na Tab. 1 o programa de temperatura utilizado para a condensação da uréia com benzoína: Tab. 1: Etapas Tempo Potência Temperatura I Temperatura II Pressão 1 5 min 900 W 220 C 0 C 0 bar 2 5 min 900 W 220 C 0 C 0 bar Ventilação 10 min 0 W temperatura ambiente 0 C 0 bar Se os sensores de pressão e temperatura (secundário) não forem utilizados, os respectivos valores são inseridos no software como 0. De acordo com o programa descrito acima, a potência é controlada na primeira etapa para atingir 220 C em 5 min. Na segunda etapa, a temperatura é mantida em 220 C por 5 min. A etapa de ventilação permite o resfriamento da mistura reagente. O ajuste da temperatura inicial para a temperatura real medida pelo sensor é feito pressionando duas vezes (botão esquerdo do mouse ) o ícone start temperature. O programa é iniciado abrindo a janela system, ativando os campos Twist CTRL e T1 CTRL e pressionando o ícone start. O sistema de agitação é ajustado para 80% de sua potência máxima. O programa de micro-ondas é, então, iniciado. Na Fig. 6 é mostrado um programa de aquecimento para a reação entre benzoína e uréia. A evolução de temperatura e potência no decorrer do tempo pode ser acompanhada na janela graphic. No final do programa (neste exemplo, após 21 min) o sistema inteiro é desligado. O programa e a representação gráfica podem ser impressos e salvos na janela file. Ao término do programa e após o tempo de ventilação, o forno de micro-ondas é aberto, e as Etapas de 2 a 4 são executadas em ordem inversa e o frasco de reação é retirado. 6
Fig. 6: Programa de aquecimento da reação assistida por micro-ondas entre benzoína e uréia (0,1 mol de benzoína, 0,15 mol de uréia) 250 1000 900 200 800 Temperatura [ C] 150 100 50 T1 [ C] POWER [Watt] 700 600 500 400 300 200 Potência [W] 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo [s] 0 7