QUÍMICA ORGÂNICA LABORATÓRIO

Instituto Superior Técnico Departamento de Engenharia Química e Biológica QUÍMICA ORGÂNICA LABORATÓRIO Mestrado integrado em Engenharia Biomédica Mestrado integrado em Engenharia do Ambiente Licenciatura Bolonha em Engenharia de Materiais Docentes: Dulce Simão (dulcesimao@ist.utl.pt) (Responsável) Jose do Rosario Ascenso (jose.ascenso@ist.utl.pt) Maria Amélia Seabra (masantos@ist.utl.pt) João Luís Silva (joao.luis@ist.utl.pt) 2º Semestre 2010/2011

Objectivos Proporcionar aos alunos das licenciaturas em Engenharia do Ambiente, Biomédica e Materiais, uma visão geral do trabalho num laboratório de Química Orgânica, bem como das principais operações unitárias efectuadas à escala laboratorial. Deste modo, irão ser efectuadas extracções, separações, purificações e síntese de vários compostos orgânicos. Regras de funcionamento e avaliação Os trabalhos serão realizados em grupos de 2 alunos distribuídos por duas turmas (A e B) de 15 em 15 dias. Antes de cada trabalho, cada grupo deverá preencher um pré-relatório previamente que inclui uma tabela com a segurança dos reagentes e produtos obtidos, uma tabela com as suas propriedades físicas, um esquema do procedimento a seguir, o esquema reaccional (caso exista) estando os docentes disponíveis para esclarecimento de qualquer dúvida na preparação dos trabalhos. No dia da aula prática, os alunos devem tomar nota de todos os resultados obtidos, alterações à técnica, etc. Cada grupo preencherá posteriormente um relatório para cada trabalho efectuado. No final do semestre haverá uma curta discussão sobre os trabalhos efectuados, pré-relatórios e relatórios entregues. A nota da parte laboratorial da cadeira (de 0 a 20) requer a realização de todas as sessões laboratoriais e a entrega, atempada, de um pré-relatório por cada aula e de um relatório por cada trabalho (que pode ser constituído por uma ou mais sessões). Reflectirá o desempenho do aluno no laboratório, a segurança com que segue o procedimento experimental, além da qualidade dos prérelatórios, relatórios e da discussão final. O prazo de entrega dos pré-relatórios é dois dias antes da aula correspondente, e o prazo de entrega dos relatórios é de quinze dias após a realização experimental do trabalho. A avaliação final da cadeira será uma média ponderada segundo a fórmula: nota final = 2/3 nota teoria + 1/3 nota laboratório Serão aprovados os alunos que obedeçam às duas condições simultâneas nota teórica 9.5 e nota laboratório 10. Dulce Simão

Lista dos Trabalhos (2010/11) 1 Isolamento do cinamaldeído a partir da canela 2 Síntese da fenacetina (analgésico) 3 Síntese do alaranjado de metilo (corante) 4 Síntese do acetato de 3-metil-1-butilo (essência da pêra) (2 sessões) 1ª sessão: Síntese do acetato de 3-metil-1-butilo 2ª sessão: Purificação do acetato de 3-metil-1-butilo

Calendarização De 14 a 21 de Fevereiro: inscrições para os vários turnos e turmas, na página da disciplina. Trabalho/turno/Turma Apresentação Turma A+Turma B 1º Trabalho/ Turma A 1º Trabalho/ Turma B 2º Trabalho/ Turma A 2º Trabalho/ Turma B 3º Trabalho/ Turma A 3º Trabalho/ Turma B 4º Trabalho/ Turma A 4º Trabalho/ Turma B 5º Trabalho/1ª sessão Turma A 5º Trabalho/2ª sessão Turma B 2ª feira 3ª feira 4ª feira 6ª feira 21/Fev 22/Fev 23/Fev 25/Fev 28/Fev 1/Mar 2/Mar 4/Mar 14/Mar 15/Mar 9/Mar 11/Mar 21/Mar 22/Mar 16/Mar 18/Mar 28/Mar 29/Mar 23/Mar 24/Mar 4/Abr 5/Abr 30/Mar 1/Abr 11/Abr 12/Abr 6/Abr 8/Abr 18/Abr 19/Abr 13/Abr 15/Maio 2/Mai 3/Mai 20/Abr 29/Abr 9/Mai 10/Mai 4/Mai 6/Mai 16/Mai 17/Mai 11/Mai 13/Mai Dulce Simão

SEGURANÇA EM LABORATÓRIOS DE QUÍMICA Apesar dos potenciais riscos a ele normalmente associados, um laboratório de química não tem necessariamente que ser um local de trabalho perigoso, desde que se observem certas regras e precauções. 1 - Nunca trabalhe sozinho num laboratório. 2 - É expressamente proibido comer, beber, fumar ou correr num laboratório, bem como todo o tipo de "brincadeiras" ou comportamento irresponsável. 3 - Use sempre óculos de segurança. 4 - Se uma montagem ou reacção envolver substâncias tóxicas ou risco de explosão, esta deve ser executada numa Hotte, com o ventilador ligado e o vidro descido. 5 - Se manipular substâncias tóxicas ou corrosivas, use luvas de protecção. 6 - Quando as montagens incluem várias pinças para segurar o mesmo aparelho, apenas uma delas deve estar completamente apertada (normalmente a que segura o balão). 7 - Nunca aquecer aparelhos completamente fechados. 8 - Nunca aquecer solventes sem condensadores de refluxo ou sem regularizadores de ebulição (agitação ou, na ausência desta, pequenos pedaços de porcelana). 9 - Nunca aquecer balões com solventes inflamáveis directamente à chama. Deve, neste caso, usarse um banho de água (para temperaturas inferiores ou iguais a 100ºC) ou de óleo de silicone (para temperaturas superiores a 100ºC). No aquecimento directo à chama (só solventes não inflamáveis), deve interpor-se uma rede entre a chama e o balão. 10 - Nunca filtre a quente ou manipule solventes inflamáveis sem apagar os bicos de Bunsen perto do local de trabalho. 11 - Nunca junte dois esmerilados sem que estes estejam limpos e lubrificados com silicone (mas não excessivamente).

12 - Se, por descuido, se verificar um incêndio, apague todos os bicos de Bunsen e todas as fontes de calor e extinga o incêndio com o extintor, dirigindo o jacto para o foco do incêndio e não para a chama. Se as chamas se pegarem ao vestuário, utilize o chuveiro, o qual deve apenas ser utilizado neste caso. 13 - O material de vidro deve ser passado por água antes de ser entregue para lavagem. 14 - Restos de solventes orgânicos devem ser despejados nos contentores apropriados ("solventes clorados" e "solventes não clorados"). Nunca se deve deitar solventes no esgoto, principalmente se forem tóxicos ou imiscíveis com a água. 15 - Durante o trabalho e sobretudo no fim das aulas, as bancadas devem ser limpas pelos alunos.

Trabalho 1 - Isolamento do cinamaldeído a partir da canela O H Objectivos Familiarização com diferentes técnicas de isolamento de um composto orgânico (cinamaldeído) presente num alimento (canela). Ilustração das técnicas de destilação por arrastamento de vapor, destilação a pressão reduzida, extracção com soxhlet e extracção líquido-líquido. Caracterização física deste composto líquido através da medição do índice de refracção. Procedimento Experimental Isolamento por arrastamento de vapor Introduza 15 g de canela no balão de destilação por arrastamento de vapor. Efectue a destilação até obter um volume final de destilado de cerca de 100 ml. Transfira o destilado para um funil de separação e extraia com diclorometano (2 x 10 ml). Separe a fase orgânica da fase aquosa. Seque a fase orgânica com MgSO4 anidro, filtre e evapore o solvente no evaporador rotativo. Pese o resíduo obtido e meça o índice de refracção. Isolamento por extracção com soxhlet Este composto pode ser igualmente extraído utilizando um soxhlet. 5 g de canela comercial são extraídas continuamente com diclorometano (aprox. 250 ml) em soxhlet durante 1 hora. O solvente é evaporado a pressão reduzida no evaporador rotativo, obtendo-se o resíduo. Manuseamento dos Efluentes Obtidos O diclorometano deve ser guardado para posterior purificação e reutilização.

Trabalho 2 - Síntese da fenacetina (analgésico) O O H N CH 3 H N CH 3 1. NaOH/CH 3 CH 2 OH 2. CH 3 CH 2 I OH OCH 2 CH 3 Objectivos Preparação de um analgésico ilustrando uma síntese de Williamson para obtenção de um éter aromático. Caracterização física por pontos de fusão. Procedimento Experimental Introduza 2.1 g de p-hidroxiacetanilida num balão de 50 ml equipado com um agitador magnético e um refrigerante de refluxo. Adicione em seguida 15.5 ml de uma solução 1M de NaOH em etanol e leve a refluxo durante 15 min. Retire a fonte de aquecimento, adicione 2.1 ml de iodeto de etilo e leve a refluxo por um período adicional de 15 minutos. Deite a solução quente para um erlenmeyer de 250 ml com uma mistura de 40 ml de gelo e água. A fenacetina precipita do filtrado por contacto com a água fria. Recristalize de água e se for preciso use carvão activado como adsorvente de impurezas coradas. O produto deve ser guardado num exsicador sob vácuo e passados alguns dias deve ser pesado e medido o ponto de fusão. Manuseamento dos Efluentes Obtidos As águas-mães ácidas e básicas devem ser neutralizadas, diluídas e colocadas no esgoto normal de águas residuais

Trabalho 3 Síntese do alaranjado de metilo (corante) NH 2 NH 2 N N N(CH 3 ) 2 NaCO 3 NaNO 2 HCl 1. 2. NaOH Na O 3 S N N N(CH 3 ) 2 SO 3 H SO 3 Na SO 3 H Objectivos Síntese do corante alaranjado de metilo através de uma reacção de Acoplamento Diazóico. Estudo das formas ácida e básica. Procedimento Experimental Introduza num Erlenmeyer de 250 ml, ácido sulfanílico (ácido p-aminossulfónico) (5.5 g), carbonato de sódio (1.5 g) e água (50 ml). Aqueça a mistura em banho-maria até obter uma solução límpida. Arrefeça a solução em banho de água fria até cerca de 15ºC. Adicione uma solução de NaNO 2 (2 g) em água (5 ml). Arrefeça a solução resultante até 5ºC em banho de gelo e água. Seguidamente adicione, lentamente e agitando o Erlenmeyer no banho de gelo, uma solução aquosa de HCl 6 M (11 ml), evitando que a temperatura ultrapasse 10ºC. Cerca de 5 min após ter terminado a adição, faça um teste com papel de iodeto de potássio-amido; deverá detectar a presença de um excesso de ácido nitroso na mistura reaccional. Nesta fase, a mistura contém o sal de diazónio em suspensão e deve ser mantida no banho de gelo e água. Entretanto dissolva N, N- dimetilanilina (3 ml) em ácido acético glacial (1.5 ml). Adicione esta solução, com agitação constante, à suspensão do sal de diazónio. Mantenha a mistura no banho arrefecido e deixe-a repousar durante cerca de 10 min. A forma ácida (vermelha) do alaranjado de metilo separa-se gradualmente. Adicione à mistura, lentamente e com agitação, uma solução de NaOH 20 % (20 ml). A mistura adquire um tom laranja uniforme, em resultado da precipitação do sal de sódio do alaranjado de metilo em partículas muito finas, cujas dimensões tornam difícil a recolha do produto por filtração. Aqueça directamente numa placa eléctrica, até uma temperatura próxima do ponto de ebulição para dissolver parte do corante e adicione 5 g de NaCl. Mantenha o aquecimento até dissolução completa do sal. Deixe a mistura arrefecer lentamente ao ar durante 15 min. Em seguida arrefeça então a mistura em banho de gelo e filtre o corante

à trompa. Lave com um pouco de água gelada e no final com um pouco de etanol. Seque o melhor possível no funil de Büchner e guarde o sólido obtido num frasco de vidro para secagem. Como o alaranjado de metilo é um sal, não apresenta um p.f bem definido. Manuseamento dos Efluentes Obtidos As águas-mães altamente coradas podem ser colocadas no esgoto após diluição com bastante água, uma vez que a quantidade de alaranjado de metilo dissolvida é muito reduzida.

Trabalho 4 - Síntese do acetato de 3-metil-1-butilo (essência da pêra) Objectivos Exemplificação duma esterificação em meio ácido. Caracterização física do composto obtido através da medição do índice de refracção. Procedimento Experimental 1ª sessão: Coloque 5,3 ml de 3-metilbutan-1-ol, 11,5 ml de ácido acético e 1 ml de ác. sulfúrico conc. num balão de 50 ml. Agite e refluxe a mistura durante 1,5 h usando um banho de óleo. Arrefeça o balão, mergulhando-o num banho de água fria durante alguns minutos. Deite a mistura reaccional num copo contendo cerca de 25g de gelo moído e agite magneticamente durante 2 min. Transfira para uma ampola de decantação e lave o balão onde fez a reacção e o copo com 2x10 ml de éter etílico. Adicione mais 25 ml de éter à ampola e agite com cuidado. Retire a fase aq. inferior e lave a fase org. com 30 ml de uma solução de sulfato de ferro(ii) e em seguida com 2x15 ml de uma solução de carbonato de sódio. Seque a fase orgânica com sulfato de magnésio e guarde num frasco de plástico até à próxima aula. 2ª sessão: Filtre com um filtro de pregas e destile o éter no rotavapor. Destile o produto à pressão atmosférica recolhendo o produto que destila entre 140-145ºC. Pese o produto obtido e meça o índice de refracção. Manuseamento dos Efluentes Obtidos A fase aquosa pode ser colocada no esgoto após diluição. O éter depois de recuperado deve ser guardado em recipiente próprio, para posterior purificação e reutilização.

Bibliografia Geral: Texto de apoio às aulas teóricas, Dulce Simão, 2011. G.Solomons C.Fryhle, Organic Chemistry, 8th ed., John Wiley & Sons, 2003. K.P.C.Volhardt and N.E.Shore, Organic Chemistry, 3rd. ed., W.H. Freeman 1999 Livro de Química Orgânica On-Line http://www.cem.msu.edu/~reusch/virtualtext/intro1.htm Becker et al., Organikum, 2ª Ed., Fundação Calouste GulbenKian, 1997. A. I. Vogel, Vogel s Textbook of Pratical Organic Chemistry, 5 th Edition, Longman Scientific and Technical. 1989. R. C. Weast, Handbook of Chemistry and Physics, 51 st edition, The Chemical Rubber Co., 1970-1971. N. V. Steere, Handbook of Laboratory Safety, The Chemical Rubber Co. 1967. Dados sobre toxicidade de compostos químicos http://ull.chemistry.uakron.edu/erd/