UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Química ARARAQUARA / SP 5 Preparação e purificação do Acetato de Isopentila I Discentes: Grupo 15 e 22 André B. Saggioro Ovídio José Teixeira Jr Graziela Cristina Sedenho Mayara Franco Rodrigues Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira Profª. Juliana Rodrigues Prof. Dr. Leonardo Pezza
Índice Objetivo Introdução Obtenção Reação e mecanismo Variáveis de esterificação Técnicas utilizadas Agentes secantes Fluxograma Dados da experiência Bibliografia
Objetivo Preparar acetato de isopentila a partir da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentilico. Extrair o éster obtido;
Os ésteres: Introdução Assemelham-se à aromas de frutos e flores. Utilizados na fabricação de aromatizantes artificiais nas indústrias de cosméticos, farmacêutica e alimentícia. Constituem óleos vegetais e animais, ceras e gorduras.
Introdução Neste experimento será preparado um éster, o acetato de isopentila, que freqüentemente é chamado de óleo de banana devido ao odor semelhante ao da fruta. É pouco solúvel em água e miscível com a maioria dos solventes orgânicos. Outras denominações: Acetato de isoamila, acetato de amila, acetato do álcool isopentílico, AAIP e éster amil acético.
Obtenção Obtido através da reação direta do álcool isopentílico e o ácido acético. Faz-se uma catálise ácida, pois a reação é lenta na ausência de ácidos fortes. Portanto, adiciona-se ácido sulfúrico ou clorídrico. Esse tipo de reação é chamada de Esterificação de Fischer.
Reações Reação geral da esterificação de Fischer: Muito lenta na ausência de ácidos fortes. Alcançam o equilíbrio em poucas horas quando ácido carboxílico e álcool são refluxados com pequena quantidade de H 2 SO 4(c) ou HCl (c). H +
Mecanismo de esterificação do ácido acético e álcool isopentílico.
Variáveis da Esterificação Temperatura Esterificações são facilitadas através do aumento da temperatura do meio reacional. Evidenciado na Equação de Arrhenius: k constante da velocidade A fator de frequência ( medida das colisões efetivas) Ea energia de Ativação (kj/mol) R -constante dos gases ideais (8,314 J/mol.K) T temperatura absoluta (K)
Catalisador As reações de esterificação ocorrem muito lentamente na ausência de ácidos fortes, mas atingem o equilíbrio em questão de poucas horas quando um ácido e um álcool são refluxados com uma pequena quantidade de ácido sulfúrico ou ácido clorídrico concentrados (Esterificação de Fischer). Concentração Como a posição de equilíbrio controla a quantidade de éster formada, a utilização de um excesso de ácido carboxílico ou de álcool aumenta o rendimento baseado no reagente limitante. Num equílibrio, o rendimento nunca será de 100%. Nesta prática o reagente em excesso será o ácido acético, pois é de fácil obtenção, tem custo baixo em relação ao álcool isopentílico e é facilmente removido do meio reacional.
Técnicas Utilizadas Refluxo o Utilizado quando a reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a mesma ocorra rapidamente; permite que a mistura seja aquecida à temperatura de ebulição do solvente, não ocorrendo perda dos reagentes e dos produtos por evaporação. o Condensa-se o vapor produzido por meio de um condesador conectado à boca do frasco reacional.
Aparelhagem do refluxo Condensador: Utiliza-se o de bolas, pois sua forma proporciona uma maior superfície de contato entre o gás e as paredes do condensador.
Aparelhagem do refluxo Manta de aquecimento: proporciona aquecimento constante e controlado, atingindo prontamente temperaturas de cerca de 400 C. Pode ser empregado com líquidos altamente inflamáveis, e o tumulto na ebulição é, em parte, eliminado.
Aparelhagem do refluxo Frasco de ebulição/pedras de ebulição Seu uso é semelhante ao balão de fundo chato, porém mais apropriado aos aquecimentos sob refluxo. As pedras de ebulição são utilizadas para evitar uma ebulição tumultuosa. Ao adicioná-las a superfície se torna irregular favorecendo a formação de bolhas pequenas de vapor. As mesmas devem ser colocadas antes que se inicie o refluxo (em liquido frio), pois o desprendimento de vapor pode causar a projeção de líquido para fora do balão.
Cuidados a serem tomados na técnica de refluxo Observar se o fluxo de água está correto, ou seja, de baixo para cima e constante, para favorecer o resfriamento. Utilizar pedras de ebulição, quando o meio ainda estiver frio. Usar tipo de aquecimento apropriado (manta de aquecimento, pois proporciona um aquecimento constante e controlado). Controlar o aquecimento de maneira que o vapor alcance somente 1/3 do comprimento do tubo interno do condensador, para evitar o escape de vapores. Pressão do fluxo de água deve ser alta o suficiente, mas não excessiva, evitando assim, forçar a mangueira do condensador.
Extração Simples Consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente. Os solventes devem ser imiscíveis, formar duas fases ou camadas separadas e não reagir com a substância a ser extraída. A substância de interesse deve ser mais solúvel no segundo solvente.
Técnica de extração
Extração quimicamente ativa Usada quando algumas substâncias presentes na mistura reacional não podem ser separadas através de uma extração simples. Portanto é necessário realizar uma extração quimicamente ativa, na qual uma substância é alterada quimicamente, ocorrendo assim, uma mudança no coeficiente de distribuição. Ou seja, o composto é alterado quimicamente para tornar-se solúvel em outro solvente.
Extração quimicamente ativa Nesta prática, adiciona-se um reagente (solução de bicarbonato de sódio) à substância a ser retirada (ácido acético) da solução de interesse. O produto da reação (acetato de sódio) é mais solúvel em outro solvente (água) do que na solução inicial. Dessa forma, extrai-se o sal formado da solução orgânica. NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2
Extração quimicamente ativa O bicarbonato de sódio também reage com o ácido sulfúrico presente, neutralizando e garantindo um meio básico. NaHCO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 Obs.: Nenhuma reação que libera gás pode ser realizada dentro de um funil de separação, pois este pode estourar.
Efeito Salting-Out 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 diminuirá a solubilidade em água do éster formado. Pode-se, assim, remover a água sem conseqüente perda do produto formado.
Secagem de líquidos orgânicos Utiliza-se agentes secantes inorgânicos e minerais. Sulfato de Magnésio anidro: forma com a água um sal heptaidratado (MgSO 4. 7H 2 O). É um agente secante neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser utilizada em misturas contendo ésteres, aldeídos, aminas, amidas e cetonas. Obs.: Não se pode empregar cloreto de cálcio como agente secante, pois este reage quimicamente com esses compostos.
Características de substâncias secantes Não reagir quimicamente com nenhum dos componentes da mistura. Não deve dissolver-se apreciavelmente no produto. Não provocar, por catálise, reações do composto entre si: polimerização, condensação ou auto oxidação; nem com os demais componentes da mistura. Possuir capacidade de secagem rápida e efetiva. Ser de fácil aquisição e baixo custo.
Resumo das reações envolvidas: Esterificação: 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 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
Toxidade e Primeiros-Socorros Ácido acético glacial (CH 3 CO 2 H) 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 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 (C5H12O ) 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 (H2SO4) 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. Primeiros-socorros: 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.
Acetato de isopentila (C7H14O2) 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.
Bicarbonato de sódio (NaHCO3) Nenhuma consideração venenosa. Baixíssima toxicidade. Sulfato de Magnésio (MgSO4) Nenhuma consideração venenosa. Baixíssima toxicidade.
Descarte dos resíduos Evitar jogar bases e ácidos concentrados no mesmo recipiente, e neutralizá-los antes de descartar. Neutralizar ácidos e bases antes de descartá-los. Separar solventes orgânicos de soluções aquosas. Separar solventes halogenados de solventes não halogenados.
Fluxograma
NA PRÓXIMA AULA
Tabela de propriedades físicoquímicas e aplicações
Tabela de propriedades físicoquímicas e aplicações
Bibliografia VOGEL, A. I. Análise Orgânica Qualitativa, vol. 1, 3ª edição, Livros Técnicos e Científicos, Editora Rio de Janeiro. PAVIA, D. L., LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Introduction to Laboratory Techniques: a microscale approach. 2nd ed. Philadelphia: Saunders College, 1995. Solomons,G. Química Orgânica, vol. 2, 7ª edição. Editora LTC, 2002. Gonçalves, D., Wal, E., Almeida, R. R. Química Orgânica Experimental. São Paulo : McGraw Hill, l988. Apostila de Química Orgânica Experimental