Robson Caldas Francisco Carlos Setembro 2002
Introdução Toxidades da substâncias Propriedades físicas das substâncias Procedimento experimental Referências
Introdução Objetivo Derivados de ácidos carboxílicos Os ésteres Esterificação de Fischer
Introdução Objetivo Neste experimento será preparado um éster, o acetato de isopentila, formado a partir da reação entre um ácido carboxílico e um álcool catalisada por íons H 3 O + (esterificação de Fischer). O acetato de isopentila, também conhecido como acetato isoamílico, é o maior componente do óleo de banana sintético. Curiosamente, é um alarme natural das abelhas para a defesa da colméia, o emitem quando ferroam um intruso.
Introdução Derivados de ácidos carboxílicos Os cloretos de ácidos, anidridos, cetenos, ésteres e amidas são chamados, freqüentemente derivados de ácidos, uma vez que podem ser convertidos à ácidos carboxílicos ou obtidos à partir destes compostos. Considera-se às vezes, as nitrilas como derivados de ácido.
Introdução Os ésteres Os ésteres estão entre os compostos mais disseminados pela natureza. Muitos ésteres simples são líquidos com cheiro agradável, responsáveis pelos odores de frutas e flores. Tal ligação também está presente em gorduras animais e em muitas moléculas biologicamente importantes.
Introdução Os ésteres
Introdução Esterificação de Fischer Como já dito anteriormente, a esterificação de Fisher é a síntese de um éster a partir de um ácido carboxílico e um álcool, catalisado por íons H 3 O +. Para a obtenção do acetato de isopentila temos uma reação entre o álcool isopentílico e o ácido acético, catalisada pela adição de ácido sulfúrico.
Introdução Esterificação de Fischer Reação geral:
Introdução Esterificação de Fischer Mecanismo da Reação:
Introdução Esterificação de Fischer Mecanismo da Reação:
Toxidade das substâncias Ácido acético (HAc) Uso: manufatura de compostos com acetatos; impressão pigmentada e tinturaria de tecidos; preservação de alimentos; solvente para gomas, resinas, óleos voláteis, etc.; sínteses orgânicas. 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.
Toxidade das substâncias Ácido acético (HAc) 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. Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 39ºC mistura explosivas ar/ vapor de ácido podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia, água ou dióxido de carbono. Álcool isopentílico (C 5 H 12 O) Uso: solvente de gorduras, resinas, alcalóides, etc.; manufatura de compostos isoamílicos, ácido isovalérico, fulminato de mercúrio, piroxilina, tecidos artificiais, vernizes; usado na determinação de gordura em leite.
Toxidade das substâncias 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.
Toxidade das substâncias Álcool isopentílico (C 5 H 12 O) Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 45ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono. Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) Uso: manufatura de fertilizante, explosivos, outros ácidos, secagem de papel, colas, purificação de papel; em baterias de carros. Inalação: corrosivo, garganta inflamada, queimação, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; respiração artificial, se necessário; requer atenção médica.
Toxidade das substâncias Ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) Pele: corrosivo, dor, vermelhidão, bolhas, séria 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. Fogo/ explosão: Não é combustível, porém reações com bases, substâncias combustíveis, oxidantes ou agentes redutores podem causa fogo ou explosões. Primeiros-socorros:NÃO jogue água no fogo, jogue sobre o fogo areia, espuma ou dióxido de carbono.
Toxidade das substâncias Bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) Uso: manufatura de muitos sais de sódio; fonte de CO 2 ; ingrediente de sais e bebidas efervescentes; em extintores de incêndio e compostos de limpeza. Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco. Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão. Olhos : baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água corrente.. Ingestão: em grandes quantidades pode causar desconforto intestinal, vômito, colapso e inconsciência. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: Não é explosivo.
Toxidade das substâncias Sulfato de Magnésio (MgSO 4 ) Uso: tornar mais pesado algodão e seda; ação alvejante em superfícies com limo; manufatura de madrepérolas e papéis foscos; tintura e impressão pigmentada; em fertilizantes; explosivos; água mineral. Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco. Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão. Olhos : vermelhidão. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão: câimbras abdominais, diarréia. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: Não é explosivo.
Toxidade das substâncias Acetato de isopentila (C 7 H 14 O 2 ) Uso: em solução alcoólica como uma fragrância de pêra em água mineral e xaropes; como solvente para óleos coloridos, nitrocelulose, vernizes, celulóide e cânfora; contra odores desagradáveis; manufatura de tecidos artificiais, couro ou pérolas, filmes fotográficas, cimentos de celulóide e tintas metálicas. 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.
Toxidade das substâncias Acetato de isopentila (C 7 H 14 O 2 ) Ingestão: dor abdominal, garganta inflamada, náuseas. Primeirossocorros: beber porções de água; requer atenção médica. Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 25ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono.
Propriedades físicas das substâncias Nomencla tura Ácido Acético CH 3 O 2 H Álcool Isopentíli co C 5 H 12 O Bicarbon ato de sódio NaHCO 3 Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de Magnésio MgSO 4 Acetato de Isopentila C 7 H 14 O 2 Densidade (g/ml) 1,0492 0,813 2,159 1,84 2,17 1,67 0,8670 M.M. (g/mol) 60,05 88,15 84,01 98,08 58,45 120,37 130,19 p.f (ºC) 16,604-117,2 10 804-78,5 p.e (ºC) 118 130,5 290 1413 142
Propriedades físicas das substâncias Nomencla tura Ácido Acético CH 3 O 2 H Álcool Isopentíli co C 5 H 12 O Bicarbo nato de sódio NaHCO 3 Ácido Sulfúrico H 2 SO 4 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de Magnésio MgSO 4 Acetato de Isopentil a C 7 H 14 O 2 Solubilida de Excelente solvente para diversos compostos orgânicos, miscível em água, álcool glicerol e éter. Fracamen te solúvel em água, miscível em álcool, éter, benzeno, clorofórm io Solúvel em 10 partes de água, insolúvel em álcool Miscível em água e em álcool com liberação de muito calor e contraçã o de volume. Insolúvel em HCl concentr ado Solúvel em água, levement e solúvel em álcool. Miscível em álcool, éter, acetato de etila. Proprieda des Físicas Líquido, odor pungente Liquido, odor Desagrad ável caracterís tico Cristais brancos ou granulad os Liquido incolor e volátil Cristais brancos, grânulos ou pó, incolor Cristais ou pó efloresce ntes Incolor e liquido neutro
Refluxo Extração com solvente quimicamente ativa Efeito salting-out Secagem de líquidos orgânicos Destilação simples
Refluxo A reação de um ácido orgânico com um álcool é lenta. Isso significa que à temperatura ambiente, a maioria das colisões entre as moléculas não possui energia suficiente para que a reação proceda. Uma das maneiras de se aumentar o número de colisões é através do aumento da temperatura do frasco reacional. O procedimento de refluxo permite que um meio reacional à pressão ambiente, seja aquecido à temperatura constante sem que haja perda de substâncias voláteis.
Refluxo Para evitar a ebulição tumultuosa do líquido usa-se na mistura reacional pedras de ebulição (fragmentos de porcelana porosa não vidrada), estes liberam pequenas quantidades de ar que promovem uma ebulição regular. A porcelana porosa jamais deve ser colocada em um líquido que já foi aquecido até a ebulição : o desprendimento de vapor pode resultar em arrasto de uma grande porção do líquido para fora do balão.
Refluxo É nessa etapa de aquecimento e refluxo da mistura reacional é que ocorrerá a esterificação: CH 3 COOH + (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 HAc Álcool Isopentílico ACETATO DE ISOPENTILA
Refluxo Aparelhos para refluxo:
Extração com solventes quimicamente ativos A extração consiste em uma substância dissolvida em um solvente que é isolada pela agitação da solução com outro solvente, este imiscível no primeiro, num funil de separação:
Extração com solventes quimicamente ativa
Extração com solventes quimicamente ativa Numa situação ideal toda a substância é extraída pelo segundo solvente, porém em situações reais a extração segue a lei de distribuição. Tal lei baseia-se na distribuição da substância em interesse nos dois solventes a uma razão constante, que é chamada de coeficiente de partição (K): K = [ Soluto( A) ] [ Soluto( B) ]
Extração com solventes quimicamente ativa Na extração com solventes quimicamente ativos um composto é alterado quimicamente afim de mudar o coeficiente de partição nos dois solventes. NEUTRALIZAÇÃO (EXTRAÇÃO) 2NaHCO NaHCO 3 3 + H 2 3 SO 4 2 + CH CO H NaSO 4 3 + H 2 2 O CH CO Na + CO + H 2 2 O + CO 2
Efeito salting-out A solubilidade de substâncias orgânicas em água é notadamente afetada pela presença de sais inorgânicos dissolvidos, no caso do experimento o NaCl. Se um soluto possui um coeficiente de distribuição baixo entre um solvente orgânico e a água, a extração simples não é efetiva. Para torná-la possível adiciona-se um sal inorgânico na água, pois compostos orgânicos são menos solúveis em água com sal solubilizado. Esse efeito denomina-se salting-out.
Secagem de líquidos orgânicos A remoção da água é de fundamental importância para vários processos laboratoriais em química orgânica. Para tanto, precisamos selecionar bem o agente secante a ser utilizado.
Secagem de líquidos orgânicos COMPOSTO AGENTE DE SECAGEM Álcoois Haleto de alquila e de arila Éteres, Hidrocarboneto Aromáticos Aldeídos Bases Orgânicas Cetonas Carbonato de potássio anidro, sulfato de cálcio ou magnésio; Cal viva Cloreto de cálcio anidro, sulfato de cálcio anidro; pentóxido de fósforo, sulfato de sódio e magnésio anidros Cloreto de cálcio anidro; sódio metálico; pentóxido de fósforo, sulfato de cálcio anidro. Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros; Hidróxido de sódio ou potássio sólido; cal viva; óxido de bário Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros; carbonato de potássio anidro Ácidos Orgânicos Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio anidros.
Secagem de líquidos orgânicos Sulfato de magnésio anidro : forma com a água um sal hepta-hidratado (MgSO 4.7H 2 O). Trata-se de um agente secante neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser utilizado inclusive em misturas contendo ésteres, aldeídos, aminas, amidas e cetonas, para as quais não se pode empregar o cloreto de cálcio em virtude de reagir quimicamente com esses compostos. HIDRATAÇÃO (SECAGEM): MgSO 4 + 7 H 2 O MgSO 4.7 H 2 O
Destilação simples Pressão de vapor: quando o líquido se encontra num recipiente fechado a pressão exercida pelas moléculas gasosas aumenta até se obter um equilíbrio na interface líquido-gás da substância a uma dada temperatura. Essa pressão do equilíbrio é chamada de pressão de vapor. A pressão de vapor sempre cresce com o aumento da temperatura.
Destilação simples Ponto de ebulição: o ponto de ebulição de um líquido é definido como a temperatura em que a pressão de vapor é igual a pressão externa sobre o líquido. Por convenção, pontos de ebulição são descritos na literatura como a pressão de 1atm.
Destilação simples Pressão de Vapor X Temperatura de Ebulição
Destilação simples A destilação consiste na ebulição de um líquido e seqüente condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco em separado, no caso do experimento corresponderá à separação do acetato de isopentila do álcool isopentílico residual. Quando uma substância pura é destilada à pressão constante, a temperatura do vapor destilado permanecerá constante por toda a destilação.
Destilação simples Aparelhagem para destilação simples:
Destilação simples Soluções ideais: a pressão e a composição do vapor de uma mistura ideal de líquidos a uma dada temperatura pode ser calculada se a composição da mistura e as pressões parciais de vapor dos componentes são conhecidas. A pressão total é a soma das pressões parciais de todos os componentes do vapor. A pressão parcial de cada componente é calculada pela lei de Raoult: p A = p A onde p A é a pressão parcial de A no vapor, pº A éa pressão de vapor da substância A pura e X A é a fração molar de A na solução. X A
Destilação simples Quanto a composição do vapor, a proporção de cada componente é calculada pela lei de Dalton: Y A = p p A TOTAL = p A + p A p B +... onde Y A é a fração molar de A no vapor e p A é a pressão de A no vapor.
Destilação simples
Destilação simples Soluções não-ideais e azeotrópicas: há alguns casos de misturas que ao serem destiladas não seguem a lei de Raoult. O sistema metanol-água, por exemplo, apresentando tal característica.
Destilação simples
Destilação simples A certas frações molares dos líquidos componentes de algumas misturas temos a coincidência das temperaturas de ebulição do vapor e do líquido. Essas misturas são denominadas azeotrópicas.
Destilação simples
Destilação simples
Destilação simples Leitura dos pontos de ebulição no termômetro
Destilação simples Cálculo do ponto de Ebulição a Pressões Determinadas log p = A + B / T
Referências