INSTITUTO DE QUÍMICA UNESP / ARARAQUARA Agosto / 2007 Química Orgânica Experimental Prof. José Eduardo de Oliveira Kamila Ericka dos Santos Karina Almeida Rancan Rafael Miguel Sábio
Técnica de extração Consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente.
Separação Isolamento Separação de fases Mistura ou contato Coleta das fases separadas
Como escolher o solvente Os solventes devem ser imiscíveis A substância de interesse deve ser mais solúvel no segundo solvente Fase mais densa fica na parte inferior do funil
Escolha do método de extração Frasco cônico (Volumes menores que 4mL) Tubo centrífugo (volumes até 10mL) Funil de separação ( volumes maiores que 10mL)
Tipos de extração - Descontínuo - Contínuo - Sólido-líquido - Líquido-líquido - Extração com solventes quimicamente ativos - Efeito Salting-Out - Extração Múltipla - Extração simples
Extração descontínua Maior solubilidade em solvente orgânico do que na água Extração contínua Maior solubilidade do composto orgânico na água
Extração Sólido-Líquido Extrator de Soxhet (solventes de baixo p.e.) - O sólido é colocado em um cartucho apropriado de celulose na câmara do extrator - O solvente, colocado no balão e aquecido - Os vapores condensam-se na câmara do extrator, caindo sobre o material a extrair - Quando o nível do destilado na câmara de extração atingir o nível do sifão, a solução retornará ao balão Extrator de Soxhet
Extração Líquido-Líquido Contínua Extração por líquido menos denso O solvente orgânico passa continuamente sobre a solução contendo o soluto, levando parte deste consigo, até o balão de aquecimento. Como o solvente está sendo destilado, o soluto vai se concentrando no balão de aquecimento.
Extração Líquido-Líquido Contínua Extração por líquido mais denso A diferença em relação à aparelhagem anterior é que, neste caso, o solvente cai através da solução, ao invés de subir, e volta à retorta pelo princípio dos vasos comunicantes, através do braço de vidro inferior, convenientemente dobrado.
Extração Quimicamente Ativa Neste tipo de extração, um composto é alterado quimicamente a fim de mudarmos o coeficiente de distribuição nos dois solventes. Nesta extração utiliza-se uma substância que reage quimicamente com a substância a ser extraída. É um método facilmente executado no caso de substância ácida ou básica. Exemplos de Reações C 6 H 5 CO 2 H (s) + NaOH (aq) C 6 H 5 CO 2 Na (aq) + H 2 O Ácido benzóico Benzoato de sódio C 6 H 5 CO 2 Na (aq) + HCl diluído (aq) C 6 H 5 CO 2 H (s) + NaCl
Efeito salting-out Se o coeficiente de distribuição for muito menor do que 1 a extração simples não será eficiente. Pode-se, em alguns casos, aumentar o coeficiente de distribuição por adição de sais. A adição de sais diminui consideravelmente a solubilidade da maior parte dos compostos orgânicos em água.
Extração Simples Fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis em solventes orgânicos e muito pouco solúveis em água, de modo que, ao se formar duas fases pela adição do solvente, após agitação, a substância passa em maior parte da fase aquosa para o solvente.
Extração Múltipla A solução aquosa original que já foi extraída uma vez é colocada novamente dentro do funil de separação com uma nova porção do solvente orgânico para uma segunda extração.
Lei de distribuição Coeficiente de distribuição (ou partição) K = C2 C1
Exemplo: A extração de 6g de um composto orgânico A originalmente dissolvido em 100mL de água, com volume total de 100mL de benzeno. Se a 20 C o coeficiente de partição entre a água e o benzeno é 3 então: Para uma extração única 100mL de benzeno: K m /100ml b = = 3, ondemágua é 6 mágua /100mL g m b mb /100mL 3 = mb = 4, 5g (6 m ) /100mL b Este resultado nos diz que, após uma extração com 100mL de benzeno, obtém-se 4,5g de A (75% do total) como rendimento da extração, restando ainda 1,5g de A na fase aquosa.
Para uma extração com duas porções iguais 50mL de benzeno Primeira extração: mb / 50mL 3 = mb = (6 m ) /100mL b 3,6g Remove 3,6g de A, restando 2,4g de A em solução aquosa. Segunda extração: mb '/50mL 3 = mb ' = 1, 44g (2,4 m ')/100mL b Consegue-se mais 1,44g de A, ou seja, um total de 5,04g do composto A. Restam ainda 0,96g de A na fase aquosa.
Comparando a extração simples com a múltipla Massa extração única: 4,5g Massa extração múltipla (2 porções): 5,04g Conclusão: Extração múltipla é mais eficiente do que a extração simples Observação: Quanto maior for o coeficiente de distribuição menor será o número de extrações sucessivas necessárias para separar o soluto com eficiência. Se K for muito pequeno, a extração simples não é recomendada devido ao gasto excessivo de solvente.
Filtração a vácuo A sucção acelera a filtração, especialmente para precipitados gelatinosos
Emulsão É a suspensão coloidal de um líquido em outro intimamente disperso sob a forma de gotículas cujo diâmetro, em geral, excede 0,1µm. Para evitar: - Evitar agitação vigorosa Para quebrar a emulsão: - Deixar a mistura em repouso - Adicionar NaCl (salting-out) - Adição de água - Filtração a vácuo - Centrifugação ou diminuição da temperatura - Desproporcionalização do volume das fases
Adição da solução e do solvente
Agitação e alívio da pressão
Agitação e alívio da pressão: Continuação
Separação de fases
Separação de fases: Continuação Vídeo 1: Misturando as fases no funil de separação Vídeo 2: Separando as fases Vídeo 3: Separando as fases Vídeo 4: Importância do alívio da pressão
Purificação (Lavagem) - Lavagem de uma mistura orgânica com água - Lavagem de uma mistura orgânica feita com ácido diluído - Lavagem de uma mistura orgânica feita com base diluída
Procedimento Experimental
Propriedades Físico-Químicas Solvente Massa Molar Densidade (g/ ml) p.f./ºc p.e./ºc Solubilidade Água 18 0,997 0 100 Etanol 46,07 0,794-117,3 78,5 Água, acetona, benzeno, éter Clorofórmio 119,39 1,484-63,5 62 Álcool, éter, benzeno Éter 79,12 0,713-116,3 34,61 Benzeno, acetona, clorofórmio, álcool Ác. benzóico 122,12 1,321 122,4 249,2 Álcool, éter, acetona, benzeno, clorofórmio O- diclorobenzeno Hidróxido de Sódio Cloreto de Cálcio Benzoato de Sódio 147 1,311 53,5 174,12 Clorofórmio, benzeno, éter, álcool 40,11 2,131 318 1390 Glicerina, álcool, água 110,99 2,152 782 >1600 Ácido acético, acetona, álcool, água 144,11 1,248 53,1 174,5 Benzeno, acetona, álcool
Constantes Físicas dos solventes mais usados Solvente Massa Molar Densidade Polaridade p.f./ºc p.e./ºc Metanol 32,04 0,791 6,6-98 64,7 Acetato de Etila 88,11 0,902 4,3-84 76,5-77,5 Diclorometano 84,93 1,325 3,4-97 40 Hexano 86 0,66 0-100 69 Tetra Cloreto de Carbono 154 1,5 1,7 77 Tolueno 92,14 0,865 2,3-93 110,6 Benzeno 78,11 0,874 3 5,5 80 N-butanol 74,12 0,081 3,9-90 117,7 Acetona 58,08 0,791 5,4-94 56 Etanol 46,07 0,794 5,2-117,3 78,5 Água 18 0,997 9 0 100
Toxicidade dos solventes mais usados na química orgânica Solvente Etanol Clorofórmio Éter etílico p-diclorobenzeno Hidróxido de sódio Ácido benzóico Diclorometano Benzeno Hexano Toxicidade Causa náuseas, vômitos, depressão, sonolência, falta de coordenação, coma e pode causar morte. A inalação em grandes doses pode causar hipotensão, depressão respiratória, morte e pode atuar como sonífero. É cancerígeno. Suavemente irritante para a pele, olhos e membranas mucosas. Potente anestésico, podendo provocar paradas cardíacas. Vapores causam irritação à pele, garganta e olhos. Corrosivo para todos os tecidos. A inalação do pó ou da mistura concentrada pode causar lesões no trato respiratório. Causa irritação na pele, nos olhos e nas membranas mucosas Potencial de sintoma ao expor demasiado ao cansaço, fraqueza, sonolência, náusea, irritação nos olhos e na pele. Irritação aguda das membranas mucosas,(por ingestão ou inalação), inquietação, convulsões, depressão. Dificuldade respiratória. Potencial de sintoma ao expor demasiadamente à luz, nervosismo, náusea, dor de cabeça, fraqueza nos músculos, irritação nos olhos e nariz, pneumonia química.
Agentes secantes Nome Hidratado Capacidade Velocidade Uso Cloreto de cálcio sulfato de cálcio Sulfato de sódio CaCl CaCl 2. 2H 2 O CaCl 2. 6H 2 O Absorção de água limitada, forma hemi-hidrato NaSO4.7H2O NaSO4.10H2O elevado média Hidrocarbonetos e haletos baixo Rápida Em quase todos os líquidos orgânicos elevado Lenta Compostos sensíveis como ácidos, aldeídos, cetonas e halogenetos Carbonato de potássio K2CO3.2H2O média média Bases orgânicas sulfato do magnésio MgSO4 MgSO4.7H2O elevado rápida Maioria dos composto orgânicos Outros agentes secantes: Ácido sulfúrico, pentóxido de fósforo, óxido de cálcio, hidróxido de potássio, sílica gel, sódio, peneira molecular.
Extração por solventes
Extração Simples
Extração Múltipla
Extração com solventes quimicamente ativos
Reações envolvidas Extrações Simples e Múltipla : não há reações Extrações com Solventes Quimicamente Ativos: OH O + NaOH + H 2 O O- O Na + +
Cálculos envolvidos C6H5CO2H (s) + NaOH (aq) C6H5CO 2Na (aq) + H 2O 122,1224g 39,9969g 2g x x = 0,6550g - Volume necessário de solução de NaOH 5%(m/v) NaOH 5%( m / v) : 5g NaOH 100mL de solução 0,6550g y y = 13,10 ml
Descarte Extrato aquoso com resíduos de benzoato de sódio e de hidróxido de sódio, podem ser descartado na pia, pois o benzoato de sódio é um sal solúvel em água. Agente secante (no caso o CaCl2), não deve ser jogado na pia, pois o mesmo é insolúvel em água, podendo ser descartado no lixo. Os solventes orgânicos clorados, como por exemplo, o clorofórmio, devem ser descartados num recipiente adequado para os mesmos, para posteriormente, ser incinerado.
Bibliografia Soares, B.G; Souza, N.A; Pires, D.X- Química Orgânica, Rio de Janeiro, Editora Guanabara, 1988, pg. 62 a 65, 75 e 76. The Merck Index: 8.ed. USA: Merck & Co, 1968. Pavia, D.L.; Lampman, G.M; Jr.Kriz,G.S.- Introduction to Laboratory Tecniques, 2nd edition, Philadelphia, Saunders College Publising, 1995 www.qmc.ufsc.br acessado em 13/08/2007 www.geocities.com acessado em 13/08/2007 www.sorocaba.unesp.br acessado em 02/08/2007