identificaÇÃo e confirmaÇÃo de grupos funcionais: aldeÍdos, cetonas e Álcoois

u n e s p UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Campus Universitário de Bauru Faculdade de Ciências

Departamento de Química

Laboratório de Química Orgânica:

IDENTIFICAÇÃO E CONFIRMAÇÃO DE GRUPOS

FUNCIONAIS:

PARTE 1: ALDEÍDOS, CETONAS E ÁLCOOIS

Agosto/2010

LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010

1. Introdução

Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma

substância pode dissolver-se num líquido. Pode-se expressar em mols por litro, em

gramas por litro, ou em porcentagem de soluto/solvente.

Nesta prática foram analisadas onze amostras de diferentes compostos

orgânicos para realização de testes qualitativos na presença de diversos solventes,

que é um importante parâmetro muito utilizado para a caracterização química, como

testes bioquímicos1.

Testes de solubilidade são utilizados para avaliar a presença ou ausência de

grupos funcionais e reatividade. Os solventes usados na determinação da

solubilidade foram água destilada, CHCl3 (cloroformio), NaOH 5% (hidróxido de

sódio), NaHCO3 5% (bicarbonato de sódio), HCl 5% (ácido clorídrico) e H2SO4

concentrado (ácido sulfúrico).

2. Objetivo

Determinar a solubilidade de compostos orgânicos através de um estudo seqüencial

com solventes classificando a amostra segundo sua função química.

3. Resultados e Discussão

Para a realização desta prática foram realizadas uma bateria de testes obedecendo

a ordem representada no Esquema I:

Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos

1


Esquema I: Fluxograma para classificação de solubilidade

AMOSTRA

H2O*

Insolúvel Solúvel

Éter*

SolúvelGrupo I

Insolúvel Grupo II

NaHCO3* 5%

InsolúvelSolúvel

NaOH* 5%

SolúvelGrupo IIIA

InsolúvelGrupo IIIB

HCl* 5%

Presençade N e S

Ausência de N e S

H2SO4* conc.

Solúvel

SolúvelGrupo IV

Insolúvel

InsolúvelGrupo VI

H3PO4* 85%

SolúvelGrupo VA

InsolúvelGrupo VB

Grupo VII


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os testes de solubilidade foram obtidos os resultados expressos na tabela 1, a

seguir:

Tabela 1: Dados Experimentais

H2O CHCl3 NaOH 5%NaHCO3

5%HCl 5% H2SO4 Grupo

Amostra 1 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Insolúvel VI

Amostra 2 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel V

Amostra 3 Solúvel Insolúvel II

Amostra 4 Solúvel Solúvel I

Amostra 5 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Insolúvel VI


Amostra 7 Solúvel Insolúvel II


Amostra 9 Insolúvel Insolúvel Insolúvel VII

Amostra 10 Insolúvel Solúvel Insolúvel III B

Amostra 11 Solúvel Solúvel I

Amostra 1: Hexano

Analisando a Tabela 1, a amostra 1 se trata do Hexano, representado na

Figura 1, a seguir:

Figura 1 – Molécula de Hexano

O Hexano pode ser classificado como Grupo VI, pois mostra-se insolúvel em

água, como substâncias apolares não tem carga pura, solventes polares não são

atraídos por elas. Para que uma molécula apolar se dissolva em um solvente polar

como a água, ela teria de afastar as moléculas de água umas das outras,

desfazendo as ligações de hidrogênio que são fortes o suficiente para excluir uma


3


substância apolar. Alcanos são apolares o que os leva a ser solúveis em solventes

apolares e insolúveis em solventes polares como a água. O hexano apresentou-se

insolúvel em hidróxido de sódio e ácidos clorídrico e sulfúrico por pertencer ao grupo

de compostos inertes. Os alcanos possuem baixa reatividade porque as ligações

simples C-H e C-C, chamadas ligações sigmas (σ), são relativamente estáveis,

difíceis de quebrar, elas são cilindricamente simétricas – os elétrons são

simetricamente distribuídos ao redor de uma linha imaginária conectando o centro

dos átomos unidos pela ligação, como demonstrado na Figura 2, a seguir:

Figura 2 – Representação do orbital molecular ligante sigma (σ).

Amostra 2 – Isobutanol

A amostra 3 se trata da molécula isobutanol, representada na Figura 3, a

seguir:

Figura 3 – Molécula de Isobutanol

Compostos com quatro carbonos ou menos, e os compostos que contém O, N

ou S, até certa quantidade de carbono, são frequentemente solúveis em água.

Compostos com cinco ou seis carbonos contendo um desses elementos serão

insolúveis em água ou terão baixa solubilidade.

A ramificação da cadeia alquila de um composto reduz as forças

intermoleculares entre as moléculas. Isso normalmente se reflete no ponto de fusão

e de ebulição mais baixo e solubilidade em água maior para o composto ramificado

do que para o composto linear, como demonstrado nos seguintes isômeros:


4


< <

Solubilidade

Figura 4 – Escala de solubilidade.

Isso ocorre, porque as moléculas do composto ramificado são separadas

mais facilmente uma das outras, assim, o álcool isobutílico não é solúvel como o

terc-butílico, porém mais solúvel que o n-butílico. Compostos ramificados

apresentam um maior impedimento estérico dificultando a solvatação da molécula, a

Figura 5, a seguir mostram a solvatação com água em uma molécula linear:

Figura 5 – Solvatação de uma substância polar pela água

Devido às características acimas citadas à amostra foi classificada

erroneamente como Grupo V, ao invés da classificação correta, Grupo II, que diz

respeito ao seu grupo funcional álcool.

Amostra 3: Acetona

A amostra 3 refere a função cetona, representada na Figura 6, a seguir:

Figura 6 – Função cetona


5


As cetonas são compostos orgânicos caracterizados pela presença do

grupamento -C=O, carbonila, ligado a dois radicais orgânicos. Apresentam uma

fórmula geral R-C(=O)-R', onde R e R' podem ser iguais (cetonas simples ou

simétricas) ou diferentes (cetonas mistas ou assimétricas); alifáticos ou aromáticos;

saturados ou insaturados. R e R' podem também estar unidos. Nesse caso,

compõem um ciclo (cetonas cíclicas).

Devido à polaridade da carbonila, a propanona (nome comercial acetona),

representada na Figura 7, dissolve tanto compostos polares quanto apolares, assim

apresenta solubilidade em água, e à medida que aumenta a cadeia carbônica, esta

solubilidade diminui. Isso acontece, devido às interações intermoleculares

existentes entre a amostra e o solvente. No caso da água com a propanona, a

interação que ocorre são as fortes ligações de hidrogênio, tornando o composto

solúvel. No caso do éter, as interações intermoleculares existentes são as forças

dipolo-dipolo, mais fracas, o que possibilita que apenas uma pequena quantidade da

amostra seja solubilizada, em excesso, a amostra é insolúvel.

Figura 7 – Molécula da Propanona

Assim, a amostra III foi facilmente classificada como pertencente ao Grupo II.

Amostra 4: Acetaldeído

A Figura 8, a seguir representa a molécula de Acetaldeído contido na amostra

4.

Figura 8 – Molécula de Acetaldeído ou Etanal.


6


O acetaldeído mostrou-se solúvel em água, isso se dá pela sua polaridade e

por seu número baixo de carbonos na cadeia. E na presença do solvente

clorofórmio, CHCl3, também apresentou-se solúvel, isso se dá devido as interações

dipolo-dipolo, visto que seu momento dipolo é diferente de zero, característico de

compostos apolares como os alcanos. Devido as suas características pode ser

classificado como Grupo I.

Amostra 5: Diclorometano

A molécula de diclorometano, representada na Figura 9, foi caracterizada

através dos solventes na amostra 5.

Figura 9 – Molécula de Diclorometano

O diclorometano apesar de possuir um momento de dipolo (Figura 10), como

demonstra a Figura 9, não é solúvel em água por não ter um hidrogênio ionizável,

sendo caracterizado como solvente polar aprótico.

Figura 10 – Momento dipolo da molécula de diclorometano.

A Solução de hidróxido de sódio foi preparada com água como solvente que

totaliza 95% da solução contra 5% do soluto, assim a amostra 5 também

apresentou-se insolúvel na presença da solução de hidróxido de sódio 5%.


7


Amostra 6 – Acetato de Etila

A molécula de acetato de etila, representada na Figura 6, foi caracterizada


Figura 11 – Molécula de Acetato de Etila

Apesar de acetato de etila possui a função orgânica éster que pode ser

classificado como Grupo I ou Grupo V dependendo da sua solubilidade em água. O

acetato de etila se apresenta insolúvel em água, isso se dá devido à polaridade

gerada na molécula não ser alta o suficiente para provocar uma forte interação

intermolecular entre soluto e solvente. A presença muito próxima do oxigênio na

funções éster causa uma deslocalização eletrônica conhecida como ressonância

(Figura 12), esse fenômeno torna a molécula muito mais estável.

Figura 12 – Híbridos de Ressonância de uma função éster.

O acetato de etila também é insolúvel em NaOH pois não apresenta caráter

ácido, pelo contrário, apresenta um caráter básico, apesar de possuir um bom grupo

de saída, o solvente não foi solubilizado devido a baixa concentração do hidróxido,

portanto não reagiu com o NaOH 5%. Caso a concentração de NaOH fosse

estequiométricamente suficiente para favorecer uma reação, ocorreria uma reação

de saponificação, como mostra a reação na Figura 13, abaixo:


8


Figura 13 – Reação de Saponificação.

O éter não reage também com o HCl concentrado, pois não pode clivar

éteres porque Cl- é um nucleófilo muito fraco. No experimento, foi utilizado HCl 5%, o

que impossibilita ainda mais a reação de substituição nucleofílica.

Compostos solúveis em ácido sulfúrico concentrado, mas não em ácido

diluído são bases extremamente fracas, praticamente todos os compostos que

possuem um átomo de oxigênio, como os éteres podem ser protonados por um

hidrogênio do ácido. Assim, os íons produzidos são solúveis no meio, conforme a

reação da Figura 14, a seguir:


9


Figura 14 – Mecanismo de reação de catálise ácida do acetaldeído á ácido carboxílico.

Amostra 7: Hidrazina

A molécula de hidrato de hidrazina, representada na Figura 15, foi

caracterizada através dos solventes na amostra 7.

Figura 15 – Molécula de Hidrato de Hidrazina

A hidrazina é um composto químico cuja fórmula química é N2H4 é uma substância

usada principalmente como a formação de espuma para a preparação de espumas

polimérica e precursora para catalisadores de polimerização e produtos

farmacêuticos. Também são chamados de hidrazinas os seus derivados, compostos

orgânicos que apresentam o grupo funcional descrito na Figura 16.


10


Figura 16 – Função Hidrazina

A hidrazina é um líquido com propriedades similares a amônia. A disposição

espacial de seus dois átomos de hidrogênio faz com que a substância seja muito

mais reativa que a amônia.

O hidrato de hidrazina possui uma alta constante dielétrica, 52 Debye. É miscível em

água devido as interações intermoleculares presentes: as ligações de hidrogênio.

Figura 17 – Interações intermoleculares: Ligação de Hidrogênio

No caso do éter, as interações intermoleculares existentes são as forças

dipolo-dipolo, mais fracas, o que possibilita que apenas uma pequena quantidade da

amostra seja solubilizada, em excesso, a amostra é insolúvel.

Amostra 8: Hexeno

A molécula de hexeno, representada na Figura 18, foi caracterizada através

dos solventes na amostra 8.

Figura 18 – Molécula de 1-Hexeno


11


Os alcenos não reagem com água, são quase que totalmente insolúveis

em água devido a sua baixa polaridade e a sua incapacidade de formar

interações por pontes de hidrogênio. A ligação O-H da água é muito forte – a água

também é um ácido muito fraco – para permitir que a água aja como um eletrófilo

para a reação. O hexeno também não é solúvel, devido a molécula apresentar baixa

constante dielétrica.

O NaOH também não é um eletrófilo, assim a reação não ocorre.

No caso do HCl , a reação de adição eletrofílica ocorre, conforme demostrado

abaixo:

Figura 19 – Reação de adição eletrofílica

O produto formado é um haleto, a reação é regiosseletiva obedecendo as

Regra de Markovnikov, sendo o produto insolúvel em água. Outra possibilidade para

a reação não ter ocorrido é a baixa concentração do ácido clorídrico utilizado, que foi

de HCl 5%.

No ácido sulfúrico, ele foi solubilizado, durante o processo observou-se o

aquecimento do tubo de ensaio, e a mudança de cor para uma tonalidade

amarelada. A reação é exemplificada, a seguir, por uma molécula genérica de

alceno:

Figura 20: Reação de Adição de H2SO4 a um eteno.


12


Amostra 9: Anilina

A molécula da anilina, representada na Figura 21, foi caracterizada através

dos solventes na amostra 9.

Figura 21 – Molécula de Anilina.

A anilina se apresenta insolúvel na água, no ácido clorídrico e no hidróxido de

sódio, isso se dá devido sua estrutura, que apresenta formas de ressonância, o que

torna a estrutura estável e pouco reativa.

Figura 22 – Estruturas de ressonância da molécula de Anilina

Amostra 10: Ácido Benzóico

A molécula de Ácido Benzóico, representado na Figura 23, foi caracterizada



13


Figura 23 – Molécula de Ácido Benzóico.

O ácido benzóico apresenta baixa solubilidade em água (0,20 g/100mL),

devido ao número elevado de carbonos na cadeia, e a ressonância que nele existe,

que torna a molécula estável e facilita a pouco reatividade desses compostos.

Por possuir um pKa = 4,2, é solúvel nas duas bases (Hidróxido de Sódio e

Bicarbonato de Cálcio), é um ácido orgânico forte, e é reconhecido no teste,

imediatamente, como um ácido carboxílico. Os compostos se dissolvem em base

formando sais de benzoato de sódio, insolúveis em água.

Figura 24 – Molécula de benzoato de sódio.

Amostra 11: Acetamida

A Figura 25, a seguir representa a molécula de Acetamida contida na amostra

11.


14


Figura 25 – Molécula de Acetamida.

A acetamida mostrou-se solúvel em água, isso se dá pela sua polaridade e

por seu número baixo de carbonos na cadeia. E na presença do solvente

clorofórmio, CHCl3, também apresentou-se solúvel, isso se dá devido as interações

dipolo-dipolo, visto que seu momento dipolo é diferente de zero, característico de

compostos apolares como os alcanos. Devido as suas características pode ser

classificado como Grupo I.

4. Conclusão

Deve-se considerar que não existe compostos 100% insolúvel em um

determinado solvente, mesmo que ainda muito pequeno, todos possuem um

determinado Kps em um determinado solvente. O termo solubilidade é utilizado tanto

para designar o fenômeno qualitativo do processo (dissolução) como para expressar

quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância

depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da

pressão do sistema. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de

entropia.

Neste trabalho obtivemos a identificação das amostras de 1 a 11 e pudemos

classifica-las nos Grupos de I à VII, como mostra a Tabela 2, abaixo:


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Tabela 2 – Identificação das amstras e classificação nos Grupos.

Amostra Identificação Grupo

Amostra 1 Hexano VI

Amostra 2 Isobutanol V

Amostra 3 Acetona II

Amostra 4 Acetaldeído I

Amostra 5 Diclorometano VI

Amostra 6 Acetato de Etila V

Amostra 7 Hidrazina II

Amostra 8 Hexeno V

Amostra 9 Anilina VII

Amostra 10 Ác. Benzóico III B

Amostra 11 Acetamida I


16


Referências

1. BANDEIRA, F. M. G. C.; LEAL, M. C.; SOUZA, R. R.; FURTADO, V. C.;

GOMES, Y. M., Diagnósticos da hemoglobina S: análise comparativa do teste

de solubilidade com a eletroforese em pH alcalino e ácido no período

neonatal, Revista Brasileira Saúde Maternidade Infantil, 3 (3): 265-270, 2003 -

<http://www.scielo.br/pdf/rbsmi/v3n3/17921.pdf> Acesso em: 12 de Ago.

2010.

2. Equilíbrio da Dissolução,

http://www.lce.esalq.usp.br/arquimedes/Atividade06.pdf Acesso em 15 de

Agosto de 2010

3. CENTRO DA QUALIDADE, SEGURANÇA E PRODUTIVIDADE - QSP. São

Paulo, 2010. Disponível em: <http://www.qsp.org.br/>. Acesso em: 02 jan.

2009.

4. MARQUARDT, M.; EIFLER-LIMA, V. L. A síntese orgânica em fase sólida e

seus suportes poliméricos mais empregados. Quím. Nova, São Paulo, v.

24, n. 6, Dec. 2001. Available from <http://www.scielo.br/scielo.php?

script=sci_arttext&pid=S0100-40422001000600023&lng=en&nrm=iso>.

Acesso em 15 Ago. 2010.

5. A polaridade das moléculas,

<http://inorgan221.iq.unesp.br/quimgeral/respostas/polaridade.html> Acesso

em 15 Ago. 2010.

6. Reatividade de aldeídos e cetonas,

<http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htm> Acesso em: 15 Ago. 2010.

7. Determinação de parâmetros físico-químicos em refrigerantes guaraná

comercializados em Teresina-PI.


17

http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htm

http://inorgan221.iq.unesp.br/quimgeral/respostas/polaridade.html

http://www.lce.esalq.usp.br/arquimedes/Atividade06.pdf

http://www.scielo.br/pdf/rbsmi/v3n3/17921.pdf


<

http://www.ifpi.edu.br/eventos/iiencipro/arquivos/ALIMENTOS/2414cd4bd39b3

4d652bf3808f06591a2.pdf> Acesso em 16 Ago. 2010.


18

http://www.ifpi.edu.br/eventos/iiencipro/arquivos/ALIMENTOS/2414cd4bd39b34d652bf3808f06591a2.pdf

http://www.ifpi.edu.br/eventos/iiencipro/arquivos/ALIMENTOS/2414cd4bd39b34d652bf3808f06591a2.pdf

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