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Preparação do Acetato de Isopentila
Marinalva Aparecida Alves
Wander Gustavo Botero
Ésteres e Frutas: Algo em Comum?Ésteres simples, possuem cheiros agradáveis, odores
de frutas. Em muitos casos os odores de fragrâncias de frutas e flores são devidos a uma mistura de esteres. Por exemplo: no óleo de abacaxi, a maioria de seus componentes são ésteres. Ésteres simples, são utilizados em empresas alimentícias como aromatizantes.
PêssegoBenziladeAcetatoPhCOOCHCH
MaçametiladeopanoatoCOOCHCHCH
AbacaxietiladeopanoatoCHCOOCHCHCH
PerapropiladeAcetatoCHCHCOOCH
BananaisopentiladeAcetatoCHCHCHCOOCH
−
−
−
−
−
23
3223
32223
3223
23223
Pr)(
Pr)(
)(
)()(
Reação de esterificação:
ácido carboxílico + álcool éster + água
OHCHCHCHCHCOCHOHCHCHCHCHHCOCH 2232223222323 )()( +⇔+
Mecanismo
+H
H
HOO
OHCH3C
..+H
H
HOO
OHCH3C
O
OHCH3C OHCH3C
.. + HO
OHCH3C CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3+ HO
OHCH3C
+ HO
OHCH3C CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3
CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3
+
H
O
OH
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH
+
H
O
OH
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH
+
O
OH2
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH..
+
O
OH2
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH..
OH2.. H+
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OOH2..OH2.OH2.. H+
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3O H+
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3O O
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3O
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3H HO
H
+H HO
H
+
+H
H
HOO
OHCH3C
..+H
H
HOO
OHCH3C
O
OHCH3C OHCH3C
.. + HO
OHCH3C CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3+ HO
OHCH3C
+ HO
OHCH3C CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3
CH3
CH2H O..
CH2CH2
CH3
+
H
O
OH
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH
+
H
O
OH
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH
+
O
OH2
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH..
+
O
OH2
CH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OH..
OH2.. H+
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3OOH2..OH2.OH2.. H+
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3O H+
OCH3CCH
3
CH2CH2CH2
CH3O O
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3O
OCH3
CCH3
CH2CH2CH2
CH3
OCH3CCH3
CH2CH2CH2
CH3H HO
H
+H HO
H
+
Se desenvolve lentamente
O equilíbrio não favorece a formação dos produtos
Forma água, que deverá ser removida
Reações de esterificação são catalisadas por ácidos.
Elas se desenvolvem muito lentamente na ausência de
ácidos fortes, mas alcançam o equilíbrio em poucas horas,
quando o ácido e álcool são refluxados com pequena
quantidade de H2SO4 ou HCl.
Cinética de Esterificação
Refluxo
A velocidade de uma reação é aumentada, quando
esta é feita na temperatura de ebulição
A técnica do refluxo mantém a mistura reacional na
temperatura de ebulição, evitando a perda de reagentes por
evaporação
ConstituiçãoCondensador
Manta de aquecimento
Frasco de ebulição
Cuidados!!!Sentido do fluxo de água: de baixo para cima
Fluxo de água constante para favorecer o resfriamento
A pressão do fluxo de água deve ser alta o suficiente para manter o fluxo, mas não excessivamente forçando a mangueira do condensador
Usar tipo de aquecimento apropriado (manta de aquecimento)
Usar pedras de ebulição ou agitador magnético
Ajustar a velocidade de aquecimento, para que o anel de refluxo não atinja mais que 1/3 do condensador.
Cuidado com escape de vapores
Reagente LimitanteComo o ponto de equilíbrio controla a quantidade de
ester formado, o uso de um excesso de ácido carboxilico ou de álcool aumenta o rendimento, baseado no reagente limitante.
A escolha do composto em excesso depende de sua disponibilidade e custo. O ácido acético é usado em excesso, devido seu baixo custo em relação álcool isopentílico e mais facilmente removido da mistura reacional.
OHCHCHCHCHCOCHOHCHCHCHCHHCOCH 2232223222323 )()( +⇔+
Como remover o excesso de ácido acético adicionado??
Extração simples
Consiste na separação de um componente de uma
mistura por meio de um solvente. o solvente extrator (água)
não deve ser solúvel em éster e nem reagir quimicamente
com a substância a ser separada.
O ácido acético possui uma maior solubilidade em
água, passando para a fase aquosa e sendo removido por
extração simples.
Precisamos extrair traços de ácido acético
presente na fase orgânica e neutralizar o meio (garantir
que não há presença de ácido, mas sim, somente do sal
dissolvido em água ou álcali)!!!!!
Extração quimicamente ativaOutro tipo de extração, de grande importância,
depende do uso de reagentes que reajam quimicamente com a substância a ser extraída. Este método éfreqüentemente utilizado para separar os componentes de uma mistura, e remover pequenas quantidades de impurezas no solvente orgânico.
A diluição de bicarbonato de sódio, pode ser usado na extração de ácidos orgânicos presentes na solução de um solvente orgânico ou remover traços de ácidos que estão presentes na forma de impurezas em uma preparação orgânica.
O uso de soluções alcalinas depende da conversão do íon livre para o correspondente sal de sódio, como estásolúvel em água ou diluído no álcali.
Quando se adiciona solução de bicarbonato de sódio na fase orgânica, este reagirá com o ácido acético presente, segundo a reação:
O sal, é solúvel em água e assim é extraído da fase orgânica.
O bicarbonato de sódio, também reage com o ácido sulfúrico presente, neutralizando-o e garantindo um meio básico.
222333 COOHNaCOCHCOOHCHNaHCO ++→+
2242423 COOHSONaSOHNaHCO ++→+
Diminuir a solubilidade do éster em água, afim
de separar a fase aquosa, e garantir um bom
rendimento.
Efeito Salting-out
A solubilidade de uma substância orgânica em água é
afetada pela presença de um sal inorgânico dissolvido, por
exemplo, o etanol, perfeitamente miscível em água pura, e
levemente solúvel em soluções aquosas com cloreto de
sódio, carbonato de potássio, e outros sais inorgânicos. Este
fenômeno é conhecido como Salting-out, ocorre comumente
sais que possuem íons de pequeno raio e carga concentrada.
A adição de solução saturada de cloreto de
sódio, irá diminuir a solubilidade do éster formado em
água, fazendo com que esta possa ser removida, sem
perda do produto desejado.
Eliminar a água
Agente secanteVárias substâncias químicas minerais, por ação
direta, são utilizadas para dessecação de líquidos orgânicos, removendo a água ou solventes de suas misturas. Para este fim, a substância dessecadora (desidratante) deve satisfazer as seguintes condições:
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 e, finalmente,
ser de fácil aquisição e por preço vantajoso.
*O sulfato de sódio é granular, sendo mais facilmente
removido da solução. O sulfato de magnésio é mais poderoso
e pode ser removido por destilação.
Propriedades dos principais agentes secantesAgente Secante Capacidade Velocidade Intensidade
Cloreto de Cálcio Alta Média AltaSulfato de Cálcio Baixa Muito alta Muito alta
Sulfato de Magnésio Alta Alta Média altaPeneira Molecular, 4A Alta Alta AltaCarbonato de Potássio Média Média Média
Sulfato de Sódio Muito alta Baixa Baixa
O agente dessecador que iremos utilizar será o sulfato
de magnésio anidro, que forma com a água o sal hepta-
hidratado (MgSO4.7H2O). Trata-se de um agente dessecante
neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser usado
inclusive nas misturas contendo ésteres, aldeídos, cetonas,
aminas, amidas, etc., para as quais não se pode empregar o
cloreto de cálcio.
OHMgSOOHMgSO 2424 7.7 →+
Eliminar todos dos traços de impurezas presentes.
Destilação SimplesSó tem aplicação para separar um líquido de suas
impurezas não voláteis (em solução no líquido), um solvente usado numa extração, ou, excepcionalmente, para separar líquidos de pontos de ebulição muito afastados.
A fonte de calor deverá ser escolhida em função do líquido a ser destilado. Para uma melhor distribuição de calor, deve-se evitar aquecimento constante num único ponto do balão. O banho-maria ou de óleo, ou ainda, a manta aquecedora, envolvendo o balão de destilação até, aproximadamente, a metade devem ser preferidos. Éaconselhável, igualmente, evitar tanto quanto possível o calor fornecido por chama, quando se trabalha com substâncias facilmente inflamáveis, ou cercar a operação de todos os cuidados necessários, tendo em vista o perigo de um acidente.
Cuidados na Destilação
Uso de manta de aquecimento
Uso de pedras de ebulição
Uso de vidraria seca
Uso de banho de gelo
Não descuidar da temperatura a ser usada
Perda do produto obtido por evaporação
ACETATO DE ISOPENTILA
Cálculo de RendimentoOHCHCHCHCHCOCHOHCHCHCHCHHCOCH 2232223222323 )()( +⇔+
Vácido= 20.00 mL
d ácxido= 1.045 g mL-1
MM ácido= 60.05 g mol-1
Válcool= 15.00 mL
d álcool= 0.813 g mL-1
MM álcool= 88.15 g mol-1
d éster= 0.876 g mL-1
MM éster= 130.18 g mol-1
Cálculo de reagente limitante
acéticoácdemoln
ngacéticoácmolgxm
VdmVmd
.348,0
90,2005,60.190,2000,20045,1
=
−−==
=
=
álcooldemoln
ngálcoolmol
gxmVdm
Vmd
138,0
20,1215,881
20,1200,15813,0
=
−−
===
=
Ácido acético Álcool isopentílico
Cálculo de Rendimento
gxxéstermol
géstermol
álcooldemolésterdemolsnálcooldemolésterdemol
96,17138,0
12,1301
138,011
===
==
Calcular o rendimento obtido!!!
ToxicidadeÁcido acético glacial: libera vapores de odor irritante.
Manusear em capela. Evitar contato com pele, olhos e boca. Ingestão pode causar corrosão da boca e do trato gastro intestinal.
Ácido sulfurico concentrado: Provoca sérias queimaduras, exposição prolongada causa irritação da pele, olhos nariz e garganta.
Acetato de isopentila: Os principais indícios de exposição prolongada são: irritação dos olhos, pele, nariz e garganta; dermatites.
Álcool isopentílico: exposição prolongada: irritações nos olhos, pele, nariz e garganta; dor de cabeça, tontura; tosse, dificuldade na respiração, nausea, vômito e diarréia; rachadura na pele.
Fluxograma15 mL de álcool isopentílico
em um balão de fundo redondo
1. Adicionar 20mL de ácido acético glacial
2. Acrescentar 4mL de ácido sulfúrico concentrado com cuidade e agitando.
3. Adicionar pedras de ebulição*;
4. Conectar o balão a um condensador de refluxo;
5. Refluxar por 1 hora, utilizando manta como fonte de aquecimento
6. Deixar esfriar à temperatura ambiente;
*As pedras de ebulição auxiliam na formação de bolhas no líquido, diminuindo o risco de ebulição
tumultuosa.
Acetato de Isopentila + ácido acéticoTraços: álcool isopentílico, água, ácido sulfúrico.
7. Transferir a mistura para um funil de separação;
8. Adicionar 55mL de água fria;
9. Lavar o balão com 10mL de água fria e transferir para o funil de separação;
10. Efetuar a extração simples;
Fase aquosa (inferior): H3O+, HSO4-
acetato, acetato de isopentila, álcool isopentílico
Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila,ácido acético
Traços: H3O+, HSO4-, SO4
2-, acetato,água e álcool isopentílico
10.a-Transferir a solução para um béquer
11. Adicionar 25mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5%*;
12. Fazer extração**, removendo a fase aquosa;
13. Adicionar novamente 25mL de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5%;
14. Repetir a extração, removenmdo a fase aquosa;
* Há liberação de CO2.
** Extração quimicamente ativa.
Fase aquosa (inferior): Na+, acetato, H3O+, HSO4
-
Traços: acetato de isopentila,álcool isopentílico
Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila
Traços: Na+, H3O+, HSO4-, SO4
2-,acetato, água e álcool isopentílico
15. Medir o pH da fase aquosa após a extração usando papel de tornassol;
16. Se esta não se apresentar básica, repetir a extração atéobtê-la básica;
17. Adicionar 25mL de água e 5mL de solução saturada de cloreto de sódio*;
18. Agitar a mistura suavemente e extrair a fase aquosa;
* Efeito salting -out.
Fase Orgânica (superior): acetato de isopentila
Traços: Na+, H3O+, HSO4-, SO4
2-, Cl-, acetato, água e álcool isopentílico
Fase aquosa (inferior): Na+, acetato, Cl-.Traços: acetato de isopentila, Na+, H3O+, HSO4
-, SO42-, Cl-,
acetato, água e álcool isopentílico
19. Transferir o éster* para um erlenmeyer e adicionar 2g de MgSO4 anidro;
20. Tampar o frasco e agitar ocasionalmente até que o líquido apresente-se límpido;
21. Se necessário, decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5g de MgSO4;
*Transferir o éster pela parte superior do funil.
Acetato de isopentila
22. Montar um sistema de destilação simples*;
23. Coletar a fração destilada entre 134 e 143ºC, em um erlenmeyerpreviamente tarado e em banho de gelo;
* Vidraria seca.
Fase Orgânica: acetato de isopentila
Traços: Na+, H3O+, HSO4-, SO4
2-, Cl-,acetato, água e álcool isopentílico
24. Pesar o produto e calcular o rendimento;
25. Anotar a pressão e corrigir o ponto de ebulição;
26. Armazenar o produto obtido num frasco rotulado contendo faixa de destilação, volume, massa, data, componentes do grupo.
BibliografiaRobertson, G.R. & Jacobs, T.L. Laboratory Pratice of oeganic
chemistry. 4ºed., The Macmillan company, New York,.1962.
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Mohrig, J.R.; Neckers, D.C., Laboratory Experiments in Organic Chemistry. 3ª ed., D. Van Nostrand Company, 1973.