PreparaPreparaçção do Acetato deão do Acetato deIsopentilaIsopentila

Leonardo Leonardo LataroLataro PaimPaimRodrigo PutvinskisRodrigo Putvinskis

Objetivo: Preparação e isolamento do acetatode isopentila (reação de esterificação)

O Acetato de Isopentila é um éster conhecido como óleo de banana, ou seja, apresenta o odor característico dessa fruta.

Reação de Esterificação (Refluxo):

A reação do acido acético com o álcool isopentílico quando aquecido na presença de um acido forma como produto principal o acetato de isopentila.

As reações de esterificação são catalisadas por ácidos. Elas se desenvolvem muito lentamente na ausência de ácidos fortes (HCl anidro e H2SO4).Como a reação é um equilíbrio o alcance do mesmo será em poucas horas quando um ácido ou um álcool são refluxados com pequena quantidade desses catalisadores ácidos.O equilíbrio pode ser deslocado para a direita favorecendo à formação do éster quando utiliza-se excesso de um dos reagentes.O componente escolhido para ser usado em excesso dependerá de sua disponibilidade e de seu custo.O rendimento dessa reação também pode ser incrementado pela remoção de água da mistura reacional que é formado.

Outras reações:No processo de isolamento do éster grande parte do excesso de ácido acético, do ácido catalisador e do de álcool isopentílico presente no equilíbrio éremovida pela extração com água. Os ácidos remanescentes (catalisador e acético) são removidos pela extração com carbonato de sódio aquoso, sendo o éster purificado posteriormente por destilação.NEUTRALIZAÇÃO (EXTRAÇÃO QUIMICAMENTE ATIVA)

2 NaHCO3 + H2SO4 Na2SO4 + H2O + CO2

NaHCO3 + CH3CO2H CH3CO2Na + CO2 + H2O

Reação do agente secante

HIDRATAÇÃO (SECAGEM)

MgSO4 + 7 H2O MgSO4 .7 H2O

Por que não usar cloreto de cálcio?

Derivados de ácidos carboxílicos

Os cloretos de ácidos, anidridos, ésteres e amidas são denominados derivados de ácidos carboxílicos, uma vez que podem ser convertidos a ácidos carboxílicos ou obtidos á partir destes compostos.

Esterificação de Fischer

Mecanismo da Esterificação de Fischer

Técnicas Utilizadas

RefluxoExtração com Solvente e Quimicamente AtivaEfeito Salting – OutSecagem de Líquidos Orgânicos por Agentes Inorgânicos e MineraisDestilação Simples

Técnicas EnvolvidasRefluxo

Para que uma reação ocorra, muitas vezes énecessário manter a mistura em reação por algum tempo à temperatura de ebulição, pois a reação entre um ácido orgânico e um álcool é lenta àtemperatura ambiente. (energia de ativação)Durante o aquecimento da mistura pode haver perdas de reagentes ou solventes por evaporação, por isso se usa o condensador de refluxo.

Refluxo

RefluxoO condensador deve ser adaptado ao frasco de reação por uma rolha ou junta esmerilhada. O vapor produzido pelo líquido volátil ou pelo solvente atinge o tubo interno do condensador e aí é condensado, retornando ao frasco reacional.A velocidade do refluxo deve ser tal que a condensação de vapores se dê, no máximo, até a 1/3 da altura do condensador, isto evita que algum vapor consiga escapar através do condensador.

Extração com Solventes

A transferência de um soluto solubilizado de um solvente para outro solvente é chamada extração.Um soluto é extraído de um solvente para o outro, porque este é mais solúvel no segundo solvente do que no primeiro solvente.Os dois solventes devem ser imiscíveis

Extração Quimicamente Ativa

Neste tipo de extração um composto éalterado quimicamente afim de mudar o coeficiente de distribuição nos dois solventes.

Efeito Salting - OutSe 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 cloreto de sódio na água pois compostos orgânicos são menos solúveis em água com sal solubilizado. Esse efeito denomina-se salting-out.Na preparação do acetato de isopentila, durante o processo de extração ocorre o adicionamento de cloreto de sódio, pois assim o éster diminui suasolubilidade em água.

Secagem de Líquidos Orgânicos Agentes Inorgânicos e Minerais

Várias substâncias químicas minerais, por ação direta, são utilizadas para secagem de líquidos orgânicos, removendo a água de suas misturas.Assim a substância dessecadora deve satisfazer a 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 a capacidade de secagem rápida e efetiva;– Ser de fácil aquisição e por preço baixo.

Agente secante utilizado

Sulfato de magnésio anidroForma com a água um sal hepta- hidratado (MgSO4.7H2O). 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.

Destilação simplesTeoria da destilação

• a) Pressão de vapor:Se um líquido foi introduzido em um recipiente

onde se fez o vácuo, ele evaporará ou desprenderávapor, até que atinja uma pressão definida, que depende apenas da temperatura (vapor saturado). Exprime – se a pressão de vapor, geralmente, em termos da altura de uma coluna de mercúrio que produza a mesma pressão.

A pressão de vapor de um líquido aumenta com a elevação da temperatura. Quando a pressão de vapor se torna igual à pressão total exercida sobre a superfície de um líquido, este ferve, ou seja, é vaporizado por bolhas formadas no seio do líquido. O fornecimento de calor aumenta e a formação de bolhas também aumenta e o calor de vaporização é absorvido.

Destilação simplesb) Ponto de ebulição:

O ponto de ebulição de um líquido pode ser definido como a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual à pressão externa exercida, em qualquer ponto sobre a sua superfície.

Se a pressão sobre a superfície for reduzida, vamos dizer, ligando-se o recipiente que contém o líquido a uma bomba, o ponto de ebulição é baixado; o valor exato pode ser obtido por referência a uma curva de pressão de vapor.

Curva da pressão versus temperatura

Curva do Ponto de Ebulição a Pressões Determinada

Às vezes, necessita-se do ponto de ebulição de um líquido a uma pressão não registrada na literatura. Este ponto pode ser melhor calculado a partir da curva de pressão de vapor - temperatura. Para a maioria dos objetivos práticos, esta pode-se apresentar sob a forma:

log p = A + B/T

Curva de log P versus 1000/T

Destilação Simples

A Destilação Simples é a separação de componentes de uma mistura fazendo uso de suas volatilidades diferentes.Quando um líquido puro é destilado, o vapor no balão de destilação aumenta e entra em contato com o termômetro. O vapor então passa através do condensador o qual liquefaz e é coletado em outro frasco constituindo assim o destilado.

Substância pura: a temperatura observada durante a destilação de uma substância pura permanece constante durante toda destilação, desde que o vapor e o líquido estejam presentes no sistema.Mistura líquida: A temperatura durante a destilação de uma mistura líquida geralmente não permanece constante; aumentando durante a destilação. Isso acontece porque a composição do vapor que estásendo destilado varia continuamente durante a destilação, ou seja, a composição do vapor em equilíbrio com o calor de solução é diferente da composição da solução

Destilação Simples de:

Diagrama de fase típico da relação líquido-vapor de um sistema com dois componentes

Variação de temperatura durante a destilação de um componente ou dois componentes

DiferenDiferençça entre destilaa entre destilaçção de misturas ão de misturas miscmiscííveis e imiscveis e imiscííveisveis

• MiscMiscííveis: segue Lei deveis: segue Lei de RaoultRaoult::PPtottot = P= Pa a NNaa + P+ Pbb NNbbA pressão total dependerA pressão total dependeráá de Pde Paa e Pe Pbb e tambe tambéém de Nm de Naa ee NNbb. . A composiA composiçção de vapor tambão de vapor tambéém dependerm dependeráá de ambos. de ambos. _________________________________________________ _________________________________________________ •• ImiscImiscííveis:veis:••PPtottot = P= Paa + P+ Pb b

A pressão total dependerA pressão total dependeráá somente de Psomente de Paa e Pe Pbb. Quando a . Quando a Pressão total = 760Pressão total = 760 mmHgmmHg, a mistura ferve., a mistura ferve.

Aparelhagem Utilizada

Pedras de Ebulição

A temperatura do líquido poderá elevar-se acima do ponto de ebulição tornando-o superaquecido. As condições experimentais irregulares conduzem a ebulição tumultuosa do líquido. O procedimento empregado para evitar este tipo de ebulição durante a destilação sob pressão atmosférica consiste em adicionar uns poucos fragmentos de porcelana porosa não vidrada, estes libertam pequenas quantidades de ar e promovem ebulição regular. Estes fragmentos são adicionados ao líquido frio, antes que se inicie a destilação.

Tabela de Constantes Físicas e Toxidades

Parte Experimental1. Transferir 15 ml de álcool isopentílico e 20 ml de ácido

acético glacial para um balão de fundo redondo. 2. Adicionar cuidadosamente e com agitação 4 ml de ácido

sulfúrico concentrado e 3 pedras de ebulição. 3. Montar um sistema de refluxo usando manta como fonte de

aquecimento e refluxar por 1 hora. Deixar a mistura esfriar àtemperatura ambiente (usar condensador de bolas).

4. Transferir a mistura fria para um funil de separação e adicionar cuidadosamente 55 ml de água fria. Lavar o balão com 10 ml de água fria, transferir para o funil e efetuar a extração obedecendo a técnica correta.

5. Separar a fase aquosa da fase orgânica e adicionar cuidadosamente 25 ml de solução aquosa de bicarbonato de sódio 5% (ATENÇÃO para a liberação de dióxido de carbono).

6. Remover a fase aquosa e repetir a extração com outra porção de 25 ml da solução de bicarbonato de sódio 5%.

7. Remover a fase aquosa e verificar se ela se apresenta básica (papel de tornassol). Em caso negativo repetir a extração atéque a fase aquosa esteja básica.

8. Adicionar à fase orgânica 25 ml de água e 5 ml de solução saturada de cloreto de sódio. Agitar a mistura suavemente e remover a fase aquosa.

9. Transferir o éster (pela parte superior do funil) para um erlenmeyer e adicionar cerca de 2g de sulfato de magnésio anidro. Tampar o frasco e agitá-lo ocasionalmente até que o líquido se apresente límpido. Se necessário, decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5 g de agente secante.

10. Montar um sistema de destilação simples (vidraria seca). Coletar a fração destilada entre 134-143oC, recebendo o destilado em um erlenmeyer pesado, mantido em banho de gelo.

11. Pesar o produto e calcular a % de rendimento. 12. Anotar a pressão e corrigir o p.e.

CálculosReação:

CH3CO2H + (CH5)2CH2CH2CH2OH ⎯→⎯+H

CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2 +H2O Dados referentes ao CH3CO2H (ácido acético) V = 20,00 mL d = 1,049 g/mL PM = 60,05 g/mol Cálculo do número de moles do ácido acético (reagente em excesso) d = m / V ; portanto m = d.V m = 1,049 x 20,00 m = 20,98 g Se 1 mol ácido acético ---------60 ,05 g nácido acético --------------------20,98 g nácido acético = 0,350 moles

Dados referentes ao (CH5)2CH2CH2CH2OH (álcool isopentílico) V = 15,00 mL d = 0,815 g/mL PM = 88,15 g/mol Cálculo do número de moles do álcool isopentílico (reagente limitante) d = m / V ; portanto m = d.V m = 0,815 x 15,00 m = 12,20 g Se 1 mol álcool isopentílico ---------88,15 g nálcool isopentílico --------------------12,20 g nálcool isopentílico = 0,138 moles

Dados referentes ao CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2 (acetato de isopentila) d = 0,876 g/mL PM = 130,12 g/mol Pela estequiometria da reação temos que: nálcool isopentílico = nacetato de isopentila = 0,138 moles Se 1 mol de acetato de isopentila -------------130,12 g nacetato de isopentila------------------------macetato de isopentila macetato de isopentila = 17,96 g Cálculo do rendimento 17,96 g --------------------------100% massa experimental------------- R portanto R = (massa experimental x 100) / 17,96

Descarte de Resíduos

Mantenha separados solventes halogenados de solvente não-halogenados

Separe os solventes orgânicos de soluções aquosas Mantenha os solventes acidificados separados de

outros solventes e resíduos ácidos.Não misture ácidos inorgânicos fortes ou oxidantes

com compostos orgânicos. Mantenha ácidos, bases e soluções aquosas contendo

metais pesados separados de outros resíduos.Evite misturar ácidos e bases concentradas num

mesmo recipiente.

Bibliografia:

http://labjeduardo.iq.unesp.brSolomons,G. Química Orgânica, vol2, 7aedição. Editora LTC, 2002.VOGEL, A I., Análise Orgânica Qualitativa, vol 1, 3ª

edição, Livros Técnicos e Científicos Editora , Rio de Janeiro, 1971