química orgânica experimental i extração com...

Química OrgânicaExperimental I

Extração com Solventes

Discentes:

Guilherme A.D. Trevisan

Thomas Habeck

Ian Maluf FarhatDocente:

Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira

Grupo 8 - Guilherme, Ian, Thomas 2

Princípios básicos

• O que é extração ?É a transferência de um soluto de um solvente para outro.

• Qual a Finalidade ?Isolar determinados compostos orgânicos de soluções ou suspensões aquosas onde se encontram.


Princípios básicos

• Exemplo PráticoExtração de produtosnaturais de tecidosvegetais e animais

Cafeína de uma soluçãoaquosa de chá.


Materiais Usados• Frasco cônico:

Utilizado para volumes menores que 4 mL.

• Tubo centrífugos:Utilizado para volumes até 10 mL.

• Funil de separação:Utilizado para maiores volumes.

Frasco cônico Tubo centrífugo Funil de separação


Propriedadesdos Solventes

Imiscível;Formar duas Fases;

Não reagir Quimicamente; com o Soluto;

A Substância Orgânica aser extraída deve ser mais solúvel no segundo solvente;

Volátil;Não ser inflamável ou tóxico.


Solventes mais Utilizados

Tabela 1:Constantes físicas de alguns solventes


Tipos de Extração

Extração Simples

Extração Múltipla

Extração Quimicamente Ativa


Definições

• Extração Simples e a extração que é realizada apenasem uma etapa ou seja, determinamos o volume de solvente extrator e realizamos a extração com todo essevolume de uma única vez.

• Extração Múltipla envolve duas ou mais extraçõessimples.

• Extração Quimicamente Ativa tem como objetivo alterarquimicamente um composto a fim de mudar suaconstante de distribuição.



É utilizada quando desejamos separar dois compostos orgânicos que são ambos solúveis no mesmo solvente. Assim fazemos uma reação para mudar quimicamente o composto.

Baseia-se em uma reação ácido-base onde o produto (sal) ésolúvel na fase aquosa e insolúvel no solvente orgânico.

Exemplo: Ácido Carboxílico e Hidrocarboneto reagindo com Hidróxido de Sódio


Coeficiente de distribuição

Durante a agitação o soluto se dissolve nas duas fases. A quantidade do soluto dissolvido em uma das fases depende da sua solubilidade naquele solvente.

A

B

solventenoilidadeSosolventenoilidadeSoK

lublub

=



O coeficiente de distribuição desse composto orgânico A será dado pela razão da solubilidade nos solventes.

0.4

100/0.5100/20

lublub

=

=

=

K

mlgmlgK

águanailidadeSodietílicoéternailidadeSoK



• Conhecendo o coeficiente de distribuição do composto orgânico A, pode-se calcular a quantidade de soluto extraído em uma extração simples ou em uma extração múltipla.

• Supondo que temos uma solução contendo 50,0g do composto A em 100ml de água, quanto do soluto podemos extrair utilizando 100ml éter dietílico? (K = 4)


Exemplo Extração Simples

Utilizando uma extração simples vamos calcular a quantidade de soluto extraído empregando-se 100 ml de éter dietílico.

dietílicoéternogxxx

solvendomlgx

mlgxáguanaaoConcentracéternoaoConcentraçK

404200

:Re100/)50(

100/4

==−

−=

=


ExemploExtração Múltipla

Usando os dados anteriores vamos calcular a quantidade de solutoextraído empregando-se 3 adições de 33,3 ml de éter dietílico.

extraçãoprimeiranagx

xxsolvendo

mlgxmlgx

Extração

55,283,33100

4200:Re

100/)50(3,33/4

:ª1

=

=−

−=

extraçãosegundanagx

xxsolvendo

mlgxmlgx

Extração

10,113,33100

48,85:Re

100/)45,21(3,33/4

:ª2

=

=−

−=

extraçãoterceiranagx

xxsolvendo

mlgxmlgx

Extração

9,53,33100

44,41:Re

100/)35,10(3,33/4

:ª3

=

=−

−=


Eficiência

• Somando-se as quantidades de soluto extraído nas 3 extrações, têm-se que 45,50g do soluto será extraído utilizando-se a extração múltipla.

• Concluímos que é mais eficiente usar um solvente em três pequenas extrações do que em uma extração grande.


Métodos de Extração

• Para volumes menores que 4ml (micro)

Fase Inferior

Fase Superior- Método 1- Método 2

Frasco cônico


Fase inferior

A – solução aquosa contém a substância desejada.

B - Diclorometano é usado para extrair a fase aquosa.

C – A pipeta é colocado no frasco cônico.

D – A fase orgânica é removida e transferida para um recipiente seco. A fase aquosa permanece no frasco original.

Extração de uma solução aquosa utilizando o CH2Cl2 (d = 1,33g/ml)


Fase superior: 1º métodoExtração de uma solução aquosa utilizando o éter dietílico (d = 0,7174g/ml)

A - a solução aquosa contém a substancia desejada.

B – Éter é usado para extrair a fase aquosa.

C – A fase aquosa é removida e transferida para um recipiente. A fase que contém éter permanece no frasco original.

D - A camada etérea é transferida para um novo frasco. A camada aquosa é transferida de volta ao frasco original


Fase superior: 2º métodoExtração de uma solução aquosa utilizando o éter dietílico (d = 0,7174 g/ml)

A - Pressione o bulbo e coloque a pipeta no frasco

B - Colete ambas camadas

C - Coloque a camada aquosa inferior de volta ao frasco

D - Coloque a camada etérea em um recipiente seco


Métodos de extração

• Para volumes maiores que 10 mL (macro);

Fase superior

Fase inferior

Funil de separação


Fase Superior (Macro)A - A solução aquosa contém a substancia desejada.

B – Éter (d = 0,7471 g/ml) éusado para extrair a fase aquosa.

C – A fase aquosa é removida pela torneira do funil para um recipiente. A fase que contém éter permanece no funil de separação.

D - A camada etérea é transferida para um novo frasco através da abertura superior do funil, a fim de se evitar qualquer tipo de contaminação com traços da fase inferior que podem estar ainda aderidas a superfície do vidro.


Fase Inferior (Macro)

A – solução aquosa contém a substância desejada.

B - Diclorometano (d = 1,33 g/ml) é usado para extrair a fase aquosa.

C – A fase orgânica é removida pela torneira.

D – A fase aquosa pode ser removida pela abertura superior do funil ou pode-se adicionar mais diclorometano para uma segunda extração.


Etapas na extração1) Preparando o funil de

separação:

Apóia-se o funil em um anel metálico ou fixa-o a uma garra do suporte.

Cuidados:

Observa-se a ausência de vazamentos na tampa e na torneira do funil

Funil de separação


Etapas na extração

2) Adicionando os líquidos:

Antes de adicionar os líquidos tenha a certeza que a torneira está fechada. Não encha o funil mais do que ¾ da sua capacidade.

Video I – Adicionando Líquidos



3) Misturando os líquidos:

Antes de introduzir a rolha, gire a separação do funil calmamente. Coloque a rolha e a segure com uma mão e inverta o funil. Imediatamente abra a torneira para a ventilação de vapores de gases formados (Diminuir a pressão interna).

Video II – Misturando os Líquidos



4) Separando as camadas:

Antes de proceder, tenha a certeza que a rolha foi removida ( o vácuo criado dificulta a drenagem do líquido ). Abra pouco a torneira e a segure pelo outro lado para evitar que a torneira escorregue e sai do lugar.

Video III – Separando as Camadas


Emulsões

• Definição:

Emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveisem que um deles (a fase dispersa) encontra-se naforma de finos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua).

Video IV - Emulsao


Emulsões

A) Dois líquidos imiscíveisseparados em duas fases.

B) Emulsão da fase I dispersana fase II.

C) Emulsão instável voltandoao estado inicial A.

D) Agente surfactante atuandona interface para estabilizara emulsão.


Exemplosde Emulsões

Manteiga: Emulsão constitunte de 80% de gordura (nata do leite), o restante e predominantemente água.

MargarinaMaionese

CosmeticosLocoes e Cremes

Café ExpressoAgua e Oleo


EmulsãoÁgua e Óleo


Como Evitar? Como Eliminar?

Se houver gomas, materiais viscosos ou poliméricos na solução, causará problemas na hora de separar.

Como Evitar :

Evitar agitação vigorosa, (emulsão é termodinamicamenteinstável, energia é necessário parasua formação)

Remoção, se presentes, de agentes emulsivos que possamaumentar a estabilidade daemulsão. Esses agentes ficamadsorvidos e evitam a união dasgotículas diminuindo a velocidadeda floculação.

Como Eliminar :

Filtrar

Deixar em Repouso

Centrifugar

Adicionar uma solução de NaClsaturada

(Video V – Eliminando Emulsão)


Efeito Salting Out

Se o coeficiente de partição (k) for muito menor que 1, a extração simples não será eficiente. Pode-se, em alguns casos aumentar esse coeficiente por adição de sais, como cloreto de sódio, sulfato de sódio ou cloreto de amônio, à solução aquosa.

A adição de sais diminui consideravelmente a solubilidade da maior parte dos compostos orgânicos em água.


ExtraçãoLíquido-Líquido

Na extração líquido-líquido contínua, o solvente orgânico passa continuamentesobre a solução contendo o soluto, levando parte deste consigo, até o balãode aquecimento. Como o solvente estásendo destilado, o soluto vai se concentrando no balão de aquecimento.

É um processo útil para quando a diferença de solubilidade do soluto emambos os solventes não é muito grande(baixo valor de KD).


ExtraçãoSólido -Líquido

Esta técnica de extração é utilizada quando a solubilidade do composto orgânico na água ébaixa.

Quando o solvente condensado ultrapassa um certo volume, ele escoa de volta para o balão, onde é aquecido, e novamente evaporado. Os solutos são concentrados no balão. O solvente, quando entra em contato com a fase sólida, estásempre puro, pois vem de uma destilação!

Equipamento: Extrator de Soxhlet


PráticaExtração Simples

1. Dissolver pequena quantidade de cristal violeta em 2 a 3 gotas de etanol e adicionar 30 mL de água. Dividir a solução em duas porções iguais (15 mL) A e B.

2. Transferir a porção A para um funil de separação de 100 mL (testar previamente vazamento) e adicionar 15 mL de clorofórmio.

3. Efetuar a extração obedecendo a técnica correta para o uso do funil de separação.

4. Colocar o funil na posição vertical, aguardar a separação das fases e recolher a fase orgânica e aquosa em tubos de ensaio (Etiquetar os tubos anotando as fases em cada um).


PráticaExtração Múltipla

1. Transferir a porção B para um funil de separação de 100 mL e efetuar a extração com 5 mL de clorofórmio.

2. Recolher a fase orgânica em um tubo de ensaio e reextrair a faseaquosa com 5 mL de clorofórmio. Recolher a fase orgânica no mesmo tubo de ensaio.

3. Repetir a extração da fase aquosa com 5 mL de clorofórmio e proceder como descrito no item anterior.

4. Transferir a fase aquosa para um tubo de ensaio (fase aquosa 2) através da boca do funil de separação.

5. Comparar a intensidade das cores das soluções A e B nos dois tipos de extração e discutir os resultados.



1. Dissolver em 100 mL de éter: 2 g de ácido benzóico e 2 g de p-diclorobenzeno.

2. Calcular o volume de solução de hidróxido de sódio 5%, necessário para reagir com ácido. (15ml)

3. Extrair a solução éterea superior duas vezes com a solução básica, usando em cada extração o volume calculado.

4. Recolher as fases aquosas em um béquer de 250 mL.

5. Lavar a fase éterea com 10 ml de água e transferir o extrato aquoso para o béquer.

6. Transferir a fase etérea para um erlenmeyer de 250 mL e adicionar cerca de 1g de cloreto de cálcio com agitação ocasional.

7. Eliminar o agente secante por filtração em papel pregueado (ou por decantação), recolhendo a fase orgânica em um béquer previamente pesado.

8. Eliminar o éter, pesar o resíduo e determinar o ponto de fusão.

9. Elaborar um procedimento para recuperação do ácido benzóico.


Fórmulas Estruturais

Cristal Violeta(Cloreto de Hexametilpararosanilina)

Eter(eter dietilico)

Cloroformio(triclorometano)


Agentes Secantes

• A solução orgânica pode ser lavada para se retirar alguns traços de água.

• Para isso utiliza-se agentes secantes como o cloreto de cálcio.


Agentes Secantes

Agente secante

Capacidade Velocidade Aplicação

Alta Médio Hidrocarbonetos

Baixo Rápido Geralmente utilizado

Alto Rápido Não utilizado em meios ácidos

Médio Médio Não utilizados para compostos

ácidosAlto Devagar Geralmente

utilizado

2CaCl

4CaSO

4MgSO

32COK

42SONa

Tabela 2 : Características de alguns agentes secantes


Purificação

Quando da obtenção de um composto orgânico pelo processo de extração, impurezas tais como o solvente orgânico podem ficaradsorvidas na superfície do sólido, assim a purificação é umaimportante etapa na obtenção de compostos orgânicos com alto grau de pureza.

Lava-se o composto orgânico geralmente com água, ácidos 5% e bases 5%.


Filtração a Vácuo

A sucção acelera a filtração, especialmente paraprecipitados gelatinosos

Materiais Usados:- Funil de Buchner- Kitassato- Bomba de Vacuo


ToxicidadeNome Toxicidade Solubilidade Outras

Etanol Inflamável Solúvel em solventes polares

Incolor

Clorofórmio TóxicoCANCERÍGENO

Sol. em álcool e acetona

Volátil. Odor característico

Ac.Benzóico Tóxico Água = 4.2 g/L Irritante para pele, olhos e mucosas

p-diclobenzenoo Tóxico Sol. Álcool, éter e acetona

Hidróxido de sódio Corrosivo Sol. água Higroscópico

Éter etílico Irritante Insol. em água, Sol. em benzeno e etanol

Odor característico


Resíduos

• DESCARTE 1 – extrato aquoso com resíduos de benzoato de sódio, de água e de hidróxido de sódio: Pode ser descartado na pia, pois o benzoato de sódio é um sal solúvel em água.

• RESÍDUO SÓLIDO - agente secante, água e impurezas solúveis em água: Como no caso, nosso agente secante é CaCl2, não se deve jogar na pia, pois o mesmo é insolúvel em água, portanto, pode-se descartar no lixo.

• Os solventes orgânicos clorados, como por exemplo, o clorofórmio, deve ser descartado num recipiente adequado para os mesmos, para posteriormente, ser incinerado.


Bibliografia

D.L. PAVIA, G.M. LAMPMAN and G.S. KRIZ JR. – lndroduction to Organic Laboratory Techniques,2nd ed., Saunders, 1995, pag 685-704

Goncalves, D., Wal, E. & Almeida, R. R. – Quimica OrganicaExperimental, ed. McGraw-Hill, 1998, pag 75-80

http://labjeduardo.iq.unesp.br/orgexp1/extracaocomsolventes.htm

Merck Index

http://labjeduardo.iq.unesp.br/orgexp1/extracaocomsolventes.htm

química orgânica experimental i extração com...

Documents