Tabela de Propriedades Físico-Químicas e Aplicações

Nomenclatura Densidade /g mL-1

Mol /g mol-1 p.f. /0C p.e. /0C Solubilidade Propriedades

Físicas Aplicações

Ácido Acético Glacial CH3O2H

1,053

60,05

16,7

118

- Miscível em água, álcool glicerol, éter e tetracloreto de carbono.

Líquido, possui odor azedo, pungente.

Usado como solvente; Fabricar acetatos; Conservantes de alimentos; Síntese Orgânica comercial.

Álcool Isopentílico C5H12O

0,813

88,15

-117,2

132

- Ligeiramente solúvel em H2O (2g em 100 mL) - miscível em álcool, éter, benzeno, clorofórmio e Ác. Acético Glacial.

Líquido, possui odor desagradável, pungente.

Usado como solvente para gorduras; Resinas; Alcalóides.

Bicarbonato de Sódio NaHCO3

2,159

84,01

_____

___

- Solúvel em 10 partes de água - Insolúvel em álcool

Cristais brancos, granulados ou em pó.

Sais efervescentes; Extintores de fogo; Antiácido; Fermentos.

Ácido Sulfúrico H2SO4

1,84

98,08

10

290

- Miscível em água e em álcool com liberação de muito calor e contração de volume

Líquido incolor e volátil

Fertilizantes; Explosivos; Purificação de petróleo; Corante; Desoxidação de metais;

Cloreto de Sódio NaCl

2,17

58,45

804

1413

- 1g dissolve em 2,8 mL de água- 1g dissolve em 10 mL de glicerol - Quase insolúvel em HCl concentrado

Cristais brancos, granulados ou em pó; Incolor

Laxante; Solução isotônica (soro fisiológico).

Sulfato de Magnésio MgSO4

1,67

120,37

___

___

- Solúvel em água, levemente solúvel em álcool.

Cristais ou pó eflorescentes.

Agente secante; Fertilizantes; Corantes.

Acetato de Isopentila C7H14O2

0,8760

130,19

-78,5

142

- 1g solúvel em 400 partes de água - Miscível em álcool, éter, acetato de etila.

Líquido neutro e incolor.

Usado como solvente; Vernizes; Essências; Cânfora.

QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL

PREPARAÇÃO DO ACETATO DE ISOPENTILA

Alunos: Carolina Rabal Biasetto

Vinicius Paschoalini Silva

TEMAS ABORDADOS:

Introdução;

Objetivo;

Reações envolvidas;

Derivados do ácido carboxílico;

Variáveis da esterificação;

Técnicas envolvidas na síntese;

Tabela com propriedades físico-químicas;

Cuidados, toxicidade e segurança;

Correção do P.E.;

Cálculo do rendimento;

Tratamento dos resíduos;

Fluxograma;

Bibliografia;

Introdução:

O acetato de isopentila é um éster que apresenta cheiro característico de banana. Ele éobtido através da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentílico, a qual é catalisada por um ácido mineral (nesta prática será utilizado o H2SO4(c)). Esta reação é conhecida como esterificação de Fisher.

OS ÉSTERES:

• assemelham-se à aromas de frutos e flores;

• são utilizados na fabricação de aromatizantes artificiais, tais como de abacaxi (propanoato de etila) , pêssego (acetato de benzila), pêra (acetato de propila) e vários outros.

OBJETIVO DA PRÁTICA :

• preparar acetato de isopentila a partir da reação de esterificação do ácido acético com álcool isopentílico;

• extrair o éster obtido;

• calcular o rendimento.

REAÇÕES ENVOLVIDAS:• Reação Geral da esterificação de Fisher:

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(c) ou HCl(c).

+ + H2O

+

• Mecanismo de reação de esterificação do ácido acético e álcool isopentílico:

+ H2O

+

+

• Neutralização:

2 NaHCO3 + H2SO4(c) Na2SO4 + H2O + CO2

NaHCO3 + CH3CO2H CH3CO2Na + CO2 + H2O

• Hidratação:

MgSO4 + 7 H2O MgSO4.7 H2O

VARIÁVEIS DA ESTERIFICAÇÃO:

Temperatura;

Concentração;

Ambas aceleram ou retardam a velocidade da reação.

DERIVADOS DO ÁCIDO CARBOXÍLICO:

• Cloretos de acila (ácido); • Anidrido de ácido;• Ésteres;• Amidas;

Os derivados acima podem ser convertidos àácidos carboxílicos ou através destes ácidos, os compostos acima podem ser sintetizados.

TÉCNICAS ENVOLVIDAS:

Refluxo

Extração com Solvente

Extração Quimicamente Ativa

Salting-out

Decantação e Filtração

Destilação Simples

O Refluxo é utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a reação ocorra mais rapidamente. O refluxo permite que a mistura seja aquecida à temperatura de ebulição do solvente, não ocorrendo perda dos reagente nem dos produtos por evaporação. O vapor produzido écondensado por um condensador conectado a boca do frasco reacional.

• 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.

CUIDADOS:

A solubilidade de uma substância orgânica em água é afetada pela presença de um sal inorgânico dissolvido. 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.

A destilação consiste na ebulição de um líquido e seqüente condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco seco, no caso deste experimento corresponderá à separação do acetato de isopentila (P.E. 142°C) do restante das impurezas.

Neste tipo de extração uma substância da mistura é extraída pela adição de um solvente. Este não deve ser solúvel na solução, nem reagir quimicamente com a substância a ser extraída.

Nesta prática utilizaremos a água como solvente para extrair o excesso de ácido acético do éster formado, pois o HAc tem maior solubilidade em água que em éster.

Neste tipo de extração, adiciona-se um reagente que reage com a substância a ser retirada da solução de interesse. O produto da reação deve ser mais solúvel em outro solvente (geralmente a água) que na solução de interesse.

Nesta prática utilizaremos o NaHCO3 o qual reagirá com o excesso de HAc dissociado no éster formado, resultando em NaAc que é mais solúvel em H2O.

Reação

Se as partículas sólidas são relativamente grandes e depositam (decantam) facilmente no fundo do frasco, épossível separar a solução das impurezas, através de uma posterior filtração, onde o sólido ficará retido no papel de filtro pregueado e o erlenmeyer conterá o líquido.

CORREÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO:Correção para líquidos associados (formam

ligações de hidrogênio):

ΔT = 0,00010(760-p).(t +273) t760=ΔT + t

ΔT: correção, em ºC a ser aplicada ao ponto de ebulição observado, t

p: pressão barométrica local

t760: temperatura de ebulição a 760 mmHg (ponto de ebulição normal)

t: temperatura de ebulição observado no laboratório;

Exemplo:

Considerando p = 686 mmHg e t = 98°C, a correção feita será:ΔT = 0,00010(760-686).(98 +273)ΔT = 2,74

T760 = ΔT + tT760 = 2,74 + 98T760 = 100,74°C

Ou seja a pressão de 760 mmHg a temperatura de ebulição é 100,47°C.

CÁLCULO DO RENDIMENTO:H+

CH3CO2H + (CH3)2CH2CH2CH2OH CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2 + H2O

1 1 1 1

V ácido = 20 ml V álcool = 15 ml d éster = 0,876 g/ml

d ácido = 1,053g/ml d álcool = 0,813g/ml MM éster = 130,19g/mol

MM ácido = 60,05g/mol MM álcool = 88,15g/mol

Ácido Acético Álcool Isopentílico

d = m/V ⇒ m = d.V d = m/V∴ m = 0,813.(15) = 12,20g

∴ m = 1,053. (20) = 21,06g 1 mol ⎯ 88,15g

1 mol ácido ⎯ 60,05g n ⎯ 12,20gn ⎯ 21,06g

n = 0,138 mol n = 0,351 mol

Reagente em excesso Reagente Limitante

n mols de éster = n mols do álcool = 0,138 mol

1 mol de éster ⎯ 130,19g0,138 mol de éster ⎯ m

m = 17,97g de éster

• Essa massa corresponde à 100 % de rendimento ( m estequiométrica )

Cálculo da porcentagem de rendimento:

Rendimento = m obtida . 100%m estequiométrica

Exemplo: obteve-se 12,45g de éster

Rendimento = (12,45g ) / (17,97) . 100% = 69,28%

Nomenclatura

Densidade /g mL-1

Mol /g

mol-1

p.f. /0C

p.e. /0C Solubilidade Propriedades

Físicas Aplicações

Ácido Acético Glacial

CH3O2H

1,053 60,05 16,7 118Miscível em água, álcool

glicerol, éter e tetracloreto de

carbono.

Líquido, possui odor azedo, pungente.

Usado como solvente;Fabricar acetatos;

Conservantes de alimentos;

Síntese Orgânica

comercial.

Álcool Isopentílico

C5H12O0,813 88,15 -117,2 132

- Ligeiramente solúvel em H2O (2g em 100 mL)

- miscível em álcool,

éter,benzeno,clorofórmio e Ác.

Acético Glacial.

Líquido, possui odor

desagradável, pungente.

Usado como solvente para

gorduras;Resinas;

Alcalóides.

Bicarbonato de Sódio NaHCO3

2,159 84,01 _____ ___

- Solúvel em 10 partes de água- Insolúvel em

álcool

Cristais brancos,

granulados ou em pó.

Sais efervescentes;Extintores de

fogo;Antiácido;Fermentos.

ÁcidoSulfúrico

H2SO4

1,84 98,08 10 290

- Miscível em água e em álcool com liberação de

muito calor e contração de

volume

Líquido incolor e volátil

Fertilizantes;Explosivos;

Purificação de petróleo;Corante;

Desoxidação de metais;

Cloreto deSódioNaCl

2,17 58,45 804 1413

- 1g dissolve em 2,8 mL de água- 1g dissolve em

10 mL de glicerol- Quase insolúvel

em HCl concentrado

Cristais brancos,

granulados ou em pó;Incolor

Laxante;Solução isotônica

(soro fisiológico).

Sulfato de MagnésioMgSO4

1,67 120,37 ___ ___- Solúvel em

água, levemente solúvel em álcool.

Cristais ou póeflorescentes.

Agente secante;Fertilizantes;

Corantes.

Acetato de IsopentilaC7H14O2

0,8760 130,19 -78,5 142

- 1g solúvel em 400 partes de

água- Miscível em álcool, éter,

acetato de etila.

Líquido neutro e incolor.

Usado como solvente;Vernizes;Essências;Cânfora.

Toxicidade das substâncias:

Ácido acético glacial (HAc)Inalação: garganta inflamada, tosse, queimação, dor de cabeça, vertigens, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica.Pele: dor, vermelhidão, bolhas, ardor. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água e sabão; requer atenção médica.Olhos : vermelhidão, dor, intensa queimação, perda de visão. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista. Ingestão: dor abdominal, sensação de queimação, diarréia, choque ou colapso, garganta inflamada, vômito. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito, dê porções de água para a pessoa beber; requer atenção médica.

Álcool isopentílico (C5H12O )Inalação: garganta inflamada, tosse, náusea, dor de cabeça, vertigens. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica.Pele: dor, vermelhidão, pele seca, aspereza. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água e sabão.Olhos : vermelhidão, dor. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista.Ingestão: dor abdominal, sensação de queimação no tórax e no estômago,dor de cabeça, náusea, inconsciência, vômito, fraqueza. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito, dê porções de água com carvão ativado para a pessoa beber; requer atenção médica.

Ácido sulfúrico (H2SO4 )

Inalação: corrosivo, garganta inflamada, queimação, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; respiração artificial, se necessário; requer atenção médica.Pele: corrosivo, dor, vermelhidão, bolhas, sérias queimaduras. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água; requer atenção médica.Olhos : corrosivo, vermelhidão, dor, intensa queimação. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista.Ingestão: corrosivo, dor abdominal, sensação de queimação, choque ou colapso. Primeiros-socorros: enxágüe a boca, não induza o vômito; procure um médico.

Bicarbonato de sódio (NaHCO3)Nenhuma consideração venenosa.

Baixíssima toxicidade.

Sulfato de Magnésio (MgSO4 )Nenhuma consideração venenosa.

Baixíssima toxicidade.

Acetato de isopentila (C7H14O2)

Inalação: garganta inflamada, tosse, dor de cabeça, fraqueza, sonolência. Primeiros-socorros: ar fresco; requer atenção médica.Pele: secura. Primeiros-socorros: remover as roupas contaminadas, lavar com água.Olhos: vermelhidão, dor. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologistaIngestão: dor abdominal, garganta inflamada, náuseas. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica.

DESCARTE E TRATAMENTO DOS RESÍDUOS:

• Separe as soluções aquosas;

• Evite misturar ácidos e bases concentradas num mesmo recipiente.

Posteriormente cada resíduo será tratado adequadamente.

BIBLIOGRAFIA:

• PAVIA, D. L., LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Introduction to Organic Laboratory Techniques : A Contemporary Approach. 3ed. Philadelphia : Hancourt Brace College Publischers, 1995.

• MANO, E. B., SEABRA, A. F. Práticas de Química Orgânica. 2.ed. São Paulo : Edart, l977.

• SITE: www.jeduardo.unesp.br

• SOLOMONS, G. T.W., FRYHLE, C. B. Química Orgânica 1 e 2, 8ª edição

FLUXOGRAMA ACETATO DE ISOPENTILA

1) Adicionar 20mL de HAc glacial; 2) Adicionar cuidadosamente e com agitação 4mL de H2SO4 concentrado; 3) Adicionar pedras de ebulição*; 4) Ligar o balão a um condensador de refluxo; 5) Refluxar por 1 hora usando manta como fonte de aquecimento; 6) Deixar o sistema esfriar à temperatura ambiente;

7) Transferir a mistura fria para um béquer contendo 55mL de água fria (ácido sempre adicionado sobre água); 8) Agitar a mistura heterogênea com bagueta e transferí-la para um funil de separação; 9) Lavar o balão de fundo redondo com 10mL H2O fria, transferir para o funil e efetuar a extração simples;

10) Recolher a fase orgânica* num béquer e adicionar cuidadosamente 25 mL solução aquosa de NaHCO3 5% (liberação de CO2); 11) Recolocar no funil e efetuar a extração**;

12) Repetir as etapas 10 e 11;

Fase orgânica (superior): acetato de isopentila, HAc; Traços: HSO-

4, SO2-4, H3O+,

H2O e álcool isopentílico.

Fase aquosa (inferior): H3O+, HSO-

4, SO-4, Ac-,

Traços: acetato de isopentila e álcool isopentílico.

Acetato de isopentila (éster), HAc; Traços: álcool isopentílico, H3O+, HSO-

4, SO2-4.

* As pedras de ebulição

auxiliam na formação de

bolhas no líquido,

diminuindo o risco de ebulição

tumultuosa.

15 mL de álcool isopentílico

em um balão de fundo redondo

* Transferir pela parte superior do funil de separação.

** Extração quimicamente ativa do ácido acético e neutralização dos ácidos

13) Medir o pH com papel tornassol; 14) Se o meio estiver ácido, repetir as etapas 10 e 11;

15) Adicionar 25 mL de água e 5mL de solução saturada de cloreto de sódio *; 16) Agitar suavemente e efetuar a extração;

17) Transferir o éster* para um erlenmeyer de 250mL e adicionar 2g de MgSO4 anidro; 18) Tampar o frasco e agitar ocasionalmente até que o líquido apresente-se límpido; 19) Se necessário decantar a solução e repetir o tratamento com 0,5g do agente secante. Efetuar filtração.

20) Montar um sistema de destilação simples*; 21) Coletar a fração destilada entre 134 – 143ºC recebendo o destilado em um erlenmeyer tarado, mantido em banho de gelo;

Fase aquosa (inferior): Na+, Ac-, SO2-

4, HSO-4e H3O+.

Traços: acetato de isopentila, álcool isopentílico.

Fase orgânica (superior): acetato de isopentila; Traços: H2O, álcool isopentílico, HSO-

4,SO2-4, Ac- e Na+.

Fase aquosa (inferior): Na+, Ac-, Cl-. Traços: acetato de isopentila; álcool isopentílico, HSO-

4, SO2-4.

Fase orgânica (superior): acetato de isopentila; Traços: H2O, álcool isopen., HSO-

4, SO42-, Cl-, Ac- e Na+.

Fase Orgânica: acetato de isopentila Traços: Na+, HSO4

-, SO42-, Cl-,

acetato e álcool isopentílico

* A vidraria deve estar seca.

* Transferir pela parte superior do funil de separação.

Descartar

Acetato de Isopentila

* Efeito salting-out.

22) Pesar o produto e calcular o rendimento; 23) Anotar a pressão e corrigir o P.E.; 24) Armazenar o produto obtido num frasco rotulado contendo faixa de destilação, massa, data e componentes do grupo.

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