UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PRÁTICAS DE QUÍMICA ORGÂNICA – QUI-703

Curso: Ciência e Tecnologia de Alimentos

Prof. Dr. Leandro Vinícius Alves Gurgel

legurgel@iceb.ufop.br , disponível em http://www.iceb.ufop.br/dequi/index.php/md-leandro

SETOR DE QUÍMICA ORGÂNICA

Ouro Preto, 2014

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REQUISITOS BÁSICOS DE AVALIAÇÃO

Os seminários a serem apresentados como forma de avaliação do curso prático é

a descrição das atividades práticas desenvolvidas e das observações e resultados aos

quais o grupo chegou de alunos chegou. A descrição deve ser fiel aos procedimentos

adotados e aos fenômenos ocorridos e nunca ao que “deveria” ter ocorrido. Ou seja, a

descrição não deverá ser uma cópia do roteiro, mas sim do que foi feito e obtido. Como

os experimentos podem se desenrolar com pequenas variações entre os grupos é

importante que o grupo compare os seus resultados com os demais resultados dos

outros grupos e discuta os motivos de tais variações.

A seguir estão as instruções para a elaboração dos seminários:

1) O seminário deverá ser preparado em PowerPoint ou software similar. Na

necessidade de incluir desenhos de aparelhagem de laboratório ou estruturas químicas,

estas deverão ser desenhadas, escaneadas, copiadas da internet (desde que a fonte seja

referenciada e de origem fidedigna), xerocadas ou feitas por programas de computador

como Chemdraw;

2) Divida a apresentação segundo os itens:

Título (ou assunto) da aula prática com os nomes completos dos integrantes

do grupo que a realizou;

Fundamento teórico (porque realizar aquela investigação e quais são os

aspectos importantes relacionados);

Materiais utilizados (reagentes e vidraria);

Procedimentos (ou Métodos) (Justificar o uso dos métodos empregados);

Resultados (ou Observações)(Comparar os resultados obtidos com aqueles

obtidos pelos demais grupos da turma. Discutir criticamente os resultados

obtidos);

Conclusões (A que os resultados obtidos levaram e o que se pode concluir a

partir deles);

Bibliografia (Se houverem referências da internet citar a data de acesso e

incluir o link).

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3) No item Fundamento Teórico deverão ser discutidas as bases teóricas que sustentam

o assunto da aula. Além das anotações feitas com base na explanação do professor, é

altamente recomendável a consulta a fontes bibliográficas para enriquecimento do

tópico;

4) No item Materiais deverá ser englobado desde vidraria até reagentes empregados,

com atenção para a quantidade e a capacidade da vidraria até a marca dos produtos

utilizados;

5) Em Procedimentos descreva o que foi feito realmente pelo seu grupo, mesmo que

fuja a detalhes da técnica original;

6) Em Resultados e Conclusões serão mostrados todos os detalhes percebidos ao longo

do experimento, os cálculos feitos, os mecanismos químicos, a aparência dos reagentes

empregados e os produtos obtidos das reações. Muitas vezes, poderão ser tiradas

conclusões pelo grupo e essas deverão ser registradas. A discussão crítica dos resultados

deverá ser feita bem como a conclusão em cima dos mesmos;

7) No último item deverão ser registradas todas as fontes bibliográficas empregadas,

segundo as normas vigentes de apresentação de referências bibliográficas da ABNT

NBR 10520.

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PRÁTICA 01

ANÁLISE ELEMENTAR QUALITATIVA

(Combustão e Ensaio de Lassaigne)

Objetivo: Investigar a natureza orgânica de um composto orgânico através da

caracterização dos principais elementos químicos.

Materiais: Tubos de ensaio, béquer, conexões de vidro, rolhas de cortiça, pinças, bico

de gás, funil, papel de filtro, espátula metálica.

Reagentes: Sódio metálico, solução a 10% de hidróxido de bário, solução aquosa a 10%

de ácido acético, solução a 10% de acetato de chumbo, soluções aquosa de ácido nítrico,

nitrato de prata, ácido sulfúrico, solução de amoníaco, nitrito de sódio a 20%,

compostos orgânicos diversos, sulfato ferroso e óxido de cobre.

Aspectos de segurança: o aluno deverá usar jaleco (próprio), sapato fechado e as

mulheres deverão prender o cabelo. Durante essa aula prática o aluno deverá usar óculos

de segurança a ser fornecido pelo técnico responsável pelo laboratório.

Aspectos teóricos:

Os elementos mais comumente encontrados nos compostos orgânicos são o

carbono, o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio, o enxofre e os halogênios. A evidência

da natureza orgânica pode ser verificada através de um ensaio direto que constata a

presença dos elementos C e H. Neste método, uma ponta de espátula da amostra

(substância orgânica) é queimada na presença de óxido de cobre e o CO2 liberado é

borbulhado em uma solução de hidróxido de bário, o que leva a formação de um

precipitado, confirmando a presença de C, enquanto que gotículas de água nas paredes

do tubo confirmam a presença de H. A fim de verificar a presença de N, S e halogênios

em compostos orgânicos, faz-se necessário convertê-los em substâncias inorgânicas

ionizáveis, de modo que os ensaios iônicos de análise qualitativa inorgânica possam ser

aplicados. O melhor procedimento para essa conversão consiste em fundir o composto

orgânico com sódio metálico (ensaio de Lassaigne). Deste modo ocorre a formação de

sais de sódio: 1 - Cianeto (se Nitrogênio estiver presente na amostra), que pode ser

detectado através de reações que levem ao ferrocianeto férrico (azul da Prússia). É

possível que não ocorra formação do azul da Prússia. Isso pode ser atribuído a pouca

quantidade de sódio. 2 - Sulfeto (se Enxofre estiver presente na amostra), através de

reações que levem ao sulfeto de chumbo; 3 - Haletos (se Halogênios estiverem

presentes na amostra), através de reações que levem aos haletos de prata

correspondentes.

Procedimentos:

1- Caracterização dos elementos químicos N, S e X (análise elementar pelo Ensaio

de Lassaigne) Coloque uma ponta de espátula da amostra em um tubo de ensaio contendo um

pequeno pedaço de sódio metálico recém-cortado. Prenda-o com uma pinça e aqueça-o,

cuidadosamente, no bico de gás (pode haver liberação de gases combustíveis, portanto,

o aquecimento no início deve ser feito retirando o tubo periodicamente da chama).

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Continue o aquecimento até que o conteúdo se torne vermelho (sinal de fusão e

consequente decomposição da amostra). Adicione ao tubo ainda quente cerca de 10 mL

de água destilada com cuidado, (coloque o tubo dentro de um béquer); pois o tubo pode

se romper uma vez que o excesso de sódio reage energicamente com a água e as

substâncias minerais se dissolvem. Filtre a solução. Numere 4 tubos de ensaio e coloque

cerca de 1 mL (aproximadamente 1 cm de altura no tubo) da solução nos tubos de 1 a 3.

Ensaio do Nitrogênio: Pegue o tubo “1” e adicione uma ponta de espátula de sulfato

ferroso. Aqueça até perceber fervura e, então, acidifique com algumas gotas de solução

de ácido sulfúrico até notar a mudança de coloração para azul (cerca de três gotas).

Ensaio do Enxofre: Pegue o tubo “2” e acidifique a solução com três gotas de solução

de ácido acético. Adicione algumas gotas de solução de acetato de chumbo até notar

formação de precipitado preto (cerca de três gotas).

Ensaio do Halogênio: Pegue o tubo “3” e acidifique a solução com três gotas de

solução de ácido nítrico. Adicione algumas gotas de solução de nitrato de prata até a

formação de precipitado branco (AgCl), ou amarelo-pálido (AgBr), ou amarelo (AgI).

Caracterização do Halogênio: Se o teste for positivo para halogênio, decante a água-

mãe e trate o precipitado com solução diluída e aquosa de amoníaco. Se o precipitado

for branco e rapidamente solúvel na solução de amoníaco, está confirmada a presença

de cloro; se for amarelo-pálido e pouco solúvel, o bromo está presente; se for amarelo e

insolúvel, está indicada a presença de iodo. Um teste para confirmação de iodo pode ser

realizado acidificando 1-2 mL da solução de “fusão” com um ligeiro excesso de ácido

acético glacial e adicionando 1 mL de tetracloreto de carbono. Adicione, gota a gota,

solução de nitrito de sódio a 20%, com agitação constante. O aparecimento de cor

púrpura ou violeta na camada orgânica indica a presença de iodo.

REAÇÕES QUÍMICAS:

2 2

CuO

x yC H CO H O

(1)

2( ) 2 3( ) 2( )g sCO Ba OH BaCO H O (2)

( )

2

1) ,

22)

" "

( , , , , , ) sNa

H O

Solução de fusão

Amostra C H N S O X NaCN Na S NaX NaOH

(3)

4 4 6 2 46 [ ( ) ]NaCN FeSO Na Fe CN Na SO (4)

4 2 4 2 2 4 3 212 ( )

2FeSO H SO O Fe SO H O (5)

4 6 2 4 3 4 6 3 2 4

Azulda Prússia

3 [ ( ) ] 2 ( ) [ ( ) ] 6Na Fe CN Fe SO Fe Fe CN Na SO (6)

2 3 2 ( ) 3( ) 2sNa S CH COO Pb PbS CH COONa (7)

3 ( ) 3sNaX AgNO AgX NaNO (8)

Resultados

Anote o resultado de cada teste realizado na tabela 1, a seguir, usando um sinal

positivo (+) ou um sinal negativo (-) para a presença ou não de cada elemento

pesquisado, respectivamente.

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Tabela 1. Resultados obtidos na identificação dos elementos constituintes de uma amostra (composto

orgânico).

Elemento pesquisado Resultado obtido

C

H

O

S

Halogênios

Cl

Br

I

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PRÁTICA 02

SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

Objetivos: Identificar as classes de substâncias orgânicas através do teste de

solubilidade.

Material: Balança, béquer de 50 mL, tubos de ensaio, pipetas de Pasteur, espátula

metálica, papel de tornassol azul e vermelho, pipetas graduadas de 5,0 mL.

Reagentes: amostras variadas, solução de ácido clorídrico 5%, ácido sulfúrico

concentrado (96%), ácido fosfórico concentrado (85%), solução de bicarbonato de sódio

5%, éter dietílico, solução de hidróxido de sódio 10% e solução de hidróxido de sódio

5%.

Aspectos Teóricos:

Existem diversas maneiras de se identificar uma substância. Os procedimentos

variam de testes qualitativos simples (identificação de grupos funcionais) as mais

sofisticadas técnicas instrumentais, como espectroscopia no infravermelho, ressonância

magnética nuclear, espectrometria de massas, etc.

Quando se conhece algo sobre a origem do composto, como reagentes utilizados

em seu preparo e condições reacionais, etc., é possível estimar algo sobre a natureza da

substância desconhecida. Entretanto, há casos em que não se tem qualquer antecedente

sobre o composto a ser identificado, o que torna bem mais difícil a tarefa de

identificação.

Conhecendo a estrutura de um composto orgânico é possível predizer em que

tipo de solvente o composto se dissolverá. Esta predição baseia-se na presença de certos

grupos funcionais (carboxila, hidroxila, grupo amino, etc.) e na possibilidade de

interações desses grupamentos com as moléculas do solvente.

Sendo conhecida a solubilidade do composto orgânico em determinados

solventes é possível seguir o raciocínio inverso ao anterior e prever que tipos de

grupamentos funcionais estarão presentes na molécula. Unindo os testes de solubilidade

a outras técnicas (análise elementar, preparação de derivados, espectroscopias e etc.) é

possível deduzir a estrutura de um composto orgânico.

Os testes de solubilidade são feitos utilizando-se solventes como água destilada,

éter dietílico, solução de hidróxido de sódio 5%, de bicarbonato de sódio 5%, de ácido

clorídrico 5% e ácido sulfúrico concentrado e etc.

Os resultados finais dos testes definem as classes de compostos orgânicos

possíveis para o composto cuja solubilidade está sendo testada conforme apresentado na

Figura 1. As classes de substâncias determinadas pelos testes de solubilidade

correspondem aos seguintes grupos de compostos orgânicos: S1, S2, SA, SB, A1, A2, B,

N1, N2, I e MN.

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Figura 1. Classificação dos compostos orgânicos pela solubilidade.

S2 – Sais de ácidos orgânicos, cloridratos de aminas, aminoácidos e compostos

polifuncionais.

SA – Ácidos monocarboxílicos com cinco átomos de carbono ou menos e ácidos

arenossulfônicos.

SB – Aminas monofuncionais com seis átomos de carbono ou menos.

S1 – Álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas, com cinco átomos de

carbono ou menos (monofuncionais).

A1 – Ácidos orgânicos fortes: ácidos carboxílicos com mais de seis átomos de

carbono, fenóis com grupos eletrofílicos em posição orto e para, e -dicetonas.

A2 – Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas,

tiofenóis, todos com mais de cinco átomos de carbono. Incluem-se também as -

dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio em e as sulfonamidas.

B – Aminas alifáticas com oito ou mais carbonos, anilinas (somente um grupo fenil

ligado ao nitrogênio) e alguns oxiéteres.

N1 – Álcoois, aldeídos, metilcetonas, cetonas cíclicas e ésteres com um só grupo

funcional e mais de cinco átomos de carbono, mas menos do que nove. Éteres com

menos de oito átomos de carbono e epóxidos.

N2 – Alquenos, alquinos, éteres, compostos aromáticos (especialmente os que têm

grupos ativantes) e cetonas (exceto as da classe N1).

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I – Hidrocarbonetos saturados, alcanos halogenados, haletos de arila, éteres

diarílicos e compostos aromáticos não ativos.

MN – Diversos compostos neutros, com mais de cinco átomos de carbono, contendo

nitrogênio ou enxofre (esta informação deve ser obtida por meio de análise

elementar).

Nesta prática, serão realizados testes de solubilidade com diferentes compostos

orgânicos.

Os testes de solubilidade deverão ser realizados seguindo-se toda a sequência de

testes de solubilidade apresentados na Figura 1. Importante: após cada teste, medir a

massa ou o volume de uma nova quantidade de amostra para dar prosseguimento aos

testes de solubilidade.

O primeiro teste de solubilidade deve ser feito com a água destilada e a partir do

resultado, seguir a sequência adequada (Figura 1). Por exemplo, se a amostra for solúvel

em água destilada seguir para o teste com éter dietílico utilizando-se uma nova amostra

em um novo tubo de ensaio. Se o composto for solúvel em éter dietílico, verificar o pH

da solução com papel de tornassol (vermelho se o pH é ácido, azul se o pH é básico e

roxo se o pH é neutro) (a mudança de cor ocorre para variações no pH de 4,5 a 8,3),

classificando-o nas classes SA, SB ou S1. Caso o composto seja insolúvel em éter

dietílico será classificado como pertencente à classe S2.

ATENÇÃO! Sendo a substância solúvel em água destilada automaticamente exclui-

se a realização dos testes com solução de NaOH 5%, NaHCO3 5%, HCI 5%, H2SO4

(96%) e H3PO4 (85%). O raciocínio inverso é válido para uma substância insolúvel em

água destilada.

Procedimentos:

Para cada teste a ser realizado, utilizar nova amostra. De modo a otimizar os

experimentos realize todos os testes necessários com cada amostra-problema até

que ela seja definitivamente classificada.

a) Colocar 0,1 g da amostra sólida ou o equivalente (0,2 mL ou 3 gotas) da amostra

líquida em 3 mL do solvente em que se quer testar a solubilidade. Agitar

vigorosamente o tubo de ensaio por aproximadamente 3 minutos e observar se

ocorreu solubilização da amostra. Realizar os testes propostos:

1º teste: deve ser feito com água destilada. Se a amostra for solúvel, realizar o 2º teste.

Se for insolúvel, passar diretamente para o 3º teste.

2º teste: se a substância for solúvel em água destilada faça o teste com éter dietílico. Se

for insolúvel em éter dietílico, ela pertence ao grupo S2. Se ela for solúvel em éter

dietílico, é classificada como SA, SB ou S1, dependendo do pH da sua solução aquosa, o

qual é determinado com papel de tornassol.

3º teste: se a amostra for insolúvel em água destilada testa-se a sua solubilidade em

solução aquosa de NaOH 5%. Se for solúvel nesta solução realize o 4º teste; se

insolúvel, passe para o 5º teste.

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4º teste: teste a amostra em solução aquosa de NaHCO3 5%. Se for solúvel, pertence à

classe A1 e, se for insolúvel, à classe A2.

5º teste: faça o teste com solução aquosa de HCI 5%. Se a amostra for insolúvel nesse

solvente e se houver a informação (por meio de análise elementar) de que ela é neutra e

possui nitrogênio ou enxofre, ela pertencerá à classe MN. Caso seja solúvel, ela

pertence à classe B. Se for insolúvel e não houver sido classificada com MN, faça o 6º

teste.

6º teste: realize o teste com H2SO4 (96%). Se a amostra for solúvel, faça o teste com

H3PO4 (85%). Se for insolúvel, ela pertence à classe I.

Anotar os resultados dos testes realizados na tabela a seguir:

Tabela 2. Resultados obtidos na identificação das amostras pelo teste de solubilidade (composto

orgânico).

Amostra Água Éter NaOH 5% HCI 5% NaHCO3 5% H2SO4 96% Classe

1

2

3

4

5

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PRÁTICA 03

DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO

Objetivos: Determinação do ponto de fusão da amostra recristalizada e impura.

Materiais: Tubos de Thiele, termômetro, tubos capilares, bico de Bünsen, suporte, tripé,

garra e mufa.

Reagentes: Glicerina e amostra da substância recristalizada e impura.

Aspectos teóricos:

A maioria dos compostos orgânicos utilizados em laboratórios de química é

sólida ou líquida;

O grau de pureza química desses compostos pode ser avaliado pela

determinação das constantes físicas, pois as substâncias puras possuem

propriedades físicas específicas e bem definidas;

Impurezas produzem, geralmente, um alargamento no intervalo de fusão,

além de abaixarem essa temperatura;

Uma substância orgânica e cristalina é considerada pura se a temperatura

de fusão compreender uma variação de 0,5 a 1,0°C;

Se a substância for impura, a temperatura de fusão varia de 2°C a 5°C;

Se for uma mistura, a temperatura de fusão sofre uma variação maior do que

5°C;

A medida de temperatura de fusão pode ser feita em aparelhagem apropriada

(aparelhos para a determinação de temperatura de fusão – fusômetro

analógico) ou através de montagens e adaptações realizadas em laboratórios.

A fonte de aquecimento dependerá do tipo de aparelhagem utilizada, que

pode ser um banho de aquecimento (óleo mineral ou glicerina) ou

aquecimento elétrico.

O ponto de fusão é usado como critério para avaliar o grau de pureza de um

composto, ou ajudar na sua identificação através de comparações com tabelas de pontos

de fusão.

Figura 1. Montagem para determinação de temperatura de fusão.

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Para determinar corretamente a temperatura de fusão de um sólido, devem ser

observadas todas as suas mudanças, conforme apresentado na Figura 2.

Figura 2. Transformações ocorridas no intervalo de fusão.

Procedimentos:

Determinação do ponto de fusão da amostra

Utilizando um sistema apropriado, determine as faixas de fusão (valores de

temperatura de início e término da fusão) para a amostra recristalizada e impura. Para

isso, feche uma das extremidades de um capilar de fusão girando-o ao leve contato com

a chama do bico de gás. Coloque um pouco da amostra num vidro de relógio e introduza

a substância no capilar tocando-a com a extremidade aberta do mesmo. Talvez seja

necessário pulverizar o sólido. Para tal use um bastão de vidro ou a espátula. Com

auxílio de um tubo longo de vidro compacte o sólido no fundo do capilar (deixando o

tubo capilar cair até atingir o fundo do tubo de vidro, com a extremidade fechada para

baixo e dentro do tubo longo de vidro). Verifique a quantidade de sólido no tubo capilar

(cerca de 2 mm de altura no capilar) e codifique o tubo capilar utilizando pincel

atômico.

Com o auxílio de uma gominha de látex fixe cuidadosamente os dois tubos

capilares ao termômetro de modo que as substâncias fiquem na mesma altura do bulbo

do termômetro e a gominha o mais próximo possível das extremidades abertas dos

capilares.

Prenda o termômetro a uma garra, de modo que o bulbo do termômetro fique

totalmente submerso no líquido. Cuide para que a gominha não seja atingida pela

glicerina, nem mesmo após o aquecimento.

Este sistema deve ser aquecido gradualmente (o aquecimento deverá se dar a

uma velocidade de 1°C por minuto, aproximadamente), enquanto o material no

capilar é cuidadosamente observado. Devem ser registradas a temperatura na qual a

primeira gota de líquido se forma e aquela em que os últimos cristais de sólido

desaparecem.

Questões:

1) Qual a faixa de temperatura que a maioria dos compostos orgânicos se funde?

2) Uma determinada substância na mudança de estado (sólido para líquido) possui uma

ampla faixa de temperatura de fusão. O que isso indica?

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3) Explique: Duas amostras puras de um mesmo composto deverão fundir a uma mesma

temperatura. Entretanto, duas amostras desconhecidas que se fundem a uma mesma

temperatura não são necessariamente o mesmo composto.

4) Discuta sobre os valores de faixa de fusão obtidos para sua amostra pura e impura.

5) Identifique, a partir dos dados obtidos, a natureza da sua amostra.

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PRÁTICA 04

CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA DE SÍLICA

Objetos: separar, identificar, purificar e dosar misturas moleculares.

Materiais: Placas de vidro comum, cubas cromatográficas, capilares de vidro, béqueres

de 50 mL e provetas de 50 mL.

Reagentes: solventes e compostos orgânicos.

Aspectos Teóricos A cromatografia tem sido definida, em princípio, como um processo de

separação que é utilizado essencialmente para a separação e identificação de misturas

moleculares, bem como para purificação e dosagem das mesmas. O processo se baseia

na redistribuição das moléculas da mistura entre duas ou mais fases. A distribuição se

passa entre uma fase estacionária (suporte) e um fluido móvel (eluente) que está em

contato íntimo com ela. Trataremos apenas de aspectos selecionados da cromatografia

de partição sobre celulose (papel) e cromatografia em camada delgada (cromatoplacas).

Cromatografia de Partição: Na cromatografia de papel o suporte é o próprio papel (o

papel de filtro é constituído de celulose, que contém aproximadamente 22 % de água

adsorvida), ou ainda um papel tratado (introdução de grupos dietilaminoetílicos,

carboxílicos ou de grupos fosfatos). A técnica simplificada da cromatografia de partição

em papel consiste em aplicar (com o auxílio de um capilar) uma solução, contendo a

mistura a ser analisada, próximo à extremidade de uma tira de papel de filtro com 8,0

cm de comprimento e 3,0 cm de largura (Figura 1a). Deposita-se então, a tira com a

amostra adsorvida, dentro da câmara cromatográfica (previamente saturada com o vapor

do eluente) (Figura 1b). O eluente passa, por ação de capilaridade, sobre a mancha

(amostra adsorvida no papel) (Figura 1a) arrastando os componentes com velocidades

diferentes. Os componentes a separar sofrem uma partição entre a fase aquosa suportada

numa matriz inerte de celulose e o solvente orgânico usado numa fase móvel (Figura

1c).

Figura 1. Cromatoplacas. (a) Preparada para separação; (b) no instante inicial após ser introduzida na

cubra cromatográfica; (c) após o eluente percorrer a placa por capilaridade e (d) fora da cubra

cromatográfica para aferir as distâncias percorridas pelas amostras e pelo eluente (Rf).

O valor de Rf (“fator de retenção”) mede a velocidade do movimento da zona

relacionada com a distância percorrida pelo eluente em relação à distância percorrida

pela zona da substância. Os valores de Rf devem ser menor do que a unidade. Quando

este for igual a zero, conclui-se que a substância não se deslocou, quando for igual a

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unidade, conclui-se que a mesma se moveu junto com o solvente. Para ambos os casos,

a escolha do eluente não foi apropriada, devendo-se procurar então um novo eluente ou

uma nova mistura eluente.

Muitas das substâncias separadas por este processo não são coloridas (Figura

1d). A cor pode ser desenvolvida momentaneamente (para determinados compostos) por

exposição do sistema à luz ultravioleta (fluorescência). Pode-se também converter tais

substâncias incolores a derivados coloridos quando o sistema é pulverizado com um

reagente apropriado (sulfato cérico, ninidrina, cloreto férrico, entre outros ) ou expondo

a cromatoplaca a atmosfera saturada com I2.

Cromatografia de Adsorção (cromatoplaca): Na cromatografia de camada fina o

adsorvente é espalhado sob a forma de um revestimento numa placa de vidro, folha

plástica ou de alumínio. O desenvolvimento do cromatograma é semelhante à

cromatografia em papel. A cromatografia em camada fina apresenta algumas vantagens

em relação à cromatografia em papel, tais como, maior nitidez, alta sensibilidade,

grande rapidez e ainda, a possibilidade do emprego de solventes e reveladores

normalmente nocivos ao papel (à base de ácidos concentrados e compostos fortemente

oxidantes).

Procedimentos:

A- Separação dos componentes de uma mistura: Com um tubo capilar, aplicar a 1,0

cm de altura em relação à extremidade inferior da placa cromatográfica uma gota da

mistura em questão.

Cuidado para que a mancha formada não ultrapasse o diâmetro de 3 mm,

deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. Levar o sistema para a

eluição dentro da câmara cromatográfica, contendo o eluente adequado. O nível de

eluente deve estar abaixo do nível das manchas na placa.

Deixar o eluente subir até a demarcação superior da placa. Retirar a placa depositando-a

sobre a bancada para secar. Observar e marcar levemente as manchas, anotar os

resultados. Calcule os Rf. Se as manchas forem incolores, levar o sistema para a

exposição à luz ultravioleta, ou câmara de iodo, observar e marcar as manchas

reveladas.

B- Identificação de um desconhecido usando padrões como referência: Usando um

tubo capilar, aplicar a 1,0 cm de altura em relação à extremidade da cromatoplaca uma

gota da amostra conhecida A. Cuidar para que a mancha formada não ultrapasse o

diâmetro de 3 mm, deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. E por

fim, aplicar duas gotas da amostra desconhecida B no ponto 2. Levar o sistema para a

eluição dentro da câmara cromatográfica. Deixar o eluente subir até 8,0 cm da placa.

Retirar a cromatoplaca depositando-a sobre a bancada para secar. Levar o sistema para a

revelação. Observar a diferença das manchas.

Questões:

1- Calcule os valores de Rf para cada uma das substâncias reveladas nas placas

cromatográficas e compare com o valor obtido pelos demais grupos.

2- Identifique a amostra desconhecida B.

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PRÁTICA 05

CROMATOGRAFIA EM COLUNA

Objetivos: Purificação e separação de um composto orgânico.

Materiais: coluna de vidro, algodão, béquer, funil, rolha de borracha, proveta e pipeta

de Pasteur.

Reagentes: etanol, sílica gel, ácido acético e etanol, mistura de ácido acético e etanol,

1:1 (v/v).

Aspectos teóricos: Os componentes de uma amostra movem-se com o solvente pela

coluna com velocidades diferentes, dependendo de vários fatores, tais como a natureza

de cada substância, a natureza do solvente e a atividade do adsorvente. A separação dos

constituintes de uma mistura é efetuada através da passagem do solvente pela coluna e

baseia-se na interação dos componentes da amostra e do solvente com a superfície do

adsorvente. Um adsorvente sólido ativo tem uma grande área superficial, dispondo de

inúmeros sítios polares que podem se combinar reversivelmente ou adsorver pequena

concentração de substâncias, através de forças de atração eletrostáticas. O solvente

movendo-se pela superfície do adsorvente compete com a amostra adsorvida e com o

adsorvente, e então desloca seus constituintes reversivelmente e continuamente pela

coluna. Este processo pode ser visualizado como uma competição entre a amostra, o

solvente e o adsorvente, e pode ser expresso pelo seguinte equilíbrio:

amostra-adsorvente solvente amostra-solvente

A velocidade de eluição dos componentes vai depender da natureza de cada um

destes. Compostos polares ou polarizáveis, tais como álcoois, ácidos carboxílicos,

amidas e aminas, são adsorvidos mais fortemente e eluídos menos prontamente do que

compostos pouco polares, tais como compostos halogenados, aldeídos, cetonas, éteres e

hidrocarbonetos.

A atividade do adsorvente sólido vai também determinar a velocidade com que

as substâncias são eluídas. A atividade é determinada pelo seu conteúdo de água e pela

granulação das partículas. O solvente empregado também afetará a velocidade de

eluição. Quanto mais polar for o solvente, mais rapidamente os componentes se

moverão. A escolha do solvente vai ser determinada pela natureza dos componentes a

serem separados. Solventes pouco polares são empregados para substâncias fracamente

adsorvidas e solventes polares para aquelas fortemente adsorvidas. Alguns solventes

normalmente utilizados estão listados a seguir na ordem de aumento de polaridade:

Hexano < tetracloreto de carbono < tolueno < diclorometano < clorofórmio < éter

etílico < acetato de etila < etanol < metanol < água.

Procedimentos: Adapte um chumaço de algodão na parte inferior da coluna. Pese 2,0 g

de sílica gel em um béquer e adicione cerca de 10 mL de etanol, agite bem a suspensão

com o auxílio de um bastão de vidro e transfira todo o material para a coluna com o

auxílio de um funil, recolhendo o solvente a eluir em outro recipiente. A sílica deve

ficar muito bem compactada, e para isso utiliza-se uma rolha de borracha presa a um

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bastão de vidro para golpear a coluna levemente, até que a altura (compreendida pela

sílica) permaneça inalterada. Durante toda a operação nunca permita que a sílica fique

sem o solvente. Depois de colocada toda a sílica na coluna, introduza a solução de uma

a duas gotas da solução de azul de metileno e fucsina com o auxílio de uma pipeta de

Pasteur. Deixe o material acomodar (lembre-se de nunca deixar a sílica secar) e só então

adicione mais quantidade do eluente (etanol).

A separação terá início e a fucsina ácida começará a se separar da mistura.

Eluída toda a fucsina, aumente a polaridade do eluente usando mistura de etanol e ácido

acético 1:1 (v/v). Começará a ser arrastado o azul de metileno que após algum tempo

sairá nas frações eluídas. Estará assim efetuada a separação dos dois corantes.

Questões:

1-Qual é a função da sílica gel na cromatografia em coluna?

2- Correlacione a polaridade com a estrutura dos componentes da mistura.

3- Quais os cuidados necessários ao empacotar uma coluna?

18

PRÁTICA 06

DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR: EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE CRAVO

Introdução

O cravo é uma planta usada como tempero desde a antiguidade. Era uma das

mercadoras entre as especiarias da China que motivaram inúmeras viagens de

navegadores europeus para o continente asiático. Na China os cravos eram usados não

só como condimentos, mas também como antisséptico bucal. Qualquer um com

audiência com o imperador precisava mascar cravos para prevenir o mau hálito.

Viajantes arábicos já vendiam cravos na Europa ainda no Império Romano. O cravo

também tem sido utilizado há mais de 2000 anos como uma planta medicinal. Os

chineses acreditavam em seu poder afrodisíaco. O óleo de cravo é um potente

antisséptico. Seus efeitos medicinais compreendem o tratamento de náuseas,

flatulências, indigestão, diarreia, tem propriedades antibactericidas e antivirais e é usado

também com anestésico para o alívio de dores de dente. O eugenol também é

empregado na indústria de cosméticos.

O conteúdo total de óleo em cravos (de boa qualidade) chega a 15%. O óleo é

constituído, basicamente, por eugenol (70 a 80%), acetato de eugenol (15%) e -

cariofileno (5 a 12%).

A destilação por arraste a vapor é geralmente aplicada a folhas e ervas, mas nem

sempre é indicada para extrair-se o óleo essencial de sementes, raízes, madeiras e

algumas flores, porque devido às altas pressões e temperaturas empregadas no processo

as frágeis moléculas aromáticas podem perder seus princípios ativos. Qualidade do

produto final: satisfatória, para óleos essenciais de folhas e ervas que não sofrem

modificações com altas temperaturas e pressões.

Empregada para destilar substâncias que se decompõem nas proximidades de

seus pontos de ebulição e que são insolúveis em água ou nos seus vapores de arraste.

Esta operação baseia-se no fato de que, numa mistura de líquidos imiscíveis, o ponto de

ebulição será a temperatura na qual a soma das pressões parciais dos vapores é igual à

da atmosfera, o que constitui uma decorrência da lei das pressões parciais de Dalton. Se,

em geral, o arraste se faz com vapor d’água, a destilação, à pressão atmosférica,

resultará na separação do componente de ponto de ebulição mais alto, a uma

temperatura inferior a 100ºC.

Matematicamente, a pressão total de uma mistura de gases pode ser definida

como:

1 2 ... nP p p p

19

onde p1, p2,..., pn representam a pressão parcial de cada componente na mistura.

É assumido que os gases não reagem um com o outro. Portanto, a pressão parcial

do componente na mistura é:

i ip P x

onde xi é a fração molar do enésimo componente na mistura total de n componentes.

Objetivos

Isolar o eugenol (4-alil-2-metoxifenol) do óleo de cravo (Eugenia caryophyllata)

pela técnica de destilação por arraste a vapor, separá-lo da solução aquosa obtida e secá-

lo.

Procedimento Experimental

Materiais

Cravos, cloreto de metileno (CH2Cl2), sulfato de sódio anidro, sistema de

destilação por arraste a vapor, frasco Erlenmeyer de 125 mL, funil de separação de 250

mL e béquer de 100 mL.

Extração do eugenol

Monte a aparelhagem conforme a Figura 1. O frasco coletor de 125 mL pode ser

um frasco Erlenmeyer e a fonte de calor uma manta elétrica ou um bico de Bünsen

equipado com um suporte contendo uma tela de amianto.

Figura 1. Exemplo de montagem para destilação por arraste a vapor

Coloque 10 g de cravos num balão de fundo chato de 1 L e adicione 150 mL de

água. Inicie o aquecimento de modo a ter uma velocidade de destilação lenta, mas

constante. Durante a destilação observe o vapor de água percolando os cravos e

extraindo o eugenol. O vapor condensado na coluna de condensação reta tem uma cor

20

turva para o branco, sinal de que o eugenol está sendo extraído. Continue a destilação

até coletar cerca de 100-150 mL do destilado. Transfira o destilado para um funil de

separação de 250 mL. Extraia o destilado com três porções de cloreto de metileno (10

mL cada). Separe as camadas (orgânica e aquosa) e despreze a fase aquosa coletando a

fase orgânica em um béquer de 100 mL. Traços de água presentes no solvente deverão

ser retirados com a ajuda de um sal dessecante (sulfato de sódio anidro). Adicione

sulfato de sódio anidro para secar a fase orgânica. Filtre a mistura em papel de filtro

pregueado, coletando o filtrado em outro béquer de 100 mL previamente tarado. Após a

filtração concentre a mistura utilizando um banho-maria na capela, transfira o líquido

restante para um béquer de 50 mL previamente tarado e concentre o conteúdo

novamente por evaporação em banho-maria até que somente um resíduo oleoso

permaneça. Seque o béquer de 50 mL e pese. Determine a massa de óleo extraída e

calcule o rendimento da extração com base na massa de cravo utilizada na extração.

Calcule também o volume de óleo extraído (densidade = 1,06 g/mL).

Figura 2. Estrutura química do eugenol e suas propriedades físicas (Pressão de vapor da água a 100ºC =

760 torr, a altura do mar)

Tabela 1. Dados obtidos no experimento de extração do eugenol

Massa de

cravo (g)

Massa

béquer

vazio (g)

Massa

béquer com

óleo (g)

Massa de

óleo obtida

(g)

Volume de

óleo obtido

(mL)

Porcentagem

de óleo no

cravo (%)

Questões:

1) Porque é necessário usar a destilação por arraste a vapor para extrair o eugenol?

2) Correlacione a estrutura química do eugenol com as suas propriedades físicas.

3) É necessário conhecer o teor de umidade dos cravos para se calcular o rendimento

de extração?

21

PRÁTICA 07

PREPARAÇÃO DO BENZOATO DE EUGENILA

Introdução

A química de produtos naturais é uma área importante de pesquisa na Química

Orgânica. Compostos obtidos de fontes naturais têm sido isolados por ter uma ampla

gama de propriedades como atividade anticancerígena a anestésicos locais e uma

multiplicidade de usos de aromatizantes a corantes.

Como é difícil purificar o eugenol extraído dos cravos da Índia ou mesmo

caracterizá-lo através de suas propriedades físicas pode-se convertê-lo em um derivado.

Este derivado será obtido através da reação do eugenol com cloreto de benzoíla (Figura

1). O produto formado é o benzoato de eugenila 2, um composto cristalino com ponto

de fusão bem definido.

Figura 1. Rota sintética usada para preparar o benzoato de eugenila

Objetivos

O objetivo dessa prática é preparar o benzoato de eugenila a partir do eugenol

extraído dos cravos da Índia, purifica-lo e determinar o seu ponto de fusão.

Procedimento Experimental

Materiais

Eugenol, cloreto de benzoíla, solução de hidróxido de sódio 5%, etanol 95%,

tubo de ensaio, funil de separação de 125 mL, balão de fundo chato de 100 mL, barra

magnética, placa agitadora, éter etílico, banho de gelo triturado, pipeta de Pasteur,

béquer de 50 mL, suporte universal e garra, funil de Büchner, kitassato, papel de filtro.

Preparação do derivado do eugenol

Pese o eugenol, 1 (0,5 g, MM = 164,08 g/mol, 3,23 mmols) em um tubo de

ensaio (dentro de um béquer) e adicione cerca de 10 mL de solução de hidróxido de

sódio 10% (MM = 40 g/mol, 25 mmols) gota a gota até que o óleo marrom se dissolva

sob agitação magnética constante (a solução pode ser turva, mas nenhuma gotícula de

22

óleo deve ser visível). Transfira o conteúdo do tubo de ensaio para um funil de

separação de 125 mL e adicione duas porções de 10 mL de éter dietílico cada (uma

extração de cada vez por porção de 10 mL), colete a camada inferior em um béquer de

50 mL e despreze a camada etérea (superior). Transfira a fase aquosa (marrom)

contendo o eugenolato de sódio para um balão de fundo redondo de 50 mL contendo

uma barra magnética e sob agitação magnética suave adicione o cloreto de benzoíla (1,0

mL, MM = 140,57 g/mol, d = 1,21 g/mL, 1,21 g, 8,61 mmols) gota a gota. Deixe a

mistura reagir por 5 minutos. Esfrie a mistura em um banho de gelo. O sólido, benzoato

de eugenila, deve ser coletado por filtração a vácuo em um funil de Büchner e lavado

com água gelada (5 mL). Caso um sólido branco não seja formado e sim um líquido

viscoso branco com aspecto de óleo, recolha a água mãe com o auxílio de uma pipeta de

Pasteur deixando o mínimo possível, sem arrastar o produto. Em seguida adicione

etanol 95% gota a gota sob agitação até que o produto precipite. O produto impuro tem

aspecto marrom claro. O produto impuro pode ser recristalizado em etanol para dar o

benzoato de eugenila, 2, (cristais com formato de pequenas agulhas brancas). Para

recristalizar o produto transfira o sólido impuro para um erlenmeyer de 125 mL e

adicione cerca de 20 mL de etanol 95% e também três pontas de espátula de carvão

ativado. Deixe a suspensão entrar em ebulição e agite casualmente para evitar projeção.

Filtre a suspensão em funil de Büchner a quente. Recolha o filtrado em um recipiente

menor e resfrie em banho de gelo para que o produto purificado recristalize. Caso

necessário atrite a parede do recipiente com um bastão de vidro. Use filtração simples

para recuperar os cristais brancos. Seque os cristais em dessecador de uma semana para

a outra sob vácuo, determine o rendimento e o ponto de fusão (benzoato de eugenila, 2,

MM = 268,11 g/mol, P.F. = 70ºC a 760 mmHg).

Tabela 1. Dados obtidos no experimento de preparação do derivado do eugenol

Massa de

eugenol (g)

Massa de

benzoato de

eugenila (g)

Rendimentoa

(%)

Faixa de

fusão (ºC)

a Deve ser determinado com base no rendimento teórico (100% de conversão) e a massa

de benzoato de eugenila obtida.

Questões:

1) Porque é necessário preparar um derivado do eugenol para caracterizá-lo?

2) Que resultado você esperaria com relação ao valor da faixa de fusão do produto

impuro e do recristalizado?

3) Porque é necessário extrair a solução contendo o eugenolato de sódio com éter

etílico?

4) Dê o mecanismo completo da reação de preparação do derivado.

23

PRÁTICA 08

EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA

Introdução

Alcaloides são substâncias orgânicas nitrogenadas de caráter básico, geralmente

de origem vegetal, e que provocam efeitos fisiológicos característicos nos organismos

humanos. Nem todas as substâncias classificadas como alcaloides obedecem

rigorosamente a todos os itens desta definição, por exemplo, o alcaloide da pimenta

(piperina) não é básico, mas tem acentuada ação fisiológica. Do ponto de vista químico,

os alcaloides não constituem um grupo homogêneo de substâncias. Quase todos, porém,

apresentam estrutura química derivada de um composto heterocíclico. Uma

classificação química de alcaloides baseia-se na estrutura deste heterociclo: alcaloides

da piridina (nicotina), da xantina (cafeína), da quinolina, do pirrol, do indol, da

piperidina, etc.

Certas famílias vegetais são particularmente ricas em alcaloides, por exemplo, as

rubiáceas (café) e as solanáceas (fumo).

A cafeína (1,3,7-trimetilxantina, 1) pertence à família dos alcaloides xantínicos

(Figura 1).

Figura 1. Alguns exemplos de alcaloides xantínicos

A cafeína foi isolada do café por Runge em 1820 e do chá preto por Oudry em

1827. Ela é encontrada ainda no guaraná, erva-mate e em outros vegetais, e é

responsável pelo efeito estimulante de bebidas como chá e café e de refrigerantes como

Coca-Cola e Pepsi-Cola. Ela é também um dos princípios ativos de bebidas ditas

“energéticas” como Red Bull, TNT e etc.

A cafeína provoca um efeito pronunciado no sistema nervoso central (SNC),

mas nem todos os derivados xantínicos são efetivos como estimulantes do SNC. A

teobromina, 4 (Figura 1), uma xantina encontrada no cacau, possui pouco efeito no

SNC, porém é um forte diurético e é utilizada em medicamentos para tratar pacientes

com problemas de retenção de líquidos como água. A teofilina, 3 (Figura 1), encontrada

no chá junto com a cafeína, também tem pouca ação no SNC, mas é um forte

estimulante do miocárdio, relaxando a artéria coronária, que fornece sangue ao coração.

A Teofilina, também chamada de aminofilina, é frequentemente usada no tratamento de

pacientes que tiveram parada cardíaca. Ela é também um diurético mais potente do que

a teobromina. Sendo um vasodilatador, ela é geralmente empregada no tratamento de

dores de cabeça causadas por hipertensão e asma.

A cafeína é relativamente tóxica (LD50 = 75 mg/kg), mas para se obter uma dose

letal de cafeína, o indivíduo deveria ingerir cerca de uma centena de xícaras de café em

24

um curto período de tempo. Na Tabela 1 são apresentadas as quantidades médias de

cafeína encontradas em algumas bebidas e alimentos.

Devido aos efeitos provocados pela cafeína no SNC, algumas pessoas preferem

usar café descafeinado. A descafeinação reduz o conteúdo de cafeína do café para

aproximadamente 0,03 a 1,2%.

Tabela 1. Porcentagem mássica de cafeína presente em algumas bebidas e alimentos

Bebida/Alimento Porcentagem mássica de cafeína (%)

Café (moído) 0,06-0,10

Café (instantâneo) 0,03-0,07

Café (expresso) 0,17-0,25

Café (descafeinado) 0,001-0,004

Chá 0,02-0,07

Chocolate 0,005

Coca-Cola 0,015

Metodologia

Alcaloides são aminas, e, portanto, formam sais solúveis em água quando

tratados com ácidos. A cafeína encontrada nas plantas apresenta-se na forma livre ou

combinada com taninos fracamente ácidos. A cafeína é solúvel em água, então pode ser

extraída de grãos de café ou das folhas de chá com água quente. Junto com a cafeína,

outros inúmeros compostos orgânicos são extraídos, e a mistura destes compostos é o

que confere aroma característico ao chá e ao café. Entretanto, a presença desta mistura

de compostos interfere na etapa de extração da cafeína com um solvente orgânico,

provocando a formação de uma emulsão difícil de ser tratada. Para minimizar este

problema utiliza-se uma solução aquosa de carbonato de cálcio. O meio básico promove

a hidrólise do sal de cafeína-tanino, aumentando assim o rendimento de cafeína

extraída.

Objetivos

O objetivo dessa prática é extrair a cafeína do chá Mate Leão, purificá-la e

determinar o seu ponto de fusão.

Procedimento Experimental

Materiais

Chá Mate Leão, carbonato de cálcio (CaCO3), diclorometano (CH2Cl2), tolueno,

éter de petróleo, sulfato de sódio anidro (Na2SO4)frasco Erlenmeyer de 250 mL, proveta

de 250 mL, funil de Büchner, kitassato, papel de filtro, funil de separação de 250 mL,

placa aquecedora, banho de gelo triturado, bastão de vidro e suporte universal e garra.

Extração e purificação da cafeína

25

Em um frasco Erlenmeyer de 250 mL pese 15,0 g de chá e 7,0 g de carbonato de

cálcio. Posteriormente com auxílio de uma proveta transfira 150 mL de água destilada

para o frasco Erlenmeyer de 250 mL. Aqueça a mistura até a fervura com agitação

casual para evitar projeção de material durante 20 minutos. Em seguida filtre a mistura

quente em funil de Büchner e esfrie o filtrado usando um banho de gelo triturado até a

temperatura ambiente.

Transfira o filtrado com o auxílio de um funil raiado para um funil de separação

e extraia a cafeína com 4 porções de 20 mL de diclorometano, uma de cada vez,

recuperando a fase orgânica em um béquer de 250 mL. Agite o funil de separação

suavemente para evitar a formação de emulsão! Seque a fase orgânica com sulfato de

sódio anidro e filtre usando um sistema de filtração simples por gravidade com papel de

filtro pregueado, coletando o filtrado em um béquer de 250 mL previamente tarado.

Evapore o solvente com um banho maria dentro da capela de exaustão até a secura. Pese

o resíduo esverdeado de cafeína bruta e calcule a porcentagem de alcaloide no chá.

O resíduo deve ser recristalizado, dissolvendo-o em 2-3 mL de tolueno (ou na

menor quantidade possível) a quente. Retire o béquer do aquecimento e adicione

algumas gotas de éter de petróleo (P.E. = 60-80°C) até formar o precipitado branco (a

solução ficará turva). Opcionalmente, a recristalização pode ser realizada utilizando-se

acetona a quente. Filtre a suspensão usando um sistema de filtração simples, deixe os

cristais secando em dessecador sob pressão reduzida e determine o ponto de fusão do

cristal. Compare o ponto de fusão com o descrito na literatura.

Alternativamente a cafeína pode ser caracterizada por cromatografia de camada

delgada de sílica usando acetato de etila como eluente. A amostra pode ser dissolvida

em etanol ou acetato de etila para ser aplicada na placa. Um padrão de cafeína deverá

ser utilizado para comparação com o Rf, fator de retenção, da amostra extraída. Para

mais detalhes vide a prática “cromotografia em camada delgada”.

Tabela 1. Dados obtidos no experimento extração da cafeína

Massa de

chá (g)

Massa de

alcaloide

(g)

Rendimentoa

(%)

Faixa de

fusão (ºC)

Questões:

1) Porque a cafeína é extraída em meio básico sob aquecimento?

2) Porque é necessário extrair a cafeína da solução aquosa usando diclorometano?

3) Em que se baseia o princípio de extração da cafeína usando um solvente

orgânico como o diclorometano?

4) Discuta a porcentagem de cafeína extraída, recristalizada e a metodologia

empregada na extração.

26

PRÁTICA 09

REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO

Introdução

Um sabão é um sal de sódio ou potássio de um ácido graxo de cadeia longa

obtido a partir da reação de saponificação. Os ácidos graxos contêm normalmente de 12

a 18 átomos de carbono. A fonte dos ácidos graxos pode ser tanto gordura animal

quanto vegetal, os quais são ésteres de ácidos carboxílicos. Eles têm uma alta massa

molar e contém um álcool, o glicerol. Quimicamente, estas gordutas e óleos são

chamados de triglicerídeos.

Sabões sólidos normalmente consistem de sais de sódio de ácidos graxos,

enquanto os líquidos consistem de sais de potássio de ácidos graxos. Um sabão como o

estereato de sódio consiste de um final de cadeia apolar (a cadeia de hidrocarboneto do

ácido graxo) e um polar (função carboxilato).

Figura 1. Estearato de sódio (sabão).

Porque “semelhante dissolve semelhante” o final apolar (parte hidrofóbica ou

não a fim de água) da molécula de sabão pode dissolver a sujeira gordurosa e a parte

polar ou iônica (hidrofílica ou a fim de água) da molécula é atraída por moléculas de

água. Portanto, a sujeira de uma superfície a ser limpa será retirada e suspensa em água.

Assim, o sabão age como um agente emulsificante, uma substância usada para dispersar

um líquido (moléculas de óleo) na forma de partículas finamente suspendidas ou

gotículas em outro líquido (moléculas de água).

O tratamento de gorduras e óleos com bases fortes como hidróxido de sódio

(NaOH) ou de potássio (KOH) faz com que eles sofram hidrólise (saponificação) para

formar glicerol e o sal de um ácido graxo de cadeia longa (sabão).

Ácidos graxos naturais são raramente de um único tipo em qualquer gordura ou óleo.

De fato, uma única molécula de triglicerídeo em uma gordura pode conter três resíduos

de ácido diferentes (R1COOH, R2COOH, R3COOH), e nem todos os triglicerídeos na

substância serão idênticos.

As gorduras e óleos que são mais comuns nas preparações de sabão são banha e

sebo de origem animal e óleos de coco, palmeiras e oliveiras de fontes vegetais. O

comprimento da cadeia de hidrocarboneto e o número de duplas ligações no sal de ácido

carboxílico da porção ácido carboxílico da gordura ou óleo determinarão as

propriedades do sal resultante. Por exemplo, o sal de uma cadeia de ácido longa

27

saturada pode fazer um sabão mais duro, mais insolúvel. A cadeia longa também afeta a

solubilidade.

Figura 2. Reação de saponificação (produção de sabão).

O sebo é o principal material gorduroso utilizado na fabricação de sabão. As

gorduras sólidas de gado são fundidas com o vapor e uma camada de sebo formada no

topo é removida. Fabricantes de sabão normalmente misturam sebo com o óleo de coco

e saponificam esta mistura. O sabão resultante contém principalmente os sais de ácido

palmítico, esteárico e oleico do sebo e sais de ácido láurico e mirístico de óleo de coco.

O óleo de coco é adicionado para produzir um sabão mais suave, mais solúvel. A banha

difere de sebo em que a banha contém mais ácidos oleicos.

Óleo de coco puro produz um sabão que é muito solúvel em água. É tão suave

que faz muita espuma mesmo em água salgada. O óleo de palma contém principalmente

dois ácidos, ácido palmítico e oleico, em igual quantidade. A saponificação deste óleo

produz um sabão que é um importante constituinte de sabonetes. O azeite de oliva

contém principalmente ácido oleico. Ele é usado para preparar sabão castela.

Sabonetes geralmente foram cuidadosamente lavados para ficar livre de qualquer

álcali remanescente após a saponificação. Tanto quanto possível o glicerol é

normalmente deixado no sabão, e perfumes e agentes medicinais são muitas vezes

adicionados. Sabões suaves são feitos usando hidróxido de potássio, obtendo-se os sais

de potássio. Eles são usados em cremes de barbear e sabonetes líquidos.

Porque sabões são sais de bases fortes e ácidos fracos, eles devem ser

fracamente alcalinos em solução aquosa. Contudo, um sabão livre de álcali pode causar

danos para a pele, seda ou lã. Assim, um teste para a basicidade do sabão é muito

importante.

28

O sabão tem sido amplamente substituído por detergentes sintéticos durante as

duas últimas décadas, porque o sabão tem dois graves inconvenientes. Um deles é que o

sabão se torna ineficaz em água dura; é esta água que contém quantidades apreciáveis

de sais de Ca2+ ou Mg2+.

Tabela 1. Estrutura de ácidos comumente encontrados em sabão

Ácido Estrutura

Ácido palmítico CH3(CH2)14COOH

Ácido estearíco CH3(CH2)16COOH

Ácido oleico CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7COOH

Ácido Láurico CH3(CH2)10COOH

Ácido mirístico CH3(CH2)12COOH

A outra é que em uma solução ácida, o sabão é convertido em ácidos graxos

livres, e, portanto, perde a sua ação de limpeza.

Figura 3. Reação do sabão com (a) água dura e (b) em água ácida.

Objetivos

O objetivo deste experimento é a síntese de um sabão a partir da reação de

hidrólise de um éster. Esta reação de hidrólise é chamada de Reação de Saponificação,

uma vez que a hidrólise de um tipo especial de éster, que são as gorduras ou óleos,

produzem sabões. No nosso caso utilizaremos o óleo soja para obtenção de sabão.

Procedimento experimental

Materiais

Béquer de 500 mL, provetas de 10 (2x), 20 e 50 mL, bastão de vidro, funil

raiado, béquer de 250 mL, suporte universal e garra para prender o frasco Erlenmeyer

de 250 mL, placa aquecedora, banho de gelo, suporte universal e alça para prender o

funil raiado e papel de filtro pregueado, água destilada gelada.

Reagentes

Óleo de soja, hidróxido de sódio 25% (25 g de NaOH em 100 mL de água

destilada, use óculos de proteção, reação exotérmica, cuidado), álcool etílico 95%,

solução saturada de cloreto de sódio (150 g de NaCl em 150 mL de água destilada,

agitar bem).

Preparação do sabão de óleo de soja

1) Meça 23 mL de óleo de soja em um frasco Erlenmeyer de 250 mL;

29

2) Transfira 10 mL de álcool etílico 95% (para agir como solvente) e 20 mL de

solução aquosa de NaOH 25% para o frasco Erlenmeyer cuidadosamente

agitando a mistura constantemente com um bastão de vidro;

3) Aqueça o frasco Erlenmeyer gentilmente em um banho maria em ebulição.

Observação: use um béquer de 500 mL ou maior contendo 200 mL de água de

torneira e dois cacos de porcelana para servir como banho maria (Figura 4)

(Cuidado porque o álcool é um solvente inflamável!).

4) Após a mistura ser aquecida por cerca de 20 minutos, o odor de álcool irá

desaparecer, indicando a conclusão da reação. Uma massa pastosa contendo uma

mistura do sabão, glicerol e excesso de hidróxido de sódio é obtida;

5) Use um banho de gelo triturado para resfriar o frasco e seu conteúdo;

6) Para precipitar ou “salt out” o sabão adicione 150 mL de uma solução saturada

de cloreto de sódio a mistura de sabão sob agitação vigorosa. Este processo

aumenta a densidade da solução aquosa, e, portanto, o sabão flutuará da solução

aquosa;

7) Filtre a mistura com o sabão precipitado em um funil raiado com papel

pregueado e lava o sabão com 10 mL de água gelada.

Figura 4. Montagem para a preparação do sabão.

Propriedades emulsificantes do sabão

1) Em um tubo de ensaio adicione 5 gotas de óleo contendo 5 mL de água;

2) Agite o tudo. Uma emulsão temporária de finas gotículas de óleo em água será

formada;

3) Repita o mesmo teste, mas dessa vez adicione um pequeno pedaço do sabão que

você preparou antes de agitar;

4) Deixe ambas as soluções descansar por um curto período de tempo;

5) Compare a aparência e a estabilidade relativa das duas emulsões.

Questões

1) Quando você prepara o sabão, primeiro você dissolveu o óleo vegetal em álcool

etílico. O que aconteceu ao álcool etílico durante a reação?

2) Quais são as vantagens e desvantagens do sabão em relação ao detergente?

3) O que aconteceu durante o teste para verificar as propriedades emulsificantes do

sabão preparado? Justifique o que foi observado usando a teoria.

30

PRÁTICA 09

SÍNTESE DO CLORETO DE TERC-BUTILA

Introdução

Haletos de alquila podem ser preparados através de seus álcoois correspondentes

via uma reação substituição ácido-catalisada. O mecanismo destas reações de

substituição ácido-catalisadas é chamado de SN1 (substituição nucleofílica

unimolecular) e SN2 (substituição nucleofílica bimolecular). Álcoois terciários seguem o

mecanismo SN1, álcoois primários seguem o SN2 e os secundários podem seguir ambos

os mecanismos dependendo das condições reacionais.

Sob condições ácidas, o mecanismo da reação SN1 envolve uma etapa rápida de

protonação do álcool, seguida da perda de água como a etapa limitante da velocidade da

reação. Esta gera um carbocátion relativamente estável, o qual é atacado por um íon

haleto para formar um haleto de alquila. As reações SN1 são favorecidas pelos álcoois

terciários porque elas tendem a formar carbocátions mais estáveis.

Figura 1. Conversão do t-butanol a cloreto de t-butila

A confirmação da obtenção do produto, cloreto de t-butila (Figura 1), pode ser

feita através da reação do produto com uma solução de nitrato de prata em etanol. O

haleto de alquila terciário reagirá por meio de um mecanismo SN1 com o nitrato de prata

para formar um haleto de prata insolúvel. A aparecimento do precipitado indica um

resultado positivo para a presença de um haleto de alquila terciário.

Objetivos

Sintetizar o cloreto de t-butila via uma reação SN1;

Caracterizar o cloreto de t-butila usando o teste do nitrato de prata.

Procedimento experimental

Materiais e reagentes

Agitador magnético, suporte universal, garras, manta de aquecimento, funil

raiado, balão de fundo chato de 250 mL, proveta de 100 mL, barra magnética, balão de

fundo redondo de 100mL condensador de bolas, condensador reto e conexões para

destilação simples, funil de separação, Erlenmeyer de 125 mL, sulfato de sódio anidro,

álcool t-butílico, ácido clorídrico concentrado a 5oC.

Métodos

1) Em um balão de fundo chato de 250 mL coloque 70 mL de HCl concentrado

previamente resfriado na geladeira a 5 oC;

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2) Adicione, cautelosamente, 20 g de álcool t-butilico em pequenas porções e

com leve agitação;

3) Após o término da adição, deixe o balão a temperatura ambiente e agite

suavemente durante 20 minutos.

4) Transfira o conteúdo do balão para um funil de separação e aguarde a nítida

separação de fases.

5) Retire a fase ácida e lave a fase orgânica com 3 porções de 30 mL de solução

de bicarbonato de sódio a 10%.

6) Em seguida lave a fase orgânica com 3 porções de 30 mL de água gelada.

7) Transfira a fase orgânica para um Erlenmeyer com tampa de volume

compatível e adicione agente secante (sulfato de sódio anidro).

8) Após um tempo de contato de pelo menos 1 h, filtre coletando o filtrado

diretamente em um balão de destilação de 100 mL, e destile com

equipamento de destilação simples e recolha a fração um Erlenemyer imerso

em gelo.

9) Meça o volume obtido utilizando uma proveta.

10) Caracterize o seu produto obtido com nitrato de prata.

Dados

1) Densidade álcool terc-butílico = 0,770 g/mL

2) Densidade cloreto de terc-butila = 0,846 g/mL

3) Pe,cloreto de t-butila = 51 oC

Questões

1) Escreva a equação química para a reação de síntese realizada e sugira um

mecanismo para a reação.

2) Explique no mecanismo quem é nucleófilo e quem é grupo de saída.

3) Calcule o rendimento da reação.

4) Por que o haleto foi lavado com bicarbonato de sódio?

32

PRÁTICA 10

RECRISTALIZAÇÃO E SUBLIMAÇÃO

Introdução

Uma reação orgânica dificilmente leva a formação de apenas um composto.

Geralmente obtém-se uma mistura, onde um determinado produto encontra-se em maior

quantidade e os demais podem ser considerados como impurezas. As impurezas podem

retardar ou até mesmo impedir a recristalização quando efetuada diretamente sobre o

produto da reação, e são toleráveis desde que representem até 5% da massa da amostra.

A purificação de sólidos por recristalização baseia-se na diferença de

solubilidade do produto e da impureza em um determinado solvente ou mistura de

solventes. Logo, a escolha de um solvente adequado representa um grande percentual do

sucesso de uma recristalização. As características mais desejáveis para que um solvente

seja escolhido são:

alta dissolução da substância a ser purificada em elevadas temperaturas e baixa

dissolução a temperatura ambiente ou inferior;

dissolver ou não as impurezas à temperatura ambiente e/ou inferior;

possuir ponto de ebulição relativamente baixo;

não reagir com a substância a ser purificada.

Os solventes comumente usados para recristalizar compostos orgânicos são o

álcool, benzeno, éter, tetracloreto de carbono, acetona, éter de petróleo e ácido acético;

água pode ser empregada com algumas substâncias.

O processo de recristalização consiste basicamente em:

1) Dissolver a mistura em um solvente apropriado no ponto ou próximo ao ponto

de ebulição;

2) Filtrar a solução a quente (eliminando assim impurezas insolúveis);

3) Deixar a solução esfriar e aguardar a cristalização;

4) Filtrar a solução, a vácuo e a frio, para separar os cristais da solução. O filtrado

nesse caso é chamado de “água-mãe”.

5) Lavar os cristais com solvente adequado para remover solvente residual da

“água-mãe”.

6) Secar os cristais para remover o solvente residual.

7) Realizar testes para verificação da pureza da substância.

Objetivos: Purificação de um composto orgânico sólido (acetanilida) através do método

de recristalização e sublimação.

Materiais: Erlenmeyers, funil de Büchner, funil simples, kitassato, bico de Bünsen,

bastão de vidro, papel de filtro, béquer e dessecador.

Reagentes: Água (solvente), acetanilida impura.

33

Composto impuro

1- Dissolução em solvente a quente

2- Adição de carvão ativado.

3- Filtração simples da solução a quente.

Impurezas

insolúveis

Filtrado

Descartar

Composto mais

impurezas solúveis

1- Cristalização

2- Filtração a vácuo

Cristais do

composto úmido

com solvente

Filtrado (água-mãe +

impurezas solúveis).

Descartar ou

recolher mais

cristais

Secagem

Cristais sêcos

Teste de pureza

Figura 1. Fluxograma das etapas envolvidas na recristalização

Métodos de recristalização: envolvem, basicamente dois procedimentos:

Filtração a quente:

O procedimento deve ser realizado rapidamente, evitando-se desta forma o

resfriamento prematuro da solução (amostra) e da montagem de filtração. É vantajoso

aquecer o funil antes de iniciar o procedimento. O uso do papel pregueado "minimiza" a

possibilidade de cristalização da substância sobre o mesmo.

Filtração a vácuo:

A finalidade deste procedimento está na rapidez e na possibilidade de se

eliminar ao máximo a água-mãe dos cristais. Utiliza-se um funil de Büchner, associado

a um papel de filtro mais fino, previamente umedecido com o solvente em questão. O

frasco coletor é o kitassato, com saída para linha de vácuo, seguido de um frasco de

segurança, intercalado entre o primeiro e a origem do vácuo (bomba de vácuo ou

trompa d'água).

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Figura 2. montagem para filtração a vácuo

Secagem dos compostos:

Um sólido umedecido com água ou solvente orgânico volátil, pode ser seco sob

pressão reduzida com o auxílio de um dessecador a vácuo. O uso de agentes secantes

apropriados é normalmente recomendado para uma maior eficiência quanto a secagem

da substância. Normalmente, introduz-se ácido sulfúrico concentrado na parte inferior

do dessecador, enquanto que sobre a placa de porcelana, contido dentro de um

recipiente, emprega-se hidróxido de sódio granulado. Desta forma garantimos a

adsorção de solventes de natureza ácida e/ou básica.

Procedimentos:

Pese o sólido obtido (em vidro de relógio) para o cálculo do rendimento da

reação.

Guarde uma pequena quantidade (suficiente para determinação do ponto de

fusão) para utilização posterior. Num béquer de 500 mL coloque 250 mL de água

destilada e 5 mL de etanol. Adicione aos poucos a acetanilida, sob agitação, para tentar

dissolvê-la. Aqueça até ebulição com frequente agitação, até total dissolução da

acetanilida (se houver necessidade, adicione outros 5 mL de álcool). Se a solução não

estiver totalmente límpida, será necessário filtrá-la a quente (é necessário manter o

sistema aquecido durante o processo de filtração). Se o aspecto da solução não for

incolor, adicione cuidadosamente (pode haver superebulição na primeira adição)

pequena quantidade de carvão ativado e filtre sob vácuo a quente.

Recolha o filtrado em Erlenmeyer de 500 mL e leve-o a um banho de água fria

ou gelada. Mantenha o frasco em repouso e observe a recristalização. Filtre a vácuo,

lavando com água fria e coloque a acetanilida recristalizada em vidro de relógio

rotulado.

Pese a acetanilida recristalizada, calcule a eficiência da recristalização e

determine o ponto de fusão das duas acetanilidas (da recristalizada e da impura).