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Relatório de Identificação e confirmação de grupos funcionais: ALDEÍDOS, CETONAS E ÁLCOOIS
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u n e s p UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Campus Universitário de Bauru Faculdade de Ciências
Departamento de Química
Laboratório de Química Orgânica:
IDENTIFICAÇÃO E CONFIRMAÇÃO DE GRUPOS
FUNCIONAIS:
PARTE 1: ALDEÍDOS, CETONAS E ÁLCOOIS
Agosto/2010
LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
1. Introdução
Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma
substância pode dissolver-se num líquido. Pode-se expressar em mols por litro, em
gramas por litro, ou em porcentagem de soluto/solvente.
Nesta prática foram analisadas onze amostras de diferentes compostos
orgânicos para realização de testes qualitativos na presença de diversos solventes,
que é um importante parâmetro muito utilizado para a caracterização química, como
testes bioquímicos1.
Testes de solubilidade são utilizados para avaliar a presença ou ausência de
grupos funcionais e reatividade. Os solventes usados na determinação da
solubilidade foram água destilada, CHCl3 (cloroformio), NaOH 5% (hidróxido de
sódio), NaHCO3 5% (bicarbonato de sódio), HCl 5% (ácido clorídrico) e H2SO4
concentrado (ácido sulfúrico).
2. Objetivo
Determinar a solubilidade de compostos orgânicos através de um estudo seqüencial
com solventes classificando a amostra segundo sua função química.
3. Resultados e Discussão
Para a realização desta prática foram realizadas uma bateria de testes obedecendo
a ordem representada no Esquema I:
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
Esquema I: Fluxograma para classificação de solubilidade
AMOSTRA
H2O*
Insolúvel Solúvel
Éter*
SolúvelGrupo I
Insolúvel Grupo II
NaHCO3* 5%
InsolúvelSolúvel
NaOH* 5%
SolúvelGrupo IIIA
InsolúvelGrupo IIIB
HCl* 5%
Presençade N e S
Ausência de N e S
H2SO4* conc.
Solúvel
SolúvelGrupo IV
Insolúvel
InsolúvelGrupo VI
H3PO4* 85%
SolúvelGrupo VA
InsolúvelGrupo VB
Grupo VII
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
os testes de solubilidade foram obtidos os resultados expressos na tabela 1, a
seguir:
Tabela 1: Dados Experimentais
H2O CHCl3 NaOH 5%NaHCO3
5%HCl 5% H2SO4 Grupo
Amostra 1 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Insolúvel VI
Amostra 2 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel V
Amostra 3 Solúvel Insolúvel II
Amostra 4 Solúvel Solúvel I
Amostra 5 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Insolúvel VI
Amostra 6 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel V
Amostra 7 Solúvel Insolúvel II
Amostra 8 Insolúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel V
Amostra 9 Insolúvel Insolúvel Insolúvel VII
Amostra 10 Insolúvel Solúvel Insolúvel III B
Amostra 11 Solúvel Solúvel I
Amostra 1: Hexano
Analisando a Tabela 1, a amostra 1 se trata do Hexano, representado na
Figura 1, a seguir:
Figura 1 – Molécula de Hexano
O Hexano pode ser classificado como Grupo VI, pois mostra-se insolúvel em
água, como substâncias apolares não tem carga pura, solventes polares não são
atraídos por elas. Para que uma molécula apolar se dissolva em um solvente polar
como a água, ela teria de afastar as moléculas de água umas das outras,
desfazendo as ligações de hidrogênio que são fortes o suficiente para excluir uma
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
substância apolar. Alcanos são apolares o que os leva a ser solúveis em solventes
apolares e insolúveis em solventes polares como a água. O hexano apresentou-se
insolúvel em hidróxido de sódio e ácidos clorídrico e sulfúrico por pertencer ao grupo
de compostos inertes. Os alcanos possuem baixa reatividade porque as ligações
simples C-H e C-C, chamadas ligações sigmas (σ), são relativamente estáveis,
difíceis de quebrar, elas são cilindricamente simétricas – os elétrons são
simetricamente distribuídos ao redor de uma linha imaginária conectando o centro
dos átomos unidos pela ligação, como demonstrado na Figura 2, a seguir:
Figura 2 – Representação do orbital molecular ligante sigma (σ).
Amostra 2 – Isobutanol
A amostra 3 se trata da molécula isobutanol, representada na Figura 3, a
seguir:
Figura 3 – Molécula de Isobutanol
Compostos com quatro carbonos ou menos, e os compostos que contém O, N
ou S, até certa quantidade de carbono, são frequentemente solúveis em água.
Compostos com cinco ou seis carbonos contendo um desses elementos serão
insolúveis em água ou terão baixa solubilidade.
A ramificação da cadeia alquila de um composto reduz as forças
intermoleculares entre as moléculas. Isso normalmente se reflete no ponto de fusão
e de ebulição mais baixo e solubilidade em água maior para o composto ramificado
do que para o composto linear, como demonstrado nos seguintes isômeros:
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
< <
Solubilidade
Figura 4 – Escala de solubilidade.
Isso ocorre, porque as moléculas do composto ramificado são separadas
mais facilmente uma das outras, assim, o álcool isobutílico não é solúvel como o
terc-butílico, porém mais solúvel que o n-butílico. Compostos ramificados
apresentam um maior impedimento estérico dificultando a solvatação da molécula, a
Figura 5, a seguir mostram a solvatação com água em uma molécula linear:
Figura 5 – Solvatação de uma substância polar pela água
Devido às características acimas citadas à amostra foi classificada
erroneamente como Grupo V, ao invés da classificação correta, Grupo II, que diz
respeito ao seu grupo funcional álcool.
Amostra 3: Acetona
A amostra 3 refere a função cetona, representada na Figura 6, a seguir:
Figura 6 – Função cetona
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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As cetonas são compostos orgânicos caracterizados pela presença do
grupamento -C=O, carbonila, ligado a dois radicais orgânicos. Apresentam uma
fórmula geral R-C(=O)-R', onde R e R' podem ser iguais (cetonas simples ou
simétricas) ou diferentes (cetonas mistas ou assimétricas); alifáticos ou aromáticos;
saturados ou insaturados. R e R' podem também estar unidos. Nesse caso,
compõem um ciclo (cetonas cíclicas).
Devido à polaridade da carbonila, a propanona (nome comercial acetona),
representada na Figura 7, dissolve tanto compostos polares quanto apolares, assim
apresenta solubilidade em água, e à medida que aumenta a cadeia carbônica, esta
solubilidade diminui. Isso acontece, devido às interações intermoleculares
existentes entre a amostra e o solvente. No caso da água com a propanona, a
interação que ocorre são as fortes ligações de hidrogênio, tornando o composto
solúvel. No caso do éter, as interações intermoleculares existentes são as forças
dipolo-dipolo, mais fracas, o que possibilita que apenas uma pequena quantidade da
amostra seja solubilizada, em excesso, a amostra é insolúvel.
Figura 7 – Molécula da Propanona
Assim, a amostra III foi facilmente classificada como pertencente ao Grupo II.
Amostra 4: Acetaldeído
A Figura 8, a seguir representa a molécula de Acetaldeído contido na amostra
4.
Figura 8 – Molécula de Acetaldeído ou Etanal.
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
O acetaldeído mostrou-se solúvel em água, isso se dá pela sua polaridade e
por seu número baixo de carbonos na cadeia. E na presença do solvente
clorofórmio, CHCl3, também apresentou-se solúvel, isso se dá devido as interações
dipolo-dipolo, visto que seu momento dipolo é diferente de zero, característico de
compostos apolares como os alcanos. Devido as suas características pode ser
classificado como Grupo I.
Amostra 5: Diclorometano
A molécula de diclorometano, representada na Figura 9, foi caracterizada
através dos solventes na amostra 5.
Figura 9 – Molécula de Diclorometano
O diclorometano apesar de possuir um momento de dipolo (Figura 10), como
demonstra a Figura 9, não é solúvel em água por não ter um hidrogênio ionizável,
sendo caracterizado como solvente polar aprótico.
Figura 10 – Momento dipolo da molécula de diclorometano.
A Solução de hidróxido de sódio foi preparada com água como solvente que
totaliza 95% da solução contra 5% do soluto, assim a amostra 5 também
apresentou-se insolúvel na presença da solução de hidróxido de sódio 5%.
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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Amostra 6 – Acetato de Etila
A molécula de acetato de etila, representada na Figura 6, foi caracterizada
através dos solventes na amostra 6.
Figura 11 – Molécula de Acetato de Etila
Apesar de acetato de etila possui a função orgânica éster que pode ser
classificado como Grupo I ou Grupo V dependendo da sua solubilidade em água. O
acetato de etila se apresenta insolúvel em água, isso se dá devido à polaridade
gerada na molécula não ser alta o suficiente para provocar uma forte interação
intermolecular entre soluto e solvente. A presença muito próxima do oxigênio na
funções éster causa uma deslocalização eletrônica conhecida como ressonância
(Figura 12), esse fenômeno torna a molécula muito mais estável.
Figura 12 – Híbridos de Ressonância de uma função éster.
O acetato de etila também é insolúvel em NaOH pois não apresenta caráter
ácido, pelo contrário, apresenta um caráter básico, apesar de possuir um bom grupo
de saída, o solvente não foi solubilizado devido a baixa concentração do hidróxido,
portanto não reagiu com o NaOH 5%. Caso a concentração de NaOH fosse
estequiométricamente suficiente para favorecer uma reação, ocorreria uma reação
de saponificação, como mostra a reação na Figura 13, abaixo:
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
Figura 13 – Reação de Saponificação.
O éter não reage também com o HCl concentrado, pois não pode clivar
éteres porque Cl- é um nucleófilo muito fraco. No experimento, foi utilizado HCl 5%, o
que impossibilita ainda mais a reação de substituição nucleofílica.
Compostos solúveis em ácido sulfúrico concentrado, mas não em ácido
diluído são bases extremamente fracas, praticamente todos os compostos que
possuem um átomo de oxigênio, como os éteres podem ser protonados por um
hidrogênio do ácido. Assim, os íons produzidos são solúveis no meio, conforme a
reação da Figura 14, a seguir:
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
Figura 14 – Mecanismo de reação de catálise ácida do acetaldeído á ácido carboxílico.
Amostra 7: Hidrazina
A molécula de hidrato de hidrazina, representada na Figura 15, foi
caracterizada através dos solventes na amostra 7.
Figura 15 – Molécula de Hidrato de Hidrazina
A hidrazina é um composto químico cuja fórmula química é N2H4 é uma substância
usada principalmente como a formação de espuma para a preparação de espumas
polimérica e precursora para catalisadores de polimerização e produtos
farmacêuticos. Também são chamados de hidrazinas os seus derivados, compostos
orgânicos que apresentam o grupo funcional descrito na Figura 16.
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
Figura 16 – Função Hidrazina
A hidrazina é um líquido com propriedades similares a amônia. A disposição
espacial de seus dois átomos de hidrogênio faz com que a substância seja muito
mais reativa que a amônia.
O hidrato de hidrazina possui uma alta constante dielétrica, 52 Debye. É miscível em
água devido as interações intermoleculares presentes: as ligações de hidrogênio.
Figura 17 – Interações intermoleculares: Ligação de Hidrogênio
No caso do éter, as interações intermoleculares existentes são as forças
dipolo-dipolo, mais fracas, o que possibilita que apenas uma pequena quantidade da
amostra seja solubilizada, em excesso, a amostra é insolúvel.
Amostra 8: Hexeno
A molécula de hexeno, representada na Figura 18, foi caracterizada através
dos solventes na amostra 8.
Figura 18 – Molécula de 1-Hexeno
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA – 2010
Os alcenos não reagem com água, são quase que totalmente insolúveis
em água devido a sua baixa polaridade e a sua incapacidade de formar
interações por pontes de hidrogênio. A ligação O-H da água é muito forte – a água
também é um ácido muito fraco – para permitir que a água aja como um eletrófilo
para a reação. O hexeno também não é solúvel, devido a molécula apresentar baixa
constante dielétrica.
O NaOH também não é um eletrófilo, assim a reação não ocorre.
No caso do HCl , a reação de adição eletrofílica ocorre, conforme demostrado
abaixo:
Figura 19 – Reação de adição eletrofílica
O produto formado é um haleto, a reação é regiosseletiva obedecendo as
Regra de Markovnikov, sendo o produto insolúvel em água. Outra possibilidade para
a reação não ter ocorrido é a baixa concentração do ácido clorídrico utilizado, que foi
de HCl 5%.
No ácido sulfúrico, ele foi solubilizado, durante o processo observou-se o
aquecimento do tubo de ensaio, e a mudança de cor para uma tonalidade
amarelada. A reação é exemplificada, a seguir, por uma molécula genérica de
alceno:
Figura 20: Reação de Adição de H2SO4 a um eteno.
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Amostra 9: Anilina
A molécula da anilina, representada na Figura 21, foi caracterizada através
dos solventes na amostra 9.
Figura 21 – Molécula de Anilina.
A anilina se apresenta insolúvel na água, no ácido clorídrico e no hidróxido de
sódio, isso se dá devido sua estrutura, que apresenta formas de ressonância, o que
torna a estrutura estável e pouco reativa.
Figura 22 – Estruturas de ressonância da molécula de Anilina
Amostra 10: Ácido Benzóico
A molécula de Ácido Benzóico, representado na Figura 23, foi caracterizada
através dos solventes na amostra 10.
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Figura 23 – Molécula de Ácido Benzóico.
O ácido benzóico apresenta baixa solubilidade em água (0,20 g/100mL),
devido ao número elevado de carbonos na cadeia, e a ressonância que nele existe,
que torna a molécula estável e facilita a pouco reatividade desses compostos.
Por possuir um pKa = 4,2, é solúvel nas duas bases (Hidróxido de Sódio e
Bicarbonato de Cálcio), é um ácido orgânico forte, e é reconhecido no teste,
imediatamente, como um ácido carboxílico. Os compostos se dissolvem em base
formando sais de benzoato de sódio, insolúveis em água.
Figura 24 – Molécula de benzoato de sódio.
Amostra 11: Acetamida
A Figura 25, a seguir representa a molécula de Acetamida contida na amostra
11.
Prática Nº01 – Solubilidade de Compostos Orgânicos
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Figura 25 – Molécula de Acetamida.
A acetamida mostrou-se solúvel em água, isso se dá pela sua polaridade e
por seu número baixo de carbonos na cadeia. E na presença do solvente
clorofórmio, CHCl3, também apresentou-se solúvel, isso se dá devido as interações
dipolo-dipolo, visto que seu momento dipolo é diferente de zero, característico de
compostos apolares como os alcanos. Devido as suas características pode ser
classificado como Grupo I.
4. Conclusão
Deve-se considerar que não existe compostos 100% insolúvel em um
determinado solvente, mesmo que ainda muito pequeno, todos possuem um
determinado Kps em um determinado solvente. O termo solubilidade é utilizado tanto
para designar o fenômeno qualitativo do processo (dissolução) como para expressar
quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância
depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da
pressão do sistema. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de
entropia.
Neste trabalho obtivemos a identificação das amostras de 1 a 11 e pudemos
classifica-las nos Grupos de I à VII, como mostra a Tabela 2, abaixo:
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Tabela 2 – Identificação das amstras e classificação nos Grupos.
Amostra Identificação Grupo
Amostra 1 Hexano VI
Amostra 2 Isobutanol V
Amostra 3 Acetona II
Amostra 4 Acetaldeído I
Amostra 5 Diclorometano VI
Amostra 6 Acetato de Etila V
Amostra 7 Hidrazina II
Amostra 8 Hexeno V
Amostra 9 Anilina VII
Amostra 10 Ác. Benzóico III B
Amostra 11 Acetamida I
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Referências
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http://www.ifpi.edu.br/eventos/iiencipro/arquivos/ALIMENTOS/2414cd4bd39b3
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