Seminário de Química Orgânica Experimental I‡ÕES ANOS... · Seminário de Química Orgânica Experimental I Síntese do acetato de isopentila ¾Introdução ¾Toxidades da substâncias

Seminário de Química Orgânica Experimental I

Síntese do acetato de isopentila

Robson Caldas

Francisco Carlos

Setembro 2002

Seminário de Química Orgânica Experimental ISíntese do acetato de isopentila

Introdução

Toxidades da substâncias

Propriedades físicas das substâncias

Técnicas utilizadas

Procedimento experimental

Referências


Introdução

Objetivo

Derivados de ácidos carboxílicos

Os ésteres

Esterificação de Fischer


Introdução

ObjetivoNeste experimento será preparado um éster, o acetato de isopentila, formado a partir da reação entre um ácido carboxílico e um álcool catalisada por íons H3O+ (esterificação de Fischer). O acetato de isopentila, também conhecido como acetato isoamílico, é o maior componente do óleo de banana sintético. Curiosamente, é um alarme natural das abelhas para a defesa da colméia, o emitem quando ferroam um intruso.


Introdução

Derivados de ácidos carboxílicosOs cloretos de ácidos, anidridos, cetenos, ésteres e amidas são chamados, freqüentemente derivados de ácidos, uma vez que podem ser convertidos à ácidos carboxílicos ou obtidos à partir destes compostos. Considera-se às vezes, as nitrilas como derivados de ácido.


Introdução

Os ésteresOs ésteres estão entre os compostos mais disseminados pela natureza. Muitos ésteres simples são líquidos com cheiro agradável, responsáveis pelos odores de frutas e flores. Tal ligação também está presente em gorduras animais e em muitas moléculas biologicamente importantes.


Introdução

Os ésteres


Introdução

Esterificação de FischerComo já dito anteriormente, a esterificação de Fisher é a síntese de um éster a partir de um ácido carboxílico e um álcool, catalisado por íons H3O+ . Para a obtenção do acetato de isopentila temos uma reação entre o álcool isopentílico e o ácido acético, catalisada pela adição de ácido sulfúrico.


Introdução

Esterificação de FischerReação geral:


Introdução

Esterificação de FischerMecanismo da Reação:


Introdução

Esterificação de FischerMecanismo da Reação:


Toxidade das substâncias

Ácido acético (HAc)Uso: manufatura de compostos com acetatos; impressão pigmentada e tinturaria de tecidos; preservação de alimentos; solvente para gomas, resinas, óleos voláteis, etc.; sínteses orgânicas.

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.



Ácido acético (HAc)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.

Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 39ºC mistura explosivas ar/ vapor de ácido podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia, água ou dióxido de carbono.

Álcool isopentílico (C5H12O )Uso: solvente de gorduras, resinas, alcalóides, etc.; manufatura de compostos isoamílicos, ácido isovalérico, fulminato de mercúrio, piroxilina, tecidos artificiais, vernizes; usado na determinação de gordura em leite.



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.



Álcool isopentílico (C5H12O )Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 45ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono.

Ácido sulfúrico (H2SO4 )Uso: manufatura de fertilizante, explosivos, outros ácidos, secagem de papel, colas, purificação de papel; em baterias de carros.

Inalação: corrosivo, garganta inflamada, queimação, respiração dificultada e dolorida. Primeiros-socorros: ar fresco; respiração artificial, se necessário; requer atenção médica.



Ácido sulfúrico (H2SO4 )Pele: corrosivo, dor, vermelhidão, bolhas, séria 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.

Fogo/ explosão: Não é combustível, porém reações com bases, substâncias combustíveis, oxidantes ou agentes redutores podem causa fogo ou explosões. Primeiros-socorros:NÃO jogue água no fogo, jogue sobre o fogo areia, espuma ou dióxido de carbono.



Bicarbonato de sódio (NaHCO3)Uso: manufatura de muitos sais de sódio; fonte de CO2; ingrediente de sais e bebidas efervescentes; em extintores de incêndio e compostos de limpeza.

Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco.

Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão.

Olhos : baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água corrente..

Ingestão: em grandes quantidades pode causar desconforto intestinal, vômito, colapso e inconsciência. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica.

Fogo/ explosão: Não é explosivo.



Sulfato de Magnésio (MgSO4 )Uso: tornar mais pesado algodão e seda; ação alvejante em superfícies com limo; manufatura de madrepérolas e papéis foscos; tintura e impressão pigmentada; em fertilizantes; explosivos; água mineral.

Inalação: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: ar fresco.

Pele: baixíssima toxidade. Primeiros-socorros: lavar com água e sabão.

Olhos : vermelhidão. Primeiros-socorros: lavar com água corrente por vários minutos (remova lentes de contato) e procurar um oftalmologista.

Ingestão: câimbras abdominais, diarréia. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica.

Fogo/ explosão: Não é explosivo.



Acetato de isopentila (C7H14O2 )Uso: em solução alcoólica como uma fragrância de pêra em água mineral e xaropes; como solvente para óleos coloridos, nitrocelulose, vernizes, celulóide e cânfora; contra odores desagradáveis; manufatura de tecidos artificiais, couro ou pérolas, filmes fotográficas, cimentos de celulóide e tintas metálicas.

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 oftalmologista

.



Acetato de isopentila (C7H14O2 )Ingestão: dor abdominal, garganta inflamada, náuseas. Primeiros-socorros: beber porções de água; requer atenção médica.

Fogo/ explosão: flamejante. Acima de 25ºC mistura explosivas ar/ vapor podem ser formadas. Primeiros-socorros: joga-se sobre o fogo areia ou dióxido de carbono.


Propriedades físicas das substâncias

Nomenclatura

Ácido Acético

CH3O2H

Álcool Isopentíli

coC5H12O

Bicarbonato de sódio

NaHCO3

Ácido Sulfúrico

H2SO4

Cloreto de Sódio

NaCl

Sulfato de

MagnésioMgSO4

Acetato de

IsopentilaC7H14O2

Densidade (g/mL)

1,0492 0,813 2,159 1,84 2,17 1,67 0,8670

M.M. (g/mol)

60,05 88,15 84,01 98,08 58,45 120,37 130,19

p.f (ºC) 16,604 -117,2 ______ 10 804 ______ -78,5

p.e (ºC) 118 130,5 ______ 290 1413 ______ 142


Propriedades físicas das substânciasNomencla

turaÁcido

AcéticoCH3O2H

Álcool Isopentíli

coC5H12O

Bicarbonato de sódio

NaHCO3

Ácido Sulfúrico

H2SO4

Cloreto de Sódio

NaCl

Sulfato de

MagnésioMgSO4

Acetato de

Isopentila

C7H14O2

Solubilidade

Excelente solvente

para diversos

compostos orgânicos, miscível em água,

álcool glicerol e

éter.

Fracamente solúvel em água, miscível

em álcool, éter,

benzeno, clorofórm

io

Solúvel em 10 partes

de água, insolúvel

em álcool

Miscível em água

e em álcool com

liberação de muito calor e

contração de

volume.

Insolúvel em HCl concentr

ado

Solúvel em água, levemente solúvel

em álcool.

Miscível em

álcool, éter,

acetato de etila.

Propriedades Físicas

Líquido, odor

pungente

Liquido, odor

Desagradável

característico

Cristais brancos

ou granulad

os

Liquido incolor e

volátil

Cristais brancos, grânulos

ou pó, incolor

Cristais ou pó

eflorescentes

Incolor e liquido neutro



Refluxo

Extração com solvente quimicamente ativa

Efeito salting-out

Secagem de líquidos orgânicos

Destilação simples



RefluxoA reação de um ácido orgânico com um álcool élenta. Isso significa que à temperatura ambiente, a maioria das colisões entre as moléculas não possui energia suficiente para que a reação proceda. Uma das maneiras de se aumentar o número de colisões é através do aumento da temperatura do frasco reacional. O procedimento de refluxo permite que um meio reacional àpressão ambiente, seja aquecido à temperatura constante sem que haja perda de substâncias voláteis.



RefluxoPara evitar a ebulição tumultuosa do líquido usa-se na mistura reacional pedras de ebulição (fragmentos de porcelana porosa não vidrada), estes liberam pequenas quantidades de ar que promovem uma ebulição regular . A porcelana porosa jamais deve ser colocada em um líquido que já foi aquecido até a ebulição : o desprendimento de vapor pode resultar em arrasto de uma grande porção do líquido para fora do balão.



RefluxoÉ nessa etapa de aquecimento e refluxo da mistura reacional é que ocorrerá a esterificação:

CH3COOH + (CH3)2CH2CH2CH2OH CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2 + H2OHAc Álcool Isopentílico ACETATO DE ISOPENTILA



RefluxoAparelhos para refluxo:



Extração com solventes quimicamente ativos

A extração consiste em uma substância dissolvida em um solvente que éisolada pela agitação da solução com outro solvente, este imiscível no primeiro, num funil de separação:



Extração com solventes quimicamente ativa



Extração com solventes quimicamente ativaNuma situação ideal toda a substância é extraída pelo segundo solvente, porém em situações reais a extração segue a lei de distribuição. Tal lei baseia-se na distribuição da substância em interesse nos dois solventes a uma razão constante, que é chamada de coeficiente de partição (K):

[ ][ ])(

)(BSolutoASolutoK =



Extração com solventes quimicamente ativaNa extração com solventes quimicamente ativos um composto é alterado quimicamente afim de mudar o coeficiente de partição nos dois solventes.

NEUTRALIZAÇÃO (EXTRAÇÃO)

2223233

2244232COOHNaCOCHHCOCHNaHCO

COOHNaSOSOHNaHCO++→+

++→+



Efeito salting-outA solubilidade de substâncias orgânicas em água é notadamente afetada pela presença de sais inorgânicos dissolvidos, no caso do experimento o NaCl. Se um soluto possui um coeficiente de distribuição baixo entre um solvente orgânico e a água, a extração simples não é efetiva. Para torná-la possível adiciona-se um sal inorgânico na água, pois compostos orgânicos são menos solúveis em água com sal solubilizado. Esse efeito denomina-se salting-out.



Secagem de líquidos orgânicosA remoção da água é de fundamental importância para vários processos laboratoriais em química orgânica. Para tanto, precisamos selecionar bem o agente secante a ser utilizado.



Secagem de líquidos orgânicosCOM POSTO AGENTE DE SECAGEM

Álcoois Carbonato de potássio anidro, sulfato de

cálcio ou magnésio; Cal viva

Haleto de alquila e

de arila

Cloreto de cálcio anidro, sulfato de cálcio

anidro; pentóxido de fósforo, sulfato de

sódio e magnésio anidros

Éteres,

Hidrocarboneto

Aromáticos

Cloreto de cálcio anidro; sódio metálico;

pentóxido de fósforo, sulfato de cálcio

anidro.

Aldeídos Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio

anidros;

Bases Orgânicas Hidróxido de sódio ou potássio sólido; cal

viva; óxido de bário

Cetonas Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio

anidros; carbonato de potássio anidro

Ácidos Orgânicos Sulfato de sódio, magnésio ou cálcio

anidros.



Secagem de líquidos orgânicosSulfato de magnésio anidro : forma com a água um sal hepta-hidratado (MgSO4.7H2O). Trata-se de um agente secante neutro, de ação rápida e quimicamente inerte. Pode ser utilizado inclusive em misturas contendo ésteres, aldeídos, aminas, amidas e cetonas, para as quais não se pode empregar o cloreto de cálcio em virtude de reagir quimicamente com esses compostos.HIDRATAÇÃO (SECAGEM):

MgSO4 + 7 H2O MgSO4 .7 H2O



Destilação simplesPressão de vapor: quando o líquido se encontra num recipiente fechado a pressão exercida pelas moléculas gasosas aumenta até se obter um equilíbrio na interface líquido-gás da substância a uma dada temperatura. Essa pressão do equilíbrio é chamada de pressão de vapor. A pressão de vapor sempre cresce com o aumento da temperatura.



Destilação simplesPonto de ebulição: o ponto de ebulição de um líquido é definido como a temperatura em que a pressão de vapor é igual a pressão externa sobre o líquido. Por convenção, pontos de ebulição são descritos na literatura como a pressão de 1atm.



Destilação simplesPressão de Vapor X Temperatura de Ebulição



Destilação simplesA destilação consiste na ebulição de um líquido e seqüente condensação de seu vapor, de maneira que o condensado seja coletado num frasco em separado, no caso do experimento corresponderáà separação do acetato de isopentila do álcool isopentílico residual. Quando uma substância pura é destilada à pressão constante, a temperatura do vapor destilado permaneceráconstante por toda a destilação.



Destilação simplesAparelhagem para destilação simples:



Destilação simplesSoluções ideais: a pressão e a composição do vapor de uma mistura ideal de líquidos a uma dada temperatura pode ser calculada se a composição da mistura e as pressões parciais de vapor dos componentes são conhecidas. A pressão total é a soma das pressões parciais de todos os componentes do vapor. A pressão parcial de cada componente é calculada pela lei de Raoult:

AAA Xpp ⋅°=onde pA é a pressão parcial de A no vapor, pºA é a pressão de vapor da substância A pura e XA é a fração molar de A na solução.



Destilação simplesQuanto a composição do vapor, a proporção de cada componente é calculada pela lei de Dalton:

...++==

BA

A

TOTAL

AA pp

pp

pY

onde YA é a fração molar de A no vapor e pA éa pressão de A no vapor.






Destilação simplesSoluções não-ideais e azeotrópicas: há alguns casos de misturas que ao serem destiladas não seguem a lei de Raoult. O sistema metanol-água, por exemplo, apresentando tal característica.






Destilação simplesA certas frações molares dos líquidos componentes de algumas misturas temos a coincidência das temperaturas de ebulição do vapor e do líquido. Essas misturas são denominadas azeotrópicas.









Destilação simplesLeitura dos pontos de ebulição no termômetro



Destilação simplesCálculo do ponto de Ebulição a Pressões Determinadas

log p = A + B / T


Referências

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