apostila de química orgânica experimental

8/15/2019 Apostila de Química Orgânica Experimental

1/22

Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das MissõesDepartamento de Engenharias e Ciência da Computação

QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I

Curso de Engenharia Química

PROF. Me. ISAAC NUNESPROF. Dr. MARCELO STRACKE

2015/02


2/22

2

Santo Ângelo, 2015SUMÁRIO

SEGURANÇA EM LABORATÓRIO ................................................................................................. 3

NORMAS DE SEGURANÇA PARA AS AULAS DE LABORATÓRIO ............................................. 3

1. GRUPOS DE SOLUBILIDADE .................................................................................................. 5

2. RECRISTALIZAÇÃO E SUBLIMAÇÃO .................................................................................... 72.1 RECRISTALIZAÇÃO ......................................................................................................... 7

2.1.1 Materiais ........................................................................................................................... 7

2.1.2 Procedimento Experimental .............................................................................................. 7

2.2 SUBLIMAÇÃO ................................................................................................................... 9

2.2.1 Materiais ........................................................................................................................... 9

2.2.2 Procedimento Experimental .............................................................................................. 9

3. AVALIAÇÃO DA PUREZA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS ................................................. 10

3.1 Materiais ............................................................................................................................... 103.2 Procedimento Experimental .................................................................................................. 10

4. DESTILAÇÃO ......................................................................................................................... 11

4.1 DESTILAÇÃO SIMPLES ..................................................................................................... 11

4.1.1 Materiais ............................................................................................................................. 12

4.1.2 Procedimento Experimental ................................................................................................ 12

4.2 DESTILAÇÃO FRACIONADA ............................................................................................. 13

4.2.1 Materiais ............................................................................................................................. 13

4.2.2 Procedimento Experimental ................................................................................................ 134.3 DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR ........................................................................ 15

4.3.1 Materiais ............................................................................................................................. 15

4.3.2 Procedimento Experimental ................................................................................................ 15

5. EXTRAÇÃO ............................................................................................................................ 17

5.1 EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 1 .................................................................................... 18

5.1.1 Materiais ......................................................................................................................... 18

5.1.2 Procedimento Experimental ............................................................................................ 18

5.2 EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 2 .................................................................................... 195.2.1 Materiais ......................................................................................................................... 19


5.3 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO...................................................................................... 20

5.3.1 Materiais ......................................................................................................................... 20


5.4 EXTRAÇÃO ÁCIDO-BASE .............................................................................................. 21

5.4.1 Materiais ......................................................................................................................... 21



3/22

3

SEGURANÇA EM LABORATÓRIO

Nas atividades do laboratório de química orgânica estaremos expostos às mais variadassituações de risco devido a própria natureza das atividades envolvidas, as quais empregamsubstâncias tóxicas, por exemplo. Por este motivo, é muito importante estar atento à execução dasatividades. O primeiro passo para se evitar um acidente é reconhecer as situações que podem

desencadeá-lo e a partir daí há uma série de regras básicas de proteção individual e coletiva quedevem ser conhecidas e aplicadas.

NORMAS DE SEGURANÇA PARA AS AULAS DE LABORATÓRIO

1. Siga todas as instruções dadas pelo professor.2. Nunca trabalhe sozinho em um laboratório.3. Não brinque em laboratório.4. Em caso de acidente, comunique imediatamente o professor, mesmo que não haja danos

pessoais ou materiais.5. Encare todos os produtos químicos como potencialmente perigosos.6. Não fume, ingira alimentos ou bebidas dentro do laboratório.7. Durante sua permanência no laboratório use SEMPRE jaleco, luvas descartáveis e óculos de

proteção.8. Caso tenha cabelo comprido, mantenha-o preso durante o período que estiver dentro do

laboratório.9. Não usar maquiagem durante as aulas práticas de química orgânica por, frequentemente,

trabalharmos com diversos solventes orgânicos.10. Nunca deixe frascos contendo solventes inflamáveis (acetona, álcool, éter, por exemplo),

próximos a fontes de chamas.11. Nunca deixe frascos de solventes inflamáveis expostos ao sol.

12. Evite contato de qualquer substância com a pele.13. Trabalhe com calçados fechados e roupas que cubram o corpo o máximo possível (nunca usar

saias ou bermudas).14. Todos os experimentos que envolvam liberação de gases deverão ser executados na capela de

exaustão.15. Ao preparar soluções aquosas diluídas em um ácido, coloque o ácido concentrado sobre a

água, NUNCA o contrário.16. Nunca pipete líquidos fazendo sucção com a boca, utilize os pipetadores apropriados.17. Nunca aqueça um tubo de ensaio apontando a abertura do tudo para um colega ou para si

mesmo.

18. Não jogue nenhum material sólido dentro da pia ou dos ralos.19. Não descarte resíduos de solventes na pia ou no ralo, existem frascos apropriados para isso.20. Não jogue vidros quebrados no lixo comum. Procure pelo recipiente apropriado para isso.21. Não deixe bolsas, agasalhos ou qualquer material estranho ao trabalho em cima da bancada.22. Caindo algum produto químico nos olhos, boca ou pele, lava abundantemente com água

corrente. A seguir, procure tratamento específico para cada caso.23. Sempre que for utilizar um laboratório, como medida inicial, procure pelo chuveiro de

emergência, lava-olhos e extintor de incêndio.24. Nunca teste um produto químico pelo sabor, por mais que possa parecer saboroso.25. Não é aconselhável testar produtos químicos pelo odor, porém caso seja necessário, não

coloque o frasco sob o nariz. Desloque uma pequena quantidade de vapor que sai do frasco emsua direção.


4/22

4

26. Se algum ácido, base ou qualquer outro produto químico for derramado, faça a devida limpezaimediatamente para evitar acidentes mais graves.

27. Consulte o professor antes de fazer qualquer alteração no andamento do experimento e naquantidade de reagentes a ser utilizada.

28. Caso esteja usando algum equipamento pela primeira vez, leia o manual.29. Não aqueça líquidos inflamáveis em chama direta.30. Lubrifique tubos de vidro, termômetros, entre outros, antes de inseri-los em rolhas e proteja

sempre as mãos com um pano.31. Antes de usar qualquer reagente, leia cuidadosamente o rótulo do frasco para ter certeza deque aquele é o reagente desejado.

32. Verifique se as conexões e ligações estão seguras antes de iniciar uma reação química.33. Abra os frascos o mais longe possível do rosto e evite aspirar ar naquele exato momento.34. NÃO USE LENTES DE CONTATO DURANTE AS AULAS PRÁTICAS.35. Apague sempre a chama dos bicos de Bunsen que não estiverem em uso.36. Nunca torne a colocar no frasco um produto retirado em excesso e não usado. Ele pode ter sido

contaminado e contaminaria todo o frasco.37. Não armazene substâncias oxidantes próximas a líquidos voláteis e inflamáveis.38. Dedique especial atenção a qualquer operação que necessite aquecimento prolongado ou que

libere grande quantidade de energia.39. Cuidado ao aquecer vidro em chama, pois o vidro quente tem a mesma aparência que o vidro

frio. Evite queimaduras.40. Antes de se retirar do laboratório, verifique se todas as torneiras estão bem fechadas (de água

ou gás). Desligue todos os equipamentos e verifique se todas as vidrarias e bancada utilizadasestão limpos e organizados.


5/22

1. GRUPOS DE SOLUBILIDADE

1.1 Materiais Amostras não identificadas (sólidas e líquidas);Éter etílico;Tornassol;Solução de NaOH (5%);

Solução de HCl (5%);Solução de NaHCO3 (5%);H2SO4 (concentrado);H3PO4 (85%);Tubos de ensaio;Suporte para tubos de ensaio.

1.2 Procedimento ExperimentalColoque em um tubo de ensaio aproximadamente 0,1 g da amostra sólida não identificada ou

0,2 mL no caso de amostras líquidas. Adicione aproximadamente 3,0 mL do primeiro solvente a sertestado. Com cuidado, agite vigorosamente durante alguns instantes. Observe o comportamento damistura e, se houver dissolução total da amostra, o composto será considerado solúvel.

Os solventes devem ser testados na sequência indicada no diagrama da Figura 1, a seguir. ATabela 1 a seguir complementa o diagrama e auxilia na identificação dos grupos testados.

Figura 1. Esquema de identificação de grupos de solubilidade.

Tabela 1. Grupos de solubilidade de compostos orgânicos.

S2 Sais de ácidos orgânicos (RCO2Na, RSO3Na); hidrocloreto de aminas (RNH3Cl); aminoácidos(RCHNH3CO2); compostos polifuncionais (os grupos funcionais são hidrofílicos), ou seja, carboidratos(açúcares); compostos poliidroxilados; ácidos polibásicos, etc.

AS Ácidos monocarboxílicos com cinco átomos de carbono ou menos; 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 gruposeletrofílicos em posição orto e para e β-dicetonas.

A2 Ácidos orgânicos fracos; fenóis; oximas; imidas; sulfonamidas; tiofenóis (todos com mais de cinco


6/22

6

átomos de carbono). As β-dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio α, as sulfonamidas.

B Aminas alifáticas com oito ou mais átomos de carbono; anilinas (somente um grupo fenol ligado aonitrogênio); alguns oxiéteres.

N1 Álcoois; aldeídos; metilcetonas; cetonas cíclicas e ésteres com um só grupo funcional e mais de cincoátomos de carbono, mas menos do que nove; éteres com menos de oito átomos de carbono; epóxidos.

N2 Alcenos; alcinos; éteres; alguns compostos aromáticos (especialmente os que têm grupos ativantes);cetonas (exceto as citadas na classe N1).

I Hidrocarbonetos saturados; alcanos halogenados; halogenetos de arila; éteres diarílicos; compostos

aromáticos não ativos.


7/22

7

2. RECRISTALIZAÇÃO E SUBLIMAÇÃO

Em geral, os sólidos são mais solúveis em solventes à quente que em solventes a frio. A quantidademáxima de sólido que se dissolverá por unidade de volume de solvente (solubilidade) depende datemperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de sólido que se dissolverá por volume dosolvente. Diminuindo-se a temperatura, diminui-se a solubilidade do sólido no solvente. Assim, se umasolução saturada quente é esfriada, o soluto em excesso é forçado a precipitar (cristalizar) da solução.

No processo de recristalização, dissolve-se um sólido impuro na quantidade apropriada de solventea quente (o mínimo possível). Filtra-se por gravidade a solução quente resultante, removendo-se omaterial insolúvel e esfriando-se lentamente para forçar o sólido desejado a cristalizar. Os cristais entãosão separados do líquido por filtração a vácuo. As impurezas solúveis e uma pequena quantidade desólido desejado permanecem na “água mãe”.

Alguns materiais podem passar diretamente da fase sólida para a fase gasosa sem passar por umafase líquida. Este processo é chamado de sublimação. Como este vapor formado pode ser recristalizado,este processo pode ser utilizado para a purificação de um determinado composto. Para que se possautilizar a sublimação com esta finalidade, o composto precisa apresentar alta pressão de vapor e altoponto de fusão. Em misturas de sólidos que possuem pressões de vapor semelhantes, ocorre poucaseparação dos sólidos (purificação insuficiente). Deste modo, em alguns casos é necessário utilizar atécnica de recristalização, que embora seja mais demorada, apresenta melhores rendimentos emdeterminadas condições experimentais.

Nesta aula faremos dois experimentos, um de recristalização e um de sublimação. Ao término daaula os materiais devem ser guardados identificados na capela, pois serão utilizados posteriormente emoutra aula.

2.1 RECRISTALIZAÇÃO

2.1.1 MateriaisUreia;

Água destilada;Etanol;Éter; Água:etanol (1:1, v/v);Carvão ativo;3 tubos de ensaio;2 Erlenmeyers de 125 mL;Kitassato;Funil de Buchner;Bomba de vácuo;

Chapa de aquecimento;Funil;Papel de filtroBanho Maria.

2.1.2 Procedimento ExperimentalESCOLHA DO SOLVENTE: adicione 0,1 g de ureia e 1 mL de solvente em um tubo de ensaio. Agite

o tubo e observe se houve solubilização parcial ou total. Caso tenha havido solubilização incompletaaqueça a solução, cuidadosamente, no banho Maria. Havendo solubilização a quente, este pode ser umpossível solvente para a cristalização. O procedimento pode ser repetido (caso não tenha havido asolubilização) adicionando-se até 3 mL do solvente. Repita o procedimento para cada um dos outrossolventes e anote todos os dados a respeito da solubilização ou não, a quente ou a frio.


8/22

8

RECRISTALIZAÇÃO: Pese 3 g de ureia, transfira para um erlenmeyer e adicione o solventeselecionado pelo procedimento anterior. O volume de solvente deve seguir a mesma proporção utilizadano procedimento de seleção do mesmo. Adicione cerca de 1% em massa de carvão ativo e aqueça asolução até a solubilização total. Coloque o erlenmeyer na chapa de aquecimento e, caso o solvente entreem ebulição antes da dissolução total do sólido, adicione mais solvente. Após dissolução total, filtre asolução a quente com papel filtro. Deixe a solução esfriar lentamente e, após esfriar o suficiente, pode-seusar banho de gelo (para evitar choque térmico na vidraria). Após o resfriamento os cristais deverão estar

formados. Monte o sistema de filtração à vácuo com o Kitasato e funil de Buchner. Ligue a bomba devácuo para filtrar os cristais em papel filtro previamente pesado. Enquanto a sucção estiver ligada, lavepelo menos três vezes com o solvente utilizado na dissolução do material (prefira solvente resfriado paraevitar solubilização dos cristais). Depois de secos, os cristais devem ser pesados para calcular orendimento do processo.


9/22

9

2.2 SUBLIMAÇÃO

2.2.1 Materiais~3,0 g de naftaleno comercial (naftalina);Béquer (100 mL);Vidro de relógio;Gelo;Chapa de aquecimento.

2.2.2 Procedimento ExperimentalPesar a massa de naftaleno em balança analítica. Colocar a amostra dentro do béquer e tampar com

o vidro de relógio. Controlar a manta de aquecimento com um valor máximo de 45°C e colocar o béquersobre a mesma. Colocar o gelo em cima do vidro de relógio. Cuidar para que a água proveniente do gelonão transborde o vidro de relógio.

Após o final do experimento, pesar a massa de naftaleno obtido e calcular o rendimento do mesmo.


10/22

10

3. AVALIAÇÃO DA PUREZA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

A medição de constantes físicas é uma das possibilidades para identificação de compostosorgânicos ou até mesmo para a determinação de pureza dos mesmos. A razão para se determinar váriaspropriedades físicas e químicas dos compostos é devido à possibilidade de dois compostos diferentesterem algumas propriedades químicas e físicas em comum, mas é altamente improvável que doiscompostos tenham quase todas as propriedades químicas e físicas idênticas. Como exemplo das

propriedades que podem ser utilizadas para a determinação de compostos orgânicos, incluem-se cor,odor, estado físico, ponto de fusão, ponto de ebulição, massa específica, índice de refração, dentre outras.O ponto de fusão é normalmente utilizado para a determinação da pureza dos compostos orgânicos.

Quando se procede a medição de um ponto de fusão ou ebulição, podem ocorrer diferenças entre osvalores medidos e os valores encontrados para determinado material puro. Isso se deve, muitas vezes, àdescalibração do termômetro utilizado. Por este motivo é importante que antes de fazer as medidas seexecute a calibração do termômetro.

CALIBRAÇÃO DO TERMÔMETRO

Inicia-se a calibração usando o termômetro para medir a temperatura de determinado material purodurante sua fusão e sua ebulição. Pode-se usar mais de um material puro. Importante que se faça oapontamento dos dados e, com busca em fontes confiáveis, a comparação com dados teóricos detemperatura de fusão e ebulição destes materiais puros.

Por exemplo, nas CNTP, a água possui ponto de fusão em 0°C e ebulição em 100°C. Assim, coloca-se o termômetro em contato com uma amostra de água e mede-se a temperatura do sólido fundido e dolíquido em ebulição. Se os valores medidos forem exatamente iguais aos dados teóricos, o termômetroestá calibrado. Caso haja diferença entre estes valores, constrói-se uma “curva de calibração”, plotando-seos valores medidos em um sistema de coordenadas cartesianas e pela equação desta reta (y = Ax + B)obtém-se a correlação para correção dos valores medidos para os valores corretos (calibrados).

3.1 MateriaisUreia pura e comercial;Naftaleno comercial e padrão químico;Termômetro;Béquer;Chapa de aquecimento.

3.2 Procedimento ExperimentalColoque 2 g de cada uma das amostras sólidas em cada béquer diferente e identifique-os. Coloque-

os sobre a chapa de aquecimento e observe o aquecimento do material. Registre as temperaturas e

identifique o ponto (temperatura) de fusão do material.


11/22

11

4. DESTILAÇÃO

O processo de destilação consiste no aquecimento de um líquido até seu ponto de ebulição,conduzindo-se os vapores formados para um dispositivo resfriado que promova a condensação dosmesmos e, após coleta-se o líquido condensado assim obtido. A destilação é o método mais comumutilizado na separação e purificação de líquidos, principalmente quando os componentes da misturapossuem pontos de ebulição diferentes, ou até mesmo quando um dos componentes não destila, o que

facilita o processo. Existem diferentes configurações da destilação, o que origina métodos diferentes: adestilação simples, a destilação fracionada, a destilação à pressão reduzida (à vácuo) e a destilação porarraste a vapor.

Se um líquido for mantido em um recipiente fechado, algumas moléculas escapam da superfície dolíquido para o espaço acima dele. Quando o equilíbrio se estabelece, o número das moléculas queescapam do líquido iguala-se ao número das moléculas no vapor que atingem a superfície líquida e a elasse juntam. As moléculas no vapor também atingem as paredes do recipiente e exercem uma pressão,definida como a pressão de vapor do líquido. Se aumentarmos a temperatura do líquido, um número maiorde moléculas escapa para a fase de vapor até que o equilíbrio seja novamente restabelecido; a pressão devapor do líquido aumenta com o aumento da temperatura.

O ponto de ebulição do líquido é a temperatura onde a pressão de vapor do líquido é igual a pressãode seus arredores. Se o frasco que contém o líquido estiver aberto à atmosfera, o ponto de ebulição será atemperatura onde a pressão de vapor do líquido é igual à pressão atmosférica. Para se registrar o pontode ebulição de um líquido, deve-se indicar a pressão onde a leitura foi realizada.

No entanto, quando se procede uma destilação, temos a mistura de dois líquidos miscíveis e, destemodo, se a mistura for aquecida até a temperatura de ebulição, a temperatura não permanecerá constantedurante a destilação. Isto porque o vapor não terá a mesma composição do líquido, ele será mais rico nocomponente mais volátil.

4.1 DESTILAÇÃO SIMPLES A destilação simples é de uso rotineiro na purificação de líquidos no laboratório de química orgânica.

Consiste, basicamente, na vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação do vaporformado. A Figura 2 a seguir mostra a montagem típica de uma destilação simples. É importante lembrarque toda a aparelhagem para a destilação deve estar aberta para a atmosfera, a fim de evitar aumentos dapressão no sistema de aquecimento.

Figura 2. Esquema experimental de uma destilação simples.

Diferente do que mostra a Figura 2, tipicamente empregamos um balão de fundo redondo paracoletar o condensado da destilação. O balão de fundo redondo evita que vapores ainda não condensadosescapem do frasco. Nesta configuração com balão de fundo redondo, o mesmo deve ficar fixo por um

suporte universal. Para este experimento utilizaremos uma adaptação a este sistema pois empregaremosuma proveta, a fim de controlarmos a quantidade de condensado formado.


12/22

12

4.1.1 Materiais Acetona; Água deionizada;Manta de aquecimento (ao invés do bico de Bunsen mostrado no esquema);Suporte universal;Garras de fixação;

Termômetro;Condensador;Conector;Balão de fundo redondo;Mangueiras para montagem do condensador;Pedaços de porcelana.

4.1.2 Procedimento ExperimentalPrepare 170 mL de uma mistura de água e acetona seguindo as orientações do professor (30, 50

ou 70%). Monte o aparato experimental como mostrado na Figura 2. Coloque o balão de fundo redondo

com as pedras de porcelana dentro e introduza os 170 mL da mistura preparada anteriormente. Prenda obalão no suporte universal e acople o termômetro no topo do balão cuidando para que o bulbo nãoencoste nas paredes do conector. A manta de aquecimento só poderá ser ligada após a entrada e saídade água do condensador estiverem funcionando corretamente.

Anote a temperatura inicial (antes de ligar o aquecimento). Ligue a manta de aquecimento. Anote atemperatura quando a mistura entrar em ebulição e formar a primeira bolha de vapor (ponto de bolha).

A temperatura do “volume destilado 0 mL” é a temperatura lida no momento em que a primeira gota

de líquido se forma no condensador. A temperatura também deve ser verificada a cada 10 mL de destiladocoletados. Devem ser coletados 13 pontos, portanto, 130 mL. ATENÇÃO, NUNCA deixe uma destilação ocorrer até a eliminação total da mistura do balão. Isso é muitoperigoso, deixe sempre um resíduo dentro do balão.

Tabela 2. Resultados obtidos na destilação simples.

VolumeDestilado (mL)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Temperatura(◦C)

A partir destes dados, construa um gráfico com o volume de destilado no eixo das abcissas e ploteno eixo das ordenadas a temperatura verificada para aquele volume.


13/22

13

4.2 DESTILAÇÃO FRACIONADAQuando se destila uma mistura líquida ideal, as primeiras frações do destilado apresentam

composição mais rica no componente mais volátil da mistura original. No decorrer da destilação, o pontode ebulição da mistura sofre uma elevação gradual, uma vez que a composição do vapor se torna cadavez mais rica no componente mais volátil e, portanto, a mistura dentro do balão é cada vez mais rica nocomponente menos volátil (com maior ponto de ebulição). Para purificar misturas deste tipo, serianecessário separar as primeiras frações do destilado, ricas no componente mais volátil. Estas fraçõesseriam novamente destiladas e as primeiras frações do destilado novamente separadas. Este

procedimento teria de ser repetido várias vezes até que as primeiras frações do destilado contivessemapenas o componente mais volátil. Experimentalmente uma destilação deste tipo pode ser executada coma utilização de uma coluna de fracionamento colocada entre o balão de destilação e o conector docondensador. O efeito desta coluna é proporcionar em uma única destilação, uma série demicrodestilações simples que ocorrem sucessivamente.

A Figura 3 mostra a montagem de um aparato experimental de destilação fracionada.

Figura 3. Esquema do aparato experimental de uma destilação fracionada.

Diferente do que mostra a Figura 3, empregaremos uma proveta, a fim de controlarmos aquantidade de condensado formado.

4.2.1 Materiais Acetona; Água deionizada;Manta de aquecimento;Suportes universais;Garras de fixação;Termômetro;Condensador;

Balão de fundo redondo;Mangueiras para montagem do condensador;Pedaços de porcelana.

4.2.2 Procedimento ExperimentalPrepare uma mistura de água e acetona seguindo a mesma proporção utilizada na destilação

simples do experimento anterior. Monte o aparato experimental como mostrado na Figura 3. Coloque obalão de fundo redondo com as pedras de porcelana dentro e introduza os 170 mL da mistura preparadaanteriormente. Prenda o balão no suporte universal e acople a coluna de fracionamento acima do balão. Acople o conector no final da coluna. No bocal superior do conector coloque o termômetro cuidando paraque o bulbo não encoste nas paredes do conector. No bocal lateral, acople o condensador e monte-o comas mangueiras de entrada e saída de água. A manta aquecimento só poderá ser ligada após ofuncionamento correto do condensador (entrada e saída de água de resfriamento).


14/22

14

Ligue a manta de aquecimento. Anote a temperatura quando a mistura começar a liberar vaporespara a coluna de fracionamento. A temperatura do “volume destilado 0 mL” deve ser medida quando aprimeira gota alcançar o condensador. As temperaturas também devem ser verificadas a cada 10 mL dedestilado coletados. Devem ser coletados 13 pontos, portanto, 130 mL. ATENÇÃO, NUNCA deixe uma destilação ocorrer até a eliminação total da mistura do balão. Isso é muitoperigoso, deixe sempre um resíduo dentro do balão.

Tabela 3. Resultados experimentais obtidos pela destilação fracionada.


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Temperatura(◦C)

A partir destes dados, construa um gráfico com o volume de destilado no eixo das abcissas e ploteno eixo das ordenadas a temperatura verificada para aquele volume.


15/22

15

4.3 DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR A destilação por arraste a vapor é o método mais eficiente para a extração de uma essência natural,

sendo ainda o mais adequado para extrair determinadas substâncias de uma planta. É bastante utilizadona purificação de substâncias que se decompõem em temperaturas elevadas, bem como na separação deum composto de uma mistura reacional que contém outros compostos não voláteis. Para que umasubstância possa ser arrastada por vapor de água, é necessário que ela seja insolúvel ou pouco solúvelem água, não sofra decomposição em água quente e possua apreciável pressão de vapor.

No arraste por vapor d’água, ou destilação a vapor, a água é aquecida em um recipiente e o vaporresultante desse processo é bombeado para outro recipiente, onde se encontra o material vegetal. O calordo processo faz com que as paredes celulares se abram e o óleo que está entre as células evapore juntocom a água e vá para o tubo de resfriamento, sendo posteriormente armazenado em um frasco.

A Figura 4 apresenta o aparato experimental de uma destilação por arraste a vapor.

Figura 4. Esquema do aparato experimental da destilação por arraste a vapor.

Entre os materiais mais comuns de onde se pode isolar o respectivo óleo essencial pela destilaçãopor arraste a vapor, temos o cravo, canela, cominho, erva-doce, anis estrelado, casca de laranja, nozmoscada, etc.

4.3.1 Materiais20 g de cravo, casca de laranja, canela, cominho, erva-doce OU anis estrelado; Água deionizada;Bico de Bunsen;Suporte universal;Garras de fixação;

Termômetro;Condensador;Balão de fundo redondo de três bocas;Balão de fundo redondo (500 mL);Balão de fundo redondo (250 mL);Mangueiras para montagem do condensador;Pedaços de porcelana.

4.3.2 Procedimento ExperimentalSepare 40 g do sólido escolhido para a destilação. O material deve ser fragmentado em pequenos

pedaços e adicionado ao balão de fundo redondo de 250 mL com cerca de 60 mL de água deionizada.

Dentro do balão de fundo redondo de 500 mL coloque água destilada (aproximadamente 2/3 do volume dobalão) e pedaços de porcelana. Monte o aparato experimental como mostrado na Figura 4. Com o sistema


16/22

16

do condensador (entrada e saída de água de resfriamento) funcionando corretamente, ligue a chama dobico de Bunsen.

Controle para que uma quantidade satisfatória de vapor seja gerada para entrar no balão de trêsbocas. Evite que ocorra muita agitação na água do balão de 500 mL e que seja liberado muito vapor.

Anote a temperatura quando a mistura entrar em ebulição e formar a primeira bolha de vapor(ponto de bolha). A temperatura de “volume destilado 0 mL” deve ser medida quando a primeira gota dedestilado se formar dentro do condensador. A temperatura também deve ser verificada a cada 10 mL dedestilado coletados. Devem ser coletados 10 pontos, portanto, 100 mL.

ATENÇÃO: NUNCA deixe uma destilação ocorrer até a eliminação total da mistura do balão. Isso é muitoperigoso, deixe sempre um resíduo dentro do balão.

Tabela 4. Resultados experimentais obtidos na destilação por arraste a vapor.


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura(◦C)

A partir destes dados, construa um gráfico com o volume de destilado no eixo das abcissas e plote

no eixo das ordenadas a temperatura verificada para aquele volume.O destilado deste processo contém uma mistura dos compostos essenciais extraídos com a águado vapor de arraste. Deste modo, para que se obtenha os compostos isolados, necessitamos fazer umaseparação desta mistura em duas fases, uma orgânica e uma aquosa. Para isso, precisaremos utilizaruma outra técnica de separação empregada em química orgânica, a extração, que veremos nas próximasaulas. Por este motivo, identifique o seu destilado e cubra o frasco com parafilme e guarde-o na capela.


17/22

17

5. EXTRAÇÃO A extração é usada com frequência para separar um ou mais componentes de uma mistura. Deste

modo, a extração é um método com finalidade semelhante à destilação e recristalização. Entretanto, aocontrário da recristalização ou destilação, a extração raramente fornece um produto puro. A recristalizaçãoou destilação podem ser necessárias para purificar um produto bruto extraído de uma mistura.

A extração baseia-se no princípio que um determinado soluto se distribui de modo equilibrado entreduas fases. O soluto divide-se entre as duas fases imiscíveis em uma razão determinada pela solubilidaderelativa do soluto em cada fase. As extrações podem ser do tipo sólido-líquido, quando um líquido é

utilizado para extrair um composto presente em um sólido, ou do tipo líquido-líquido, quando um líquido éutilizado para extrair um soluto dissolvido em uma outra fase líquida.

Como exemplo de uma extração sólido-líquido, temos a extração de óleo de soja com hexano. Parailustrar uma extração líquido-líquido, podemos imaginar um sistema de dois líquidos imiscíveis onde umlíquido é a água e o outro é um solvente orgânico, um soluto orgânico (composto covalente) seráencontrado principalmente na fase orgânica enquanto um sal (composto iônico) será encontradoprincipalmente na camada aquosa quando o equilíbrio for atingido. A Figura 5 a seguir ilustra atransferência de massa entre os solventes imiscíveis.

Figura 5. Esquema de separação de fases em uma extração líquido-líquido.

Em laboratório, as operações de extração são realizadas em um funil de separação com umsolvente que seja imiscível com o qual a substância desejada está dissolvida e no qual a substânciadesejada é solúvel. Duas camadas de líquido se formam dentro do funil de separação e uma pequenainterfase (emulsão) se forma no contato (interface) entre os dois líquidos. A emulsificação dos dois líquidosé indesejada e, por isso, deve-se tomar cuidado ao agitar o funil. Agitações vigorosas favorecem aemulsificação, por entanto, agite com cuidado, somente para que ocorra o contato com os entre os doissolventes.

A separação das duas fases ocorre por ação da gravidade e a fase aquosa (quando não contémcompostos de interesse) é descartada. A fase orgânica (que contém os compostos de interesse) passa por

outro processo (evaporação simples do solvente, por exemplo) para que se obtenha o extrato finalpurificado. A retirada de pequenas quantidades de água remanescentes na fase orgânica pode serrealizada pela adição de compostos inorgânicos que absorvem água, como o sulfato de sódio anidro, queé facilmente separado do extrato por filtração.

O COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO - Kd

Quando se juntam dois solventes imiscíveis a um soluto e se agita a mistura, o soluto se distribuientre os dois líquidos em uma razão que é aproximadamente igual à razão da solubilidade do soluto emcada líquido. A razão encontrada dividindo-se a concentração do soluto em um líquido pela concentraçãodo mesmo soluto no outro líquido no equilíbrio é uma constante chamada de coeficiente de distribuição,Kd.


18/22

18

= 2=

⁄ (2 2 )

sendo: Ce a concentração do composto A no éter, CH2O a concentração do composto A na água, Me amassa do composto A no éter, Ve o volume de éter, MH2O a massa do composto A na água, VH2O o volumede água.

Se o valor do coeficiente de distribuição para um sistema particular for conhecido, pode-sefacilmente calcular quanto soluto pode ser extraído por um dado volume de solvente e quanto solutopermanece na solução aquosa. A extração pode ser simples ou com múltiplas etapas (múltiplas lavagens).

5.1 EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 1Nesta prática iremos extrair trimiristina a partir de noz moscada, uma especiaria utilizada como

tempero.

5.1.1 Materiais

15 g de noz moscada em pó;Manta de aquecimento;Condensador de bolas;Mangueiras para montagem de condensador;Clorofórmio;Etanol 95%;Balão de fundo chato;Pedaços de porcelana;Suporte universal;Garras de fixação;Funil de Buchner;Papel filtro;Kitassato;Bomba de vácuo;Banho de gelo.

5.1.2 Procedimento Experimental Adicione 100 mL de clorofórmio ao balão de fundo chato e a porção de noz moscada previamente

separada. Monte o sistema de aquecimento e o condensador logo acima do balão de fundo chato. Ligue osistema de aquecimento somente após regular corretamente o funcionamento do condensador. Refluxepor aproximadamente 1h.

Após esfriar um pouco a mistura, filtre com o filtro a vácuo. Adicione sulfato de sódio anidro, misturee deixe repousar por alguns minutos. Remova o sulfato por filtração simples. Evapore o solventeaquecendo o balão na chapa de aquecimento. O ponto de parada da evaporação é quando restar dentrodo balão um resíduo semissólido.

Dissolva o resíduo semissólido em etanol 95% e resfrie a solução no banho de gelo. Neste processoocorrerá a precipitação da trimiristina. A mistura obtida após o resfriamento deve ser filtrada a vácuo elavada com etanol 95% gelado.


19/22

19

5.2 EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 2Nesta prática iremos extrair óleo de sementes oleaginosas e de alimentos industrializados

empregando uma extração do tipo sólido-líquido contínua com um extrator soxhlet.

5.2.1 MateriaisSementes oleaginosas/alimento de milho industrializado;Extrator soxhlet;

Manta de aquecimento;Condensador de bolas;Cartucho de celulose/Cartucho de papel filtro;Mangueiras para montagem de condensador;Hexano;Balão de fundo chato;Pedaços de porcelana;Suporte universal;Garras de fixação.

5.2.2 Procedimento ExperimentalPese o balão volumétrico de fundo chato que será utilizado na extração e separe a massa de 20 g de

sólidos a serem utilizados (pese os sólidos já dentro do cartucho). Preencha cerca de 2/3 do volume dobalão com hexano juntamente com alguns pedaços de porcelana. Em seguida, coloque o balão na mantade aquecimento. Monte o conjunto do extrator soxhlet e coloque o cartucho com o os sólidos no localapropriado dentro do extrator. Monte o sistema de aquecimento e condensação. Somente ligue a manta deaquecimento após regular corretamente a entrada e saída da água de resfriamento.

Deixe o extrator ligado o maior tempo possível para que sejam executados o máximo de ciclos deextração. Ao verificar o esgotamento da extração, desligue o aquecimento e desmonte a aparelhagem.

Destile novamente a amostra do balão de fundo chato usando apenas um condensador de bolas e

coletando o solvente em outro balão de fundo chato. Termine a destilação e desligue o aquecimentoquando restarem cerca de 10 mL de amostra no balão. Caso ainda restem vestígios de solvente no balão,aqueça-o em uma chapa de aquecimento por mais alguns minutos para evaporação do solvente residual.

Após a destilação, pese novamente o balão e calcule o percentual de óleo extraído com base namassa de sólidos empregada na extração. Compare os resultados de rendimento obtidos com ospercentuais encontrados na literatura.


20/22

20

5.3 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDONesta prática iremos extrair cafeína de café ou de chá mate por extração do tipo líquido-líquido

descontínua, empregando um solvente polar.

5.3.1 MateriaisBéquer (500 mL e 100 mL);Diclorometano;

10 g de café/chá mate instantâneo;Solução de óxido de magnésio 10%;Solução de ácido sulfúrico 1 M;Solução de hidróxido de potássio 0,1 M;Banho Maria;Papel filtro;Funil de Buchner;Bomba de vácuo;Kitasato;Funil de separação;Erlenmeyer;Bico de Bunsen.

5.3.2 Procedimento Experimental Adicionar 125 mL de água quente ao béquer juntamente com os 10 g de chá mate separados

anteriormente. Deixar esta solução esfriar por alguns instantes e adicionar 100 mL de uma solução deóxido de magnésio 10% e agitar em banho Maria por 30 min. Este procedimento faz com que os taninosformem sais insolúveis em água e precipitem na solução. Após decorrido este tempo, retire a mistura dobanho Maria e aguarde esfriar um pouco.

Filtre a suspensão a vácuo e adicione ao filtrado cerca de 10 mL de uma solução de ácido sulfúrico1 M para acidificar o meio (medir o pH com papel indicador e se necessário, adicione mais ácido sulfúrico

até o pH ficar próximo de 1).Usando o bico de Bunsen, concentre o filtrado até a metade de seu volume original. Depois de frio,

proceda à extração. No funil de separação, adicione o filtrado e 15 mL de diclorometano. Separe a faseorgânica em um béquer e retorne com a fase aquosa para o funil novamente. Repita a extração com15 mL de diclorometano mais duas vezes, totalizando três extrações. Em cada uma das extrações,coloque as fases orgânicas obtidas sempre no mesmo béquer.

Adicione ao béquer (que contém as três fases orgânicas combinadas) cerca de 8 mL de uma solução0,1 M de hidróxido de potássio, que removerá parcialmente a coloração amarelada do extrato orgânico.Transferir esta mistura para o funil de separação novamente e separar a fase orgânica e a aquosa. A faseaquosa deve ser lavada (extraída) duas vezes com 5 mL de diclorometano. As duas fases orgânicas

obtidas na lavagem devem ser misturadas a fase orgânica anterior, que já está separada. Adicione sulfato de sódio anidro ao béquer que contém a fase orgânica. Filtre a mistura para um

balão de fundo chato previamente identificado e pesado. Evapore o solvente em chapa de aquecimento.Determine a massa de cafeína extraída após esfriar totalmente. Calcule o rendimento de extrato ecompare com dados da literatura.


21/22

21

5.4 EXTRAÇÃO ÁCIDO-BASENesta prática iremos isolar os três componentes de um comprimido utilizado para tratar enxaquecas,um ácido, um básico e um neutro.

5.4.1 Materiais6 comprimidos de Doril® Enxaqueca (ácido acetilsalicílico, paracetamol e cafeína);Béquer (100 mL);

Erlenmeyer (250 mL);Funil de separação (125 mL);Pistilo e graal;Funil;Papel filtro;Balão de fundo redondo;Balão de fundo chato;Clorofórmio;Solução de NaOH (5 e 10%);Solução de HCl (5 e 10%);Solução de NaHCO3 (5%).

5.4.2 Procedimento ExperimentalSepare 3 balões de fundo chato e pese-os. Identifique-os com uma das seguintes indicações:

Fração Básica, Fração Ácida e Fração Neutra.Triture os 6 comprimidos com o pistilo e graal e dissolva no béquer com 50 mL de clorofórmio. Filtre

a solução e transfira para o funil de separação.

EXTRAÇÃO DA FASE BÁSICA: adicione 20 mL da solução de HCl 5% ao funil de separação, agite edeixe em repouso até que ocorra a separação das fases. Retire a fase aquosa para um béquer. Repita aoperação, adicionando mais 20 mL de solução de HCl 5% e separe a fase aquosa novamente para o

mesmo béquer. Esta fase aquosa contém o sal cafeína dissolvido, portanto rotule-a como Fração Básica.

EXTRAÇÃO DA FASE ÁCIDA: adicione 20 mL de solução de NaHCO 3 5% ao funil de separação, agite edeixe em repouso até que ocorra a separação das fases. Retire a fase aquosa para um béquer. Repita aoperação, adicionando mais 20 mL de solução de NaHCO3 5% e separe a fase aquosa novamente para omesmo béquer. Esta fase aquosa contém o composto orgânico ácido acetilsalicílico (AAS, acetilsalicilatode sódio), que é solúvel em água. Assim, rotule-a como Fração Ácida.

A substância neutra, paracetamol, permanece como o único composto da fase orgânica. Transfiraesta fase para o erlenmeyer e adicione sulfato de sódio anidro, agite, deixe em repouso por alguns

minutos e filtre para o balão de fundo redondo rotulado como Fração Neutra.

RECUPERAÇÃO DO COMPONENTE NEUTRO: destile o conteúdo do balão de fundo chato identificadocomo Fração Neutra até restarem cerca de 10 mL de líquido no balão. Desligue o aquecimento e transfirao balão para a capela para evaporação total do solvente. Após a evaporação total do solvente, énecessário pesar o resíduo.

RECUPERAÇÃO DA BASE: adicione a solução de NaOH 10% ao béquer que contém a Fração Básica até atingir o pH básico (pH = 7,0), para isso utilize o papel indicador. Transfira esta mistura neutralizadapara o funil de separação e extraia com 30 mL de clorofórmio. Separe a fase aquosa e a fase orgânica em

dois béqueres diferentes. Coloque a fase aquosa novamente no funil de separação e repita a extraçãocom mais 30 mL de clorofórmio. Recolha a fase orgânica no mesmo béquer utilizado para a primeirafração extraída. Adicione sulfato de sódio anidro, deixe repousar por alguns minutos e filtre para o balão de


22/22

22

fundo chato rotulado como Fração Básica. Destile o líquido do balão até aproximadamente restaremapenas 10 mL de líquido, desligue o aquecimento e após deixe o balão identificado na capela paraevaporação natural do solvente restante. Após a evaporação total do solvente, é necessário pesar oresíduo.

RECUPERAÇÃO DO ÁCIDO: adicione a solução HCl 10% ao béquer que contém a Fração Ácida até seobter um pH ácido (faça o controle do pH com papel indicador), onde ocorre a precipitação do ácido

acetilsalicílico. Transfira esta mistura para o funil de separação e extraia com 30 mL de clorofórmio. Retirea fração aquosa para um béquer e a fração orgânica para outro. Torne a colocar a fração aquosa no funilde separação e extraia com mais 30 mL de clorofórmio. Combine as frações orgânicas e adicione sulfatode sódio anidro. Misture e deixe em repouso por alguns minutos. Filtre para o balão de fundo chatorotulado como Fração Ácida e destile o líquido até que restem aproximadamente 10 mL de líquido nobalão. Desligue o aquecimento e deixe o balão identificado na capela para evaporação total do solventerestante. Após a evaporação total do solvente, é necessário pesar o resíduo.

Obs.: Guarde os compostos extraídos nesta aula devidamente identificados.Para o relatório não esqueça de descrever as reações que ocorrem nos processos de extração realizadosnesta aula.

apostila de química orgânica experimental

Documents