apostila de química orgânica i experimental

QUMICA ORGNICA EXPERIMENTAL I

Apostila dos Experimentos

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SEGURANA E NORMAS DE TRABALHO NO LABORATRIO

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QUMICA ORGNICA EXPERIMENTAL

1- OBJETIVOS GERAIS: 1.1- Ensinar as tcnicas necessrias para um estudante poder trabalhar com compostos orgnicos. 1.2- Aprender a manusear os equipamentos bsicos para uma pesquisa laboratorial. 1.3- Conhecer as tcnicas para sintetizar, separar e purificar compostos orgnicos.

2- PROCEDIMENTO DIDTICO: A disciplina ser ministrada atravs de aulas expositivas e prticas.

3- RELATRIO: O relatrio da experincia realizada dever ser entregue ao professor, logo no incio da aula seguinte. O relatrio dever conter os seguintes itens: 1. Ttulo da experincia realizada. 2. Objetivo. 3. Procedimento experimental. 4. Resultados e discusso: Comentrios dos resultados obtidos experimentalmente e comparao com os dados disponveis na literatura. 5. Concluso. 6. Bibliografia.

4- BIBLIOGRAFIA: 1-) Vogel, A. I. Anlise Orgnica; Ao Livro Tcnico S.A.; 3a ed.; Vol. 1, 2, 3; 1984. 2-) Vogel, A. I. A Textbook of Practical Organic Chemistry; 3a ed; Longmann; Londres; 1978. 3-) Pavia, D. L.; Lampman, G. M.; Kriz, G. S. Introduction to Organic Laboratory Techniques; 3rd ed; Saunders; New York; 1988. 4-) Gonalves, D.; Almeida, R. R. Qumica Orgnica e Experimental; McGraw-Hill; 1988. 5-) Fessenden, R. J.; Fessenden, J. S. Techniques and Experiments for Organic Chemistry; PWS Publishers; Boston; 1983. 6-) Mayo, D. W.; Pike, R. M.; Trumper, P. K. Microscale Organic Laboratory; 3a ed; John Wiley & Sons; Nova Iorque; 1994. 7-) Nimitz, J. S. Experiments in Organic Chemistry; Prentice Hall; New Jersey; 1991.


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8-) Mohrig, J. R.; Hammond, C. N.; Morrill, T. C.; Neckers, D. C. Experimental Organic Chemistry; W. H. Freeman and Company; New York; 1998. 9-) Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Qumica Orgnica; Fundao Calouste Gulbenkian; 9a ed; Lisboa; 1990. 10-) Solomons, T. W. G. Qumica Orgnica; 6a ed; Livros Tcnicos e Cientficos; Rio de Janeiro; 1996. 11-) Shriner, R. L.; Fuson, R. C.; Curtin, D. Y.; Morril, T. C. The Systematic Identification of Organic Compounds; 6th ed; John Wiley & Sons; Singapure; 1980. SEGURANA E NORMAS DE TRABALHO NO LABORATRIO 1- INTRODUO Laboratrios de qumica no precisam ser lugares perigosos de trabalho (apesar dos muitos riscos em potencial que neles existem), desde que certas precaues elementares sejam tomadas e que cada operador se conduza com bom senso e ateno. Acidentes no laboratrio ocorrem muito freqentemente em virtude da pressa excessiva na obteno de resultados. Cada um que trabalha deve ter responsabilidade no seu trabalho e evitar atitudes impensadas de desinformao ou pressa que possam acarretar um acidente e possveis danos para si e para os demais. Deve-se prestar ateno a sua volta e prevenir-se contra perigos que possam surgir do trabalho de outros, assim como do seu prprio. O estudante de laboratrio deve, portanto, adotar sempre uma atitude atenciosa, cuidadosa e metdica em tudo o que faz. Deve, particularmente, concentrar-se no seu trabalho e no permitir qualquer distrao enquanto trabalha. Da mesma forma, no deve distrair os demais desnecessariamente. 2- NORMAS DE LABORATRIO 01.No se deve comer, beber, ou fumar dentro do laboratrio. 02.Cada operador deve usar, obrigatoriamente, um guarda-p. No ser permitida a permanncia no laboratrio ou a execuo de experimentos sem o mesmo. O guarda-p dever ser de brim ou algodo grosso e, nunca de tergal, nylon ou outra fibra sinttica inflamvel. 03.Sempre que possvel, usar culos de segurana, pois constituem proteo indispensvel para os olhos contra respingos e exploses. 04.Ao manipular compostos txicos ou irritantes a pele, usar luvas de borracha.


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05.A manipulao de compostos txicos ou irritantes, ou quando houver desprendimento de vapores ou gases, deve ser feita na capela. 06.Leia com ateno cada experimento antes de inici-lo. Monte a aparelhagem, faa uma ltima reviso no sistema e s ento comece o experimento. 07.Otimize o seu trabalho no laboratrio, dividindo as tarefas entre os componentes de sua equipe. 08.Antecipe cada ao no laboratrio, prevendo possveis riscos para voc e seus vizinhos. Certifique-se ao acender uma chama de que no existem solventes prximos e destampados especialmente aqueles mais volteis (ter etlico, ter de petrleo, hexano, dissulfeto de carbono, benzeno, acetona, lcool etlico, acetato de etila). Mesmo uma chapa ou manta de aquecimento quente pode ocasionar incndios, quando em contato com solventes como ter, acetona ou dissulfeto de carbono. 09.Leia com ateno os rtulos dos frascos de reagentes e solventes que utilizar. 10.Seja cuidadoso sempre que misturar dois ou mais compostos. Muitas misturas so exotrmicas (ex. H2SO4 (conc.) + H2O), ou inflamveis (ex. sdio metlico + H2O), ou ainda podem liberar gases txicos. Misture os reagentes vagarosamente, com agitao e, se necessrio, resfriamento e sob a capela. 11.Em qualquer refluxo ou destilao utilize "pedras de porcelana" a fim de evitar superaquecimento. Ao agitar lquidos volteis em funis de decantao, equilibre a presso do sistema, abrindo a torneira do funil ou destampando-o. 12.Caso interrompa alguma experincia pela metade ou tenha que guardar algum produto, rotule-o claramente. O rtulo deve conter: nome do produto, data e nome da equipe. 13.Utilize os recipientes apropriados para o descarte de resduos, que esto dispostos no laboratrio. S derrame compostos orgnicos lquidos na pia, depois de estar seguro de que no so txicos e de no haver perigo de reaes violentas ou desprendimento de gases. De qualquer modo, faa-o com abundncia de gua corrente. 14.Cada equipe deve, no final de cada aula, lavar o material de vidro utilizado e limpar a bancada. Enfim, manter o laboratrio LIMPO.

3- COMPOSTOS TXICOS Um grande nmero de compostos orgnicos e inorgnicos so txicos. Manipule-os com respeito, evitando a inalao ou contato direto. Muitos produtos que eram manipulados pelos qumicos, sem receio, hoje so considerados nocivos sade e no h dvidas de que a lista de produtos txicos deva aumentar. A relao abaixo compreende alguns produtos txicos de uso comum em laboratrios:


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3.1- COMPOSTOS ALTAMENTE TXICOS: So aqueles que podem provocar, rapidamente, srios distrbios ou morte. Compostos de mercrio Compostos arsnicos Monxido de carbono Flor Selnio e seus compostos 3.2- LQUIDOS TXICOS E IRRITANTES AOS OLHOS E SISTEMA RESPIRATRIO: Sulfato de dietila Bromometano Dissulfeto de carbono Sulfato de metila Bromo Acrolena cido fluorobrico Alquil e arilnitrilas Benzeno Brometo e cloreto de benzila Cloreto de acetila Cloridrina etilnica cido oxlico e seus sais Cianetos inorgnicos Cloro Pentxido de vandio

3.3- COMPOSTOS POTENCIALMENTE NOCIVOS POR EXPOSIO PROLONGADA: a) Brometos e cloretos de alquila: Bromoetano, bromofrmio, tetracloreto de carbono, diclorometano, 1,2-dibromoetano, 1,2-dicloroetano, iodometano. b) Aminas alifticas e aromticas: Anilinas substitudas ou no, dimetilamina, trietilamina, diisopropilamina. c) Fenis e compostos aromticos nitrados: Fenis substitudos ou no, cresis, catecol, resorcinol, nitrobenzeno, nitrotolueno, nitrofenis, naftis. 3.4- SUBSTNCIAS CARCINOGNICAS: Muitos compostos orgnicos causam tumores cancerosos no homem. Deve-se ter todo o cuidado no manuseio de compostos suspeitos de causarem cncer, evitando-se a todo custo a inalao de vapores e a contaminao da pele. Devem ser manipulados exclusivamente em capelas e com uso de luvas protetoras. Entre os grupos de compostos comuns em laboratrio se incluem: a) Aminas aromticas e seus derivados: Anilinas N-substitudas ou no, naftilaminas, benzidinas, 2-naftilamina e azoderivados. b) Compostos N-nitroso: Nitrosoaminas (R'-N(NO)-R) e nitrosamidas.


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c) Agentes alquilantes: Diazometano, sulfato de dimetila, iodeto de metila, propiolactona, xido de etileno. d) Hidrocarbonetos aromticos policclicos: Benzopireno, dibenzoantraceno, etc. e) Compostos que contm enxofre: Tioacetamida, tiouria. f) Benzeno: Um composto carcinognico, cuja concentrao mnima tolervel inferior aquela normalmente percebida pelo olfato humano. Se voc sente cheiro de benzeno porque a sua concentrao no ambiente superior ao mnimo tolervel. Evite us-lo como solvente e sempre que possvel substitua-o por outro solvente semelhante e menos txico (por exemplo, tolueno). g) Amianto: A inalao por via respiratria de amianto pode conduzir a uma doena de pulmo, a asbestose, uma molstia dos pulmes que aleija e eventualmente mata. Em estgios mais adiantados geralmente se transforma em cncer dos pulmes. 4- INTRUES PARA ELIMINAO DE PRODUTOS QUMICOS PERIGOSOS Hidretos alcalinos, disperso de sdio Suspender em dioxano, lentamente adicionar o isopropano, agitar at completa reao do hidreto ou do metal: adicionar cautelosamente gua at formao de soluo lmpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. Hidreto de ltio e alumnio Suspender em ter ou THF ou dioxano, gotejar acetato de etila at total transformao do hidreto, resfriar em banho de gelo e gua, adicionar cido 2N at formao de soluo lmpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. Boroidreto alcalino Dissolver em metanol, diluir em muita gua, adicionar etanol, agitar ou deixar em repouso at completa dissoluo e formao de soluo lmpida, neutralizar e verter em recipiente adequado. Organolticos e compostos de Grignard Dissolver ou suspender em solvente inerte (p. ex.: ter, dioxano, tolueno), adicionar lcool, depois gua, no final cido 2N, at formao de soluo lmpida, verter em recipiente adequado. Sdio Introduzir pequenos pedaos do sdio em metanol e deixar em repouso at completa dissoluo do metal, adicionar gua com cuidado at soluo lmpida, neutralizar, verter em recipiente adequado.


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Potssio Introduzir em n-butanol ou t-butanol anidro, diluir com etanol, no final com gua, neutralizar, verter em recipiente adequado. Mercrio Mercrio metlico: Recuper-lo para novo emprego. Sais de mercrio ou suas solues: Precipitar o mercrio sob forma de sulfeto, filtrar e guardlo. Metais pesados e seus sais Precipitar soba a forma de compostos insolveis (carbonatos, hidrxidos, sulfetos, etc.), filtrar e armazenar. Cloro, bromo, dixido de enxofre Absorver em NaOH 2N, verter em recipiente adequado. Cloretos de cido, anidridos de cido, PCl3, PCl5, cloreto de tionila, cloreto de sulfurila. Sob agitao, com cuidado e em pores, adicionar muita gua ou NaOH 2N, neutralizar, verter em recipiente adequado. cido clorosulfnico, cido sulfrico concentrado, leum, cido ntrico concentrado Gotejar, sob agitao, com cuidado, em pequenas pores, sobre gelo ou gelo mais gua, neutralizar, verter em recipiente adequado. Dimetilsulfato, iodeto de metila Cautelosamente, adicionar a uma soluo concentrada de NH3, neutralizar, verter em recipiente adequado. Presena de perxidos, perxidos em solventes, (ter, THF, dioxano) Reduzir em soluo aquosa cida (Fe(II) - sais, bissulfito), neutralizar, verter em recipiente adequado. Sulfeto de hidrognio, mercaptanas, tiofenis, cido ciandrico, bromo e clorocianos Oxidar com hipoclorito (NaOCl). 5- AQUECIMENTO NO LABORATRIO Ao se aquecerem substncias volteis e inflamveis no laboratrio, deve-se sempre levar em conta o perigo de incndio. Para temperaturas inferiores a 100C use preferencialmente banho-maria ou banho a vapor.


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Para temperaturas superiores a 100C use banhos de leo. Parafina aquecida funciona bem para temperaturas de at 220C; glicerina pode ser aquecida at 150C sem desprendimento aprecivel de vapores desagradveis. Banhos de silicone so os melhores, mas so tambm os mais caros. Uma alternativa quase to segura quanto os banhos so as mantas de aquecimento. O aquecimento rpido, mas o controle da temperatura no to eficiente como no uso de banhos de aquecimento. Mantas de aquecimento no so recomendadas para a destilao de produtos muito volteis e inflamveis, como ter de petrleo e ter etlico. Para temperaturas altas (>200C) pode-se empregar um banho de areia. Neste caso o aquecimento e o resfriamento do banho deve ser lento. Chapas de aquecimento podem ser empregadas para solventes menos volteis e inflamveis. Nunca aquea solventes volteis em chapas de aquecimento (ter, CS2, etc.). Ao aquecer solventes como etanol ou metanol em chapas, use um sistema munido de condensador. Aquecimento direto com chamas sobre a tela de amianto s recomendado para lquidos no inflamveis (por exemplo, gua).

EXPERINCIA 01 APRESENTAO DAS VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS USADOS NO LABORATRIO DE QUMICA ORGNICA 1- INTRODUO Apesar do grande desenvolvimento terico da Qumica, ela continua a ser uma cincia eminentemente experimental; da a importncia das aulas prticas de Qumica. A experincia treina o aluno no uso de mtodos, tcnicas e instrumentos de laboratrio e permite a aplicao dos conceitos tericos aprendidos. Nas cincias, os fatos experimentais negam ou incentivam as teorias e estas propem novos experimentos. De tal modo se entrelaam teorias e fatos experimentais, de forma que o cientista deve esforar-se para romper com a teoria quando esta no se aplica aos experimentos ou refazer os experimentos at conseguir resultados mais convincentes cientificamente. O laboratrio de Qumica o lugar privilegiado para a realizao de experimentos, com instalaes de gua, luz e gs de fcil acesso em todas as bancadas. Possui ainda local especial para manipulao de substncias txicas (a capela), que dispe de sistema prprio de exausto de gases. As vidrarias, equipamentos e reagentes so recursos mnimos de qualquer laboratrio. 2- METODOLOGIA O professor ir apresentar as principais vidrarias e equipamentos usados em um laboratrio de qumica orgnica e suas aplicaes. 3- QUESTIONRIO

1- Resuma os principais procedimentos que devem ser adotados por um aluno, antes, durante e depois aulas prticas em laboratrios qumicos. 2- Descreva as aplicaes das vidrarias e equipamentos expostos durante a aula prtica.

EXPERINCIA 02 RECRISTALIZAO

1- INTRODUO A purificao de compostos cristalinos impuros geralmente feita por cristalizao a partir de um solvente ou de misturas de solventes. Esta tcnica conhecida por recristalizao, e baseia-se na diferena de solubilidade que pode existir entre um composto cristalino e as impurezas presentes no produto da reao. Um solvente apropriado para a recristalizao de uma determinada substncia deve preencher os seguintes requisitos (mtodo do gradiente trmico): a) Deve proporcionar uma fcil dissoluo da substncia a altas temperaturas; b) Deve proporcionar pouca solubilidade da substncia a baixas temperaturas; c) Deve ser quimicamente inerte (ou seja, no deve reagir com a substncia); d) Deve possuir um ponto de ebulio relativamente baixo (para que possa ser facilmente removido da substncia recristalizada); O resfriamento, durante o processo de recristalizao, deve ser feito lentamente para que se permita a disposio das molculas em retculos cristalinos, com formao de cristais grandes e puros. Caso se descubra que a substncia muito solvel em um dado solvente para permitir uma recristalizao satisfatria, mas insolvel em um outro, combinaes de solventes podem ser empregadas (mtodo par de solventes). Os pares de solventes devem ser completamente miscveis. (exemplos: metanol e gua, etanol e clorofrmio, clorofrmio e hexano, etc.). As impurezas que permanecem insolveis durante a dissoluo inicial do composto so removidas por filtrao, usando papel de filtro pregueado, para aumentar a velocidade de filtrao. Para remoo de impurezas no soluto pode-se usar o carvo ativo, que atua adsorvendo as impurezas coloridas e retendo a matria resinosa e finamente dividida. O ponto de fuso utilizado para identificao do composto e como um critrio de pureza. Compostos slidos com faixas de pontos de fuso pequenas (< 2oC) so considerados puros.

RECRISTALIZAO

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2- METODOLOGIA Recristalizao do cido saliclico (gua / etanol) (recristalizao pelo mtodo do par de solventes).

3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Inicie a recristalizao com um teste de solubilidade a frio e a quente nos solventes ou misturas sugeridas. Pese uma quantidade adequada do cido saliclico (em torno de 2 g) e adicione o solvente rico na mnima quantidade possvel, at completa solubilizao (aproximadamente 15 mL). Levar a soluo ebulio agitando freqentemente (aquecimento em chapa eltrica -agitao com basto de vidro). Adicione carvo ativado (ponta de esptula) para adsoro de pigmentos e outras impurezas, sob agitao. Filtre rapidamente em funil de filtrao utilizando um filtro de pregas previamente preparado (Figura 1 e 2). Adicionar gota a gota o solvente pobre at precipitao dos cristais (que no desaparea por agitao). Aquecer de novo at desaparecer a precipitao. Deixar a soluo em repouso at atingir a temperatura ambiente. Colocar a soluo em banho de gelo ou freezer para o completo crescimento dos cristais. Caso no se observe a cristalizao tente induzi-la esfregando as paredes do becher com uma vareta de vidro. Filtre os cristais em funil de filtrao, seque em dessecador, e ento determine o ponto de fuso aps recristalizao.

Figura 1. Funil de filtrao

RECRISTALIZAO

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Figura 2. Como preparar papel filtro pregueado 4- QUESTIONRIO 1- Qual a mistura de solventes usado na recristalizao do cido saliclico? 2- Por qu se usou o carvo ativo na etapa de recristalizao? 3- Por qu se usa o papel de filtro pregueado na filtrao? 4- Ao purificar um composto por recristalizao, aconselhvel esfriar a soluo lenta ou rapidamente? Explique. 5- Qual caracterstica deve ter um bom solvente, para que possa ser usado numa recristalizao? 6- Como se deve proceder para verificar se os compostos acima foram realmente purificados aps a recristalizao dos mesmos?

EXPERINCIA 03 e 04 ISOLAMENTO DA CAFENA

1- INTRODUO Alcalides so substncias orgnicas nitrogenadas de carter bsico, geralmente de origem vegetal, e que provocam efeitos fisiolgicos caractersticos nos organismos humanos. Nem todas as substncias classificadas como alcalides obedecem rigorosamente a todos os itens desta definio; por exemplo, o alcalide da pimenta (piperina) no bsico, mas tem acentuada ao fisiolgica. Do ponto de vista qumico, os alcalides no constituem um grupo homogneo de substncias. Quase todos, porm, apresentam estrutura qumica derivada de um composto heterociclo. Uma classificao qumica de alcalides baseia-se na estrutura deste heterociclo: alcalides da piridina (ex.: nicotina) da xantina (ex.: cafena), da quinolina, do pirrol, do indol, da piperidina, etc. Certas famlias vegetais so particularmente ricas em alcalides, por exemplo, as rubiceas (caf) e as solanceas (fumo). A cafena (1,3,7-trimetilxantina, 1) pertence famlia dos alcalides xantnicos (Figura 1).

O R O N N R1

R2 N N

1 2 3 4

Cafena: R = R1 = R2 = CH3 Xantina: R = R1 = R2 = H Teofilina: R = R1 = CH3; R2 = H Teobromina: R = H; R1 = R2 = CH3

Figura 1. Alguns exemplos de alcalides xantnicos A cafena foi isolada do caf por Runge em 1820 e do ch preto por Oudry em 1827. Ela encontrada ainda no guaran, erva-mate e em outros vegetais, e responsvel pelo efeito estimulante de bebidas como ch e caf e de refrigerantes como Coca-Cola e Pepsi-Cola. tambm um dos princpios ativos de bebidas ditas energticas (Red Bull, Power Flash, etc.). A cafena provoca um efeito pronunciado no sistema nervoso central (SNC), mas nem todos os derivados xantnicos so efetivos como estimulantes do SNC. A teobromina (4, Figura 1), uma xantina encontrada no cacau, possui pouco efeito no SNC, porm um forte diurtico e utilizada em medicamentos para tratar pacientes com problemas de reteno de gua. A teofilina (3), encontrada no ch junto com a cafena, tambm tem pouca ao no SNC, mas um forte estimulante do miocrdio, relaxando a artria coronria, que fornece sangue ao

ISOLAMENTO DA CAFENA

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corao. Teofilina, tambm chamada de aminofilina, frequentemente usada no tratamento de pacientes que tiveram parada cardaca. tambm um diurtico mais potente que a teobromina. Sendo um vasodilatador, geralmente empregada no tratamento de dores de cabea causadas por hipertenso e asma. A cafena relativamente txica, (LD50 = 75 mg/Kg), mas para se obter uma dose letal de cafena, o indivduo deveria ingerir dezenas de quilos de caf em um curto perodo de tempo. Na Tabela 1 so apresentadas as quantidades mdias de cafena encontradas em algumas bebidas e alimentos. Devido aos efeitos provocados pela cafena no SNC, algumas pessoas preferem usar caf descafeinado. A descafeinao reduz o contedo de cafena do caf para aproximadamente 0,03 - 1,2% Tabela 1. Porcentagem em massa de cafena presente em bebidas e alimentos. BEBIDA/ALIMENTO Caf modo Caf instantneo Ch Chocolate Coca-cola 2- METODOLOGIA No experimento de hoje ser realizada a extrao da cafena das folhas do ch, usando gua quente contendo carbonato de clcio. Por sua vez, a cafena ser extrada desta fase aquosa com diclorometano. Com a evaporao do solvente obtm-se a cafena. Alcalides so aminas, e, portanto formam sais solveis em gua, quando tratados com cidos. A cafena encontrada nas plantas apresenta-se na forma livre ou combinada com taninos fracamente cidos. A cafena solvel em gua, ento pode ser extrada de gros de caf ou das folhas de ch com gua quente. Junto com a cafena, outros inmeros compostos orgnicos so extrados, e a mistura destes compostos que d o aroma caracterstico ao ch e ao caf. Entretanto, a presena desta mistura de compostos interfere na etapa de extrao da cafena com um solvente orgnico, provocando a formao de uma emulso difcil de ser tratada. Para minimizar este problema utiliza-se uma soluo aquosa de carbonato de clcio. O meio bsico promove a hidrlise do sal de cafena-tanino, aumentando assim o rendimento de cafena extrada. % EM MASSA DE CAFENA 0,64 - 0,88 0,42 - 0,56 0,18 - 0,53 0,71 0,12


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3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Adicione em torno de 15 g de ch preto em um becher de 500 mL. Coloque 150 mL de gua destilada, e 7,0 g de carbonato de clcio. Aquea a soluo por aproximadamente 20 minutos (agitando constantemente com basto de vidro), e em seguida, deixe a soluo aquosa esfriar a temperatura ambiente. Filtre a soluo em funil de filtrao. Adicione o filtrado a um funil de separao. Faa duas extraes com diclorometano (com 20 mL cada), agitando gentilmente para evitar a formao de emulso (Figura 2 e 3). Caso ocorra a formao de emulso (a separao de fases orgnica e aquosa fica difcil), adicione 5 mL de soluo saturada de cloreto de sdio e separe as fases. Coloque as fraes orgnicas em um nico becher de volume apropriado. Para secar a fase orgnica de diclorometano, adicione aproximadamente 1 g de sulfato de sdio anidro (1 esptula) e agite. Colocar o suficiente para a formao de uma massa no fundo do frasco. Agite e filtre, coletando o filtrado em um becher (previamente tarado). Coloque em seguida o filtrado para evaporar o solvente temperatura ambiente. Aps alguns dias, faa uma pesagem por diferena para calcular a massa bruta obtida.

Figura 2. Como agitar um funil de separao durante o processo de extrao lquido-liqudo

Figura 3. Duas solues de lquidos imiscveis sendo separadas em um funil de separao


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4- QUESTIONRIO 1- O que um alcalide? 2- Por qu a cafena extrada com uma soluo aquosa bsica? 3- O que extrao? 4- Qual a finalidade da adio de sulfato de sdio anidro? 5- O consumo de alimentos e bebidas contendo cafena e derivados gera dependncia fsica. Apresente sua opinio sobre o consumo de alimentos contendo estimulantes dessa natureza.

EXPERINCIA 05 SUBLIMAO DO CIDO BENZICO

1- INTRODUO A sublimao um processo de purificao de substncias slidas que tem presso de vapor relativamente alta abaixo de seu ponto de fuso. A substncia vaporizada, por aquecimento, diretamente do estado slido. O vapor se condensa sobre a superfcie fria. Este processo ocorre sem a formao intermediria de lquido. Poucas substncias possuem presso de vapor suficientemente elevada para permitir a sublimao a presso atmosfrica. Esto entre elas o naftaleno, o antraceno, o cido benzico (Figura 1), a cnfora e as quinonas. Por isso, o mtodo pouco usado em laboratrio. As substncias sublimveis possuem caractersticas apolares e so razoavelmente simtricas. Nestes casos, as foras de atrao intermoleculares no estado slido so mais fracas, e, com isso, a presso de vapor mais alta. A diminuio da presso do sistema aumenta a velocidade de evaporao do slido e permite que outras substncias possam ser purificadas por este processo.

O

OH

Figura 1. Estrutura do cido benzico

2- METODOLOGIA Misturando o "CIDO BENZICO" com carvo ativo, contamina-se a substncia que deseja ser purificada. No entanto, o cido benzico pode ser purificado por um processo de sublimao. O cido benzico ficar retido no vidro de relgio, enquanto o carvo ativo ficar no fundo do becher.

SUBLIMAO DO CIDO BENZICO

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3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Em um becher de 50 mL, adicionar em torno de 2 g de cido benzico e uma ponta de esptula de carvo ativo como contaminante. O becher dever ser tampado com uma placa de petri (ou vidro de relgio) e sobre esta placa dever conter cubos de gelo. Em seguida, aquea lentamente o becher, observando a formao dos cristais na superfcie fria da placa. Terminada a sublimao, raspar os cristais do fundo da placa e pesar o material purificado. Determinar o rendimento do processo.

4- QUESTIONRIO 1- Em que consiste a sublimao? 2- Que caractersticas estruturais deve possuir uma substncia para ser sublimvel? 3- Qual o rendimento do processo? 4- Cite outras substncias que so sublimveis? 5- Porque a sublimao no um processo muito empregado?

EXPERINCIA 06 CROMATOGRAFIA

1- INTRODUO Cromatografia uma tcnica utilizada para analisar, identificar ou separar os componentes de uma mistura. A cromatografia definida como a separao de dois ou mais compostos diferentes por distribuio entre fases, uma das quais estacionria e a outra mvel. A mistura adsorvida em uma fase fixa, e uma fase mvel "lava" continuamente a mistura adsorvida. Pela escolha apropriada da fase fixa e da fase mvel, alm de outras variveis, pode-se fazer com que os componentes da mistura sejam arrastados ordenadamente. Aqueles que interagem pouco com a fase fixa so arrastados facilmente e aqueles com maior interao ficam mais retidos. Os componentes da mistura adsorvem-se com as partculas de slido devido a interao de diversas foras intermoleculares. O composto ter uma maior ou menor adsoro, dependendo das foras de interao, que variam na seguinte ordem: formao de sais > coordenao > pontes de hidrognio > dipolo-dipolo > Van der Waals. Dependendo da natureza das duas fases envolvidas tem-se diversos tipos de cromatografia: - slido-lquido (coluna, camada fina, papel); - lquido-lquido; - gs-lquido. 1.1- CROMATOGRAFIA EM COLUNA A cromatografia em coluna uma tcnica de partio entre duas fases, slida e lquida, baseada na capacidade de adsoro e solubilidade. O slido deve ser um material insolvel na fase lquida associada, sendo que os mais utilizados so a slica gel (SiO2) e alumina (Al2O3), geralmente na forma de p. A mistura a ser separada colocada na coluna com um eluente menos polar e vai-se aumentando gradativamente a polaridade do eluente e conseqentemente o seu poder de arraste de substncias mais polares. Uma seqncia de eluentes normalmente utilizada a seguinte: ter de petrleo, hexano, ter etlico, tetracloreto de carbono, acetato de etila, etanol, metanol, gua e cido actico. O fluxo de solvente deve ser contnuo. Os diferentes componentes da mistura moverse-o com velocidade distintas dependendo de sua afinidade relativa pelo adsorvente (grupos polares interagem melhor com o adsorvente) e tambm pelo eluente. Assim, a capacidade de

CROMATOGRAFIA

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um determinado eluente em arrastar um composto adsorvido na coluna depende quase diretamente da polaridade do solvente com relao ao composto. medida que os compostos da mistura so separados, bandas ou zonas mveis comeam a ser formadas; cada banda contendo somente um composto. Em geral, os compostos apolares passam atravs da coluna com uma velocidade maior do que os compostos polares, porque os primeiros tm menor afinidade com a fase estacionria. Se o adsorvente escolhido interagir fortemente com todos os compostos da mistura, ela no se mover. Por outro lado, se for escolhido um solvente muito polar, todos os solutos podem ser eludos sem serem separados. Por uma escolha cuidadosa das condies, praticamente qualquer mistura pode ser separada (Figura 1).

Figura 1. Cromatografia em coluna Outros adsorventes slidos para cromatografia de coluna em ordem crescente de capacidade de reteno de compostos polares so: papel, amido, aucares, sulfato de clcio, slica gel, xido de magnsio, alumina e carvo ativo. Ainda, a alumina usada comercialmente

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pode ser cida, bsica ou neutra. A alumina cida til na separao de cidos carboxlicos e aminocidos; a bsica utilizada para a separao de aminas. 2.2- CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA A cromatografia em camada fina (ou delgada) uma tcnica simples, barata e muito importante para a separao rpida e anlise quantitativa de pequenas quantidades de material. Ela usada para determinar a pureza do composto, identificar componentes em uma mistura comparando-os com padres; acompanhar o curso de uma reao pelo aparecimento dos produtos e desaparecimento dos reagentes e ainda para isolar componentes puros de uma mistura. Na cromatografia de camada delgada a fase lquida ascende por uma camada fina do adsorvente estendida sobre um suporte. O suporte mais tpico uma placa de vidro (outros materiais podem ser usados). Sobre a placa espalha-se uma camada fina de adsorvente suspenso em gua (ou outro solvente) e deixa-se secar. A placa coberta e seca chama-se "placa de camada fina". Quando a placa de camada fina colocada verticalmente em um recipiente fechado (cuba cromatogrfica) que contm uma pequena quantidade de solvente, este eluir pela camada do adsorvente por ao capilar.

Figura 2. Cromatografia em camada delgada

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A amostra colocada na parte inferior da placa, atravs de aplicaes sucessivas de uma soluo da amostra com um pequeno capilar. Deve-se formar uma pequena mancha circular. medida que o solvente sobe pela placa, a amostra compartilhada entre a fase lquida mvel e a fase slida estacionria. Durante este processo, os diversos componentes da mistura so separados. Como na cromatografia de coluna, as substncias menos polares avanam mais rapidamente que as substncias mais polares. Esta diferena na velocidade resultar em uma separao dos componentes da amostra. Quando estiverem presentes vrias substncias, cada uma se comportar segundo suas propriedades de solubilidade e adsoro, dependendo dos grupos funcionais presentes na sua estrutura (Figura 2). Depois que o solvente ascendeu pela placa, esta retirada da cuba e seca at que esteja livre do solvente. Cada mancha corresponde a um componente separado na mistura original. Se os componentes so substncias coloridas, as diversas manchas sero claramente visveis. Contudo, bastante comum que as manchas sejam invisveis porque correspondem a compostos incolores. Para a visualizao deve-se "revelar a placa". Um mtodo bastante comum o uso de vapores de iodo, que reage com muitos compostos orgnicos formando complexos de cor caf ou amarela. Outros reagentes para visualizao so: nitrato de prata (para derivados halogenados), 2,4-dinitrofenilidrazina (para cetonas e aldedos), verde de bromocresol (para cidos), ninhidrina (para aminocidos), etc. Um parmetro freqentemente usado em cromatografia o "ndice de reteno" de um composto (Rf). Na cromatografia de camada fina, o Rf funo do tipo de suporte (fase fixa) empregado e do eluente. Ele definido como a razo entre a distncia percorrida pela mancha do componente e a distncia percorrida pelo eluente. Portanto: Rf = dc / ds Onde: dc = distncia percorrida pelo componentes da mistura. ds = distncia percorrida pelo eluente. Quando as condies de medida forem completamente especificadas, o valor de Rf constante para qualquer composto dado e correspondente a uma propriedade fsica. Este valor deve apenas ser tomado como guia, j que existem vrios compostos com o mesmo Rf. Sob uma srie de condies estabelecidas para a cromatografia de camada fina, um determinado composto percorrer sempre uma distncia fixa relativa distncia percorrida pelo solvente. Estas condies so: 1- sistema de solvente utilizado; 2- adsorvente usado; 3- espessura da camada de adsorvente;

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4- quantidade relativa de material. 2- METODOLOGIA Na aula de hoje sero apresentadas s tcnicas bsicas para o desenvolvimento de cromatografia em camada delgada. Na cromatografia em camada delgada (CCD) sero analisados e identificados os componentes, comparando-os com padres. Ser ainda estudado o efeito do solvente no valor do Rf para os compostos -naftol e p-toluidina. 3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Com um capilar, semeie duas manchas a 1 cm da base da placa e separadas entre si; uma de -naftol e outra de p-toluidina. Coloque ento a placa em um becher tampado com vidro de relgio contendo o eluente (hexano : acetato de etila 2:1). O nvel de eluente deve estar abaixo do nvel das manchas na placa. Aps o solvente atingir o topo da placa, retire a placa do becher, evapore o solvente e coloque-a numa atmosfera de iodo para revelar a manchas das substncias. Calcule os Rf. 4- QUESTIONRIO 1- Cite os principais tipos de foras que fazem com que os componentes de uma mistura sejam adsorvidos pelas partculas do slido. 2- Se os componentes da mistura, aps a corrida cromatogrfica, apresentam manchas incolores, qual o processo empregado para visualizar estas manchas na placa cromatogrfica? 3- O que e como calculado o Rf ? 4- Quais os usos mais importantes da cromatografia de camada delgada?

EXPERINCIA 07 DESTILAO

1- INTRODUO Destilao uma tcnica geralmente usada para remover um solvente, purificar um lquido ou para separar os componentes de uma mistura de lquidos, ou ainda separar lquidos de slidos. Na destilao, a mistura a ser destilada colocada no balo de destilao (balo de fundo redondo) e aquecida, fazendo com que o lquido de menor ponto de ebulio seja vaporizado e ento condensado, retornando lquido (chamado de destilado ou condensado) e coletado em um frasco separado. Numa situao ideal, o componente de menor ponto de ebulio coletado em um recipiente, e outros componentes de pontos de ebulio maiores permanecem no balo original de destilao como resduo. O ponto de ebulio de um lquido pode ser definido como a temperatura na qual sua presso de vapor igual a presso externa, exercida em qualquer ponto, sobre sua superfcie. O lquido entra em ebulio e ferve, ou seja, vaporizado por bolhas formadas no seio do lquido. Com lquidos de pontos de ebulio muito prximos, o destilado ser uma mistura destes lquidos com composio e ponto de ebulio variveis, contendo um excesso do componente mais voltil (menor ponto de ebulio) no final da separao. Para evitar a ebulio tumultuosa de um lquido durante a destilao sob presso atmosfrica, adiciona-se alguns fragmentos de porcelana porosa. Estes liberam pequenas quantidades de ar e promovem uma ebulio mais regular. Os tipos mais comuns de destilao so: destilao simples, destilao fracionada, destilao vcuo e destilao a vapor. A destilao simples uma tcnica usada na separao de um lquido voltil de uma substncia no voltil. No uma forma muito eficiente para separar lquidos com diferena de pontos de ebulio prximos. A Figura 1 mostra um esquema de um equipamento para destilao simples. Um termmetro usado para se conhecer a temperatura do que est sendo destilado. O condensador consiste de um tubo, envolvido por uma capa de vidro oca contendo gua fria. Para se evitar o aquecimento da gua que envolve o tubo, esta trocada continuamente, atravs de uma abertura ligada torneira e outra ligada pia.

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Figura 1. Esquema de um equipamento para destilao simples A destilao fracionada usada para a separao de dois ou mais lquidos de diferentes pontos de ebulio. A Figura 2 mostra o esquema para uma destilao fracionada, o qual contm uma coluna de fracionamento, que consiste essencialmente de um longo tubo vertical atravs do qual o vapor sobe e parcialmente condensado. O condensado escoa pela coluna e retorna ao balo. Dentro da coluna, o lquido, que volta, entra em contato direto com o vapor ascendente e ocorre um intercmbio de calor, pelo qual o vapor enriquecido com o componente mais voltil. Ento, na prtica, comum empregar uma coluna de fracionamento para reduzir o nmero de destilaes necessrias para uma separao razoavelmente completa dos dois lquidos. Uma coluna de fracionamento projetada para fornecer uma srie contnua de condensaes parciais de vapor e vaporizaes parciais do condensado e seu efeito realmente similar a um certo nmero de destilaes separadas.

Figura 2. Esquema de um equipamento para destilao fracionada

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Uma boa separao dos componentes de uma mistura atravs da destilao fracionada requer uma baixa velocidade de destilao, mantendo-se assim uma alta razo de refluxo. A capacidade de uma coluna de fracionamento a medida da quantidade de vapor e lquido que pode ser passada em contra-corrente dentro da coluna, sem causar obstruo. A eficincia de uma coluna o poder de separao de uma poro definida da mesma. Ela medida, comparando-se o rendimento da coluna com o calculado para uma coluna de pratos teoricamente perfeitos em condies similares. Um prato terico definido como sendo a seo de uma coluna de destilao de um tamanho tal que o vapor esteja em equilbrio com o lquido; isto , o vapor que deixa o prato tem a mesma composio que o vapor que entra e o vapor em ascendncia no prato est em equilbrio com o lquido descendente. O nmero de pratos tericos no pode ser determinado a partir das dimenses da coluna; computado a partir da separao efetuada pela destilao de uma mistura lquida, cujas composies de vapor e de lquido so conhecidas com preciso. Por exemplo, uma coluna com 12 pratos tericos satisfatria para a separao prtica de uma mistura de cicloexano e tolueno. 2- METODOLOGIA No experimento de hoje os componentes de uma mistura equimolar (1:1) de acetona (P.E. = 56oC) e tolueno (P.E. = 111oC) sero separados por destilao simples. 3- PROCEDIMENTO Transferir 50 mL de uma mistura de acetona e tolueno (1:1) para um balo de destilao. Adicionar prolas de vidro ou porcelana. Montar a aparelhagem de acordo com a figura 1. Aquecer a mistura de forma que a destilao ocorra lentamente. O destilado ser recolhido em proveta graduada. Anotar a temperatura inicial da destilao, rejeitar cerca de 1 mL do destilado (cabea de destilao). Continuar a destilao anotando a temperatura em intervalos de 5mL de destilado, at completar cerca de 20 mL. Em seguida, desligue o aquecimento e desmonte a aparelhagem.

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4- QUESTIONRIO

1- Para que serve e quando se aplica a destilao? 2- Cite duas diferenas bsicas entre uma destilao simples e uma fracionada. 3- O que usado para evitar a ebulio tumultuosa durante o aquecimento de lquidos. 4- O que ponto de ebulio? 5- Qual a funo do condensador? 6- O que um "prato terico"?

apostila de química orgânica i experimental

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