23,5 mm17cm x 24cm

ISBN 978-972-757-750-7

ww

w.li

del.p

t

9 789727 577507

Manual de

de

TRABALHOSLABORATORIAISQUÍMICA ORGÂNICAe FARMACÊUTICA

TRA

BA

LHO

S LAB

OR

ATOR

IAIS

de

QU

ÍMIC

A O

RG

ÂN

ICA

e FA

RM

AC

ÊUTIC

AM

anual de

Madalena M

. M. Pinto

Madalena M. M. PintoCoordenação:Manual de

TRABALHOS LABORATORIAISde QUÍMICA ORGÂNICA e FARMACÊUTICA

No Ano Internacional da Química, a equipa do Laboratório de Química Orgânica e Farmacêutica da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto, tendo em conta a vasta experiência de ensino nas áreas de Química Orgânica e Farmacêutica, decidiu elaborar um Manual de Trabalhos Labora-toriais de Química Orgânica e Farmacêutica, com uma abordagem pedagógica muito própria. Assim, embora se possam encontrar manuais disponíveis visando a área da “Química”, a presente obra tem a especi�cidade de fazer uma integração entre trabalhos de natureza básica e a sua aplicação em experiências mais avançadas, com aplicação na área das ciências biológicas em geral e das ciências da saúde em particular. Esta obra consegue, assim, propor uma gama alargada de protocolos experimentais, desde os de simples execução (isto é, avaliação de pontos de fusão) até técnicas computacionais de moderna aplicação. Esta metodologia sequencial e remissiva permite que os estudantes possam, de uma forma simples, assimilar conhecimentos de forma integrativa, o que muitas vezes falta em livros que visam temáticas de trabalhos laboratoriais. É ainda de ressaltar que esta obra apresenta um formato inovador no panorama editorial português, que é conseguido utilizando textos introdutórios, combinados com uma apresentação explicativa do tipo “slide de aula”, em que as legendas das �guras incluem comentários adicionais, o que torna a obra mais clara, concisa e e�caz, sendo acompanhada de bibliogra�a de apoio.Pelas características referidas, este Manual destina-se não só a estudantes e pro�ssionais das áreas de Química Orgânica, Química Farmacêutica e Medicinal, quer de ciências básicas quer da área da saúde, mas também a professores do ensino secundário que nesta obra podem encontrar exemplos de aplicação prática para muitas das matérias que ensinam.

Madalena M. M. Pinto – Professora Catedrática desde 1993 na Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP), onde tem lecionado disciplinas da área de Química Orgânica e Química Farmacêutica e Medicinal e orientado várias gerações de doutorandos e mestrandos.Coordenadora do Centro de Química Medicinal da UP, responsável pelo Serviço de Química Orgânica e directora do 3.º Ciclo de Estudos da FFUP. Foi Presidente do 1.º Encontro Nacional de Química Terapêutica da Sociedade Portuguesa de Química (novembro de 2008).

Segundo o Novo Acordo Ortográfico

© L

IDE

L – E

DIÇ

ÕE

S T

ÉC

NIC

AS

LISTA DE AUTORES ................................................................................................ XI

AGRADECIMENTOS ....................................................................................................... XIII

PREFÁCIO ........................................................................................................................... XV

ABREVIATURAS E SIGLAS ........................................................................................ XVII

I  INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 1

II   CRITÉRIOS DE PUREZA, PROCESSOS DE PURIFICAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS ............................................................................. 5

II.1. CRITÉRIOS DE PUREZA ..................................................................................... 7II.1.1. Ponto de fusão ....................................................................................... 8II.1.2. Ponto de ebulição .................................................................................. 14II.1.3. Espectrofotometria no infravermelho ................................................. 17II.1.4. Cromatografi a analítica ......................................................................... 18 II.1.5. Índice de refração .................................................................................. 19 II.1.6. Densidade ............................................................................................... 21 II.1.7. Rotação específi ca .................................................................................. 22

II.2. PROCESSOS DE PURIFICAÇÃO ........................................................................ 25II.2.1. Extração ................................................................................................... 25

II.2.1.1. Extração múltipla ..................................................................... 27II.2.1.2. Extração contínua .................................................................... 34

Trabalho laboratorial II.1. – Extração contínua líquido//líquido ...................................................................................... 35 Trabalho laboratorial II.2. – Extração contínua sólido//líquido ...................................................................................... 37

II.2.1.3. Extração por via química ........................................................ 38Trabalho laboratorial II.3. – Separação dos componentes de uma mistura “insolúvel em água” através de extração por via química ............................................................................... 44

II.2.1.4. Extração em fase sólida .......................................................... 46II.2.2. Destilação ................................................................................................ 56II.2.3. Sublimação .............................................................................................. 59

Trabalho laboratorial II.4. – Sublimação ............................... 62II.2.4. Cristalização ........................................................................................... 63

Trabalho laboratorial II.5. – Cristalização ............................ 77II.2.5. Cromatografi a ........................................................................................ 78

II.2.5.1. Cromatografi a em camada fi na .............................................. 84

ÍNDICE

Manual de Trabalhos Laboratoriais de Química Orgânica e FarmacêuticaVIII

Trabalho laboratorial II.6. – Cromatografi a analí tica – Resolu-ção de uma mistura de sulfamidas por CCF utilizando micro- placas pré -revestidas ............................................................................ 95Trabalho laboratorial II.7. – Cromatografi a preparativa – Puri-fi cação de uma mistura de sulfamidas ....................................... 98

II.2.5.2. Cromatografi a em coluna .............................................................. 99Trabalho laboratorial II.8. – Cromatografi a preparativa emcoluna – Separação de corantes ................................................... 103

II.3. IDENTIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS ................................................. 127II.3.1. Ensaios preliminares .................................................................................... 128II.3.2. Análise elementar ......................................................................................... 129

Trabalho laboratorial II.9. – Análise elementar ......................... 136II.3.3. Análise funcional .......................................................................................... 138

II.3.3.1. Ensaios de solubilidade ................................................................. 138Trabalho laboratorial II.10. – Análise funcional – Ensaios desolubilidade .................................................................................... 145

II.3.3.2. Pesquisa de grupos funcionais por via química ......................... 146II.3.4. Preparação de derivados ............................................................................. 161

Trabalho laboratorial II.11. – Preparação de derivados ........... 168II.3.5. Caracterização estrutural espectrométrica ................................................ 169

II.3.5.1. Espectrofotometria no ultravioleta-visível ................................. 171II.3.5.2. Espectrofotometria no infravermelho ......................................... 181

Trabalho laboratorial II.12. – Análise espectroscópica ......... 194II.3.5.3. Ressonância magnética nuclear .................................................... 195II.3.5.4. Espectrometria de massa ............................................................... 207

Trabalho laboratorial II.13. – Análise de uma mistura de álcool benzílico, benzaldeído, ácido benzoico e benzoato de metilopor CG-EM ..................................................................................... 218

III TRABALHOS LABORATORIAIS EM QUÍMICA FARMACÊUTICA .................. 221

III.1. Isolamento do ácido úsnico ................................................................................ 224III.2. Isolamento da cafeína .......................................................................................... 227III.3. Síntese do ácido acetilsalicílico .......................................................................... 231III.4. Análise da matéria-prima ácido acetilsalicílico ............................................... 237III.5. Síntese da benzocaína ......................................................................................... 241III.6. Análise da matéria-prima benzocaína .............................................................. 246III.7. Síntese da 7-hidroxi-4-metilcumarina ............................................................... 250III.8. Síntese da sulfanilamida ...................................................................................... 255III.9.  Obtenção de um pró-fármaco do sulfatiazol. Simulação da libertação do

sulfatiazol .............................................................................................................. 261III.10. Análise da ampicilina em comprimidos ........................................................... 266III.11. Análise do paracetamol ...................................................................................... 272III.12. Identifi cação e doseamento do metronidazol em comprimidos ................... 278III.13. Doseamento do cloridrato de difenidramina num xarope ............................ 294

© L

IDE

L – E

DIÇ

ÕE

S T

ÉC

NIC

AS

IXÍndice

III.14. Análise do diazepam em cápsulas .................................................................... 298III.15. Análise do norgestrel e etinilestradiol em drageias ....................................... 305III.16. Análise do acetato de prednisolona numa pomada ....................................... 313III.17. Pesquisa de esteroides estranhos aparentados na matéria-prima prednisona .. 317III.18. Ensaios de pureza do álcool ............................................................................... 321III.19. Pesquisa de substâncias aparentadas na matéria -prima ibuprofeno ........... 332III.20. Ibuprofeno racémico e (S) -ibuprofeno: análise por formação de derivados

diastereoisoméricos ............................................................................................. 340III.21. Determinação de constantes hidrofóbicas de sulfonamidas por CCF em

fase inversa. Determinação teórica do logP de sulfonamidas ....................... 345III.22. Pesquisa de inibidores da acetilcolinesterase .................................................. 350III.23. Modelo químico de estudo da infl uência do pH na absorção do ácido ace-

tilsalicílico, do paracetamol e da difenidramina ............................................. 358III.24. Obtenção de complexos de inclusão ................................................................. 363III.25. Desenho e minimização energética de moléculas ........................................... 369III.26. Planeamento de fármacos assistido por computador .................................... 384

ANEXOS ......................................................................................................................... 411

ANEXO I – NORMAS GERAIS E PROCEDIMENTOS DE SEGURANÇA .................................. 413

ANEXO II – MATERIAL DE LABORATÓRIO E EQUIPAMENTO ................................................. 418

1. Generalidades .................................................................................................... 4181.1. Material de vidro ....................................................................................... 4181.2. Material de metal ....................................................................................... 4211.3. Material de plástico e de borracha .......................................................... 4231.4. Material de porcelana ................................................................................ 4241.5. Outro material diverso .............................................................................. 424

2. Equipamento ..................................................................................................... 4262.1. Aquecimento .............................................................................................. 4262.2. Determinação de massa ............................................................................ 4282.3. Outros equipamentos ................................................................................ 429

3. Manuseamento de material e equipamentos ................................................ 4313.1. Funcionamento de um bico de Bunsen .................................................... 4313.2. Medição de volumes ..................................................................................... 4313.3. Filtração ........................................................................................................ 4343.4. Suportes, nozes e garras ............................................................................ 4373.5. Vidro esmerilado ........................................................................................ 4373.6. Destilações e refl uxos ................................................................................. 438

4. Listagem de material para os trabalhos laboratoriais ......................................... 4394.1. Material para os trabalhos do Capítulo II .............................................. 4394.2. Material para os trabalhos do Capítulo III ............................................. 4444.3. Lista codifi cada do material a utilizar nos trabalhos ............................ 452

ANEXO III – ESTRUTURA DAS FARMACOPEIAS ..................................................................... 455

Critérios de pureza, processos de purifi cação e identifi cação de substâncias orgânicas 127©

LID

EL –

ED

IÇÕ

ES T

ÉC

NIC

AS

IDENTIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICASII.3.

IDENTIFICAÇÃO SISTEMÁTICA DE UM “DESCONHECIDO PURO”Ensaios preliminares

Análise elementar

Análise funcional:

● Ensaios de solubilidade

● Pesquisa de grupos funcionais por via química e via espectral (IV, RMN, EM)

Consulta de tabelas de compostos

Preparação de derivados

Identifi cação

Figura II.3.1. Análise sistemática de um “desconhecido puro”.

Na identifi cação das substâncias orgânicas podemos ter duas situações diferentes: substâncias de natureza química conhecida e substâncias de natureza química desco-nhecida. Neste capítulo vamos tratar das substâncias de natureza química desconheci-da. Para a análise sistemática de um “desconhecido puro” procede-se, habitualmente às seguintes etapas: começa -se por efetuar alguns ensaios preliminares que vão desde a avaliação do estado físico da substância à determinação do ponto de fusão ou ponto de ebulição. Muitas vezes é também efetuado um ensaio à chama. Segue -se a análise elementar, onde se pesquisa a presença de nitrogénio, enxofre, iodo, cloro, bromo ou fl úor. A análise funcional inicia -se pela integração da substância numa classe de solubilidade. Para isso, são efetuados estudos de solubilidade da substância em di-versos solventes, que são ensaiados seguindo uma determinada ordem, e de forma a prestarem a melhor informação possível sobre os grupos funcionais presentes e sobre o esqueleto carbonado da substância. A análise funcional prossegue, com base nas informações obtidas nos estudos de solubilidade, pesquisando -se as funções químicas presentes. Nesta fase, sempre que possível, devem registar -se os espectros no infra-vermelho (IV), de ressonância magnética nuclear (RMN) e o espectro de massa (EM) que complementam, e/ou confi rmam as informações até aqui obtidas sobre o “desco-nhecido puro”. De seguida, e tendo em conta toda a informação obtida, consultam -se tabelas de derivados. Estas listam as substâncias por grupos funcionais e por ordem dos respetivos pontos de ebulição ou de fusão, podendo ser agora selecionadas e propostas estruturas possíveis para o desconhecido. Finalmente, obtêm -se derivados do desconhecido em análise e determinam -se os respetivos pontos de fusão. Por nova consulta às tabelas de derivados, e tendo em conta as estruturas selecionadas e pro-postas, é possível identifi car o “desconhecido puro”.

Manual de Trabalhos Laboratoriais de Química Orgânica e Farmacêutica130

ENSAIO DE BEILSTEIN

Figura II.3.2.2. Ensaio de Beilstein – Pesquisa de halogéneos (cloro, bromo e iodo).

● Na presença de halogéneos (X), forma-se CuX2 que arde com chama de cor verde

Este ensaio é feito com um fi o de cobre com uma extremidade dobrada em ansa. O fi o de cobre é aquecido à chama oxidante de um bico de Bunsen, até fi car ao rubro e não se observar chama de cor verde. Durante o aquecimento há libertação de impurezas, formando -se uma camada de óxido de cobre. O fi o é arrefecido ao ar, coloca -se na extremidade em ansa uma pequena quantidade de amostra e o conjunto é aquecido à chama oxidante. Se a substância em análise contiver halogéneos, durante o aque-cimento forma -se halogeneto de cobre, que, quando volátil, arde com chama de cor verde. Trata -se de um teste muito sensível para o cloro, bromo e iodo. Nas condições do ensaio, o fl úor origina fl uoreto de cobre que, não sendo volátil, não arde com cor verde. Apesar de se tratar de um ensaio muito sensível o resultado de um ensaio de Beilstein deverá ser sempre confi rmado por outros testes, pois algumas substâncias nitrogenadas (por exemplo, derivados da quinolina e da piridina, ureia e cianeto de cobre) também ardem com chama de cor verde.

Notas

Manual de Trabalhos Laboratoriais de Química Orgânica e Farmacêutica136

TRABALHO LABORATORIAL

PROTO

COLO

EXPER

IMEN

TAL

II.9

ANÁLISE ELEMENTAR

1. Ensaio de Beilstein.

1.1.  Aqueça à chama oxidante a extremidade de um fi o de cobre do-brado em ansa.

1.2. Após arrefecimento aplique um pouco de substância em análise.

1.3. Aqueça à chama oxidante do bico de Bunsen e observe.

2. Ensaio de Midleton.

2.1.  Misture, num tubo de ensaio de tamanho pequeno (70 x 10 mm), cerca de 100 mg ou duas gotas da substância com o reagente de Midleton, de forma a obter uma coluna de cerca de 1 cm de altura. Adicione mais reagente até cerca de 2 cm de altura.

2.2.  Inclinando ligeiramente o tubo, aqueça à chama oxidante a zona superior da mistura reacional. Quando não houver libertação de vapores coloque o tubo na vertical e aqueça o fundo até ao rubro; mantenha durante um a dois minutos.

2.3.  Introduza o tubo, ainda ao rubro, numa cápsula de porcelana contendo 10 mL de água. (Tenha cuidado! O tubo quebra-se, libertando o seu conteúdo).

2.4.  Agite com uma vareta e fi ltre. Guarde o resíduo e divida o fi ltrado em três partes 2.4.1., 2.4.2. e 2.4.3.:

2.4.1.   Adicione ao fi ltrado 1 a 2 mL de solução de hidróxido de sódio a 5% e 0,1 g de sulfato ferroso pulverizado. Aqueça à ebulição du-rante um minuto e arrefeça. Acidifi que, cuidadosamente, com ácido sulfúrico diluído (papel de Congo) e observe. Adicione uma gota de solução de cloreto férrico a 10%, observe.

2.4.2.   Acidifi que o fi ltrado, cuidadosamente, com ácido nítrico (papel de Congo), aqueça à ebulição e, após arrefecimento, adicione 1 mL de solução de nitrato de prata a 5%, observe.

2.4.3.   Acidifi que o fi ltrado, cuidadosamente, com ácido acético glacial (papel de Congo), aqueça à ebulição e, após arrefecimento, coloque uma gota sobre o papel de zircónio -alizarina, previamente hume-decido com uma gota de solução de ácido acético a 50%, observe.

(▪▪▪)

Critérios de pureza, processos de purifi cação e identifi cação de substâncias orgânicas 137©

LID

EL –

ED

IÇÕ

ES T

ÉC

NIC

AS

Notas

TRABALHO LABORATORIAL

PROTO

COLO

EXPER

IMEN

TAL

II.9

(▪▪▪)2.5.  Adicione ao resíduo da fi ltração cerca de 5 mL de ácido clorídrico a

10%, receba os vapores libertados num papel de acetato de chumbo previamente humedecido, observe.

▪   Reagente de Midleton: Mistura de uma parte de carbonato de sódio anidro e duas partes de zinco em pó.

▪   Papel de zircónio -alizarina: Preparado por imersão de uma tira de papel de fi ltro numa mistura de 3 mL de solução etanólica de alizarina a 1% e 2 mL de solução aquosa de cloreto de zircónio a 0,4%. Deixar secar.

Trabalhos laboratoriais em química farmacêutica 369©

LID

EL –

ED

IÇÕ

ES T

ÉC

NIC

AS

TRABALHO LABORATORIAL

PROTO

COLO

EXPER

IMEN

TAL

III.25

DESENHO E MINIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE MOLÉCULAS

1. Desenhe a molécula fi ctícia usando o ChemSketch (ACD/Labs).

2. Efectue um ajuste na estrutura da molécula.

3. Grave a molécula como molecula.mol.

4. Determine as propriedades da molécula.

5. Determine o nome IUPAC.

6. Efetue uma previsão da aparência 3D da molécula no plano 2D.

7. Visualize a molécula no plano 3D.

8. Abra o fi cheiro molecula.mol no soft ware ArgusLab.

9.  Faça uma minimização energética por mecânica molecular (método do force fi eld).

OH

Notas

370 Manual de Trabalhos Laboratoriais de Química Orgânica e Farmacêutica

RESOLUÇÃO

OH

Confi rme que o símbolo de desenho está selecionado na barra de ferramentas.

Selecione o símbolo “C” e clique com o botão esquerdo do rato (sem largar) no ambiente de trabalho em branco do ChemSketch. Arraste o rato para a posição onde quer colocar o outro átomo “C” e largue. Terá uma ligação CH3 -CH3. Con-tinue com o processo de clicar e largar até ter toda a estrutura desenhada. Vá substituindo os átomos de “C” por “O” quando necessitar.

Para converter uma ligação simples em dupla, clique uma vez sobre ela. Se clicar novamente ela passará a tripla. Se clicar mais uma vez voltará a ter uma ligação simples e assim sucessivamente.

NOTE: O anel ciclo-hexano pode ser desenhado diretamente usando a tabela de radicais . Escolha o ícone e clique sobre o ambiente de trabalho do ChemSketch para que o ciclo-hexano apareça. Depois, basta clicar uma vez sobre uma das ligações para que esta passe a ligação dupla.

Para inserir um átomo, selecione o seu símbolo químico na coluna que surge do lado esquerdo.

23,5 mm17cm x 24cm

ISBN 978-972-757-750-7

ww

w.li

del.p

t

9 789727 577507

Manual de

de

TRABALHOSLABORATORIAISQUÍMICA ORGÂNICAe FARMACÊUTICA

TRA

BA

LHO

S LAB

OR

ATOR

IAIS

de

QU

ÍMIC

A O

RG

ÂN

ICA

e FA

RM

AC

ÊUTIC

AM

anual de

Madalena M

. M. Pinto

Madalena M. M. PintoCoordenação:Manual de

TRABALHOS LABORATORIAISde QUÍMICA ORGÂNICA e FARMACÊUTICA

No Ano Internacional da Química, a equipa do Laboratório de Química Orgânica e Farmacêutica da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto, tendo em conta a vasta experiência de ensino nas áreas de Química Orgânica e Farmacêutica, decidiu elaborar um Manual de Trabalhos Labora-toriais de Química Orgânica e Farmacêutica, com uma abordagem pedagógica muito própria. Assim, embora se possam encontrar manuais disponíveis visando a área da “Química”, a presente obra tem a especi�cidade de fazer uma integração entre trabalhos de natureza básica e a sua aplicação em experiências mais avançadas, com aplicação na área das ciências biológicas em geral e das ciências da saúde em particular. Esta obra consegue, assim, propor uma gama alargada de protocolos experimentais, desde os de simples execução (isto é, avaliação de pontos de fusão) até técnicas computacionais de moderna aplicação. Esta metodologia sequencial e remissiva permite que os estudantes possam, de uma forma simples, assimilar conhecimentos de forma integrativa, o que muitas vezes falta em livros que visam temáticas de trabalhos laboratoriais. É ainda de ressaltar que esta obra apresenta um formato inovador no panorama editorial português, que é conseguido utilizando textos introdutórios, combinados com uma apresentação explicativa do tipo “slide de aula”, em que as legendas das �guras incluem comentários adicionais, o que torna a obra mais clara, concisa e e�caz, sendo acompanhada de bibliogra�a de apoio.Pelas características referidas, este Manual destina-se não só a estudantes e pro�ssionais das áreas de Química Orgânica, Química Farmacêutica e Medicinal, quer de ciências básicas quer da área da saúde, mas também a professores do ensino secundário que nesta obra podem encontrar exemplos de aplicação prática para muitas das matérias que ensinam.

Madalena M. M. Pinto – Professora Catedrática desde 1993 na Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP), onde tem lecionado disciplinas da área de Química Orgânica e Química Farmacêutica e Medicinal e orientado várias gerações de doutorandos e mestrandos.Coordenadora do Centro de Química Medicinal da UP, responsável pelo Serviço de Química Orgânica e directora do 3.º Ciclo de Estudos da FFUP. Foi Presidente do 1.º Encontro Nacional de Química Terapêutica da Sociedade Portuguesa de Química (novembro de 2008).

Segundo o Novo Acordo Ortográfico