Apresentação do PowerPoint - cempeqc

Preparação do Acetato de
Isopentila
Leonardo Lataro Paim
Rodrigo Putvinskis
Objetivo: Preparação e isolamento do acetato
de isopentila (reação de esterificação)
„
O Acetato de Isopentila é um éster conhecido
como óleo de banana, ou seja, apresenta o
odor característico dessa fruta.
Reação de Esterificação
(Refluxo):
„
A reação do acido acético com o álcool
isopentílico quando aquecido na presença de
um acido forma como produto principal o
acetato de isopentila.
„
„
„
„
„
As reações de esterificação são catalisadas por
ácidos. Elas se desenvolvem muito lentamente na
ausência de ácidos fortes (HCl anidro e H2SO4).
Como a reação é um equilíbrio o alcance do mesmo
será em poucas horas quando um ácido ou um
álcool são refluxados com pequena quantidade
desses catalisadores ácidos.
O equilíbrio pode ser deslocado para a direita
favorecendo à formação do éster quando utiliza-se
excesso de um dos reagentes.
O componente escolhido para ser usado em excesso
dependerá de sua disponibilidade e de seu custo.
O rendimento dessa reação também pode ser
incrementado pela remoção de água da mistura
reacional que é formado.
Outras reações:
„
„
No processo de isolamento do éster grande parte do
excesso de ácido acético, do ácido catalisador e do
de álcool isopentílico presente no equilíbrio é
removida pela extração com água. Os ácidos
remanescentes (catalisador e acético) são
removidos pela extração com carbonato de sódio
aquoso, sendo o éster purificado posteriormente por
destilação.
NEUTRALIZAÇÃO (EXTRAÇÃO QUIMICAMENTE
ATIVA)
2 NaHCO3 + H2SO4 Na2SO4 + H2O + CO2
NaHCO3 + CH3CO2H CH3CO2Na + CO2 + H2O
Reação do agente secante
„
HIDRATAÇÃO (SECAGEM)
MgSO4 + 7 H2O MgSO4 .7 H2O
Por que não usar cloreto de cálcio?
Derivados de ácidos carboxílicos
ƒ Os cloretos de ácidos, anidridos, ésteres e amidas são
denominados derivados de ácidos carboxílicos, uma vez
que podem ser convertidos a ácidos carboxílicos ou
obtidos á partir destes compostos.
Esterificação de Fischer
Mecanismo da Esterificação de Fischer
Técnicas Utilizadas
„
„
„
„
„
Refluxo
Extração com Solvente e Quimicamente
Ativa
Efeito Salting – Out
Secagem de Líquidos Orgânicos por
Agentes Inorgânicos e Minerais
Destilação Simples
Técnicas Envolvidas
Refluxo
„
„
Para que uma reação ocorra, muitas vezes é
necessário manter a mistura em reação por algum
tempo à temperatura de ebulição, pois a reação
entre um ácido orgânico e um álcool é lenta à
temperatura ambiente. (energia de ativação)
Durante o aquecimento da mistura pode haver
perdas de reagentes ou solventes por evaporação,
por isso se usa o condensador de refluxo.
„ Refluxo
„ Refluxo
„
„
O condensador deve ser adaptado ao frasco de
reação por uma rolha ou junta esmerilhada. O vapor
produzido pelo líquido volátil ou pelo solvente atinge
o tubo interno do condensador e aí é condensado,
retornando ao frasco reacional.
A velocidade do refluxo deve ser tal que a
condensação de vapores se dê, no máximo, até a
1/3 da altura do condensador, isto evita que algum
vapor consiga escapar através do condensador.
Extração com Solventes
„
„
„
A transferência de um soluto solubilizado de um
solvente para outro solvente é chamada extração.
Um soluto é extraído de um solvente para o outro,
porque este é mais solúvel no segundo solvente do
que no primeiro solvente.
Os dois solventes devem ser imiscíveis
Extração Quimicamente Ativa
„
Neste tipo de extração um composto é
alterado quimicamente afim de mudar o
coeficiente de distribuição nos dois solventes.
Efeito Salting - Out
„
„
Se um soluto possui um coeficiente de distribuição
baixo entre um solvente orgânico e a água, a
extração simples não é efetiva. Para
torná-la
possível adiciona-se cloreto de sódio na água pois
compostos orgânicos são menos solúveis em água
com sal solubilizado. Esse efeito denomina-se
salting-out.
Na preparação do acetato de isopentila, durante o
processo de extração ocorre o adicionamento de
cloreto de sódio, pois assim o éster diminui sua
solubilidade em água.
Secagem de Líquidos Orgânicos
Agentes Inorgânicos e Minerais
„
„
Várias substâncias químicas minerais, por ação
direta, são utilizadas para secagem de líquidos
orgânicos, removendo a água de suas misturas.
Assim a substância dessecadora deve satisfazer a
seguintes condições:
– não reagir quimicamente com nenhum dos componentes da
mistura;
– não deve dissolver – se apreciavelmente no produto;
– não provocar, por catálise, reações do composto entre si:
polimerização, condensação ou auto oxidação, nem com os
demais componentes da mistura.
– Possuir a capacidade de secagem rápida e efetiva;
– Ser de fácil aquisição e por preço baixo.
Agente secante utilizado
ƒ
Sulfato de magnésio anidro
„
Forma com a água um sal hepta- hidratado
(MgSO4.7H2O). Trata-se de um agente secante
neutro, de ação rápida e quimicamente inerte.
Pode ser utilizado inclusive em misturas contendo
„
ésteres, aldeídos, aminas, amidas e cetonas.
Destilação simples
Teoria da destilação
• a) Pressão de vapor:
Se um líquido foi introduzido em um recipiente
onde se fez o vácuo, ele evaporará ou desprenderá
vapor, até que atinja uma pressão definida, que depende
apenas da temperatura (vapor saturado). Exprime – se a
pressão de vapor, geralmente, em termos da altura de
uma coluna de mercúrio que produza a mesma pressão.
A pressão de vapor de um líquido aumenta com a
elevação da temperatura. Quando a pressão de vapor se
torna igual à pressão total exercida sobre a superfície de
um líquido, este ferve, ou seja, é vaporizado por bolhas
formadas no seio do líquido. O fornecimento de calor
aumenta e a formação de bolhas também aumenta e o
calor de vaporização é absorvido.
Destilação simples
b) Ponto de ebulição:
O ponto de ebulição de um líquido pode ser definido como
a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual à pressão
externa exercida, em qualquer ponto sobre a sua superfície.
Se a pressão sobre a superfície for reduzida, vamos dizer,
ligando-se o recipiente que contém o líquido a uma bomba, o
ponto de ebulição é baixado; o valor exato pode ser obtido por
referência a uma curva de pressão de vapor.
Curva da pressão versus temperatura
Curva do Ponto de Ebulição a
Pressões Determinada
„
Às vezes, necessita-se do ponto de ebulição de um líquido
a uma pressão não registrada na literatura. Este ponto
pode ser melhor calculado a partir da curva de pressão de
vapor - temperatura. Para a maioria dos objetivos práticos,
esta pode-se apresentar sob a forma:
log p = A + B/T
Curva de log P versus 1000/T
Destilação Simples
„ A Destilação Simples é a separação de componentes
de uma mistura fazendo uso de suas volatilidades
diferentes.
Quando um líquido puro é destilado, o vapor no
balão de destilação aumenta e entra em contato com
o termômetro. O vapor então passa através do
condensador o qual liquefaz e é coletado em outro
frasco constituindo assim o destilado.
ƒ
Destilação Simples de:
„
„
Substância pura: a temperatura observada durante a
destilação de uma substância pura permanece
constante durante toda destilação, desde que o
vapor e o líquido estejam presentes no sistema.
Mistura líquida: A temperatura durante a destilação
de uma mistura líquida geralmente não permanece
constante; aumentando durante a destilação. Isso
acontece porque a composição do vapor que está
sendo destilado varia continuamente durante a
destilação, ou seja, a composição do vapor em
equilíbrio com o calor de solução é diferente da
composição da solução
Diagrama de fase típico da relação líquido-vapor de
um sistema com dois componentes
Variação de temperatura durante a destilação de um
componente ou dois componentes
Diferença entre destilação de misturas
miscíveis e imiscíveis
• Miscíveis: segue Lei de Raoult:
Ptot = Pa Na + Pb Nb
A pressão total dependerá de Pa e Pb e também de Na e Nb.
A composição de vapor também dependerá de ambos.
_________________________________________________
• Imiscíveis:
•Ptot = Pa + Pb
A pressão total dependerá somente de Pa e Pb. Quando a
Pressão total = 760 mmHg, a mistura ferve.
Aparelhagem Utilizada
Pedras de Ebulição
„
A temperatura do líquido poderá elevar-se acima
do ponto de ebulição tornando-o superaquecido.
As condições experimentais irregulares conduzem
a ebulição tumultuosa do líquido. O procedimento
empregado para evitar este tipo de ebulição
durante a destilação sob pressão atmosférica
consiste em adicionar uns poucos fragmentos de
porcelana porosa não vidrada, estes libertam
pequenas quantidades de ar e promovem ebulição
regular. Estes fragmentos são adicionados ao
líquido frio, antes que se inicie a destilação.
Tabela de Constantes Físicas e
Toxidades
Parte Experimental
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Transferir 15 ml de álcool isopentílico e 20 ml de ácido
acético glacial para um balão de fundo redondo.
Adicionar cuidadosamente e com agitação 4 ml de ácido
sulfúrico concentrado e 3 pedras de ebulição.
Montar um sistema de refluxo usando manta como fonte de
aquecimento e refluxar por 1 hora. Deixar a mistura esfriar à
temperatura ambiente (usar condensador de bolas).
Transferir a mistura fria para um funil de separação e
adicionar cuidadosamente 55 ml de água fria. Lavar o balão
com 10 ml de água fria, transferir para o funil e efetuar a
extração obedecendo a técnica correta.
Separar a fase aquosa da fase orgânica e adicionar
cuidadosamente 25 ml de solução aquosa de bicarbonato de
sódio 5% (ATENÇÃO para a liberação de dióxido de
carbono).
Remover a fase aquosa e repetir a extração com outra
porção de 25 ml da solução de bicarbonato de sódio 5%.
Remover a fase aquosa e verificar se ela se apresenta básica
(papel de tornassol). Em caso negativo repetir a extração até
que a fase aquosa esteja básica.
8.
Adicionar à fase orgânica 25 ml de água e 5 ml de solução
saturada de cloreto de sódio. Agitar a mistura suavemente e
remover a fase aquosa.
9.
Transferir o éster (pela parte superior do funil) para um
erlenmeyer e adicionar cerca de 2g de sulfato de magnésio
anidro. Tampar o frasco e agitá-lo ocasionalmente até que o
líquido se apresente límpido. Se necessário, decantar a
solução e repetir o tratamento com 0,5 g de agente secante.
10. Montar um sistema de destilação simples (vidraria seca).
Coletar a fração destilada entre 134-143oC, recebendo o
destilado em um erlenmeyer pesado, mantido em banho de
gelo.
11. Pesar o produto e calcular a % de rendimento.
12. Anotar a pressão e corrigir o p.e.
7.
Cálculos
Reação:
H+
CH3CO2H + (CH5)2CH2CH2CH2OH ⎯⎯→ CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2
+H2O
Dados referentes ao CH3CO2H (ácido acético)
V = 20,00 mL
d = 1,049 g/mL
PM = 60,05 g/mol
Cálculo do número de moles do ácido acético (reagente em excesso)
d=m/V;
portanto
m = d.V
m = 1,049 x 20,00
m = 20,98 g
Se 1 mol ácido acético ---------60 ,05 g
nácido acético --------------------20,98 g
nácido acético = 0,350 moles
Dados referentes ao (CH5)2CH2CH2CH2OH (álcool isopentílico)
V = 15,00 mL
d = 0,815 g/mL
PM = 88,15 g/mol
Cálculo do número de moles do álcool isopentílico (reagente limitante)
d=m/V;
portanto
m = d.V
m = 0,815 x 15,00
m = 12,20 g
Se 1 mol álcool isopentílico ---------88,15 g
nálcool isopentílico --------------------12,20 g
nálcool isopentílico = 0,138 moles
Dados referentes ao CH3CO2CH2CH2CH(CH3)2 (acetato de isopentila)
d = 0,876 g/mL
PM = 130,12 g/mol
Pela estequiometria da reação temos que:
nálcool isopentílico = nacetato de isopentila = 0,138 moles
Se 1 mol de acetato de isopentila -------------130,12 g
nacetato de isopentila------------------------macetato de isopentila
macetato de isopentila = 17,96 g
Cálculo do rendimento
17,96 g --------------------------100%
massa experimental------------- R
portanto R = (massa experimental x 100) / 17,96
Descarte de Resíduos
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Mantenha separados solventes halogenados de solvente
não-halogenados
Separe os solventes orgânicos de soluções aquosas
Mantenha os solventes acidificados separados de
outros solventes e resíduos ácidos.
Não misture ácidos inorgânicos fortes ou oxidantes
com compostos orgânicos.
Mantenha ácidos, bases e soluções aquosas contendo
metais pesados separados de outros resíduos.
Evite misturar ácidos e bases concentradas num
mesmo recipiente.
Bibliografia:
„
„
„
http://labjeduardo.iq.unesp.br
Solomons,G. Química Orgânica, vol2, 7aedição.
Editora LTC, 2002.
VOGEL, A I., Análise Orgânica Qualitativa, vol 1, 3ª
edição, Livros Técnicos e Científicos Editora , Rio de
Janeiro, 1971