10- Recristalização da Acetanilida - Cempeqc
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Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Profª. Amanda Coelho Danuello Prof. Dr. Leonardo Pezza Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira Msc. Rodrigo Sequinel 10- Recristalização da Acetanilida Discentes: Grupo 2 Gabriela Furlan Giordano Ludmila Pons Camargo 1 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Recristalização Recristalização é um método de purificação de compostos orgânicos sólidos. Como são obtidos a partir de reações orgânicas, são raramente puros a temperatura ambiente. A purificação dos cristais impuros é feita dissolvendo-se o sólido em um solvente apropriado quente e em seguida esfriar lentamente, já que a baixas temperaturas o material dissolvido tem menor solubilidade, ocorrendo o crescimento de cristais. Quanto mais lenta a cristalização maior é a pureza do produto final, já que formam-se cristais camadas por camadas e as impurezas ficam na água-mãe. 2 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Sólido Puro Sólido impuro O H N Processo da Recristalização CH3 Acetanilida 3 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Contaminações -Adsorção: o contaminante interface do cristal; aloja-se na -Oclusão: o contaminante é aprisionado na formação do cristal; -Inclusão isomórfica: o contaminante aloja-se na rede cristalina, sem causar distorção; -Inclusão não isomórfica: causa distorção da rede cristalina devido a entrada do contaminante na rede; 4 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Escolha do solvente 5 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Semelhante dissolve semelhante É necessário escolher um solvente que tenha a polaridade muito próxima da polaridade do soluto. No caso da acetanilida, a água é um bom solvente, pois ambas as substâncias são polares. Tabela 1: Solventes em ordem decrescente de polaridade 6 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Outros fatores a serem considerados : - Facilidade de manipulação; - Volatilidade: deve-se observar o ponto de ebulição para que o solvente não se evapore antes da solubilização total do cristal; - Toxicidade: observar os perigos iminentes ao uso dos solventes para evitar acidentes e contaminações; -Ponto de Ebulição: deve ser menor que o ponto de fusão da substância a ser cristalizada, pois esta pode fundir-se formando um óleo de difícil recristalização, caso forme-se o óleo deve-se tentar dissolve-lo novamente e deixar esfriar para recristalizar; - Ser quimicamente inerte : não reagir com o soluto; 7 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Teste de Solubilidade - Teste a frio: Adicionar 3 ml dos seguintes solventes:água, etanol, éter etílico, clorofórmio, acetona e benzeno, em tubos de ensaio contendo 0,1gramas de Acetanilida cada, em seguida agitar vigorosamente para verificar a solubilidade. - Teste a quente: O mesmo teste é realizado porém agora com os solventes pré-aquecidos em banho maria em seguida analisa-se a solubilidade. Atenção! Verificar a Toxicidade dos solventes ao aquecê-los 8 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Solubilidade de 1 g de Acetanilida( C8H9NO) Solvente Volume mL (frio) Volume mL (quente) Toxicidade Água 185 20 Atóxico Etanol 3,4 0,6 Irritação na pele, olhos,nariz,dor de cabeça e náuseas 3 - Tóxico: pode causar cegueira 3,7 - carcinogênico Acetona 4 - Irritação na pele, olhos,nariz,dor de cabeça e náuseas Glicerol 5 - Irritação na pele, olhos,nariz,dor de cabeça e náuseas Éter Etílico 18 - Dor de cabeça, excitação,narcótico, anestésico Benzeno 47 - Carcinogênico, hilariante e irritações Metanol Clorofórmio 9 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Curva de solubilidade 10 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Mistura de Solventes Quando as características particulares de solubilidade não são encontradas em um único solvente devemos fazer uma combinação de solventes para obter um bom resultado: - O primeiro solvente solubilizará o soluto; - O segundo solvente será miscível no primeiro solvente, no qual o soluto é relativamente insolúvel; - O componente é dissolvido com mínima quantidade do primeiro solvente fervendo. A seguir o segundo solvente é adicionado à mistura fervendo, gota a gota até a turvação da solução. - Adicionar o primeiro solvente até clarear a solução, neste 11 ponto a solução pode ser resfriada para cristalizar. Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Carvão Ativado O carvão ativado é um produto quimicamente inerte, que pode ser usado para remoção de impurezas resinosas e coloridas dissolvidas na solução a ser recristalizada. O mecanismo de remoção das impurezas consiste na sua adsorção física pelo Carvão, ou seja, as moléculas das impurezas são atraídas pela porosidade existente no carvão ativado e lá retidas por forças físicas. Logo que o soluto é dissolvido numa quantidade mínima do solvente quente, uma pequena quantidade do carvão é adicionado, adsorvendo as impurezas. 12 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 O uso de excesso de carvão ativo leva à perdas do material a ser purificado. A quantidade ideal é em torno de 1 a 2 % (p/p) do total pesado da amostra. Deve-se te o CUIDADO para não colocar carvão ativo sobre a solução em ebulição, pois provocaria uma grande agitação da solução levando ao derramamento e perda de material. Tomar cuidado também com o pó muito fino do carvão ativo pois faz mal aos pulmões quando inalado 13 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Técnicas e Métodos Dissolvendo o sólido: Para minimizar as perdas de material para a água mãe, é necessário saturar o solvente com o soluto. Esta solução, quando esfriada, formará a quantidade máxima possível de cristais. Para conseguir esse bom resultado, o soluto deve ser solubilizado em uma mínima quantidade do solvente em ebulição. 14 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Cálculo do volume de água aproximado para solubilizar a acetanilida: 1 g de acetanilida ---------- 20 mL de água massa pesada ---------- Volume de água V = massa pesada X 20 15 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Filtração a Quente Filtração a quente é o método para remover impurezas ou quando o carvão ativado é utilizado .Esse processo assegura que os cristais não se formarem no papel de filtro. Para essa filtração, é necessário pré-aquecer e manter aquecido o funil com o solvente em ebulição . Em seguida o papel pregueado úmido quente é colocado no funil o mais rápido possível e colocado em cima do béquer para iniciar a filtração. Se os cristais começarem a cristalizar no filtro durante a filtração deve-se adicionar uma quantidade mínima de solvente quente em ebulição, para dissolver os cristais novamente. 16 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 17 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Recristalização Usar um béquer para fazer a recristalização, e cobri-lo com um vidro de relógio, pois pode entrar poeira através da sua larga abertura. O resfriamento deve ser lento (a temperatura ambiente), para que se formem cristais perfeitos. Cristais formados: 18 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Se a cristalização não ocorrer: INDUZÍ-LA •Riscar o interior do recipiente com um a bastão de vidro; • Adicionar alguns cristais produto puro (semear). do 19 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Filtração a Pressão Reduzida Os cristais devem ser coletados por filtração a pressão reduzida usando um funil de Büchner. Esse método é mais vantajoso que a filtração simples por ser mais rápida e deixar menor quantidade de impurezas e solvente no sólido. Os cristais devem ser lavados com solvente gelado, se o solvente estiver morno, os cristais podem ser dissolvidos novamente. A sucção deve continuar até secarem os cristais. 20 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 21 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 22 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Secagem dos Cristais -Secagem ao ar: É o método mais comum de secagem de cristais consiste na colocação destes em vidros de relógio, pratos de barro ou pedaços de papel e colocá-los para secar ao ar. A vantagem deste método é que não é necessário o aquecimento, reduzindo o risco de decomposição, derretimento e a desvantagem é a exposição atmosférica pode causar a hidratação de materiais higroscópicos. -Secagem no forno: Consiste na colocação dos cristais em vidros de relógio, pratos de barro ou pedaços de papel absorvente e colocá-los em um forno, porém este método requer atenção pois os cristais podem decompor, sublimar, vaporizar e desaparecer,portanto deve-se observar o ponto de derretimento dos cristais 23 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 -Secagem a vácuo: Neste método os cristais são colocados em um dessecador que contém um agente secante em seu interior . Dois problemas podem ser notados, o primeiro é que parcelas da amostra podem ser sublimadas rapidamente, já que sob vácuo a probabilidade de sublimação é aumentada, o segundo é que o dessecador pode implodir pois a superfície de vidro que está sob vácuo é grande. O dessecador a vácuo só deve ser usado se colocado em um recipiente de metal para proteção 24 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Cálculo do Rendimento Rendimento = 25 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Ponto de Fusão: Um Índice da Pureza A determinação do ponto de fusão pode ser um modo de determinar a pureza da substância sólida. O experimento é realizado aquecendo-se vagarosamente uma pequena quantidade de material utilizandose o aparelho de medição de ponto de fusão. Neste aparelho ajusta-se uma taxa de aquecimento, que deve ser baixa (5ºC/min) para que possa ocorrer aquecimento uniforme e garantir que a temperatura indicada é realmente a temperatura da amostra . Próximo do ponto de fusão da amostra é necessário reduzir a taxa de aquecimento para 1 ºC/min para que seja observado com precisão os pontos de degelo e de fusão. 26 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 O ponto de degelo é a temperatura onde o primeiro cristal da amostra começa a se liquefazer . O ponto de fusão é a temperatura onde ocorre a liquefação total do sólido. O intervalo entre os dois pontos deve ser o menor possível (entre 0,5 e 1ºC), assim pode-se considerar uma substância pura. 27 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Se o ponto de fusão encontrado experimentalmente for menor que o teórico, temos uma mistura eutética, pois o P.F. de uma substância pura diminui a medida que adiciona-se a ela uma outra substância desconhecida (impurezas). No caso da acetanilida o ponto de fusão pode ser afetado pela presença do hidrato de acetanilida, que é formado conjuntamente com o produto principal, tornando o ponto de fusão inferior ao da substância pura, cerca de 84ºC. 28 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 P.F. acetanilida = 113-115 ºC 29 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Fluxograma da Recristalização da Acetanilida Acetanilida impura (sólida) ( Anilina, Ácido Acético,Anidrido Acético) 1- Escolher o melhor solvente 2-Aquecer o solvente escolhido até a temperatura de ebulição 3-Dissolver o sólido com o mínimo de solvente em ebulição Solução de Acetanilida impura 4-Adicionar o carvão ativado ( 1 a 2 % da massa da amostra pesada) ATENÇÃO! A água deve estar morna. 5-Aquecer 6- Filtrar a solução a quente, usando um filtro pré- aquecido para remover as impurezas insolúveis e o carvão Solução Filtrada + Impurezas Solúveis 7- Esfrie a solução utilizando lentamente (temperatura ambiente) para que ocorra a Recristalização 8- Coletar os cristais pelo método da filtração a pressão reduzida utilizando o funil de BÜCHNER, esse método é utilizado por ser mais rápido e deixar menos impurezas e solventes no sólido 9- Lavar os cristais com uma pequena parcela de solvente frio. (Para retirar a água mãe) 10-Continuar a sucção até que os cristais estejam secos Impurezas insolúveis e carvão ativado Descarte Apropriado 30 Química Orgânica Experimental I Cristais de Acetanilida com traços do solvente 11- Secar os cristais com ar seco ou colocá-los em um forno de secagem ou secar os cristais com um dessecador a vácuo. (Para retirar os resíduos de solvente) 12- Pesar o produto, calcular o rendimento e o ponto de Fusão Cristais de Acetanilida Pura Bacharelado 2009 Água-mãe contendo impurezas solúveis e traços de Acetanilida. Descarte Apropriado 31 Substância Peso Densidade Molecular (g .cm ‐3) (g. mol‐1 ) Ponto de Fusão(°C) Ponto de Ebulição (°C) 135,1 113‐115 304‐305 Água Etanol Éter etílico Clorofórmio Acetona Benzeno 1,2105 (20°C) 0,997 0,794 0,7134 1,484 0,791 0,874 18,02 46,07 74,12 119,39 58,08 78,11 0 ‐117,3 ‐116 ‐63,5 ‐94 5,5 100 78,5 34,6 62 56 80 Carvão ativado 1,8‐2,1 12 ‐ ‐ Acetanilida Características Sólido branco, cristais ortorrômbicos. Líquido incolor Líquido incolor Líquido incolor Líquido incolor Líquido incolor Líquido incolor Material de carbono, alta porosidade. 32 Química Orgânica Experimental I Bacharelado 2009 Bibliografia Vogel, A.I – Practical Organic Chemistry, 3 Longmans , Green and Co ,1956. rd Edition, Pavia, D.L. ; Lambman, G.M. ; Kriz, G.S..- Introdution to Organic Laboratory Techiniques : A contemporary Approach , rd 3 edition, Saunders College Publishing,1988 The Merck Index: Na encyclopedia of chemicals drugs and th biologicals, 5 Ed. Whitehouse Station,1996. http://labjeduardo.iq.unesp.br http://www.activbras.com.br/carvao.html http://www.unb.br/iq/kleber/CursosVirtuais/QG/aula13/cristaliza.gif 33
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