Procedimento Experimental - Laboratório de Síntese de produtos

Experimentos 1 e 2 – Fotorredução da benzofenona e
rearranjo do benzopinacol a benzopinacolona
Objetivos
Nesta experiência será obtido o benzopinacol a partir da benzofenona empregando uma reação de
fotorredução. Em seguida será realizado um rearranjo catiônico do benzopinacol para a formação da
benzopinacolona (Esquema 6).6,7 Este experimento deve ser realizado em duas aulas consecutivas.
OH
O
Ph
Ph
hν
Ph
Ph
i
PrOH
Ph
Ph
OH
Ph
AcOH
Ph
H2SO4
Ph
Ph
O
Esquema 7: Fotorredução da benzofenona seguida de rearranjo do benzopinacol para a benzopinacolona.
Procedimento Experimental:
1) Fotorredução da benzofenona
Num tubo de ensaio com dimensões apropriadas, adicione 2,73 g de benzofenona e 10 mL de isopropanol.
Se a benzofenona não se dissolver, aqueça o tubo usando banho maria, ou adicione 1 gota de ácido acético
glacial. Feche o tubo hermeticamente com uma rolha de borracha e exponha o mesmo à irradiação direta de
luz solar, por um período de uma semana. Observe periodicamente a formação de cristais.
Para isolar o produto, filtre a vácuo, lavando com pequenas quantidades de isopropanol. Seque o produto
obtido ao ar. Determine a massa obtida e calcule o rendimento. Faça uma cromatografia em camada delgada
comparando o produto obtido com o material de partida utilizando como eluente uma mistura de éter de
petróleo/éter etílico 10:1. Trace o espectro de infravermelho e compare-o com os da literatura e meça o
ponto de fusão.
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2) Rearranjo benzopinacol-benzopinacolona
Em um balão de fundo redondo com capacidade de 50 mL são adicionados 1,3 g (3,5 mmols) de
benzopinacol, ácido acético glacial (7 mL) e 2 gotas de ácido sulfúrico concentrado. Um condensador de
refluxo foi adaptado e o sistema aquecido com manta, deixando refluxar por 10 min. O aquecimento é
retirado, a mistura resfriada e é adicionado vagarosamente etanol (7 mL) agitando com a mão.
O sistema é deixado em repouso em um banho de gelo para forçar a cristalização de um sólido branco, que
é então filtrado à vácuo. Os cristais são lavados com etanol gelado e deixados secar ao ar. Determine a
massa obtida e calcule o rendimento. Faça uma cromatografia em camada delgada comparando o produto
obtido com o material de partida utilizando como eluente uma mistura de éter de petróleo/éter etílico 10:1.
Trace o espectro de infravermelho e compare-o com os da literatura e meça o ponto de fusão.
Referências
1. Neumann, M. G.; Quina, F. H.. Quím. Nova 2002, 25, suppl.1, 32.
2. Cilento, G. Quím. Nova 1993, 16, 574.
3. Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanism, 5ª. ed.,
New York: Springer, 2007, cap. 13.
4. Sikes, P. A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry, 6th ed., New York: Longman, p. 112-119,
1986.
5. Sell, C. S. A Fragrant Introduction to Terpenoid Chemistry, London: RSC, p. 221, 2003.
6. Bartlett, P. D.; Pöckel, I. J. Am. Chem. Soc. 1937, 59, 820.
7. Bachmann, W. E. Organic Syntheses, Coll. 1943, 2, 71; Ibid 1934,14, 8.
8. Bachmann, W. E. Organic Syntheses, Coll. 1943, 2, 73; Ibid 1934,14, 12.
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Experimentos 3-6: Síntese da Benzocaína
Objetivos
Neste experimento será preparada a benzocaína (5) a partir da esterificação do ácido p-aminobenzóico
(PABA, 4) com etanol e catálise ácida. Embora o PABA seja disponível comercialmente, ele pode ser
eficientemente preparado em laboratório.
O PABA será preparado através de uma seqüência de três reações, sendo a primeira delas uma acetilação
da p-toluidina (1) pelo anidrido acético, fornecendo a N-acetil-p-toluidina (2). A acetilação do grupo amino
em 2 tem a função de protegê-lo durante a segunda etapa: a oxidação do grupo metila pelo permanganato de
potássio, formando o ácido p-acetamidobenzóico (3). Se a oxidação do grupo metila fosse executada sem a
proteção do grupo amino, este também seria oxidado. O grupo acetil em 3 será removido através de
tratamento com ácido clorídrico aquoso, gerando o PABA como um sólido cristalino.
NHCOCH3
NH2
Ac2O
NHCOCH3
CO2H
1
2
EtOH
H3O+
KMnO4
3
NH2
NH2
CO2H
4
CO2CH2CH3
5
Esquema 1: Rota sintética para obtenção da benzocaína
Procedimento Experimental:
3.1. N-acetil-p-toluidina
Em um balão de 250 mL, adicione 8,0 gramas de p-toluidina e 200 mL de H2O destilada e 7,5 mL de
HCl concentrado. Se necessário, aqueça a mistura em banho-maria com agitação manual até que se obtenha
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uma solução. Caso a solução apresente coloração escura, adicione 0,5 g de carvão ativo, agite manualmente
por alguns minutos e filtre por gravidade. Use papel filtro pregueado para esta filtração.
Prepare uma solução de 12 g de acetato de sódio triidratado em 20 mL de H2O. Se necessário aqueça a
mistura até que todo o sólido seja dissolvido.Aqueça até 50°C a solução contendo p-toluidina previamente
preparada e adicione 8,4 mL de anidrido acético, agite rapidamente e adicione imediatamente a solução
aquosa de acetato de sódio. Esfrie a mistura em banho de gelo. Um sólido branco deve aparecer nesse
estágio. Filtre a mistura a vácuo utilizando filtro de Buchner, lave os cristais com três porções de H2O gelada
e deixe secar sob vácuo. Determine o ponto de fusão dos cristais e o rendimento da reação. Analise o
produto por CCD e IV.
3.2. p-Acetamidobenzóico
Em um balão de fundo redondo de 250 mL, adicione 2,98 g do composto previamente preparado,
N-acetil-p-toluidina, 10 g de MgSO4 hidratado e 180 mL de H2O. Adapte um condensador de refluxo ao
balão e aqueça a mistura suavemente em banho-maria. Retire o aquecimento e adicione, em pequenas
porções, uma mistura de 10 g de KMnO4agitando muito bem. Após a completa adição do oxidante, aqueça
a mistura refluxando por 1 hora. A mistura reacional deverá ficar com coloração marrom escuro.
Filtre a solução quente a vácuo, usando filtro de Büchner e lave o precipitado (MnO2) com pequenas
porções de H2O quente. Se a solução ficar com coloração castanha ou marrom, filtre em um funil de placa
de vidro sinterizada com uma camada de celite (3 cm). Se após a filtração, a solução ainda apresentar
coloração púrpura (presença de MnO4-), adicione 0,5 mL de etanol e aqueça a solução em banho-maria por
30 minutos. Filtre novamente sob vácuo. Filtre a solução quente por gravidade em papel filtro pregueado,
esfrie o filtrado e acidifique-o com solução 20% de H2SO4. Separe por filtração a vácuo o sólido branco
formado e deixe secar. Pese, calcule o rendimento baseado na p-toluidina e determine seu ponto de
fusão.Analise o produto por CCD e IV.
Caso a vidraria utilizada fique com coloração castanha, lave com solução aquosa 10% de bissulfito de
sódio.
3.3. Ácido p-aminobenzóico
Prepare uma solução diluída de HCl misturando 24 mL de HCl 37% em 24 mL de H2O. Coloque o
ácido p-acetamidobenzóico preparado na etapa anterior em um balão de fundo redondo de 250 mL e
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adicione a solução diluída de HCl. Adapte um condensador de refluxo e aqueça a mistura (use manta de
aquecimento), de tal forma que o refluxo seja brando por 30 minutos. Esfrie a solução resultante a
temperatura ambiente, transfira-a para um erlenmeyer de 250 mL e adicione 48 mL de H2O. Neutralize com
uma solução aquosa de amônia (use a capela) e basifique adicionando pequenas porções de NH4OH (aq.) até
pH 8-9 (use papel indicador de pH).
Para cada 30 mL da solução final, adicione 1,0 mL de ácido acético glacial, resfrie a solução em
banho de gelo e inicie a cristalização. Se necessário friccione com cuidado a parede lateral interna do frasco
com um bastão de vidro para iniciar a cristalização. Filtre os cristais a vácuo e seque-os deixando sob o
mesmo sistema de vácuo. Determine seu peso, seu ponto de fusão e calcule o rendimento desta etapa.
Analise o produto por CCD e IV.
3.4. Benzocaína
Coloque o ácido p-aminobenzóico obtido na etapa anterior em um balão de fundo redondo de 250
mL, adicione 60 mL de etanol 95% e agite suavemente até que a maioria do ácido se dissolva (nem todo
sólido se dissolverá).
Esfrie a mistura em um banho de gelo e lentamente adicione 3 mL de H2SO4 concentrado. Uma
grande quantidade de precipitado se formará. Conecte um condensador de refluxo ao balão e aqueça a
mistura, permitindo que esta fique em refluxo brando por um período de 2 horas. Durante esta operação
agite o balão manualmente em intervalos de 15 minutos durante a primeira hora de refluxo.
Transfira a solução para um béquer de 400 mL e adicione porções de uma solução aquosa de Na2CO3
10% para neutralizar a mistura. Durante a adição, a evolução de CO2 será perceptível até a proximidade do
ponto de neutralização. Quando essa evolução cessar, meça o pH da solução e se necessário eleve o pH até
a faixa de 9 - 10 adicionando pequenas porções de Na2CO3. Decante o sólido formado. Caso seja difícil,
filtre-o por gravidade. Coloque a solução em um funil de separação (capacidade 250 mL ou maior) e extraia
a benzocaína 2 vezes com 30 mL de éter etílico e agite vagarosamente. Separe a fase orgânica da aquosa,
seque-a com Na2SO4anidro, e remova o solvente em um evaporador rotativo. Pese, determine o ponto de
fusão, calcule o rendimento desta etapa e o rendimento global a partir da p-toluidina. Analise o produto por
CCD e IV.
Referências
1. Barreiro E. J.; Ferreira, V. F.; Costa, P. R. R. Quím. Nova 1997, 20, 647.
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2. Hendrickson, J. B. Angew. Chem. Int. Ed. 1990, 29, 1286.
http://syngen2.chem.brandeis.edu/syngen.html acessado em 25/09/12.
3. Moreira, J. A.; Neppe, T.; Paiva, M. M.; Deobald, A. M.; Batista-Pereira, L. G.; Paixão, M.W.;
Corrêa, A. G. J. Braz. Chem. Soc. 2013, 24, 1933.
4. Minatti, E.; Brighente, I. M. C.; Sá, M. C. M.; Nascimento, M. G.; Nunes, R. J. Química Orgânica
Experimental A, QMC5232 e QMC5230. Apostila dos
ExperimentosSemestre2000_1.www.qmc.ufsc.br/organica/docs/qo_lab_2000_word97.doc acessado
em 25/09/12.
5. Engel, R. G.; Kriz, G. S.; Lampman, G. M.; Pavia, D. L. Química Orgânica Experimental: Técnicas de
Escala Pequena, São Paulo: Cengage Learning, 2012.
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Experimento 7 – Reações promovidas por
micro-ondas: acetilação e rearranjo de Fries
Objetivos
Nesta experiência será obtido o acetato de β-naftila a partir do β-naftol empregando uma reação de
esterificação. Em seguida será realizado um rearranjo de Fries para a formação do acetil-β-naftol, utilizando
nas duas etapas o aquecimento por irradiação por micro-ondas (Esquema 2).
O
OH
Ac 2O
MO
O
O
OH
OH
Argila K-10
+
MO
"orto"
O
"para"
Esquema 2: Reação de acetilação do β-naftol seguido de rearranjo de Fries.
Procedimento Experimental:
Acetilação do β-naftol
Em um béquer de 30 mL adicione β-naftol (0,28 g; 1,94 mmol) e anidrido acético (1,0 mL; 10,58
mmol), agite com auxílio de um bastão de vidro, cubra o béquer com um vidro de relógio e leve ao microondas por 4 minutos em potência alta. Se for utilizar um forno do tipo caseiro, o béquer deve ser colocado
dentro de um banho (cuba de vidro de aproximadamente 1L) de sílica gel.
Retire o béquer do micro-ondas, espere esfriar e acrescente 10 mL de água destilada e agite bem com
bastão de vidro. Caso apareça um líquido amarronzado imiscível no fundo do béquer, pode ser parte do
material de partida que não reagiu. Recolha-o utilizando uma pipeta de Pasteur.
Coloque o béquer em um banho de gelo e acrescente 10 mL de etanol lentamente e sempre
agitando. Espere precipitar um sólido branco e em seguida filtre em um sistema a vácuo, lavando com água
destilada. Espere secar, calcule o rendimento da reação, em seguida faça a caracterização espectroscópica do
produtoe o ponto de fusão.
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Rearranjo de Fries do acetato de β-naftila
Em um béquer de 30 mL adicione acetato de β-naftila (0,18 g; 1 mmol) e clorofórmio numa
quantidade mínima, suficiente apenas para solubilizar a substância. Em seguida adicione argila
montmorilonita K-10 (1,0 g) e misture até estar totalmente homogêneo. Deixe evaporar o clorofórmio
colocando o béquer na capela por alguns minutos. Cubra o béquer com um vidro relógio, coloque no banho
de sílica gel e leve ao micro-ondas por 10 minutos em potência alta.
Retire o béquer do forno de micro-ondas, espere esfriar e então acrescente clorofórmio (20 mL) e
mexa com auxílio de um bastão de vidro, filtre a solução num sistema de filtração simples. Coloque o
filtrado em um balão de fundo redondo e evapore o solvente em um rotaevaporador. Em seguida recolha o
sólido com auxílio de uma pipeta de Pasteur (solubilizando com uma quantidade mínima de solvente,
suficiente para retirar do balão) e coloque num frasco de vidro já pesado. Leve à capela para evaporar o
solvente. Pese a amostra, calcule o rendimento e faça uma cromatografia em camada delgada. Caracterize os
produtos formados utilizando técnicas espectroscópicas e cromatografia gasosa.
O rearranjo de Fries pode levar a produtos substituídos nas posições orto e para e a seletividade da
reação pode ser controlada pela temperatura. Neste experimento o produto majoritário é o orto e a
proporção entre os isômeros obtidos pode ser analisada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria
de massas (CG-EM).
Referências
1. Stuerga, D. “Microwave–Material Interactions and Dielectric Properties, Key Ingredients for
Mastery of Chemical Microwave Processes”. In: Microwaves in Organic Synthesis, 2a. ed. Loupy, A. (ed.),
Weinheim:WILEY-VCH, p. 1-61, 2006.
2. Corrêa, A. G., Bueno, M. A. “Reações Químicas Ativadas por Ultrassom e Irradiação de
Microondas”, cap 3, in: Corrêa, A. G., Zuin, V. G. (org), “Química Verde: Fundamentos e Aplicações”,
São Carlos:EdUFSCar, 2009.
3. Hayes, B. L. Microwave Synthesis – Chemistry at the Speed of Light.” USA:CEM Publishing, 2002.
4. Elder, J.W.; Holtz, K.M.J. Chem. Educ. 1996, 73, A104.
5. Trehan, I.R.; Brar, J.S.; Arora, A.K., Kad, G. L.J. Chem. Educ. 1997, 74, 324.
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