10- Recristalização da Acetanilida - Cempeqc

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
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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.
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Sólido Puro
Sólido impuro
O
H
N
Processo da
Recristalização
CH3
Acetanilida
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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;
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Escolha do solvente
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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
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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;
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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
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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
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Curva de solubilidade
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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
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ponto a solução pode ser resfriada para cristalizar.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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:
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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
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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.
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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
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-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
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Cálculo do Rendimento
Rendimento =
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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.
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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.
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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.
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P.F. acetanilida = 113-115 ºC
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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
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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
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Água-mãe contendo
impurezas solúveis e traços
de Acetanilida.
Descarte Apropriado
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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
ƒ Vogel, A.I – Practical Organic Chemistry, 3
Longmans , Green and Co ,1956.
rd
Edition,
ƒ Pavia, D.L. ; Lambman, G.M. ; Kriz, G.S..- Introdution to
Organic Laboratory Techiniques : A contemporary Approach ,
rd
3 edition, Saunders College Publishing,1988
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th
biologicals, 5 Ed. Whitehouse Station,1996.
ƒhttp://labjeduardo.iq.unesp.br
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ƒhttp://www.unb.br/iq/kleber/CursosVirtuais/QG/aula13/cristaliza.gif
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