UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
PRÁTICAS DE QUÍMICA ORGÂNICA – QUI-703
Curso: Ciência e Tecnologia de Alimentos
Prof. Dr. Leandro Vinícius Alves Gurgel
[email protected] , disponível em http://www.iceb.ufop.br/dequi/index.php/md-leandro
SETOR DE QUÍMICA ORGÂNICA
Ouro Preto, 2014
REQUISITOS BÁSICOS DE AVALIAÇÃO
Os seminários a serem apresentados como forma de avaliação do curso prático é
a descrição das atividades práticas desenvolvidas e das observações e resultados aos
quais o grupo chegou de alunos chegou. A descrição deve ser fiel aos procedimentos
adotados e aos fenômenos ocorridos e nunca ao que “deveria” ter ocorrido. Ou seja, a
descrição não deverá ser uma cópia do roteiro, mas sim do que foi feito e obtido. Como
os experimentos podem se desenrolar com pequenas variações entre os grupos é
importante que o grupo compare os seus resultados com os demais resultados dos
outros grupos e discuta os motivos de tais variações.
A seguir estão as instruções para a elaboração dos seminários:
1) O seminário deverá ser preparado em PowerPoint ou software similar. Na
necessidade de incluir desenhos de aparelhagem de laboratório ou estruturas químicas,
estas deverão ser desenhadas, escaneadas, copiadas da internet (desde que a fonte seja
referenciada e de origem fidedigna), xerocadas ou feitas por programas de computador
como Chemdraw;
2) Divida a apresentação segundo os itens:

Título (ou assunto) da aula prática com os nomes completos dos integrantes
do grupo que a realizou;

Fundamento teórico (porque realizar aquela investigação e quais são os
aspectos importantes relacionados);

Materiais utilizados (reagentes e vidraria);

Procedimentos (ou Métodos) (Justificar o uso dos métodos empregados);

Resultados (ou Observações)(Comparar os resultados obtidos com aqueles
obtidos pelos demais grupos da turma. Discutir criticamente os resultados
obtidos);

Conclusões (A que os resultados obtidos levaram e o que se pode concluir a
partir deles);

Bibliografia (Se houverem referências da internet citar a data de acesso e
incluir o link).
2
3) No item Fundamento Teórico deverão ser discutidas as bases teóricas que sustentam
o assunto da aula. Além das anotações feitas com base na explanação do professor, é
altamente recomendável a consulta a fontes bibliográficas para enriquecimento do
tópico;
4) No item Materiais deverá ser englobado desde vidraria até reagentes empregados,
com atenção para a quantidade e a capacidade da vidraria até a marca dos produtos
utilizados;
5) Em Procedimentos descreva o que foi feito realmente pelo seu grupo, mesmo que
fuja a detalhes da técnica original;
6) Em Resultados e Conclusões serão mostrados todos os detalhes percebidos ao longo
do experimento, os cálculos feitos, os mecanismos químicos, a aparência dos reagentes
empregados e os produtos obtidos das reações. Muitas vezes, poderão ser tiradas
conclusões pelo grupo e essas deverão ser registradas. A discussão crítica dos resultados
deverá ser feita bem como a conclusão em cima dos mesmos;
7) No último item deverão ser registradas todas as fontes bibliográficas empregadas,
segundo as normas vigentes de apresentação de referências bibliográficas da ABNT
NBR 10520.
3
PRÁTICA 01
ANÁLISE ELEMENTAR QUALITATIVA
(Combustão e Ensaio de Lassaigne)
Objetivo: Investigar a natureza orgânica de um composto orgânico através da
caracterização dos principais elementos químicos.
Materiais: Tubos de ensaio, béquer, conexões de vidro, rolhas de cortiça, pinças, bico
de gás, funil, papel de filtro, espátula metálica.
Reagentes: Sódio metálico, solução a 10% de hidróxido de bário, solução aquosa a 10%
de ácido acético, solução a 10% de acetato de chumbo, soluções aquosa de ácido nítrico,
nitrato de prata, ácido sulfúrico, solução de amoníaco, nitrito de sódio a 20%,
compostos orgânicos diversos, sulfato ferroso e óxido de cobre.
Aspectos de segurança: o aluno deverá usar jaleco (próprio), sapato fechado e as
mulheres deverão prender o cabelo. Durante essa aula prática o aluno deverá usar óculos
de segurança a ser fornecido pelo técnico responsável pelo laboratório.
Aspectos teóricos:
Os elementos mais comumente encontrados nos compostos orgânicos são o
carbono, o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio, o enxofre e os halogênios. A evidência
da natureza orgânica pode ser verificada através de um ensaio direto que constata a
presença dos elementos C e H. Neste método, uma ponta de espátula da amostra
(substância orgânica) é queimada na presença de óxido de cobre e o CO2 liberado é
borbulhado em uma solução de hidróxido de bário, o que leva a formação de um
precipitado, confirmando a presença de C, enquanto que gotículas de água nas paredes
do tubo confirmam a presença de H. A fim de verificar a presença de N, S e halogênios
em compostos orgânicos, faz-se necessário convertê-los em substâncias inorgânicas
ionizáveis, de modo que os ensaios iônicos de análise qualitativa inorgânica possam ser
aplicados. O melhor procedimento para essa conversão consiste em fundir o composto
orgânico com sódio metálico (ensaio de Lassaigne). Deste modo ocorre a formação de
sais de sódio: 1 - Cianeto (se Nitrogênio estiver presente na amostra), que pode ser
detectado através de reações que levem ao ferrocianeto férrico (azul da Prússia). É
possível que não ocorra formação do azul da Prússia. Isso pode ser atribuído a pouca
quantidade de sódio. 2 - Sulfeto (se Enxofre estiver presente na amostra), através de
reações que levem ao sulfeto de chumbo; 3 - Haletos (se Halogênios estiverem
presentes na amostra), através de reações que levem aos haletos de prata
correspondentes.
Procedimentos:
1- Caracterização dos elementos químicos N, S e X (análise elementar pelo Ensaio
de Lassaigne)
Coloque uma ponta de espátula da amostra em um tubo de ensaio contendo um
pequeno pedaço de sódio metálico recém-cortado. Prenda-o com uma pinça e aqueça-o,
cuidadosamente, no bico de gás (pode haver liberação de gases combustíveis, portanto,
o aquecimento no início deve ser feito retirando o tubo periodicamente da chama).
4
Continue o aquecimento até que o conteúdo se torne vermelho (sinal de fusão e
consequente decomposição da amostra). Adicione ao tubo ainda quente cerca de 10 mL
de água destilada com cuidado, (coloque o tubo dentro de um béquer); pois o tubo pode
se romper uma vez que o excesso de sódio reage energicamente com a água e as
substâncias minerais se dissolvem. Filtre a solução. Numere 4 tubos de ensaio e coloque
cerca de 1 mL (aproximadamente 1 cm de altura no tubo) da solução nos tubos de 1 a 3.
Ensaio do Nitrogênio: Pegue o tubo “1” e adicione uma ponta de espátula de sulfato
ferroso. Aqueça até perceber fervura e, então, acidifique com algumas gotas de solução
de ácido sulfúrico até notar a mudança de coloração para azul (cerca de três gotas).
Ensaio do Enxofre: Pegue o tubo “2” e acidifique a solução com três gotas de solução
de ácido acético. Adicione algumas gotas de solução de acetato de chumbo até notar
formação de precipitado preto (cerca de três gotas).
Ensaio do Halogênio: Pegue o tubo “3” e acidifique a solução com três gotas de
solução de ácido nítrico. Adicione algumas gotas de solução de nitrato de prata até a
formação de precipitado branco (AgCl), ou amarelo-pálido (AgBr), ou amarelo (AgI).
Caracterização do Halogênio: Se o teste for positivo para halogênio, decante a águamãe e trate o precipitado com solução diluída e aquosa de amoníaco. Se o precipitado
for branco e rapidamente solúvel na solução de amoníaco, está confirmada a presença
de cloro; se for amarelo-pálido e pouco solúvel, o bromo está presente; se for amarelo e
insolúvel, está indicada a presença de iodo. Um teste para confirmação de iodo pode ser
realizado acidificando 1-2 mL da solução de “fusão” com um ligeiro excesso de ácido
acético glacial e adicionando 1 mL de tetracloreto de carbono. Adicione, gota a gota,
solução de nitrito de sódio a 20%, com agitação constante. O aparecimento de cor
púrpura ou violeta na camada orgânica indica a presença de iodo.
REAÇÕES QUÍMICAS:
CuO
Cx H y 
 CO2  H 2O

(1)
CO2( g )  Ba(OH )2 
 BaCO3( s )   H 2O
(2)
,
(s)
Amostra (C , H , N , S , O, X ) 
 NaCN  Na2 S  NaX  NaOH
2) H 2O
1) Na
(3)
Solução de " fusão "

6 NaCN  FeSO4 
 Na4 [ Fe(CN )6 ]  Na2 SO4
2 FeSO4  H 2 SO4  1 O2 
 Fe2 ( SO4 )3  H 2O
2
3 Na4 [ Fe(CN )6 ]  2 Fe2 ( SO4 )3 
 Fe4 [ Fe(CN ) 6 ]3  6 Na2 SO4
(4)
(5)
(6)
Azulda Prússia
Na2 S  (CH 3COO)2 Pb 
 PbS( s )  2CH 3COONa
(7)
NaX  AgNO3 
 AgX ( s )   NaNO3
(8)
Resultados
Anote o resultado de cada teste realizado na tabela 1, a seguir, usando um sinal
positivo (+) ou um sinal negativo (-) para a presença ou não de cada elemento
pesquisado, respectivamente.
5
Tabela 1. Resultados obtidos na identificação dos elementos constituintes de uma amostra (composto
orgânico).
Elemento pesquisado
Resultado obtido
C
H
O
S
Cl
Halogênios
Br
I
6
PRÁTICA 02
SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS
Objetivos: Identificar as classes de substâncias orgânicas através do teste de
solubilidade.
Material: Balança, béquer de 50 mL, tubos de ensaio, pipetas de Pasteur, espátula
metálica, papel de tornassol azul e vermelho, pipetas graduadas de 5,0 mL.
Reagentes: amostras variadas, solução de ácido clorídrico 5%, ácido sulfúrico
concentrado (96%), ácido fosfórico concentrado (85%), solução de bicarbonato de sódio
5%, éter dietílico, solução de hidróxido de sódio 10% e solução de hidróxido de sódio
5%.
Aspectos Teóricos:
Existem diversas maneiras de se identificar uma substância. Os procedimentos
variam de testes qualitativos simples (identificação de grupos funcionais) as mais
sofisticadas técnicas instrumentais, como espectroscopia no infravermelho, ressonância
magnética nuclear, espectrometria de massas, etc.
Quando se conhece algo sobre a origem do composto, como reagentes utilizados
em seu preparo e condições reacionais, etc., é possível estimar algo sobre a natureza da
substância desconhecida. Entretanto, há casos em que não se tem qualquer antecedente
sobre o composto a ser identificado, o que torna bem mais difícil a tarefa de
identificação.
Conhecendo a estrutura de um composto orgânico é possível predizer em que
tipo de solvente o composto se dissolverá. Esta predição baseia-se na presença de certos
grupos funcionais (carboxila, hidroxila, grupo amino, etc.) e na possibilidade de
interações desses grupamentos com as moléculas do solvente.
Sendo conhecida a solubilidade do composto orgânico em determinados
solventes é possível seguir o raciocínio inverso ao anterior e prever que tipos de
grupamentos funcionais estarão presentes na molécula. Unindo os testes de solubilidade
a outras técnicas (análise elementar, preparação de derivados, espectroscopias e etc.) é
possível deduzir a estrutura de um composto orgânico.
Os testes de solubilidade são feitos utilizando-se solventes como água destilada,
éter dietílico, solução de hidróxido de sódio 5%, de bicarbonato de sódio 5%, de ácido
clorídrico 5% e ácido sulfúrico concentrado e etc.
Os resultados finais dos testes definem as classes de compostos orgânicos
possíveis para o composto cuja solubilidade está sendo testada conforme apresentado na
Figura 1. As classes de substâncias determinadas pelos testes de solubilidade
correspondem aos seguintes grupos de compostos orgânicos: S1, S2, SA, SB, A1, A2, B,
N1, N2, I e MN.
7
Figura 1. Classificação dos compostos orgânicos pela solubilidade.









S2 – Sais de ácidos orgânicos, cloridratos de aminas, aminoácidos e compostos
polifuncionais.
SA – Ácidos monocarboxílicos com cinco átomos de carbono ou menos e ácidos
arenossulfônicos.
SB – Aminas monofuncionais com seis átomos de carbono ou menos.
S1 – Álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas, com cinco átomos de
carbono ou menos (monofuncionais).
A1 – Ácidos orgânicos fortes: ácidos carboxílicos com mais de seis átomos de
carbono, fenóis com grupos eletrofílicos em posição orto e para, e -dicetonas.
A2 – Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas,
tiofenóis, todos com mais de cinco átomos de carbono. Incluem-se também as dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio em  e as sulfonamidas.
B – Aminas alifáticas com oito ou mais carbonos, anilinas (somente um grupo fenil
ligado ao nitrogênio) e alguns oxiéteres.
N1 – Álcoois, aldeídos, metilcetonas, cetonas cíclicas e ésteres com um só grupo
funcional e mais de cinco átomos de carbono, mas menos do que nove. Éteres com
menos de oito átomos de carbono e epóxidos.
N2 – Alquenos, alquinos, éteres, compostos aromáticos (especialmente os que têm
grupos ativantes) e cetonas (exceto as da classe N1).
8


I – Hidrocarbonetos saturados, alcanos halogenados, haletos de arila, éteres
diarílicos e compostos aromáticos não ativos.
MN – Diversos compostos neutros, com mais de cinco átomos de carbono, contendo
nitrogênio ou enxofre (esta informação deve ser obtida por meio de análise
elementar).
Nesta prática, serão realizados testes de solubilidade com diferentes compostos
orgânicos.
Os testes de solubilidade deverão ser realizados seguindo-se toda a sequência de
testes de solubilidade apresentados na Figura 1. Importante: após cada teste, medir a
massa ou o volume de uma nova quantidade de amostra para dar prosseguimento aos
testes de solubilidade.
O primeiro teste de solubilidade deve ser feito com a água destilada e a partir do
resultado, seguir a sequência adequada (Figura 1). Por exemplo, se a amostra for solúvel
em água destilada seguir para o teste com éter dietílico utilizando-se uma nova amostra
em um novo tubo de ensaio. Se o composto for solúvel em éter dietílico, verificar o pH
da solução com papel de tornassol (vermelho se o pH é ácido, azul se o pH é básico e
roxo se o pH é neutro) (a mudança de cor ocorre para variações no pH de 4,5 a 8,3),
classificando-o nas classes SA, SB ou S1. Caso o composto seja insolúvel em éter
dietílico será classificado como pertencente à classe S2.
ATENÇÃO! Sendo a substância solúvel em água destilada automaticamente excluise a realização dos testes com solução de NaOH 5%, NaHCO3 5%, HCI 5%, H2SO4
(96%) e H3PO4 (85%). O raciocínio inverso é válido para uma substância insolúvel em
água destilada.
Procedimentos:
Para cada teste a ser realizado, utilizar nova amostra. De modo a otimizar os
experimentos realize todos os testes necessários com cada amostra-problema até
que ela seja definitivamente classificada.
a) Colocar 0,1 g da amostra sólida ou o equivalente (0,2 mL ou 3 gotas) da amostra
líquida em 3 mL do solvente em que se quer testar a solubilidade. Agitar
vigorosamente o tubo de ensaio por aproximadamente 3 minutos e observar se
ocorreu solubilização da amostra. Realizar os testes propostos:
1º teste: deve ser feito com água destilada. Se a amostra for solúvel, realizar o 2º teste.
Se for insolúvel, passar diretamente para o 3º teste.
2º teste: se a substância for solúvel em água destilada faça o teste com éter dietílico. Se
for insolúvel em éter dietílico, ela pertence ao grupo S2. Se ela for solúvel em éter
dietílico, é classificada como SA, SB ou S1, dependendo do pH da sua solução aquosa, o
qual é determinado com papel de tornassol.
3º teste: se a amostra for insolúvel em água destilada testa-se a sua solubilidade em
solução aquosa de NaOH 5%. Se for solúvel nesta solução realize o 4º teste; se
insolúvel, passe para o 5º teste.
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4º teste: teste a amostra em solução aquosa de NaHCO3 5%. Se for solúvel, pertence à
classe A1 e, se for insolúvel, à classe A2.
5º teste: faça o teste com solução aquosa de HCI 5%. Se a amostra for insolúvel nesse
solvente e se houver a informação (por meio de análise elementar) de que ela é neutra e
possui nitrogênio ou enxofre, ela pertencerá à classe MN. Caso seja solúvel, ela
pertence à classe B. Se for insolúvel e não houver sido classificada com MN, faça o 6º
teste.
6º teste: realize o teste com H2SO4 (96%). Se a amostra for solúvel, faça o teste com
H3PO4 (85%). Se for insolúvel, ela pertence à classe I.
Anotar os resultados dos testes realizados na tabela a seguir:
Tabela 2. Resultados obtidos na identificação das amostras pelo teste de solubilidade (composto
orgânico).
Amostra
Água
Éter
NaOH 5% HCI 5%
NaHCO3 5%
H2SO4 96%
Classe
1
2
3
4
5
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PRÁTICA 03
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO
Objetivos: Determinação do ponto de fusão da amostra recristalizada e impura.
Materiais: Tubos de Thiele, termômetro, tubos capilares, bico de Bünsen, suporte, tripé,
garra e mufa.
Reagentes: Glicerina e amostra da substância recristalizada e impura.
Aspectos teóricos:
 A maioria dos compostos orgânicos utilizados em laboratórios de química é
sólida ou líquida;
 O grau de pureza química desses compostos pode ser avaliado pela
determinação das constantes físicas, pois as substâncias puras possuem
propriedades físicas específicas e bem definidas;
 Impurezas produzem, geralmente, um alargamento no intervalo de fusão,
além de abaixarem essa temperatura;
 Uma substância orgânica e cristalina é considerada pura se a temperatura
de fusão compreender uma variação de 0,5 a 1,0°C;
 Se a substância for impura, a temperatura de fusão varia de 2°C a 5°C;
 Se for uma mistura, a temperatura de fusão sofre uma variação maior do que
5°C;
 A medida de temperatura de fusão pode ser feita em aparelhagem apropriada
(aparelhos para a determinação de temperatura de fusão – fusômetro
analógico) ou através de montagens e adaptações realizadas em laboratórios.
A fonte de aquecimento dependerá do tipo de aparelhagem utilizada, que
pode ser um banho de aquecimento (óleo mineral ou glicerina) ou
aquecimento elétrico.
O ponto de fusão é usado como critério para avaliar o grau de pureza de um
composto, ou ajudar na sua identificação através de comparações com tabelas de pontos
de fusão.
Figura 1. Montagem para determinação de temperatura de fusão.
11
Para determinar corretamente a temperatura de fusão de um sólido, devem ser
observadas todas as suas mudanças, conforme apresentado na Figura 2.
Figura 2. Transformações ocorridas no intervalo de fusão.
Procedimentos:
Determinação do ponto de fusão da amostra
Utilizando um sistema apropriado, determine as faixas de fusão (valores de
temperatura de início e término da fusão) para a amostra recristalizada e impura. Para
isso, feche uma das extremidades de um capilar de fusão girando-o ao leve contato com
a chama do bico de gás. Coloque um pouco da amostra num vidro de relógio e introduza
a substância no capilar tocando-a com a extremidade aberta do mesmo. Talvez seja
necessário pulverizar o sólido. Para tal use um bastão de vidro ou a espátula. Com
auxílio de um tubo longo de vidro compacte o sólido no fundo do capilar (deixando o
tubo capilar cair até atingir o fundo do tubo de vidro, com a extremidade fechada para
baixo e dentro do tubo longo de vidro). Verifique a quantidade de sólido no tubo capilar
(cerca de 2 mm de altura no capilar) e codifique o tubo capilar utilizando pincel
atômico.
Com o auxílio de uma gominha de látex fixe cuidadosamente os dois tubos
capilares ao termômetro de modo que as substâncias fiquem na mesma altura do bulbo
do termômetro e a gominha o mais próximo possível das extremidades abertas dos
capilares.
Prenda o termômetro a uma garra, de modo que o bulbo do termômetro fique
totalmente submerso no líquido. Cuide para que a gominha não seja atingida pela
glicerina, nem mesmo após o aquecimento.
Este sistema deve ser aquecido gradualmente (o aquecimento deverá se dar a
uma velocidade de 1°C por minuto, aproximadamente), enquanto o material no
capilar é cuidadosamente observado. Devem ser registradas a temperatura na qual a
primeira gota de líquido se forma e aquela em que os últimos cristais de sólido
desaparecem.
Questões:
1) Qual a faixa de temperatura que a maioria dos compostos orgânicos se funde?
2) Uma determinada substância na mudança de estado (sólido para líquido) possui uma
ampla faixa de temperatura de fusão. O que isso indica?
12
3) Explique: Duas amostras puras de um mesmo composto deverão fundir a uma mesma
temperatura. Entretanto, duas amostras desconhecidas que se fundem a uma mesma
temperatura não são necessariamente o mesmo composto.
4) Discuta sobre os valores de faixa de fusão obtidos para sua amostra pura e impura.
5) Identifique, a partir dos dados obtidos, a natureza da sua amostra.
13
PRÁTICA 04
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA DE SÍLICA
Objetos: separar, identificar, purificar e dosar misturas moleculares.
Materiais: Placas de vidro comum, cubas cromatográficas, capilares de vidro, béqueres
de 50 mL e provetas de 50 mL.
Reagentes: solventes e compostos orgânicos.
Aspectos Teóricos
A cromatografia tem sido definida, em princípio, como um processo de
separação que é utilizado essencialmente para a separação e identificação de misturas
moleculares, bem como para purificação e dosagem das mesmas. O processo se baseia
na redistribuição das moléculas da mistura entre duas ou mais fases. A distribuição se
passa entre uma fase estacionária (suporte) e um fluido móvel (eluente) que está em
contato íntimo com ela. Trataremos apenas de aspectos selecionados da cromatografia
de partição sobre celulose (papel) e cromatografia em camada delgada (cromatoplacas).
Cromatografia de Partição: Na cromatografia de papel o suporte é o próprio papel (o
papel de filtro é constituído de celulose, que contém aproximadamente 22 % de água
adsorvida), ou ainda um papel tratado (introdução de grupos dietilaminoetílicos,
carboxílicos ou de grupos fosfatos). A técnica simplificada da cromatografia de partição
em papel consiste em aplicar (com o auxílio de um capilar) uma solução, contendo a
mistura a ser analisada, próximo à extremidade de uma tira de papel de filtro com 8,0
cm de comprimento e 3,0 cm de largura (Figura 1a). Deposita-se então, a tira com a
amostra adsorvida, dentro da câmara cromatográfica (previamente saturada com o vapor
do eluente) (Figura 1b). O eluente passa, por ação de capilaridade, sobre a mancha
(amostra adsorvida no papel) (Figura 1a) arrastando os componentes com velocidades
diferentes. Os componentes a separar sofrem uma partição entre a fase aquosa suportada
numa matriz inerte de celulose e o solvente orgânico usado numa fase móvel (Figura
1c).
Figura 1. Cromatoplacas. (a) Preparada para separação; (b) no instante inicial após ser introduzida na
cubra cromatográfica; (c) após o eluente percorrer a placa por capilaridade e (d) fora da cubra
cromatográfica para aferir as distâncias percorridas pelas amostras e pelo eluente (Rf).
O valor de Rf (“fator de retenção”) mede a velocidade do movimento da zona
relacionada com a distância percorrida pelo eluente em relação à distância percorrida
pela zona da substância. Os valores de Rf devem ser menor do que a unidade. Quando
este for igual a zero, conclui-se que a substância não se deslocou, quando for igual a
14
unidade, conclui-se que a mesma se moveu junto com o solvente. Para ambos os casos,
a escolha do eluente não foi apropriada, devendo-se procurar então um novo eluente ou
uma nova mistura eluente.
Muitas das substâncias separadas por este processo não são coloridas (Figura
1d). A cor pode ser desenvolvida momentaneamente (para determinados compostos) por
exposição do sistema à luz ultravioleta (fluorescência). Pode-se também converter tais
substâncias incolores a derivados coloridos quando o sistema é pulverizado com um
reagente apropriado (sulfato cérico, ninidrina, cloreto férrico, entre outros ) ou expondo
a cromatoplaca a atmosfera saturada com I2.
Cromatografia de Adsorção (cromatoplaca): Na cromatografia de camada fina o
adsorvente é espalhado sob a forma de um revestimento numa placa de vidro, folha
plástica ou de alumínio. O desenvolvimento do cromatograma é semelhante à
cromatografia em papel. A cromatografia em camada fina apresenta algumas vantagens
em relação à cromatografia em papel, tais como, maior nitidez, alta sensibilidade,
grande rapidez e ainda, a possibilidade do emprego de solventes e reveladores
normalmente nocivos ao papel (à base de ácidos concentrados e compostos fortemente
oxidantes).
Procedimentos:
A- Separação dos componentes de uma mistura: Com um tubo capilar, aplicar a 1,0
cm de altura em relação à extremidade inferior da placa cromatográfica uma gota da
mistura em questão.
Cuidado para que a mancha formada não ultrapasse o diâmetro de 3 mm,
deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. Levar o sistema para a
eluição dentro da câmara cromatográfica, contendo o eluente adequado. O nível de
eluente deve estar abaixo do nível das manchas na placa.
Deixar o eluente subir até a demarcação superior da placa. Retirar a placa depositando-a
sobre a bancada para secar. Observar e marcar levemente as manchas, anotar os
resultados. Calcule os Rf. Se as manchas forem incolores, levar o sistema para a
exposição à luz ultravioleta, ou câmara de iodo, observar e marcar as manchas
reveladas.
B- Identificação de um desconhecido usando padrões como referência: Usando um
tubo capilar, aplicar a 1,0 cm de altura em relação à extremidade da cromatoplaca uma
gota da amostra conhecida A. Cuidar para que a mancha formada não ultrapasse o
diâmetro de 3 mm, deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. E por
fim, aplicar duas gotas da amostra desconhecida B no ponto 2. Levar o sistema para a
eluição dentro da câmara cromatográfica. Deixar o eluente subir até 8,0 cm da placa.
Retirar a cromatoplaca depositando-a sobre a bancada para secar. Levar o sistema para a
revelação. Observar a diferença das manchas.
Questões:
1- Calcule os valores de Rf para cada uma das substâncias reveladas nas placas
cromatográficas e compare com o valor obtido pelos demais grupos.
2- Identifique a amostra desconhecida B.
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PRÁTICA 05
CROMATOGRAFIA EM COLUNA
Objetivos: Purificação e separação de um composto orgânico.
Materiais: coluna de vidro, algodão, béquer, funil, rolha de borracha, proveta e pipeta
de Pasteur.
Reagentes: etanol, sílica gel, ácido acético e etanol, mistura de ácido acético e etanol,
1:1 (v/v).
Aspectos teóricos: Os componentes de uma amostra movem-se com o solvente pela
coluna com velocidades diferentes, dependendo de vários fatores, tais como a natureza
de cada substância, a natureza do solvente e a atividade do adsorvente. A separação dos
constituintes de uma mistura é efetuada através da passagem do solvente pela coluna e
baseia-se na interação dos componentes da amostra e do solvente com a superfície do
adsorvente. Um adsorvente sólido ativo tem uma grande área superficial, dispondo de
inúmeros sítios polares que podem se combinar reversivelmente ou adsorver pequena
concentração de substâncias, através de forças de atração eletrostáticas. O solvente
movendo-se pela superfície do adsorvente compete com a amostra adsorvida e com o
adsorvente, e então desloca seus constituintes reversivelmente e continuamente pela
coluna. Este processo pode ser visualizado como uma competição entre a amostra, o
solvente e o adsorvente, e pode ser expresso pelo seguinte equilíbrio:
amostra-adsorvente  solvente  amostra-solvente
A velocidade de eluição dos componentes vai depender da natureza de cada um
destes. Compostos polares ou polarizáveis, tais como álcoois, ácidos carboxílicos,
amidas e aminas, são adsorvidos mais fortemente e eluídos menos prontamente do que
compostos pouco polares, tais como compostos halogenados, aldeídos, cetonas, éteres e
hidrocarbonetos.
A atividade do adsorvente sólido vai também determinar a velocidade com que
as substâncias são eluídas. A atividade é determinada pelo seu conteúdo de água e pela
granulação das partículas. O solvente empregado também afetará a velocidade de
eluição. Quanto mais polar for o solvente, mais rapidamente os componentes se
moverão. A escolha do solvente vai ser determinada pela natureza dos componentes a
serem separados. Solventes pouco polares são empregados para substâncias fracamente
adsorvidas e solventes polares para aquelas fortemente adsorvidas. Alguns solventes
normalmente utilizados estão listados a seguir na ordem de aumento de polaridade:
Hexano < tetracloreto de carbono < tolueno < diclorometano < clorofórmio < éter
etílico < acetato de etila < etanol < metanol < água.
Procedimentos: Adapte um chumaço de algodão na parte inferior da coluna. Pese 2,0 g
de sílica gel em um béquer e adicione cerca de 10 mL de etanol, agite bem a suspensão
com o auxílio de um bastão de vidro e transfira todo o material para a coluna com o
auxílio de um funil, recolhendo o solvente a eluir em outro recipiente. A sílica deve
ficar muito bem compactada, e para isso utiliza-se uma rolha de borracha presa a um
16
bastão de vidro para golpear a coluna levemente, até que a altura (compreendida pela
sílica) permaneça inalterada. Durante toda a operação nunca permita que a sílica fique
sem o solvente. Depois de colocada toda a sílica na coluna, introduza a solução de uma
a duas gotas da solução de azul de metileno e fucsina com o auxílio de uma pipeta de
Pasteur. Deixe o material acomodar (lembre-se de nunca deixar a sílica secar) e só então
adicione mais quantidade do eluente (etanol).
A separação terá início e a fucsina ácida começará a se separar da mistura.
Eluída toda a fucsina, aumente a polaridade do eluente usando mistura de etanol e ácido
acético 1:1 (v/v). Começará a ser arrastado o azul de metileno que após algum tempo
sairá nas frações eluídas. Estará assim efetuada a separação dos dois corantes.
Questões:
1-Qual é a função da sílica gel na cromatografia em coluna?
2- Correlacione a polaridade com a estrutura dos componentes da mistura.
3- Quais os cuidados necessários ao empacotar uma coluna?
17
PRÁTICA 06
DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR: EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE CRAVO
Introdução
O cravo é uma planta usada como tempero desde a antiguidade. Era uma das
mercadoras entre as especiarias da China que motivaram inúmeras viagens de
navegadores europeus para o continente asiático. Na China os cravos eram usados não
só como condimentos, mas também como antisséptico bucal. Qualquer um com
audiência com o imperador precisava mascar cravos para prevenir o mau hálito.
Viajantes arábicos já vendiam cravos na Europa ainda no Império Romano. O cravo
também tem sido utilizado há mais de 2000 anos como uma planta medicinal. Os
chineses acreditavam em seu poder afrodisíaco. O óleo de cravo é um potente
antisséptico. Seus efeitos medicinais compreendem o tratamento de náuseas,
flatulências, indigestão, diarreia, tem propriedades antibactericidas e antivirais e é usado
também com anestésico para o alívio de dores de dente. O eugenol também é
empregado na indústria de cosméticos.
O conteúdo total de óleo em cravos (de boa qualidade) chega a 15%. O óleo é
constituído, basicamente, por eugenol (70 a 80%), acetato de eugenol (15%) e cariofileno (5 a 12%).
A destilação por arraste a vapor é geralmente aplicada a folhas e ervas, mas nem
sempre é indicada para extrair-se o óleo essencial de sementes, raízes, madeiras e
algumas flores, porque devido às altas pressões e temperaturas empregadas no processo
as frágeis moléculas aromáticas podem perder seus princípios ativos. Qualidade do
produto final: satisfatória, para óleos essenciais de folhas e ervas que não sofrem
modificações com altas temperaturas e pressões.
Empregada para destilar substâncias que se decompõem nas proximidades de
seus pontos de ebulição e que são insolúveis em água ou nos seus vapores de arraste.
Esta operação baseia-se no fato de que, numa mistura de líquidos imiscíveis, o ponto de
ebulição será a temperatura na qual a soma das pressões parciais dos vapores é igual à
da atmosfera, o que constitui uma decorrência da lei das pressões parciais de Dalton. Se,
em geral, o arraste se faz com vapor d’água, a destilação, à pressão atmosférica,
resultará na separação do componente de ponto de ebulição mais alto, a uma
temperatura inferior a 100ºC.
Matematicamente, a pressão total de uma mistura de gases pode ser definida
como:
P  p1  p2  ...  pn
18
onde p1, p2,..., pn representam a pressão parcial de cada componente na mistura.
É assumido que os gases não reagem um com o outro. Portanto, a pressão parcial
do componente na mistura é:
pi  P  xi
onde xi é a fração molar do enésimo componente na mistura total de n componentes.
Objetivos
Isolar o eugenol (4-alil-2-metoxifenol) do óleo de cravo (Eugenia caryophyllata)
pela técnica de destilação por arraste a vapor, separá-lo da solução aquosa obtida e secálo.
Procedimento Experimental
Materiais
Cravos, cloreto de metileno (CH2Cl2), sulfato de sódio anidro, sistema de
destilação por arraste a vapor, frasco Erlenmeyer de 125 mL, funil de separação de 250
mL e béquer de 100 mL.
Extração do eugenol
Monte a aparelhagem conforme a Figura 1. O frasco coletor de 125 mL pode ser
um frasco Erlenmeyer e a fonte de calor uma manta elétrica ou um bico de Bünsen
equipado com um suporte contendo uma tela de amianto.
Figura 1. Exemplo de montagem para destilação por arraste a vapor
Coloque 10 g de cravos num balão de fundo chato de 1 L e adicione 150 mL de
água. Inicie o aquecimento de modo a ter uma velocidade de destilação lenta, mas
constante. Durante a destilação observe o vapor de água percolando os cravos e
extraindo o eugenol. O vapor condensado na coluna de condensação reta tem uma cor
19
turva para o branco, sinal de que o eugenol está sendo extraído. Continue a destilação
até coletar cerca de 100-150 mL do destilado. Transfira o destilado para um funil de
separação de 250 mL. Extraia o destilado com três porções de cloreto de metileno (10
mL cada). Separe as camadas (orgânica e aquosa) e despreze a fase aquosa coletando a
fase orgânica em um béquer de 100 mL. Traços de água presentes no solvente deverão
ser retirados com a ajuda de um sal dessecante (sulfato de sódio anidro). Adicione
sulfato de sódio anidro para secar a fase orgânica. Filtre a mistura em papel de filtro
pregueado, coletando o filtrado em outro béquer de 100 mL previamente tarado. Após a
filtração concentre a mistura utilizando um banho-maria na capela, transfira o líquido
restante para um béquer de 50 mL previamente tarado e concentre o conteúdo
novamente por evaporação em banho-maria até que somente um resíduo oleoso
permaneça. Seque o béquer de 50 mL e pese. Determine a massa de óleo extraída e
calcule o rendimento da extração com base na massa de cravo utilizada na extração.
Calcule também o volume de óleo extraído (densidade = 1,06 g/mL).
Figura 2. Estrutura química do eugenol e suas propriedades físicas (Pressão de vapor da água a 100ºC =
760 torr, a altura do mar)
Tabela 1. Dados obtidos no experimento de extração do eugenol
Massa de
cravo (g)
Massa
béquer
vazio (g)
Massa
béquer com
óleo (g)
Massa de
óleo obtida
(g)
Volume de
óleo obtido
(mL)
Porcentagem
de óleo no
cravo (%)
Questões:
1) Porque é necessário usar a destilação por arraste a vapor para extrair o eugenol?
2) Correlacione a estrutura química do eugenol com as suas propriedades físicas.
3)
É necessário conhecer o teor de umidade dos cravos para se calcular o rendimento
de extração?
20
PRÁTICA 07
PREPARAÇÃO DO BENZOATO DE EUGENILA
Introdução
A química de produtos naturais é uma área importante de pesquisa na Química
Orgânica. Compostos obtidos de fontes naturais têm sido isolados por ter uma ampla
gama de propriedades como atividade anticancerígena a anestésicos locais e uma
multiplicidade de usos de aromatizantes a corantes.
Como é difícil purificar o eugenol extraído dos cravos da Índia ou mesmo
caracterizá-lo através de suas propriedades físicas pode-se convertê-lo em um derivado.
Este derivado será obtido através da reação do eugenol com cloreto de benzoíla (Figura
1). O produto formado é o benzoato de eugenila 2, um composto cristalino com ponto
de fusão bem definido.
Figura 1. Rota sintética usada para preparar o benzoato de eugenila
Objetivos
O objetivo dessa prática é preparar o benzoato de eugenila a partir do eugenol
extraído dos cravos da Índia, purifica-lo e determinar o seu ponto de fusão.
Procedimento Experimental
Materiais
Eugenol, cloreto de benzoíla, solução de hidróxido de sódio 5%, etanol 95%,
tubo de ensaio, funil de separação de 125 mL, balão de fundo chato de 100 mL, barra
magnética, placa agitadora, éter etílico, banho de gelo triturado, pipeta de Pasteur,
béquer de 50 mL, suporte universal e garra, funil de Büchner, kitassato, papel de filtro.
Preparação do derivado do eugenol
Pese o eugenol, 1 (0,5 g, MM = 164,08 g/mol, 3,23 mmols) em um tubo de
ensaio (dentro de um béquer) e adicione cerca de 10 mL de solução de hidróxido de
sódio 10% (MM = 40 g/mol, 25 mmols) gota a gota até que o óleo marrom se dissolva
sob agitação magnética constante (a solução pode ser turva, mas nenhuma gotícula de
21
óleo deve ser visível). Transfira o conteúdo do tubo de ensaio para um funil de
separação de 125 mL e adicione duas porções de 10 mL de éter dietílico cada (uma
extração de cada vez por porção de 10 mL), colete a camada inferior em um béquer de
50 mL e despreze a camada etérea (superior). Transfira a fase aquosa (marrom)
contendo o eugenolato de sódio para um balão de fundo redondo de 50 mL contendo
uma barra magnética e sob agitação magnética suave adicione o cloreto de benzoíla (1,0
mL, MM = 140,57 g/mol, d = 1,21 g/mL, 1,21 g, 8,61 mmols) gota a gota. Deixe a
mistura reagir por 5 minutos. Esfrie a mistura em um banho de gelo. O sólido, benzoato
de eugenila, deve ser coletado por filtração a vácuo em um funil de Büchner e lavado
com água gelada (5 mL). Caso um sólido branco não seja formado e sim um líquido
viscoso branco com aspecto de óleo, recolha a água mãe com o auxílio de uma pipeta de
Pasteur deixando o mínimo possível, sem arrastar o produto. Em seguida adicione
etanol 95% gota a gota sob agitação até que o produto precipite. O produto impuro tem
aspecto marrom claro. O produto impuro pode ser recristalizado em etanol para dar o
benzoato de eugenila, 2, (cristais com formato de pequenas agulhas brancas). Para
recristalizar o produto transfira o sólido impuro para um erlenmeyer de 125 mL e
adicione cerca de 20 mL de etanol 95% e também três pontas de espátula de carvão
ativado. Deixe a suspensão entrar em ebulição e agite casualmente para evitar projeção.
Filtre a suspensão em funil de Büchner a quente. Recolha o filtrado em um recipiente
menor e resfrie em banho de gelo para que o produto purificado recristalize. Caso
necessário atrite a parede do recipiente com um bastão de vidro. Use filtração simples
para recuperar os cristais brancos. Seque os cristais em dessecador de uma semana para
a outra sob vácuo, determine o rendimento e o ponto de fusão (benzoato de eugenila, 2,
MM = 268,11 g/mol, P.F. = 70ºC a 760 mmHg).
Tabela 1. Dados obtidos no experimento de preparação do derivado do eugenol
Massa de
eugenol (g)
Massa de
Rendimentoa
benzoato de
(%)
eugenila (g)
Faixa de
fusão (ºC)
a
Deve ser determinado com base no rendimento teórico (100% de conversão) e a massa
de benzoato de eugenila obtida.
Questões:
1) Porque é necessário preparar um derivado do eugenol para caracterizá-lo?
2) Que resultado você esperaria com relação ao valor da faixa de fusão do produto
impuro e do recristalizado?
3) Porque é necessário extrair a solução contendo o eugenolato de sódio com éter
etílico?
4) Dê o mecanismo completo da reação de preparação do derivado.
22
PRÁTICA 08
EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA
Introdução
Alcaloides são substâncias orgânicas nitrogenadas de caráter básico, geralmente
de origem vegetal, e que provocam efeitos fisiológicos característicos nos organismos
humanos. Nem todas as substâncias classificadas como alcaloides obedecem
rigorosamente a todos os itens desta definição, por exemplo, o alcaloide da pimenta
(piperina) não é básico, mas tem acentuada ação fisiológica. Do ponto de vista químico,
os alcaloides não constituem um grupo homogêneo de substâncias. Quase todos, porém,
apresentam estrutura química derivada de um composto heterocíclico. Uma
classificação química de alcaloides baseia-se na estrutura deste heterociclo: alcaloides
da piridina (nicotina), da xantina (cafeína), da quinolina, do pirrol, do indol, da
piperidina, etc.
Certas famílias vegetais são particularmente ricas em alcaloides, por exemplo, as
rubiáceas (café) e as solanáceas (fumo).
A cafeína (1,3,7-trimetilxantina, 1) pertence à família dos alcaloides xantínicos
(Figura 1).
Figura 1. Alguns exemplos de alcaloides xantínicos
A cafeína foi isolada do café por Runge em 1820 e do chá preto por Oudry em
1827. Ela é encontrada ainda no guaraná, erva-mate e em outros vegetais, e é
responsável pelo efeito estimulante de bebidas como chá e café e de refrigerantes como
Coca-Cola e Pepsi-Cola. Ela é também um dos princípios ativos de bebidas ditas
“energéticas” como Red Bull, TNT e etc.
A cafeína provoca um efeito pronunciado no sistema nervoso central (SNC),
mas nem todos os derivados xantínicos são efetivos como estimulantes do SNC. A
teobromina, 4 (Figura 1), uma xantina encontrada no cacau, possui pouco efeito no
SNC, porém é um forte diurético e é utilizada em medicamentos para tratar pacientes
com problemas de retenção de líquidos como água. A teofilina, 3 (Figura 1), encontrada
no chá junto com a cafeína, também tem pouca ação no SNC, mas é um forte
estimulante do miocárdio, relaxando a artéria coronária, que fornece sangue ao coração.
A Teofilina, também chamada de aminofilina, é frequentemente usada no tratamento de
pacientes que tiveram parada cardíaca. Ela é também um diurético mais potente do que
a teobromina. Sendo um vasodilatador, ela é geralmente empregada no tratamento de
dores de cabeça causadas por hipertensão e asma.
A cafeína é relativamente tóxica (LD50 = 75 mg/kg), mas para se obter uma dose
letal de cafeína, o indivíduo deveria ingerir cerca de uma centena de xícaras de café em
23
um curto período de tempo. Na Tabela 1 são apresentadas as quantidades médias de
cafeína encontradas em algumas bebidas e alimentos.
Devido aos efeitos provocados pela cafeína no SNC, algumas pessoas preferem
usar café descafeinado. A descafeinação reduz o conteúdo de cafeína do café para
aproximadamente 0,03 a 1,2%.
Tabela 1. Porcentagem mássica de cafeína presente em algumas bebidas e alimentos
Bebida/Alimento Porcentagem mássica de cafeína (%)
Café (moído)
0,06-0,10
Café (instantâneo)
0,03-0,07
Café (expresso)
0,17-0,25
Café (descafeinado)
0,001-0,004
Chá
0,02-0,07
Chocolate
0,005
Coca-Cola
0,015
Metodologia
Alcaloides são aminas, e, portanto, formam sais solúveis em água quando
tratados com ácidos. A cafeína encontrada nas plantas apresenta-se na forma livre ou
combinada com taninos fracamente ácidos. A cafeína é solúvel em água, então pode ser
extraída de grãos de café ou das folhas de chá com água quente. Junto com a cafeína,
outros inúmeros compostos orgânicos são extraídos, e a mistura destes compostos é o
que confere aroma característico ao chá e ao café. Entretanto, a presença desta mistura
de compostos interfere na etapa de extração da cafeína com um solvente orgânico,
provocando a formação de uma emulsão difícil de ser tratada. Para minimizar este
problema utiliza-se uma solução aquosa de carbonato de cálcio. O meio básico promove
a hidrólise do sal de cafeína-tanino, aumentando assim o rendimento de cafeína
extraída.
Objetivos
O objetivo dessa prática é extrair a cafeína do chá Mate Leão, purificá-la e
determinar o seu ponto de fusão.
Procedimento Experimental
Materiais
Chá Mate Leão, carbonato de cálcio (CaCO3), diclorometano (CH2Cl2), tolueno,
éter de petróleo, sulfato de sódio anidro (Na2SO4)frasco Erlenmeyer de 250 mL, proveta
de 250 mL, funil de Büchner, kitassato, papel de filtro, funil de separação de 250 mL,
placa aquecedora, banho de gelo triturado, bastão de vidro e suporte universal e garra.
Extração e purificação da cafeína
24
Em um frasco Erlenmeyer de 250 mL pese 15,0 g de chá e 7,0 g de carbonato de
cálcio. Posteriormente com auxílio de uma proveta transfira 150 mL de água destilada
para o frasco Erlenmeyer de 250 mL. Aqueça a mistura até a fervura com agitação
casual para evitar projeção de material durante 20 minutos. Em seguida filtre a mistura
quente em funil de Büchner e esfrie o filtrado usando um banho de gelo triturado até a
temperatura ambiente.
Transfira o filtrado com o auxílio de um funil raiado para um funil de separação
e extraia a cafeína com 4 porções de 20 mL de diclorometano, uma de cada vez,
recuperando a fase orgânica em um béquer de 250 mL. Agite o funil de separação
suavemente para evitar a formação de emulsão! Seque a fase orgânica com sulfato de
sódio anidro e filtre usando um sistema de filtração simples por gravidade com papel de
filtro pregueado, coletando o filtrado em um béquer de 250 mL previamente tarado.
Evapore o solvente com um banho maria dentro da capela de exaustão até a secura. Pese
o resíduo esverdeado de cafeína bruta e calcule a porcentagem de alcaloide no chá.
O resíduo deve ser recristalizado, dissolvendo-o em 2-3 mL de tolueno (ou na
menor quantidade possível) a quente. Retire o béquer do aquecimento e adicione
algumas gotas de éter de petróleo (P.E. = 60-80°C) até formar o precipitado branco (a
solução ficará turva). Opcionalmente, a recristalização pode ser realizada utilizando-se
acetona a quente. Filtre a suspensão usando um sistema de filtração simples, deixe os
cristais secando em dessecador sob pressão reduzida e determine o ponto de fusão do
cristal. Compare o ponto de fusão com o descrito na literatura.
Alternativamente a cafeína pode ser caracterizada por cromatografia de camada
delgada de sílica usando acetato de etila como eluente. A amostra pode ser dissolvida
em etanol ou acetato de etila para ser aplicada na placa. Um padrão de cafeína deverá
ser utilizado para comparação com o Rf, fator de retenção, da amostra extraída. Para
mais detalhes vide a prática “cromotografia em camada delgada”.
Tabela 1. Dados obtidos no experimento extração da cafeína
Massa de
chá (g)
Massa de
alcaloide
(g)
Rendimentoa
(%)
Faixa de
fusão (ºC)
Questões:
1) Porque a cafeína é extraída em meio básico sob aquecimento?
2) Porque é necessário extrair a cafeína da solução aquosa usando diclorometano?
3) Em que se baseia o princípio de extração da cafeína usando um solvente
orgânico como o diclorometano?
4) Discuta a porcentagem de cafeína extraída, recristalizada e a metodologia
empregada na extração.
25
PRÁTICA 09
REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO
Introdução
Um sabão é um sal de sódio ou potássio de um ácido graxo de cadeia longa
obtido a partir da reação de saponificação. Os ácidos graxos contêm normalmente de 12
a 18 átomos de carbono. A fonte dos ácidos graxos pode ser tanto gordura animal
quanto vegetal, os quais são ésteres de ácidos carboxílicos. Eles têm uma alta massa
molar e contém um álcool, o glicerol. Quimicamente, estas gordutas e óleos são
chamados de triglicerídeos.
Sabões sólidos normalmente consistem de sais de sódio de ácidos graxos,
enquanto os líquidos consistem de sais de potássio de ácidos graxos. Um sabão como o
estereato de sódio consiste de um final de cadeia apolar (a cadeia de hidrocarboneto do
ácido graxo) e um polar (função carboxilato).
Figura 1. Estearato de sódio (sabão).
Porque “semelhante dissolve semelhante” o final apolar (parte hidrofóbica ou
não a fim de água) da molécula de sabão pode dissolver a sujeira gordurosa e a parte
polar ou iônica (hidrofílica ou a fim de água) da molécula é atraída por moléculas de
água. Portanto, a sujeira de uma superfície a ser limpa será retirada e suspensa em água.
Assim, o sabão age como um agente emulsificante, uma substância usada para dispersar
um líquido (moléculas de óleo) na forma de partículas finamente suspendidas ou
gotículas em outro líquido (moléculas de água).
O tratamento de gorduras e óleos com bases fortes como hidróxido de sódio
(NaOH) ou de potássio (KOH) faz com que eles sofram hidrólise (saponificação) para
formar glicerol e o sal de um ácido graxo de cadeia longa (sabão).
Ácidos graxos naturais são raramente de um único tipo em qualquer gordura ou óleo.
De fato, uma única molécula de triglicerídeo em uma gordura pode conter três resíduos
de ácido diferentes (R1COOH, R2COOH, R3COOH), e nem todos os triglicerídeos na
substância serão idênticos.
As gorduras e óleos que são mais comuns nas preparações de sabão são banha e
sebo de origem animal e óleos de coco, palmeiras e oliveiras de fontes vegetais. O
comprimento da cadeia de hidrocarboneto e o número de duplas ligações no sal de ácido
carboxílico da porção ácido carboxílico da gordura ou óleo determinarão as
propriedades do sal resultante. Por exemplo, o sal de uma cadeia de ácido longa
26
saturada pode fazer um sabão mais duro, mais insolúvel. A cadeia longa também afeta a
solubilidade.
Figura 2. Reação de saponificação (produção de sabão).
O sebo é o principal material gorduroso utilizado na fabricação de sabão. As
gorduras sólidas de gado são fundidas com o vapor e uma camada de sebo formada no
topo é removida. Fabricantes de sabão normalmente misturam sebo com o óleo de coco
e saponificam esta mistura. O sabão resultante contém principalmente os sais de ácido
palmítico, esteárico e oleico do sebo e sais de ácido láurico e mirístico de óleo de coco.
O óleo de coco é adicionado para produzir um sabão mais suave, mais solúvel. A banha
difere de sebo em que a banha contém mais ácidos oleicos.
Óleo de coco puro produz um sabão que é muito solúvel em água. É tão suave
que faz muita espuma mesmo em água salgada. O óleo de palma contém principalmente
dois ácidos, ácido palmítico e oleico, em igual quantidade. A saponificação deste óleo
produz um sabão que é um importante constituinte de sabonetes. O azeite de oliva
contém principalmente ácido oleico. Ele é usado para preparar sabão castela.
Sabonetes geralmente foram cuidadosamente lavados para ficar livre de qualquer
álcali remanescente após a saponificação. Tanto quanto possível o glicerol é
normalmente deixado no sabão, e perfumes e agentes medicinais são muitas vezes
adicionados. Sabões suaves são feitos usando hidróxido de potássio, obtendo-se os sais
de potássio. Eles são usados em cremes de barbear e sabonetes líquidos.
Porque sabões são sais de bases fortes e ácidos fracos, eles devem ser
fracamente alcalinos em solução aquosa. Contudo, um sabão livre de álcali pode causar
danos para a pele, seda ou lã. Assim, um teste para a basicidade do sabão é muito
importante.
27
O sabão tem sido amplamente substituído por detergentes sintéticos durante as
duas últimas décadas, porque o sabão tem dois graves inconvenientes. Um deles é que o
sabão se torna ineficaz em água dura; é esta água que contém quantidades apreciáveis
de sais de Ca2+ ou Mg2+.
Tabela 1. Estrutura de ácidos comumente encontrados em sabão
Ácido
Estrutura
Ácido palmítico
CH3(CH2)14COOH
Ácido estearíco
CH3(CH2)16COOH
Ácido oleico
CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7COOH
Ácido Láurico
CH3(CH2)10COOH
Ácido mirístico
CH3(CH2)12COOH
A outra é que em uma solução ácida, o sabão é convertido em ácidos graxos
livres, e, portanto, perde a sua ação de limpeza.
Figura 3. Reação do sabão com (a) água dura e (b) em água ácida.
Objetivos
O objetivo deste experimento é a síntese de um sabão a partir da reação de
hidrólise de um éster. Esta reação de hidrólise é chamada de Reação de Saponificação,
uma vez que a hidrólise de um tipo especial de éster, que são as gorduras ou óleos,
produzem sabões. No nosso caso utilizaremos o óleo soja para obtenção de sabão.
Procedimento experimental
Materiais
Béquer de 500 mL, provetas de 10 (2x), 20 e 50 mL, bastão de vidro, funil
raiado, béquer de 250 mL, suporte universal e garra para prender o frasco Erlenmeyer
de 250 mL, placa aquecedora, banho de gelo, suporte universal e alça para prender o
funil raiado e papel de filtro pregueado, água destilada gelada.
Reagentes
Óleo de soja, hidróxido de sódio 25% (25 g de NaOH em 100 mL de água
destilada, use óculos de proteção, reação exotérmica, cuidado), álcool etílico 95%,
solução saturada de cloreto de sódio (150 g de NaCl em 150 mL de água destilada,
agitar bem).
Preparação do sabão de óleo de soja
1) Meça 23 mL de óleo de soja em um frasco Erlenmeyer de 250 mL;
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2) Transfira 10 mL de álcool etílico 95% (para agir como solvente) e 20 mL de
solução aquosa de NaOH 25% para o frasco Erlenmeyer cuidadosamente
agitando a mistura constantemente com um bastão de vidro;
3) Aqueça o frasco Erlenmeyer gentilmente em um banho maria em ebulição.
Observação: use um béquer de 500 mL ou maior contendo 200 mL de água de
torneira e dois cacos de porcelana para servir como banho maria (Figura 4)
(Cuidado porque o álcool é um solvente inflamável!).
4) Após a mistura ser aquecida por cerca de 20 minutos, o odor de álcool irá
desaparecer, indicando a conclusão da reação. Uma massa pastosa contendo uma
mistura do sabão, glicerol e excesso de hidróxido de sódio é obtida;
5) Use um banho de gelo triturado para resfriar o frasco e seu conteúdo;
6) Para precipitar ou “salt out” o sabão adicione 150 mL de uma solução saturada
de cloreto de sódio a mistura de sabão sob agitação vigorosa. Este processo
aumenta a densidade da solução aquosa, e, portanto, o sabão flutuará da solução
aquosa;
7) Filtre a mistura com o sabão precipitado em um funil raiado com papel
pregueado e lava o sabão com 10 mL de água gelada.
Figura 4. Montagem para a preparação do sabão.
Propriedades emulsificantes do sabão
1) Em um tubo de ensaio adicione 5 gotas de óleo contendo 5 mL de água;
2) Agite o tudo. Uma emulsão temporária de finas gotículas de óleo em água será
formada;
3) Repita o mesmo teste, mas dessa vez adicione um pequeno pedaço do sabão que
você preparou antes de agitar;
4) Deixe ambas as soluções descansar por um curto período de tempo;
5) Compare a aparência e a estabilidade relativa das duas emulsões.
Questões
1) Quando você prepara o sabão, primeiro você dissolveu o óleo vegetal em álcool
etílico. O que aconteceu ao álcool etílico durante a reação?
2) Quais são as vantagens e desvantagens do sabão em relação ao detergente?
3) O que aconteceu durante o teste para verificar as propriedades emulsificantes do
sabão preparado? Justifique o que foi observado usando a teoria.
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PRÁTICA 09
SÍNTESE DO CLORETO DE TERC-BUTILA
Introdução
Haletos de alquila podem ser preparados através de seus álcoois correspondentes
via uma reação substituição ácido-catalisada. O mecanismo destas reações de
substituição ácido-catalisadas é chamado de SN1 (substituição nucleofílica
unimolecular) e SN2 (substituição nucleofílica bimolecular). Álcoois terciários seguem o
mecanismo SN1, álcoois primários seguem o SN2 e os secundários podem seguir ambos
os mecanismos dependendo das condições reacionais.
Sob condições ácidas, o mecanismo da reação SN1 envolve uma etapa rápida de
protonação do álcool, seguida da perda de água como a etapa limitante da velocidade da
reação. Esta gera um carbocátion relativamente estável, o qual é atacado por um íon
haleto para formar um haleto de alquila. As reações SN1 são favorecidas pelos álcoois
terciários porque elas tendem a formar carbocátions mais estáveis.
Figura 1. Conversão do t-butanol a cloreto de t-butila
A confirmação da obtenção do produto, cloreto de t-butila (Figura 1), pode ser
feita através da reação do produto com uma solução de nitrato de prata em etanol. O
haleto de alquila terciário reagirá por meio de um mecanismo SN1 com o nitrato de prata
para formar um haleto de prata insolúvel. A aparecimento do precipitado indica um
resultado positivo para a presença de um haleto de alquila terciário.
Objetivos


Sintetizar o cloreto de t-butila via uma reação SN1;
Caracterizar o cloreto de t-butila usando o teste do nitrato de prata.
Procedimento experimental
Materiais e reagentes
Agitador magnético, suporte universal, garras, manta de aquecimento, funil
raiado, balão de fundo chato de 250 mL, proveta de 100 mL, barra magnética, balão de
fundo redondo de 100mL condensador de bolas, condensador reto e conexões para
destilação simples, funil de separação, Erlenmeyer de 125 mL, sulfato de sódio anidro,
álcool t-butílico, ácido clorídrico concentrado a 5oC.
Métodos
1) Em um balão de fundo chato de 250 mL coloque 70 mL de HCl concentrado
previamente resfriado na geladeira a 5 oC;
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2) Adicione, cautelosamente, 20 g de álcool t-butilico em pequenas porções e
com leve agitação;
3) Após o término da adição, deixe o balão a temperatura ambiente e agite
suavemente durante 20 minutos.
4) Transfira o conteúdo do balão para um funil de separação e aguarde a nítida
separação de fases.
5) Retire a fase ácida e lave a fase orgânica com 3 porções de 30 mL de solução
de bicarbonato de sódio a 10%.
6) Em seguida lave a fase orgânica com 3 porções de 30 mL de água gelada.
7) Transfira a fase orgânica para um Erlenmeyer com tampa de volume
compatível e adicione agente secante (sulfato de sódio anidro).
8) Após um tempo de contato de pelo menos 1 h, filtre coletando o filtrado
diretamente em um balão de destilação de 100 mL, e destile com
equipamento de destilação simples e recolha a fração um Erlenemyer imerso
em gelo.
9) Meça o volume obtido utilizando uma proveta.
10) Caracterize o seu produto obtido com nitrato de prata.
Dados
1) Densidade álcool terc-butílico = 0,770 g/mL
2) Densidade cloreto de terc-butila = 0,846 g/mL
3) Pe,cloreto de t-butila = 51 oC
Questões
1) Escreva a equação química para a reação de síntese realizada e sugira um
mecanismo para a reação.
2) Explique no mecanismo quem é nucleófilo e quem é grupo de saída.
3) Calcule o rendimento da reação.
4) Por que o haleto foi lavado com bicarbonato de sódio?
31
PRÁTICA 10
RECRISTALIZAÇÃO E SUBLIMAÇÃO
Introdução
Uma reação orgânica dificilmente leva a formação de apenas um composto.
Geralmente obtém-se uma mistura, onde um determinado produto encontra-se em maior
quantidade e os demais podem ser considerados como impurezas. As impurezas podem
retardar ou até mesmo impedir a recristalização quando efetuada diretamente sobre o
produto da reação, e são toleráveis desde que representem até 5% da massa da amostra.
A purificação de sólidos por recristalização baseia-se na diferença de
solubilidade do produto e da impureza em um determinado solvente ou mistura de
solventes. Logo, a escolha de um solvente adequado representa um grande percentual do
sucesso de uma recristalização. As características mais desejáveis para que um solvente
seja escolhido são:

alta dissolução da substância a ser purificada em elevadas temperaturas e baixa
dissolução a temperatura ambiente ou inferior;
 dissolver ou não as impurezas à temperatura ambiente e/ou inferior;
 possuir ponto de ebulição relativamente baixo;
 não reagir com a substância a ser purificada.
Os solventes comumente usados para recristalizar compostos orgânicos são o
álcool, benzeno, éter, tetracloreto de carbono, acetona, éter de petróleo e ácido acético;
água pode ser empregada com algumas substâncias.
O processo de recristalização consiste basicamente em:
1) Dissolver a mistura em um solvente apropriado no ponto ou próximo ao ponto
de ebulição;
2) Filtrar a solução a quente (eliminando assim impurezas insolúveis);
3) Deixar a solução esfriar e aguardar a cristalização;
4) Filtrar a solução, a vácuo e a frio, para separar os cristais da solução. O filtrado
nesse caso é chamado de “água-mãe”.
5) Lavar os cristais com solvente adequado para remover solvente residual da
“água-mãe”.
6) Secar os cristais para remover o solvente residual.
7) Realizar testes para verificação da pureza da substância.
Objetivos: Purificação de um composto orgânico sólido (acetanilida) através do método
de recristalização e sublimação.
Materiais: Erlenmeyers, funil de Büchner, funil simples, kitassato, bico de Bünsen,
bastão de vidro, papel de filtro, béquer e dessecador.
Reagentes: Água (solvente), acetanilida impura.
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Composto impuro
1- Dissolução em solvente a quente
2- Adição de carvão ativado.
3- Filtração simples da solução a quente.
Impurezas
insolúveis
Filtrado
Descartar
Composto
mais
impurezas solúveis
1- Cristalização
2- Filtração a vácuo
Cristais
do
composto úmido
com solvente
Filtrado (água-mãe +
impurezas solúveis).
Descartar ou
recolher mais
cristais
Secagem
Cristais sêcos
Teste de pureza
Figura 1. Fluxograma das etapas envolvidas na recristalização
Métodos de recristalização: envolvem, basicamente dois procedimentos:
Filtração a quente:
O procedimento deve ser realizado rapidamente, evitando-se desta forma o
resfriamento prematuro da solução (amostra) e da montagem de filtração. É vantajoso
aquecer o funil antes de iniciar o procedimento. O uso do papel pregueado "minimiza" a
possibilidade de cristalização da substância sobre o mesmo.
Filtração a vácuo:
A finalidade deste procedimento está na rapidez e na possibilidade de se
eliminar ao máximo a água-mãe dos cristais. Utiliza-se um funil de Büchner, associado
a um papel de filtro mais fino, previamente umedecido com o solvente em questão. O
frasco coletor é o kitassato, com saída para linha de vácuo, seguido de um frasco de
segurança, intercalado entre o primeiro e a origem do vácuo (bomba de vácuo ou
trompa d'água).
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Figura 2. montagem para filtração a vácuo
Secagem dos compostos:
Um sólido umedecido com água ou solvente orgânico volátil, pode ser seco sob
pressão reduzida com o auxílio de um dessecador a vácuo. O uso de agentes secantes
apropriados é normalmente recomendado para uma maior eficiência quanto a secagem
da substância. Normalmente, introduz-se ácido sulfúrico concentrado na parte inferior
do dessecador, enquanto que sobre a placa de porcelana, contido dentro de um
recipiente, emprega-se hidróxido de sódio granulado. Desta forma garantimos a
adsorção de solventes de natureza ácida e/ou básica.
Procedimentos:
Pese o sólido obtido (em vidro de relógio) para o cálculo do rendimento da
reação.
Guarde uma pequena quantidade (suficiente para determinação do ponto de
fusão) para utilização posterior. Num béquer de 500 mL coloque 250 mL de água
destilada e 5 mL de etanol. Adicione aos poucos a acetanilida, sob agitação, para tentar
dissolvê-la. Aqueça até ebulição com frequente agitação, até total dissolução da
acetanilida (se houver necessidade, adicione outros 5 mL de álcool). Se a solução não
estiver totalmente límpida, será necessário filtrá-la a quente (é necessário manter o
sistema aquecido durante o processo de filtração). Se o aspecto da solução não for
incolor, adicione cuidadosamente (pode haver superebulição na primeira adição)
pequena quantidade de carvão ativado e filtre sob vácuo a quente.
Recolha o filtrado em Erlenmeyer de 500 mL e leve-o a um banho de água fria
ou gelada. Mantenha o frasco em repouso e observe a recristalização. Filtre a vácuo,
lavando com água fria e coloque a acetanilida recristalizada em vidro de relógio
rotulado.
Pese a acetanilida recristalizada, calcule a eficiência da recristalização e
determine o ponto de fusão das duas acetanilidas (da recristalizada e da impura).
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