Componentes do grupo: André Satoreto; Igor Rafael de Souza Ivis; Robson; Thayanne Barroso Queiroz; Valcirene
Experimento 1 – Análise orgânica Qualitativa: Caracterização de funções orgânicas necessárias na identificação de compostos orgânicos de origem desconhecida.
Existem milhões de substâncias orgânicas e os métodos de análise utilizados na sua identificação são bastante limitados, contudo nos permitem classificar os compostos orgânicos em classes de acordo com as funções orgânicas presentes. Neste estudo aplicaremos testes clássicos a fim de identificar substâncias químicas desconhecidas, agrupando-as em grupos funcionais importantes da química orgânica.
Na análise orgânica qualitativa clássica recomenda-se a execução seqüencial dos seguintes procedimentos experimentais tais como os testes preliminares do estado físico, cor e odor da matéria
- Sobre os testes com a COR, substâncias orgânicas com grupos funcionais conjugados são coloridas, a intensidade da cor depende da extensão da conjugação. Substâncias saturadas ou com baixo grau de insaturação são brancas ou pouco coloridas. A cor marrom é geralmente causada por pequenas impurezas;
- Sobre os testes com o ODOR, O cheiro de muitas substâncias baixo peso molecular normalmente são característicos. Com alguma experiência poderemos reconhecer os odores característicos de muitas classes funcionais;
- Sobre os testes com CHAMA, uma pequena quantidade da amostra deve ser brandamente aquecida numa chama. Se sólido, observe a temperatura aproximada de fusão, e se há decomposição. A temperatura em que a substância se funde é dependente de sua polaridade. Observe a inflamabilidade e a natureza da chama. A presença de halogênio dificulta ou impede a inflamabilidade. O inconfundível cheiro de dióxido de enxofre indica a presença de enxofre no composto. Uma chama amarela fuliginosa indica alta insaturação ou elevado número de carbonos na molécula, mas uma chama amarela não fuliginosa é característica de hidrocarbonetos alifáticos. Se uma grande quantidade permanece inalterada após a ignição, a amostra desconhecida é provavelmente um sal metálico;
- Sobre os testes com PUREZA, Um ponto de ebulição constante ou um faixa de fusão estreita são indicadores de pureza da amostra;
Outros ensaios além dos testes preliminares devem ser desenvolvidos, para caracterização de uma substância orgânica um deles é a determinação das constantes físicas tais como, ponto de fusão e ponto de ebulição, pois não só fornece informações úteis para a identificação da amostra como pode ser fundamental na dedução de sua pureza. A densidade pode servir como critério de pureza de uma amostra. O índice de refração, facilmente medido em amostras líquidas, constitui bom critério de pureza, servindo, às vezes, de suporte na identificação. A rotação óptica e o fator de retenção (Rf), quando aplicáveis, devem ser também considerados [1].
Outro ensaio consiste na análise elementar (fusão com sódio) A determinação da presença de outros elementos, além de carbono e hidrogênio, em uma amostra orgânica desconhecida é de enorme significado no processo de identificação. Heteroátomos como nitrogênio, enxofre e/ou halogênio podem ser detectados pelo teste de Lassaigne. O teste de solubilidade também fornece informações importantes sobre a natureza da amostra. A solubilidade dos compostos orgânicos pode ser dividida em duas categorias principais: a solubilidade decorrente de simples miscibilidade e a solubilidade resultante de uma reação química, por exemplo, uma reação ácido-base.
Outra análise consiste no teste de GRUPOS FUNCIONAIS. Após classificação da amostra desconhecida em um determinado grupo de solubilidade, é necessário aplicar testes de funcionalidade adequados. Por meio deles, funções muito parecidas podem ser facilmente diferenciadas, como por exemplo: aldeídos de cetonas, acetilenos de olefinas, álcoois de éteres, etc. Em geral os testes são muito simples e rápidos, mas exigem sempre o uso de reagentes, muitas vezes agressivos, tóxicos ou dispendiosos.
OBJETIVO: Identificar substâncias químicas desconhecidas, agrupando-as em grupos funcionais importantes da química orgânica como: hidrocarbonetos, alcoóis, haletos de alquila, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, fenóis e aminas.
REAGENTES: Corante orgânico; Hidróxido de Bário; Sulfato Ferroso, Aciso sulfúrico, Acido acético, Acetato de chumbo, Acido nítrico concentrado e Nitrato de prata.
MATERIAIS: 02 tubos de ensaio grande; 01 mangueira silicone ou haste de vidro com rolha furada; 02 suportes universais; 02 garras; 03 espátulas; 01 acendedor;01 fita crepe; 01 suporte para tubos; 03 tubos de ensaio grande; 10 conta-gotas; 01 pinça de madeira
A. Caracterização de Carbono e Hidrogênio
Utilizou-se o corante orgânico como indicador para análise de metais. Em um tubo de ensaio, foi colocado cerca de 100 mg de corante e foi inserido em um suporte. Adaptou-se uma rolha com tubo em L no tubo de ensaio e a outra ponta do tubo em L foi colocada em outro tubo de ensaio contendo hidróxido de bário Ba(OH)2, de forma que a extremidade ficasse mergulhada na solução.
B. Caracterização de hidrocarbonetos saturados e insaturados Foram utilizados 02 (dois) tubos de ensaio. No tubo 1, foi adicionado 01 ml de gasolina e no tubo 2, 01 ml de exano. Nos dois tubos de ensaio foram colocados 05 (cinco) gotas de permanganato de potássio que foram agitados e posteriormente colocados no suporte de tubos de ensaio para análise dos resultados.
C. Caracterização de alcoóis Foram utilizados 02 (dois) tubos de ensaio. No tubo 1, adicionou-se 1,0 ml de solução de dicromato de potássio, 05 (cinco) gotas de álcool butílico com agitação até observar a formação de um precipitado verde.
D. Caracterização de aldeídos e cetonas Para este experimento, também foram utilizados 02 tubos de ensaio, contendo 02 (dois) ml do reagente de Tollens. Foram adicionadas 05 gotas de formaldeído e acetona respectivamente em cada tubo.
RESULTADOS
- Procedimento (A) O tubo de ensaio contendo murexida foi aquecido até que se observou a formação de uma fumaça. A solução de Ba(OH)2 precipitou com menos de 01 (um) minuto, apresentou turvação branca com formação de gotículas de água nas paredes do tubo de ensaio. Devido à turvação, foi possível concluir que o composto é orgânico.
- Procedimento (B) No tubo 1 houve formação de precipitado marrom, que significa que a solução possui insaturações, ou seja possui ligações duplas. Já no tubo 2, houve formação de precipitado roxo, o que indica que a solução é saturada, apresenta ligações simples.
- Procedimento (C) No tubo 01 observou-se o aparecimento imediato que um precipitado verde confirmou a presença de álcool na amostra.Já no tubo 2, foi não houve formação de nenhum precipitado, ou seja, apenas no tubo 1 houve reação devido a presença de álcool na solução, portanto pode concluir que sem álcool a reação não é processada.
- Procedimento (D) O teste permite a distinção entre aldeídos e cetonas. Aldeídos reagem com formação de prata elementar, a qual se deposita como um espelho nas paredes do tubo de ensaio. As cetonas não reagem. O resultado obtido através da reação do reagente de Tollens foi satisfatório. Observou-se a formação de uma parede de prata no tubo 1 e que nada aconteceu com o tubo 2.
Conclui-se que através desta pratica foi possível observar a eficiência dos métodos da análise orgânica qualitativa. Todos os experimentos foram satisfatórios e as funções orgânicas foram determinadas pelas reações dos compostos apresentados.
EXPERIMENTO II: COEFICIENTE DE PARTIÇÃO: DISTRIBUIÇÃO DE UMA SUBSTANCIA ENTRE DOIS LIQUIDOS IMISCÍVEIS
Uma propriedade advinda da formação de solução está na partição de um soluto entre dois líquidos imiscíveis. Esta situação pode ser utilizada para determinar a variação do potencial químico. Neste tipo de experimento, atinge-se, após a devida agitação e mantidas constantes as condições de temperatura e pressão, o equilíbrio entre uma substância, o soluto, distribuída entre duas fases.
A lei de distribuição de Nernst (1912) estabelece a base termodinâmica dos processos de extração liquido-líquido, onde a constante de partição termodinâmica (K) de um soluto, entre duas fases líquidas imiscíveis, é expressa no equilíbrio, pela razão entre as atividades (aA) do soluto nas duas fases, desde que o estado molecular do soluto "A" seja o mesmo em ambas as fases e a temperatura constante. Entretanto, esta relação se aplica somente para soluções muito diluídas. O ácido benzóico (C6H5COOH) é um composto aromático, utilizado como: germicida na preservação de alimentos, na síntese de corantes dentre outras aplicações.
OBJETIVO: Determinar o coeficiente de partição do acido benzóico, e verificar em qual fase ele se solubiliza melhor.
REAGENTES: Ciclohexano; Hidróxido de Sódio 0,02 mol/L; Fenolftaleína 0,1 %;
MATERIAIS: 02 provetas de 25 mL; 02 pipetas volumétricas de 5 mL; 02 béqueres de 100 ml; 05 Erlenmeyers de 125 ml; 01 funil de separação; 01 pera; Papel manteiga; 02 suportes universais; 01 argola de ferro; 02 garras; 01 bureta; 01 espátula
PROCEDIMENTOS: Mediu-se em uma proveta 25 mL de água destilada que foi transferida para um funil de separação. Em outra proveta, 25 mL de cicloexano foram medidos e transferidos para o mesmo funil de separação.Em uma balança analítica foi pesado com o auxílio do vidro relógio 0,300g de ácido benzóico e transferido para o funil de separação já contendo a mistura de água destilada + cicloexano.
A mistura foi agitada por cerca de 8 minutos até que todo soluto fosse dissolvido.
Após completa dissolução o funil foi repousado em um suporte na bancada até a separação total das fases. Após completa separação recolheu-se em um béquer a fase inferior (fase aquosa) e a fase orgânica foi mantida no funil de separação. Em seguida, foi coletado com o auxílio de uma pipeta 5 mL do conteúdo do béquer e transferido para um erlenmeyer de 250 mL. Foi adicionado 25 mL de água destilada e duas gotas de fenolftaleína 0,1 %.
A titulação foi realizada com hidróxido de sódio 0,02 mol/L até total mudança da coloração de rosa para incolor, o procedimento foi realizado em duplicata, e os volumes gastos do titulante foram anotados para o cálculo. Após termino das titulações foi coletado com uma pipeta 5 mL da fase orgânica reservada no funil de separação e foi transferida para um erlenmeyer de 250 mL. Adicionou-se 25 mL de água destilada e foi aquecida por aproximadamente 5 minutos para completa volatilização do cicloexano. Após volatilização, o erlenmeyer com a amostra resfriou-se em uma bandeja com água e gelo.
Foram adicionados duas gotas de solução de fenolftaleína 0,1% e titulamos com solução de hidróxido de sódio 0,02 mol/L até total mudança da coloração de rosa para incolor. Realizamos o processo em duplicata, e anotamos os volumes gastos do titulante.
RESULTADOS:
- 1ª Fase aquosa- 6 mL de NaOH 2ª Fase aquosa- 6,1 mL de NaOH;
- 2ª Fase aquosa- 6,1 mL de NaOH;
- 1ª Fase orgânica- 16,8mL de NaOH;
- 2ª Fase orgânica- 16,2mL de NaOH;
Em sequência têm-se os cálculos realizados apenas para a primeira fase aquosa e primeira fase orgânica.
Abaixo segue cálculo do coeficiente de partição
CONCLUSÃO Com base nos cálculos realizados, encontramos o coeficiente de partição e a partir desses cálculos vimos que o coeficiente de partição deu o valor de 0,357 onde este é menor que 1 porque, apesar do ácido benzóico apresentar certa polaridade (função ácido carboxílico), sua parte apolar (anel aromático) exibe uma maior solubilidade, apresentando afinidade maior pelo cicloexano ao invés da água. Além de na fase orgânica dissolver uma maior massa.
EXPERIMENTO 3: HIDRODESTILAÇÃO (Arraste a vapor)
A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água.
O princípio da destilação a vapor baseia-se no fato de que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual a soma da pressão de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna-se igual a pressão atmosférica (e a mistura ferve) numa temperatura menos que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes.
Os óleos essenciais são formados por estruturas de terpenos, sesquiterpenos, fenólicos, fenilpropanoicos, alifáticos não terpenos, heterociclicos; e funções químicas de alcoóis, cetonas, aldeídos, ácidos carboxílicos, ésteres, óxidos, acetatos e vários outros. Estas substâncias possuem alto ponto de ebulição e podem ser isoladas através da destilação por arraste a vapor. Este tipo de destilação é o processo mais usado para extrair as essências. Abaixo um vídeo demonstrando a possibilidade de se realizar a extração de óleo vegetal em casa.
OBJETIVO: Realizar a extração do óleo essencial de vegetal através da destilação por arraste a vapor
REAGENTES: Canela ou cravo da índia
MATERIAIS: 01 Balão de 500 ml; 01 Condensador tipo bola; 01 Erlenmeyer de 125 ml; 01 Funil de Separação de 125 ml; 01 Anel de ferro; 01 Furador de rolhas; 02 Rolhas furadas; 01 Manta Elétrica; Pedras de porcelana ou esferas de vidro; 02 tubos de ensaio para centrifuga; Algodão;
PROCEDIMENTO: Foi feito a montagem do sistema para a destilação, colocou-se algumas pedras de porcelana no balão de destilação (balão gerador de vapor) e adicionada água até 2/3 do balão, 30g de canela foram transferidos para um balão de 250ml (no qual passará o vapor ), e a aparelhagem foi conectada á aparelhagem para destilação a vapor. O balão foi aquecido até a água entrar em ebulição e foi mantido aquecido com o uso de uma manta mesmo depois que se começou a passar o destilado. Não foi possível finalizar a prática porque houve vazamentos contínuos na torneira da bancada do laboratório.
RESULTADO: O princípio da destilação a vapor baseia-se no fato de que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual a soma da pressão de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna-se igual á pressão atmosférica (e a mistura ferve) numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes. Portanto, quando a água entrou em ebulição, o vapor fluiu para o balão menor onde estava a canela, como a pressão foi menor que a pressão atmosférica, o balão com a canela não obteve pressão suficiente para entrar em ebulição. Esse princípio é importante, pois, se fosse necessário utilizar altas temperaturas para se extrair o composto, este poderia ser degradado.O vapor oriundo do balão com a canela, é denominado hidrolato, o qual condensou-se ao passar pelo condensador da destilação e deu origem a um destilado composto de água e óleo essencial.
CONCLUSÃO: Com a realização desta pratica, foi possível evidenciar a importância da destilação de arraste á vapor para a obtenção de óleos essenciais. Pode-se perceber que dentre diversos tipos de extração existentes, a hidrodestilação foi a mais adequada para o objetivo proposto, por apresentar um rendimento mais satisfatório, além também do equipamento ser fácil de manipular e o processo ser de baixo custo, muito empregado para extração de óleos de plantas frescas.
EXPERIMENTO V: SINTESE DA ACETANILIDA
A acetanilida foi descoberta acidentalmente em 1886 com o nome de antifebrina por Cahn e Hepp,por sua ação antipirética. Foi um dos primeiros analgésicos a substituir os derivados de morfina, no entanto em 1948, Julius Axelrod e Bernard Brodie descobriram que acetanilida provoca metahemoglobulinemia (é uma forma de hemoglobina que não liga-se ao oxigênio e em altas concentrações nas hemácias pode ocorrer uma anemia funcional e hipoxia em tecido) e danos ao fígado e aos rins. Atualmente é usado como um precursor na síntese da penicilina e outros fármacos, incluindo analgésicos e intermediários.
A acetanilida é um sólido cristalino branco que se apresenta na forma de flocos. É solúvel em água quente, álcool, éter, clorofórmio, acetona, glicerol e benzeno. Possui ponto de fusão na faixa de 113º-115ºC e de ebulição na faixa de 304º-305ºC. Sua fórmula química é C8H9NO.
A Acetanilida é uma amina secundária e pode ser sintetizada a partir da reação entre a anilina e o anidrido acético, como produto obtém-se a acetanilida e como subproduto obtém-se o ácido acético. A anilina age como nucleófilo atacando o centro carbono da carbonila no anidrido acético. Assim como outros medicamentos que necessitam de um processo para que possam atingir o grau de pureza satisfatório.
REAGENTES: Anilina; Anilidro acético; Acetato de sódio anidro; Ácido acético glacial; HCl 20%;
MATERIAIS: Bastão de vidro; Provetas de 10 a 25 ml; Funil de Buchner; Pinça metálica; 03 pipetas de 10 ml; 02 tubos de ensaio; Béquer de 250 ml; Papel de filtro; Kitassato; Espátula; Papel manteiga; Grade para tubos
PROCEDIMENTO: Em um béquer de 250 mL, em capela, foi feita uma suspensão de 1,25g de acetato de sódio anidro e pulverizado, em 4,8 mL(5 g) de ácido acético glacial. Foi acrescentado com agitação, 4,6 mL (4,65g) de anilina e, finalmente, 5,1 mL(5,5g) de anidrido acético, em pequenas porções.
Foi adicionado à mistura, com agitação, 25 mL de água destilada gelada. Foi resfriado em banho de gelo, filtrado em Buchner à vácuo e lavado com água gelada. Foi secado ao ar.
RESULTADOS: Ao aquecermos o sistema pela primeira vez observamos que o processo de fusão da acetanilida iniciou-se aos 110ºC, e chegou à fusão completa aos 120ºC. Na repetição do procedimento, obtivemos as mesmas temperaturas que foram observadas na primeira vez, para o início e fim da fusão.
CONCLUSÃO: Como sabemos que o ponto de fusão é um critério de pureza das substâncias, e o ponto de fusão da acetanilida é (vide introdução) de 113ºC – 115ºC, porém a nossa amostra iniciou-se aos 110ºC, e chegou à fusão completa aos 120ºC ,então pode-se dizer que a amostra utilizada para este experimento continha impurezas, o que fez com que a temperatura do início e do término da fusão fosse, respectivamente, inferior e superior à temperatura característica de ponto de fusão da acetanilida.
EXPERIMENTO 7: CROMATROGRAFIA EM COLUNA
Cromatografia é uma técnica utilizada para analisar, identificar ou separar os componentes de uma mistura, costuma ser citada como o mais antigo procedimento cromatográfico. Consiste em uma coluna de vidro, preenchida com um adsorvente, que pode ser colocado na coluna diretamente suspendido em um solvente adequado, geralmente o próprio eluente a ser usado no processo de separação. Os principais adsorventes normalmente utilizados são a sílica gel e alumina.
Introduzida pelo pesquisador russo Michael Tswett em 1906, quando separou clorofila de uma mistura de pigmentos de plantas, através de uma coluna cheia de carbonato de cálcio em pó, fazendo a lavagem com éter de petróleo. Conforme a amostra descia pela coluna, apareciam bandas separadas e cores distintas. Palavra de origem grega, onde “cromo” significa cor e “grafia” significa escrita, ou seja “escrita em cores”. Mas a cromatografia pode separar os componentes sem nenhum aparecimento de cor.
O processo de separação cromatográfica acontece mediante a passagem de uma mistura através de duas fases: uma estacionária (fixa) e outra móvel. A grande variabilidade de combinações entre a fase móvel e estacionária faz com que a cromatografia tenha uma série de técnicas diferenciadas.
OBJETIVO: Estudar a cromatografia um coluna a fim de verificar a sua eficácia como método analítico quantitativo e qualitativo.
REAGENTES: Ácido Acético; Água; Azul de metileno; Etanol; Alaranjado de metila;
PROCEDIMENTO: Colocou-se 15g de alumina em clorofórmio até obter-se uma pasta fluida, homogênea e sem bolhas de ar incluídas. Encheu-se a terça parte da coluna cromatográfica com o mesmo solvente e derramou a pasta fluida de alumina de modo que ela sedimentou aos poucos de forma homogênea verificando para que não houvesse nenhuma bolha de ar. O nível do solvente teve de ser controlado ocasionalmente e finalizano com aquele a um centimetro acima do topo da coluna de alumina
Distribuiu-se homogeneamente 3 ml de uma solução etanólica de alaranjado de metila e azul de metileno, verificou-se a adsorção pela coluna e procedeu-se a eluição com etanol vertendo cuidadosamente o solvente pelas paredes internas. Eluiu-se todo o azul de metileno com etanol para seguir a eluição do alaranjado de metila com água e em seguida com solução aquosa de ácido acético.
CONCLUSÃO: Observou-se que a ordem de eluição se inverte, isto é, o alaranjado de metila sai com etanol enquanto o azul de metileno fica retido na coluna, logo concluiu-se que a separação de misturas contendo substâncias com diferentes polaridades através da cromatografia de coluna é eficiente, pois é possível separar completamente essas substâncias devido à sua interação com o solvente utilizado.
EXPERIMENTO 8 - RECRISTALIZAÇÃO
Compostos considerados puros são aqueles em que não é detectável impurezas, uma das formas de remover estas impurezas é a recristalização. Este processo consiste dissolver o material cristalino em solvente quente e depois retornar a sólido por cristalização.
A formação do cristal do soluto a partir d solução é um processo seletivo. Quando o sólido cristaliza à velocidade adequada e em condições apropriadas de concentração e de solvente, o material cristalino é perfeitamente puro, porque somente moléculas de forma adequada "encaixam" na matriz do cristal.
A parte mais importante do procedimento de recristalização é a escolha do solvente, porque o soluto deve ter a máxima solubilidade no solvente quente e a mínima solubilidade no solvente frio. A escolha do solvente baseia-se no processo de escolha e erro, a relação entre a estrutura molecular do solvente e a solubilidade do soluto pode ser descrita pela frase “semelhante dissolve semelhante”. Compostos não iônicos dissolvem-se em água quando se associam às suas moléculas de água através de ligações de hidrogênio
REAGENTES: Acido benzóico, Água destilada, Enxofre, Gelo.
MATERIAIS: Bequer de 250 e 100 ml; funil de vidro com haste; bastão de vidro; tripe de ferro; Proveta de 100ml; Balança analitica; Termometro; Dessecador; Funil de vidro sem haste; Argola de Ferro; Tela de amianto; Bico de Bunsen; Papel de filtro; Placa de Petri; Estufa a 100ºC;
PROCEDIMENTO: Pesou-se 1g de enxofre e 1g de ácido benzóico, misturar e transferir para um béquer de 250ml, adicionando água destilada fria e misturando bem.
Aqueceu-se a mistura utilizando o bico de bunsen agitando-a em tempo marcado com bastão de vidro e preparou-se a montagem para filtração com o funil. Colocou-se o papel de filtro no funil, adaptando-o com água.
Retirou-se a mistura de cor escura em ebulição e filtrou-se imediatamente no funil aplicando um pouco de água quente.Com o béquer filtrado em repouso, observou-se que houve a formação de cristais na parede, por onde a mistura escorreu e também no fundo do béquer, conforme vídeo abaixo.