Síntese do Acetato de Isoamila

Síntese do Acetato de Isoamila

PREPARAÇÃO DO ACETATO DE 3-METIL-1-BUTILA (ACETATO DE ISOAMILA) A PARTIR DE UMA REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO DE FISHER

RESUMO Ésteres podem ser sintetizados pelo aquecimento de um ácido carboxílico na presença de um álcool e de um catalisador ácido.

Então o objetivo deste trabalho é realizar um método para se preparar o

Acetato de 3-metil-1-butila, (que é um éster muito usado no processo de aromatização, tendo um forte odor de banana quando não está diluído e um odor remanescente de pêra quando está diluído em solução) a partir de um álcool (3-metil-1-butanol) e de um ácido (Ácido Acético), mediante aquecimento e na presença de Ácido Sulfúrico, que atua como catalisador da reação.

A reação irá se processar através do emprego de técnicas como Refluxo e Filtração simples.

Ésteres são compostos amplamente distribuídos na natureza. Os ésteres simples tendem a ter um odor agradável, estando geralmente associados com as propriedades organolépticas (aroma e sabor) de frutos e flores. Em muitos casos, os aromas e fragrâncias de flores e frutos devem-se a uma mistura complexa de substâncias, onde há a predominância de um único éster. (PINTO, 2006)

Os químicos combinam compostos naturais e sintéticos para preparar aromatizantes. Estes reproduzem aromas naturais de frutas, flores e temperos. Geralmente estes flavorizantes contêm ésteres na sua composição, que contribuem para seus aromas característicos. (PINTO, 2006)

O odor e o sabor naturais dificilmente podem ser reproduzidos com exatidão, mas apenas pessoas com bom poder de degustação conseguem diferenciar o sabor natural do artificial. Um éster não é usado individualmente para imitar o sabor natural. A fórmula que imita o sabor natural do abacaxi, por exemplo, inclui 10 compostos (ésteres e ácidos carboxílicos) que podem ser facilmente sintetizados em laboratório e sete óleos de origem natural. (Site 01)

Aromatizantes superiores reproduzem perfeitamente os aromas naturais.

Em geral, estes aromatizantes são formados de óleos naturais ou extratos de plantas, que são intensificados com alguns ingredientes para aumentar a sua eficiência. (PINTO, 2006)

A tabela a seguir mostra uma lista de ésteres usados pela indústria nas formulações de alguns aromas:

Fórmula estrutural Nome comercial Aroma

CH3COO-CH2-CH2-CH(CH3)2 acetato de isoamila banana

CH3CH2COOCH2CH(CH3)2 propanoato de isobutila rum

CH3-COO-CH2-C6H5 acetato de benzila pêssego, rum

CH3CH2CH2COOCH3 butirato de metila maçã CH3CH2CH2COOCH2CH3 butirato de etila abacaxi

HCOOCH2CH3 formiato de etila rum, groselha, framboesa

CH3-COO-CH2-(CH2)6CH3 acetato de octila laranja Tabela 1 (Fonte: Site 01)

Um éster bastante utilizado nos processos de aromatização é o Acetato de isoamila (acetato de 3-metil-1-butila).

O acetato de 3-metil-1-butila pode ser preparado a partir do 3-metil-1- butanol (álcool isoamílico) e ácido acético, mediante aquecimento e na presença do ácido sulfúrico. (Site 02)

Acetato de isoamila tem um forte odor de banana quando não está diluído, e um odor remanescente de pêra quando está diluído em solução. (PINTO, 2006)

Apesar do odor agradável dos ésteres, eles raramente são usados em perfumes que são aplicados ao corpo (PINTO, 2006), por duas razões. A primeira é que ésteres não são adequados para perfumaria em geral, pois tendem a se hidrolisar em seus dois constituintes primários, que são um álcool e um ácido (neste caso álcool isoamílico e ácido acético). O álcool isoamílico tem odor de solvente; não muito agradável. O ácido acético resultará em um odor de vinagre. Por estas razões os ésteres têm aplicação em situações nas quais não hidrolisam. (Site 03)

A segunda e mais interessante razão é que moléculas pequenas podem ter funções bem diferentes na natureza dependendo da perspectiva. No caso dos humanos, o acetato de isoamila tem odor agradável, mas para as abelhas é um dos feromônios liberados durante as ferroadas. (Site 03)

Feromônio é o nome dado a uma substância secretada por um organismo que evoca uma resposta específica de outro membro da mesma espécie. É efetivo a concentrações muito baixas e tem função específica: ou como atrativo sexual, ou como alarme, ou como sinal de agregação. Quando uma abelha sente um intruso, um feromônio de alarme formado por acetato de isoamila é secretado pela abelha. A substância atrai outras abelhas formando um enxame. Certamente não se deve usar um perfume contendo acetato de isoamila. (Site 01)

MATERIAIS UTILIZADOS - Balão de Fundo Redondo;

- Pedras de porcelana;

- Béquer;

- Erlenmeyer;

- Frascos de Vidro;

- Bastão de Vidro;

- Papel de Filtro;

- Proveta;

- Funil de Decantação;

- Manta Aquecedora;

- Unidade de Refluxo;

- Banho Frio;

- Ácido Acético;

- Ácido Sulfúrico;

- Gelo Picado;

- Éter Etílico;

- Carbonato de Sódio;

- Sulfato de Sódio Anidro.

Transferiu-se 6 mL de 3-metil-1-butanol, 12 mL de ácido acético e algumas pedras de porcelana para um balão de fundo redondo de 500 mL. Adicionou-se 1 mL de ácido sulfúrico concentrado e agitou-se lentamente para dissolver o material. Mantiveram-se os reagentes em refluxo por 1 h, conforme a figura 01.

Figura 1 - Mistura reacional em refluxo

Observa-se que ocorre mudança de coloração do sistema, de incolor para roxo (ou castanho-escuro). Após esse tempo, deixou-se o balão a temperatura ambiente e depois foi resfriado em um banho de água fria.

Transferiu-se a mistura para um béquer de 100 mL contendo uma pequena quantidade de gelo picado. Agitou-se com um bastão de vidro por 2 minutos e transferiu-se para um funil de separação (funil de decantação). O balão e o béquer usados foram lavados com 2 x 15 mL de éter etílico. Os materiais obtidos dessa lavagem foram transferidos para o funil de separação.

Agitou-se lentamente o funil de decantação, aliviando a pressão, permitindo que as fases se separem (figura 02).

Figura 2 - Mistura bifásica após adição de éter etílico Separou-se a fase inferior (fase aquosa) e foi descartada. Lavou-se a fase superior (fase orgânica ou fase etérea) com 15 mL de solução de carbonato de sódio 5%. Agitou-se lentamente o funil, aliviando a pressão. Formou-se um sistema bifásico (figura 03). Novamente a fase mais densa (agora incolor) foi descartada, e adicionou-se mais 15 mL de solução de carbonato de sódio 5% à fase menos densa (fase etérea). Repetiram-se os mesmos procedimentos, sempre eliminando a fase inferior.

Figura 3 - Mistura bifásica após adição de solução de carbonato de sódio 5%

Transferiu-se a fase superior para um béquer de 100 mL, e em seguida adicionou-se sulfato de sódio anidro (pequena quantidade), deixando-o agir durante 10 minutos. Filtrou-se o agente secante através de filtração simples. O produto obtido foi armazenado em um frasco e levado à capela.

As reações químicas gerais usadas para sintetizar o éster etanoato de 3- metilbutil (nome IUPAC) neste trabalho são semelhantes às usadas industrialmente.

Esta reação envolve um mecanismo de catálise ácida. A reação entre um álcool (3-metil-1-butanol) e um ácido carboxílico (ácido acético) para produzir um éster (etanoato de 3-metilbutil) é chamada de Esterificação de Fisher. O mecanismo da síntese é mostrado abaixo:

Figura 4 - Etapas do mecanismo da reação de esterificação

O primeiro passo, representado na etapa 1, consiste na protonação do ácido acético pelo ácido sulfúrico formando um carbocátion.

Em seguida, na etapa 2, ocorre um ataque nucleófilo do oxigênio do álcool metil-1-butanol ao carbocátion, deixando o átomo de oxigênio com uma carga positiva.

Depois, na etapa 3, ocorre a eliminação de uma molécula de água do composto formado na etapa anterior. Em seguida, na etapa 4, ocorre também a eliminação do H+, regenerando o catalisador.

Ao final dos procedimentos obteve-se um aromatizante concentrado de banana, de coloração roxa, podendo ser claramente percebido pelo agradável cheiro da fruta.

O produto obtido da reação foi levado ao aparelho de cromatografia gasosa acoplado ao espectrômetro de massa. Pelo cromatograma abaixo pode-se concluir que no produto há a predominância de uma substância, devido ao grande pico presente.

R e l a t i ve A b u n d a n ce

TIC F: MS acet de isoamila

Figura 5 : Cromatograma (CG/EM) do produto da reação obtido no laboratório.

Na figura 06 abaixo se encontra o espectro de massas obtido do produto resultante do experimento do laboratório:

(Figura 06)

Relative Abundance

O software fez a comparação do espectro de massas obtido da amostra (superior) com o espectro de massas padrão de acetato de isoamila (inferior), como mostra a figura 07 abaixo:

(Figura 07)

Pode-se verificar que realmente o composto obtido é o acetato de isoamila. E pelo cromatograma pode-se concluir que o acetato de isoamila é o componente que se encontra em maior quantidade.

01. Escrever o mecanismo da reação. Nessa reação, o álcool funciona como base, utilizando um dos pares de elétrons não ligantes do oxigênio para fazer uma ligação com o carbono carbonílico do ácido carboxílico:

Figura 8 - Reação global seguida do mecanismo da reação

02. Qual a função do ácido sulfúrico? O ácido sulfúrico concentrado usado na preparação do acetato de isoamila atua como catalisador no processo reacional, ou seja, acelerando a reação, diminuindo a energia de ativação, diminuindo a energia do complexo ativado, participando das etapas do mecanismo, porém sendo restaurado no fim do processo.

03. Que gás é eliminado quando a mistura reacional é lavada com solução de carbonato de sódio?

O carbonato de sódio, Na2CO3, geralmente se comporta como uma base, sendo protonado. E em meio ácido, tende a ser protonado até a condição de ácido carbônico, H2CO3, e então decomposto em CO2 e H2O, segundo as reações abaixo:

Portanto, quando a mistura reacional é lavada com solução de carbonato de sódio 5%, o gás eliminado trata-se do dióxido de carbono, CO2.

O processo de preparação de ésteres como o acetato de isoamila é derivado de reações de esterificação de Fisher, a partir da reação entre um álcool (3-metil-1-butanol) e um ácido carboxílico (ácido acético), este último em excesso tendo como base o princípio de Le Chatelier, para haver um direcionamento da reação no sentido do produto, ou seja, no sentido de obtenção do éster.

Após a descrição e análise de todas as etapas reacionais, a eficiência do processo é confirmada pela técnica da cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (CG/EM). A comparação dos espectros de massas do produto obtido e do padrão de acetato de isoamila mostrou que esse éster foi realmente sintetizado e o elevado pico presente no cromatograma representa a presença majoritária dessa substância, o que confirma a eficácia do processo reacional.

PINTO, G. M. F. Química orgânica prática: análise de compostos orgânicos. Material didático, PUC-Campinas, 2006.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=2026. Acessado em 16 de Maio, 2010 (20:0 h) http://www2.ufpa.br/quimdist/Livro_novo/quimia_organica_experimental/ MIOLO.pdf. Acessado em 16 de Maio, 2010 (20:10 h)

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