Trabalhos práticos de química e síntese orgânica

Trabalhos práticos de química e síntese orgânica

(Parte 1 de 3)

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 2008-2009

SEGURANÇA NO LABORATÓRIO 1

SIGNIFICADO DAS FRASES DE RISCOS E SEGURANÇA 4

TÉCNICAS LABORATORIAIS 9

Trabalho 1: Separação de Compostos Orgânicos por

Extracção Líquido-Líquido 9

OS HIDROCARBONETOS 1 Trabalho 2: Hidrocarbonetos Saturados 1

Trabalho 3: Hidrocarbonetos Insaturados 15

HALOGENETOS DE ALQUILO 21

Trabalho 4: Substituição Nucleofílica Bimolecular vs.

Substituição Nucleofílica Unimolecular 21

Trabalho 5: Síntese de um Halogeneto de Alquilo Terciário 26

REACTIVIDADE DO GRUPO CARBONILO 29

Trabalho 6: Síntese e Caracterização de um Salen 29 Trabalho 7: Redução da Benzofenona 31

As regras de segurança essenciais no laboratório são resumidas seguidamente. Deve: familiarizar-se com os procedimentos de emergência no laboratório

usar bata e óculos de protecção

lavar as mãos depois de sair do laboratório

ler cuidadosamente os procedimentos experimentais antes de iniciar o trabalho manusear os produtos químicos com cuidado

manter a área de trabalho limpa

em caso de dúvida perguntar ao professor

Não deve: comer ou beber no laboratório

fumar no laboratório

inalar, provar ou cheirar produtos químicos

trabalhar sozinho no laboratório

fazer experiências não autorizadas

Óculos de Protecção

O uso de óculos de protecção no laboratório é obrigatório. Mesmo quando faz registos no caderno o seu colega do lado pode estar a manusear substâncias perigosas. Os olhos são particularmente vulneráveis, quer a acidentes provocados por vidros partidos, quer por produtos químicos.

Vestuário

No laboratório é obrigatório o uso de bata, contudo deve também cuidado na escolha da roupa que veste no laboratório. Não deve usar as suas melhores roupas, uma vez que, por mais cuidado que tenha, são praticamente inevitáveis salpicos de produtos orgânicos ou ácidos. Por esta razão também não deve vestir no laboratório calções ou saias curtas.

Luvas

O uso de luvas é recomendado para evitar o contacto de qualquer produto químico com a pele. A sua utilização é particularmente importante no manuseamento de ácidos corrosivos e produtos químicos que são rapidamente absorvidos pela pele.

Manuseamento de produtos químicos

Os produtos químicos representam vários perigos, podem ser tóxicos, irritantes, corrosivos, inflamáveis ou explosivos, por isso devem ser sempre manuseados com bastante cuidado. Na figura 1 são apresentados os símbolos de perigo que se encontram mais frequentemente nos rótulos das embalagens.

Explosivo O :

Comburente

F+ : Extremamente inflamável

F : Facilmente inflamável T+ : Muito tóxico

T : Tóxico C : Corrosivo Xn : Nocivo Xi : Irritante N : Perigoso para o ambiente

Figura 1- Símbolos de perigo frequentes nos rótulos de produtos químicos

O maior perigo no laboratório é o incêndio, uma vez que a maioria dos compostos orgânicos ardem em contacto com uma chama e muitos deles, particularmente os solventes, sempre presentes em grande quantidade, são muito inflamáveis. Nunca deve ligar um bico de Bunsen sem antes confirmar se não há nas proximidades garrafas de solventes abertas.

Deve também evitar inalar vapores dos compostos orgânicos trabalhando sempre que possível no nicho. Reacções que envolvem vapores irritantes e/ou tóxicos devem ser realizadas dentro do nicho.

Riscos Significado dos códigos das frases de risco: o R1 Explosivo quando seco. o R2 Risco de explosão por fricção, fogo, choque e outras fontes de ignição. o R3 Extremo risco de explosão por choque, fricção, fogo ou outras fontes de ignição. o R4 Formas muito sensíveis há explosão por compostos metálicos. o R5 Aquecimento pode causar explosão. o R6 Explosão com ou sem contacto com o ar. o R7 Pode causar incêndio. o R8 Contacto com materiais combustíveis pode causar incêndio. o R9 Explosivo quando misturado com materiais combustíveis. o R10 Inflamáveis. o R11 Altamente inflamáveis. o R12 Extremamente inflamável. o R13 Extremamente inflamável gás liquefeito. o R14 Reagem violentamente com água. o R15 Contacto com água libera gás extremamente inflamável. o R16 Explosivo quando misturado com substâncias oxidantes. o R17 Espontaneamente inflamável no ar. o R18 Em uso, pode formar misturas inflamáveis/explosivas com vaporar. o R19 Pode formar peróxidos explosivos. o R20 Nocivo por inalação. o R21 Nocivo em contacto com a pele. o R22 Nocivo se ingerido. o R23 Tóxico por inalação. o R24 Tóxico em contacto com a pele.

o R25 Tóxico se ingerido. o R26 Muito tóxico por inalação. o R27 Muito tóxico em contacto com a pele. o R28 Muito tóxico se ingerido. o R29 Contacto com água liberta gás tóxico. o R30 Pode tornar-se altamente inflamável, quando utilizado. o R31 Contacto com ácido liberta gás tóxico. o R32 Contacto com ácido liberta gás muito tóxico. o R33 Perigo de efeitos cumulativos. o R34 Causa queimadura. o R35 Causa severas queimaduras. o R36 Irritante para os olhos. o R37 Irritante para o sistema respiratório. o R38 Irritante para a pele. o R39 Perigo de efeitos irreversíveis muito sérios. o R40 Possíveis riscos de efeitos irreversíveis. o R41 Riscos de sério prejuízo para os olhos. o R42 Pode causar sensibilização por inalação. o R43 Pode causar sensibilização pelo contacto com a pele. o R44 Risco de explosão se armazenado a alta temperatura. o R45 Pode causar cancro. o R46 Pode causar prejuízos hereditários. o R47 Pode causar defeitos ao feto. o R48 Perigo de sérios prejuízos para saúde por exposição prolongada. o R49 Pode causar cancro por inalação. o R50 Muito tóxico para organismos aquáticos. o R51 Tóxico para organismos aquáticos. o R52 Nocivo para organismos aquáticos. o R53 Pode causar efeitos negativos no ambiente aquático durante longo período. o R54 Tóxico para a flora.

o R55 Tóxico para a fauna. o R56 Tóxicos para organismos no solo. o R57 Tóxico para abelhas. o R58 Pode causar efeitos negativos no ambiente durante longo período. o R59 Perigosos para a camada de ozono. o R60 Pode prejudicar a fertilidade. o R61 Pode causar danos em recém nascidos. o R62 Risco de prejudicar a fertilidade. o R63 Possível risco de dano para recém nascidos. o R64 Pode causar dano para crianças amamentadas. o R65 Nocivo: pode causar prejuízo para os pulmões se inalado. o R66 A exposição repetida pode causar pele seca e rachada. o R67 Vapores podem causar tonturas e sonolência.

Segurança

o S5 Manter o conteúdo imerso em(Seguido pelo nome do líquido).
o S6 Manter em atmosfera de(Seguido pelo nome do gás inerte).
o S14 Manter à distância de(Uma lista de materiais incompatíveis

Os códigos das frases de segurança são os seguintes: o S1 Manter fechado. o S2 Manter fora do alcance de crianças. o S3 Manter em lugar fresco. o S4 Manter à distância de alojamentos. o S7 Manter o recipiente rigorosamente fechado. o S8 Manter o recipiente seco. o S9 Manter o recipiente em um lugar bem ventilado. o S12 Manter o recipiente selado. o S13 Manter à distância de alimentos, bebidas e animais. deverá ser seguida). o S15 Manter à distância de fontes de calor. o S16 Manter à distância de fontes de ignição.

material, use(Material de limpeza adequado).
o S43 Em caso de incêndio use(Um equipamento adequado deve ser

o S17 Manter à distância de material combustível. o S18 Manusear e abrir o recipiente com cuidado. o S20 Quando estiver a utilizar, não comer ou beber. o S21 Quando estiver a utilizar, não fumar. o S22 Não respirar o pó. o S23 Não respirar o vapor. o S24 Evitar o contacto com a pele. o S25 Evitar o contacto com os olhos. o S26 Em caso de contacto com os olhos lave imediatamente com água corrente e procure um médico. o S27 Tirar imediatamente todo o vestuário contaminado. o S28 Depois do contacto com a pele lavar imediatamente com bastante espuma de sabão. o S29 Não atirar no esgoto. o S30 Nunca adicionar água a este produto. o S33 Tomar precauções contra descargas estáticas. o S35 Este material e recipiente devem ser colocados em lugar seguro. o S36 Usar vestuário adequado de protecção. o S37 Usar luvas apropriadas. o S38 Em caso de ventilação insuficiente usar equipamento respiratório adequado. o S39 Usar óculos/máscara de protecção. o S40 Para limpar o chão e todos os objectos contaminados com este o S41 Em caso de fogo e / ou explosão não respirar a fumo. o S42 Durante a pulverização / Usar um equipamento respiratório adequado. usado para combater o fogo).

o S47 Manter a temperatura abaixo de
o S50 Não misturar com

o S45 Em caso de acidente ou se não se estiver a sentir bem, procurar conselho de um médico imediatamente (mostrar a etiqueta do produto se possível). o S46 Se ingeriu, procurar conselho de um médico imediatamente e mostrar o produto ingerido ou a etiqueta. o S48 Deve ser mantido em local húmido (Seguido do nome do material). o S49 Manter apenas no recipiente original. o S51 Usar apenas em áreas bem ventiladas. o S52 Não recomendado para o interior: usar em áreas de grande superfície. o S53 Evitar exposição - obter instrução especial antes de utilizar. o S56 Este material e o seu recipiente devem ser colocados com os materiais perigosos. o S57 Usar recipiente apropriado para evitar contaminação do meio ambiente. o S59 Recorrer para o fabricante/Fornecedor para informações sobre recuperação/reciclagem. o S60 Este material e seu recipiente devem ser colocados com os resíduos perigosos. o S61 Evitar a liberação no meio ambiente. Recorrer para instruções especiais/dados de segurança. o S62 Se ingerido, deve ser induzir-se o vómito; procurar conselho médico imediatamente.

Trabalho 1: Separação de Compostos Orgânicos por Extracção Líquido-Líquido

partido destas informações

Um problema comum encontrado em síntese orgânica é a separação de compostos. Por vezes o produto duma determinada reacção encontra-se contaminado com reagentes devido a reacções incompletas ou devido à formação de pequenas quantidades de produtos secundários. Para isolar o produto pretendido puro é necessário um domínio de técnicas de purificação, nomeadamente de processos de extracção líquido-líquido. Para utilizar esta técnica é necessário conhecer e tirar partido da reactividade dos compostos envolvidos, conhecer a sua solubilidade e tirar

No presente trabalho será efectuada a separação de três componentes de uma mistura, mais especificamente de ácido benzóico (a), -naftol (b) e p-xileno (c). As extracções basear-se-ão nas transformação dos compostos com base nas suas características ácido-base. Para além do processo de extracção líquido-líquido, serão utilizados também como formas de purificação a recristalização e a destilação.

CO2H OH CH3

Riscos e segurança: HCl Corrosivo R:36 S:26

NaHCO3R:- S:-

Procedimento Experimental

Colocar 50 ml da mistura de três componentes fornecida (fase orgânica, acetato de etilo) num funil de separação de 100 mL e extrair 2 vezes com 20 mL de uma solução de NaHCO3 aquosa a 10%. Acidificar de seguida as fases aquosas conjuntas até pH = 1 por adição de HCl concentrado. Precipita assim um sólido, o composto X.

Filtrar o sólido com sucção, lavar com um pouco de água gelada e secar.

Retomar a fase orgânica e extrair 2 vezes com 20 mL de uma solução de NaOH 1M. Acidificar as fases aquosas conjuntas até pH = 1 por adição de HCl concentrado. Com este tratamento precipita um segundo sólido, o composto Y. Filtrar o sólido com sucção, lavar com um pouco de água gelada e secar.

Secar a fase orgânica com um agente secante, filtrar e transferir para um balão de fundo redondo de 100 mL previamente tarado. Evaporar o solvente. Obtém-se assim o composto Z, um líquido incolor.

Q1. Pesar a quantidade de X obtida e determinar o seu ponto de fusão. Q2. Pesar a quantidade de Y obtida e determinar o seu ponto de fusão. Q3. Pesar a quantidade de Z.

Q4. O que é um agente secante? Dar alguns exemplos de agentes secantes. Q5. A composição inicial da mistura utilizada encontra-se na seguinte tabela.

Com base nos valores indicados, calcular o rendimento de cada componente e concluir sobre a eficiência do processo de extracção realizado.

Rendimento teórico

Q6. Apresentar as reacções ocorridas que permitiram a separação e isolamento dos compostos.

Trabalho 2: Hidrocarbonetos Saturados

Os alcanos ou parafinas são os compostos orgânicos mais simples, constituídos apenas por carbono e hidrogénio ligados entre si por ligações covalentes simples.

Os alcanos formam uma série homóloga de fórmula molecular geral CnH2n+2. Os mais simples estão indicados na Tabela 1, que regista também os respectivos pontos de ebulição e fórmulas moleculares. O símbolo "n-" é uma abreviatura de "normal" e indica uma cadeia carbonada não ramificada.

Tabela 1 Alcano Fórmula Molecular Ponto de Ebulição

Reactividade de Alcanos

Alcanos: Processos de Substituição Radicalares

Uma molécula é uma estrutura física estável, mas pode converter-se noutra que será uma nova estrutura também estável. Quando tal acontece, ocorre uma reacção química. Uma forma de se alterarem as estruturas moleculares envolve a intervenção de espécies radicalares, isto é, espécies contendo electrões não emparelhados. Estes podem resultar da ocorrência de cisão homolítica duma ligação covalente.

A radiação electromagnética de comprimento de onda adequado pode fornecer a energia necesssária para que ocorra a cisão homolítica da ligação covalente de uma molécula, por exemplo de bromo, produzindo-se assim dois átomos livres. Os átomos de bromo podem remover um átomo de hidrogénio duma molécula de metano formando uma molécula de HBr e uma espécie com um electrão não partilhado, isto é, um radical.

derivados policlorados

Também o cloro ataca os alcanos quando em condições semelhantes às descritas para o bromo. Como todas as ligações C-H desses compostos têm aproximadamente a mesma energia, o processo de cloração é muito pouco selectivo. Daí resulta que o etano possa dar origem a cloreto de etilo e também a outros

Forças Intermoleculares

intermoleculares de diferentes tipos

As moléculas são associações estáveis de átomos. Essas associações e a sua estabilidade podem interpretar-se com base na existência de ligações químicas entre os átomos. Uma molécula não é, contudo, indiferente à presença de outras moléculas próximas. Ocorrem interacções intermoleculares que resultam de forças

As interacções intermoleculares são responsáveis por propriedades macroscópicas dos compostos tais como solubilidade, pontos de fusão e pontos de ebulição e estão por sua vez directamente relacionadas com a polaridade das moléculas.

forças de van der Waals, interacções dipolo-dipolo e ligações de hidrogénio

As interacções intermoleculares podem agrupar-se em tipos que merecem designações clássicas e correspondem a diferentes ordens de grandeza de intensidades. Ordenando das mais fracas para as mais fortes teremos: interacções ou

hidrogénio ou por pontes de hidrogénio

As forças intermoleculares mais fortes envolvem a interacção entre um hidrogénio ligado a um átomo electronegativo e um átomo electrogenativo possuindo um par de electrões não ligantes. Este tipo de interacção é designado por ligações de

Entre moléculas com momento dipolar, moléculas polares, existem interacções que podem resultar da presença de ligações polares ou da pares de electrões não

resultando em interacções que se designam por dipolo-dipolo

ligantes. O polo positivo de uma molécula atrai o polo negativo da outra e vice-versa

As moléculas apolares também são influenciadas pela presença de moléculas vizinhas provocando distorções mútuas das distribuições electrónicas e criando assim dipolos induzidos. Estes dipolos induzidos provocam também atracções entre moléculas vizinhas, necessariamente mais fracas que as que ocorrem entre dipolos permanentes, e designam-se por interacções ou forças de van der Waals.

Os alcanos são moléculas apolares. Apesar das ligações C-H, nas quais a partilha do par de electrões não é exactamente equitativa, apresentarem uma pequena polarização, a orientação tetraédrica das ligações na molécula leva à anulação desses momentos dipolares. Assim, as forças intermoleculares nos alcanos são forças de van der Waals.

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