Síntese da acetanilida, da p-nitro-acetanilida eda p-nitro-anilina; e determinação do ponto de fusão da acetanilida

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Universidade Estadual de Goiás – UEG Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas – UnUCET

Síntese da acetanilida, da p-nitro-acetanilida e da p-nitro-anilina; e determinação do ponto de fusão da acetanilida

Acadêmicos: Lucas Rodrigues Ferreira

Geniara Campos

Lucas Sousa Renata Silva Moura

DDisciplina: Química orgânica experimental I J

Orientador: Luciana Machado Ramos Anápolis, 25 de maio de 2010.

Algumas aminas aromáticas aciladas como acetanilida, fenacetina (petoxiacetanilida e acetaminofen (p-hidroxiacetanilida) encontram-se dentro do grupo de drogas utilizadas para combater a dor de cabeça. Estas substâncias têm ação analgésica suave (aliviam a dor) e antipirética (reduzem a febre). [1]

uma solução tampão (ácido acético/acetato de sódio, pH ~ 4,7). [1]

A acetanilida , uma amida secundária, pode ser sintetizada através de uma reação de acetilação da anilina , a partir do ataque nucleofílico do grupo amino sobre o carbono carbonílico do anidrido acético , seguido de eliminação de ácido acético , formado como um sub-produto da reação. Como esta reação é dependente do pH, é necessário o uso de

A acetanilida (C8H9NO) está no grupo dos primeiros analgésicos a serem introduzidos, em 1884, com o nome de febrina, a fim de substituir os derivados da morfina. A quantidade de acetanilida é, no entanto, controlada pelo governo, já que esta é tóxica e causa sérios problemas no sistema de transporte de oxigênio. [2]

A acetanilida é uma substância parente do Paracetamol. É uma droga utilizada para combater a dor de cabeça. Esta substância tem ação analgésica suave (aliviam a dor) e antipirética (reduzem a febre). Tem ponto de fusão de aproximadamente 114 a 115°C. [2]

O processo de nitração é definido como a introdução irreversível de um ou mais grupos nitro (-NO2) em uma molécula orgânica. O grupo nitro pode atacar um carbono para formar um nitro composto. Utiliza-se comumente o sistema ácido sulfúrico/ácido nítrico, denominado mistura sulfonítrica (MSN) para favorecer a ionização do ácido nítrico, que leva à formação do eletrófilo ou agente de nitração, NO2+ . [3]

Porém, a reação é favorecida para que o ataque ocorra no átomo de carbono do anel aromático com a maior densidade eletrônica; se no composto aromático em questão estiver presente algum substituinte, obtêm-se uma mistura de isômeros, dependendo do substituinte. Predomina-se o isômero cuja posição é favorecida pelo substituinte. Logo, os grupos substituintes afetam tanto a reatividade quanto a orientação nas substituições aromáticas eletrofílicas; de acordo com a influência que exercem sobre a reatividade do anel, os grupos substituintes podem ser divididos em duas classes: grupos ativadores (fazem com que o anel seja mais reativo que o benzeno) e grupos desativadores (tornam o anel menos reativo que o benzeno). De acordo com a maneira com que influenciam a orientação do ataque pelo eletrófilo: orientadores orto-para e orientadores meta. [4]

Realiza-se uma reação de nitração, por exemplo, quando se deseja sintetizar a pnitroacetanilida tendo a acetanilida como reagente de partida. A nitração da acetanilida é normalmente feita com ácido nítrico, em presença da mistura ácido acético glacial/ácido sulfúrico, de forma a manter no meio uma mistura do agente nitrante com força média; a pnitro acetanilida sintetizada pode posteriormente ser usada para preparar p-nitro anilina: substância normalmente usada como um intermediário na síntese de corantes, oxidantes, fármacos em veterinária), em gasolina (como um inibidor da formação de gomas) e como um inibidor de corrosão. [4]

No caso da síntese da p-nitroacetanilida a partir da acetanilida, temos na molécula de acetanilida um grupo substituinte NHOCH3 que é grupo ativador do anel aromático uma vez que o nitrogênio tem um par de elétrons livres; conseqüentemente à desativação do anel, este grupo é orto-para orientador; devido à orientação espacial deste grupo substituinte, a síntese da p-nitroacetanilida é favorecida em relação á síntese da o-nitroacetanilida. [5]

É necessária especial atenção para 3 fatores principais durante as sínteses orgânicas, especialmente via nitração: agitação, solubilidade e temperatura. A agitação faz com que a velocidade de reação nas fases aquosa e orgânica seja constante. È necessário conhecer a solubilidade dos nitro-compostos no ácido sulfúrico, geralmente se dissolvem melhor em ácido sulfúrico concentrado. E nos processos de nitração a temperatura influencia diretamente o curso da reação, por que na grande maioria, essas são reações exotérmicas. Elevar a temperatura aumenta o grau de nitração, dessa forma obtem-se maior quantidade de produto nitrado e subprodutos (supernitrados). [5]

4-Nitroanilina, também conhecida como para-nitroanilina e p-nitroanilina, é umcomposto químico de fórmula C6H6N2O2. Pode ser definida como uma anilina acrescida de um grupo funcional nitro na posição 4, ou ainda como um nitrobenzeno acrescido de um grupo funcional amina na posição para. [6]

Nitroderivados, geralmente quando líquidos possuem odores característicos e são insolúveis em água, com grande índice de refração em uma densidade maior que a unidade. São sólidos cristalinos em sua maioria, sendo que a maioria do nitroderivados é ligeiramente colorida, geralmente de um tom amarelado: a intensidade da cor aumenta com o número de radicais nitro. A p-nitro-anilina possui como estado físico: p.f. 149°C; p.e. 332°C; gravidade específica 1,4; solubilidade de 0,05g/100mL (praticamente insolúvel); densidade do vapor 4,8; e estável sob circunstâncias ordinárias. [7]

Esta substância é normalmente usada como um intermediário na síntese de corantes, agentes antisépticos, oxidantes, fármacos (em veterinária, em medicamentos para aves domésticas), em gasolina (como um inibidor da formação de gomas) e como um inibidor de corrosão. [6]

Sintetizar a acetanilida a partir do acetato de sódio anidro, anilina e anidrido acético utilizando o ácido acético glacial como catalisador da reação. Assim, para “proteger” o grupo amino, através do anidrido acético, para a síntese da p-nitro-acetanilida.

Sintetizar a p-nitroacetanilida, a partir da nitração da acetanilida sob presença de ácidos nítrico e sulfúrico concentrados, através da demonstração de uma reação de substituição eletrofílica em aromáticos.

Sintetizar a p-nitro-anilina a partir da p-nitro-acetanilida e do hidróxido de sódio utilizando-se ácido sulfúrico a 70% como catalisador da reação, através de hidrólise em meio ácido.

SÍNTESE DA ACETANILIDA 1. Materiais e equipamentos

• Béquer de 250mL • Balança analítica

• Pipeta

• Pró-pipeta

• Proveta

• Espátula

• Frasco de Kitassato

• Funil de Büchner

• Bomba a vácuo

• Banho de gelo • Bastão de vidro

• Papel de filtro

• Argola metálica

• Aparelho digital para medir ponto de fusão

• Lâmina e lamínula

• Vidro de relogio

2. Reagentes

Reagentes

Ponto de fusão (°C)

Ponto de ebulição (°C)

Massa molar (g/mol) Toxicidade

Corrosivo e inflamável

Acetato de sódio anidro 324 > 400 82,03

Pode causar irritação na pele, olhos e aparelho respiratório.

Carcinógeno, agente mutagênico e perigoso para o ambiente.

3. Procedimento experimental

Inicialmente no experimento foi pesada na balança analítica uma massa de 2,1g de acetato de sódio. Logo após a pesagem foi adicionado ao béquer com o acetato de sódio 7,9 mL de ácido acético glacial. Em seguida, foram adicionados 7,6 mL de anilina em constante agitação, depois foram adicionados 8,5 mL de anidro acético em pequenas porções, constatando-se uma rápida reação.

Depois da reação, foi despejado em constante agitação, 200 mL de água destilada, fazendo com que a mistura inicialmente com aparência homogênea adquirisse aspecto heterogêneo com coloração esbranquiçada.

A mistura foi resfriada em banho de gelo, sendo perceptível a formação de um precipitado cristalizado (figura 01). A mistura foi filtrada sob pressão reduzida e lavada com água gelada. Sendo obtidos cristais de acetanilida (figura 02).

Figura 01: Mistura reacional em banho de gelo. Fonte: própria.

Figura 02: Cristais de acetanilida. Fonte: própria.

SÍNTESE DO P-NITRO-ACETANILIDA 1. Materiais e equipamentos

• Béquer de 100 mL • Espátula

• Balança analítica

• 2 pipetas 10 mL e 1 pipeta Pasteur

• Pró-pipeta

• 3 béquers de 50 mL

• Béquer de 100 mL

• Bastão de vidro

• Banho de gelo • Piceta

• Frasco Kitasato

• Funil de Büchner

• Argola metálica

• Suporte universal

• Bomba a vácuo

• Papel de filtro

2. Reagentes

Reagentes

Ponto de fusão (°C)

Ponto de ebulição (°C)

Massa molar (g/mol) Toxicidade

Acetanilida 113,7 304 135,17 É nocivo por exposição aguda, apresenta riscos se inalado, ingerido ou em contato com a pele.

Corrosivo e inflamável; pode causar queimaduras na pele, danos permanentes aos olhos, e irritação às mucosas em geral.

Corrosivo, causa queimaduras severas à pele e vermelhidão; em contato com o olho causa queimaduras; se ingerido pode causar severas queimaduras na boca, garganta e estômago, levando à morte.

Ácido nítrico concentrado -42 83 63,012

Corrosivo, causa queimaduras severas à pele; em contato com o olho causa queimaduras e dano permanente; se ingerido pode causar dor imediata e pode queimar a boca, garganta, esôfago e área de gastrointestinal.

3. Procedimento experimental

Em um béquer de 100 mL, adicionou-se 2,5 g de acetanilida seca e 3 mL de ácido acético glacial (figura 03). Agitou-se de modo a obter uma suspensão.

Figura 03: Adição de ácido acético glacial à acetanilida. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

Adicionou-se, com agitação constante, 5 mL de ácido sulfúrico concentrado (figura 04).

Figura 04: Adição de ácido sulfúrico à suspensão. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

Resfriou-se a mistura a 0-2°C e adicionou-se, vagarosamente e com agitação uma mistura nitrante contendo 1,5 mL de ácido nítrico concentrado e 1 mL de ácido sulfúrico concentrado, previamente resfriada (figura 05). Manteve-se, durante a adição, a temperatura do meio reacional abaixo de 10°C.

Figura 05: Solução nitrante resfriada + acetanilida + ác. acético + H2SO4. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

Terminada a adição, deixou-se em repouso, à temperatura ambiente por 40 minutos. Derramou-se, com agitação, o conteúdo do frasco em um béquer contendo 30 mL de gelo picado (figura 06).

Figura 06: Adição da mistura reacional em gelo. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

Deixou-se em repouso por 10 minutos (figura 07).

Figura 07: Mistura reacional em repouso antes da filtração a vácuo. Fonte: própria.

Filtrou-se em funil de Buchner (figuras 08 e 09).

Figura 08: Filtração a vácuo da p-nitro-acetanilida. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

Figura 09: Filtração a vácuo da p-nitro-acetanilida. Fonte: própria.

Lavou-se com varias porções de água gelada para remoção do resíduo ácido (figura 10).

Figura 10: Lavagem do produto para remoção do resíduo ácido. Fonte: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_03_sintese_da_p_nitro_acetanilida.pdf

SÍNTESE DA P-NITRO-ANILINA 1. Materiais e equipamentos

• Manta elétrica • Pipeta e pipeta Pasteur

• Pró-pipeta

• 2 béquers de 50 mL

• Condensador de bolas

• Balão de findo redondo de 100 mL

• 2 suportes universais

• Garra e argola metálica • Proveta

• Banho de gelo

• Frasco Kitasato

• Funil de Buchner

• Bomba a vácuo

• Papel de filtro

2. Reagentes

Reagentes

Ponto de fusão (°C)

Ponto de ebulição (°C)

Massa molar (g/mol) Toxicidade

Irritante, pode ser prejudicial se ingerido, inalado ou absorvido pela pele.

Ácido sulfúrico a

Causa severas queimaduras e vermelhidão à pele; corrosivo.

Corrosivo, pode ser fatal se ingerido, perigoso se inalado, provoca queimaduras em qualquer área de contato.

3. Procedimento experimental

Aqueceu-se uma mistura de 0,7 g p-nitro acetanilida 3,6 mL de uma solução de ácido sulfúrico a 70% sob o condensador de refluxo por 20 minutos (figura 1).

Figura 1: Mistura reacional de p-nitroacetanilida em meio ácido sob o condensador de refluxo. Fonte: própria.

Em seguida, verteu-se a mistura reacional ainda quente sobre 250 mL de água fria e adicionou-se uma solução de NaOH 40% até que a mistura se tornasse básica.Resfriou-se e filtrou-se o precipitado em funil de Buchner, lavando com água gelada, para remover as impurezas.

A reação de síntese da acetanilida abaixo descreve a produção de acetanilida.

tampão (ácido acético / acetato de sódio, pH~4,7)

Houve reação de acetilação, a partir do ataque nucleófilo do grupo amino sobre um carbono da carboxila do anidrido acético, seguido de eliminação de ácido acético, formado como um sub-produto. Como esta reação é dependente do pH, foi necessário o uso de uma solução Reação da síntese:

Figura 12: Reação da síntese da acetanilida. Fonte: http://ube-167.pop.com.br/repositorio/48/meusite/qorganicaexperimental/sintese_acetanilida.htm

1- P-nitro-acetanilida 2- Anilina 3- Anidrido acético 4- Ácido acético

No mecanismo da reação o grupo amino da anilina ataca o carbono polarizado do anidrido acético, fazendo com que a ligação sigma C-O se rompa e os elétrons desta ligação formem uma ligação π C-O com o outro carbono. Então, a outra ligação dupla C-O do mesmo carbono se rompe e os elétrons desta ligação π se ligam ao hidrogênio ligado ao oxigênio na molécula de ácido sulfúrico, formando ácido acético e acetanilida com o grupo amido protonado. O hidrogênio que está protonando o grupo amido é capturado pelo HSO4- , assim, recuperando o catalisador da reação e obtendo a acetanilida.

Mecanismo:

Figura 13: Mecanismo da reação da síntese da acetanilida. Fonte: http://ube-167.pop.com.br/repositorio/48/meusite/qorganicaexperimental/sintese_acetanilida.htm

Cálculo do rendimento

Foi obtida uma massa de 8,60 g de acetanilida. Para saber o rendimento percentual que foi obtido na prática, precisam-se analisar os dados que as fórmulas e a equação proporcionam e compará-los com o resultado experimental.

• Cálculo da massa de anilina utilizada no experimento através de sua densidade.

1,0217g de anilina1,0 mL de anilina
x7,6 mL de anilina

A reação da síntese (figura 12) indica que ao reagir 1 mol de anilina (93,18 g), forma-se 1 mol de acetanilida (135,17g). Assim, tem-se que:

7,765 gx

93,18 g de anilina 135,17 g de acetanilida x = 1,264 g de acetanilida

Para um rendimento teórico deveria se formar 1,264 g de acetanilida. Como o rendimento teórico é de 100%, calcula-se o rendimento experimental obtido em laboratório. Para isso, dividi-se a massa do rendimento experimental pela massa do rendimento teórico e multiplica-se o resultado por 100%:

A equação geral abaixo descreve a produção da p-nitro-acetanilida, através da substituição eletrofílica em aromáticos.

Equação Geral:

NH CH3

O NO2

NH CH3

O H2SO4HNO3

Figura 14: Equação geral da síntese da p-nitro-acetanilida. Fonte: própria.

No mecanismo da etapa 1, o oxigênio ligado ao hidrogênio no ácido nítrico se liga a um hidrogênio do ácido sulfúrico. Assim, o oxigênio ligado aos dois hidrogênios no ácido nítrico rompe a ligação com o nitrogênio ficando com o par de elétrons, posteriormente, o oxigênio (ligado ao nitrogênio) com carga formal negativa utiliza um par de elétrons para formar uma ligação π com o nitrogênio.

Figura 15: Mecanismo da etapa 1 da síntese da p-nitro-acetanilida. Fonte: própria.

(Parte 1 de 2)

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