Reação de Cannizzaro – Purificação de Compostos Orgânicos

Reação de Cannizzaro – Purificação de Compostos Orgânicos

Reação de Cannizzaro – Purificação de Compostos Orgânicos

Maringá, novembro de 2011

Objetivos:

O experimento realizado apresenta por objetivo, através da síntese de Cannizzaro, obter-se o ácido benzóico, purificado.

Introdução:

O ácido benzóico, C6H5C(O)OH, é um composto aromático classificado como ácido carboxílico (ou especificamente, ácido monocarboxílico). Este ácido fraco e seus sais são usados como conservante de alimentos e ocorre naturalmente em certas plantas.

Seu anel aromático é similar ao do benzeno e é o mais simples ácido carboxílico aromático. Apresenta-se como um sólido cristalino incolor.

O ácido benzóico é um importante precursor para a síntese de muitas outras substâncias orgânicas. Entre os derivados do ácido benzóico se encontram o ácido salicílico e o ácido 2-acetilsalicílico (ou o-acetilsalicílico), também conhecido como aspirina.

Fórmula molecular: C7H6O2 ou C6H5C(O)OH

Massa molecular: 122 u

Síntese a partir do benzaldeído

A disproporcionação induzida por base do benzaldeído, a reação de Cannizzaro, resulta em iguais quantidades de ácido benzóico e álcool benzílico; o segundo pode ser removido por destilação.

  1. Benzaldeído: PE = 178°C

  2. Álcool benzílico: PE = 205°C

  3. Éter etílico: d = 0,71 g/ml

  4. Ácido benzóico: PF = 122°C

Materiais

Balão de Claisen

Bico de Bunsen

Tripé de ferro

Tela de amianto

Tubo de ensaio

Funil de separação

Rolha de cortiça

Frascos

Termômetro

Tubos capilares

Elástico

Suporte universal

Garra metálica

Béquer de 250 mL

Vara de vidro

Pedras de Porcelana

(*) Condensador em diagonal para destilação em refluxo

(*) Aparelhagem cedida pronta pelo laboratório.

Procedimentos

  1. Parte I – Tratamento do benzaldeído com solução de NaOH 20%

Em um balão de Claisen de 250 ml foi adicionado 30 ml da solução de NaOH 20% a 10 ml de benzaldeído, juntamente com algumas pedras de porcelana. No condensador em diagonal para destilação em refluxo, a mistura foi aquecida por 60 minutos. Após decorrido o tempo, esfriou-se a mistura e a mesma foi transferida para um funil de separação. Extraiu-se álcool benzílico com éter etílico ( 3 x 12 ml ). Nomeou-se dois frascos, sendo eles (A) e (B). No frasco (A), contendo CaCl2, guardou-se as frações orgânicas (álcool benzílico + éter etílico). Já no frasco (B), foi guardada a fase aquosa contendo o benzoato de sódio.

  1. Parte II – Precipitação do ácido benzóico e sua purificação

A fase aquosa contendo benzoato de sódio, resultado da primeira parte do experimento, foi transferida para um béquer de 250 mL. Em  seguida foi adicionado ao recipiente uma solução de HCL concentrado até a solução tornar-se ácida como mostrou o papel tornassol. Filtrou-se então a solução em um funil de büchner e dissolveu-se o precipitado em água fervente. Filtrando-se novamente a solução a quente após adição de carvão ativo a solução se recristalizou com o abaixamento da temperatura. A solução recristalizada foi então filtrada a vacuo e deixada a secar.

  1. Parte III – Determinação do Ponto de fusão do ácido benzóico

Colocou-se em um capilar uma pequena quantidade da amostra. Este capilar foi ligado a um termômetro com o auxílio de um elástico. O conjunto (capilar + termômetro) foi colocado em um tubo de Thiele contendo vaselina, o liquido banho utilizado. Aqueceu-se com o bico de Bunsen e observou-se as temperaturas de inicio e termino de fusão. Anotou-se os resultados e comparou-se com o do da literatura. A operação foi repetida duas vezes.

Resultado e discussões:

  1. Parte I – Tratamento do benzaldeído com solução de NaOH 20%

Ao se adicionar benzaldeído em meio básico, ocorre a formação de álcool benzílico e benzoato de sódio

Para extrair o álcool benzílico da mistura, fez-se uso do éter etílico. Este processo foi realizado na capela da seguinte maneiro: acrescentou-se ao funil de separação 12 ml de éter. Tampou-se o mesmo. Agitou-se o funil e após isto, abriu-se a torneira para que não houvesse uma pressão interna maior que a externa, lembrando que o líquido ainda não foi escorrido nesta parte. Repetiu-se este processo mais algumas vezes até que notou-se que ao abrir a torneira a pressão interna havia se estabilizada.

Após isto, deixou-se o funil em um aro (suporte) até que houve uma separação de fases: fase aquosa (mais inferior de coloração branco fosco) e fase etérea (mais superior de cor amarelada). Abriu-se a torneira do funil retirando primeiramente em um erlenmeyer a fase aquosa e, posteriormente em outro erlenmeyer a fase etérea. Voltou-se a fase aquosa ao funil adicionando mais 12 ml de éter etílico. Procedeu-se como descrito anteriormente. Repetiu-se este processo por três vezes, guardando a fase etérea (álcool benzílico + éter etílico) em um frasco contendo CaCl2.Para haver a precipitação do ácido benzóico, reagiu-se a solução aquosa com ácido clorídrico. Para tanto, transferiu-se a fase aquosa para um béquer de 250 ml e adicionou-se HCl até o ponto de viragem do papel tornassol. Filtrou-se o precipitado em um funil de Büchner. Por fim, colocou-o sobre um vidro de relógio, deixando este secar. Marcou-se a massa de ácido benzóico obtida.

  1. Parte II – Precipitação do ácido benzóico e sua purificação

Reagindo o benzoato de sódio com HCl:

               obtém-se o ácido benzóico ocorrendo a sua precipitação, a solução então apresentou duas fases, uma contendo o acido benzóico cristalizado e a outra inorgânica. Para separar as fases usou-se um funil de buchner. O precipitado remanescente que consistia em acido benzóico impuro foi então dissolvido em água fervente (a alta temperatura aumenta a solubilidade) com carvão ativo que tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de purificação de líquidos. Para haver uma filtração mais eficiente a mistura foi filtrada ainda quente separando-se a fase sólida (carvão ativo) da fase aquosa (água + ácido benzóico dissolvido). O filtrado de acido benzóico aquoso foi então esfriado havendo a recristalização do acido devido a diminuição na temperatura, havendo novamente a formação de duas fases (aquosa e ac. benzóico cristalizado), que foram separadas novamente pela filtração a vácuo, obtendo-se o acido benzóico purificado, que foi armazenado para se obter completa secagem.

Analisando-se a reação química balanceada, pode-se determinar o rendimento teórico da reação. Sendo a densidade do benzaldeído 1,0415g/ml, pode-se calcular a quantidade, em gramas, utilizada na amostra de 10ml:

1,0415g  1ml

Xg  10ml

Usaram-se, portanto, 10,415g de benzaldeído, correspondente a 0,0981 mol da substância. Teoricamente a metade dessa quantidade, em mols, de benzoato será produzida. Dessa forma, espera-se a produção de 0,04905 mol de benzoato em um sistema ideal (rendimento teórico). O benzoato obtido, depois de tratado com ácido clorídrico, deve resultar em também 0,04905 mol de ácido benzóico, correspondente a aproximadamente 6g do mesmo.

Sabe-se que foram produzidos, ao fim da purificação, 1,26g de ácido benzóico (81,28g de massa do vidro de relógio, papel filtro e ácido benzóico produzido menos 80,02g do vidro de relógio e papel filtro somente).

Dividindo-se o rendimento real pelo teórico, é possível estabelecer um parâmetro, denominado rendimento porcentual:

Rendimento percentual % = 1,26g/6g = 0,21 g x 100 = 21,00%

  1. Parte III: Determinação do Ponto de Fusão do ácido benzóico 

Para se determinar o ponto de fusão do acido benzoico, uma pequena quantidade do composto foi colocada em um capilar e amarrado em um termômetro. Este conjunto (capilar + termômetro) foi colocado em um tubo de Thiele contendo vaselina pois o P.e. do acido benzoico é mais elevado que o da agua. Aquecendo –se duas vezes o composto e fazendo as leituras das temperaturas do inicio e do fim do ponto de ebulição foram registrados os seguintes valores:  

Com base nesses 2 valores médios (121 e 121,5oC) , pode-se retirar a media entre ambos: 

M= (121,5 + 121)/2= 121,25o

Sabendo-se que o valor encontrado na literatura para o ponto de fusão do ácido benzoico é de 122,1oC pode-se calcular o erro percentual ocorrido no experimento. 

E%=|VT – VE|  .100   E%=|122,1 – 121,25|.100 > E%= 0,69%

              VT                                       122,1

 Obteve-se um erro percentual relativamente muito pequeno, possivelmente causado por equívocos no manuseio das substancias ou matériais, calibragem dos instrumentos, impurezas entre outros.

Conclusão:

Conclui-se que os ensaios sobre cristalização/recristalização contribuem para o aprimoramento das técnicas de laboratório, especialmente para a técnica de purificação de sólidos; as práticas realizadas permitiram vivenciar a formação e o crescimento dos cristais por meio de amostras distintas. Houve aprofundamento dos fundamentos teóricos por meio da articulação do trabalho prático. Os ensaios realizados na aula permitiram o estudo detalhado da relação existente entre a capacidade de dissolução a partir da escolha do solvente.

Bibliografia:

- http://www.wolframalpha.com/input/?i=C6H5C%28O%29OH, acessado em 04 de novembro de 2011.

- http://gestis-en.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_en/b/022810.xml?f=templates$fn=default.htm$3.0, acessado em 04 de novembro de 2011.

VOGEL, Arthur I. Química Orgânica. 3 edição. Ao Livro Técnico S.A . Rio de Janeiro, 1971.

MORRISON, Robert T. e BOYD, Robert N. Química Orgânica- 3a edição, Boston, 1961. Fundação Calaustre Gulbenkian.

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