Relatório síntese da acetanilida

Relatório síntese da acetanilida

Pontifícia Universidade Católica do Paraná

Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia

Departamento de Engenharia Química

Obtenção da acetanilida

Ana Carolina Naomi Omuro

Greyce Belem Ribas

Luan Fernandes Soares

Luísa de Amorim Bueno

Nadia Carolina Perez

Rodrigo Schmidt

Relatório apresentado na disciplina de Síntese Orgânica como forma parcial de avaliação referente ao 3º Bimestre

Curitiba, Agosto de 2011

Introdução

Substituição Eletrofílica

Em uma substituição eletrofílica aromática, um eletrófilo reage com um anel aromático resultando a troca de um átomo de hidrogênio por um substituinte. Na nitração, por exemplo, o íon nitrônio substitui um próton, produzindo nitrobenzeno:

A substituição eletrofílica ocorre em dois passos: primeiro, há adição do agente eletr’ofílico; segundo, há perda do próton. O primeiro passo é geralmente determinante da taxa global de reação. Portanto, conhecimento importante sobre a reação como um todo pode ser tirado considerando a estrutura do cátion intermediário formado quando da adição do eletrófilo. Como esta etapa é um tanto endotérmica, o estado de transição será próximo deste intermediário.

Apesar dos elétrons da ligação pi de um composto aromático estarem deslocalizados, eles ainda estão disponíveis para reação com um eletrófilo, como os elétrons da ligação pi de um alceno. Adição de um eletrófilo em benzeno resulta em um cátion no qual os elétrons também estão deslocalizados, chamado de cátion pentadienil, ou íon arênio. São três estruturas ressonantes desse cátion:

Este cátion carrega carga positiva em três átomos de carbono do anel, como pode ser visto nas três estruturas ressonantes significativas que contribuem para o híbrido. Dois dos três carbonos são adjacentes ao ponto de ataque eletrofílico, e o outro é no lado oposto do anel.

Apesar de este cátion ser significativamente estabilizado pela deslocalização, a perda de aromaticidade devido à adição de um eletrófilo representa um custo energético substancial, fazendo a primeira etapa da substituição eletrofílica aromática ser altamente endotérmica.

No segundo passo da substituição eletrofílica aromática, um próton é perdido, formando o produto da substituição. Essa etapa é altamente exotérmica visto a reformação do sistema pi aromático.

Em teoria, o intermediário íon arênio poderia reagir com um nucleófilo, como em uma reação de adição em alcenos. No entanto, se isso ocorrer, o produto não terá a estabilidade aromática derivada da conjugação cíclica. A rota alternativa, na qual um próton é perdido, recupera o sistema aromático 4n+2 e portanto, é altamente favorecida. Na adição eletrofílica C=C, a reação do intermediário cátion com um nucleófilo é geralmente observada. Nestes casos, adição do nucleófilo em uma ligação C-Nuc é geralmente mais forte que a ligação pi formada pela perda do próton. A estabilidade do sistema aromático justifica a diferença observada quando eletrófilos reagem com sistemas aromáticos versus sistemas não aromáticos. O primeiro sofre substituição e o último adição.

A perda de um próton de um íon arênio não afeta a taxa global da reação, pois o primeiro passo é determinante. Ainda, apenas um próton pode ser perdido para formar um produto estável, e portanto apenas um produto pode ser formado de um íon arênio.1

Cristalização

A cristalização de solução é muito utilizada na Indústria Química e é caracterizada pela formação de partículas cristalinas de um amplo espectro de tamanhos. O controle do tamanho de cristal em um cristalizador é cinético, e não termodinâmico. Portanto, mudando-se a energia e a entrada de matéria, a distribuição de cristais grandes ou pequenos pode ser determinada. O resultado da interação entre a cinética da cristalização e as restrições impostas ao sistema é a distribuição de tamanhos de cristais, que é de grande importância para a performance da planta e a aplicabilidade de mercado do produto.

Um procedimento racional para o projeto de cristalizadores deve envolver soluções com as equações de conservação juntamente à cinética das taxas de processo relevantes. O conhecimento de padrões de escoamento estabelecidos para a geometria de um dado cristalizador e modo de operação é outro pré-requisito de um projeto de cristalizador de sucesso. É um infortúnio que as informações de dimensionamento estejam, invariavelmente, faltando da literatura aberta. Por exemplo, experimentos de laboratório que são feitos para prover informações de equilíbrio e cinética acabam sendo realizados em regiões remotas às de relevância industrial. Por outro lado, comparação de estudos de laboratório com dados confiáveis de plantas piloto e cristalizadores comerciais é quase impossível de ser encontrada, devido à falta de dados publicados. No entanto, o conhecimento fundamental de processos de cristalização ainda permite algum grau de responsabilidade quando do projeto sendo avaliado os procedimentos de dimensionamento e de implementação com objetivo de chegar às especificações do produto.

É, geralmente, aceito que ocorra a cristalização de uma solução supersaturada em cristais macroscópicos: primeiro, núcleos, entidades cristalinas de tamanho finito, devem ser formados; e segundo, esses núcleos devem crescer. Ambos os processos são governados, primariamente, pela supersaturação da solução. No entanto, há muitas outras variáveis que influenciam a nucleação e o crescimento dos cristais e, estes, estão inter-relacionados de maneira complexa.

Todo sistema de cristalização é caracterizado pela geração de um espectro de partículas com diferentes tamanhos sob condições onde novos membros da comunidade de cristal estão nascendo por nucleação, estão avançando em tamanho por crescimento do cristal e estão interagindo com os outros cristais de uma maneira muito complexa e imprevisível. Nucleação e crescimento de cristal são processos de taxa aos quais devemos nos referir como cinética de cristalização. Todos os outros processos particulados resultantes de interações de partículas ou partículas/líquido mãe devem ser referidos como funções de população. A cinética da cristalização e funções de família que ocorrem simultaneamente, ou eventos de população, determinam o desenvolvimento de uma população de cristais em um vaso cristalizador. 2

Exemplo de cristalização. 3

Fluxograma

O fluxograma acima expõe um processo industrial para obtenção de 50 Kg de acetanilida, utilizando-se 32L de anidrido acético, 25,3L de anilina, 27L de ácido acético glacial, 7,5 Kg de acetato de sódio e 470L água resfriada.

A acetanilida foi introduzida em 1886 com o nome de antifebrina por Cahn e Hepp, sendo descoberta que sua ação antipirética encontra-se no grupo dos primeiros analgésicos para substituir os derivados da morfina. No entanto, a acetanilida é excessivamente tóxica, e é atualmente um importante intermediário sintético para obtenção de corantes e fármacos como, por exemplo, a sulfonilamida.

Em sua ação fisiológica, a acetanilida é de um antipirético, potente analgésico e antiespasmódico. Diminui a ação reflexa, possui contração involuntária da medula espinhal e inibe a sensibilidade dos nervos; aumenta a pressão arterial e diminui proporcionalmente o ritmo cardíaco. Também possui uma ação diurética, estimulante cerebral, muscular e vaso-motor, sendo que seu efeito analgésico não difere da aspirina, porém, possui fraca atividade antiinflamatória. É diaforético (provoca transpiração), sedativo cerebral e torna o pulso lento. Em alguns casos há tendência para desmaio, calafrios e cianose durante o período de queda da temperatura.

Ela é utilizada nas inflamações de todos os tipos: febre intermitente, enxaqueca e outras formas de neuralgia; coqueluche; influenza, dores lancinantes e contrações musculares da ataxia locomota reumatismo articular e muscular agudo, hipertermia na febre tifóide. A acetanilida causa sérios problemas no sistema de transporte de oxigênio, nas funções medulares, hiperglicemia, irritação (erupção na pele ou mucosa nasal), resfriado, pele úmida, pulso fraco, abatimento (depressão geral). Provoca cianose se for ingerida em doses altas. Em 1948, Julius Axelrod e Bernard Brodie descobriram que acetanilida provoca meta hemoglobulinemia e danos ao fígado e aos rins.

Na parte industrial, a acetanilida é usada na intermediação como acelerador da síntese da borracha, tintas e cânfora.4

Objetivo

Obtenção e cálculo do rendimento da acetanilida.

Materiais e métodos

Em um erlenmeyer de 250 mL, foram pesada s 2,01g de acetato de sódio e adicionaram-se 8 mL de ácido acético glacial. Em seguida, foram adicionados, agitando constantemente, 7,5 mL de anilina e 8,5 mL de anidrido acético, gradativamente.

Após a reação, adicionou-se à mistura, com agitação, água destilada gelada. Resfriou em banho de gelo, filtrou-se a vácuo e os cristais foram lavados com água destilada gelada.

A acetanilida foi recristalizada com etanol. Em seguida, aqueceu-se em banho-maria, secou-se e, por fim, pesou-se.

Resultados e discussões

Mecanismo da reação envolvida no experimento.

Cálculos do rendimento:

Peso do béquer sem produto: 97,669 g

Peso do béquer com produto: 104,577 g

Quantidade de produto resultante: 104,577 – 97,669= 6,908g

Anilina - 7,5 ml

7,5 mL _ x

1 mL _ 1,0217g

x= 7,663g de anilina utilizada

Massa Molar: 93,126 g/mol

Densidade : 1,0217 g/ml

Ácido acético glacial – 8 ml

8 mL _ y

1 mL _ 1,050g

y= 8,4g de ácido acético utilizado

Massa Molar: 60,04 g/mol

Densidade: 1,050 g/ml

Anidrido acético – 8,5 ml

8,5 mL _ z

1 mL _ 1,08g

z= 9,18g de anidrido utilizado

Massa molar: 102,1 g/mol

Densidade: 1,08 g/ml

++ +2

C6H7N + CH3COOH + C4H6O3 CH3COONa C6H5NH(COCH3) +2 CH3COOH

Cálculo do rendimento:

M.M anilina + M.M A. Acético + M.M Anidrido = M.M total de reagentes

93,126 g/mol + 60,04 g/mol+102,1 g/mol = 255,27 g/mol

M.M do produto (acetanilida) = 135 g/mol

Massa total de reagentes = (7,663 g + 8,4 g + 9,18g)= 25,243g

Massa teórica:

255,243 g/mol _ 135g/mol

25,243g _ w w=13,35g

Rendimento:

13,35 g _ 100%

6,908g _ =52%

Conclusão:

Percebeu-se que durante a prática ocorreu algum evento que levou o rendimento a baixar do esperado (89-90%): obteve-se a acetanilida com rendimento de 52%. No entanto, percebeu-se a viabilidade econômica em escala industrial e a aplicabilidade na indústria farmacêutica, visto a simplicidade do processo e o alto rendimento.

Referências bibliográficas:

1- Fox, M. A., Whitesell, J.K. - Organic Chemistry - 2004 - 3rd edt. - Jones and Bartlett Publishers. - p, 524-525

2- Jančić, S. J., Grootscholten, Paulus A.M. - Industrial Crystallization – 1984 - 3rd edt. - Springer – p. 1-2

3- http://www.tradeteda.org/picmemberpro/218/2010421153851314.jpg

4- SILVA, Penildon. Farmacologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, c2002.-p, 440

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