Apostila de experimentos - Química orgânica

Apostila de experimentos - Química orgânica

(Parte 7 de 13)

X = quantidade, em gramas, do soluto extraído.

Assim, depois de uma extração, a concentração de S no solvente A será:

(Equação 2)

a concentração em B será:

(Equação 3)

Uma conseqüência da lei de distribuição é a sua importância prática ao se fazer uma extração. Se um dado volume total VBdo solvente for utilizado, pode-se mostrar que é mais eficiente efetuar várias extrações sucessivas (isto é, partilhar o volume VB em n frações), e a isto se denomina "extração múltipla", sendo mais eficiente do que "extração simples".

Para o desenvolvimento da técnica de extração pode-se usar um solvente extrator que reaja quimicamente com o composto a ser extraído. A técnica de extração por solventes quimicamente ativos depende do uso de um reagente (solvente) que reaja quimicamente com o composto a ser extraído. Está técnica geralmente é empregada para remover pequenas quantidades de impurezas de um composto orgânico ou para separar os componentes de uma mistura. Incluem-se, entre tais solventes: soluções aquosas de hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio, ácido clorídrico, etc.

Pode-se empregar uma solução aquosa básica para remover um ácido orgânico de sua solução em um solvente orgânico, ou para remover impurezas ácidas presentes num sólido ou líquido insolúvel em água. Esta extração é baseada no fato de que o sal sódico do ácido é solúvel em solução aquosa básica. Da mesma maneira, um composto orgânico básico pode ser removido de sua solução em um solvente orgânico, pelo tratamento com solução aquosa ácida.

Uma extração pode ser:

a) Descontínua: Consiste em agitar uma solução aquosa com um solvente orgânico num funil de separação, a fim de extrair determinada substância. Agita-se o funil cuidadosamente, inverte-se sua posição e abre-se a torneira, aliviando o excesso de pressão. Fecha-se novamente a torneira e relaxa-se a pressão interna, conforme Figura 1. Repete-se este procedimento algumas vezes. Recoloca-se o funil de separação no suporte, para que a mistura fique em repouso. Quando estiverem formadas duas camadas delineadas, deixa-se escorrer a camada inferior (a de maior densidade) em um erlenmeyer (Figura 2). Repete-se a extração usando uma nova porção do solvente extrator. Normalmente não são necessários mais do que três extrações, mas o número exato dependerá do coeficiente de partição da substância que está sendo extraída entre os dois líquidos.

Figura 1: Como agitar um funil de separação durante o processo de extração “líquido-liquído”.

Figura 2: Duas soluções de líquidos imiscíveis sendo separadas em um funil de separação.

b) Contínua: Quando o composto orgânico é mais solúvel em água do que no solvente orgânico, (isto é, quando o coeficiente de distribuição entre solvente orgânico e água é pequeno), são necessárias grandes quantidades de solvente orgânico para se extrair pequenas quantidades da substância. Isto pode ser evitado usando o extrator tipo Soxhlet (Figura 3), aparelho comumente usado para extração contínua com um solvente quente. Neste sistema apenas uma quantidade relativamente pequena de solvente é necessária para uma extração eficiente.

A amostra deve ser colocada no cilindro poroso A (confeccionado) de papel filtro resistente, e este, por sua vez, é inserido no tubo interno do aparelho Soxhlet. O aparelho é ajustado a um balão C (contendo um solvente como n-hexano, éter de petróleo ou etanol) e a um condensador de refluxo D.

A solução é levada à fervura branda. O vapor do solvente sobe pelo tubo E, condensa no condensador D, o solvente condensado cai no cilindro A e lentamente enche o corpo do aparelho. Quando o solvente alcança o topo do tubo F, é sifonado para dentro do balão C, transpondo assim, a substância extraída para o cilindro A. O processo é repetido automaticamente até que a extração se complete.

Após algumas horas de extração, o processo é interrompido e a mistura do balão é destilada, recuperando-se o solvente.

Figura 3: Um extrator

tipo Soxhlet.

2- METODOLOGIA

Neste experimento será separada uma mistura de quatro compostos orgânicos: naftaleno, ß-naftol, ácido benzóico e p-nitroanilina, usando solventes reativos. A p-nitroanilina pode ser removida da fase etérea por extração, com uma solução aquosa de ácido clorídrico, a qual converte a base no seu respectivo sal. O ácido benzóico poderá ser extraído da fase etérea com adição de solução aquosa de bicarbonato de sódio. O ß-naftol, por ser menos ácido que o ácido benzóico, poderá ser extraído com solução aquosa de hidróxido de sódio.

Através da técnica de extração contínua usando extrator tipo Soxhlet, o qual permite o uso do solvente quente, extrair-se-á a clorofila de folhas verdes de uma planta qualquer. O solvente extrator será o etanol.

3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1- EXTRAÇÃO DESCONTÍNUA:

Pese 1 g de cada um dos seguintes compostos: naftaleno, ß-naftol, ácido benzóico e p-nitroanilina.

Junte os quatro compostos em um erlenmeyer e dissolva em 100 mL de éter etílico. Transfira a solução etérea para um funil de separação e extraia com soluções aquosas na ordem descrita abaixo, mantendo a solução etérea no funil (nota: durante o processo de extração abra a torneira do funil de separação periodicamente, permitindo a equiparação de pressão).

3.1.1- Extrair com HCl 10% (3x) usando porções de 30 mL. Combinar as frações aquosas e neutralizar com NaOH (conc.). Recuperar o precipitado por filtração a vácuo. Qual o composto isolado?

3.1.2- Extrair com NaHCO3 10% (3x) usando porções de 30 mL. Combinar as frações aquosas e neutralizar, vagarosamente, com HCl concentrado e com agitação branda. Recuperar o precipitado por filtração a vácuo. Que composto foi extraído?

3.1.3- Extrair com NaOH 10% (3x), com porções de 30 mL. Combinar as frações aquosas, neutralizar com HCl concentrado. Recuperar o precipitado por filtração a vácuo. Que composto foi extraído agora?

3.1.4- Remover a solução etérea do funil de separação, lavar com H2O, secar com Na2SO4, filtrar para um balão ou erlenmeyer e evaporar o éter em um evaporador rotatório ou em banho-maria. Que composto foi recuperado na fase etérea?

3.1.5- Secar os produtos sólidos entre papéis de filtro e depois em dessecador a vácuo. Pesar todos os compostos e calcular a porcentagem de material recuperado. Determinar o ponto de fusão de cada sólido.

ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

ETAPA 4

COMPOSTO EXTRAÍDO

MASSA (G)

RENDIMENTO (%)

P.F. (C)

3.2- EXTRAÇÃO CONTÍNUA:

Extração da clorofila através do extrator tipo Soxhlet: Siga as instruções apresntadas na Figura 3. Coloque cerca de 10 g de folhas verdes no cilindro poroso de papel filtro e insira-o no aparelho Soxhlet. Utilize cerca de 200 mL de solvente (etanol, n-hexano, éter de petróleo) para a extração, refluxando por 2-3 horas. Em seguida, interrompa o processo, retire todo o solvente por evaporação, seque o material e pese a massa de extrato bruto obtida.

4- QUESTIONÁRIO

1- Forneça as equações das reações ocorridas nas etapas A, B e C da extração:

2- Qual o princípio básico do processo de extração com solventes?

3- Por quê a água é geralmente usada como um dos solventes na extração líquido-líquido?

4- Quais as características de um bom solvente para que possa ser usado na extração de um composto orgânico em uma solução aquosa?

5- Qual fase (superior ou inferior) será a orgânica se uma solução aquosa for tratada com:

a) éter etílico b) clorofórmio c) acetona d) n-hexano e) benzeno

6- Pode-se usar etanol para extrair uma substância que se encontra dissolvida em água? Justifique sua resposta:

7- Deseja-se separar um composto A a partir de 500 mL de uma solução aquosa contendo 8,0 g de A. Utilizando-se éter etílico como solvente para a extração, quantos gramas de A seriam extraídos:

a) Com uma única extração usando 150 mL de éter etílico?

b) Com 3 extrações sucessivas de 50 mL de éter etílico cada uma?

(Assuma que o coeficiente de distribuição éter etílico/água é igual a 3).

8- A solubilidade (a 25oC) do ácido m-hidroxibenzóico em água é de 0,0104g/mL e de 0,0908g/mL em éter.

a) estime o coeficiente de distribuição deste ácido em um sistema água/éter;

b) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada, por uma única extração usando 100 mL de éter;

c) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada por duas extrações sucessivas, empregando 50 mL de éter em cada uma;

d) calcule o número mínimo de extrações sucessivas, usando volumes totais iguais de éter e solução aquosa, necessárias para remoção de 99% do ácido da solução aquosa.

9- A solubilidade do 2,4-dinitrofenol a 25oC é de 0,0068g/mL em água, e de 0,66g/mL em éter. Qual é o número mínimo de extrações necessárias, usando volumes totais iguais de éter e solução aquosa, para remover 95% do composto de sua solução aquosa?

10- Esquematize uma sequência plausível de separação, usando extração líquido-líquido, de uma mistura equimolar composta de N,N-dietilanilina (solubilidade em água 0,016g/mL, muito solúvel em éter), acetofenona (insolúvel em água, solúvel em éter) e 2,4,6-triclorofenol (solubilidade em água de 0,0008g/mL, muito solúvel em éter).

11- Como funciona um extrator do tipo Soxhlet?

DESSECANTES SÓLIDOS

DESSECANTE

REATIVIDADE

FORMA HIDRATADA

EMPREGO

Sulfato de magnésio

neutro

MgSO4 . 7 H2O

geral

Sulfato de sódio

neutro

Na2SO4 . 7 H2O

Na2SO4 . 10 H2O

geral

Cloreto de cálcio

neutro

CaCl2 . 2 H2O

hidrocarbonetos

CaCl2 . 6 H2O

haletos

Sulfato de cálcio

neutro

CaSO4 . 1/2 H2O

CaSO4 . 2 H2O

geral

Carbonato de potássio

básico

K2CO3 . 1/2 H2O

aminas, ésteres, bases e cetonas

Hidróxido de potássio

básico

KOH . n H2O

aminas

EXPERIÊNCIA 07

SEPARAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DOS

COMPONENTES DA PANACETINA

1- INTRODUÇÃO

A maior parte dos produtos naturais e muitas preparações comerciais são misturas de diferentes compostos químicos.

Para se obter um composto puro de uma mistura, utiliza-se geralmente as diferenças de suas propriedades físicas e químicas. Líquidos com pontos de ebulição diferentes são separados por destilação. Substâncias que possuem grandes diferenças de solubilidade podem ser separadas por extração ou por filtração. Compostos que apresentam propriedades ácidas ou básicas são convertidos em seus sais, os quais são solúveis em água e podem ser isolados dos outros compostos insolúveis em água, pela técnica de extração.

Neste experimento, você separará os componentes de uma preparação farmacêutica simulada, a "PANACETINA", usando a técnica de extração por solventes quimicamente reativos que se baseia nas propriedades de acidez, basicidade e solubilidade dos componentes que serão extraídos.

Nenhuma separação é perfeita, traços de impurezas quase sempre permanecem no composto que foi separado da mistura. Portanto, algum tipo de purificação se faz necessário para a remoção das impurezas. Sólidos são purificados por técnicas de recristalização, cromatografia ou sublimação. Após o composto ter sido purificado pode-se determinar o grau de sua pureza e sua estrutura, utilizando-se técnicas sofisticadas como ressonância magnética nuclear (RMN), infravermelho (IV) e espectrometria de massa (EM). Contudo, uma simples determinação do ponto de fusão pode ajudar muito na identificação do composto.

A "PANACETINA" contém ácido acetilsalicílico (aspirina), sacarose e uma droga desconhecida que pode ser acetanilida ou fenacetina. Estes compostos têm as seguintes características de solubilidade:

1- A sacarose é solúvel em água e insolúvel em diclorometano (CH2Cl2);

2- O ácido acetilsalicílico é solúvel em diclorometano e relativamente insolúvel em água. O hidróxido de sódio converte o ácido no correspondente sal, que é solúvel em água;

3- A acetanilida e a fenacetina são solúveis em diclorometano e insolúveis em água, sendo que estas não são convertidas em sais por hidróxido de sódio.

2- METODOLOGIA

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