Constantino - Química Orgânica vol. 3

Constantino - Química Orgânica vol. 3

(Parte 4 de 10)

Cal sodada Amostra+ CuOCobre metálico

(Dehydrite) ou Ascarite

(Para isolar a atmosfera)

Figura 1.1.3. Esquema simplificado de sistema para análise quantitativa de C e H

Os gases formados na combustão são passados através de óxido de cobre aquecido para garantir combustão completa. Em seguida passam através de cobre

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar metálico aquecido, cuja principal função é de reduzir óxidos de nitrogênio a nitrogênio elementar, N2, caso a amostra contenha nitrogênio.

Naturalmente, os tubos contendo MgClO4 e cal sodada devem ser cuidadosamente pesados antes e depois do processo; a diferença dará a massa de H2O e de CO2 formados na combustão. Atualmente há aparelhos bem sofisticados para fazer essas análises quantitativas, que podem realizar excelentes análises com quantidades de substâncias tão pequenas como 1 mg. Basicamente, o processo usado por esses aparelhos é o mesmo mostrado na figura 1.1.3: a principal diferença é que os gases que saem da reação são injetados em um cromatógrafo a gás, e sua quantidade é medida pela área sob os picos do cromatograma (o gráfico produzido pelo detector do cromatógrafo).

Conhecendo-se a massa da amostra e as massas de CO2 e de H2O produzidas na reação de combustão, é possível calcular a porcentagem em que cada um dos elementos C e H estão presentes na amostra. Como exemplo, digamos que a análise de uma amostra (2,353 mg) produziu 6,053 mg de CO2 e 1,989 mg de H2O. Qual a porcentagem de carbono e de hidrogênio na amostra?

Dados: C 12,0107 De onde se calcula que CO2 4,0095

O 15,9994

Sabemos as quantidades de CO2 e de H2O; precisamos calcular a que quantidades de carbono e de hidrogênio elas correspondem.

4,0095 mg de CO2contêm n 12,0107 mg C

6,053 x x = 1,652 mg C

18,01528 mg de H2Ocontêm n 2,01588 mg H

1,989 x x = 0,2226 mg H

Agora que sabemos que a amostra (2,353 mg) contém carbono (1,652 mg) e hidrogênio (0,2226 mg) em quantidades conhecidas, fica fácil calcular a porcentagem de cada elemento na amostra.

Porcentagem de C

(na amostra) = 100 mg353,2

Porcentagem de H

(na amostra) = 100 mg353,2

Como a soma dessas porcentagens é apenas 79,67 %, concluímos que 20,3 % da massa da amostra é constituída por outros elementos.

Problema 1.1.9. Um químico tinha várias razões para acreditar que a substância do exemplo acima teria a seguinte fórmula molecular: C9H14O2. Calcule a porcentagem de carbono e de hidrogênio correspondentes a esta fórmula e verifique se estão de acordo com o resultado da análise, dentro da tolerância normalmente aceita de ± 0,4 unidades de porcentagem para cada elemento.

Problema 1.1.10. Um químico preparou uma substância A que, considerando os materiais de partida e as reações realizadas, ele achava que deveria ter a fórmula dada a seguir:

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar

A Entre outras análises, ele efetuou uma análise elementar quantitativa, encontrando os valores C

72,04 %; H 8,35 %. Verifique se estes valores estão de acordo com a estrutura proposta.

Problema 1.1.1. Em reações relacionadas, o mesmo químico do problema anterior obteve também os compostos B e C.

BC (a) Que diferenças em porcentagem de C e H deveriam mostrar as análises de A e de B, e as análises de A e de C? (b) Experimentalmente, o químico encontrou os seguintes valores: para B: C 72,03 %; H 8,73 %; para C: C 81,02 %; H 8,28 %. Estes valores estão de acordo com as estruturas?

Problema 1.1.12. Um químico desejava preparar a α-monocloridrina da glicerina (3-cloropropano-1,2- diol); pesquisando na literatura, encontrou em Organic Syntheses Coll. Vol. 1 um método consistindo em borbulhar HCl gasoso, seco, em uma mistura aquecida (105 – 110 °C) de glicerina com um pouco de ácido acético.

HO ClOH Cl ClOH

HCl / HOAc

Ocorre que, se passarmos HCl demais, forma-se a α,γ-dicloridrina (mostrada no esquema) em quantidades apreciáveis (no mesmo volume de Organic Syntheses há outro procedimento descrito, para preparar exatamente a α,γ-dicloridrina). Determina-se o final da operação de borbulhar HCl pelo peso do balão; quando aumentar do valor correspondente a 1 equivalente de HCl, pára-se a reação.

Se o único método de análise disponível para este químico fosse a análise elementar quantitativa de C e H, seria possível para ele verificar se seu produto era a monocloridrina ou a dicloridrina? Dado: Cl 35,4527.

Como você percebeu pelos problemas, é bem simples utilizar os dados de análise elementar quantitativa para verificar se eles correspondem a uma determinada fórmula molecular. A fórmula molecular que consideramos pode ser uma simples hipótese ou pode representar uma certeza bem razoável, resultante de várias conjeturas.

Utilizar os dados de análise quantitativa para deduzir a fórmula molecular, porém, é um processo um pouco mais complicado e exige ainda a determinação ou conhecimento da massa molecular da substância em questão.

Fórmula mínima

fazer é deduzir a fórmula mínima, ou seja, uma fórmula do tipo (CxHyOz)n: podemos

Utilizando apenas as porcentagens dos elementos, o melhor que podemos saber em que proporção numérica os átomos dos vários elementos se encontram na

fórmula molecular (isto é, podemos determinar x, y, z,), mas não sabemos o número

exato de cada um (não sabemos n) porque qualquer múltiplo inteiro da fórmula mínima apresenta as mesmas porcentagens de cada elemento.

1. Análise Orgânica 1.1. Análise Elementar

Meio confuso? Vejamos um exemplo: formaldeído e ácido acético apresentam a mesma fórmula mínima, (CH2O)n ; para o formaldeído, n = 1, e para o ácido acético n = 2. As porcentagens de C, H e O são, conseqüentemente, idênticas para os dois compostos.

Massa de H: Massa de O:

Massa de C: Massa de H: Massa de O:

n = 1n = 2

Figura 1.1.4. Mesma formula mínima implica em mesmas porcentagens

Problema 1.1.13. Calcule as porcentagens de carbono, hidrogênio e oxigênio para o ácido láctico e para a L-eritrose.

CH3 CH CO2H OH

CH2OH Ácido lácticoL-Eritrose

Compare seus resultados com os valores da figura 1.1.4 e explique.

Dada a composição percentual (isto é, dadas as porcentagens de C, H, O, etc.), como é que podemos determinar a fórmula mínima? A determinação da fórmula mínima consiste em determinar o número de átomos de cada elemento que está presente na fórmula mínima.

Para que você compreenda bem o processo, vamos inicialmente fazer o raciocínio inverso em um exemplo e vamos utilizar massas apenas aproximadas:

Massas atômicas: C 12; H 1; O 16.

Fórmula: C2H4O2 Massa molecular = 2 × 12 + 4 × 1 + 16 = 60

Porcentagens:

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