práticas de
QUÍMICA ORGÂNICA
Jacqueline Aparecida Aparecida Marques Christiane Philippini Ferreira Borges
DIRETOR GERAL Wilon Ma zalla Jr.
COOR DE NAÇÃO EDITORIAL Willian F. Mighton
COOR DE NAÇÃO DE REVISÃO Helena Moy sés
REVISÃO DE TEXTOS Lilian Moreira Mendes
EDITORAÇÃO ELETRÔNICA Ethiene da Conceição Rodri gues, Fabio Cyrino Mor tari, Fabio Die go da Sil va e Renata Andrade de Ramos
CAPA Ivan Grilo
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Mar ques, Jacqueline Aparecida Práticas de química or gânica / Jacqueline Aparecida Mar ques, Christiane Philip pini Fer reira Bor ges. – – Cam pinas, SP : Editora Átomo, 2007. Bi bliografia. 1. Química or gânica I. Mar ques, Jacqueline Aparecida. II. Título. 07-1329
CDD-547
Índices para Catálogo Sistemático 1. Química or gânica 547
ISBN 978-85-7670-064-7 Todos os direitos reser vados à
Editora Átomo Rua Tiradentes, 1053 - Guana bara - Cam pinas-SP CEP 13023-191 - PABX: (19) 3232.9340 e 3232.2319 www.atomoealinea.com.br Im pres so no Brasil
CONSELHO EDITORIAL
Área | Qu í mi ca
Célio Pasquini Uni versidade Estadual de Campinas – UNICAMP
Flá vio Leite T & E Analítica
Mário Sérgio Galhiane Uni versidade Estadual Paulista – UNESP
Pedro Faria Uni versidade Estadual de Campinas – UNICAMP
Ricardo Ferreira Uni versidade Federal de Pernam buco – UFPE
Robson Fernandes de Farias Uni versidade Federal de Roraima – UFRR
Para Narcizo, Nina (in memoriam), Jônifer, Josete e Elaine Jacqueline
Para Jeruza, Jeremias, Tiago e Gabriel Christiane
SUMÁRIO
PREFÁCIO ....................................................................................................11 INTRODUÇÃO ...............................................................................................13 Procedimentos e segurança em laboratórios químicos.................13 Relatórios.............................................................................................15
P ARTE 1 | Equipamentos 1. V IDRARIA E JUNTAS ESMERILHADAS ...................................................19 Juntas esmerilhadas...........................................................................20 2. EQUIPAMENTOS PARA A QUECIMENTO E B ANHOS DE RESFRIAMENTO...............................................................23 Mantas elétricas..................................................................................23 Banhos líquidos ..................................................................................25 Placas de aquecimento ......................................................................26 Banhos de resfriamento.....................................................................27 3. SISTEMAS DE A GITAÇÃO .......................................................................29 Agitação magnética ...........................................................................29 Agitação mecânica.............................................................................31 4. SISTEMAS DE V ÁCUO ............................................................................35 Trompa de água e bombas a óleo....................................................35
P ARTE 2 | Técnicas Básicas de Síntese, Isolamento e Caracterização 5. EXTRAÇÃO COM SOLVENTES .................................................................39 A escolha do solvente........................................................................40 A físico-química da extração ...........................................................42
Problemas e soluções envolvidos na extração por solvente...................................................................45 A aparelhagem..............................................................................45 O procedimento a ser utilizado ..................................................45 Os cuidados necessários ..............................................................46 Problemas que usualmente ocorrem..........................................46 Extração de substâncias ácidas e/ou básicas .................................48 6. FILTRAÇÃO ............................................................................................51 Filtração por ação da gravidade ......................................................51 Filtração à pressão reduzida ou filtração a vácuo.........................53 Procedimentos a serem observados e dicas para uma boa filtração.........................................................56 7. SECANDO REAGENTES E PRODUTOS ......................................................57 O uso do evaporador rotativo (rotoevaporador)............................59 Obtenção de solvente 100% anidro.................................................62 Secagem de gases...............................................................................62 Ácido sulfúrico .............................................................................62 Peneiras moleculares ...................................................................63 Secagem de sólidos ............................................................................64 O uso de dessecadores .................................................................65 Pistola de secagem (Abderhalden) .............................................66 Secando uma pequena quantidade de sólido para fins analíticos......................................................67 Mantendo a água fora de uma reação ............................................68 8. PURIFICANDO COMPOSTOS ORGÂNICOS SÓLIDOS: RECRISTALIZAÇÃO..............................................71 A escolha do solvente: a teoria........................................................72 A escolha do solvente: a prática......................................................74 Dissolvendo a amostra em solventes voláteis................................76 Uso do carvão ativo (ativado) ..........................................................76 Filtração a quente ..............................................................................77 A cristalização ....................................................................................78 Problemas comuns que surgem durante uma recristalização......78 Os cristais não aparecem.............................................................78 Ao invés de cristais, aparece um óleo .......................................79 O uso de mistura de solventes..........................................................79
9. IDENTIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS .....................................81 Ponto de fusão....................................................................................81 Ponto de ebulição ..............................................................................84 Calibração do termômetro e correção da temperatura de ebulição .....................................88 Cromatografia.....................................................................................90 Cromatografia em camada delgada (CCD) ................................92 Aplicação da amostra, desenvolvimento e revelação da placa em CCD .....................................................96 Reveladores utilizados em cromatografia em camada delgada............................................98 A escolha do solvente................................................................101 O cálculo do fator de retenção (Rf)..........................................104 Monitorando reações por CCD: um guia rápido....................105 Purificação de substâncias utilizando CCD preparativa (CCDP) .........................................108 Purificação de substâncias utilizando cromatografia em coluna .......................................110 Cromatografia em fase gasosa (CG).........................................115
P ARTE 3 | Experimentos 1. Recristalização.................................................................................125 2. Destilação fracionada.....................................................................129 3. Destilação por arraste de vapor ....................................................135 4. Extração com solventes quimicamente ativos............................139 5. Extração contínua sólido-líquido.................................................143 6. Extração com solventes ................................................................147 7. Cromatografia em papel ................................................................151 8. Cromatografia em camada delgada..............................................155 9. Cromatografia em coluna (demonstração) ..................................159 10. Análise orgânica qualitativa I.......................................................163 11. Análise orgânica qualitativa II......................................................166 12. Síntese de um éster.........................................................................170 13. Síntese do acetato de etila (método de Fischer-Speier) .............174 14. Síntese da benzocaína....................................................................179 15. Síntese de uma amida ....................................................................182
16. Condensação aldólica cruzada......................................................185 17. Halogenação de cetonas ................................................................188 18. Síntese de um haleto de alquila....................................................191 19. Substituição eletrofílica em um composto aromático ...............194 20. Reação de Cannizzaro ....................................................................199 21. Reação fotoquímica........................................................................202 22. Rearranjo molecular .......................................................................206 23. Síntese de um polímero .................................................................210 24. Síntese de um corante....................................................................213 25. Síntese de um ácido carboxílico...................................................216 26. Reação de saponificação................................................................219 REFERÊNCIAS ............................................................................................223 A PÊNDICE Preparo de soluções aquosas ácidas e básicas .............................225
Práticas de Química Orgânica
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PREFÁCIO Este livro destina-se a estudantes e professores de cursos de Química, Farmácia, Engenharias e de cursos técnicos de Química. O texto apresenta de forma simples e concisa algumas técnicas básicas de síntese, isolamento e caracterização de substâncias e experimentos clássicos da Química Orgânica. Antecedendo os roteiros dos ex perimentos, são apresentados equi pamentos comumente utilizados, conceitos, técnicas e procedimentos básicos necessários na Química Orgânica Experimental. Os roteiros de cada ex periência contêm uma apresentação dos princi pais conceitos envolvidos na solução do pro blema pro posto, relação dos materiais (reagentes, solventes, equi pamentos e vidraria), descrição do procedimento ex perimental, bi bliografia e subsídios para a ela boração do relatório científico referente ao ex perimento, de modo que o aluno possa melhor estabelecer relações entre a teoria e a prática. Também estão inclusas algumas recomendações sobre segurança no laboratório. O conjunto de experiências apresentado foi elaborado levando-se em conta a acessibilidade dos materiais utilizados, reprodutibilidade, tempo de execução, simplicidade e aprendizagem dos alunos. Encontram-se compilados vários dados, na forma de tabelas, que as autoras consideram de utilidade em um laboratório.
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INTRODUÇÃO
P ROCEDIMENTOS E SEGURANÇA EM LABORATÓRIOS QUÍMICOS A seguir estão relacionadas algumas normas que objetivam um trabalho laboratorial seguro para você e seus colegas. Além dessas normas, você deve utilizar sua intuição e o bom senso para reconhecer perigos em potencial. Familiarize-se com os equipamentos de segurança do laboratório, tais como: extintor de incêndio, cobertores para abafar fogo, chuveiro de emergência, lava-olhos e caixa de primeiros socorros, perguntando sobre sua localização e seu funcionamento ao responsável pelo laboratório. Existe uma regra geral: Toda substância desconhecida é potencialmente perigosa, até que se prove o contrário . Assim, o máximo cuidado deve ser empregado ao manusear qualquer substância química. A toxicidade das substâncias químicas varia enormemente, e nem todas as substâncias, mesmo as mais usualmente empregadas, tiveram seus aspectos toxicológicos suficientemente estudados. Portanto, todo cuidado é pouco. 1. Ter sempre em mente que o laboratório é um lugar de trabalho sério. 2. No la boratório, deve-se tra balhar unifor mizado, com guar da-pó, de preferência longo e de mangas com pridas para proteção das per nas e braços. Calçados muito abertos não são aconselháveis para o uso em la boratórios, pois vidros que brados e produtos químicos, por exem plo, ácidos concentrados, podem cair ou for mar uma poça no chão.
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3. As experiências devem ser estudadas antes de serem executadas. Realizam-se as experiências cuidadosamente, registrando-se em um caderno apropriado as técnicas desenvolvidas e os resultados obtidos. 4. Não utilize lentes de contato durante o trabalho no laboratório. No caso de qualquer reagente químico entrar em contato com os olhos, lave-os com água em abundância. 5. Não fume no laboratório. Não deixe frascos de substâncias inflamáveis próximos ao fogo. 6. Em várias práticas, é necessário aquecer soluções em tubos de ensaio. Nunca aplique calor no fundo do tubo. Sempre aplique-o na região do tubo correspondente ao nível superior da solução. Seja cuidadoso quanto à direção para onde o tubo está voltado, evite colocá-lo na direção de sua face ou de um colega. 7. Realizar somente as experiências prescritas ou aprovadas pelo professor. As experiências não autorizadas são proibidas. Não trabalhe sozinho no laboratório. 8. Deve-se trabalhar com as quantidades indicadas de substâncias, evitando desperdícios de drogas, material, gás, luz etc. 9. Não tocar os produtos químicos com as mãos, a não ser que isso lhe seja expressamente indicado. Evite ingerir reagentes químicos. Não coma e nem beba no laboratório. Lave bem as mãos antes de sair. 10. Quando se prepara uma solução ou quando se faz uma diluição, deve ser usada a água destilada. 11. Verificar cuidadosamente o rótulo do frasco que contém um dado reagente, antes de tirar dele qualquer porção do seu conteúdo. Leia o rótulo duas vezes para se certificar de que tem o conteúdo certo. 12. Deve-se tomar o máximo de cuidado para não contaminar os reativos. As substâncias que não chegarem a ser usadas nunca devem voltar ao frasco de onde foram retiradas. 13. A abertura, bem como a manipulação, de frasco contendo substâncias que produzem vapores deve ser realizada na câmara de exaustão (capela). Todas as reações em que houver desprendimento de gases tóxicos deverão ser
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executadas na capela, assim como a evaporação de soluções ácidas, básicas e amoniacais. 14. Quando não se sabe a voltagem de um aparelho, deve-se olhar no aparelho a placa indicativa ou procurar saber com o professor ou técnico responsável. 15. Manter sempre limpa a aparelhagem e a mesa de trabalho. Evitar derramamentos, mas, se cair qualquer coisa, limpá-la imediatamente. Havendo quebra de material, o responsável deverá repor o equipamento. 16. Ao deixar o laboratório, verifique se as torneiras de gás estão fechadas e todos os equipamentos utilizados devidamente desligados.
R ELATÓRIOS A elaboração de relatórios é um procedimento bastante corriqueiro durante o exercício de qualquer profissão tecno-científica e, em certos casos, essa habilidade chega a ser usada como uma medida de capacidade profissional. Ser um bom profissional envolve também saber transmitir aos outros os resultados de um trabalho. É praxe redigir relatórios de uma forma impessoal, utilizando-se a voz passiva no tempo passado, pois se relata algo que já foi feito. Outro aspecto muito importante é ter sempre em mente que as pessoas que eventualmente lerão o relatório poderão não ter tido nenhuma informação prévia sobre aquilo que está sendo relatado. Isso significa que o relato do que foi feito deve ser detalhado, cuidadoso e meticuloso, de modo que qualquer pessoa que leia o relatório consiga efetivamente entender o que foi feito e como. Os relatórios devem ser realizados conforme o seguinte modelo: 1. Título da experiência, número e nome do aluno e data de realização; 2. Introdução: descrever quais os métodos utilizados para resolver o experimento e quais os princípios fundamentais em que esses métodos se baseiam. Para tanto, faça consultas à bibliografia adequada;
3. Procedi mento ex peri mental : deve conter uma descrição detalhada de como a par te ex perimental da ex periência foi realizada. Não inclua os resultados obtidos ex perimentalmente e/ou os cálculos realizados; 4. Resultados e discussão: devem ser colocados os dados a experiência e os cálculos realizados. Devem ser discutidos os resultados finais obtidos, podendo-se ou não compará-los a resultados obtidos na literatura sempre que possível, comentando-se sobre sua adaptação ou não, apontando-se possíveis explicações e fontes de erro experimental; 5. Discussão e conclusão : essa seção deverá combinar com a verificação anterior do objeitivo da experiência, indicando se este foi alcançado. A conclusão apresenta o resultado final do experimento, avaliando seus pontos fortes ou fracos atravpés da reunião sintética das principais idéias desenvolvidas; 6. Respostas das questões propostas ; 7. Referências bibliográficas : cite as fontes bibliográficas consultadas conforme as normas da ABNT.
