UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PAULA BAUTO ITO THAIS CRISTINA GUIMARÃES ALVES VANESSA CORSINI
OBTENÇÃO DE AROMATIZANTE ARTIFICIAL
PONTA GROSSA 2013
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1. INTRODUÇÃO Os ésteres são compostos orgânicos polares que reagem com a água para produzir alcoóis e ácidos orgânicos ou inorgânicos. Apresentam pontos de ebulição mais baixos que os dos ácidos ou alcoóis com peso molecular comparável, já que suas moléculas não podem formar ligações de hidrogênio fortes umas com as outras. Os ésteres carboxílicos são os mais comuns 1. Os ésteres carboxílicos, fórmula RCOOR’ (R e R’ são quaisquer grupos
orgânicos ligados), são geralmente preparados pela reação de ácidos carboxílicos e alcoóis na presença de ácido, através de uma reação que é lenta a temperatura ambiente, reversível e que libera água 2. Trata-se de uma desidratação, na qual o ácido atua como catalisador e desidratante (reação de esterificação). Exemplo: Ácido + álcool -> éster + água
Na reação, o grupo hidroxila (OH) do ácido carboxílico é substituído por um grupo alcóxi (R'O) do álcool. Os ésteres também podem ser obtidos pela reação de haletos de ácidos ou anidridos de ácidos, com álcoois. Dois ésteres podem reagir entre si, na presença de um catalizador, numa reação chamada trans-esterificação.
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Os ésteres de ácidos carboxílicos de baixo peso molecular são incolores, líquidos voláteis com odor agradável, e ligeiramente solúveis em água. Muitos são responsáveis pela fragrância e sabor de flores e frutas: por exemplo, o acetato de isoamila está presente nas bananas, e o butirato de etila nos abacaxis. São utilizados como aromatizantes artificiais, nos alimentos e cosméticos. Certos ésteres voláteis são usados como solventes, em tintas e vernizes. As gorduras e os óleos são ésteres de ácidos carboxílicos de longa cadeia com glicerol. Estes ésteres podem ser hidrolisados em meio básico e formarem sabões1. O acetato de isoamila é o maior componente do feromônio de ataque da abelha. Este composto é liberado quando uma abelha ferroa sua vítima, atraindo assim outras. Ésteres são também formados por álcoois e ácidos inorgânicos, tal como sulfúrico, fosfórico e nítrico. Ésteres nitratos são explosivos. Ésteres fosfatos são biologicamente importantes (os ácidos nucléicos pertencem a este grupo) e são largamente utilizados como aditivos de gasolina, inseticidas, solventes, entre outros 2.
2. OBJETIVOS Esta aula prática teve como objetivo produzir do aromatizante artificial, acetato de benzila, através de uma reação de transesterificação ácida do álcool benzílico.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Nesta aula prática foi produzido um aromatizante artificial, obtido através da transesterificação por catálise ácida (ácido sulfúrico), o composto obtido foi o acetato de benzila. Para aumentar o rendimento de produção do acetato foi 1
VOGEL, A.L. Química Orgânica: análise orgânica qualitativa. 2ª ed., Rio de Janeiro, Ao livro Técnico S.A., 1981. V. 1. 2 Apostila das práticas de química orgânica experimental II. Prof. Luciano Fernandes. Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
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adicionada uma quantidade em excesso de ácido acético, seguindo o princípio de Le Chântelier. A reação ocorrida foi:
Figura 1: Reação de transesterificação – Produção de aromatizante artificial
Em um balão de fundo chato adicionou-se 15 mL de ácido acético. Obedecendo a proporção da reação do ácido acético e o álcool benzílico (2:1), determinou-se o volume do álcool que seria utilizado a partir dos dados fornecidos no rótulo do reagente. M.M.ácido acético =60,05 g/mol Massa adicionada ao meio reacional: 15 g Números de mols adicionados:
= 0,2496 mols
M.M.álcool benzílico = 108,14 g/mol. Densidade: 1,04 g/cm³ Número de mol adicionados: 0,2496mol/2 = 0,1248 mols. Massa adicionada ao meio reacional: 0,2496 mol/2 x 108,14g/mol = 13,497 g. Então o volume adicionado de álcool foi : V = 13,497 g / 1,04g/mL = 13 mL (aproximadamente). O catalizador (ácido sulfúrico) foi adicionado após a adição do álcool e o conjunto foi aquecido por aproximadamente 15 minutos para auxiliar na aceleração da reação. Em seguida, transferiram-se os reagentes para um funil de separação e adicionou-se água, procedendo-se com agitação. Desta forma a fase orgânica foi separada da fase aquosa. Este processo de adição de água e agitação foi realizado por mais algumas vezes. Verificou-se que houve a formação de emulsão e para evitar este problema, foi adicionado uma
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quantidade maior de água.
Ao final deste processo de separação, foi
adicionado sal de anidro ao acetado para evitar hidrólise. A massa de acetato de benzila obtida foi de 7,96g. Voltando a análise de proporção do ácido acético (2:1), notou-se que o reagente limitante doi o álcool benzílico. O rendimento da reação foi calculado com base na quantidade de massa teórica que deveria ter sido formada a partir dos volumes dos reagentes. da reação. A cada mol de álcool benzílico, produz-se 1 mol de acetato de benzila. Portanto, para cada 0,1248 mols de álcool benzílico, deveriam ser produzidos 0,1248 mols de acetato. Assim: M.M.acetato de benzila: 150,18 g/mol Massa acetato que deveria ter sido produzido: 0,1248mol x 150,18 g/mol = 18,743g Rendimento: x = (7,96g/18,743g).100% = 42,47% Observou-se que houve perdas significativas durante o processo de transesterificação, que pode ter sido resultada do má manuseamento dos materiais de separação.
4. CONCLUSÃO Esta prática objetivou-se na obtenção de um aromatizante artificial, utilizando-se de ácido acético, álcool benzílico e ácido sulfúrico, foi produzido o acetato de benzila. Pode-se observar com o desenvolvimento da aula que esta técnica de transesterificação tem grande aplicabilidade e pode ser utilizada para o obtenção de diversas substâncias.
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Por ser necessário o uso de aparelhos de separação houve grandes perdas durante o processo resultando em um rendimento de aproximadamente 42%. No entanto é um processo simples e de boa viabilidade.
5. QUESTIONÁRIO 1. Discuta o mecanismo da reação. Qual a função do acido sulfúrico? É ele consumido ou não, durante a reação? O objetivo da reação é separar o acetato de 3-metil-1-butila.
O ácido sulfúrico serve como catalizador da reação.
2. Como se remove o acido sulfúrico e o álcool isoamílico/n-butílico, depois que a reação de esterificação esta completa? A fase orgânica da solução, contendo o éster, e a fase inorgânica contendo água, foi separada em um funil de separação. Assim, a solução foi lavada com água, assim. Como a fase orgânica estava aquosa, adiciona-se sulfato de magnésio para secar essa fase.
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3. Porque se utiliza excesso de acido acético na reação? Segundo o princípio de Le Chatelier, para aumentar o rendimento do acetato de isoamila.
4. Porque se usa NaHCO 3 saturado na extração? O que poderia acontecer se NaOH concentrado fosse utilizado? Sulfato de magnésio é uma base fraca, e fornece o pH alcalino necessário para a extração da fase desejada sem que haja degradação da substância. Se o NaOH fosse utilizado, como é uma base muito forte, poderia se decompor ou reagir com o produto que desejou-se extrair.
5. Sugira outro método de preparação do acetato de isoamila/acetato de butila.
6. Sugira reações de preparação de aromas de pêssego (acetato de benzila) e de laranja (acetato de n-octila).
Reação de obtenção de aroma de pêssego:
O acetato de benzila é o éster responsável por produzir aroma de pêssego.
Reação de obtenção de aroma de laranja:
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Ocorre por catálise ácida e o aquecimento da solução em meio aquoso. Podem ser utilizados o ácido acético e o 1-octanol. O acetato de n-octila é o éster responsável por produzir aroma de laranja.
7. Sugira rotas de síntese para cada um dos ésteres abaixo, apresentando o mecanismo de reação para um deles: a) Propionato de isobutila H
O
O H C
C H
O
H
OH
+
+H
C2H5
O
+ CH3CH2CH2CH2
C2H5
+
-H
O
H
C2H5
C
O
O
H
CH2CH2CH2CH3
OH - CH3CH2CH2CH2
H
O H
O
C -H2O
C2H5
CH2CH2CH2CH3
O
+H
+H2O
C2H5
+
+
-H
C
O
HO
H
CH2CH2CH2CH3
O
C C2H5
O
CH2CH2CH2CH3
b) Butanoato de etila Deve-se reagir álcool etílico com ácido propanoico, com o mesmo mecanismo para a formação do propionato de isobutila. c) Fenilacetato de metila Deve-se reagir álcool metílico com ácido benzoico, com o mesmo mecanismo para formação do propionato de isobutila.
8. Qual é o reagente limitante neste experimento? Demonstre através de cálculos.
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A proporção de ácido acético é 2:1 para o álcool. Portanto, o reagente limitante da reação é o álcool benzílico. 1 mol álcool benzílico --- 1 mol acetato de benzila 0,1248 mols álcool benzílico --- 0,1248 mols de acetato 0,1248 mol x 150,18 g/mol = 18,743g Deveria portanto ser produzido 18,743g de acetato.
9. Calcule o rendimento da reação e discuta seus resultados (purificação, dificuldades, rendimentos). X = 7,96 . 100 = 42,47% 18,743 O rendimento foi baixo, pode-se concluir desse resultado que a perda do acetato no momento da separação da fase orgânica da fase aquosa pode ter sido a causa do resultado final.
10. Cite alguns exemplos de ésteres encontrados na natureza. Encontrados nas essências de frutas, óleos e gorduras, nas ceras e nos fosfátides (lecitina do ovo e cefalina do cérebro).
