Universidade Federal Fluminense Instituto de Química Departamento de Química Orgânica
Relatório de Separação & Purificação da Mistura 7
Professora: Marcela Turma: Farmácia 2014.1 Acadêmica: Patricia Alice Knupp Pereira
Niterói, 25 de maio maio de 2014
Sumário 1. 2.
Introdução ............................................................................................................. 3 Resultados e Discussão: ........................................................................................ 3 2.1. Análise Preliminar e Purificação ..................................................................... 3 2.1.1. Mistura........................................................................................................ 3 2.1.2. Separação: ................................................................................................... 4 2.1.3. Purificação .................................................................................................. 6 2.1.4. Características observadas dos compostos separadamente............................ 7 2.2. Cromatografia ............................................................................................. 8 2.3. Espectros de Infravermelho (IV) ......................................................................... 9 3. Conclusão ........................................................................................................... 12 4. Referências Bibliográficas ................................................................................... 13
2
1. Introdução A Análise Orgânica como ciência tem sido empregada deste o início do desenvolvimento da Química Orgânica, embora possa não possuir esta denominação desde os seus primórdios. Analisar amostras através de diferentes métodos e reações químicas é à base desta ciência e nos confere uma extensa gama de vantagens, visto que é de essencial importância que conheçamos as características do composto o qual manipularemos por motivos, como segurança nos resultados apresentados, proteção do manipulador e auxílio na escolha das melhores técnicas a serem empregadas. Sendo assim, evidencia-se a importância da Análise Orgânica nas atividades diárias de todos aqueles que seguem o caminho da Química Orgânica. Recebeu-se para análise a mistura de número 7 e tratava-se de um composto do tipo sólido-sólido à temperatura ambiente, sendo que um dos seus componentes apresentavam diferentes colorações, notando-se a presença de alguns grânulos amarelados e outros esbranquiçados. Quanto ao odor, orientou-se a não verificá-lo, uma vez que em determinados compostos poderiam ser encontradas substâncias tóxicas. Após o recebimento da mistura, seguiu-se com as etapas de separação e purificação, de modo a obter-se a elucidação da estrutura de cada composto componente da amostra.
3
2. Resultados e Discussão 2.1. Análise Preliminar e Purificação 2.1.1. Mistura Como já se sabe, a mistura possui dois compostos desconhecidos que serão elucidados mediante diversas análises físicas e químicas. Através da amostra recebida, diversos parâmetros puderam ser observados, estabelecendo-se algumas características iniciais de extrema importância para o desenvolvimento do processo. Estas se encontram listadas (Tabela 1) e foram analisadas para realização das etapas posteriores, a saber, separação e purificação. Vale ressaltar que todos os demais processos são dependentes destas.
Tabela 1: Dados da Amostra 7 Características Analisadas
Mistura
Estado Físico
Sólido-sólido
Cor
Grânulos amarelos e brancos.
Odor
Recomendou-se a não verificação, devido a possível existência de substâncias tóxicas.
Queima
Esperou-se a separação dos compostos para realização
deste
teste,
visando-se
a
identificação das características individuais de cada uma.
Caráter
Ácido
Cromatografia em Camada Fina Apresentação de uma única mancha após (CCF)
revelação através da luz ultravioleta (U.V.)
4
2.1.2. Separação Inicialmente, fez-se uma Cromatografia em Camada Fina (CCF), que será descrita posteriormente, para observação da polaridade dos constituintes da mistura. Baseando-se nos resultados obtidos, realizaram-se os testes de acidez e basicidade visando-se a possibilidade da realização de uma Extração Ácido-Base, em que se explora a diferença de polaridade entre dois compostos de uma mistura para que estes se separem em duas diferentes fases. O primeiro teste a ser realizado, foi o de caráter ácido, onde se utilizou um tubo de ensaio, adicionando-se pequena quantidade de amostra em acetato de etila. A orientação do teste é que seja realizado com dissolução da amostra em água, porém esta é insolúvel neste solvente. Utilizando-se um solvente distinto, fez-se um padrão para efeitos de comparação. A seguir, acrescentou-se ao tubo, duas gotas de Iodeto de Potássio (KI) a 2% e de solução aquosa de Iodato de Potássio (KIO3). Tendo-se realizado isto, aqueceu-se o tubo em banho-maria. Pode-se observar no padrão positivo e na amostra uma separação de fases e uma coloração acastanhada. Já o padrão positivo, não apresentou alteração na cor, mas também separou-se em 2 fases. Sendo assim, pode-se concluir que a amostra apresenta caráter ácido. A seguir, realizou-se o teste para observação do caráter básico. Para este, também se utilizou como solvente o acetato de etila, pelos mesmos motivos citados anteriormente no teste de caráter ácido. Empregou-se um tubo de ensaio com a amostra e o acetato de etila e, em seguida, adicionou-se uma gota da solução saturada de níqueldimetilglioxima. O padrão positivo apresentou um precipitado vermelho, já o negativo uma leve coloração amarela clara, semelhantemente à amostra, indicando que a mistura não possui características básicas. Com base nos dados obtidos com relação às características ácidas e básicas da amostra, pode-se determinar a escolha da técnica de Extração Ácido-Base, dadas as características ácidas de um dos compostos da amostra. A totalidade da amostra foi solubilizada em diclorometano. Adicionou-se esta mistura a um funil de separação e logo em seguida, também uma solução aquosa saturada de bicarbonato de sódio. Agitou-se a mistura, retirou-se a pressão e deixou-se em repouso por um determinado tempo. Duas fases foram formadas, uma de coloração amarelada (fase orgânica) em 5
cima e a outra hialina (fase aquosa) com a presença de pequenos cristais, que poderiam ser da amostra ou um excesso de bicarbonato de sódio, esta se encontrava na região inferior, tendo isto ocorrido devido às diferenças de densidade. Vale ressaltar que o processo de adição de bicarbonato de sódio adicionado à fase orgânica foi realizado duas vezes de modo a remover possíveis resíduos presentes do composto ácido na fase orgânica, o que não promoveria uma separação adequada. Com a separação das fases, processos distintos foram realizados de modo a obterem-se os compostos da mistura separadamente. Para obtenção do sólido da fase orgânica, evaporou-se o solvente com a utilização do equipamento denominado Rotaevaporador. Este opera utilizando-se de um sistema a vácuo visando à redução do Ponto de Ebulição do solvente para que a evaporação ocorra de forma mais rápida e significativa. Ao final do processo, obteve-se um sólido de coloração amarela e com pureza desconhecida. Com a fase aquosa, o processo ocorreu de maneira diferente, onde adicionou-se inicialmente ácido clorídrico (HCl) à amostra visando-se a regeneração do ácido, uma vez que este encontrava-se dissolvido na água como sal solúvel. Controlou-se o pH obtido durante a adição de modo que o meio realmente estivesse ácido para minimizar perdas do composto. Observou-se que uma grande quantidade de precipitado foi formado e este foi filtrado a vácuo para recolhimento dos cristais. Estes possuem um aspecto esbranquiçado e aparentemente impuro devido à presença de partículas significativamente distintas na amostra.
2.1.3. Purificação Após a obtenção dos cristais separadamente torna-se necessário à purificação de ambos para que possíveis partículas presentes não interferissem nas análises que seriam realizadas posteriormente. O método de escolha para tal foi à recristalização por motivos como a sua facilidade de realização, eficácia e também, o fato desta não demandar nenhuma característica especial do composto em questão, como alta pressão de vapor, que é fundamental no caso do processo de sublimação. Com a fase orgânica, inicialmente escolheu-se o solvente que mais se adequava ao processo, a saber, aquele que solubilizou a amostra muito bem a quente e pouco a 6
frio, utilizando-se para isto pequenas quantidades de amostra e do solvente em um tubo de ensaio. O primeiro a ser testado foi o hexano, uma vez que se tinha o conhecimento prévio de que ambos os compostos quando em forma de mistura eram solúveis em solventes de polaridade média como acetato de etila e diclorometano. De fato, o hexano foi selecionado como ideal para realização da recristalização por se enquadrar nas condições esperadas e já mencionadas. A seguir, buscou-se o Ponto de Ebulição do hexano no Handbook, encontrando-se o valor de 65°C. Aqueceu-se a mistura até o ponto de ebulição do solvente, adicionando-se um pouco mais deste até que toda a amostra fosse solubilizada, logo após filtrou-se a quente em um sistema de filtração por gravidade e as impurezas insolúveis ficaram retidas no papel de filtro. Resfriou-se, então, o filtrado para a recuperação dos cristais utilizando-se uma cuba de gelo e atritando-se um bastão de vidro na parede do bécher, observando-se a formação dos cristais. Filtrou-se a solução a vácuo, obtendo-se cristais finamente divididos e de coloração amarela. Para a fase aquosa, as mesmas etapas foram realizadas, e o mesmo solvente empregado, uma vez que este também atendia às exigências necessárias assim como se observou com a fase orgânica. Novamente solubilizou-se a amostra até o ponto de ebulição do solvente e filtrou-se a quente obtendo-se o filtrado, que foi resfriado gerando-se os cristais. Filtrou-se a solução a vácuo recuperando-se um sólido branco e com aspecto de alta agregação dos cristais, lembrando uma espécie de pasta.
2.1.4. Características observadas dos compostos separadamente Após os processos de separação e purificação dos componentes da amostra, outras características puderam ser avaliadas, uma vez que cada composto possui suas características próprias, sendo estas utilizadas para a identificação de cada um deles. Estas foram listadas (Tabela 2) de modo a esclarecer e diferenciar cada parte correspondente a uma das fases geradas após a Extração Ácido-Base.
Tabela 2: Dados dos Componentes Separados e Purificados Provenientes da Amostra 7 Características Analisadas
Fase Aquosa
Fase Orgânica
7
Cont:. Estado Físico
Sólido
Sólido
Cor
Grânulos brancos
Cristais amarelos
Odor
Recomendou-se verificação, possível
a
não Recomendou-se
devido
a verificação,
existência
substâncias tóxicas.
Queima
Chama
amarela
fuliginosa.
de possível
a
não
devido
existência
a de
substâncias tóxicas. e Chama
amarela
e
fuliginosa, observada de forma bem marcante.
Caráter
Ácido
Neutro
Ponto de Fusão
138-139°C
112-114°C e 110-112°C
2.2. Cromatografia A CCF tem como objetivo, a elucidação da polaridade dos constituintes de uma mistura. Uma representação esquemática da placa cromatográfica obtida está demonstrada na Figura 01. A amostra, como dito anteriormente, encontra-se na forma sólida, logo se tornou necessário dissolvê-la antes da realização da CCF, sendo isto realizado em uma Placa de Petri. Para escolha do solvente ideal, testou-se uma série de opções observando-se que os de polaridade intermediária dissolviam melhor a amostra. Por fim, escolheu-se o diclorometano, que solubilizou bem a amostra, além de se mostrar como um composto bastante volátil o que facilita a sua remoção. Em seguida, tornou-se necessária a escolha de um eluente para realização da técnica, sendo isto realizado de modo comparativo aos solventes empregados no teste de 8
solubilização da amostra. Sabe-se que o diclorometano foi o selecionado logo, este também foi utilizado como eluente, pelos motivos anteriormente citados. Após as etapas de seleção do solvente e eluente, a CCF foi realizada utilizandose um bécher, papel de filtro, para impregnação do ar com o eluente, vidro de relógio cobrindo a parte superior do bécher e o próprio eluente, aguardando-se o tempo de eluição deste ao longo da placa. Logo depois, esperou-se o tempo de secagem da placa e esta foi levada para revelação, onde se empregou o método que se utiliza da luz ultravioleta (U.V.), utilizando-se o comprimento de onda 254nm. Vale ressaltar sobre este método que as compostos revelados são aqueles que possuem um sistema conjugado. Componentes da própria fase estacionária tornam a amostra fluorescente e passível de observação. Através da utilização do método mencionado pode-se notar a formação de uma única mancha que eluiu consideravelmente, indicando sua maior afinidade pela fase móvel frente a fase estacionária que apresenta alta polaridade por ser constituída de sílica. Isto pode ser verificado qualitativamente através do cálculo do Fator de Retenção ( ), que é a razão da distância da mancha à origem e a distância da frente da fase móvel à origem. O cálculo se encontra demonstrado a seguir:
Os valores de podem variar numa escala de 0 a 1, sendo que quanto mais próximo de 1, maior a afinidade do composto pela fase móvel e quanto mais próximo de 0, maior a afinidade pela fase estacionária. Como o valor obtido se aproxima mais do 1, pode-se comprovar o que foi mencionado anteriormente.
2.3. Espectros de Infravermelho (IV) Empregou-se como Método Físico de Análise Orgânica o IV para confirmação dos compostos provenientes da amostra, juntamente com as informações obtidas através das análises químicas. Este se baseia na aplicação de comprimentos de onda não ionizantes sobre uma substância, visando-se a obtenção de bandas de absorção característicos de determinados grupos funcionais ou ligações da molécula enviada para análise, de modo a elucidar a sua estrutura química, uma vez que os valores de bandas
9
de absorção são, na maioria dos casos padronizados. Os espectros obtidos para as substâncias presentes na fase aquosa e orgânica estão anexados ao relatório. Apresenta-se descrito na Tabela 3 uma observação panorâmica bandas de absorção que podem descrever as características dos compostos de acordo com o seu respectivo espectro. Valendo ressaltar que o espectro de IV pode ser dividido em 5 regiões distintas. Já a Tabela 4, demonstra de forma mais específica e direcionada as bandas que diferenciam cada composto de outros reduzindo o número de possibilidades para identificação do mesmo, facilitando a determinação da estrutura e o nome da substância recebida.
Tabela 3: Aspectos gerais relacionados às bandas de absorção obtidas Regiões do espectro IV
Fase Aquosa
Fase Orgânica
(cm-1) 4000 a 2500 – Região onde
2966.2 – dupla ligação
3053.8 – dupla ligação
encontram-se as
entre carbonos (aromáticos
entre carbonos (aromáticos
deformações axiais de
e alcenos)
e alcenos).
ligações que contém
2880.6; 2820.2; 2647.4 –
hidrogênio (C-H, O-H, N-
O-H de ácidos
H)
carboxílicos.
2500 a 1820 – Região onde
Sem presença de bandas de
encontram-se as
absorção.
-
deformações axiais de grupamentos funcionais que contém ligações acumuladas e triplas, como nitrilas, alquinos, isocianatos, alenos, azocompostos, etc. 1820 a 1350 – região onde
1681.2; 1590.6 – ligação
1625.2; 1649.6; 1590.3;
aparecem as bandas de
C=C de aromáticos.
1494.0; 1447.1 – ligação
deformação axial de
1681.2 – C=O de ácidos
C=C de aromáticos.
ligações duplas (C=C,
carboxílicos.
1625.2 – C=O de ácidos 10
C=O, C=N, NO2, N=O).
carboxílicos.
1350 a 910 – Região
Foram observadas as
Foram observadas as
conhecida como a região
seguintes bandas: 1311.4;
seguintes bandas: 1340.5;
de “impressão digital” da
1264.9; 1171.9; 1043.0;
1283.3; 1190.6; 1099.3;
molécula. Encontram-se as
910.1.
1028.1; 980.6.
bandas de deformação angular dos grupos já descritos e as de deformação axial das ligações C-C, C-O e C-N. 910 a 625 – É conhecida Encontraram-se como
a
região
aromáticos.
as Encontraram-se
as
de seguintes bandas: 792.2; seguintes bandas: 883.7; As 708.4; 741.7; 645.1.
850.1; 759.8; 692.2.
deformações de ligação CCl ocorrem também nesta região.
Tabela 4: Principais bandas encontradas com prováveis funções Função Aromáticos
Fase Aquosa
Fase Orgânica
2966.2 – deformação axial C-H
3053.8 – deformação axial
741.7 – 5 ou 4 H
C-H
adjacentes 1681.2 e 1590.6 –
759.8 e 692.2 – 5 ou 4 H
deformação axial C=C
adjacentes 1625.2; 1590.3; 1494.0; 1447.1 – deformação axial C=C
11
Cont:. Função Ácidos carboxílicos
Fase Aquosa
Fase Orgânica
2647.4 – deformação axial O-H 910.1 – deformação angular O-H 1681.2 – deformação axial C=O de aromáticos 1407.9; 1311.4;1171.9; 1264.9 – deformação axial C-O.
3. Conclusão Tendo em vista o que foi explicitado acima, pode-se concluir que através de diferentes técnicas e métodos é possível a separação, purificação e identificação de uma substância de modo que esta possa ser empregada em processos posteriores.
12
4. Referências Bibliográficas 1 – CUNHA, M. F. V., BERNADINO, A. M. R., SOUZA, N. A. Apostila de Análise Orgânica Experimental, Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense, Rio de Janeiro, 2014, p. 4-18. 2 - SOARES, B. G., SOUZA, N.A., PIRES, X. P. Química Orgânica: Teoria e Técnicas de Preparação, Purificação e Identificação de Compostos Orgânicos, Ed. Guanabara, Rio de Janeiro, 1988, p. 294-303.
13
