Universidade Federal de Goiás Instituto de Química Química Orgânica Experimental
Preparação do Salicilato de metila
Victor Marques Liliane Paes Higor Moraes
Goiânia, junho de 2013
Resumo
Os ácidos carboxílicos reagem com alcoóis para formar ésteres através de uma reação de condensação conhecida como esterificação que em como aplicação a fabricação de essências artificiais de frutas. Os ésteres simples são normalmente preparados em laboratórios através da reação de um ácido carboxílico com um álcool, na presença de um catalisador, no caso um ácido mineral, ácido sulfúrico ou ácido clorídrico anidro. Essa reação é conhecida como esterificação de Fischer. A esterificação é um processo reversível. Neste trabalho foi sintetizado o salicilato de metila que foi produzido por esterificação, pela reação do ácido salicílico com o metanol.
Introdução
O salicilato de metila é um composto orgânico de formula molecular C8H8O3 e estar presente em folhas de gaultéria e também pode ser obtido sinteticamente por meio da reação de esterificação do acido salicílico e metanol. [1] O salicilato de metila ou 2-hidroxibenzoato de metila é um líquido incolor levemente amarelado que possui um odor característico de menta e é um líquido pouco solúvel em água, miscível com etanol, clorofórmio, ácido acético glacial, óleos gordos e óleos essenciais. Sua densidade relativa é aproximadamente 1,18 e faixa de ebulição está entre 221 e 225 ºC e índice de refração variando entre 1, 535 e 1,538. [2] É usado principalmente na indústria como ingrediente cosmético com atividades denaturante, agente flavorizante e fragrância usada em produtos de higiene oral, sabões para banhos ou detergentes, óleos e sais de banho, preparações para uso corporal e mãos, limpeza da pele, pós e sprays para os pés, condicionadores para cabelo, xampus, tônicos, refrescantes da pele, protetores solares. Sendo metabolizado na derme e tecidos subcutâneos através de reações de hidrolise formando salicilato, podendo atuar no mecanismo de ação das cocloxigenases devendo ser evitado o uso de aquecimento e oclusão no local de aplicação para evitar o aumento da absorção percutânea. [1] É sintetizado principalmente por esterificação que é um processo para a obtenção de ésteres, formado a partir de uma substituição de uma hidroxila (OH) de um ácido por um radical alcoxíla (-OR). O método mais comum é a reação reversível de um ácido carboxílico com um álcool, havendo eliminação de água (Figura 1). [3]
Figura 1 - Reação geral para esterificação
Processos de esterificação são importantes na produção de ésteres de interesse comercial principalmente nas áreas de solventes, diluentes, plastificantes, surfactantes, polímeros, essências e fragrâncias sintéticas, herbicidas, pesticida e como intermediário químico para indústrias farmacêuticas. O método mais comum e mais utilizado em processos industriais para obtenção de ésteres é a reação reversível de um ácido carboxílico com um álcool, havendo eliminação de água. Reações de esterificação são exemplos clássicos de reações reversíveis; a reação inversa é conhecida como hidrólise [3]
Parte experimental Materiais e reagentes
Béquer de 250 mL Papel de filtro Balão de fundo redondo de 100 mL Pérolas de vidro Condensador Mangueira Garra Erlenmeyer Rotaevaporador Funil de separação Funil de vidro Papel de filtro Ácido Salicílico Metanol Ácido Sulfúrico concentrado Diclorometano Bicabornato de Sódio Sulfato de Magnésio Procedimento Experimental
Em um béquer pesou-se 13,8 g de ácido salicílico e em seguida adicionou-se 50 mL de metanol, após a adição, transferiu-se a solução para um balão de 125 mL e adicionou-se 5 mL de ácido sulfúrico concentrado gotejando em velocidade lenta. Depois de adicionado os reagentes, colocou-se a solução em um sistema (Figura 1) para refluxar por 2 horas.
Figura 2 – Esquematização do aparelho de refluxo contendo ácido silícico, ácido sulfúrico concentrado, metanol e pérolas de vidro
Após o período de 2 horas de refluxo retirou-se a solução e fez-se o processo de extração (figura 2) com diclorometano e solução saturada de bicabornato de sódio. O processo de lavagem com bicarbonato de sódio foi repetido mais duas vezes e de forma lenta, pois este processo é bastante exotérmico. A fase orgânica é a mais densa, ou seja, é a fase que se forma na parte de baixo.
Figura 3 – Sistema de extração da fase orgânica e da fase inorgânica.
Com a fase orgânica armazenada em um erlenmeyer, adicionou-se sulfato de magnésio para “secar” a fase orgânica. Em seguida filtrou -se o produto para um balão de 100 mL utilizando um funil de vidro e papel de filtro. Em seguida evaporou-se o restante de solvente presente no produto com a ajuda de um rotaevaporador. Pesou-se em seguida o produto em uma balança analítica e obteve-se o peso de 5,74 g de salicilato de metila.
Resultados e discussão
Reações de esterificação ocorrem através da reação reversível de um ácido carboxílico com um álcool, na presença de um catalisador tendo como produto final um ester. Nessa pratica foi sintetizado o Salicilato de metila através da reação entre o acido salicílico e o metanol em meio acido (H 2SO4), servindo como catalisador. (Figura 4)
Figura 4 - Síntese do Ester salicilato de metila.
Esterificações são facilitadas através do aumento da temperatura do meio reacional e presença de catalisador. A velocidade de formação do éster depende do ácido orgânico e álcool utilizado. Dessa forma fez necessário refluxar o meio com acréscimo de ácido sulfúrico para que a reação ocorresse mais rapidamente. Quando a reação atinge o equilíbrio, existe uma proporção de razoável dos reagentes iniciais. Estudo mecanistico
Figura 5 - Mecanismo de esterificação para a síntese do salicilato de metila.
Primeiramente ocorre protonação do acido salicílico onde o hidrogênio ,proveniente do meio acido, ataca o oxigênio da carbonila o oxigênio protonado,o deixando mais próprio ao ataque do metanol.Nesse momento a dupla se desfaz quando o nucleófilo ataca o carbono carbonílico, liberando pares de elétrons para o oxigênio.E o par de elétrons do oxigênio do álcool ataca o carbono carbonílico, formando um intermediário tetraédrico. Em seguida o grupo hidroxila do ácido ataca o hidrogenio da molécula do metanol fazendo uma transferência de prótons intramolecular, isso porque é mais fácil atacar esse hidrogenio do que pegar do meio reacional. Nesse momento há formação de água que por ser um bom grupo abandonador acaba saindo da molecula. O par de elétrons dessa molécula de água ataca o hidrogênio do grupo hidroxila ligado ao carbono carbonílico desfazendo-se a ligação e liberando um par de elétrons para o oxigênio. Esse par de elétrons volta a se ligar com o carbono carbonílico formando uma dupla ligação novamente formando o Salicilato de metila e liberando água para o meio reacional onde ácido e água ficam em equilíbrio. Após a síntese fez necessário a extração do produto com diclorometano e seguiu-se de uma separação da fase aquosa com lavagem com solução saturada de bicarbonato de sódio para que neutralizasse o meio. Depois dessas lavagens e separações o produto é submetido a rotaevoparação e obteve-se 5,73g de salicilato de metila. Calculo do rendimento
A concentração dos reagentes também é de suma importância para o rendimento dessa reação. Com quantidades equimolares (1:1) de ácido e álcool, a esterificação pára segundo sua cinética, quando 2/3 do ácido é consumido. Assim quantidades equimolares de éster e água, a hidrólise pára quando 1/3 do éster reage. Variando a taxa ácido/álcool, isto é, trabalhando com excesso de um dos reagentes, é possível deslocar o equilíbrio, aumentando o rendimento.Nesta pratica foi usado excesso de metanol para que o equilíbrio se deslocasse para a direita obtendo, portanto maior rendimento nessa síntese. Portando o calculo do rendimento parte da massa utilizada de acido salicílico com estequiometria de (1:1): 1 mol C7H6O3 ---- 1 mol C8H8O3 138,123 g ------ 152,1494 g 13, 8 g ------ x X = 15,20 g ( Valor teórico ) Na pratica se obteve um valor de 5,73 g de salicilato de metila com um rendimento de 37, 7 %. O produto obtido foi um líquido oleoso , viscoso , com um odor forte e agradável ( Figura 6) .
Figura 6 – Salicilato de metila obtido na aula prática
Conclusão
Foi possível preparar Salicilato de metila através da reação entre o acido salicílico e metanol em excesso em um meio acido essencial para catalisar a reação evidenciando assim uma reação de esterificação obtendo um rendimento de 37,7% que foi baixo devido a problemas na extração e separação da fase orgânica no mal manejo do funil de separação.Podemos associar o baixo rendimento ao equilibrio entre a água e o salicilato de metila no final da reação. Para que esta reação ocorra por completo deve-se manter condições adequadas e principalmente manter o tempo de reação correto. É preciso verificar a qualidade dos reagentes e a condição do sistema de refluxo, para que ao final éster e água sejam obtidos.
Bibliografia
[1] ANVISA – Salicilato de metila: uso e aplicações Disponivel em: http://www.anvisa.gov.br/cosmeticos/informa/parecer_salicilato_metila.htm < Acesso: 27/06/2013 > [2] ANVISA-Salicilato de metila. Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/hotsite/farmacopeiabrasileira/arquivos/cp39_mat_prim a/salicilato_metila.pdf < Acesso: 27/06/2013> [3] BARCZA, M; Processos da indústria química - Esterificação. Disponível em: http://www.dequi.eel.usp.br/~barcza/Esterificacao.pdf < ACESSO em : 26/06/2013 > [4 ]SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.
