Preparao e Reactividade do cido Benzico

Rui Pedro Lousa das Neves Bioqumica 5 Feira Coimbra 06/05/99

Introduo e IntroduoOs cidos carboxlico so compostos caracterizados pela presena do grupo carboxilo. Este grupo confere polaridade molcula assim como tambm possibilita o estabelecimento de pontes de hidrognio com outras molculas com iguais propriedades. Quanto solubilidade, analogamente aos lcoois pela capacidade de formar pontes de hidrognio, os acclicos mais pequenos so solveis em gua no entanto a partir dos 6 carbonos a solubilidade neste solvente praticamente nula dada a grande estabilidade de cargas. O cido benzico inclui-se nesse segundo grupo e solvel em solventes menos polares como teres, lcoois, no benzeno, etc Comparativamente com a classe dos lcoois, cujas molculas apenas conseguem estabelecer uma ligao de hidrognio, os cidos, por terem a possibilidade de formar duas ligaes, vem o seu ponto de ebulio ser mais elevado. Quanto preparao, os cidos em geral podem ser obtidos a partir da Oxidao de lcoois primrios R-CH2OH (KMnO4) R-COOH Oxidao de alquilbenzenos Ar-R (KMnO4 ou K2Cr2O7) Ar-COOH Carbonao de reagentes de GrignardR-X (Mg) R-MgX (CO2) R-COOMgX (H+) R-COOH

Hidrlise de nitrilos R/Ar -CN + H2O (cido ou Base) R/Ar COOH + NH3 Sntese malnica A oxidao no entanto o mtodo mais directo e por ele que iremos procurar obter o cido benzico embora o faamos no a partir de um lcool mas sim de um aldedo: o benzaldedo. 2 C6H5CHO + NaOH (KMnO4) C6H5COONa + C6H5CH2OH Pela equao acima escrita, poderamos pensar que o trabalho no nos levara formao de um cido mas sim de um sal de cido. Na verdade tal formao deve-se presena da base em soluo que faz converter completamente o cido no seu sal correspondente. A formao do sal bastante vantajosa devido solubilidade que este apresenta em gua contrariamente ao cido. A reconverso do sal a partir cido d-se pela protonao do meio. RCOOH cido RCOOSal

Tanto a protonao como a desprotonao respectivamente dos ies carboxilato e dos cidos so processos fceis embora a segunda seja mais fcil do que a primeira.

A obteno de cido benzico a partir de benzaldedo pode ocorrer tambm pela autooxidao deste em contacto com O2 atmosfrico e com a luz e surge afectada pela presena quer de catalizadores, quer de inibidores podendo estes ser a hidroquinona em pequenas concentraes. Resta-nos dizer que a reaco caracterstica dos cidos so as reaces de substituio e neste caso concreto do cido benzico: a substituio electoflica aromtica.

Sntese do cido Benzico

Clculos para determinao do volume de permanganato de potssio a utilizarSoluo de KMnO4 a 5% M(KMnO4) = 158 g/mol Densidade (d) do benzaldedo = 1,044 g/ml Volume (v) de benzaldedo = 2 ml M(C6H5CHO) = 106 g/mol d = m / v m = 1,044 x 2 m = 2,088 g aplicando regra de trs simples: massa de KMnO4 = (158 x 2,088 ) / 106 = 3,112 g como est apenas a 5% massa volume: v = ( 3,112 x 100 ) / 5 = 62,24 ml Como no protocolo pedido um excesso de 10ml ao calculado, o volume a utilizar ento 62,24 + 10 = 72,24 ml

Clculos para determinao do rendimentoDensidade (d) do benzaldedo = 1,044 g/ml Volume (v) de benzaldedo = 2 ml M(C6H5CHO) = 106 g/mol 99,5% (m/m) M(C6H5COOH) = 122 g/mol Massa prtica obtida = 1,2 g

Por regras de trs simples: m = 2 x 1,044 = 2,088 g Como est a 99,5 %: m pura = (2,088 x 99,5 ) / 100 = 2,077

massa de cido benzico terica = ( 2,077 x 122 ) / 106 = 2,39g

(%) = (1,2 / 2,39 ) x 100 = 50,2 %

Discusso do Protocolo e dos ResultadosPrimeiramente, uma observao a ser feita est ainda relacionada com a determinao do volume de permanganato de potssio a utilizar. Segundo a equao geral do trabalho: 2 C6H5CHO + NaOH (KMnO4) C6H5COONa + C6H5CH2OH poder-se-ia pensar que a proporo lcool / permanganato fosse de 2 para 1 mas na verdade assim no acontece visto que na reduo do permanganato primeiramente a trixido de mangansio o seu nmero de oxidao (n. o.) passa de +7 para +5, consumindo 2 electres, e a oxidao do lcool caracterizada pela passagem do n. o. do carbono hidroxilado de +1 para +3 por libertao de igual nmero de electres. Ou seja h uma transferncia de dois electres por cada molcula de lcool e de permanganato consumidas na reaco e por isso a proporo estequiomtrica ser de 1 para 1.+7 +5 +4

MnO4- + 2e- MnO3- + 1e- MnO2 +1 +3

C6H5CHO 2e- + C6H5COOH O uso do MnO4- deve-se ao forte poder oxidante sendo a reduo deste um processo espontneo e muito favorvel porque Eo > 0 implicando isso G < 0 . A necessidade de obteno do intermdio sal de cido em vez de directamente se procurar o cido, devem da no solubilidade deste ltimo em gua. Se no se tivesse adicionado a base soluo, teriamos obtido ento o cido, que por no ser solvel

precipitaria formando assim uma segunda fase slida dado a presena de MnO2 (s) j a precipitar. A extraco do cido tornar-se-ia ento um processo mais complexo, complicado e certamente trabalhoso. Tal como foi feito, foi-nos permitida primeiramente a extraco do MnO2 por filtrao e s depois se procurou a formao do cido sendo este tambm extrado por igual processo fsico. A funo do carvo activo neste trabalho a de agente secante, com ele procura-se extrair todo o MnO2 ainda presente em soluo e responsvel pela colorao acastanhada do filtrado. Quando acidificamos a soluo filtrada e a arrefecemos, podmos ver a formao quase imediata de um precipitado branco: o cido benzico. O facto de acidificarmos provoca a o consumo dos OH- em soluo e posterior transformao do sal de cido presente, no respectivo cido, por protonao desfazendo o equilbrio: RCOOH cido RCOOSal

Por fim devemos referir que o clculo do ponto de fuso proposto pelo procedimento experimental, no foi calculado. Quanto ao rendimento obtido, este parece-nos bastante satisfatrio tendo em conta as tcnicas utilizadas durante o trabalho e que em muito contribuem para perdas significativas de produtos. Entre essas tcnicas de destacar as filtraes por vcuo que no se utilizando um filtro de porosidade adequada, permite a passagem de slido para o filtrado.

Reactividade1 Teste Este primeiro teste no teve a componente prtica, limitando-se apenas pesquisa das constantes de acidez dos cidos benzico, acptico e clordrico. Ka (acptico)=1,8 x 10-5 Ka (benzico)= 6,5 x 10-5 Ka (clordrico)= 107 Tanto o cido benzico como o acptico so cidos considerados como fracos, permanecendo, em soluo aquosa, um equilbrio dinmico entre o cido e a sua base conjugada. No entanto possvel ver que o cido benzico apresenta uma constante ligeiramente superior indicando isso que a desprotonao nele um processo mais favorvel conduzindo isso a um aumento de concentrao de H+ em soluo

diminuindo o pH da mesma. Em suma: o cido benzico ligeiramente mais cido do que o acptico. Quanto ao clordrico, um cido forte, e em soluo praticamente deixa de existir sob a forma de HCl sofrendo a ionizao quase completa. O seu Ka ronda os 107 o que demostra o elevadssimo grau de ionizao que ele sofre. ento um cido forte criando solues de pH baixo.

2 TesteEquiv. Neutralizao = [peso da amostra(g) x 1000] / [volume de base (ml) x concentrao da base]

Peso da amostra = 0,2 g Volume de base = 16,7 ml Concentrao da base = 0,1 M Equiv. Neutralizao = 119,76 A partir do equivalente de neutralizao, podemos achar a massa molar do composto em causa : Massa molar = Equiv. Neutralizao x N de grupos acdicos das molculas = 119,76 x 1 = = 119,76 Na verdade, sabemos que a massa molar do cido benzico 122,13 g/mol. Calculando a % de erro: [ 122.13 119,76 / 122,13 ] x 100 = 1,94 % Perante esta margem de erro, que podemos considerar como insignificante, surge-nos dizer apenas que o trabalho correu bem e que o composto obtido mesmo cido benzico.

3 Teste Quanto ao teste da solubilidade realizado podmos ver deu claramente positivo visto que se verificou a solubilizao do cido tal como era previsto. O cido, na presena de hidogenocabonato de sdio, sofre desprotonao ocorrendo a formao de um sal de cido, que solvel em gua, e de cido cabnico que fica em soluo. Trata-se portanto de uma substituio electoflica. Tal reaco era j prevista visto que o anio formado da ionizao do sal ( io hidrogenocarbonato), suficientemente forte para atrair para si o hidrognio libertando-o da ligao com o oxignio. C6H5COOH (s) + NaHCO3 (aq) C6H5COONa (aq) + H2CO3 (aq)

Questes

As equaes relativas ao processo de preparao do cido benzico so: C6H5CHO 2e- + C6H5COOH Como oxidao do lcool e: MnO4- + 2e- MnO3- + 1e- MnO2 Como reduo da espcie oxidante

BibliografiaPara alm da sebenta da cadeira: Carey, Francis A. , Organic Chemistry, McGraw-Hill, 3 ed ,1996 Morrisson, R. , Qumica Organica, Fundao Calouste Gulbenkian, 13 ed ,1996 Chang, Raymond, Qumica, McGraw-Hill, 19945