MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI

DIAMANTINA – MINAS GERAIS

Instituto de Ciência e Tecnologia - ICT

ATIVIDADE 1

ANÁLISE ORGÂNICA QUALITATIVA: avaliação da solubilidade como propriedade física para algumas classes de compostos orgânicos

Profs. Responsáveis: Dr. Marcelo Moreira Britto

Dr. Lucas Franco

OBJETIVO: Introdução de alguns conceitos relacionados às interações intermoleculares e reações ácido-base envolvendo moléculas orgânicas.

Utilização de parâmetros de solubilidade para aplicação em síntese e no isolamento de substâncias orgânicas de origem natural ou sintéticas.

INTRODUÇÃO

SOLUBILIDADE: Conhecer bem o fenômeno da solubilidade é essencial para a compreensão de muitos procedimentos e técnicas em um laboratório de química orgânica. Os testes de solubilidade são muito importantes pois podem revelar se o composto é um ácido forte (ácidos carboxílicos), um ácido fraco (fenóis), uma base forte (aminas) ou um composto neutro (aldeídos, cetonas, álcoois, ésteres). Tais informações nos permitem eliminar ou escolher vários grupos funcionais possíveis. Estes testes são simples e requerem apenas uma pequena quantidade de amostra. O teste de solubilidade deve ser feito para todos os compostos desconhecidos. A solubilidade de compostos orgânicos é importante tanto em reações envolvendo a síntese de compostos orgânicos uma vez que os reagentes precisam estar em solução para que a reação prossiga em uma velocidade apreciável, bem como na separação e purificação de compostos orgânicos de origem natural ou sintética. Os solventes mais comuns utilizados em testes de solubilidade são: - Água - Solução diluída de ácido clorídrico - Solução diluída de bicarbonato de sódio - Solução diluída de hidróxido de sódio - Ácido sulfúrico concentrado - Solventes orgânicos - Solubilidade em água: Compostos que contém quatro carbonos ou menos, oxigênio,

nitrogênio ou enxofre são frequentemente solúveis em água. Compostos contendo cinco, seis átomos de carbono e qualquer um destes três elementos (oxigênio, nitrogênio e enxofre) são

frequentemente insolúveis em água ou possuem solubilidade bastante restrita. Quando a quantidade de átomos de oxigênio, nitrogênio ou enxofre aumenta na estrutura da molécula a solubilidade da molécula em água aumenta.

Procedimento: Na bancada do laboratório encontram-se alguns compostos orgânicos, alguns sólidos outros líquidos e a maioria deles comuns em laboratórios de química orgânica. Determine a solubilidade em água dos compostos relacionados abaixo. Para isto, utilizando uma espátula (compostos sólidos) ou um conta-gotas (compostos líquidos), coloque uma pequena quantidade do composto em questão em um tubo de ensaio e a seguir adicione aproximadamente de 1 a 2 mL de água. Agite o tubo de ensaio e anote as observações preenchendo o quadro abaixo. O quadro pode ser preenchido com as observações SÓLUVEL ou INSÓLÚVEL ou, quando for o caso, PARCIALMENTE SOLÚVEL.

SOLUBILIDADE DE ÁLCOOIS EM ÁGUA:

álcool Solubilidade em água Solubilidade em hexano metílico étilico

n-butílico Tert-butílico

Glicerol

SOLUBILIDADE DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS EM ÁGUA:

Ácido carboxílico Solubilidade em água Ácido acetico

Ácido benzóico Ácido salicílico Ácido ádipico

No mesmo tubo de ensaio onde estão os ácidos succinico/água e ácido adipico/água, adicione 1 mL de ácido clorídrico concentrado. Anote as suas observações.

SOLUBILIDADE DE ÉSTERES EM ÁGUA

Éster Solubilidade em água Acetato de etila

Acetato de isopentila Salicilato de metila

SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS HALOGENADOS EM ÁGUA

Composto halogenado Sol. em água Sol. em hexano

Diclorometano Clorofórmio

SOLUBILIDADE DE FENÓIS EM ÁGUA

Composto fenólico Solubilidade em água Fenol

SOLUBILIDADE DE CETONAS EM ÁGUA

Cetona Solubilidade em água Sol. em hexano

acetona cicloexanona

SOLUBILIDADE DE AMINAS EM ÁGUA

Amina Solubilidade em água Anilina

SOLUBILIDADE DE HIDROCARBONETOS EM ÁGUA

Hidrocarboneto Sol. em água Sol. em hexano

dibenzalacetona - Solubilidade em ácido clorídrico diluído: A possibilidade do composto ser uma amina,

poderia ser considerada imediatamente se o composto for solúvel em ácido clorídrico diluído. Aminas alifáticas são compostos que se dissolvem em ácidos pois podem formar sais, denominados cloridratos, que são solúveis em água.

Aminas aromáticas são menos básicas que aminas alifáticas, mas também podem ser protonadas e também podem ser solúveis em ácido diluído. Diaril triaril aminas podem ou não ser solúveis em ácido diluído e não são capazes de serem protonadas devido à reduzida basicidade. Aminas de alto peso molecular são insolúveis em ácido diluído. Procedimento: Em um tudo de ensaio adicione 5 gotas de anilina e em seguida 1 mL de solução de ácido clorídrico 20%. Anote as observações

SOLUBILIDADE DE AMINAS EM SOLUÇÃO DE HCl

Amina Solubilidade em sol. de HCl Anilina

. A seguir acione 2 mL de solução de bicarbonato de sódio. Anote as observações. - Solução diluída de bicarbonato de sódio: Compostos que se dissolvem em solução diluída

de bicarbonato de sódio (uma base fraca), são ácidos fortes (dentre os compostos orgânicos). Ácidos carboxílicos, ácidos fortes, são geralmente solúveis em solução de bicarbonato de sódio.

RNH2 HCl RNH3+ Cl

-+ +

RCOOH NaHCO3 (aq) RCOO-Na

+ H2CO3 (instável)

H2CO3 CO2 (g) H2O

++

+

Procedimento: Adicione uma pequena quantidade dos compostos relacionados abaixo em 3 tubos de ensaio e adione a seguir de 1 a 2 mL de solução de bicarbonato de sódio 20%. Anote as observações no quadro abaixo.

SOLUBILIDADE DE ÁCIDOS CARBOXILICOS EM SOLUÇÃO DE NaHCO3

Ácidos carboxílicos Solubilidade em sol. de NaHCO3

Ácido benzóico Ácido salicílico

- Solução diluída de hidróxido de sódio: Compostos que se dissolvem em hidróxido de sódio

(uma base forte), podem ser tanto ácidos fracos (ex: fenóis) como ácidos fortes ( ex: ácidos carboxílicos)

Procedimento: Adicione uma pequena quantidade dos compostos relacionados abaixo em 3 tubos de ensaio e adione a seguir de 1 a 2 mL de solução de hidróxido de sódio 20%. Anote as observações no quadro abaixo.

SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS FENÓLICOS EM SOLUÇÃO DE NaOH

Composto fenólico Solubilidade em sol. de NaOH

Fenol Ácido salicílico

Compare a velocidade de solubilização do ácido salicilico em NaOH com : Ácido salicilico em solução de NaHCO3

O quadro abaixo relaciona algumas classes de compostos orgânicos que poderiam apresentar solubilidade em soluções aquosas de bases fracas como os íons bicarbonato e bases fortes como os íons hidroxila. Convém ressaltar que a solubilidade também depende da natureza da cadeia de carbonos, de forma que este critério de solubilidade não pode ser generalizado.

OH

NaOH (aq)+

O-Na

+

H2O+

Ácidos fortes (solúveis em NaOH e NaHCO3)

Ácidos fracos (solúveis somente em NaOH)

Ácidos sulfônicos: RSO3H - Ácidos carboxílicos: RCOOH - Tri e dinitrofenóis orto e para

substituídos:

- Fenóis: ArOH - Nitroalcanos: RCH2NO2; R2CHNO2 - ββββ-dicetonas: - ββββ-diésteres: - Imidas: -Sulfonamidas: ArSO2NH2; ArSO2NHR

- Solubilidade em ácido sulfúrico concentrado: Vários compostos orgânicos são solúveis em

ácido sulfúrico concentrado a frio. Dentre estes podemos citar os álcoois, éteres, ésteres, aldeídos, cetonas, etc. Compostos que são solúveis em ácido sulfúrico concentrado e não são solúveis em ácido sulfúrico diluído, são bases extremamente fracas. Quase todos os compostos contendo nitrogênio, oxigênio ou enxofre podem ser protonados em ácido sulfúrico concentrado e os íons produzidos são solúveis no meio. Compostos que não são solúveis em ácido sulfúrico concentrado ou qualquer outro tipo de solvente descrito acima são denominados inertes. Dentre os compostos que não são solúveis em ácido sulfúrico concentrado estão: alcanos, hidrocarbonetos aromáticos e haletos de alquila.

R C

O

CH2 C

O

R

RO C

O

CH2 C

O

OR

R C

O

NH C

O

R

OH

NO2

NO2

O2N

NO2

NO2

OH

+

+

+ +

+

+

+

+ HSO4-

H2SO4 +R

R

H R

R

C C

RR

RR

HSO4-

H2SO4

R O

O

R R O

O

R

H

H2SO4

HSO4-

R R

O H

H2SO4

R R

O

HSO4-

R

H

O HR OH+

+

+

Procedimento: Adicione uma pequena quantidade dos compostos relacionados abaixo em 5 tubos de ensaio e adione a seguir de 1 mL de solução de ácido sulfúrico concentrado. Anote as observações no quadro abaixo.

SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS OXIGENADOS EM H2SO4 CONCENTRADO

Composto oxigenado Sol. em H2SO4 concentrado Acetato de etila cicloexanona Acrescente 1 mL de água às soluções dos compostos acima e anote as observações. OBS: No relatório deve constar uma parte para a descrição dos resultados que devem ser apresentados na forma dos quadros descritos acima. Abaixo de cada quadro deve constar a discussão dos resultados apresentados nos quadros. Na discussão dos resultados, quando for o caso, apresente a reação que descreve o processo. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA: Pavia, Donald L.; Lampman, Gary M.; Kriz, George S.; Engel, Randall G.; Quimica Organica experimental: Técnicas de escala pequena, 2ª edição, editora Bookman, 2009. Estruturas químicas para os compostos da atividade prática 1

CH3OH

álcool metílico

CH3CH2OH

álcool etílico

CH3CH2CH2CH2OH

n-butílico

CH3

CH3C OH

CH3

álcool tert-butílicoCH2OH

CHOH

CH2OH

glicerol

H3C CO

OH

ácido acético

CO OH

ácido benzóico

CO OH

OH

ácido salicilico

CH2CH2CH2CH2C

HO

OC

O

OHácido adipico

CH3 CO

OCH2CH3

acetato de etila

CH3 CO

OCH2CHCH

CH3

CH3

acetato de isopentila

CO OCH3

OH

salicilato de metila

RELATÓRIO O relatório deve conter:

1) Cabeçalho com a logomarca da universidade, nome da universidade e nome do instituto. 2) Titulo da atividade 3) Integrantes do grupo 4) Uma introdução breve sobre o assunto. 5) Objetivo 6) Procedimento (sempre na terceira pessoa) 7) Resultados e discussão: No resultado coloque a tabela de solubilidade preenchida com os

resultados da sua observação. Na discussão você deve faze-la por partes. Discuta primeiro os resultados do primeiro quadro (solubilidade de álcoois em água e

hexano). Discuta com base na estrutura das moléculas dos álcoois. No tamanho da cadeia de hidrocarbonetos e a sua influencia na polaridade da molécula. Discuta também na capacidade maior ou menor das moléculas fazerem ligações de hidrogênio com a água. No caso do álcool n-butilico e do álcool tert-butilico discuta com base nas ramificações e na capacidade da molécula de água solvatar melhor meleculas mais compactas (menores), no caso do álcool tert-butilico.

O segundo quadro (solubilidade de ácidos carboxílicos em água) discuta com base na capacidade das moléculas em fazerem ligações de hidrogênio com a água e também na natureza da cadeia de hidrocarbonetos que podem influenciar na polaridade da molécula e por conseqüência na sua solubilidade em água.

O terceiro quadro (solubilidade de ésteres em água), discuta a capacidade maior ou menor dos ésteres fazerem ligações de hidrogênio mais ou menos efetivas com a água.

O quarto quadro (solubilidade de compostos halogenados em água e hexano) discuta com base na capacidade da água em fazer ou não ligação de hidrogênio com tais compostos e na polaridade destas moléculas. Para o hexano discuta com base na polaridade destas moléculas.

No quinto quadro (solubilidade de fenóis em água) discuta a capacidade maior ou menor de tais compostos fazerem ligação de hidrogenio com a água e também bom base na natureza da parte apolar da molécula (os anéis aromáticos no caso).

Cl

CCl H

Cl

clorofórmio

Cl

CCl

H

H

diclorometano

OH

fenol

CH3 C

O

CH3

acetona

O

cicloexanona

NH2

anilina

O

dibenzalacetona

No sexto quadro (solubilidade de cetonas em água e hexano) discuta com base na polaridade da molécula que está diretamente influenciada pela natureza da parte apolar da molécula.

No sétimo quadro (solubilidade de aminas em água), discuta com base na capacidade de formação de ligação da anilina com a água ( que não deve ser muito alta, visto que a anilina é insolúvel em água)

No oitavo quadro (solubilidade de hidrocarbonetos em água e hexano) discuta com base na polaridade da molécula.

No nono quadro (solubilidade de aminas em HCl) discuta com base na reação ácido-base da anilina com o ácido clorídrico e formação de um sal solúvel.

No décimo quadro (solubilidade de ácidos carboxílicos em solução de bicarbonato de sódio) discuta com base na reação ácido-base entre o ácido carboxílico e o íon bicarbonato para formação de um sal solúvel ( se a cadeia de hidrocarbonetos do ácido carboxílico não é muito grande) ou insolúvel se a cadeia de hidrocarbonetos do ácido carboxílico é grande o suficiente.

No décimo primeiro quadro (solubilidade de fenóis em solução de hidróxido de sódio) discuta com base na reação ácido base entre o fenol a o íon hidroxila para formação de um sal soluvel ou insolúvel.

No decimo segundo quadro (solubilidade de compostos oxigenados em ácido sulfúrico concentrado) discuta com base na reação acido-base entre o ácido sulfúrico e os compostos oxigenados para formação de sais solúveis ou insolúveis.

NH2 NH3+ Cl -

HCl+

OH O-Na+

H2ONaOH+ +

H2ONaOH+ +

OH O-Na+

H2ONaOH+ +

CO OH

OH

CO O-Na+

O-Na+

8) Conclusão: Deve ser feita com base nos resultados que vc observou. 9) Bibliografia: Colocar todas as fontes de consulta de vc utilizou de acordo com as normas da

ABNT. OBS: O relatório deve ser entregue em fonte arial 12 e espaço 1,5.

CO OH

CO O-Na+

NaHCO3 H2OCO2(g)+ + +

CO OH

OH

CO O-Na+

OHNaHCO3 H2OCO2(g)+ + +

NaHCO3H2OCO2(g)+ + +CH3(CH2)16 C

O

OHCH3(CH2)16 C

O

O-Na+