Universidade Federal de Santa CatarinaCentro de Ciências Físicas e Matemáticas

Departamento de QuímicaDisciplina de Físico Química

Relatório da aula prática de Físico-Química

“Determinação da velocidade de decomposição

do acetato de etila”

Rodrigo Ivan PrimBernardo Della Giustina

Mônica Alves AguiarSandro Wopereis

Eros Olímpio

Florianópolis, 20 de abril de 2007.

Resumo

A decomposição é um processo que precisa ser levado em conta na hora de

fabricar qualquer substância, entre elas, medicamentos. Um medicamento que precisa

ser tomado via oral, por exemplo, não seria viável se ele decompõe-se rapidamente. O

estudo da decomposição, na área farmacológica, é muito útil para a determinação do

prazo de validade de fármacos.

Prazo de validade é o tempo em que a substância leva para se decompor em

10%. Para muitas substâncias, seria praticamente inviável determinar seu prazo de

validade através de experimentos à temperatura ambiente. Por este motivo, neste tipo de

estudo, aumenta-se a temperatura do meio para que a velocidade de decomposição

também aumente, podendo assim, com os resultados obtidos calcular o tempo de

decomposição à temperatura ambiente.

Uma das principais reações que atuam na decomposição de fármacos são as

hidrólises, que agem sobre derivados de ácidos carboxílicos, entre eles, os ésteres.

Neste experimento, será determinada a velocidade de decomposição do acetato

de etila pela catálise básica. A reação que ocorre, é de cinética de segunda ordem, pois

ambos os reagentes estão envolvidos na etapa lenta. Ela está descrita abaixo:

CH3COOC2H5 + OH- → CH3COO- + C2H5OH

Para a determinação será utilizada a técnica baseada na condutividade do sistema

de reação. Como as condutâncias do álcool e do éster são praticamente disponíveis,

podemos considerar que a condutância que passa pela solução é promovida pelo íon

OH-. Desta forma, pode-se observar a hidrólise do acetato pela diminuição da

condutância. Através do experimento, será possível determinar também a energia de

ativação da reação (Ea) e a constante de Arrhenius.

Dados Obtidos

Foram determinadas as velocidades de hidrólise do éster em duas temperaturas

diferentes: 25°C e 32°C. Em um recipiente foram adicionadas duas soluções 0,04M,

uma de acetato de etila e outra de hidróxido de sódio e realizou-se a leitura de suas

condutâncias em determinados intervalos. Os dados das experiências à 32°C e à 24°C

constam na tabela 1 e 2, respectivamente

Tabela 1: Condutâncias à 32°C. Tabela 2: Condutâncias à 24°C.Tempo

(em minutos)Condutância (em mS cm-1)

Tempo(em minutos)

Condutância (em mS cm-1)

0 4,49 0 3,962 3,78 3 3,384 3,36 6 3,016 3,1 9 2,778 2,91 12 2,610 2,77 15 2,4612 2,67 18 2,3614 2,58 21 2,2416 2,51 24 2,1818 2,45 27 2,1220 2,41 30 2,0822 2,36 ∞ 1,7924 2,32

26 2,3

28 2,28

30 2,25

∞ 1,67

Tratamento de Dados

Foi plotado um gráfico kt versus t para se descobrir a constante da velocidade da

reação. Determinou-se kt através da equação 1, como demonstrado abaixo para um dos

tempos no experimento à 32°C:

(L∞ – Lo) / a(L∞ – Lt) = kt (equação 1)

Em t = 2 s, L = 3,78

(1,67 – 4,49) / 0,02 (1,67 – 3,78) = kt

kt = -2,82 / -0,0422

kt = 66,82

Para todos os tempos em ambas as temperaturas foi feito este cálculo, conforme

tabela 3 e 4, para as temperaturas de 32°C e 24°C, respectivamente.

Tabela 1: kt à 32°C. Tabela 2: kt à 24°C.Tempo

(em minutos)kt

Tempo(em minutos)

kt

0 50,00 0 50,00

2 66,82 3 68,24

4 83,43 6 88,93

6 98,60 9 110,71

8 113,71 12 133,95

10 128,18 15 161,94

12 141,00 18 190,35

14 154,95 21 241,11

16 167,86 24 278,21

18 180,77 27 328,79

20 190,54 30 374,14

22 204,35

24 216,92

26 223,81

28 231,15

30 243,10

O tópico “cálculos” segue anexado nesta sessão do relatório

Cálculos

1. Faça um gráfico para as duas temperaturas estudadas, segundo equação 9 e Fig. 1 e

determine as constantes de velocidade via gráfico (Fig 1). Verifique as unidades de k.

Os gráficos seguem em anexo (anexo 1 e 2).

-Para T = 32ºC:

De acordo com a equação 1: (L∞ – Lo) / a(L∞ – Lt) = kt ; y = a x

Δ(L∞ – Lo) / a(L∞ – Lt) / Δt = k = coeficiente angular

k = (181 – 110) / (18,33 – 8);

k = 6,87 M-1min-1

-Para T = 24ºC:

De acordo com a equação 1: (L∞ – Lo) / a(L∞ – Lt) = kt ; y = a x

Δ(L∞ – Lo) / a(L∞ – Lt) / Δt = k = coeficiente angular

k = (236 – 126) / (20 – 10);

k = 11,0 M-1min-1.

2. Com auxílio das equações 10 e 11, determinar Ea e a constante de Arrhenius (A) para

a reação nas temperaturas estudadas (T1 e T2), usando os valores de k respectivos.

ln (k2/k1) = -(EA/R)*[(1/T2) – (1/T1)]; (equação 2)

ln (11/6,87) = -(EA/1,987)*[(1/297) – (1/305)];

0,47073 = EA/1,987*(8,8314*10-5);

EA = 10.591 cal mol-1;

EA = 10,591 kcal mol-1.

-Para T = 24ºC:

ln k = -EA/RT + ln A;

ln 11,0 = 10.591 / (1,987*297) + ln A;

2,398 = 17,947 + ln A;

ln A = 0,134;

A = 1,36 colisões s-1.

-Para T = 32ºC:

ln k = -EA/RT + ln A;

ln 6,87 = 10.591 / (1,987*305) + ln A;

1,927 = 17,476 + ln A;

ln A = 0,110;

A = 1,12 colisões s-1.

Discussão de Resultados

Os valores de K para as duas temperaturas foram obtidos através da equação 2.

Estes foram calculados em 6,87 M-1min-1 e 11,0 M-1min-1, respectivamente para as

temperaturas de 32ºC e 24ºC. A letra K representa a constante de velocidade da reação.

Ela é dependente da temperatura, quanto maior T, maior será K. Os resultados

alcançados não foram satisfatórios neste ponto do experimento, pois os valores se

inverteram.

Logo, a teoria das colisões, que diz que quanto maior a temperatura, maior o

número de colisões entre as moléculas também não foi respeitada, visto que os valores

da constante de Arrhenius para as temperaturas de 32ºC e 24ºC foram, respectivamente,

1,12 e 1,36 colisões por mol.

Questionário

1. Por que foi possível acompanhar a reação utilizando um condutivímetro? Você

poderia acompanhar esta reação por outros métodos. Explique.

Por causa dos movimentos das cargas que estavam ocorrendo entre os eletrólitos

podíamos perceber como a reação estava acontecendo. Conforme o tempo passava,

percebíamos a reação entre o acetato e a hidroxila do NaOH ia ocorrendo.

Outra forma de perceber isso seria através da titulação de NaOH, sendo este o

titulante, e o acetato juntamente como indicador, a fim de mostrar o fim da reação (L∞),

como titulado. Poder-se-ia aumentar a temperatura de tempos em tempos observando a

quantidade de NaOH consumida e a influencia da temperatura. Esse seria um processo

viável, caso um condutivímetro não estivesse disponível, pois os custos de sua

utilização são baixos, porém não muito precisos.

2. Qual o significado de EA para uma reação química? Explique

A energia de ativação pode ser encarada como uma barreira energética que

precisa ser ultrapassada para que a reação ocorra (ver figura 1). Quanto maior for a

energia de ativação de uma reação, maior a barreira a ser ultrapassada e menor a

velocidade da reação, conseqüentemente mais difícil de ocorrer uma reação. Existem

substâncias chamadas catalisadores que são utilizados para diminuir essa energia de

ativação, tornando a reação mais rápida.

Figura 1: Gráfico demonstrando a EA de umareação qualquer.

3. O que é meia vida para uma reação química? Calcule os valores para as duas

temperaturas estudadas (verifique as unidades).

A meia-vida é a quantidade de tempo característica de uma queda exponencial

da quantidade inicial. Se a quantidade que decai possui um valor no início do processo,

na meia-vida a quantidade terá metade deste valor. Nos processos radioativos meia-vida

é o tempo necessário para desintegrar a metade da massa deste isótopo, que pode

ocorrer em variáveis tempos, seja em segundos ou em bilhões de anos, dependendo do

grau de instabilidade do radioisótopo. Ou seja, se tivermos 1000 ton de um material,

cuja meia-vida é de 500 anos; depois desses 500 anos, teremos 500 ton deste material.

Mais 500 anos e teremos 25 ton e assim sucessivamente.

Para efeito de cálculos usamos a equação 3:

t ½ = 1 / k[a] (equacão 3)

Para T = 320C; k = 6,87 M-1min-1:

t ½ = 1 / k[a];

t ½ = 1 / 6,87*(0,02);

t ½ = 7,28 min.

Para T = 240C; k = 11,0 M-1min-1:

t ½ = 1 / k[a];

t ½ = 1 / 11,0*(0,02);

t ½ = 4,55 min.

4. Por que é necessário conhecer L0 e L∞? Qual o significado de cada medida?

É necessário conhecer L0 e L∞ para que se possa fazer o gráfico de tempo versus

L∞ - L0 / a (L∞ - Lt) e, assim poder determinar graficamente as constantes de

velocidades K1 K2 e K3 para as temperaturas experimentais de 25 °C, 35, 9 °C e 42 °C

respectivamente, sendo este um dos objetivos do experimento. L0 é a condutância

medida em tempo igual a zero, ou seja, no instante em que o condutivímetro é

mergulhado na solução desejada faz-se a leitura de sua condutância. L∞ significa

condutância infinita e é medida após a solução ter ficado em banho maria de 60°C por

tempo suficiente para que todo o acetato de etila seja hidrolisado à acetato de sódio e

etanol e, posteriormente resfriada à temperatura do experimento para ser medida sua

condutância.

5. Baseado nos resultados do seu experimento conclua sobre a seguinte hipótese:

Considere os reagentes A e B como os componentes ativos de um medicamento.

Sabendo que por lei o produto só pode ser vendido ao consumidor até que seus

componentes ativos tenham se degradado 10%, calcule os prazos de validade para o

medicamento se este for armazenado a 25 ºC e 5ºC.

Para T = 25°C

ln k2 – lnk1 = -Ea*(1/t2-1/t1)/R

ln 11,0 – lnk1 = -10591*(1/297-1/298)/1,987

2,398 – lnk1 = -10591*(1/297-1/298)/1,987

ln k1 = 2,34

k1 = 10,36

1/A – 1/A0 = k t90

1/0,018 – 1/0,02 = 10,36t90

t90 =0,54 minutos

-Para T = 5°C

Ln k2 – lnk1 = -Ea (1/t2-1/t1)/R

ln 11,0 – lnk1 = -10.591(1/297-1/278)/1,987

2,398 –lnk1 = 1,22656751

lnk1 = 1,121327762

k1 = 3,22

1/A – 1/A0 = k t90

1/0,018 – 1/0,02 = 3,22 t90

t90 =1,73 minutos

6. Leia e faça comentários relativos a entrevista/Anselmo Gomes de Oliveira-

Estabilidade de medicamentos: Realidade Brasileira, Pharmacia Brasileira, jan/fev

2001, pág. 4-8.

A reportagem feita pela revista Pharmacia Brasileira, com doutor Anselmo

Gomes de Oliveira, que além de professor, doutor é especialista em Sistemas Dispersos

e Estabilidade dos Fármacos. Segundo ele, um dos maiores problemas de conservação

ocorre no transporte dos medicamentos, nas farmácias e drogarias, mesmo sabendo que

muitas pessoas não sabem o melhor local para armazenar os medicamentos em casa.

Além de analisar o princípio ativo do fármaco, aquele que realmente fará efeito,

é preciso analisar todas e quaisquer situações em que ele estará exposto, pois também

influenciarão nos efeitos do fármaco. A conservação do medicamento, segundo ele, está

diretamente ligada as instabilizações químicas e físicas das formas farmacêuticas. As

mudanças químicas podem diminuir o efeito terapêutico, tendo que alterar a dose para

que o efeito seja mantido, já as transformações físicas podem ser vistas a partir das

variações das formas farmacêuticas, como o aparecimento de cristais em xarope, por

exemplo.

Para analisar essas mudanças, Dr. Anselmo separa a conservação em três etapas

da vida do medicamento. O primeiro momento relacionado com a produção industrial

do medicamento, em usar matérias-primas de boa qualidade e que sigam o protocolo de

produção e conservação dos medicamentos. Entretanto os testes de estabilidade só são

exigidos caso o medicamento venha a ter registro, supondo que após isso a conservação

do medicamento terá continuidade. O segundo é a etapa de transporte, em que o

medicamento é exposto a condições adversas, como calor, movimentos extremos, por

não ter carros, caminhões próprios para o transporte dos mesmos. No terceiro ponto

destacado por Anselmo, as drogarias ou farmácias ainda podem submetê-los a certas

condições adversas, que comprometem a eficácia do medicamento.

Entretanto, uma das maiores lamentações do Dr. Anselmo é quando o

farmacêutico não está presente no estabelecimento, em que poderá orientar o paciente

de como armazenar o medicamento, os malefícios que o mau armazenamento pode

causar a saúde, como perceber as modificações. É na farmácia que o profissional

interage com o paciente, podendo orientar e instruí-los da importância da saúde e os

cuidados que deve ter para manter-se saudável. Talvez sejam pequenos atos, conversas,

mas que podem garantir a melhora significativa do conceito saúde e bem-estar.

7. Procure na legislação, no protocolo para a realização de estudos de estabilidade, as

definições para o estudo de estabilidade acelerada e para estudo de estabilidade de longa

duração, bem como as temperaturas indicadas para a realização dos ensaios

(www.anvisa.org.br/ ).

Estudos de estabilidade acelerada são destinados a aumentar a velocidade de

degradação química e modificação física de uma substância e/ou alterações de

características de forma farmacêutica, usando condições forçadas de armazenamento,

com o propósito de monitorar as reações de degradação e prever o prazo de validade nas

condições normais de armazenamento;

Estudos de estabilidade de longa duração: São validações dos experimentos em

relação às características físicas, químicas e biológicas do medicamento, durante e

depois do prazo de validade esperado.

A temperatura indicada para o estudo de estabilidade acelerada deve ser a 40 ± 2

°C / 75 ± 5% de umidade relativa (UR), durante seis meses, com análises em 0, 30, 60,

90, e 180 dias, ou a 50 ± 2 ºC / 90 ± 5% de UR durante três meses, com análise em 0,

30, 60 e 90 dias. Já o estudo de estabilidade de longa duração deve ser realizado a 30 ±

2 °C / 70 ± 5% de UR, durante o período em que se pretende comprovar a estabilidade

do produto. Neste caso, no primeiro ano, as amostras devem ser analisadas nos tempos

0, 3, 6, 9 e 12 meses, e depois deste período uma vez ao ano.

8. Procure na literatura exemplos de fármacos que contenham ligações éster, amidas e

anel lactâmicos.

Alguns exemplos de fármacos que contenham ligação do tipo éster são: a

cocaína, procaína, tetracaína, ácido acetilsalicílico, alcalóides da beladona. Fármacos

com ligação do tipo amida são: a lidocaína, mepivacaína, bupivacaína, prilocaína e a

etidocaína. E fármacos que possuem anel lactâmicos são antibióticos como penicilinas e

cefalosporinas.

9. Procure na literatura valores para energia de ativação para a reação de decomposição

de fármacos.

Energia de ativação (Ea) obtida para o captopril e para as formulações

através do método de Ozawa:

Fármaco Energia de Ativação (Kj/mol)Captopril 110,8

Comprimidos 110,2Comprimidos revestidos (Opadry) 103,4Comprimidos revestidos(Eudragit) 106,2

Comprimidos revestidos (Goma laca) 103,4

10. Procure na literatura valores de constantes de velocidade para a decomposição do

Ácido Acetil Salicílico (AAS) em diferentes pH. Quais são os produtos da reação? Qual

região de pH o AAS apresenta maior estabilidade?

O pH é de fundamental importância para a estabilidade de fármacos contidos em

soluções farmacêuticas. Cada fármaco, dependendo de suas propriedades físico-

químicas, possui uma região de pH de máxima estabilidade, onde a velocidade de

decomposição é mínima. Na seqüência apresenta-se o exemplo da decomposição do

AAS, gerando ácido salicílico e ácido acético. Pelos resultados apresentados na tabela,

verifica-se a região de pH 2,48 é a que apresenta o menor valor para a velocidade de

decomposição do AAS e em conseqüência maior estabilidade.

pH K (dia-1)0,53 0,5781,33 0,0831,80 0,0452,48 0,0266,00 0,1206,98 0,1008,00 0,1309,48 0,321

Conclusão

Bibliografia

ATKINS, P.W. Fisico-química. 6. ed Rio de janeiro: LTC, 1999

OLIVEIRA, A. G.; SCARPA, M. V. Alteração e Conservação de medicamentos.

(www.farmabrasil.hpg.ig.com.br/org2.htm).