Relatório 2 - Síntese do composto P-Nitroacetanilida

7/27/2019 Relatrio 2 - Sntese do composto P-Nitroacetanilida

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSEQUMICA ORGNICA EXPERIMENTAL VI

TURMA CBPROFESSOR: NELSON ANGELO DE SOUZA

MARCEL DA SILVA AMORIM GOMES

RELATRIO DE QUMICA ORGNICAEXPERIMENTAL VI

SNTESE DO COMPOSTO:P-NITROACETANILIDA

NITERIJUNHO DE 2013


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1 INTRODUO

Reaes de Substituio Eletroflica Aromtica

Os hidrocarbonetos aromticos so conhecidos, em geral, como arenos. Oderivado atravs da remoo de um tomo de hidrognio de um areno conhecido comoarila e o seu smbolo Ar.

As reaes de substituio que ocorrem quando reagem com reagenteseletroflicos so caractersticas dos arenos benzenides. Os eletrfilos podem ser um on positivo (E+) ou uma espcie deficiente de eltrons, com grande carga positiva parcial.

As substituies eletroflicas aromticas so caracterizadas pelo ataque do anel

benznico, por ons positivos que atuam como eletrfilos substituindo um dos tomosde hidrognio. As cinco substituies aromticas so: halogenao, sulfonao,alquilao de Friedel-Crafts, acilao de Friedel-Crafts e, a que realizaremos nesteexperimento, nitrao.

O mecanismo geral das substituies aromticas eletroflicas ocorre em duasetapas.

+ E A

E

H

E

H

E

H

Etapa 1

Etapa 2

E

H A-

E

+ H A

A - +

FIGURA 1. Mecanismo geral das substituies aromticas eletroflicas.

Na primeira etapa ocorre o ataque do eletrfilo ao complexo do anel com a

formao de um carboction no aromtico, o on arnio. A primeira etapa lenta,sendo ela a determinante da velocidade. Na etapa 2 ocorre a remoo do prton. Ela

ocorre rapidamente em relao etapa 1, no tendo efeito sobre a velocidade.


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Os substituintes ligados ao anel aromtico afetam tanto a reatividade quanto aorientao nas substituies aromticas eletroflicas; de acordo com a influncia queexercem sobre a reatividade do anel. Os grupos substituintes podem ser divididos emduas classes: grupos ativadores e grupos desativadores.

Os grupos ativadores so capazes de estabilizar o estado de transio da etapalenta e diminuem a energia de ativao, portanto, aumentam a velocidade de reao, taisgrupos dispersam a carga positiva, estabilizando o estado de transio. Os gruposdesativadores, por outro lado, intensificam o carter positivo do estado de transio,instabilizando-o.

A reao de nitrao uma reao de substituio eletroflica aromtica, em que

na maioria dos casos o eletrfilo o on nitrnio (NO2+), atacando o anel aromtico.

A partir da nitrao da acetanilida realizada a sntese da p-nitroacetanilida,substncia normalmente usada como um intermedirio na sntese de corantes, oxidantes,frmacos em veterinria e como um inibidor de corroso.


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2 OBJETIVO

Sintetizar a sntese da p-nitroacetanilida atravs de uma reao de nitrao da

acetanilida em presena de cido actico glacial e uma mistura nitrante de cidosulfrico e ntrico concentrados, como tambm obter percentagem de rendimento do produto.


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3 MATERIAS E MTODOS

3.1 M ater iai s

- Equipamentos e vidrarias utilizadas:

Tabela 1 Equipamentos e Vidrarias utilizados no experimento

Equipamentos e Vidrarias Quantidade

Bquer 3

Erlenmeyer 4

Proveta 4

Funil de Buchner 1

Pissete 1

Suporte Universal 1

Esptula 1

Condensador de Refluxo 1

Balana Analtica 1

Kitassato 1

Basto de Vidro 1

Vidro de Relgio 1

Argola com mufa 1

- Reagentes utilizados:

Tabela 2 Reagentes utilizados e suas constantes fsicas

Substncia Mol (g/mol) PF (C) PE (C) Densidade

lcool Etlico 46,06 114.3 78.4 0,789 g cm-3

cido Ntrico 63,012 -42 83 1,51 gcm-3

cido Sulfrico 98.08 10,38 279,6 1,8356 gcm-3 cido ActicoGlacial 60,05 16,2 115 1, 050 gcm

-3

gua 18,01 0,0 99,98 1, 000 gcm-3

Acetanilida 135.17 113.7 304 1.219 g/cm3


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3.2 - Procedimento Exper imental

Primeiramente distribuiu dentro da capela certo volume dos reagentes emerlenmeyer coberto por bquer. Com ajuda de provetas foi retirado e medido em proveta

o volume utilizado para cada reagente.Adicionou-se em um erlenmeyer de 250mL, 5 g (0.04 mol) de acetanilida, a 6 mL

de cido actico glacial at se obter uma suspenso. Nessa mistura, introduziu-se sobagitao constante 12,5 mL de cido Sulfrico concentrado (98%).

Imediatamente colocou-se a reao sob um banho de gelo e sal (NaCl) para que atemperatura da reao ficasse abaixo de 10 C (para evitar a formao do produtoorto nitrado), devido o aumento da temperatura gerado na adio do cido sulfrico, a

mistura foi agitada com o auxlio do basto de vidro.

A seguir, foi adicionada uma mistura previamente resfriada de 2,8 mL de cido Ntrico 68% e 1,7 mL de cido Sulfrico concentrado, sob agitao constante, emseguida foi deixada em repouso a temperatura ambiente por cerca de 30 minutos.

Em seguida, adicionou-se a mistura reacional a aproximadamente, 125g de gelo pilado e gua contida em um bquer de 400 mL. Deixou-se ento a mistura em repouso por 15 minutos at que o produto precipitasse como finas partculas e realizou-se afiltrao vcuo no funil de Buchner e lavou-se repetidas vezes com gua gelada pararemover cidos residuais.

Logo depois o cido foi descartado e o slido remanescente foi recolhido, o produto foi envolvido em papel de filtro e guardado durante o perodo de uma semana, para a eliminao de gua da amostra.

Aps esse perodo, realizou-se a pesagem em um vidro de relgio previamente

identificado, encontrou-se o peso bruto (m=8,641g).

Posteriormente, dissolveu-se o produto em cerca 20 mL de lcool etlico embalo, sob refluxo, em banho-maria ( foi aquecido em bico de Bunsen ) para umamelhor dissoluo, foi deixado em repouso at que a p-nitroacetanilida recristalizou-see filtrou-se no funil de Buchner, lavando simultaneamente com lcool etlico gelado.

Em seguida, o slido obtido na filtrao foi recolhido, envolvido em papel defiltro e guardado durante uma semana, para secar e ser pesado para calcular orendimento.


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4 RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Pr incipai s reaes e mecani smos:

A sntese da p-nitroacetanilida uma reao de substituio eletroflicaaromtica no qual o eletrfilo o on nitrnio (NO2+). A equao qumica que descrevea reao de substituio eletrofilica da p-nitroacetanilida a seguinte:

HN

O

HNO 3 / H 2 SO 4

CH 3 COOH

HN

O

NO 2 FIGURA 2. Metodologia da sntese da p-nitroacetanilida.

1 Etapa: Formao do on nitrnio

Neste caso, o on nitrnio formado a partir da protonao do cido ntrico pelocido sulfrico que mais forte, liberando molculas de gua, sendo essa a primeiraetapa do mecanismo da nitrao.

N+ OH

O-

O + S OO-

O

OHN

+

O

O-

O+

H

H + S OO-

OH

O

N+

O O + OH 2

FIGURA 3. Formao do on nitrnio.

Como o nitrnio um ncleofilo muito forte, ento capaz de atacar o anelaromtico da acetanilida.

2 Etapa:Reao do eletrfilo NO2 com a acetanilida e ressonncias

No caso da sntese realizada neste experimento, temos na molcula deacetanilida um grupo substituinte NHOCH3 (acetamido) um ativante moderado, poisseu par de eltrons est envolvido em ressonncia com a dupla ligao da carbonila.


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HN

O

N +O

O+

O 2 N H

HN

O

O 2 N H

HN

O

O 2 N H

HN+

O

O 2 N H

HN

O

FIGURA 4. Segunda etapa da reao de nitrao.

O fato de o grupo acetamido ser ativante indica que, apesar de uma reduzidadoao de eltrons ao anel, de modo geral, ele doa eltrons por ressonncia maisfortemente do que retira eltrons indutivamente.

HN

O

+ HN

O -

FIGURA 6. Ressonncia do grupamento acetamida.

O intermedirio, on arnio, estabilizado por ressonncia tornando a velocidadede reao maior do que se comparada com a nitrao do benzeno.

Logo, este grupo faz com que o anel reaja mais rapidamente que o benzeno etambm faz com que a localizao da substituio aromtica eletroflica sejaorto e/ou

para.

3 Etapa: Formao da p-nitroacetanilida

A ltima etapa da reao , finalmente, a desprotonao do on arnio por uma base deLewis, se tornando na p-nitroacetanilida.

HN

O

O 2 N H

O

H

H+

HN

O

NO 2

+ H 3 O+

FIGURA 7. ltima etapa do mecanismo da nitrao da acetanilida.


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Em uma reao de substituio eletroflica, a adio seria esperada ocorrer deforma preferencial na orientao emorto do que em para , pois h duas maneiras

diferentes para adio emorto , pela esquerda ou pela direita. No entanto nas posiesorto h um impedimento estrico, enquanto que na posio para no h esse fato.Assim o produto de isomeria para formado com maior quantidade devido osubstituinte no anel (o eletrfilo) ser uma molcula grande (o NO2).

O controle da temperatura abaixo de 10 C como banho de gelo tem a funo deevitar o aumento exagerado da temperatura, devido ao desprendimento de calor,evitando que seja fornecida a energia necessria para ocorrer a formao do produto

orto nitrado e subprodutos.O precipitado bruto obtido na filtrao foi dissolvido em etanol a quente para

que possveis impurezas fossem eliminadas na recristalizao e por fim filtradonovamente, lavando com etanol gelado. O filtrado foi deixado para secar ao ar etemperatura ambienta durante 15 dias.

Ao final obteve-se uma massa de 2,819g de p-nitroacetanilida.


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4.2 Clcul o do Rendimento:

Analisando a relao estequiomtrica entre o acetanilida e o p-nitroacetanilida,atravs da reao, pode-se afirmar que a proporo de 1:1.

Assim:

1 mol de acetanilida _ 1 mol de p-nitroacetanilida

135,16g 180,16g5,00g X

X = 6,66g de p-nitroacetanilida

Rendimento Bruto

6,66g 100%8,641g XX = 129%

(Esse valor deve ter sido encontrado devido a presena de gua no produto).

Rendimento lquido:

6,66g 100%2,819g X

X = 42%

Tendo como parmetro o rendimento terico que de 85-90%, podemos afirmar que o rendimento alcanado de 42%, foi abaixo do esperado.

5 CONCLUSO


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1. BRUICE, Paula Yurkanis. Qumica Orgnica. 4.ed. So Paulo: Pearson PrenticeHall, 2006. v. 2. p. 40- 49.

2. MORRISON, Robert T; BOYD, Robert N.Qumica Orgnica . Volume nico. 5Edio. 1972. Editora Fundao Calouste Gulbenkian. Av. de Berna, Lisboa. Pgs:

535 a 556.3. SOLOMONS, G., FRYHLE, C.. Qumica Orgnica. Volume 1. Rio de Janeiro;LTC, 2001. p.564-598.

4. The Index Merck, 9a ed., Merck e Co., N.J., USA, 1976.5. SOARES, B. G.; de Souza N. A.; Pires D. X.; Qumica Orgnica Teoria e

Tcnicas de Preparao Purificao e Identificao de compostos Orgnicos, 1_ edio, Rio de Janeiro, editora Guanabara S.A., 1988.

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Relatório 2 - Síntese do composto P-Nitroacetanilida