1 - 1 - IDENTIFICAÇÃOIDENTIFICAÇÃO

RELATÓRIO 02RELATÓRIO 02

PREPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DE ÉSTERES DE ÁCIDOSPREPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DE ÉSTERES DE ÁCIDOS

CARBOXÍLICOSCARBOXÍLICOS

BRUNA S. BONEBERG

FLÁVIA F. DIAS

2 - 2 - RESUMO RESUMO

Os ácidos carboxílicos transformam-se diretamente nos ésteres quando

aquecidos com um álcool em presença de pequena quantidade de ácido

mineral, normalmente ácido sulfúrico concentrado ou ácido clorídrico anidro. A

reação é reversível e, geralmente quando se atinge o equilíbrio, estão

presentes apreciáveis quantidades tanto dos reagentes como dos produtos.

Logo, o experimento realizado aborda conceitos sobre a preparação e

purificação de ésteres de ácidos carboxílicos; detalha a esterificação e a

transesterificação; Em seguida, aborda sobre a destilação simples e a

fracionada; e também conceitos relacionados a reações de substituição,

eliminação.

3 - 3 - INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Entre os compostos descobertos na natureza, os ésteres estão entre os

mais comuns. Estes compostos usualmente estão coligados ao odor agradável

exalado por flores e frutos. Os ésteres são compostos orgânicos que reagem

com a água para produzir alcoóis e ácidos orgânicos ou inorgânicos. Os

ésteres são compostos apolares com ponto de ebulição mais baixo do que os

alcoóis e ácidos de peso molecular comparável.

Os ésteres de ácidos carboxílicos de baixo peso molecular são incolores,

líquidos voláteis com odor agradável, e ligeiramente solúveis em água. Estes

derivam de ácidos carboxílicos por substituição nucleofílica (Vogel, 1976).

Nas reações de substituição nucleofílica, a ligação do carbono-halogênio

do substrato passa por uma heterólise, e o par não-compartilhado do

nucleófilo é usado para formar uma nova ligação para o átomo de carbono

conforme o Esquema 1.

Esquema 1 – Reação de substituição nucleofílica

Neste tipo de reação, um nucleófilo, uma espécie com um par de elétrons

não-compartilhados, reage com um haleto de alquila (chamado de substrato)

pela reposição do halogênio substituinte. Acontece uma reação de

substituição (SN), e o halogênio substituinte, chamado de grupo retirante, se

afasta como um íon haleto (Solomons, 2001).

Outra característica dos haletos de alquila, é que eles passam por reações

de eliminação (E), fragmentos de uma certa molécula (YZ) são removidos

(eliminados) dos átomos adjacentes do reagente. Essa eliminação leva à

introdução de uma ligação múltipla conforme o Esquema 2:

Esquema 2 – Reação de eliminação

Como as eliminações ocorrem melhor através de um caminho E2, quando

efetuadas com uma alta concentração de base forte, portanto uma alta

concentração de um nucleófilo forte, a reação de substituição por um caminho

SN2, muitas vezes, compete com a reação de eliminação. A eliminação ocorre

quando o nucleófilo (a base) ataca um átomo de hidrogênio β. Quando o

nucleófilo ataca o átomo de carbono que carrega um grupo retirante, o

resultado será uma substituição (Solomons, 2001).

Existem muitos métodos de preparação de ésteres carboxílicos. Iremos

focar em algumas reações mais conhecidas tais como a esterificação,

transesterificação, preparação de ésteres carboxílicos a partir de alcanos.

3.1 - 3.1 - PREPARAÇÃO DE ÉSTERES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOSPREPARAÇÃO DE ÉSTERES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Os ésteres carboxílicos, os mais comuns, são geralmente preparados pela

reação de ácidos carboxílicos e alcoóis na presença de ácido. Esta reação é

chamada de esterificação. Os ésteres também podem ser obtidos pela reação

de haletos de ácidos ou anidridos de ácidos, com alcoóis. Dois ésteres podem

reagir entre si, na presença de um catalisador, numa reação chamada

transesterificação (Solomons, 2001).

3.1.1 - ESTERIFICAÇÃO

Entre os diversos procedimentos que podem ser usados para sintetizar os

ésteres, o mais utilizado é a esterificação de Fisher, na qual, sob aquecimento,

um ácido carboxílico reage com um álcool (produzindo éster e água). Esta

reação (Esquema 3), quando acionada em temperatura ambiente, é lenta,

mas pode ser acelerada com o emprego de aquecimento e/ ou catalisador

(exemplo, o ácido sulfúrico H2SO4).

Esquema 3 – Reação de esterificação de Fisher.

R -> cadeia de carbonos

3.1.2 - TRANSESTERIFICAÇÃO

A transesterificação é um termo geral usado para descrever uma

importante classe de reações orgânicas onde um éster é transformado em

outro através da troca do resíduo alcoxila. Quando o éster original reage com

um álcool, o processo de transesterificação é denominado alcoólise (Esquema

4). Esta reação é reversível e prossegue essencialmente misturando os

reagentes. Contudo, a presença de um catalisador (ácido ou base) acelera

consideravelmente esta conversão, como também contribui para aumentar o

rendimento da mesma (Esquema 5).

Esquema 4 – Equação geral para uma transesterificação

Esquema 5 – Equação geral da transesterificação de um triacilglicerídeo

Na transesterificação de óleos vegetais, um triacilglicerídeo reage com um

álcool na presença de uma base ou ácido forte, produzindo uma mistura de

ésteres de ácidos graxos e glicerol, conforme esquematizado no Esquema 5.

3.2 - 3.2 - PURIFICAÇÃO POR MEIO DA DESTILAÇÃOPURIFICAÇÃO POR MEIO DA DESTILAÇÃO

A destilação é o modo de separação baseado no fenômeno de equilíbrio

líquido-vapor de misturas. Em termos práticos, quando temos duas ou mais

substâncias formando uma mistura líquida, a destilação pode ser um método

adequado para purificá-las: basta que tenham volatilidades razoavelmente

diferentes entre si.

3.2.1 - DESTILAÇÃO SIMPLES

A destilação simples é um processo que permite a separação de um

líquido de uma substância não volátil (tal como um sólido, p.ex.), ou de outro

líquido que possui uma diferença no ponto de ebulição maior do que cerca de

80°C. É um método rápido de destilação, e deve ser usado sempre que

possível é uma técnica rápida, fácil e, se respeitado seus limites, eficaz.

3.2.2 - DESTILAÇÃO FRACIONADA

A destilação fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos

de ebulição dos líquidos da mistura é menor do que 80°C. Um aparelho mais

sofisticado e um pouco mais de tempo são necessários.

A destilação fracionada é mais eficiente quando se quer obter os dois

líquidos separados. O processo destila primeiro o líquido com menor ponto de

ebulição, mantendo a temperatura em torno do ponto de ebulição deste.

Quando não há mais resíduo deste líquido a temperatura se eleva, destilando

a substância de temperatura de ebulição maior, se mantendo constante.

4 - 4 - PARTE EXPERIMENTALPARTE EXPERIMENTAL

4.1 - 4.1 - MATERIAISMATERIAIS

Balão de destilação de 500mL;

Balão de destilação de 200mL;

Suporte universal;

Manta térmica;

Condensador de fluxo;

Mangueiras;

Garras metálicas;

Ácido acético;

Metanol;

Ácido sulfúrico;

Pedras de porcelana.

Coluna de destilação;

Cabeça de destilação;

Termômetro;

Rolha;

Condensador;

Rabo de destilação.

4.2 - 4.2 - PRIMEIRA ETAPAPRIMEIRA ETAPA

Iniciou-se a montagem dos equipamentos. O balão de destilação de

500mL foi anexado ao suporte universal, de maneira que a manta térmica

pudesse ser colocada abaixo do balão sem encostar-se a ele. Em seguida,

adicionaram-se pedras de porcelana, 2,0 moles de metanol, 2,2 moles de

ácido acético e 5mL de ácido sulfúrico concentrado no balão de destilação.

Depois se se adaptou o condensador de fluxo ao balão de destilação, este

fixado com garras metálicas ao suporte universal. Ao finalizar a montagem

dos equipamentos, colocou-se a manta térmica abaixo do balão, esta foi

ligada às 10h22min e quando a mistura começou a ferver foi desligada às

11h. Após um determinado tempo o balão de destilação que contem a mistura

foi armazenado para a segunda etapa do experimento.

4.3 - 4.3 - SEGUNDA ETAPASEGUNDA ETAPA

Mediu-se a altura necessária para anexar o balão de destilação as garras

metálicas, estas fixadas na parte inferior do suporte universal, de forma que o

balão de destilação fique sobre a manta térmica, mas sem encostar-se na

mesma. Logo, juntou-se a coluna de destilação ao balão. Em seguida, na parte

superior da coluna de destilação foi acrescentada a cabeça de destilação, a

qual possui duas saídas, uma na partição superior, onde é anexado um

termômetro juntamente com uma rolha para não liberar o vapor; e a outra na

partição lateral, onde é encaixado o condensador.

O condensador conta com um suporte universal para apoiá-lo. Depois,

adicionaram-se duas mangueiras ao condensador, uma na parte inferior que é

por onde entra a água que passará pela serpentina, e a outra na parte

superior que é por onde sai à água. O condensador possui um acesso por onde

a água da serpentina não passa, este acesso será utilizado pelo vapor que em

contato com as paredes geladas desse acesso, mudará de fase, de vapor para

líquido. Por conseguinte, este líquido correrá pelo rabo de destilação até cair

em outro balão de destilação de 200 mL, apoiado por outro suporte universal,

conforme é representado na Figura 1.

Figura 1 – Destilação Fracionada

Após finalizar a montagem dos equipamentos, ligou-se a manta térmica e

anotou a temperatura de ebulição.

5 - 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃORESULTADOS E DISCUSSÃO

Procedeu-se com os seguintes cálculos para determinar a quantidade de

reagente necessária para a realização do procedimento:

Ácido Acético

1 mol 60,0531 g

2,2 mol X g

X = 132,117 g

Metanol

1 mol 32,04255 g

2,0 mol X g

X = 64,0851 g

O processo de esterificação catalisada por ácido no experimento ocorreu

conforme a equação que consta na figura 2.

Figura 2: Esterificação catalisada por ácido

A partir da reação de substituição nucleofílica o produto obtido é o

etanoato de metila que possui, de acordo com a literatura, temperatura de

ebulição de 57°C.

A temperatura anotada do ponto de ebulição durante a destilação foi de 59°₢, logo

se conclui que o resultado ocorreu conforme o esperado, no qual se obteve o

etanoato de metila como produto.

6 - 6 - CONCLUSÕESCONCLUSÕES

A reação de esterificação origina um éster, formado por ácido carboxílico

mais álcool, na presença de catalisador ácido. Para o procedimento

experimental foi utilizado ácido acético e metanol, originando etanoato de

metila, o catalisador foi o ácido sulfúrico.

Junto com o éster é formada água devido à saída de um íon H3O+ do álcool e

íon OH- do ácido. É uma reação facilmente reversível, a reação inversa é

chamada de hidrólise de um éster. Para que a reação ocorra por completo

deve-se manter condições adequadas e principalmente manter o tempo de

reação correto.

7 - 7 - REFERÊNCIASREFERÊNCIAS

Ácido Acético

1 mol 60,0531 g

2,2 mol X g

X = 132,117 g

Metanol

1 mol 32,04255 g

2,0 mol X g

X = 64,0851 g

1-) Vogel, A. I. Análise Orgânica; Ao Livro Técnico S.A.; 3a ed.; Vol. 1, 2, 3;

1984.

2 -) Vogel, Arthur Israel. Química orgânica: análise orgânica qualitativa. Rio

de Janeiro: Livro Técnico, 1971 – 1976.

3-) Pavia, D. L.; Lampman, G. M.; Kriz, G. S. Introduction to Organic

Laboratory Techniques; 3rd ed; Saunders; New York; 1988.

4-) Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Química Orgânica; Fundação Calouste

Gulbenkian; 9a ed; Lisboa; 1990.

5-) Solomons, T. W. G. Química Orgânica; 6a ed; Livros Técnicos e Científicos;

Rio de Janeiro; 1996.