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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 19, MAIO 2004

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Recebido em 14/5/03, aceito em 19/2/04

Esterificação de Fischer e os aromas

Em 1895, Fischer e Speier cons-tataram que era possível aobtenção de ésteres através do

aquecimento de um ácido carboxílicoe um álcool na presença de catalisa-dor ácido (McMurry, 1997). Esta rea-ção ficou conhecida como esterifi-cação de Fischer (Figura 1), sendoum dos principais métodos utilizadosna produção de ésteres.

Em geral, os ésteres, principal-mente os de baixa massa molar, apre-sentam aromas agradáveis, estandopresentes em frutas e flores (McMurry,1997). A Tabela 1 apresenta algunsexemplos de ésteres e seus respecti-vos aromas. Esses compostos pos-suem uma importante aplicação na

Thiago Santangelo Costa, Danielle Lanchares Ornelas, Pedro Ivo Canesso Guimarães e Fábio Merçon

Industrialmente, a reação de esterificação de Fischer é um dos principais métodos para a síntese dosésteres. Por estarem presentes na composição dos flavorizantes, os ésteres são compostos de destaque naindústria alimentícia. No presente trabalho, buscou-se o desenvolvimento de um experimento simples para aobtenção de ésteres de baixa massa molar, os quais podem ser facilmente caracterizados por possuíremaromas de frutas. Esta atividade possibilita a correlação entre os conteúdos programáticos da Química noEnsino Médio e o cotidiano dos alunos.

esterificação, aromas, cotidiano

indústria como flavori-zantes, ou seja, subs-tâncias que, quandoadicionadas em pe-quena quantidadeaos alimentos, conferem-lhes carac-terísticas degustativas e olfativas(Solomons, 1983).

O emprego de experimentos deQuímica Orgânica no Ensino Médionão costuma ser uma tarefa simples,pois as reações orgânicas geralmentecaracterizam-se por apresentaremlonga duração, cuidados na manipu-lação dos reagentes, necessidade devidraria específica e dificuldade nacomprovação imediata dos produtos.

Segundo Cardoso e Colinvaux(2000), o entendi-mento das razõese objetivos quejustificam e moti-vam o ensino deQuímica poderáser atingido extin-guindo-se as aulasbaseadas em me-morização de fór-mulas e nomes,tornando-as vincu-ladas aos conheci-mentos do cotidia-

no dos alunos. Sendo assim, buscou-se a realização de um experimentofacilmente executável e que contex-tualizasse a esterificação de Fisher,utilizando o aroma como tema gera-dor. Foram propostas as sínteses dobutanoato de etila e do etanoato de3-metil-butila, visto que esses ésteresapresentam aromas conhecidos deabacaxi e banana, respectivamente.

Material• Manta de aquecimento• Balão de fundo redondo (50 mL)• Condensador de refluxo• Pérolas de vidro• Funil de separação (250 mL)• Argola• Béquer (100 mL)• Suporte universal• Garras• Mufas• Provetas (10 mL)• Pipetas (10 mL)• Frasco de Erlenmeyer (50 mL)• Ácido butanóico• Ácido etanóico

Tabela 1: Exemplos de ésteres com aromas de frutas.

Nome Fórmula estrutural Aroma

Etanoato de etila Maçã

Etanoato de octila Laranja

Butanoato de etila Abacaxi

Etanoato de Banana3-metil-butila

Figura 1: Reação conhecida como esterificação de Fischer.

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 19, MAIO 2004Esterificação de Fischer e os aromas

• 3-metil-butanol• Etanol• Ácido sulfúrico concentrado• Solução aquosa de NaCl

50% (m/m)Na Tabela 2 são relacionadas as

quantidades de reagentes e catalisa-dor empregadas nas sínteses dos és-teres em questão.

Diante do fato de que a grandemaioria das escolas brasileiras nãopossuem laboratório de química,quando possível, as vidrarias e equi-pamentos específicos podem sersubstituídos por materiais domésticosou alternativos, conforme demonstra-do em um trabalho anterior, sobre aextração de óleos essenciais deplantas (Guimarãeset al., 2000). Este pro-cedimento tambémpode ser estendidoao ácido sulfúrico, aoetanol e ao cloreto desódio, que podemser substituídos peloácido muriático, ál-cool comercial e salde cozinha, respec-tivamente. O ácido etanóico pode sersubstituído por sua apresentaçãocomercial, o ácido acético glacial,encontrado em lojas de material foto-gráfico e em supermercados, na se-ção de produtos da culinária japo-nesa.

Por sua vez, tanto o ácido buta-nóico quanto o 3-metil-butanol nãosão encontrados em materiais casei-ros e são artigos específicos de em-presas que comercializam produtosquímicos.

Procedimento experimentalPara cada éster a ser sintetizado,

adicionou-se ao balão de fundoredondo as pérolas de vidro e asrespectivas quantidades de cada um

dos componentes: ácido carboxílico,álcool e ácido sulfúrico concentrado,conforme apresentado na Tabela 2.Refluxou-se o sistema por 40 min e,após esse tempo, foi realizadoresfriamento por 10 min. Transferiu-se o conteúdo do balão para o funilde separação e a este adicionou-sea solução supersaturada de NaCl(60 mL). Agitou-se o sistema eaguardou-se o aparecimento de duasfases. Separou-se a camada orgânica(éster) da aquosa, sendo a primeirarecolhida em um erlenmeyer.

Medidas básicas de segurançaOs reagentes devem ser cuidado-

samente manipulados (preferencial-mente pelo profes-sor) na capela e comauxílio de luva. Devi-do à sua toxidade,deve-se evitar a ina-lação dos compo-nentes químicosenvolvidos neste ex-perimento. Os alu-nos devem estarobrigatoriamente uti-

lizando guarda-pó, calça comprida,óculos de segurança e sapato fecha-do.

Resultados e discussãoO experimento proposto foi reali-

zado partindo-se do excesso de umdos reagentes, a fim de deslocar oequilíbrio da reação no sentido de for-mação do éster.

O tempo de reação demonstrou-se apropriado para que sejam verifi-cados, após a separação das fases,os aromas dos ésteres etanoato de3-metil-butila e butanoato de etila.Com o intuito de que o experimentopossa ser empregado no Ensino Mé-dio, não se fez necessário estender otempo reacional, já que o objetivo

principal é a análise qualitativa da rea-ção, e não o seu rendimento.

Deve-se ressaltar que, em umaetapa inicial, foram pesquisados ou-tros ésteres de aromas caracterís-ticos, tais como o metanoato de etilae o etanoato de octila, que possuemaromas de framboesa e laranja,respectivamente. Entretanto, os expe-rimentos realizados não apresen-taram resultados satisfatórios, vistoque o tempo de reação foi insuficientepara a obtenção dos produtos naconcentração mínima desejada paracomprovação dos aromas.

Na etapa de separação dos pro-dutos, o emprego da solução salinaprovocou o aumento da força iônicado meio, ocasionando a formação deinterações intermoleculares entre osal, os reagentes em excesso, o cata-lisador e a água formada na reação,uma vez que se tratam de substân-cias polares. Como os ésteres sãocompostos de baixa polaridade, elesapresentaram uma menor solubili-dade no meio, facilitando sua sepa-ração.

A ocorrência das reações foi facil-mente comprovada através da distin-ção entre os aromas dos reagentes eprodutos. Ao utilizar reagentes deodor forte e desagradável, pretende-se alcançar um maior interesse equestionamento por parte dos alunos,já que o éster possui aroma agradávele conhecido. A identificação senso-rial dos componentes demonstrou serum instrumento valioso, pois permitea discussão da identificação de umfenômeno químico através do olfato,mesmo sem alterações visuais namistura.

A atividade desenvolvida possibi-lita a abordagem de conteúdos pro-gramáticos de Química Geral (solubili-dade e polaridade de ligação), Quími-ca Orgânica (estudo de funções ereações orgânicas) e Físico-Química(soluções, cinética química, termoquí-mica e equilíbrio químico), bem comoaspectos relativos aos procedimentosexperimentais e normas de seguran-ça em laboratório. O experimentotambém permite a contextualizaçãoda Química na abordagem de ques-tões como aromas, aditivos alimen-tares e produtos naturais e artificiais.

Tabela 2: Quantidades de reagentes e catalisador utilizadas.

Éster Quantidades de reagentes e catalisador

15 mL de ácido butanóico (0,16 mol)Butanoato de etila 15 mL de etanol (0,26 mol)

3 mL de ácido sulfúrico (0,06 mol)

14 mL de ácido etanóico (0,24 mol)Etanoato de 3-metil-butila 11 mL de 3-metil-butanol (0,10 mol)

4 mL de ácido sulfúrico (0,08 mol)

A identificação sensorialdos componentesdemonstrou ser um

instrumento valioso, poispermite a discussão da

identificação de umfenômeno químico através

do olfato, mesmo semalterações visuais na mistura

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 19, MAIO 2004Esterificação de Fischer e os aromas

Abstract: Confirming the Fischer Esterification through the Aromas – Industrially, the Fischer sterification reaction is one of the main methods for the synthesis of esters. Due to their presence in thecomposition of flavorings, esters are important componds in the food industry. In this work, the development of a simple experiment was carried out to obtain low molar mass esters, which can beeasily characterized because of their fruit aroma. This activity allows the correlation between the programatic content of high-school chemistry and the students’everyday life.Keywords: esterification, aromas, quotidian

ConclusõesO estudo da esterificação de Fis-

cher possibilitou o desenvolvimentode uma aula experimental para asíntese dos ésteres butanoato de etilae etanoato de 3-metil-butila. Estaatividade proporcionou a associaçãode diversos conteúdos programáticosdo Ensino Médio com o cotidiano doaluno (aroma das substâncias), bus-cando, desta forma, um ensino maiscrítico e participativo.

Questões propostas1. Por ser um processo reversível,

as condições em que a reação deesterificação é realizada são funda-mentais para a maximização do rendi-mento desta reação. Discuta os fato-res que podem ser alterados em umprocesso industrial visando o aumen-to da produção do éster.

2. Associe os conceitos de solubi-lidade com o uso da solução saturadade NaCl para a separação dos pro-

Referências bibliográficasCARDOSO, S.P. e COLINVAUX, D.

Explorando a motivação para estudarquímica. Química Nova, v. 23, p. 401-404, 2000.

GUIMARÃES, P.I. C.; ABREU, R.G. eOLIVEIRA, R. E. C. Extraindo óleos es-senciais de plantas. Química Nova naEscola, n. 11, p. 45-46, 2000.

McMURRY, J. Química Orgânica.Trad. J.A. e Souza. Rio de Janeiro: Li-vros Técnicos e Científicos, 1997. v. 2.

SOLOMONS, T.W.G. Química Orgâ-nica. Trad. H. Macedo. Rio de Janeiro:Livros Técnicos e Científicos, 1983. v. 2.

Para saber maisDIAS, S. M. e SILVA, R. R. da. Perfu-

mes: uma química inesquecível. Quí-mica Nova na Escola, n. 4, p. 3-6, 1996.

QUADROS A.L. Os feromônios e oensino de Química. Química Nova naEscola, n. 7, p. 7-10, 1998.

dutos formados.3. Discuta possíveis diferenças

quando se compara o mesmo com-posto químico obtido por duas viasdiferentes: natural (extração) e artifi-cial (reação química).

4. Por que o aroma não é uma pro-priedade presente em todas as subs-tâncias?

Thiago Santangelo Costa (thiagosantangelo@hotmail.com), aluno de graduação do curso delicenciatura em Química da Universidade do Estadodo Rio de Janeiro (UERJ), é bolsista do programade iniciação científica (SR-2/PIBIC-UERJ). DanielleLanchares Ornelas (daniornelas@hotmail.com),aluna de graduação do curso de Engenharia Quími-ca da UERJ, é bolsista do programa de iniciaçãocientífica (SR-2/PIBIC-CNPq). Pedro Ivo CanessoGuimarães (canesso@uerj.br), formado em QuímicaIndustrial pela Universidade Federal Fluminense,licenciado em Química pela UERJ e doutor em Ciên-cia e Tecnologia de Polímeros pela Universidade Fe-deral do Rio de Janeiro (UFRJ), é docente doInstituto de Química da UERJ (IQ-UERJ). FábioMerçon (mercon@uerj.br), licenciado em Químicae engenheiro químico pela UERJ, doutor emCiências (Engenharia Química) pela UFRJ, édocente do Departamento de Ciências da Natureza

do Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues daSilveira da UERJ e do Departamento de Tecnologiados Processos Bioquímicos do IQ-UERJ.

Nota

Descobertos novos elementossuper-pesados: 113 e 115

No início de fevereiro de 2004,uma equipe científica internacionalbaseada em Dubna, na Rússia, anun-ciou a síntese dos elementos 113 e115. Por meio de experimentos de altaenergia, foram produzidos 4 átomosdesses elementos. Os resultados fo-ram publicados on-line pela revistaPhysical Review C, em 2 de fevereirodeste ano (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevC.69.021601), aumentando atabela periódica para 115 elementos.De acordo com a nomenclaturasistemática recomendada pelaIUPAC, o elemento 113 é denominadode unúntrio (Uut) e o 115 de unun-pêntio (Uup).

A descoberta resultou de uma sériede experimentos feitos em julho/agostode 2003 por cientistas do InstitutoConjunto para Pesquisa Nuclear deDubna e do Laboratório NacionalLawrence Livermore (Califórnia, EUA).

Eles bombardearam um alvo enrique-cido em amerício (Z = 95) com umfeixe altamente energético de íons cál-cio (Z = 20) e registraram os diferen-tes processos de partículas que resul-taram das colisões. Analisando essesdados, concluíram que quatro seqüên-cias de eventos correlatos assinalavama criação e subseqüente desinte-gração de quatro átomos do elemento115, com emissão de partículas alfa(núcleos de hélio com 2 prótons e doisnêutrons) como segue:

288Uup → 284Uut → 280Uuu →276Mt → 272Bh → 268Db

Tempos de vida entre 18,6 e 280 msforam registrados para os átomos deununpêntio sintetizados, sendo que osátomos de ununtrio apresentaram tem-pos de vida maiores ainda, de atéquase 1,2 s. Para um elemento super-pesado, esses são tempos de vidabastante longos, o que confirma a pre-visão da teoria sobre estrutura nuclearde que núcleos contendo cerca de 184

nêutrons e 114 prótons teriam vidaslongas, levando ao que se denomina“ilha de estabilidade” na tabela denuclídeos. A obtenção desses nuclíde-os somente tem sido conseguida nosúltimos anos, sendo que os experi-mentos em Dubna sobre o ununpêntiosão o mais recente exemplo. Deacordo com o pesquisador Yu.Ts.Oganessian, líder do grupo de Dubna,“a longa cadeia de decaimento para oelemento 115 é uma conseqüência di-reta da existência da ilha de estabili-dade”.

Cabe ainda destacar os inéditoslongos tempos de vida dos átomos dedúbnio (elemento 105) obtidos nessesexperimentos, superiores a 16 horas,os quais abrem a possibilidade de seestudar com mais detalhes as pro-priedades químicas deste elemento.

Mais informações: http://www.llnl.gov/llnl/06news/NewsReleases/2004/NR-04-02-01.html

(RCRF)