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).