Síntese de Cicloexanona a partir de Cicloexanol - Relatório Experimental de Química Orgânica

UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS Faculdade de Ciências e Tecnologia FACET Química Orgânica Experimental Curso de Química Licenciatura e Bacharelado Prof Dr Cláudio Rodrigo Nogueira SÍNTESE DA CICLOEXANONA A PARTIR DO CICLOEXANOL Reação de oxidação de um álcool secundário com ácido hipocloroso Solução de hipoclorito de sódio Cl2 aq 2NaOH aq NaCl aq NaClO aq H2O l Hipoclorito de sódio e ácido acético NaOCl aq CH3CO2H aq HOCl aq CH3CO2Na aq HOCl aq H2O l OCl aq H3O aq pKa753 Reação entre os íons hipoclorito e bissulfito NaOCl aq NaHSO3 aq Na2SO3 aq HOCl aq Na2SO3 aq 2 HOCl aq 2 HCl aq Na2SO4 aq Obtenção da cicloexanona OH O CH3CO2H NaOCl H3O Cl CH3CO2Na Procedimento experimental A um balão tritubulado de 500 mL conectar um condensador um funil de adição e uma tampa esmerilhada Adicionar ao balão tritubulado 8 mL de cicloexanol e 4 mL de ácido acético glacial Transferir para o funil de adição um volume de 290 mL de solução de hipoclorito de sódio 034 M água sanitária comercial 20 a 25 mm ou preferencialmente um volume de 130 mL de solução de hipoclorito de sódio a 53 075 M Iniciar a adição de solução de hipoclorito de sódio sobre a mistura cicloexanolácido acético Faça isso cuidadosamente por um período de 2025 minutos Ajustar a velocidade de adição de tal forma que a temperatura da reação seja mantida entre 4050 C monitorada por meio da imersão de um termômetro diretamente na mistura de reação Se a temperatura da mistura reacional exceder 45 C esfriar ela com o auxílio de um banho de geloágua A temperatura entretanto não deverá ficar abaixo de 40 C o que acarretará numa diminuição do rendimento da reação Agitar o sistema ocasionalmente enquanto a adição da solução aquosa de hipoclorito de sódio estiver sendo realizada permitindo assim uma melhor homogeneização da mistura reacional Após a adição completa da solução de hipoclorito deixar a reação em repouso por 1520 minutos agitandoa ocasionalmente Em seguida adicionar entre 23 mL de uma solução saturada de bissulfito de sódio agitar a mistura e transferir ela para uma aparelhagem de destilação por arraste a vapor Adicionar sobre o líquido orgânico cerca de 25 mL de NaOH 6 M destilar por arraste a vapor e coletar cerca de 4050 mL de destilado Adicionar 5 g de NaCl ao destilado transferir a mistura para um funil de separação e separar as fases Secar a fase orgânica com carbonato de potássio anidro ou sulfato de sódio anidro filtrar o produto de reação para um frasco previamente tarado e calcular o rendimento Destilação por arraste a vapor Princípios teóricos A destilação a vapor é usualmente empregada na purificação de substâncias orgânicas voláteis e imiscíveis em água Essa operação que envolve codestilação da substância a ser purificada com a água tem como principal vantagem o fato de a mistura entrar em ebulição a uma temperatura inferior ao ponto de ebulição da água A destilação por arraste a vapor é bastante utilizada para i Purificação de substâncias que se decompõem a temperatura elevadas e ii Separação de um composto de uma mistura reacional que contém outros compostos nãovoláteis Para que uma substância possa ser arrastada por vapor de água é necessário que ela possua as seguintes características seja insolúvel ou pouco solúvel em água não sofra decomposição em água quente e possua apreciável pressão de vapor maior do que 5 mmHg a 100 C Aparelhagem Existem dois tipos de aparelhagem para Destilação por arraste a vapor Tipo A Figura 1 Nesse procedimento o vapor é gerado em um frasco e em seguida passado através do material vegetal contido em outro frasco Esse procedimento é empregado para se extrair substâncias que podem se degradar caso sejam expostas a um vapor superaquecido O balão maior contém água e serve como gerador de vapor o vapor é introduzido no balão de destilação através de um tubo de vidro cuja extremidade está a cerca de 10 mm do fundo do balão O balão de destilação é inclinado para minimizar o arraste mecânico do material durante a operação O volume do material a destilar deve ser no máximo igual à metade da capacidade do balão Recomendase manter sob aquecimento brando o balão de destilação para evitar condensação excessiva do vapor Quando terminar a destilação é necessário tirar a rolha do frasco gerador de vapor antes de interromper o aquecimento se este cuidado não for tomado pode haver refluxo do material do balão B para o balão A Se o material que está sendo arrastado pelo vapor de água cristalizar no condensador recomendase retirar temporariamente a água de refrigeração até que o sólido se funda novamente com esta operação evitase o entupimento do condensador Figura 1 Aparelhagem para destilação a vapor Tipo A Tipo B Figura 2 Nesse procedimento o vapor é gerado no mesmo frasco onde se encontra o material vegetal vapor gerado in situ esse procedimento também denominado de codestilação é empregado para substâncias que não se decompõem quando expostas a vapor superaquecido Na aparelhagem apresentada na Figura 2 o funil de adição contém água e o balão contém a mistura a ser codestilada durante a destilação gotejase água à mesma velocidade de destilação do líquido Esse processo é recomendado quando o material a ser arrastado é um sólido ou um líquido viscoso e também para misturas de baixa viscosidade ou sólidos não finamente divididos Durante a codestilação caso a ebulição seja muito vigorosa substâncias finamente divididas podem sofrer arraste mecânico Figura 2 Aparelhagem para destilação a vapor Tipo B Destilação simples ou fracionada versus Destilação por arraste a vapor No processo de destilação por arraste a vapor os componentes da mistura são imiscíveis ao contrário do processo de destilação fracionada onde os componentes da mistura são miscíveis Destilação de misturas líquidas homogêneas líquidos miscíveis Para líquidos miscíveis destilação fracionada a composição do vapor depende das pressões de vapor dos dois compostos PT PA PB PA e PB pressões parciais e das quantidades relativas dos dois compostos XA PAPAPB XA é a fração molar do componente A na vapor Portanto na destilação fracionada a composição do vapor varia no decorrer processo Destilação por arraste a vapor líquidos imiscíveis Para líquidos imiscíveis destilação por arraste a vapor cada líquido exerce sua própria pressão de vapor característica e portanto a composição do vapor depende das pressões de vapor dos dois compostos puros PT PA PB onde PA e PB pressões de vapor dos componentes A e B puros Assim quando os dois componentes são completamente imiscíveis cada componente entra em ebulição independente do outro a uma pressão total de vapor igual à soma das pressões de vapor de cada componente puro a pressão de vapor total da mistura a qualquer temperatura é sempre maior do que a pressão de vapor de qualquer componente Desse modo o ponto de ebulição de uma mistura de compostos imiscíveis é menor do que o ponto de ebulição do componente mais volátil Exemplo Bromobenzeno PE156 C e água PE 100 C destilam a 95 C Determinação da composição do destilado A composição do destilado depende do peso molecular dos componentes e de suas pressões de vapor na temperatura de ebulição da mistura Sabendose que PVnRT e considerandose V T e R constantes temse a seguinte razão PAPB nAnB ou PAPB mAMMBmBMMA ou mBmA PBMMB PAMMA Sabendose que o composto B é água e que PT760 mmHg temse PTPA PB ou PT PA Pagua ou 760mmHgPAPágua ou PA760 Págua temse mAmágua PAMMAPáguaMMágua ou mAmágua 760PáguaMMAPágua18gmol A é a substância imiscível em água PA e Págua são as pressões de vapor da substância A e da água puras respectivamente MMA é a massa molar média de A e MMágua é a massa molar média da água 18gmol A pressão de vapor da água na temperatura de ebulição da mistura pode ser conhecida através dos dados fornecidos na Tabela 1 Tabela 1 Pressão de vapor da água mmHg de 15 a 210 C tºC PmmHg tºC PmmHg tºC PmmHg 15 1436 24 22377 115 126798 13 1691 26 25209 120 148914 11 1987 28 28349 125 174093 9 2326 30 31824 130 202616 7 2715 35 42175 135 234726 5 3163 40 55324 140 271092 3 3673 45 7188 145 311676 1 4258 50 9251 150 357048 0 4579 55 11804 155 407588 2 5294 60 14938 160 463600 4 6101 65 18754 165 525616 6 7013 70 23370 170 594092 8 8045 75 28910 175 669408 10 9209 80 35510 180 752020 12 10518 85 43360 185 842384 14 11987 90 52576 190 941336 16 13634 95 63390 195 1048876 18 15477 100 76000 200 1165916 20 17535 105 90607 205 1292912 22 19827 110 107456 210 1430548 Exemplo Sabendose que bromobenzeno PE 156 C e água PE 100 C destilam a 95 C calcule a composição porcentual em massa dos dois componentes R Da Tabela 1 sabemos que a pressão de vapor da água a 95 C é de 6339 mmHg A composição do destilado pode ser determinada da seguinte forma Massa de bromobenzenomassa de H2O 760 6339 X 157 gmol 6339 X 18 gmol 173100 A composição percentual em massa dos dois componentes será então Bromobenzeno 173173100 X 100 63 Água 100173100 X 100 37 Parte operacional da destilação por arraste a vapor para obtenção de óleos essenciais Introdução O método da extração por arraste a vapor consiste basicamente em passar uma corrente de vapor de água através do material que contém as substâncias que se deseja extrair A destilação por arraste a vapor é um método muito utilizado para o isolamento e purificação de substâncias Ela se aplica a líquidos que são imiscíveis em água ou com miscibilidade muito pequena nesse solvente Os óleos essenciais na sua grande maioria são imiscíveis em água sua extração envolve o processo de destilação por arraste a vapor que consiste essencialmente na volatilização do óleo essencial com uma corrente de vapor de água No caso específico da extração do óleo essencial de folhas a temperatura elevada do vapor auxilia na ruptura das vesículas existentes na folha liberando uma maior quantidade de óleo o vapor de água ao passar pelas folhas arrasta o óleo essencial O sistema mais comumente utilizado na destilação por arraste a vapor encontrase na figura 3 O frasco B é a fonte geradora de vapor O vapor produzido é conduzido através de um duto até o frasco A que contém as partes do vegetal folhas casca caule etc Os vapores de água e o óleo essencial são condensados no condensador e finalmente coletados no frasco coletor O tubo canal de respiro no frasco B mantém a pressão no aparelho igual à pressão do ambiente Existem duas maneiras possíveis para se realizar a destilação por arraste a vapor No procedimento TIPO A o vapor é gerado em um frasco e em seguida passado através do material vegetal contido em outro frasco como mostrado nas figuras 1 e 3 esse procedimento é empregado para se extrair substâncias que podem se degradar caso sejam expostas a um vapor superaquecido No procedimento TIPO B o vapor é gerado no mesmo frasco onde se encontra o material vegetal esse método se aplica àquelas substâncias que se porventura forem expostas a um vapor superaquecido não correm o risco de se degradar Nesse procedimento há a possibilidade de superaquecimento do frasco já que o aquecimento é feito diretamente no frasco contendo o material vegetal além disso há a possibilidade de queima do material vegetal em contato com a parede do frasco Figura 3 Sistema para a destilação a vapor das cascas de laranja Conceitos fundamentais Um grande número de árvores e outras plantas exalam aromas agradáveis que resultam de misturas complexas de compostos orgânicos voláteis Essas misturas de produtos naturais voláteis constituem o que se denomina de óleos essenciais Esse óleo produzido pela planta fica geralmente armazenado em pequenas vesículas das folhas pétalas e cascas e devido a sua volatilidade escapam pelos poros das vesículas perfumando o ambiente Dentre os óleos mais importantes podemos destacar os de eucalipto canela hortelã jasmim lavanda limão rosa etc A extração e a comercialização desses óleos essenciais são importantes para as indústrias de perfumes alimentos fármacos materiais de limpeza dentre outras Os métodos mais comuns de extração de óleos essenciais de plantas são a prensagem a destilação por arraste a vapor e a extração por solventes Nesta experiência será feita a extração do óleo essencial de um material vegetal utilizando o método de destilação por arraste a vapor Aplicações no experimento Neste experimento serão utilizados cravodaíndia ervadoce cominho laranja e canela em pó a Óleo essencial de cravo Óleo volátil obtido dos botões florais secos ainda fechados de Syzygium aromaticum constituído por 8287 de eugenol cerca de 10 de acetileugenol cariofileno e outras substâncias eugenol Usos do óleo essencial extraído do cravo da Índia anestésico local alívio de dor de dente fabricação de cremes dentais perfumaria microscopia agente clarificador de histologia antisséptico local tratamento de eczemas fungos unhas dentre outros Eugenol Pressão de vapor de 2 mmHg a 100 C PE 255 C Preço R 2660 100 g b Óleo essencial da canela Óleo obtido de Cinamomum zeylanicum constituído por 5065 de cinamaldeído outros constituintes são 48 de eugenol e felandreno α e β cinamaldeído Usos do óleo essencial extraído da canela Indústria de perfumes e aromas carminativo contra gases Cinamaldeído Pressão de vapor 1mmHg a 761 C e 10 mmHg a 120 C PE 246 C com decomposição Preço R 1640 25 g b Óleo essencial da laranja Óleo obtido das cascas dos frutos de Citrus sinensis Citrus aurantium etc constituído por 90 de R limoneno outros constituintes são citral A citral B linalool etc Rlimoneno Usos do óleo essencial extraído da laranja Indústria de perfumes aromas corretivo de sabor em medicamento expectorante RLimoneno Pressão de vapor 40mmHg a 843 C PE 17551765 C com decomposição Preço R 7480 5 mL Leitura recomendada mínima e obrigatória Técnicas 18 Parte seis As técnicas páginas 668 a 673 da seguinte referência Pavia D L Lampman G M Kriz G S Engel R G Química Orgânica Experimental Técnicas de escala pequena segunda edição 2009 Experimento 33 Parte três Propriedades e reações de compostos orgânicos páginas 238 a 250 da mesma referência supracitada Exemplares em português estão disponíveis na biblioteca da UEMS enquanto que na biblioteca da UFGD há exemplares em língua inglesa