Reação de Cannizzaro - Parte 1

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I - 3320 - TURMA 04
REAÇÃO DE CANNIZZARO - PURIFICAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS
PROFESSORA: Debora Cristina Baldoqui
ALUNOS: Cesar Henrique de Souza R.A.: 109395
Maria Clara Mazócoli R.A.: 117567
Mariana Vidotto Donadon R.A.: 116328
Maringá, 23 de agosto de 2022
INTRODUÇÃO
Reação de Cannizzaro
A reação possui esse nome por conta de Stanislao Cannizzaro, um químico
que lecionava química na Universidade de Gênova e tinha sua pesquisa baseada
em produtos naturais, das descobertas que fez, podemos destacar a síntese de
cianamidas, a descoberta da santonina e a desprotonação de aldeídos, a Reação de
Cannizzaro.[1]
A de Reação de Cannizzaro é uma reação auto-oxirredução com o aldeído
agindo como agente oxidante e como agente redutor e é feita a partir de aldeídos
aromáticos e aldeídos alifáticos, que não possuem um hidrogênio na posição α à
carbonila, que sofrem uma reação de desprotonação quando são tratados com uma
base forte o que produz uma mistura com a mesma quantidade de moléculas do
álcool primário e do sal do ácido carboxílico correspondente.[1]
Mecanismo da Reação
Na reação de Cannizzaro, primeiramente, por meio de uma adição
nucleofílica, o par de elétrons do oxigênio da hidroxila ( -OH) ataca o carbono
parcialmente eletropositivo da carbonila ( -CO-) do benzaldeído. Forma -se então,
um intermediário alcóxido (RO-) contendo um hidrogênio muito ácido que, por sua
vez, faz com que ocorra a transferência imediata do hidreto para outra molécula de
benzaldeído. (Equação 01)
Equação 01.
Em seguida, ocorre a etapa de redução, em que a molécula de benzaldeído
que sofreu adição d e hidreto na etapa anterior ataca o hidrogênio da água e, com
isso, o aldeído é reduzido a álcool benzílico. (Equação 02)
Equação 02.
Na última etapa, denominada etapa de oxidação, a molécula de aldeído que
sofreu substituição do hidrogênio pela hidroxila na primeira etapa é oxidada a ácido
benzoico. Este , por sua vez, contém um hidrogênio ácido que sofre o ataque da
hidroxila, numa reação ácido-base, produzindo o sal benzoato de sódio. (Equação
03)
Equação 03.
Refluxo
Quando uma reação química é lenta a temperatura ambiente e há a
possibilidade de acelerá-la por meio do aquecimento, o equipamento de refluxo
permite a aceleração da mesma, aquecendo a reação por um período de tempo no
qual ocorre também o seu resfriamento fazendo com que seu vapor condense.[2]
Figura 1 - Sistema de Refluxo.
Agente secante
A secagem de um composto, húmedo com água ou solvente orgânico volátil,
pode ser realizada sob pressão reduzida, com o auxílio de um dessecador a vácuo,
porém, o uso de agentes secantes apropriados, como Na2SO4 e CaSO4, é
normalmente recomendado para uma maior eficiência quanto à secagem da
substância.[3]
Filtração a vácuo
A filtração a vácuo é um procedimento rápido que objetiva eliminar ao
máximo a água mãe dos cristais. Diferentemente da filtração à quente, aqui se utiliza
um funil de Büchner, associado a um papel de filtro mais fino, previamente
umedecido com o solvente.[3]
Figura 2 - Sistema de filtração à vácuo
OBJETIVOS
Sintetizar e caracterizar os produtos da reação de Cannizzaro: álcool
benzílico e ácido benzóico.
PROPRIEDADES FÍSICAS E TOXICIDADE
Benzaldeído (C5H5CHO)[4][5]
Composto orgânico que apresenta em sua estrutura um anel benzeno e um
grupo aldeído, tem característica de um líquido viscoso, em temperatura ambiente,
claro e incolor ao amarelo e em temperatura ambiente e seu odor é semelhante ao
óleo de amêndoa amarga. Além disso, seu vapor é mais pesado que o ar, tornando
risco para o meio ambiente, com medidas imediatas tomadas para evitar seu
alastramento. Em contato com a pele, pode causar dermatites e alergias, se inalado,
provoca tosses e dores de garganta, causa dor e vermelhidão nos olhos. Pode ser
extraído de frutas, como damasco e maçã; por conta de seu aroma, é empregado
como saborizador artificial, cosméticos e produtos farmacêuticos.
Solubilidade: Muito solúvel em água; solúvel em solventes orgânicos (ácido
sulfúrico concentrado, dióxido de carbono líquido, tolueno, clorofórmio, metilamina e
amônia líquida; miscível com álcool, éter, óleos fixos e voláteis;
Densidade: Densidade relativa (água = 1): 1,05;
Ponto de ebulição: 178° C
Ponto de fusão: - 26° C
pKa: 14,9
Figura 2 - Benzaldeído (Fonte: PubChem)
Álcool benzílico (C7H8O)[6]
Apresenta-se como um líquido incolor com um odor agradável, levemente
pungente, aromático e frutado. É um álcool aromático em benzeno com um único
substituto hidroximetil. Tem um papel como solvente, metabólito, antioxidante e
fragrância. O contato pode irritar a pele, os olhos e as membranas mucosas. Pode
ser um pouco tóxico por ingestão e pela inalação de seu vapor, causando tosse,
tontura, dores de cabeça, sonolência, náuseas e dores abdominais .
Solubilidade: solúvel em água, éter e etanol; solúvel em benzeno, metanol,
clorofórmio e acetona; solúvel em solventes orgânicos e óleos; miscível em
temperatura ambiente no etanol;
Densidade: 1.0419 g/cm a 24 °C
Ponto de fusão: - 15° C
Ponto de ebulição: 205° C
pKa: 15,40
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/benzene
Figura 3 - Álcool benzílico (Fonte: PubChem)
Éter etílico ((C2H5)2O)[7]
Composto orgânico onde dois átomos de carbono são ligados através de um
átomo de oxigênio, apresenta-se como um líquido incolor, volátil com um odor
adocicado. Menos densa que a água e ligeiramente solúvel em água. Por isso flutua
sobre a água. Seus vapores são mais pesados que o ar. Usado como solvente e
para fazer outros produtos químicos. Esse composto pode ser absorvido pelo corpo
se ingerido ou tendo seu vapor inalado, causando tosse, dor de garganta e cabeça,
sonolência e podendo perder a consciência. Se em contato com a pele, deixa-a
seca, ou nos olhos, ocasionando dor e vermelhidão. É altamente inflamável.
Solubilidade: Miscível com álcoois alifáticos inferiores, benzeno, clorofórmio, éter
de petróleo, solventes de gordura, muitos óleos e em solventes orgânicos; sol em
ácido clorídrico concentrado; Solúvel em acetona, nafta solvente, benzeno, óleos;
muito solúvel no etanol; solução aquosa de ácido clorídrico.
Densidade: 0,71 g·cm-3 (20 °C)
Ponto de ebulição: 35° C
Ponto de fusão: -116° C
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/benzene
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/chloroform
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/hydrochloric%20acid
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/acetone
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/benzene
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/ethanol
Figura 4 - Éter etílico (Fonte: PubChem)
Ácido benzóico (C7H6O2)[8][9]
É um composto carboxílico que possui característica de um sólido cristalino
incolor, em sua temperatura ambiente e inodoro, eficientemente solúvel em água e
em solventes como: clorofórmio, éter etílico, etanol, metanol, acetona e benzeno.
Atua em reações contendo o grupo carboxila, na obtenção de sais, ésteres, amidas,
haletos de ácido e anidridos. Se não armazenado ou utilizado corretamente,
apresenta grandes riscos ambientais e à saúde (irritação de pele ou olhos) com
precauções imediatas evitando seu alastramento. Além de outras aplicações, pode
ser utilizado na produção de novos produtos químicos, como conservantes.
Solubilidade: insolúvel em água fria; moderadamente solúvel em água quente, 3,4
g/l (25°C); solúvel em metanol, éter dietílico.
Densidade: 1,3 g/cm3
Ponto de fusão: 122,4° C
Ponto de ebulição: 149,2°C
pKa: 4,19
Figura 5 - Ácido benzóico
Hidróxido de sódio (NaOH)[10][11]
Pode apresentar-se como um líquido incolor e inodoro ou como um sólido
branco; em solução líquida possui maior densidade que a água. Reage de forma
violenta com a água, quandoquente ou fundido, ácidos ou compostos halogenados
orgânicos; em compostos nitro, é obtido sais sensíveis ao impacto; gera gás
inflamável hidrogênio em contato com metais (alumínio, estanho, magnésio e zinco).
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
Altamente tóxico se ingerido e provoca irritações severas na pele, olhos e mucosas.
Além disso, é altamente corrosivo em metais e tecidos.
Solubilidade: muito solúvel em água.; espontaneamente solúvel em etanol;
Densidade: 2,13 g/cm3
Ponto de ebulição: 1388° C
Ponto de fusão: 323° C
pKa: 6,3
Figura 6 - Hidróxido de sódio
Cloreto de cálcio (CaCl2)[12]
Composto iônico de cálcio e cloro. É altamente solúvel em água. É um sal
que é sólido à temperatura ambiente e se comporta como um típico haleto iônico.
Tem várias aplicações comuns, como salmoura para plantas de refrigeração,
controle de gelo e poeira em estradas e em cimento. Ele pode ser produzido
diretamente do calcário, mas grandes quantidades também são produzidas como
subproduto do processo Solvay. Devido à sua natureza higroscópica, deve ser
mantido em recipientes hermeticamente fechados.
Solubilidade: Solúvel em carbonato de metila e acido acético; Muito solúvel no
etanol; Livremente solúvel em água com liberação de muito calor; solúvel em
glicerol, etilenoglicol, ácido fórmico; insolúvel em HCl aquoso; solúvel em metanol
(1,49g/100mL) e em amônia (2, 15g/100mL);
Densidade: 2,165 g/cm3
Ponto de fusão: 801° C
Ponto de ebulição: 1465° C
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/Calcium
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/Chlorine
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/brine
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/ice
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/methyl%20carbonate
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/acetic
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/water
Figura 7 - Cloreto de cálcio (Fonte: PubChem)
Ácido clorídrico (HCl)[13]
O ácido clorídrico (HCl), líquido refrigerado, apresenta-se como um líquido
incolor com um odor forte e pungente. Vapores são mais pesados que o ar. A
inalação a longo prazo de baixas concentrações de vapores ou a inalação a curto
prazo de altas concentrações tem efeitos adversos para a saúde; na sua forma
anidra, apresenta-se como um gás incolor com odor forte e pungente. Fume
fortemente no ar úmido. Não inflamável. Corrosivo para metais e tecidos e irritante
para os olhos e sistema respiratório. Mais pesado que o ar. A inalação a longo prazo
de baixas concentrações ou a inalação a curto prazo de altas concentrações tem
efeitos adversos para a saúde. A exposição do recipiente ao calor intenso pode
causar sua violenta ruptura e disparo.
Solubilidade: Solúvel em água, etanol e éter;
Densidade: 1,639 g/cm3
Ponto de fusão: -114,2° C
Ponto de ebulição: -85,1º C
pKa: -7
Figura 8 - Ácido clorídrico
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Parte I - tratamento do benzaldeído com solução de NaOH 20%
Em um balão de Claisen de 250 mL, foram adicionados 30 mL de solução de
NaOH 20%, 10 mL de benzaldeído e algumas pedras de porcelana. Foi montado um
sistema de destilação a vácuo, conforme Figura 9, e a mistura reacional foi refluxada
durante 60 minutos. Aguardou-se até que a mistura estava a temperatura ambiente
e então foi transferida para um funil de separação.
O álcool benzílico foi extraído com 12 mL de éter etílico, o procedimento foi
realizado 3 vezes. Em um frasco (A) contendo CaCl2, foram armazenadas as
frações orgânicas (álcool benzílico + éter etílico) e em outro frasco (B) foi
armazenada a fase aquosa contendo o benzoato de sódio.
Para a precipitação do ácido benzóico, a fase aquosa foi transferida para um
béquer de 250 mL, em banho de gelo, e foram adicionados cerca de 10 mL de ácido
clorídrico concentrado até se obter um indicativo ácido em papel tornassol
(caracterizando a precipitação do ácido benzóico). A solução foi resfriada e filtrada
em funil de Büchner, lavando o precipitado com água destilada gelada.
Parte II - Purificação do ácido benzóico e destilação do ácido benzílico
Para purificar o ácido benzóico, o precipitado foi dissolvido em água fervente,
foi adicionado carvão ativo e a mistura foi filtrada à quente e reservada para
cristalizar. Após cristalização, foi realizada filtração a vácuo sob papel de filtro
pesado e os cristais foram dessecados.
Para a destilação do álcool benzílico, a aparelhagem foi montada conforme
Figura 10 e a fase orgânica obtida anteriormente foi transferida para um balão de
250 mL. Inicialmente, foi feita a destilação do éter etílico coletando o destilado na
faixa de 35 - 40°C. Em seguida, o álcool benzílico foi destilado à vácuo na faixa de
205°C. O volume do destilado foi conferido e armazenado.