Síntese da P-nitroanilina

Prévia do material em texto

Universidade Estadual de Maringá 
 Centro de Ciências Exatas 
 Departamento de Química 
 
 
 
 
 
 Experimento 07: Síntese da p-nitroanilina 
 
 
 
 
 Química Orgânica Experimental 
 Farmácia 
 6959 
 
 
 
 Discentes: Beatriz S. Boszczovski RA:107000 
 Janaina Vicentin RA:108695 
 Julia Marques Piton RA:107843 
 
 
 Prof. Dra. Gisele de F. G. Bandoch 
 
 
 Maringá, 30 de maio de 2019 
1-Introdução 
 
 
O experimento realizado foi dividido em duas partes, a primeira com a síntese da p-
nitroacetanilida, e a segunda o produto desejado, a p-nitrotanilina. 
A p-nitroanilina é um composto que pode ser definido como uma anilina acrescida de 
um grupo funcional nitro na posição 4, ou ainda como um nitrobenzeno acrescido de 
um grupo funcional amina na posição para. Nitro derivados, geralmente quando 
líquidos possuem odores característicos e são insolúveis em água, com grande índice 
de refração em uma densidade maior que a unidade. São sólidos cristalinos em sua 
maioria, sendo que a maioria dos nitroderivados é ligeiramente colorida, geralmente 
de um tom amarelado (a intensidade da cor aumenta com o número de radicais nitro). 
Esta substância é normalmente usada como um intermediário na síntese de 
corantes , agentes antissépticos, oxidantes, fármacos (em veterinária, em 
medicamentos para aves domésticas), em gasolina (como um inibidor da 
formação de gomas) e como um inibidor de corrosão. A síntese da p-nitroanilina é 
feita a partir da hidrólise ácida da p-nitroacetanilida com água e ácido sulfúrico sob 
aquecimento, que formará um sal de amônio quaternário que, com a adição de 
solução aquosa de hidróxido de sódio, será liberado, dando origem à p-nitroanilina e 
alguns sais como subproduto. 
 A p-nitroacetanilida utilizada como meio para a síntese da p-nitroanilina, pode ser 
obtida usando a acetanilida como ponto de partida através de uma reação 
denominada substituição eletrofílica aromática. 
É preciso estabelecer certas condições que propiciem essa reação, uma vez que 
compostos aromáticos são consideravelmente estáveis por apresentarem 
ressonância. A nitração da acetanilida é favorecida por um conjunto de fatores, dentre 
eles a adição de uma mistura nitrante contendo ácido nítrico e sulfúrico ao meio 
reacional. 
 É de grande importância salientar que a p-nitroanilina é tóxica quando inalada, 
ingerida ou absorvida e deve ser manuseada com cuidado. A p-nitroanilina é 
particularmente nociva para todos os organismos aquáticos e pode causar danos em 
longo prazo ao meio ambiente se despejada como poluente. 
 
1.2- Objetivos: 
 
• Sintetizar a p-nitroacetanilida à partir da acetanilida por meio da nitração, e 
utilizá-la como produto para sintetizar a p-nitroanilina por meio de hidrolise. 
 
 
 
 
 
 
2- Parte experimental 
 
• Síntese p-nitroacetanilida 
 
 
Em um Erlenmeyer de 125mL foi adicionado 3,5g de acetanilida junto com 5mL de 
ácido sulfúrico, agitando até obter-se uma mistura límpida e quente.Em seguida 
colocou-se o vidro com a solução em banho de gelo com sal para que a temperatura 
chegasse entre 0-2º C, para assim adicionar vagarosamente uma mistura gelada de 
3mL de o ácido nítrico e 7mL de ácido sulfúrico, procurando manter a temperatura 
abaixo de 10ºC. 
Terminando esse processo, removeu-se o Erlenmeyer do banho de gelo, para que a 
nitração terminasse em temperatura ambiente por cerca de 20 min. 
Apóis isso, a mistura foi vertida sobre 70ml de água gelada destilada para promover 
a formação de cristais, e em seguida essa mistura foi filtrada em um funil de Buchner, 
lavando com água destilada. Após esse feito a mistura foi deixada, junto a um filtro 
de papel sobre um vidro de relógio para ocorrer a secagem. 
 
 
 
• Síntese da p-nitroanilina 
 
Em um balão de fundo redondo de 50Ml misturou-se 2,0g de p-nitroacetanilida, junto 
a 5mL de água e 6mL de HCl concentrado. Após esse feito foi montado um sistema 
de refluxo, acoplando o balão da mistura durante 30 a 40 minutos, gerando um liquido 
homogêneo de cor laranja. 
Em seguida após a realização da hidrólise, a mistura reacional foi vertida sobre cerca 
de 10 mL de solação de NaOH 50% gelada. Após isso, a mistura foi filtrada em um 
filtro de Buchner, e após a filtração, a mistura secante foi colocada para secagem em 
um filtro de papel em vidro de relógio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Partindo do objetivo de realizar a síntese da p-nitro-anilina a partir da acetanilida 
(Esquema 1) o experimento foi separado em duas etapas. 
 
 
A primeira etapa foi realizada a reação de nitração (Esquema 2), para isto, a 
acetanilida foi dissolvida em ácido sulfúrico e acondicionada após em banho de gelo, 
é importante ressaltar que o banho de gelo tem a função de evitar o aumento 
exagerado da temperatura, devido ao desprendimento de calor. Elevar a temperatura 
aumenta o grau de nitração, dessa forma obtêm-se maior quantidade de produto 
nitrado e subprodutos. Nas nitrações aromáticas a temperatura tem influência direta 
sobre a orientação do grupo nitro, principalmente em derivados aromáticos 
substituídos, levando a formação de isômeros indesejáveis, por isso utiliza-se o banho 
de gelo. A utilização do ácido sulfúrico garante um meio fortemente ácido que irá 
favorecer a formação do íon nitrônio na adição do ácido nítrico e inclusão deste no 
anel da acetanilida.Na reação realizada, o eletrófilo é o íon nitrônio, em que este é 
formado da protonação realizada pelo ácido sulfúrico no ácido nítrico, liberando 
moléculas de água. Este nitrônio é um núcleofilo muito forte sendo então capaz de 
atacar o anel aromático da acetanilida.No caso da síntese realizada neste 
experimento, temos na molécula de acetanilida um grupo substituinte NHOCH3 que é 
grupo ativador frente ao anel aromático, uma vez que o nitrogênio possui um par de 
elétrons livres que podem ser doados. O fato de o grupo acetamido ser ativante indica 
que, apesar de uma reduzida doação de elétrons ao anel, de modo geral, ele doa 
elétrons por ressonância mais fortemente do que retira elétrons indutivamente. Logo, 
este grupo faz com que o anel reaja mais rapidamente que o benzeno e também faz 
com que a localização da substituição aromática eletrofílica seja orto e/ou para, sendo 
a para a mais frequente devido ao impedimento estérico em relação as posições orto. 
 
 
 A segunda etapa consistiu na hidrólise da p-nitroacetanilida (Esquema 3). Para este 
procedimento, foi adicionada a pnitro-acetanilida ácido cloridrico concentrado, a 
mistura foi deixada sob refluxo durante 30 minutos onde apresentaria uma cor 
alaranjada ao término do procedimento. Após completada a hidrólise foi adicionada 
a mistura reacional a base NaOH 50% já refrigerada para que assim a temperatura 
diminuísse, voltando assim a diminuir também a solubilidade da pnitro-acetanilida 
(que estava solúvel devido ao meio ácido aquecido) após verter NaOH ocorreu a 
formação de um precipitado branco. Deve-se fazer esta neutralização para que a 
anilina fique desprotonada e assim se possa isolar o produto. Caso contrário, em meio 
ácido, a anilina continuaria protonada e permaneceriano meio aquoso. 
 
 
 
Foi feito o cálculo de rendimento do experimento apresentado a seguir: 
 
Calculo do rendimento da p-nitroacetanilida: 
Realizando as pesagens devidas com o produto já seco obtivemos a massa de 18,53 
g de p-acetetanilida. A partir desse valor encontrado, calculou-se o rendimento da 
reação, sabendo que a massa molar da acetanilida é de 135,17 g, e da p-
nitroacetanilida é de 180,16g, com a estequiometria 1:1. Além disso, a massa utilizada 
de acetanilida foi de 3,5g. 
 135,17g de acetanilida ---------------- 180,16g de p-nitroacetanilida 
 3,5 g------------------------------- x 
 
 𝑋 = 4,66 𝑔 (𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 
 4,66g---------------------100% 
 18,53g-------------------- x 
 
 X=397,63% 
 
 Aproximadamente 398 %. 
 
Pode-se observar que o rendimento ultrapassou o 100%, e isso não é o esperado, 
porém uma das possíveis causas para esse erro foi que a p-nitroacetanilida obtida 
na primeira síntese não secou completamente, e adquiriu uma forma pastosa, e no 
momento da pesagem ainda continha muita água. Pode-se observar calculando o 
erro relativo: 
 
𝐸𝑟 =
|𝑋𝑒𝑥𝑝 − 𝑋𝑟|
𝑋𝑟
. 100% 
 
 
 
 𝐸𝑟 =
|18,53−4,66|
4,66
. 100% 
 
 
𝐸𝑟=297% 
 
 
 
Calculo do rendimento p-nitroanilina: 
 
 
Realizando as pesagens devidas com o produto já seco obtivemos a massa de 5,76 
g de p-nitroanilina. A partir desse valor encontrado, calculou-se o rendimento da 
reação, sabendo-se que a massa molar da p-nitroacetanilida é de 180,16 g, e da p-
nitroanilina é de 138,12, com a estequiometria 1:1. Além disso, a massa utilizada de 
acetanilida foi de 2,05g. 
 
 
 
 
 
 180,16g de p-nitroacetanilida---------------138,12g de p-nitroanilina 
 2,05g---------------------------------------------- X 
 
 X=1,57 g (rendimento teórico) 
 
 
 
 1,57 g ----------------------100% 
 5,76g ----------------------- X 
 
 X=366,8% 
 
 
 
Como pode-se observar, o rendimento da p-nitroanilina foi afetado também devido 
ao possível erro sofrido na primeira etapa, e além disso, no momento da filtração da 
mistura contendo p-nitroanilina, ocorreu um problema com o papel filtro utilizado no 
filtro de Buchner. Quando o papel filtro entrou em contato com a solução, esse 
enrugou comprometendo a filtração, que mesmo após dias secando continuou bem 
molhada.Pode-se constatar calculando o erro relativo. 
 
 
 
𝐸𝑟 =
|𝑋𝑒𝑥𝑝 − 𝑋𝑟|
𝑋𝑟
. 100% 
 
 
 
𝐸𝑟 =
|5,76𝑔 − 1,57𝑔|
1,57𝑔
. 100% 
 
 𝐸𝑟=266 % 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4- Conclusão: 
Através deste experimento realizado, foi concluido que foi possível produzir p-
nitroacetanilida a partir de uma reação de substituição eletrofílica aromática; usando 
acetanilida e ácido nítrico como reagentes principais e ácido sulfúrico como 
catalisador. Aprendendo assim os mecanismos envolvidos na reação, a interferência 
da temperatura, que deve ser mantida baixa para que se adquira o produto desejado, 
onde o NO2 se encontra na posição para, já que a orto apresenta impedimento 
estérico. Além disso pode-se encontrar e entender a importância desse composto, 
que é muito utilizado nas indústrias químicas, pois participa da produção de corantes, 
oxidantes, gasolina e como um inibidor de corrosão. Finalmente pode-se calcular o 
rendimento, o qual foi de 366,87%, porém com uma grande porcentagem de erro 
experimental envolvido. 
 
 
5- Referências 
[1]. Solomons, T. W . G.; Fryhle, C. B.; Química Orgânica. 7ª Edição. Rio de 
Janeiro: LTC Editora, 2001. Volume 1. p. 223 - 2 27 
[2]. Bruice, P. Y.; Química Orgânica. 4 ª Edição. São Paulo: Editora Pearson 
Pentice Hall, 2006. Volume 1. p. 396 – 398 
[3]. MANO, E. B. e SEABRA, A. P. Práticas de química orgânica. Ed. Edgar 
Blücher, 3ª ed. Pg 163