Propriedades Químicas dos Compostos Orgânicos

Propriedades Químicas dos Compostos Orgânicos

(Parte 1 de 2)

Segundo Semestre 2016 Segundo ano académico

Profº. Martha Molina RELATÓRIO

Prática no.2º Título: Propriedades Químicas dos Compostos Orgânicos:

Turma_EQM4-M1 Equipa nº2

3. Giraúl Brito-20152351 4. Kátia Gáspar-20154315 5. Ivana Borges-20153842

Luanda, Setembro , 2016

Resumo4
Abstract5
I- INTRODUÇÃO6
I.1- Objectivos6
I- MATERIAIS E METODOLOGIA7
I.1-Obtenção de eteno mediante o método de desidratação de álcoois7
I. 1. 1-Equipamento7
I.2 Procedimento experimental7
I- Resultados e Discussões8
I.1- Propiedades dos hidrocarbonetos insaturados8
I.2- Propriedades dos álcoois9
I.3-Propiedades de aldeídos e cetonas9
I.4-Propriedades dos ácidos carboxílicos10
IV- Conclusão12
V-Bibliografia13

Índice VI-Anexos ................................ ................................ ................................ ..... 14

Fig.1. Esquema usado para 1ªexperiência7
Tab.1. Observações da primeira experiência8
Tab.2. Observações da segunda experiência9
Amostra9
Tab.3. Observações da terceira experiência9
Tab.4. Observações da quarta experiencia10
Tab.5.Constantes de acidez1
Fig.2. Tollens e n-HexanoFig.3. Bayer e n-Hexano ................................. 14
Fig.4. Haletos Orgânicos14
Fig.5. Teste de TollensFig.6. KMnO4 e Formaldeído .... 14

Índice de tabelas e figuras Fig.7. Formação de gás H2 na adição de Zinco à ácido carboxílico. ................ 14

Resumo

A familiarização com as propriedades de compostos orgânicos é de extrema importância visto que vários produtos que usamos são desta natureza. Sabendo que as propriedades das substâncias químicas dependem da sua estrutura e composição nada melhor do que estudarmos particularmente as propriedades de cada um deles, hidrocarbonetos insaturados, álcoois, aldeídos, cetonas e ácidos carboxílicos respectivamente, visto que cada função tem um grupo característico que explica as propriedades destes mesmos compostos.

Este trabalho teve como objectivo identificar e caracterizar o tipo de compostos orgânicos através do seu comportamento químico: hidrocarbonetos insaturados, álcoois, aldeídos, cetonas e ácidos carboxílicos. Baseamo-nos em metodologias que serviram de apoio tais como o método de desidratação de álcoois teste de Bayer Lucas Felling e Tollens ara a realização dos experimentos. Os testes foram satisfatórios tendo como exemplo o teste de álcoois que foi de acordo ao esperado segundo a cinética das reacções previstas

Palavras chave: Propriedades quimicas; Hidrocarbonetos; Teste de Fehling;Teste de Tollens; Teste de Lucas;Desidratação intramolecular; Teste de Bayer.

Abstract

Familiarity with the properties of organic compounds is of utmost importance since many products we use are of this nature. Knowing the properties of the chemicals depends on their structure and composition nothing better than especially study the properties of each, unsaturated hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids, as each feature has a characteristic group which explains the properties these same compounds.

This study aimed to identify and characterize the type of organic compounds by their chemical behavior: unsaturated hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids. We rely on methodologies that served as support such as dehydration method of testing alcohol Bayer Lucas Felling and Tollens for the experiments. The tests were satisfactory taking as an example the alcohol test which was expected according to the second kinetics of the reactions provided

Keywords: Chemical properties; Hydrocarbons; Fehling test; Tollens test; Lucas test; intramolecular Dehydration ; Bayer test.

Álcoois são compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional hidroxilo (OH-) ligado a um carbono saturado, e pela quantidade de átomos de carbono ligados ao carbono principal classificam-se como álcool primário, secundário e terciário. O ensaio de Lucas usado consiste na identificação de álcoois com o reactivo de lucas (álcoois com ate 6 átomos de carbono). O reactivo é uma combinação de HCl e ZnCl2, onde ZnCl2 actua como catalisador e acelera a recção do HCl com o grupo hidroxilo do álcool para formar os respectivos cloretos de alquilo insolúveis em água. Segundo Morrison (2011,p239) “a reactividade dos álcoois nesta reacção aumenta na ordem álcool primário <secundário <terciário estando esta relacionada com estabilidade dos carbocatiões formados” (SN!). Os aldeídos e cetonas são compostos orgânicos que possuem o grupo funcional carbonilo na sua estrutura, diferem no facto de que nos aldeídos o grupo localiza-se na extremidade da cadeia a passo que nas cetonas este grupo encontra-se entre dois carbonos da cadeia. Esta diferença de estrutura afecta as propriedades destes compostos de modo que os aldeídos são oxidados muito facilmente, enquanto as cetonas só com certos agentes. Existem 3 métodos principais na diferenciação de aldeídos das cetonas baseados na facilidade de oxidação, sendo eles: teste de Tollens, Fehling e Benedict.1 O reactivo de Tollens é uma solução amoniacal de nitrato de prata com excesso de hidróxido de amónio, é geralmente usado para detectar aldeído em acetona. Quando o reagente de Tollens reage com o aldeído tem o seu ião prata reduzido revestindo as paredes de prata (espelho de prata). Reativo de Fehling é composto por sulfato de cobre (I) (Cu+2) (solução A) em meio básico misturado em uma solução de hidróxido de sódio e tártarato de sódio e potássio. O tártarato é adicionado a solução de sulfato de cobre (I) para estabiliza-lo e evitar sua precipitação em Cu(OH)2. Quando em contacto de Fehling o aldeído forma o acido carboxílico pela sua oxidação, e os iões cobre são reduzidos, formando um precipitado castanho-avermelhado que é o oxido cuproso, e as cetonas não reagem porque não conseguem reduzir os iões cuprato.2 Ácidos carboxílicos são compostos que possuem o grupo carboxílico ligado a hidrogénio, a um grupo alquilo ou a um grupo arilo. Os ácidos carboxílicos têm caracter ácido devido a sua ionização em água. Tal força ácida pode ser maior ou menor dependendo do tipo de efeito indutivo causado pelo agrupamento ligado a carboxilo. (McMurry,2012,782-789p)

I.1- Objectivos

1- Identificar e caracterizar o tipo de compostos orgânicos através do seu comportamento químico: hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos, cetonas e ácidos carboxílicos. 2- Consolidar o conhecimento teórico sobre propriedades dos compostos orgânicos

3- Aplicar conhecimentos sobre medidas de segurança e manuseamento de reagentes, instrumentos e equipamentos de laboratório durante a aula prática.

*Similar ao reativo de Fehling , mas a base de Citrato e Carbonato de Sódio. 6

I.1-Obtenção de eteno mediante o método de desidratação de álcoois I. 1. 1-Equipamento

O esquema usado para a primeira experiencia é observado na figura ao lado que permitiu-nos a obtenção do eteno a partir da reacção de desidratação a uma temperatura de 170 .Visto que a experiencia foi de carácter qualitativo, a metodologia usada foi vantajosa, a mesma baseou-se no

aquecimento do álcool e posterior purificação do eteno a partir de um frasco lavador de gases. Já para as restantes experiencias usamos como equipamento principais alguns tubos de ensaio.

Fig.1. Esquema usado para 1ªexperiência I.2 Procedimento experimental

1. Na primeira experiencia obtivemos o eteno a uma temperatura de 170 a partir de uma reação de desidratação intramolecular onde fomos goteando continuamente ácido sulfúrico presente no funil goteador ao etanol presente no balão de três bocas, na qual o gás eteno migrou a partir da conexão entre o tubo de vidro e o frasco lavador, para posterior purificação. E por fim adicionamos o gás eteno aos tubos contendo os reagentes de Tollens e Bayer.

2. Na segunda experiencia foram adicionados 2mL de etanol, e álcool ter-butilíco aos respectivos tubos de ensaio, a seguir, foram adicionados 3mL do reagente de Lucas a cada tubo.

3. Na terceira experiencia foram rotulados 3 tubos de ensaio cada contendo 5 gotas de 4. reagente de Bayer, reagente de Tollens e reagente de Fehling respectivamente. Em cada tubo foram adicionados por etapas 3 gotas de etanol, 3 gotas de metanal e 3 gotas de propanona e observou-se as mudanças macroscópicas.

5. Na quarta experiencia rotulamos 3 tubos de ensaio limpos e secos e adicionamos 2mL de ácido fórmico, 2 mL de ácido acético e 2mL de ácido benzoico que posteriormente foi adicionado uma pequena quantidade de zinco.

I- Resultados e Discussões

I.1- Propiedades dos hidrocarbonetos insaturados A tabela abaixo mostra algunas observações tomadas no decorrer da experiencia:

Tab.1. Observações da primeira experiência.

No caso do hexano a ausência de alterações macróscopicas deveu-se ao facto dos alcanos pela sua estabilidade quimica não serem oxidados pelos oxidantes utilizados.

A segunda experiência não correu como esperado porque houve a uma falha no esquema montado, se observarmos a fig.1., nesta o tubo de saída do gás conectado ao balão não esta submerso na mixtura de ácido e etanol. Além disso o frasco lavador deve estar posicionado de modo que o gás proveniente do balão passa através do tubo interior do frasco pela água de modo a eliminar as impurezas, no entanto quando o frasco é posicionado de modo oposto ( como foi o que aconteceu) o gás sendo insolúvel em água foi-se acumulando no topo do frasco lavador, sendo que alguns casos a acumulação forçou a tampa do frasco a abrir.

A desidratação intramolecular ocorrida pode ser traduzida pelo seguinte mecanismo:

A reacção ao lado se trata de uma reacção de eliminação

E2 do álcoo primário, que se resume na protonação do ácido na primeira e posterior ataque o nucleofílo ao protão

Hidrogênio e retirada do grupo OH‾ protonado. Nesta reacção o ácido sulfúrico atua como catalisador nas

Assim com um esquema bem montado a obtenção de eteno e o posterior borbulhamento do gás nos dois reagente, daria positivo apenas com o reagente de Bayer por

uma mudança de cor traduzida através da equação:

Assim na presença de oxidante permanganato (MnO4‾) a oxidação branda do eteno libera o glicol e o óxido de de Manganês (IV). Pela redução do Mn (de +7 à +4) ocorre a mudança de cor de violeta para castanho. 8

Hidrocarbonetos Reagente de Tollens Reagente de Bayer

Hexano Sem alteração(salvo a divisória entre os líquidos) fig.2. anexos

Sem alteração (salvo a divisória entre os líquidos).

Fig.3. anexos

Eteno Sem alteração Mudança de cor de violeta para castanho

I.2- Propriedades dos álcoois

Mudanças Etanol Mudanças

Álcool n-butílico

Mudanças Álcool ter-butílico

Reação perante a R. Lucas

Sem alterações Formação de segunda camada insolúvel (à 100ºc)

Formação de segunda camada insolúvel

Velocidades da reacção Sem reacção 3 min e 30 seg 30 seg

Tab.2. Observações da segunda experiência

Consoante a tabela acima ao mixturar-mos o o reativo de Lucas com os álcoois terciários e secundários, houve formação de uma segunda fase insolúvel pela turvação de solução

(haleto orgânico) fig.4.. As reacções ocorridas seguem o mecanismo SN! :

Assim podemos concluir que os alcoóis terciários reagem rapidamente com o reativo, os secundários podem reagir, mas as condições são mais drasticas ( 100°C, e uma concentração acima de 70% de ácido). Os primários são ainda menos reactivos que os alcoóis secundários, sendo necessárias condições ainda mais

severas ( t>150°C, e uma concentração acima de

95% de ácido). A velocidade de reação dos alcoóis terciários é mais rápida do que as dos alcoóis secundários e primários, devido ao catião

intermediario estar estabilizado por um maior número de grupos alquilo ( R- ) repelindo as suas densidades eletrônicas em direcção ao átomo de carbono carregado positivamente.

I.3-Propiedades de aldeídos e cetonas

Amostra Mudanças R Tollens

Mudanzas R. Fehling

Mudanhas Permanganato de Potássio

Etanol Não realizado Sem Alteração Precipitação mudança de cor de Violeta para castanho

Formaldeído Espelho de prata Sem alteração Precipitação mudança de cor de Violeta para castanho

Acetona Não realizado Sem alteração Permanência da cor violeta

Tab.3. Observações da terceira experiência.

Consoante tabela podemos observar que a formação do espelho de prata com o

Fehling deveu-se a redução da Prata metâlica nas paredes do frasco, pelo agente redutor (Formaldeído). Abaixo podem-se observar as equaçãos da preparação e teste com o reativo respectivamente: As duas primeiras equações representam a preparação do reagente a passo que última a reacção REDOX entre o reativo e o aldeído. Portanto a formação do espelho de prata em compostos com grupo carbonilio ocorre apenas com os aldeídos visto que o reativo de Tollens é fraco oxidante frente as cetonas.

Relativamente ao reagente de Fehling como já sabemos se trata de uma solução constituida pela

mixtura em quantidades iguais de duas soluções

(Fehling A e Fehling B) onde na solução final o agente oxidante é o anião complexo bistartaratocuprato (I) contendo o catião Cúprico (Cu+2). Então tal como o Tollens o Fehling também é um oxidante fraco que oxida apenas aldeídos pela seguinte equação: No entranto esta alteração de cor não se verificou. Para além disso notou-se que a solução de fehling final não apresentava a cor azul inicial, sendo que um dos principais factores desta possa ter sido o tempo de permanência do reagente no frasco após a sua utilização.Pois assim como o reagente de Tollhens o reagente de Fehling deve ser

logo usado após a sua preparação. A oxidação dos aldeídos perante a estes reagentes é devida a estrutura do grupo carbonilo, como já argumentamos na introdução. Pois nos aldeídos o nox do carbono do grupo carbonilo é +1 a passo que nas cetonas é +2 logo pelos conceitos de químcia geral que quanto menor é o nox de uma espécie mas facilmente esta pode ser oxidada, concluímos que os aldeídos são os que podem oxidados pelos agentes selecionados. Quanto a adição de permanganato de potássio observamos que sendo um forte oxidante, o etanol sendo um álcool primário e o formaldeído são oxidados respectivamente para ácido acético e ácido fórmico. Enquanto que a cetona não é oxidada. Portanto é de esperar que álcoois primários e aldeidos quando oxidados ao lliberarem ácidos carboxílicos apresentam pH

ácidos, pela ácidez destes compostos.

I.4-Propriedades dos ácidos carboxílicos

Ácido fórmico Ácido etanoico Ácido benzoico

Zinco moído Libertaçã de gás e formação de uma segunda camada solúvel

Libertação de gás e formação de uma segunda camada solúvel

Libertação de gáse formação de uma segunda camada solúvel

Tab.4. Observações da quarta experiencia.

Com base nas observações tomadas, observamos que a reacção dos ácidos carboxílicos com o metal zinco tem como produto o carboxilato de zinco e o zinco metâlico que ficou sem reagir. Assim para os 3 ácidos teremos a seguinte equação:

X-COOH(aq) + Zn(S)H2(g) + Zn(XCOO)2(aq)

Tab.5.Constantes de acidez

Assim a extensão da reacção dependerá da natureza do radical X (onde X=alquilo ou

Arilo). No entanto a quantidade de gás Hidrogênio liberado sera directamente proporcional ao Ka do ácido: Notamos que o ácido fórmico reagiu rápido e já com o ácido acetico e com benzoico reagiu lentamente. Como o ácido fórmico tem uma maior constante de ácidez então ele é o mais ácido, e por isso houve uma maior libertação de gás H2 ( Hidrogénio ) na reacção, já no ácido acetico e no ácido benzóico uma menor libertação de gas H2. O ácido fórmico é mais ácido de que o ácido acético. Podemos explicar pelo efeito indutivo doador de electrões(I+) do grupo metil no ácido acético, o qual vai desestabilizar a base conjugada e com isso diminuir a acidez do ácido acético( porque apresenta menos atomos de carbono). Comparando a diferença de acidez entre ácido benzóico e o ácido fórmico, percebemos que o ácido benzóico é mais fraco pelo fato do grupo fenil agir como um grupo que repele eletrões para fonte geradora de iões H+. Quando a ressonância permitir o fluxo de eletrões rumo a fonte geredora de H+, a ionização será dificultada e o ácido será mais fraco.

IV- Conclusão

Com base ao presente relatório podemos concluir que nos sentimos mais confiantes quanto a certos conhecimentos teóricos que careciam de uma demonstração pratica da realidade. Relativamente a primeira experiencia o erro de montagem foi determinante na falha para a obtenção do eteno, logo consideramos a mal montagem do esquema como sendo erro de operador.

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