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Relatrio de qumica orgnica
DESIDRATAODELCOOIS:OBTENODOCICLOEXENOAPARTIRDOCICLOEXANOL
REAESDE CARACTERIZAO
Discentes: Gabriela Bitto de OliveiraLarissa Fernandes BatistaJos Carlos de Oliveira Junior
Docente: Beatriz Eleutrio GoiDisciplina: Qumica OrgnicaCurso: Engenharia Ambiental
1 ano
Presidente Prudente, 27 de novembro de 2009
Unesp
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ndice
Introduo ..............................................................................................................................1
Objetivos .................................................................................................................................6
Matrias ..................................................................................................................................6
Metodologia ............................................................................................................................7
Resultados e Discusses .........................................................................................................8
Concluso ..............................................................................................................................10
Apndice
Apndice A ...............................................................................................................11 Questes
Apndice B ................................................................................................................12 Teoria no laboratrio
Bibliografia ..........................................................................................................................14
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Introduo
lcooisOs lcoois so geralmente cidos ligeiramente mais fracos do que a gua, com valores de pKa
entre 16 e 18. Os lcoois so compostos versteis, e podem ser usados como material de partida para apreparao de uma grande variedade de compostos.
Os lcoois podem ser classificados de duas maneiras:De acordo com o nmero de hidroxilas:
1 hidroxila - monolcool ou monol 2 hidroxilas - dilcool ou diol (tambm chamado glicol) 3 hidroxilas - trilcool ou triol Vrias hidroxilas - polilcool ou poliol
Quanto posio da hidroxila: OH em carbono primrio - lcool primrio OH em carbono secundrio - lcool secundrio
OH em carbono tercirio - lcool tercirio.As molculas dos lcoois, por possurem o grupo polar OH, pode-se dizer, so ligadas entre sipelos mesmos tipos de foras intermoleculares que agregam as molculas de gua umas s outras - asligaes de hidrognio.
Nesses lcoois, que so lquidos incolores volteis e de cheiro caracterstico, o grupo OHconstitui importante poro da molcula. Com o aumento da cadeia carbnica, todavia, o grupo OHcomea a perder importncia, pois a maior parte da molcula um hidrocarboneto. Os lcoois entose tornam mais viscosos, menos volteis e menos solveis em gua, at chegarmos a lcoois de massamolecular to elevada que so slidos e insolveis em gua. A viscosidade e a solubilidade doslcoois em gua tambm aumenta se o nmero de hidroxilas aumentar. Quanto maior o nmero degrupos OH, mais intensas sero as interaes intermoleculares e maior sero os pontos de fuso e
ebulio dos lcoois.propriedades qumicasO grupo OH dos lcoois a sua parte mais reativa, e estes compostos podem reagir de duas
maneiras: rompendo a ligao O-H ou rompendo a ligao C-OH. Neste ltimo caso, sendo o grupoOH um pssimo abandonador, ou seja, difcil de retirar de uma molcula, geralmente utiliza-se
protonar o grupamento, para facilitar a sua sada. Estudando o comportamento qumico dos lcoois,pode-se conhecer muito do comportamento qumico do grupo hidroxila em outros compostos.
Os lcoois funcionam como substncias anfteras, isto , comportam-se s vezes como cido es vezes como base, ambos muito fracos. Isso vai depender principalmente da natureza do outroreagente. A acidicidade dos lcoois se deve ao fato de existir um hidrognio ligado a um tomo muitoeletronegativo, o oxignio. O carter cido dos lcoois segue a seguinte ordem de intensidade: lcool
primrio > lcool secundrio >lcool tercirio. Isso ocorre por causa do efeito indutivo +I do grupoalquilo. Quanto mais radicais existirem, maior ser a densidade eletrnica no oxignio, e maisfortemente ligado estar o hidrognio.
As principais reaes dos lcoois so:1. Desidratao2. Eliminao em diis3. Eliminao em lcoois cclicos4. Reao com HX diludo5. Reao com HI concentrado6. Reao com cloreto de tionila7. Reao com haletos de fsforo8. Reao com cidos (Esterificao)9. Reao com aldedos ou cetonas10. Reao com cloretos de cidos
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Reao de eliminao
Na prtica realizada utilizaremos a reao de desidratao dos lcoois para se obter alceno. Adesidratao um tipo de reao de eliminao. Reaes de eliminao so uma das maisimportantes e fundamentais classes de reaes qumicas. Basicamente, o mecanismo da eliminaocompreende a sada de dois tomos ou grupos de tomos em uma molcula orgnica. Assim, h asada de dois grupos de tomos de carbono vizinhos se formam ligaes duplas e triplas.Eliminaes do tipo 1,2 fornecem ligaes duplas, sendo uma tima metodologia para a
preparao de alcenos que o caso que trabalharemos.
Desidratao de lcoois catalisada por cido
As reaes de desidratao cataltica dos lcoois, embora conhecidas desde o sculo passado,despertaram ainda interesses cientfico e tecnolgico entre os pesquisadores, indicando que 'algunsaspectos destas reaes no podem ser considerados como perfeitamente esclarecidos.
A relao de custo lcool/petrleo e a disponibilidade de matria-prima so fatores
econmicos que tm influenciado, ao longo do tempo, o desenvolvimento de pesquisas visando melhoria de tecnologia de processos.No Brasil, com a implantao do pralcool, o etanol passou a ser usado diretamente como
combustvel e como matria prima para a indstria alcoolqumica, tornando-se uma possvelalternativa para a indstria qumica clssica derivada do petrleo.
Os primeiros estudos relativos reao de desidratao dos lcoois datam de 1797, quandoBandr, Deiman, Paets e Laurenburgh descobriram a ao desidratante da alumina sobre os lcoois eintroduziram o nome olefina, que at hoje usado com sucesso para os compostos que contemcarbono insaturado (dupla ligao);
Quando um lcool aquecido na presena de um cido forte, ocorre a eliminao de gua comformao de um alceno. Esta reao conhecida como desidratao de lcoois. Quando tratados com
cidos, dado que os lcoois so bases fracas, cidos fortes so necessrios para os protonar lcooissecundrios e tercirios geralmente eliminam gua atravs de um mecanismo envolvendo a
participao de um carboction como intermedirio Dado que os lcoois so bases fracas, cidosfortes so necessrios para os protonar.
A reao uma eliminao favorecida a altas temperaturas. Os cidos mais comumenteutilizados no laboratrio so os cidos de Bronsted doadores de prtons tais como o cido sulfricoe o cido fosfrico. O cido sulfrico e fosfrico so escolhidos em vez do cido clordrico ou
bromdrico como catalisadores na desidratao dos lcoois em parte porque as bases conjugadas doscidos sulfrico e fosfrico so maus nuclefilos pelo que no h formao de elevadas quantidadesde produtos de substituio. Os cidos de Leis como a alumina (Al2O3) so frequentemente utilizadosnas desidrataes industriais na fase gasosa.
possvel desidratar lcoois de duas maneiras: pela desidratao intramolecular, ou pelaintermolecular. Como o prprio nome diz, a intramolecular retira gua dentro (intra) de uma nicamolcula de lcool formando um alceno. J a intermolecular retira gua entre (inter) duas molculas
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C C
OH
H2SO4 HSO4_
C C
O H
H
+
+ + C CH + H2O+
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de lcool ter.Ex.: Desidratao intramolecular do etanol
Ex.: Desidratao Intermolecular do etanol
As reaes de desidratao de lcoois devem ser realizadas tomando-se algunscuidados. Primeiro, deve-se escolher um cido que no gere uma base conjugada que possibilite umasegunda reao (reao de substituio). Segundo, devem-se tomar alguns cuidados com relao
reversibilidade da reao, realizando o experimento de tal forma a deslocar o equilbrio no sentido daformao dos produtos. Essas reaes tambm mostram vrias caractersticas importantes:
1. A temperatura e concentrao do cido necessrias para desidratar um lcool dependem dosubstrato lcool:
A velocidade de formao do carboction por perda da molcula de gua depende grandemente daestabilidade do carboction formado. Carboction secundrios e tercirios so suficientementeestveis para ser intermedirios nas reaes. A estabilidade do carboction aumenta com o aumentodo nmero de substituintes alquilo e arilo, no tomo de carbono que tem a carga positiva.
(a) Os lcoois primrios so os mais difceis de desidratar. A desidratao do etanol,por exemplo, requer cido sulfrico concentrado e uma temperatura de 180C:
(b) Os lcoois secundrios normalmente desidratam sobcondies amenas. O cicloexanol, por exemplo, desidrata em cido fosfrico 85% a 165 170C:
(c) Os lcoois tercirios geralmente so to facilmente desidratados que condies
extremamente amenas podem ser utilizadas. O lcool tert-butlico, por exemplo, desidrata em cidosulfrico aquoso de 20% a uma temperatura de 85C:
Assim, como um todo afacilidade relativa com que os lcoois sofrem desidratao d-se na seguinte ordem:
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H2SO4170C
CH2
OH
CH2
HH2O CH2 CH2+
CH3 OHCH2CH3 OHCH2
H2SO4140C
H2O + CH3 OCH2 CH2 CH3
OH
H2SO4 ou
H3PO4
cicloexanol cicloexano
H2O+
H
C
OH
CH
H H
H HAou calor C C
H
H H
H
C
CH3
CH3
OHCH3 C
CH2
CH3CH3
H2SO4 20%
85C
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2. Alguns lcoois primrios e secundrios tambm sofrem rearranjos de seus esqueletos decarbono durante a desidratao. Assim, ocorre a migrao de um grupo metila de um carbono
para o prximo, de tal maneira que forme um carboction mais estvel.
Reaes de caracterizao:
Tambm chamado de teste de caracterizao, essas reaes tem como objetivo caracterizar assubstncias que esto sendo utilizadas. Isso facilita a identificao de uma sunstncia especficadentro de um composto.
As reaes de caracterizao so diversificadas, para cada composto possui um diferente tipo deteste de caracterizao como por exemplos as cetona onde a maior parte das reaes de caracterizaode cetonas baseiam-se na formao de um derivado, a partir da reao de condensao com aminassubstitudas. As reaes ocorrem entre o grupo carbonila e o grupo -NH2 da amina substituda (servetambm para identificar aldedos).
Objetivos:
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C
R
R
OHR C
R
H
OHR C
H
H
OHR
lcooltercirio
lcoolsecundrio
lcoolprimrio
>>
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- Sintetizar o alceno ciclohexeno a partir do lcool ciclohexanol;- Demonstrar atravs da pratica uma reao de desidratao;- Compreender tcnicas de destilao;- Analisar propriedades do alceno em estudo a partir de reaes de caracterizao.
Materiais:
Destilao:- Balo de destilao
- Cabea de destilao
- Condensador
- Funil comum
- Garras e mufas
- Garra para fixao de termmetro
- Mangueiras de ltex
- Estufa
- Prolas de porcelana
-
Suporte universal- Termmetro
Reao:- Cloreto de sdio- Ciclo-hexanol- Carbonato de sdio 5 %- Cloreto de clcio anidro- gua de bromo
- Bromo em tetracloreto de carbono- Permanganato de potssio 5 %- cido sulfrico
Metodologia
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O esquema mostrado na figura -1 representa a montagem do aparelhos para se fazer a destilaodo ciclo-hexanol. No balo de 100mL coloca-se 40g do lcool, 10mL de cido fosfrico e algunscacos de porcelana porosa.
Com o balo ajustado na estufa, o aquecimento iniciado e controlado para que a temperatura na
exceda 90C e com uma proveta ( ou um outro balo ) coleta-se o material destilado que ser postonum funil de separao, onde ser adicionado cloreto de sdio e carbonato de sdio.
Figura 1- Aparelhagem para executar destilao fracionada.
Numa segunda etapa da atividade, o ciclo hexeno misturado com outras substncias:
I) Primeiramente, agita-se 0,5 mL de ciclo hexeno com 1 mL de gua de bromo;II) Adicionar 0,5 mL de ciclo hexeno a 1 mL de soluo de potssio a 5% e 0,5 mL de cidosulfrico diludo e agitar o sistema.III) Cautelosamente, adiciona-se 0,5 mL do ciclo hexeno com cido sulfrico concentrado, e apsforte agitao observe alguma mudana de cor e temperatura.
Resultados e Discusses
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Aproximadamente 13 minutos aps a estufa ser ligada, a mistura de cicloexanol com o cidofosfrico comea a borbulhar e ganhar tons de marrom claro e depois de 5 minutos ( aps a fervura )uma nvoa comea a sair do balo e percorrer a coluna de destilao at adentrar ao condensador. Agua faz com que esses gases percam energia na forma de calor e se condensem, assim h a formaodo destilado que capturado na bureta.
Quando h pouco reagente no balo com colorao marrom escuro e um cheiro peculiar perceptvel, desliga-se a estufa. O material homogneo de cor branco-prola coletado na bureta passado para um funil de destilao onde acrescentado cloreto de sdio e carbonato de sdio. Aps aagitao do sistema, a mistura torna-se heterognea com duas fases : um lquido de cor branco-prola( menos denso ) e outro transparente.
Figura 2 Representao do destilado no funil de decantao
No balo o cicloexanol reagiu com o cido fosfrico num processo de desidratao que ocorre
em 3 etapas.A primeira etapa se caracteriza pelo ataque do oxignio a um hidrognio do H3O+ formando um
lcool protonado e gua.
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A presena da carga positiva no oxignio do lcool protonado enfraquece todas as ligaes dooxignio, inclusive a ligao carbono-oxignio, e na etapa 2 a ligao carbono-oxignio se quebra eforma-se um carboction secundrio e gua.
Finalmente, ocorre a terceira etapa onde o carboction doa um prton para a gua, e ocorre aformao de um novo hidrnio (catalisador ) e o ciclohexeno.
Portanto, o material de cor branca o cicloexeno que fica sobreposto gua (d =0,81 g/mL) e otransparente gua (0,99 g/mL)(existe a presena de gua pois o cido foi neutralizado pelo cloretode sdio e carbonato de sdio).
Assim, separa-se cicloexeno da gua para fazer a segunda parte da atividade, ou seja, as reaesde caracterizao do alceno.
Atravs da reao de caracterizao podemos observar o rendimento da formao decicloexeno do processo anterior. Essa reao foi realizada adicionando 1ml de gua de bromo aocicloexeno. Assim comprovamos que para obter-se apenas cicloexeno devemos realizar a destilaofracionada mais de uma vez, j que a reao de caracterizao no mostrou um rendimento cem porcento, isso pode ser observado atravs da formao de duas fases aps a reao, comprovando assimque havia outra substncia dissolvida no cicloexeno.
Na adio 0,5 mL de ciclohexeno a 1 mL de soluo de permanganato de potssio a 5% e 0,5
mL de cido sulfrico diludo formou-se trs fases, a mais densa com tonalidade castanho-escuro, amenos densa com a tonalidade castanho claro e na superfcie de separao dessas duas fases formou-se partculas slidas.
Na reao em que adicione-se 0,5 mL de ciclohexeno a 1 mL de cido sulfrico concentradohouve a formao de apenas uma faes de tonalidade marrom. A temperatura teve uma grande aumentoaps a adio dos reagentes mostrando que a reao exotrmica sendo possvel a observao desada de gs.
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Concluso:
Atravs dos experimentos realizados podemos comprovar que utilizando o aparelho dedestilao fracionado perfeitamente possvel sintetizar um alqueno a partir da desidratao de umlcool por um cido forte. No caso especfico da experincia um cicloexeno (alqueno) foi obtido
atravs da desidratao de um cicloexanol (lcool) pelo cido fosfrico (cido forte) .A reao de caracterizao do cicloexeno atravs do bromo mostrou na primeira vez que serealiza destilao fracionada obtemos outra substncia dissolvida no cicloexo, assim para obter apenasele necessita-se realizar a destilao mais de uma vez.
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Apndice A
QUESTES:
1- Por que os alcois tercirios eliminam gua mais facilmente, quando comparados aos
alcois primrios?
Em uma reao de desidratao, a etapa 2, onde ocorre a formao dos carboctions, a
determinante da velocidade e, portanto, ela representa a reatividade total dos alcois frente a
desidratao. Atravs disso pode-se compreender porque os alcois tercirios so os mais
facilmente desidratados. A formao de um carboction tercirio mais fcil porque a energia
de ativao para a ativao para a etapa 2 de uma reao levando a um carboction tercirio
a mais baixa. Os alcois secundrios no so to facilmente desidratados porque a sua energia
livre de ativao para a desidratao mais alta um carboction secundrio menos estvel.
A energia livre de ativao para a desidratao de alcois primrios via um carboction to
alta que eles sofrem desidratao por um outro mecanismo.
2- Qual a necessidade de se retirar o alceno formado por destilao?
Os alcenos entram em ebulio a temperaturas mais baixas do que os alcois a partir dos quais
eles so preparados. O lcool aquecido (com o cido) a temperatura acima do ponto de
ebulio do alceno, mas abaixo da temperatura de ebulio do lcool. O alceno e a gua so
retirados do balo por destilao assim que so formados, enquanto o lcool permanece no
balo para, posteriormente, sofrer a ao do cido.
3- Apresente a reao que ocorre na destilao do ciclohexanol, evidenciando o tipo de
mecanismo envolvido.
Ciclohexanol Alcol protonado Carboction Ciclohexeno 4 - Esquematize as reaes de caracterizao do ciclohexeno
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gua de bromo
Ciclohexeno
Soluo de bromo em tetracloreto de carbono
Ciclihexeno
Soluo de permanganato de potssio e cido sulfrico diludo
Ciclohexeno
cido sulfurico concentrado
Ciclohexeno
5 - Proponha outros mtodos de obteno de alcenos.Alcenos podem ser sintetizados tambm por desidrohalogenao de haletos de alquila.
6- Como poderia ser aumentado o rendimento da reao?
Aumentando-se a concentrao de cidos e a temperatura da reao7 - Qual o produto formado a partir da desidratao do 2,2-dimetilciclohexanol?
O produto formado ser o 2,2-dimetilciclohexeno.
8- Proponha um mtodo para a preparao do ciclohexanol a partir do ciclohexeno:
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+ HBrO
+ (Br2/CCl4)
+ KMnO4 + H2SO4
+ H2SO4
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Apndice B
Teoria no laboratrio
Reao de eliminao de lcoois desidratao
lcool pode sofrer REAO DE ELIMINAO, formando um ALCENO pela perda de umOH de carbono e de um H do carbono adjacente.
ELIMINAO DE UMA MOLCULA DE GUA.
DESIDRATAO
densidade cicloexanol: 0,94 g/mol2. A desidratao de um lcool requer CATALISADOR CIDO e AQUECIMENTO.3. cido sulfrico (H2SO4) e cido fosfrico so os catalisadores mais usados.
DESIDRATAO DO CICLOEXANOL: SNTESE DO CICLOEXENO- Catalisador: cido fosfrico (H3PO4)- Eliminao de gua
Sntese Destilao do cicloexano + cido fosfricoATENO: No ultrapassar 90C
EXERCCIO: Propor o mecanismo da reao de desidratao do cicloexanol.
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Bibliografia
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