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Síntese de Aspirina

Relatório Química Orgânica - "Síntese de Aspirina". IST - 2º Ano - Eng. Biomédica.

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Instituto Superior Técnico
Lisboa, 12 de Março de 2015
Química Orgânica
Síntese de Aspirina
79613 | Ana Rafaela Saraiva 78680 | Luís Rita
2
Objetivos
O objetivo central deste trabalho laboratorial foi a síntese de aspirina. Para além disto,
pretendia-se também que os alunos se familiarizassem com diversas técnicas laboratoriais:
filtração a vácuo; purificação por recristalização…
O objetivo final passou por se avaliar a pureza do composto obtido,
tendo por base o seu ponto de fusão.
Procedimento Experimental
Materiais Utilizados
1. Balança digital;
2. Balão de 3 tubuladuras;
3. Condensador de refluxo;
4. Termómetro;
5. Barra agitação magnética;
6. Placa elétrica de agitação e aquecimento;
7. Vaselina;
8. Mangueiras;
9. Fúnil plástico;
10. Suporte de cortiça.
Esta atividade experimental teve início com a pesagem de 5 g
de ácido salicílico, diretamente colocado no interior de um
balão de 3 tubuladuras. Para tal, utilizou-se uma balança digital
com uma precisão de 0,001 g e um fúnil plástico que facilitou a
colocação do ácido no interior do balão (Fig. I).
Posteriormente, adicionou-se na hotte 10 ml de anidrido
acético ao ácido que se encontrava depositado no balão. Feito
isto, procedeu-se à montagem dos restantes componentes:
Considerações Gerais
Aquando da enumeração dos materiais
utilizados em cada um dos passos, apenas
foram tidos em conta, os mais importantes.
1|2
I
II
3
inseriu-se o condensador na abertura que se situa no topo do balão (tendo em atenção que a
passagem de água fria no interior deste, era importante, para evitar a libertação de vapores);
numa das aberturas laterais colocou-se um termómetro, de modo a conseguir-se controlar a
variação da temperatura com o evoluir das reações químicas; e por fim, a terceira abertura
ficou livre de qualquer componente laboratorial, para que fosse possível adicionar, mais tarde,
H2SO4 (Fig. II). Em todas as junções entre o balão e os diferentes intrumentos laboratoriais
colocou-se vaselina, de modo a garantir um encaixe superior entre todas as peças e
consequentemente um aumento da segurança.
4
Materiais Utilizados
11. Pompete;
12. Pipeta graduada;
13. Panela;
14. Gelo.
Seguidamente, pipetou-se 1 ml de
ácido sulfúrico para o interior do
balão, recorrendo a uma pipeta
graduada e a uma pompete. Este
procedimento foi realizada fora da
hotte, uma vez que o perigo de inalação de vapores mais fortes já era bem menor do que
anteriormente. No entanto, esta representou, uma das operações mais perigosas de todo o
trabalho laboratorial, isto porque o ácido sulfúrico quando em contato com qualquer parte do
corpo pode causar danos irreparáveis.
A importância do termómetro torna-se bem evidente nesta fase. Isto porque, será
fundamental manter a temperatura da solução a valores mais ou menos constantes durante os
10 min. posteriores à adição de H2SO4 (50˚C-60˚C). O dispositivo responsável pela elevação da
temperatura para estes valores foi, previsivelmente, a placa de aquecimento, que inicialmente
se colocou próxima do valor máximo e gradualmente diminui-se a intensidade de aquecimento
para manter a temperatura da solução a rondar os valores anteriormente descritos (Fig. III).
Este aquecimento repentino inicial permitiu economizar alguns minutos.
Depois de se ter aguardado o intervalo de tempo atrás referido, desligou-se a parte
responsável pelo aquecimento da placa elétrica e manteve-se a barra de agitação magnética
em movimento. Paralelamente, mergulhou-se o balão de 3 tubuladuras num balde com gelo
até que se começaram a
observar a formação de
cristais de aspirina (Fig. IV).
Após precipitação completa
deste mesmo composto,
procedeu-se à sua filtração.
III
IV
5
Materiais Utilizados
15. Fúnil de Buchner;
16. Papel de filtro;
17. Bomba de vácuo;
18. Kitasato;
19. Balão fundo redondo.
Começou-se por humedecer a superfície do
fúnil de Buchner com água e posteriormente
fixar o filtro à superfície do mesmo (o mais
centralizado possível). De seguida, verteu-se
a solução preparada anteriormente para o
fúnil, ligou-se a bomba de vácuo e esperou-se
até que a fase líquida escorresse na
totalidade para o kitasato (Fig. V). Realizou-se
um passo adicional para retirar alguns cristais
de aspirina que permaneceram nas paredes
do kitasato. Isto foi conseguido adicionando
alguma água fria que se acumulara no fundo
do balde ao balão e através de um processo de agitação
manual foi possível minimizar este tipo de perdas e,
portanto, aumentar o rendimento do processo.
Invariavelmente, os cristais de aspirina que se
acumularam no filtro foram removidos com o auxílio de
uma espátula, para um balão de fundo redondo (balão
este, que se encontrava na vertical graças a um suporte
de cortiça disponível, Fig. VI).
VI
V
6
Materiais Utilizados
20. Filtro com camisa de água;
21. Papel de filtro;
22. Bico de Bunsen;
23. Erlenmeyer;
24. Elevador;
25. Alguidar;
26. Gelo;
27. Balança digital;
28. Vareta;
29. Agitador magnético;
Após ter-se dissolvido os cristais de aspirina em
etanol, procedeu-se a uma filtração da mesma
solução, agora recorrendo a um filtro com camisa
de água (Fig. VII). É extremamente importante o
facto deste se encontrar aquecido, uma vez que
permitiu evitar que a aspirina fosse filtrada, e
consequentemente, não seguisse para o Erlenmeyer. Mais uma vez, removeram-se os vestígios
de ácido acetilsalicílico das paredes do recipiente,
utilizando etanol, e verteu-se novamente a
solução obtida para o filtro.
Feito isto, transferiu-se o Erlenmeyer para o
interior de um alguidar cheio de gelo (Fig. VIII).
Isto permitiu diminuir razoavelmente a
temperatura a que se encontrava a solução e,
consequentemente, precipitar o ácido acetil
salicílico. Para apressar este mesmo processo,
colocou-se o alguidar sobre a placa de agitação
magnética e, como não poderia deixar de ser,
introduziu-se no interior do recipiente uma barra
magnética. A solução foi, também, agitada
manualmente, recorrendo a uma vareta (tal como
se pode observar pela Fig. VIII). Mesmo após
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Síntese de Aspirina

  • 1. Instituto Superior Técnico Lisboa, 12 de Março de 2015 Química Orgânica Síntese de Aspirina 79613 | Ana Rafaela Saraiva 78680 | Luís Rita
  • 2. 2 Objetivos O objetivo central deste trabalho laboratorial foi a síntese de aspirina. Para além disto, pretendia-se também que os alunos se familiarizassem com diversas técnicas laboratoriais: filtração a vácuo; purificação por recristalização… O objetivo final passou por se avaliar a pureza do composto obtido, tendo por base o seu ponto de fusão. Procedimento Experimental Materiais Utilizados 1. Balança digital; 2. Balão de 3 tubuladuras; 3. Condensador de refluxo; 4. Termómetro; 5. Barra agitação magnética; 6. Placa elétrica de agitação e aquecimento; 7. Vaselina; 8. Mangueiras; 9. Fúnil plástico; 10. Suporte de cortiça. Esta atividade experimental teve início com a pesagem de 5 g de ácido salicílico, diretamente colocado no interior de um balão de 3 tubuladuras. Para tal, utilizou-se uma balança digital com uma precisão de 0,001 g e um fúnil plástico que facilitou a colocação do ácido no interior do balão (Fig. I). Posteriormente, adicionou-se na hotte 10 ml de anidrido acético ao ácido que se encontrava depositado no balão. Feito isto, procedeu-se à montagem dos restantes componentes: Considerações Gerais Aquando da enumeração dos materiais utilizados em cada um dos passos, apenas foram tidos em conta, os mais importantes. 1|2 I II
  • 3. 3 inseriu-se o condensador na abertura que se situa no topo do balão (tendo em atenção que a passagem de água fria no interior deste, era importante, para evitar a libertação de vapores); numa das aberturas laterais colocou-se um termómetro, de modo a conseguir-se controlar a variação da temperatura com o evoluir das reações químicas; e por fim, a terceira abertura ficou livre de qualquer componente laboratorial, para que fosse possível adicionar, mais tarde, H2SO4 (Fig. II). Em todas as junções entre o balão e os diferentes intrumentos laboratoriais colocou-se vaselina, de modo a garantir um encaixe superior entre todas as peças e consequentemente um aumento da segurança.
  • 4. 4 Materiais Utilizados 11. Pompete; 12. Pipeta graduada; 13. Panela; 14. Gelo. Seguidamente, pipetou-se 1 ml de ácido sulfúrico para o interior do balão, recorrendo a uma pipeta graduada e a uma pompete. Este procedimento foi realizada fora da hotte, uma vez que o perigo de inalação de vapores mais fortes já era bem menor do que anteriormente. No entanto, esta representou, uma das operações mais perigosas de todo o trabalho laboratorial, isto porque o ácido sulfúrico quando em contato com qualquer parte do corpo pode causar danos irreparáveis. A importância do termómetro torna-se bem evidente nesta fase. Isto porque, será fundamental manter a temperatura da solução a valores mais ou menos constantes durante os 10 min. posteriores à adição de H2SO4 (50˚C-60˚C). O dispositivo responsável pela elevação da temperatura para estes valores foi, previsivelmente, a placa de aquecimento, que inicialmente se colocou próxima do valor máximo e gradualmente diminui-se a intensidade de aquecimento para manter a temperatura da solução a rondar os valores anteriormente descritos (Fig. III). Este aquecimento repentino inicial permitiu economizar alguns minutos. Depois de se ter aguardado o intervalo de tempo atrás referido, desligou-se a parte responsável pelo aquecimento da placa elétrica e manteve-se a barra de agitação magnética em movimento. Paralelamente, mergulhou-se o balão de 3 tubuladuras num balde com gelo até que se começaram a observar a formação de cristais de aspirina (Fig. IV). Após precipitação completa deste mesmo composto, procedeu-se à sua filtração. III IV
  • 5. 5 Materiais Utilizados 15. Fúnil de Buchner; 16. Papel de filtro; 17. Bomba de vácuo; 18. Kitasato; 19. Balão fundo redondo. Começou-se por humedecer a superfície do fúnil de Buchner com água e posteriormente fixar o filtro à superfície do mesmo (o mais centralizado possível). De seguida, verteu-se a solução preparada anteriormente para o fúnil, ligou-se a bomba de vácuo e esperou-se até que a fase líquida escorresse na totalidade para o kitasato (Fig. V). Realizou-se um passo adicional para retirar alguns cristais de aspirina que permaneceram nas paredes do kitasato. Isto foi conseguido adicionando alguma água fria que se acumulara no fundo do balde ao balão e através de um processo de agitação manual foi possível minimizar este tipo de perdas e, portanto, aumentar o rendimento do processo. Invariavelmente, os cristais de aspirina que se acumularam no filtro foram removidos com o auxílio de uma espátula, para um balão de fundo redondo (balão este, que se encontrava na vertical graças a um suporte de cortiça disponível, Fig. VI). VI V
  • 6. 6 Materiais Utilizados 20. Filtro com camisa de água; 21. Papel de filtro; 22. Bico de Bunsen; 23. Erlenmeyer; 24. Elevador; 25. Alguidar; 26. Gelo; 27. Balança digital; 28. Vareta; 29. Agitador magnético; Após ter-se dissolvido os cristais de aspirina em etanol, procedeu-se a uma filtração da mesma solução, agora recorrendo a um filtro com camisa de água (Fig. VII). É extremamente importante o facto deste se encontrar aquecido, uma vez que permitiu evitar que a aspirina fosse filtrada, e consequentemente, não seguisse para o Erlenmeyer. Mais uma vez, removeram-se os vestígios de ácido acetilsalicílico das paredes do recipiente, utilizando etanol, e verteu-se novamente a solução obtida para o filtro. Feito isto, transferiu-se o Erlenmeyer para o interior de um alguidar cheio de gelo (Fig. VIII). Isto permitiu diminuir razoavelmente a temperatura a que se encontrava a solução e, consequentemente, precipitar o ácido acetil salicílico. Para apressar este mesmo processo, colocou-se o alguidar sobre a placa de agitação magnética e, como não poderia deixar de ser, introduziu-se no interior do recipiente uma barra magnética. A solução foi, também, agitada manualmente, recorrendo a uma vareta (tal como se pode observar pela Fig. VIII). Mesmo após VII VIII
  • 7. 7 todas estas tentativas para acelerar a precipitação, esta revelou-se um processo extremamente demoroso (cerca de 15 min.). Por fim, procedeu-se, novamente, a uma filtração a vácuo (descrita na pág. 5) que permitiu separar o produto de interesse da restante solução. Por forma, a aumentar ainda mais o níveis de pureza, colocou-se o composto obido no interior de um frasco previamente pesado (Fig. IX), que por sua vez foi colocado no interior de um exsicador. IX
  • 8. 8 Materiais Utilizados 8. Capilar; 9. Balança digital; 10. Tubo plástico comprido; 11. Medidor ponto de fusão. O último passo deste trabalho laboratorial (realizado 1 semana após a conclusão do último procedimento descrito, consistiu, invariavelmente, na pesagem final do frasco contendo ácido acetil salicílico e na posterior determinação do ponto de fusão do composto. Uma vez que logo após a conclusão da recristalização, o composto ainda se apresentava bastante hidratado, foi necessário aguardar 1 semana até que a concentração de H2O se encontrasse a níveis aceitáveis para continuar/concluir a experiência levada a cabo. Pesagem Pesou-se o frasco e calculou-se a massa de ácido presente no interior do mesmo. Utilizando a seguinte fórmula: 𝑚 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 = 𝑚 𝐹𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜+𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜 − 𝑚 𝐹𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 A partir destes dados e dos disponíveis inicialmente, pôde-se calcular o rendimento da experiência. Medição do ponto de fusão Retirou-se um pouco de amostra para o interior de um capilar, e com o auxílio de um tubo plástico comprido, fez-se a amostra progredir no sentido de cima para baixo. Passou-se então, à medição do ponto de fusão. Colocou-se o capilar, com a amostra no interior, no medidor de pontos de fusão e ajustou-se a escala do aparelho para um aumento gradual da temperatura. Obteve-se um valor, provavelmente, sem um grande grau de precisão, uma vez que a medição assentou na observação humana. Na Fig. X pode-se observar o capilar no interior do medidor de pontos de fusão. A amostra de aspirina já se encontrava no estado líquido, no momento da captura da fotografia. X
  • 9. 9
  • 10. 10 Tabela de Resultados Rendimento De forma a calcular o rendimento da reação, determinou-se a massa da aspirina obtida. Para isso fez-se a diferença entre a massa do recipiente com a aspirina (depois de ter sido colocada 1 semana no exsicador para remover a fase aquosa que restava) e a massa do recipiente vazio. Massa obtida (g) = Massa total (g) - Massa recipiente (g) (1) Assim, a fórmula do rendimento é dada por: Ƞ(rendimento)= 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑖𝑑𝑎 (𝑔) 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑔) ∗ 100 (2) Para se decidir qual a massa inicial utilizada, tem que se ver qual o reagente limitante da reação e utilizar o valor da massa desse reagente para o cálculo do rendimento. Ao calcular-se o número de moles dos reagentes, do ácido salicílico e do anidrido acético podemos decidir qual o reagente limitante, isto é, aquele que tiver um número de moles inferior. n(C7H6O3)= 𝑚 𝑀 = 5 138.123[2] = 0.036 mol No caso do anidrido acético como apenas se conhece o volume utilizado (10ml), calcula-se a massa através da densidade, sendo que a densidade do anidrido acético é de 1.08g/cm3 [3]. ρ= 𝑚 𝑉 ⇔m=ρ*V=1.08*10=10.8g n(C4H6O3)= = 𝑚 𝑀 = 10.8 102.1[3] = 0.106 mol Verifica-se que o reagente limitante é o ácido salicílico. Produto Massa obtida (g) Ƞ extração (%) pftab (˚C) [2] pfexp (˚C) Aspirina 1.894 38 135 105 3 4|5
  • 11. 11  Aspirina (Ácido acetil salicílico) Massa obtida(g)=Massa total(g)-Massa recipiente(g)=33.424-31.530=1.894g Quantidade prevista de ácido acetil salicílico produzida: M (C6H4COOHOCOCH3) = 180,14 g / mol [2] massateórica (C6H4COOHOCOCH3) = M (C6H4COOHOCOCH3) * 0.036 = 6,485 g Ƞ(rendimento) = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑖𝑑𝑎 (𝑔) 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎(𝑔) ∗ 100 = 1,894 6,485 ≃29% Analisando o valor do rendimento obtido, cerca de 29%, constatamos que é um rendimento relativamente baixo, o que se deve a vários fatores, tais como:  O composto pode não ter precipitado completamente e alguns cristais de aspirina podem não ter sido formados.  Na filtração pode ter-se perdido alguma quantidade nas paredes do balão de 3 tubuladuras (apesar deste ter sido limpo com água fria para tentar remover-se o máximo de fase orgânica possível) e também pode ter ficado alguma quantidade no filtro após a realização da filtração, na passagem do ácido acetilsalicílico para o frasco.  O rendimento da filtração a vácuo é inferior a 100%.  Na recristalização, foi adicionado etanol e filtrou-se a solução através de uma filtração a quente para evitar que a aspirina fosse filtrada, no entanto pode ter ficado retida no filtro alguma quantidade de aspirina.  Após esta filtração arrefeceu-se a amostra para haver precipitação, no entanto foi um processo bastante demoroso e pode ter ficado alguma aspirina por precipitar que acabou por ser filtrada na filtração a vácuo realizada de seguida. Nessa filtração pode também ter-se perdido alguma quantidade nas paredes do erlenmeyer e no filtro. Pontos de fusão A temperatura de fusão de uma substância pura a uma determinada pressão é um valor caraterístico dessa substância, pelo que constitui um método qualitativo de avaliação do seu grau de pureza. 6
  • 12. 12 No caso da aspirina, o valor teórico corresponde a 135˚C [2]. O valor que obtivemos foi de aproximadamente 105˚C. Este valor não é absoluto e corresponde ao momento em que visualizámos o início da passagem do estado sólido da aspirina para o estado líquido, pelo que pode estar associado a um erro de leitura. Calculando o valor do erro do ponto de fusão obtido constatamos que é aproximadamente 22% pelo que a aspirina sintetizada possui um grau de pureza relativamente reduzido e por isso mesmo, tem bastantes impurezas. Nome e mecanismo da reação O mecanismo da reação de síntese de aspirina encontra-se representado de seguida: H2SO4 H2SO4 - H2SO4 H2SO4 - 7
  • 13. 13 O anidrido acético é protonizado pelo ácido sulfúrico e forma-se um catião. Este catião é adicionado ao grupo hidroxilo do ácido salicílico que fica com carga positiva. Depois ocorre uma reação de eliminação que origina ácido acético e ácido acetilsalicílico. Nome: Reação de Eliminação Função ácido sulfúrico O ácido sulfúrico atua como catalisador, acelerando a velocidade da reação, protonizando o anidrido acético. 8
  • 14. 14 Bibliografia [1] Simão D et al., 2ºsemestre 2014/2015, Química Orgânica-Guia de Laboratórios, IST Departamento de Engenharia Química [2] http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_acetilsalic%C3%ADlico [3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Anidrido_ac%C3%A9tico [4] https://nenol.wikispaces.com/file/view/5-sintese_da_aspirina_enologia.pdf