UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESCCURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA ALIFFER FLORIANO MANENTI ANDRÉ DA LUZ POSSAMAI HIAGO NAGEL AMERICO TOMAZ BARRETO DA SILVA CARACTERIZAÇÃO DE GRUPOS FUNCIONAIS CRICIÚMA, SETEMBRO DE 2013 ALIFFER FLORIANO MANENTI ANDRÉ DA LUZ POSSAMAI HIAGO NAGEL AMERICO TOMAZ BARRETO DA SILVA CARACTERIZAÇÃO DE GRUPOS FUNCIONAIS Relatório apresentado à disciplina de Química Orgânica Experimental, do Curso de Engenharia Química, da Universidade do Extremo Sul Catarinense (UNESC). Solicitado pela professora: Normélia Ondina Lalau de Farias. CRICIÚMA, SETEMBRO DE 2013 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................... 5 2.1. Grupo funcional ................................................................................................ 5 2.1.1. Subclassificação dos hidrocarbonetos .......................................................... 5 2.2. Teste de Lucas ................................................................................................. 7 2.3. Teste de Tollens ............................................................................................... 7 2.4. Teste de Iodofórmio ......................................................................................... 8 3. OBJETIVO GERAL ................................................................................................. 9 3.1. Objetivos específicos ....................................................................................... 9 4. MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................... 9 4.1. Materiais e Reagentes ..................................................................................... 9 4.2. Procedimento Experimental ........................................................................... 11 4.2.1. Teste de Lucas ............................................................................................ 11 4.2.2. Teste de Tollens .......................................................................................... 11 4.2.2.1. Preparação do reagente de Tollens ......................................................... 11 4.2.2.2. Realização do teste .................................................................................. 11 4.2.3. Teste do Iodofórmio .................................................................................... 12 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 12 5.1. Teste de Lucas ............................................................................................... 12 5.2. Teste de Tollens ............................................................................................. 12 5.3. Teste do Iodofórmio ....................................................................................... 12 6. RESPOSTAS AO QUESTIONÁRIO ...................................................................... 12 7. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 15 4 1. INTRODUÇÃO Em química orgânica estudam-se diversas moléculas que são caracterizadas devido ao grupo funcional ligado a suas cadeias. Em determinação de substâncias, os experimentos de caracterização são muito importantes, pois na dificuldade de se identificar uma amostra por suas características físicas, podemos usar reações químicas. Três delas possuem destaque: Teste de Lucas, Teste de Tollens e Teste do Iodofórmio. Cada grupo funcional apresenta reações características, sendo as mesmas utilizadas como reações de identificação. Estas reações são testes qualitativos, que permitem caracterizar uma determinada funcionalidade observando-se uma transformação química através de mudanças físicas, provocadas por uma reação. Algumas dessas mudanças não são fáceis de serem observadas, mas úteis num determinado instante particular. Os testes de análise funcional devem ser realizados à pressão atmosférica e num intervalo de tempo relativamente pequeno. Os reagentes utilizados são facilmente preparados em laboratório e permitem resultados satisfatórios. 5 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. Grupo funcional As moléculas de compostos orgânicos de uma mesma família são caracterizadas pela presença de um determinado arranjo de átomos, denominado grupo funcional. Um grupo funcional é a parte da molécula onde as suas reações químicas ocorrem. É ela que efetivamente determina as propriedades químicas do composto (e muitas das suas propriedades físicas também). 2.1.1. Subclassificação dos hidrocarbonetos Na família dos hidrocarbonetos existe uma subclassificação, formada pelos alcanos (hidrocarbonetos formados por ligações simples: metano, etano e propano); pelos alcenos (hidrocarbonetos formados por ligações duplas carbono-carbono: eteno e propeno); e pelos alcinos (hidrocarbonetos formados por ligações triplas carbono-carbono, como, por exemplo, o etino e o propino). Conhecer a estrutura dos compostos orgânicos ajuda a identificar as substâncias e as famílias (grupos funcionais) a que elas pertencem. Na figura 01 é possível visualizar vários dos grupos funcionais existentes. Para simplificar o entendimento das funções na figura, identifica-se apenas o grupo funcional, sendo "R" um substituinte alquila (radicais derivados de alcanos) ou arila (um radical orgânico derivado de um anel benzênico). Função orgânica: Grupo funcional: Exemplo: Hidrocarboneto C x H y CH 4 metano 6 Álcool R — OH n-butanol Fenol 4-metil-hidróxibenzeno ou p-cresol Éter R — O — R' metóxi-etano Aldeído pentanal Cetona 2-propanona ou acetona Ácido carboxílico ácido metanóico ou acético Éster etanoato de etila Figura 01: Principais funções orgânicas existentes. 7 R CHO Ag(NH 3 ) 2 OH Ag RCOO NH 4 NH 3 H 2 O + 2 2 + 3 + + reagente de Tollens espelho de prata R CHO Ag(NH 3 ) 2 OH Ag RCOO NH 4 NH 3 H 2 O + 2 2 + 3 + + reagente de Tollens espelho de prata R CHO Ag(NH 3 ) 2 OH Ag RCOO NH 4 NH 3 H 2 O + 2 2 + 3 + + reagente de Tollens espelho de prata R CHO Ag(NH 3 ) 2 OH Ag RCOO NH 4 NH 3 H 2 O + 2 2 + 3 + + reagente de Tollens espelho de prata R CHO Ag(NH 3 ) 2 OH Ag RCOO NH 4 NH 3 H 2 O + 2 2 + 3 + + reagente de Tollens espelho de prata 2.2. Teste de Lucas O teste de Lucas consiste na formação de cloretos de alquila por reação de álcoois com uma solução de cloreto de zinco em ácido clorídrico concentrado. Figura 02: Reação química presente no Teste de Lucas. Sob as condições extremante ácidas do teste, os álcoois geram carbocátions intermediários, que reagem com o íon cloreto. Assim, a reatividade aumenta na ordem: álcool primários < secundários < terciários < acíclicos < benzílicos. O teste de Lucas é indicado somente para álcoois solúveis em água, devido aos reagentes empregados. 2.3. Teste de Tollens Este ensaio permite a distinção entre aldeídos e cetonas. A oxidação do aldeído, pelo reagente de Tollens, fornece um precipitado de prata elementar que aparece como um espelho nas paredes do tubo de ensaio. As cetonas não reagem. Figura 03: Reações presentes no Teste de Tollens. 8 2.4. Teste do Iodofórmio O Teste de Iodofórmio é utilizado para a detecção dos grupos acetila (CH 3 CO- ), e na distinção entre cetonas (R-CO-R) e metil-cetonas (RCOCH 3 ). Substâncias contendo o grupamento CH 3 CO- ou CH 3 CHOH- reagem com solução de iodo em meio fortemente básico, produzindo um precipitado característico de iodofórmio e um íon carboxilato, sendo por essa razão considerado um teste positivo. Figura 04: Reações presentes no Teste do Iodofórmio. 9 3. OBJETIVO GERAL Identificação de grupos funcionais. 3.1. Objetivos específicos Compreender as técnicas utilizadas em laboratório para identificar os grupos funcionais através de suas reações características, seguindo os testes propostos. 4. MATERIAIS E MÉTODOS No desenvolvimento do experimento foram utilizados os materiais e métodos descritos nos próximos tópicos. 4.1. Materiais e reagentes Materiais/Reagentes Quantidade Espátula 01 Pipetador 01 Bastão de Vidro 01 Tubo de Ensaio 10 Pipeta (1 mL) 01 Pipeta (2 mL) 01 Vidro Relógio 01 Álcool t-butílico - Álcool etílico - Álcool metílico - Reagente de Lucas 6 mL Solução de AgNO 3 a 5% 2 mL Solução de NaOH a 10 % - 10 Solução de NH 4 OH a 10% - Formol 0,5 mL Acetona 0,5 mL +/- 5 gotas Glicose 0,1g Iodeto de Potássio-Iodo 1,5mL Água 6 mL 4.2. Procedimento Experimental 4.2.1. Teste de Lucas Adiciona-se de 3 a 4 gotas de álcool t-butílico (tercbutanol) a 3 mL do reagente de Lucas em um tubo de ensaio. Agita-se a mistura vigorosamente. Após, deixa-se em repouso e observa-se. Repete-se o mesmo processo, usando álcool etílico. 4.2.2. Teste de Tollens 4.2.2.1. Preparação do reagente de Tollens Em um tubo de ensaio, coloca-se 2 mL de uma solução a 5 % de nitrato de prata e adiciona-se uma gota da solução a 10 % de hidróxido de sódio. Agita-se o tubo e adiciona-se solução de hidróxido de amônio 10 %, gota a gota, com agitação, até que o precipitado de hidróxido de prata dissolva-se totalmente, obtendo-se uma solução transparente. Agita-se o tubo e deixa-se em repouso por 10 minutos. 4.2.2.2. Realização do teste Em tubo de ensaio, coloca-se 0,5 mL (aproximadamente 10 gotas) de formol e adiciona-se 0,5 mL do reagente de TOLLENS recentemente preparado. Repete-se o processo usando acetona e depois glicose. Obs.: Quando a amostra for sólida (caso da glicose) usa-se aproximadamente 10 mg. 11 4.2.3. Teste do Iodofórmio Substâncias a serem testadas: álcool etílico, metanol e acetona. Em um tubo de ensaio, colocam-se 2 mL de água deionizada, 5 gotas de álcool etílico e 0,5 mL do reagente iodeto de potássio-iodo. Adiciona-se solução a 5% de hidróxido de sódio até que a mistura entre os reagentes fique amarela clara. Agita-se e esperam-se cerca de 2 a 3 minutos. Se não ocorrer nenhuma modificação, aquece-se o tubo a 60ºC. Registra-se as observações. Repete-se o processo para metanol e acetona. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. Teste de Lucas Na reação de álcool etílico com reagente de Lucas, a amostra não apresentou alteração. Usando álcool t-butílico (tercbutanol), reagindo com reagente de Lucas, a amostra apresentou como alteração uma turvação (de cor clara), assim o álcool em questão é secundário. 5.2. Teste de Tollens Para a dissolução completa do precipitado de hidróxido de prata foram utilizadas 8 gotas de hidróxido de amônio 10%, obtendo-se assim uma solução transparente. O formol em contato com o reagente de Tollens formou um líquido escuro e levemente espelhado. Acetona em contato com o reagente de Tollens adquiriu dois tons de marrom, com o mais claro na superfície. Já para a glicose em contato com reagente já referido formou um líquido homogêneo e transparente. 12 5.3. Teste do Iodofórmio Álcool etílico em contato com água deionizada e reagente iodeto de potássio- iodo recebeu 80 gotas de hidróxido de sódio a 5% para atingir uma cor amarelada. Após a agitação nenhuma alteração foi observada, sendo necessário então o aquecimento. Após o mesmo a solução ficou praticamente transparente. Acetona em contato com água deionizada e reagente iodeto de potássio-iodo recebeu 5 gotas de hidróxido de sódio a 5%, ocorreu precipitação após a agitação e não houve a necessidade de aquecimento. Metanol em contato com água deionizada e reagente iodeto de potássio-iodo recebeu 5 gotas de hidróxido de sódio a 5%. Como o processo de agitação não resultou em nenhuma alteração aqueceu-se a mistura, observando-se a ocorrência de formação de precipitado. 6. RESPOSTAS AO QUESTIONÁRIO 6.1. O que é reagente de Lucas? R: É um reagente composto de HCl (ácido clorídrico) e ZnCl 2 (cloreto de zinco), utilizado para indicação de álcoois solúveis em água. 6.2. Até quantos carbonos na molécula de álcool, o teste de Lucas deve ser utilizado? Por quê? R: Os álcoois podem ter no máximo seis átomos de carbono, pois mais do que isso se tornam insolúveis no reagente de Lucas. 6.3. O que é reagente de Tollens? Como se identifica que este teste foi positivo? R: Reativo de Tollens é uma solução amoniacal de nitrato de prata muito utilizada para diferenciar aldeídos de cetonas. Sua fórmula química é [Ag(NH 3 ) 2 ] OH. O reativo de Tollens, devido ao alto poder de redução, reage apenas com os aldeídos e não reage com as cetonas. Quando reage com os aldeídos, caracteriza- se que o teste foi positivo. Nessa reação, os aldeídos reduzem o cátion da prata 13 (Ag + ) que compõe o reativo. Isso ocasiona a formação de prata metálica que é depositada nas paredes do recipiente. 6.4. Que tipo de substância resulta em teste positivo com o reagente de Tollens. R: O reativo de Tollens, devido ao alto poder de redução, reage apenas com os aldeídos e com α-hidroxi-cetonas, não reagindo com cetonas. 6.5. Que tipos de grupamentos podem ser identificados através da reação do iodofórmio? Por que os compostos que contém o grupo -CHOHCH 3 apresentam teste positivo? R: O teste do iodofórmio serve para a detecção dos grupos CH 3 CO-, e na distinção entre cetonas (R-CO-R) e metil-cetonas (RCOCH 3 ). Este ensaio é positivo com amostras que contêm os grupos CH 3 CO- ligados a um átomo de hidrogênio ou um átomo de carbono que não tem hidrogênios muito ativos. 14 7. CONCLUSÕES No teste de Lucas, utilizado para a identificação de álcoois primários, secundários e terciários a mistura com o álcool etílico fez com que nada ocorresse, pode-se considerar assim um álcool primário. Na mistura com o álcool t-butílico a solução ficou turva (branca), e posteriormente amarelada, identificando-o como um álcool secundário ou terciário. No teste de Tollens houve reação nas amostras de formol e acetona caracterizando assim a presença de aldeído. Isso não era esperado, pois a acetona não se encaixa no grupo dos aldeídos. Já com a glicose não houve observação de reação. O teste do Iodofórmio se mostrou positivo para a amostra de acetona e metanol, pois ocorreu a formação de um precipitado amarelo, caracterizando assim a presença do grupamento CH 3 CO- (grupo acetila) e CH 3 CHOH-, esses reagiram com o iodo produzindo o precipitado do iodofórmio e um íon carboxila. Esperava-se que ocorresse precipitação com o álcool etílico, e não com metanol. Pode-se descrever o experimento como eficaz para a observação das referidas reações, mas para classificação foi falho, uma vez que ocorreram-se reações que não eram esperadas. 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS VOGEL, A. I. Química orgânica: análise orgânica qualitativa. 3 ed. Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico, S.A. 1981, v. 3 SOLOMONS, T. G. Química Orgânica. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. Volume 1. REZENDE, Roberto. Química Orgânica - Teste de identificação de compostos. Sistema elite de ensino, 2008. MORRISON, r. T.; Boyd, R. N. Química orgânica. 12. ed, Lisboa Fundação Gulbekiam. 1996.