Isolamento da cafeína

LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA - EAD EXPERIMENTOS:

Isolamento da cafeína

A cafeína é um alcalóide, uma classe de produtos naturais, que apresenta propriedades de base nitrogenada. É encontrada não apenas no café e chá, mas também em no guaraná, cacau, entre outros.

Estrutura da cafeína:

Técnicas empregadas: extração com água, partição

Reagentes e vidrarias (por equipe)

Carbonato de Cálcio (CaCO3) – duas pontas de espátula Diclorometano ou Acetato de Etila – 100 mL

Sulfato de sódio anidro (Na2SO4) - duas pontas de espátula 10 g de café em pó

Água destilada – 100 mL Funil de Separação de 500 mL Copo de Becker de 250 mL Erlenmeyer de 100 mL – 03 unid Funil simples

Papael de filtro Procedimento:

Em um Becker de 200 mL adicionar 10 g de pó de café e 100 mL de água e levar ao aquecimento, quando o sistema apresentar os primeiros sinais de ebulição adicionar duas pontas de espátula de CaCO3 e deixar em aquecmento por mais 3 minutos. Após, fazer uma filtração simples e o filtrado obtido (café) levar para o funil de separação. Quando o café no funil de separação estiver a temperatura ambiente adicionar ao funil de separação 20 mL de diclorometano (ou acetato de etila) e com movimentos lentos fazer a extração; deixar em repouso até formar fase e coletar em um Erlenmeyer de 100 mL a fase que deve conter a cafeina (obs: fase superior se usado acetato de etila, e fase inferior se usado diclorometano);

repetir esse processo de extração mais duas vezes. Então, juntar as fases orgânicas obtidas na extração. Perceba que o soltente deve está turvo (isso indica unidade no solvente), então adicionar ao frasco de Erlenmeyer contento a fase orgânica pequenas quantidades de Sulfato de Sódio Anidro e aquitar por cerca de 5 minutos; verificar se diminuiu a turbudes, se sim, fazer a filtração simples para um recipiente de volume adequado e deixar o soltente evaporar em capela de exaustão. Após a secura do solvente deve ser obtido a cafeina na formaa de um sólido branco (amarronzado).

Pesar a cafeina obtida e calcular o rendimento de cafeina para 10 g de pó de café e commparar os valores obtidos com a literatura.

Síntese do cloreto de t-butila

O grupo hidroxílico de álcoois terciários tende a ser facilmente substituído. A reação com ácido clorídrico concentrado ocorre a temperatura ambiente. É uma reação de substituição nucleofílica.

Reação:

CH₃

H₃C

CH₃ OH

CH₃

H₃C

CH₃ Cl

HCl

Por equipe:

Materiais

01 Erlenmeyer de 250 mL

01 funil de separação de 250 mL 02 Erlenmeyer de 100 mL

01 funil simples 02 tubos de ensaio 02 papel de filtro

Reagentes:

Álcool t-butílico – 25 g (em torno de 32 mL) Ácido clorídrico concentrado – 85 mL Solução de bicarbonato de sódio 5% - 40 mL

Sulfato de Sódio Anidro – duas a três pontas de espátula

Reagentes para o teste de caracterização

Solução alcoólica de hidróxido de potássio (5%) – 5 mL Solução de ácido nítrico (5%) – 5 gotas

Solução de nitrato de potássio (5%) - duas a três gotas Procedimento:

Em um Erlenmeyer de 250 mL, colocar 25 g de álcool t-butílico anidro (converter para volume usando a densidade) e 85 mL de ácido clorídrico concentrado. Agitar a mistura durante 20 minutos. Transferir a mistura para um funil de separação de 250 mL, deixando a mistura em repouso por alguns minutos, até que as camadas estejam nitidamente separadas (5 a 10 min). Retirar e abandonar a camada ácida inferior. Lavar o halogeneto formado (fase superior) adicionando 20 mL de solução de NaHCO3 5% e faser movimentos suaves de agitação (pode formar algumas bolhas, isso indica que tinha excesso de HCl), liberar a pressão; retirar e abandonar a camada inferior, repetir esse processo mais uma vez;

então, depois faça o mesmo procedimento usando água destilada (duas lavagens de 20 mL de água cada). Transferir o produto para um Erlenmeyer de 100 mL e adicionar uma ponta de espátula de sulfato de sódio anidro e agitar por cerca de 5 minutos. Filtrar o produto e medir o volume de Cloreto de t-butila obtido. Fazer o cálculo do rendimento da reação. Para comprovar a formação do cloreto de t-butila pode-se fazer o teste de caracterização como abaixo mostrado.

Teste de caracterização:

Colocar em um tubo de ensaio algumas gotas do cloreto de t-butila e 5 mL de solução alcoólica de KOH 5%. Aquecer vigorosamente por alguns minutos em banho-maria.

Resfriar, adicionar 10 mL de água e acidular com solução aquosa de HNO3 5% (3 a 5 gotas).

Se a solução estiver turva, filtrar recebendo o filtrado em um tubo de ensaio e adicionar 2 gotas de solução de AgNO3 5% . Um precipitado branco floculento indica a presença de cloreto de t-butila.

H

O O

CH3COCH3 NaOH

Síntese da dibenzalacetona

Este experimento envolve uma reação de adição nucleofílica à carbonila e de desidratação, ou seja, é uma condensação. Uma cetona α,β-insaturada é formada a partir da condensação de um aldeído aromático, o benzaldeído, com uma cetona a acetona, numa reação conhecida como reação de Claisen-Schmidt. O aldol inicial não pode ser isolado por sofrer desidratação imediata, formando a cetona insaturada que, por sua vez, tem hidrogênios ativados e que pode condensar que uma segunda molécula de benzaldeído. Um excesso do aldeído aromático favorece a segunda condensação, levando à formação da dibenzalacetona (1,5- difenil-(E,E)- penta-1,4-dien-3-ona.

Por equipe:

Materiais por equipe (03)

02 frasco de Erlenmayer de 150 mL 01 pipeta graduada de 2 mL

01 copo de Becker 150 mL 02 provetas de 50 mL 01 funil simples 01 Kitassato Papel de filtro

Reagentes:

Benzaldeído – 3 mL Metanol – 30 mL Acetona – 1,2 mL

Solução de hidróxido de sódio 10% - 30 mL Gelo picado

Água gelada

Solução de KMnO4 10 ou 20% (ou a que tiver disponível) 3 gts Procedimento:

Em um frasco de Erlenmeyer de 150 mL adicionar 30 mL de solução de NaOH 10% e 30 mL de metanol, agitar. Em seguida, no mesmo frasco de Erlenmeyer, dissolver 3 mL de benzaldeído e 1,2 mL de acetona; tampar o frasco com rolha. Agitar a mistura vigorosamente por 30 minutos (aliviando a pressão se necessário) e manter a temperatura a 20-25 ^oC por imersão em frasco contendo água fria. A p ó s e s s e t e m p o d e v e c o m e ç a r a p r e c i p i t a ç ã o d e u m s o l i d o a m a r e l a d o , d eixar em repouso no banho frio por mais 10 minutos. Inicialmente a dibenzalacetona separa-se numa forma fina de emulsão e depois se transforma em cristais amarelos.

Filtrar os cristais em funil simples, lavando os cristais com água gelada para eliminar traços de álcali. Deixar secar em capela de exaustão e pesar a massa obtida de dibenzalacetona. Para ter certeza da formação da dibenzalacetona pode-se fazer o teste de Bayer como caracterização – em um tudo de ensaio colocar pequena quantidade do produto obtido e disolver em um solvente adequado (pode ser metanol ou acetato de etila, cerca de 5 mL), após adicionar duas a três gotas da solução de KMnO4; a perda da coloração violeta da solução e surgimento de uma coloração castanho indica a formação do produto.

Produção de biodiesel (via metanol)

Transesterificação é uma reação química entre um éster (RCOOR') e um álcool (R''OH) da qual resulta um novo éster (RCOOR'') e um novo álcool (R'OH).

O biodiesel é uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos. A reação de transesterificação que lhes dá origem consiste na reação dos triglicerídeos presentes nos óleos vegetais ou gorduras animais com álcool em presença de catalisador.

Por equipe:

Materiais e reagentes:

Óleo de soja - 100 mL

Hidróxido de potássio – 1,5 g Metanol – 35 mL

Papel alumínio Bastão de vidro

Funil de Separação de 250 a 500 mL Erlenmeyer de 150 mL

Erlenmeyer de 250 mL Proveta de 200 mL

Equipamentos:

Chapa de aquecimento com agitação Barrinha de agitação magnética Balança analítica

Procedimento Experimental:

1. Preparo da solução de metóxido de potássio

Em um Erlenmeyer de 150 mL, dissolver 1,5 g de hidróxido de potássio em 35 mL de metanol até a completa dissolução do KOH. Mantenha o Erlenmeyer coberto com papel alumínio durante o procedimento de dissolução. Reserve.

2. Reação de transesterificação

Adicionar 100 mL de óleo de soja em um Erlenmeyer ou Becker de 250 mL. Aquecer em banho- maria ou chapa de aquecimento, sob agitação com o auxílio de uma barra magnética (pode agitar com bastão de vidro se não conseguir o agitador magnético), até atingir a temperatura de 50 °C. Em seguida adicionar a solução de métoxido de potássio recentemente preparada. Deixara mistura reacional por 30 minutos a 50 °C - 60 °C sob agitação. É importante manter o controle da temperatura.

Após os 30 min, transferir a mistura reacional para um funil de separação para permitir a decantação e separação das fases: superior contendo biodiesel e inferior composta de glicerol, sabões, excesso de base e álcool (tempo de espera para separação das fases: 30 - 40 min). Após, separar as fases descartando a fase inferior e deixando a fase superior (biodiesel) no funil. Transferir esse volume para uma proveta e medir o volume de biodiesel obtido. Faça o calculo do rendimento.

Obs: para poder usar o biodiesel como combustível ainda são necessário etapas de neutralização e purificação do biodiesel formado.

Sugestão de dias para aplicação dos experimentos:

Sexta-feira a noite (18:30 às 21:30 h): Isolamento da cafeína

Sábado pela manhã (8:00 às 12:00 h): Síntese do cloreto de t-butila Sábado pela tarde (14:00 às 18:00 h): Síntese da dibenzalacetona

Domingo pela manhã (8:00 às 11:00 h): Produção de biodiesel (via metanol)