A Purificação e Caracterização de Substâncias Orgânicas

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5 UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA INSTITUTO DE QUÍMICA LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA

Purificação e Caracterização de Substâncias Orgânicas

Processos Extrativos:

A. Separação dos componentes ativos da formulação APC;

B. Experimento demonstrativo:  Extração Continua Líquido-Líquido e Líquido-Sólido (extração da trimiristina a partir da noz moscada)

OBJETIVOS

• Examinar o comportamento de algumas substâncias orgânicas em termos solubilidade frente a solventes orgânicos, água e soluções aquosas ácidas e básicas.
• Demonstrar a importância da solubilidade no fracionamento químico de uma mistura - Extração líquido-líquido

LEITURA RECOMENDADA

Forças intermoleculares; solubilidade; acidez e basicidade em química orgânica.

EXTRAÇÃO

INTRODUÇÃO

        A extração é um dos processos de separação mais antigo e mais utilizado pelos químicos orgânicos. Virtualmente, todas as reações orgânicas requerem extração em algum estágio da purificação de seus produtos. Na prática, a extração em química orgânica é empregada para separar uma substância orgânica de uma solução aquosa ou suspensão. O processo de extração simples consiste em agitar a solução aquosa ou suspensão com um solvente imiscível com água em um funil de separação e deixar que as duas fases se separem (Figura 2). Os vários solutos presentes, então, se distribuem entre as camadas aquosa e orgânica de acordo com suas solubilidades relativas.

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Figura 2: (a) Maneira correta de segurar um funil de separação quando agitado; (b) Separação das camadas usando o funil de separação.

        Durante o processo de extração simples pode ocorrer a formação de emulsões, isto é gotas de uma fase permanecem em suspensão na outra fase. Para quebrar a emulsão em alguns casos, basta deixar a mistura em repouso por alguns minutos. Em outros, a emulsão persiste por horas ou dias. Neste caso, o processo pode ser acelerado por adição de agentes antiemulsificantes ou tensioativos.

        Uma das causas da formação de emulsões está relacionada com diferenças muito pequenas de densidade entre as duas fases. A adição de uma substância capaz de aumentar a diferença de densidade contribui para quebrar a emulsão. Pentano é normalmente usado para diminuir e tetracloreto para aumentar a densidade de soluções orgânicas. A adição de cloreto de sódio aumenta a densidade da fase aquosa, enquanto a adição de solventes orgânicos miscíveis com água, como etanol, tende a diminuir a densidade. Emulsões podem ocorrer também em extrações envolvendo soluções básicas. Isto ocorre porque o sal orgânico formado tem muitas vezes características emulsificantes. A adição de algumas gotas de ácido acético resolve este problema. A formação de emulsão pode ser evitada agitando a mistura com cuidado, no funil, durante um tempo maior.

        No processo de separação por extração simples deve-se levar em conta as seguintes observações:

• a torneira do funil deve ser lubrificada com algumas gotas de água e o funil testado com o solvente que se pretende usar para verificação de vazamento;
• quando o funil for agitado, a tampa e a torneira devem ser seguradas com firmeza e a pressão interna abrandada, invertendo-se  o funil e abrindo-se a torneira lentamente, evitando o direcionamento da abertura para si ou para o seu vizinho (por quê?);
• se houver formação de emulsão entre as camadas de líquidos imiscíveis, agite o funil de separação em movimentos suaves e circulares; se a emulsão persistir adicione cloreto de sódio (ou, se necessário, ácido clorídrico) à mistura e repita a operação anterior;
• existem situações em que podem surgir dúvidas a respeito de qual é a camada orgânica, neste caso, adicione mais um pouco de um dos líquidos e verifique qual a camada que aumenta de volume;
• para remover a camada inferior, remova a tampa e abra a torneira cuidadosamente, pressionando-a horizontalmente; em seguida, retire a fase superior;
• terminada a extração, lave todo o sistema e, se for o caso, guarde-o desmontado para evitar a aderência da torneira ou da tampa, fato comum quando soluções básicas são usadas.

        Assim, a separação de uma mistura por extração fundamenta-se, essencialmente, na diferença de solubilidade dos seus componentes entre dois solventes. Para que a separação dos componentes de uma mistura seja eficiente, é necessário que haja uma grande diferença nos valores dos parâmetros de solubilidade dos líquidos imiscíveis e que o soluto seja mais solúvel em um destes solventes. O parâmetro de solubilidade (δ) é uma medida quantitativa muito útil que reflete a intensidade das forças intermoleculares e é definido por:

δ = (ΔE/V)1/2

onde, ΔE é a energia necessária para romper as forças intermoleculares do líquido e V é o volume do líquido. Portanto, δ é a raiz quadrada da energia requerida para vencer as forças intermoleculares do líquido por unidade de volume. Na Tabela 1, estão enumerados vários solventes com os respectivos parâmetros de solubilidade. Para que dois líquidos possam ser usados na extração é necessário que eles sejam imiscíveis, e isto ocorre quando a diferença dos parâmetros de solubilidade é grande (por exemplo, água e éter etílico formam um par apropriado de solventes para a extração).

Tabela 1. Parâmetros de solubilidade de alguns solventes comuns.

Solvente	δ (cal/mL)1/2
Éter etílico	7,4
Ligroína (éter de petróleo)	7,5
Cicloexeno	8,2
Tetracloreto de carbono	8,6
Benzeno	9,2
Clorofórmio	9,3
Água	23,4

        Se tivermos um sistema de dois líquidos imiscíveis A e B, e adicionarmos uma terceira substância (soluto), a substância se distribuirá diferentemente nas duas camadas num processo denominado partição. A razão entre as concentrações do soluto nos dois solventes é uma constante K, denominada de coeficiente de partição, que é dependente apenas da temperatura: