Como Formular um Problema de Pesquisa e como Elaborar uma Hipótese

Introdução

A busca por práticas laboratoriais mais sustentáveis impulsionou o desenvolvimento da chamada Química Verde, que surge como um paradigma essencial na ciência moderna, por meio de um conjunto de princípios visa minimizar o impacto ambiental dos processos químicos por meio da redução ou eliminação de solventes orgânicos tóxicos e da geração de resíduos ou eliminar o uso e a geração de substâncias perigosas à saúde humana e ao meio ambiente.

Nesse contexto, destaca-se a síntese sem solvente, uma abordagem que dispensa o uso de solventes orgânicos frequentemente tóxicos e voláteis, promovendo reações mais limpas, seguras, econômicas e ambientalmente responsáveis (Paiva, 2010). Um exemplo didático da aplicação desses princípios é a síntese da acetanilida, uma amida aromática obtida por reação entre a anilina e o anidrido acético, sem a necessidade de solventes (Kato, 2025).

O mecanismo dessa reação é típico de uma acetilação nucleofílica (Solomons, 2017), em que o átomo de nitrogênio da anilina, com pares de elétrons não ligantes, atua como nucleófilo, atacando o carbono eletrolítico do grupo carbonila do anidrido acético. Esse ataque leva à abertura do anidrido e à formação da acetanilida e do ácido acético como subproduto. Considerada exotérmica no contexto das reações de acetilação libera energia (calor) ao formar novas ligações químicas (produtos) mais estáveis - a acetanilida e o ácido acético, liberando energia para o ambiente (Solomons, 2017). Devido esta particularidade, a água pode ser realizada eficientemente como um solvente para a Anilina, sem a presença de solventes residuais graves (solventes não verdes), constituindo um exemplo didático dos princípios da Química Verde.

A acetanilida possui uma solubilidade significativamente maior em água quente do que em água fria, o que viabiliza sua purificação por recristalização utilizando água como meio solvente. Essa diferença de solubilidade permite a dissolução do composto sob aquecimento e sua subsequente cristalização seletiva durante o resfriamento (Atkins, 2012).

Após a reação, a purificação do produto é essencial para avaliar sua qualidade e rendimento. A técnica de recristalização, é empregada para remover impurezas e obter cristais mais puros à medida que se recristaliza lenta e controladamente para permitir a formação de cristais bem organizados, que excluem impurezas da rede cristalina. Adicionalmente, a determinação do ponto de fusão da substância recristalizada realizada como ferramenta analítica permite inferir seu grau de pureza, onde compostos puros apresentam intervalos de fusão estreitos e bem definidas, enquanto impurezas tendem a diminuir e alargar essa faixa de fusão próximos ao valor teórico (Vogel, 1981). Além disso, o rendimento da reação também é calculado, permitindo uma análise crítica da eficiência do método empregado. A eficiência da síntese pode ser avaliada pelo cálculo do rendimento percentual, que relaciona a massa obtida com a massa teórica esperada.

Dessa forma, a associação entre síntese sem solvente, recristalização e análise térmica permite não apenas a obtenção de compostos de forma mais sustentável, mas também o desenvolvimento de habilidades práticas na avaliação de pureza e rendimento em reações orgânicas. Portanto, esta prática não apenas buscou demonstrar a aplicação de princípios da Química Verde em sínteses orgânicas, mas também aborda técnicas fundamentais de purificação e caracterização de compostos, contribuindo para uma compreensão integrada do processo de obtenção e análise da acetanilida.

Objetivo

Realizar a síntese da acetanilida sob compreensão do mecanismo de acetilação nucleofílica por meio de uma reação sem solvente e em seguida purificar o produto por meio da técnica de recristalização, e determinar a pureza do cristal obtido através da análise do ponto de fusão, além de avaliar o rendimento da reação para verificar a eficiência do processo de síntese.

Materiais e Métodos

Materiais

• Anilina (2 mL)
• Anidrido acético (2,5 mL)
• Erlenmeyer de 50 mL
• Béquer
• Vidro de relógio
• Termômetro (faixa de 10–150 °C)
• Banho de gelo
• Água destilada
• Placa de aquecimento
• Papel de filtro e funil Büchner
• Kitassato
• Sistema de filtração a vácuo
• Estufa (opcional, a 50 °C)
• Equipamento aferidor de ponto de fusão
• Cronômetro (opcional)

Experimento

        Síntese sem solvente da Acetanilida

1. Adicionou-se 2 mL de anilina em um Erlenmeyer de 50 mL diluindo-a com pequena alíquota de água (~20mL) aumentando a superfície de contato;
2. Introduziu-se um termômetro (faixa 10–150 °C), posicionando o bulbo no fundo do frasco, segurando-o inclinado a 30° com o gargalo e mediu-se temperatura máxima inicial atingida na solvatação exotérmica (Figura 1);

[pic 1]

Figura 1: Síntese da acetanilida sem solvente.

1. Adicionou-se em seguida 2,5 mL de anidrido acético sob agitação pendular, mantendo o bulbo do termômetro imerso durante a ocorrência da reação exotérmica de síntese. Registrou-se a nova temperatura máxima atingida durante a reação (Esquema 1);

[pic 2]

Esquema 1: Mecanismo da reação nucleofílica da síntese da acetanilida*.

* O mecanismo mostrado na figura é de um processo chamado acetilação. Tal processo envolve todas as reações que resultam na introdução de um grupo acila em um composto orgânico. No exemplo mostrado, a acetilação de uma amina produzindo uma amida, envolve uma reação ácido-base de Lewis, onde a amina atua como uma base (doa par de elétrons) e a molécula que contém o carbono carboxílico é um ácido (recebe par de elétrons) (Solomons, 2017).

1. Ao término da reação, o sistema foi deixado em repouso até atingir temperatura ambiente e posteriormente resfriado em banho de gelo, favorecendo a formação de um precipitado bruto como produto;
2. À mistura contendo o precipitado, foram adicionadas porções sucessivas de água fervente, sob aquecimento em placa, até a completa dissolução do sólido solúvel a quente (limitada a 60 mL de água);
3. A solução resultante foi resfriada inicialmente à temperatura ambiente e, em seguida, em banho de gelo por 20 minutos, promovendo a recristalização controlada;
4. O sólido formado foi isolado por filtração a vácuo, lavado com água destilada gelada e seco sobre papel filtro previamente pesado e vidro de relógio em estufa a 50 °C por uma hora;
5. Por fim, pesou-se o sólido seco, subtraindo da massa obtida o peso do papel filtro previamente pesado.

Para a caracterização do composto, foi realizada a determinação do ponto de fusão.

Determinação do Ponto de Fusão

1. Uma pequena porção do sólido seco foi deposta entre lâmina de vidro e fixada sobre o bloco metálico de aquecimento do medidor de ponto de fusão disponível;
2. Introduziu-se o termômetro na cavidade referente a aferição da temperatura;
3. Acompanhou-se o início da mudança de estado por meio da lente, verificando em paralelo o percurso da temperatura no termômetro;
4. As temperaturas inicial e final de fusão foram registradas a fim de comparação ao ponto de fusão teórico da acetanilida.
5. O procedimento foi repetido para verificação da reprodutibilidade.

Resultados

Ponto de fusão

        O ponto de fusão do sólido obtido após a recristalização da acetanilida foi determinado experimentalmente como 118 °C. Este valor foi comparado com o ponto de fusão da acetanilida pura descrito na literatura, que varia entre 113 °C e 115 °C.

Rendimento

A reação de acetilação da anilina com anidrido acético formando a acetanilida e ácido acético, sendo a reação exotérmica, descreve-se na equação abaixo: