Exercícios de Química Orgânica (parte prática)

UNIVERSIDADE DO ALGARVE
Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais
Licenciatura em
ENGENHARIA BIOTECNOLÓGICA
2º Ano - 1º Semestre
QUÍMICA ORGÂNICA II
E XAMES
E
T ESTES – P ARTE P RÁTICA
Prof. Responsável: Alfredo Cravador
Universidade do Algarve
EXAMES E TESTES DE QUÍMICA ORGÂNICA II - PARTE PRÁTICA
Obs.: Utilize fórmulas químicas desenvolvidas, com todas as ligações explícitas e
equações reaccionais nas suas explicações.
Parte prática - 1
Um experimentador pretende fazer a distinção entre 3 alcoóis A, B e C determinando a
estrutura primária, secundária ou terciária de cada um deles. Dispõe do reagente de Lucas,
do reagente de Tollens e dos reagentes necessários para efectuar o teste do iodofórmio.
O álcool A agitado com o reagente de Lucas permaneceu bem solúvel apresentando
durante mais de 30 min uma só fase. O álcool B, tratado da mesma maneira. deu lugar em
poucos instantes a duas fases imiscíveis, e o álcool C levou cerca de 5 minutos a formar
duas fases.
Os três alcoóis foram em seguida aquecidos numa solução aquosa de dicromato de
potássio em ácido sulfúrico e a mistura resultante foi em cada caso destilada. O produto
obtido a partir da reacção com o álcool B apresentou um ponto de ebulição idêntico ao do
álcool, os outros produtos obtidos a partir dos alcoóis A e C apresentaram pontos de
ebulição inferiores aos dos alcoóis de partida.
Submetidos à reacção com o reagente de Tollens, só o produto de destilação derivado do
álcool A deu um teste positivo, apresentando um espelho de prata.
Os três alcoóis foram em seguida tratados com uma solução aquosa de iodo em iodeto de
potássio e de hidróxido de sódio a 10%. Só o álcool C apresentou um teste positivo,
fornecendo um precipitado de cor amarela abundante.
Interprete estes resultados identificando a natureza de cada um dos alcoóis e justificando a
interpretação. Explique cada um dos testes, representando todas as reacções.
Um segundo experimentador, confrontado com os mesmos três alcoóis, obteve todavia um
resultado negativo com o teste de Tollens. Dê uma explicação plausível a esta observação
aparentemente contraditória.
Parte prática - 2
1) a. Para sintetizar as semicarbazonas da ciclohexanona e do furfural é importante que o
pH do meio reactivo seja bem controlado. Explique como se procedeu na prática para o
conseguir. Mostre o que ocorreria a um pH mais baixo ou mais elevado.
b. Explique como conclui qual dos compostos era o produto cinético e qual era o
termodinâmico.
2) Numa reacção de condensação aldólica do propanal, obteve-se 58,4 g dum produto puro,
com 60% de rendimento. Que quantidade de propanal foi utilizada à partida ? Exprima o
resultado em gramas e em moles.
Parte prática - 3
2
1) Numa reacção de aldolização do propanal, o produto obtido é destilado a pressão
ambiente e analisado por espectroscopia infra-vermelho. Quais são as bandas de
absorvência mais características que permitem distinguir o produto obtido do propanal ?
Como interpreta a diferença observada entre as energias de absorvência, correspondentes
à vibração de elongação dos grupos carbonilo do propanal e do produto final?
2) Proponha 2 métodos para distinguir entre um álcool primário, um álcool secundário e um
álcool terciário. Descreva as observações que servem de base à interpretação dos
resultados Como poderia verificar se o álcool secundário possui um metilo ligado ao grupo
CHOH ?
Parte prática - 4
1) Proponha 2 métodos para distinguir entre um álcool primário, um álcool secundário e um
álcool terciário. Descreva as observações que servem de base à interpretação dos
resultados Como poderia verificar se o álcool secundário possui um metilo ligado ao grupo
CHOH ?
2) a. Os 3 espectros de infra-vermelho seguintes correspondem ao propanal e aos produtos
de aldolização deste, provenientes de duas experiências distintas, depois de purificados por
destilações distintas e secagem. Interprete o melhor que puder a informação fornecida por
cada um destes espectros, compare-a e discuta-a. Interprete em particular a diferença entre
os resultados de cada uma das experiências.
b. A reacção de aldolização efectua-se na prática adicionando lentamente gota a gota o
propanal a uma solução de NaOH. Quais são as vantagens de observar esta ordem. Que se
poderia passar se a ordem de adição fosse inversa ou se se adicionasse o propanal duma
vez
1.
Parte prática – 5
Na síntese do trifenilmetanol a partir de 15,7g de bromobenzeno, de 2,4g de magnésio e
de 7,5g de benzoato de etilo, obteve-se 6.5g de produto puro. Calcule o rendimento.
(Mg: 24; Br : 80).
2.
Para sintetizar as semicarbazonas da ciclohexanona e do furfural é importante que o pH
do meio reactivo seja bem controlado. Explique como se procedeu na prática para o
conseguir. Mostre o que ocorreria a um pH mais baixo, e a um pH mais elevado,
explicitando as reacções.
3.
Proponha 2 métodos para distinguir entre um álcool primário, um álcool secundário e um
álcool terciário. Descreva as observações que servem de base à interpretação dos
resultados Como poderia verificar se o álcool secundário possui um metilo ligado ao grupo
CHOH ?
4.
a) Numa reacção de aldolização do propanal, o produto obtido é destilado a pressão
ambiente e analisado por espectroscopia infra-vermelho. Quais são as bandas de
absorvência mais características que permitem distinguir o produto obtido do propanal ?
Como interpreta a diferença observada entre as energias de absorvência, correspondentes
à vibração de elongação dos grupos carbonilo do propanal e do produto final?
b) A reacção de aldolização efectua-se na prática adicionando lentamente gota a gota o
propanal a uma solução de NaOH. Quais são as vantagens de observar esta ordem. Que se
poderia passar se a ordem de adição fosse inversa ou se se adicionasse o propanal duma
vez?
Parte prática – 6
3
1. Explique porque razão é imperioso adoptar condições experimentais anidras nas
reacções de preparação do trifenilmetanol.
a) Mostre que efeito tem a água, explicitando a(s) reacção(ões) que ocorre(m).
b) Que medidas práticas foram tomadas para criar condições experimentais anidras ?
c) Qual é o papel desempenhado pelo iodo ?
2. a)Numa reacção de condensação aldólica do propanal, obteve-se 79,8 g dum produto
puro, com 70% de rendimento. Que quantidade de propanal foi utilizada à partida ?
Exprima o resultado em gramas e em moles.
b) Quais são os papéis desempenhados por NaOH ?
3. Para sintetizar as semicarbazonas da ciclohexanona e do furfural é importante que o pH
do meio reactivo seja bem controlado. Explique como se procedeu na prática para o
conseguir. Mostre o que ocorreria a um pH mais baixo, e a um pH mais elevado,
explicitando as reacções.
Parte prática - 7
1. Na síntese do trifenilmetanol a partir de 78,45 g de bromobenzeno, de 12,2 g de
magnésio e de 37,5 g de benzoato de etilo, obteve-se 78 g de produto puro.
Calcule o rendimento. (Mg: 24,3; Br : 79,8)
2. Descreva as etapas de purificação do trifenilmetanol e justifique a sua necessidade.
3. Descreva e explique o que se observa ao fazer reagir um ácido com o trifenilmetanol.
4. Interprete os espectros de infra-vermelho do propanal e do produto obtido na
reacção de condensação aldólica. Faça uma análise comparativa dos espectros do
reagente e do produto final.
5. Descreva os métodos utilizados no laboratório que permitiram distinguir 3 alcoóis uns
dos outros : primário, secundário e terciário.
Obs. : utilise fórmulas químicas em todas as suas explicações e interpretações.
Parte prática – 8
1
1. a) Numa reacção de condensação aldólica do propanal, obteve-se 3,99 g dum produto
puro, com 70% de rendimento. Que quantidade de propanal foi utilizada à partida ?
Exprima o resultado em gramas e em moles.
b) Quais são os papéis desempenhados por NaOH?
c) Interprete os espectros de infra-vermelho do propanal e do produto obtido na reacção
de condensação aldólica. Faça uma análise comparativa dos espectros do reagente e
do produto final.
2. a) Para sintetizar as semicarbazonas da ciclohexanona e do furfural é importante que o
pH do meio reactivo seja bem controlado. Explique como se procedeu na prática para o
conseguir. Mostre o que ocorreria a um pH mais baixo ou mais elevado.
b) Explique como conclui qual dos compostos era o produto cinético e qual era o
termodinâmico.
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3. a) Explique porque razão é imperioso adoptar condições experimentais anidras nas
reacções de preparação do trifenilmetanol.
b) Mostre que efeito tem a água, explicitando a(s) reacção(ões) que ocorre(m).
c) Que medidas práticas foram tomadas para criar condições experimentais anidras ?
Obs.: utilise fórmulas químicas em todas as suas explicações e interpretações.
Parte prática – 9
1. Reactividade comparada dos alcoóis primários, secundários e terciários.
1.1 O teste de Lucas permite distinguir fazer a distinção entre alcoóis primários,
secundários e terciários.
a. Escreva a fórmula de três butanos pertencentes a cada uma daquelas categorias e
ordene-os por ordem de velocidade de reacção com o reagente de Lucas.
b. Escreva a composição do reagente de Lucas.
c. Escreva a reacção.
d. Qual é a observação experimental que permite fazer a distinção entre os alcoóis?
e. Qual é o fundamento teórico da diferença de reactividade?
1.2 Descreva a reacção realizada no laboratório que permite distinguir os alcoóis
seguintes um do outro.
CH 3CH 2 CH
OH
CH 3CH 2
CH 3
CH
OH
CH 2CH 3
Que se espera observar em cada um dos casos?
1.3 Explique como e porquê o teste de Tollens permite distinguir os seguintes alcoóis
um do outro:
CH 3CH 2 CH
OH
CH 3CH 2
CH 2
OH
CH 3
2. Condensação aldólica.
Uma reacção de condensação aldólica foi efectuada a partir de propanal adicionando
gota a gota propanal a 12,5 ml de uma solução aquosa de NaOH a 10%.
a. Represente o esquema reaccional.
b. Obteve-se 49 g dum produto puro, com 60% de rendimento. Que quantidade de
propanal foi utilizada à partida? Exprima o resultado em gramas e em moles
(considere C=12, O=16, H=1).
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c. Após a reacção, antes e depois da destilação foi retirada uma camada aquosa com
uma pipeta. Qual as origens da água e que quantidade deveria ser teoricamente
obtida?
d. Atribua os espectros de infra-vermelho anexos ao propanal e ao produto final e
interprete as diferenças observadas.
3.
Trifenilmetanol e derivados do trifenilmetano
Na síntese de trifenilmetanol a partir de bromobenzeno e de Mg e subsequente
reacção com o benzoato de etilo utilizou-se éter anidro como solvente e uma
montagem em que todo o material estava bem seco.
a.
Qual a necessidade de trabalhar em meio anidro? Explique quimicamente o que
ocorreria com água no meio (reacção).
b.
Explique como purificou o produto e como controlou a sua pureza e a sua
natureza.
c.
Descreva o que observou ao colocar o trifenimetanol em presença dum ácido e
explique essa observação em termos teóricos.
Parte prática – 10
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1. Controlo cinético e controlo termodinâmico
Para ilustrar os conceitos de controlo cinético e controlo termodinâmico duma reacção
foram sintetizadas primeiramente as semicarbazonas da ciclohexanona e do furfural
(-furaldeído ou 2-furancarboxaldeído), a partir destes derivados carbonilados, de
cloridrato de semicarbazida e de NaHCO3, e em seguida, foram efectuadas várias
reacções com misturas de reagentes e/ou de produtos obtidos, em condições de
temperatura e de tempo apropriadas.
a) Escreva as equações químicas da formação das 2 semicarbazonas de referência
(vd. obs.).
b) Explique o papel do hidrogenocarbonato de sódio.
c) Explique e exemplifique a importância do pH neste tipo de reacção.
d) Descreva quais os produtos obtidos ao agitar uma solução de semicarbazida,
furfural e ciclohexanona, 1) durante 5 min a 20º C e 2) durante 1 h 30 min a 95ºC e
explique como determinou a natureza dos produtos.
e) Que conclusões tira relativamente ao resultado obtido?
f) Utilize um diagrama de energia livre em função do percurso das reacções nas suas
explicações e justifique em termos de estrutura química qual a razão da maior
estabilidade do produto sob controlo termodinâmico.
2. Trifenilmetano e seus derivados
O clorotrifenilmetano foi sintetizado, no laboratório, a partir trifenilmetanol e do cloreto de
acetilo.
a) Descreva esta reacção.
b) Explique porque razão esta reacção entre um álcool e um cloreto de ácido, que
normalmente conduz a um éster, leva, neste caso particular à formação de um
cloreto.
c) Descreva como procedeu experimentalmente para realizar esta síntese.
d) A partir de 2,6 g de trifenilmetanol e de 0,8 g de cloreto de acetilo obtiveram-se 2,5 de
clorotrifenilmetano. Calcule o rendimento.
3. Reactividade comparada dos alcoóis primários, secundários e terciários
Um experimentador pretende fazer a distinção entre 3 alcoóis A, B e C determinando
a estrutura primária, secundária ou terciária de cada um deles. Dispõe do reagente de
Lucas, do reagente de Tollens e dos reagentes necessários para efectuar o teste do
iodofórmio.
O álcool A agitado com o reagente de Lucas permaneceu bem solúvel apresentando
durante mais de 30 min uma só fase. O álcool B, tratado da mesma maneira, deu lugar
em poucos instantes a duas fases imiscíveis, e o álcool C levou cerca de 5 minutos a
formar duas fases.
Os três alcoóis foram em seguida aquecidos numa solução aquosa de dicromato de
potássio em ácido sulfúrico e a mistura resultante foi em cada caso destilada. O produto
obtido a partir da reacção com o álcool B apresentou um ponto de ebulição idêntico ao
do álcool, os outros produtos obtidos a partir dos alcoóis A e C apresentaram pontos de
ebulição inferiores aos dos alcoóis de partida.
Submetidos à reacção com o reagente de Tollens, só o produto de destilação
derivado do álcool A deu um teste positivo, apresentando um espelho de prata.
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Os três alcoóis foram em seguida tratados com uma solução aquosa de iodo em
iodeto de potássio e de hidróxido de sódio a 10%. Só o álcool C apresentou um teste
positivo, fornecendo um precipitado de cor amarela abundante.
a) Interprete estes resultados identificando a natureza de cada um dos alcoóis e
justificando a interpretação.
b) Explique cada um dos testes, representando todas as reacções.
c) Um segundo experimentador, confrontado com os mesmos três alcoóis, obteve
todavia um resultado negativo com o teste de Tollens. Dê uma explicação plausível a
esta observação aparentemente contraditória.
Parte prática – 11
1. Condensação aldólica
Uma reacção de condensação aldólica foi efectuada adicionando gota a gota propanal
(propionaldeído) a uma solução aquosa de NaOH a 10%.
e. Descreva a reacção (vide obs.).
f. Represente esquematicamente a montagem utilizada.
g. Qual é a razão da utilização dum condensador?
h. Porque é necessário agitar vigorosamente o meio reaccional?
i.
Calcule o rendimento da reacção sabendo que se obteve 15 g dum produto puro a
partir de 25 ml de propanal (considere C=12, O=16, H=1 e densidade do propanal =
0.806).
j.
Descreva as etapas de purificação.
k. Explique como o espectro de infra-vermelho do produto final confirma a estrutura
esperada, recorrendo às bandas mais representativas (em anexo os espectros do
propanal e do produto- vd acima).
2. Trifenilmetanol
2.1 A utilização dos derivados organometálicos em síntese orgânica e os procedimentos
para a sua síntese e manipulação experimental foram exemplificados na preparação
laboratorial do bromofenilmagnésio e na sua reacção com o benzoato de etilo, até à
obtenção do trifenilmetanol (trifenilcarbinol).
a. Descreva as reacções efectuadas (vide obs.).
b. Represente esquematicamente as montagens que realizou para as reacções
acima mencionadas.
c. Porque razão foi necessário utilizar éter anidro como solvente?
d. Explique como purificou o produto e como controlou a sua pureza e a sua
natureza.
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e. A partir de 10,5 ml de bromobenzeno obteve-se 10,4 g de trifenilmetanol. Calcule
o rendimento considerando que o bromobenzeno foi o reagente limitante (C=12,
O=16, H=1, Br=79,9 e densidade do bromobenzeno = 1.495).
Parte prática – 12
1.
Sulfonação: preparação do p-toluenosulfonato de sódio.
Numa reacção de sulfonação do tolueno ( 20 ml, d = 0,87) com 12,5 ml de ácido sulfúrico
a 96% (d = 1,8) a refluxo durante uma hora obteve-se, após o tratamento final que
consistiu na diluição da mistura reaccional num excesso de água, neutralização com
hidrogenocarbonato de sódio (bicarbonato de Na), saturação a quente com um excesso
de cloreto de sódio, precipitação e finalmente, recristalização em meio aquoso, 24 g de
produto final.
a) Escreva o esquema reaccional (vide observação).
b) Calcule o rendimento (C= 12, H = 1, S= 32, O = 16, Na = 23).
2. Trifenilmetanol e derivados
a. ) Descreva as etapas experimentais efectuadas na síntese do trifenilmetanol
(trifenilcarbinol) (pode utilizar representações esquemáticas das montagens),
incluindo as etapas de purificação e controlo da pureza do produto final.
b. ) Que potenciais produtos contaminantes se eliminaram das etapas de purificação?
c. Escreva as reacções efectuadas na síntese do trifenilmetanol, a partir de
bromobenzeno, magnésio e benzoato de etilo (utilize fórmulas químicas
desenvolvidas, com todas as ligações explícitas, e equações reaccionais nas suas
explicações).
d. A partir de 35 ml de bromobenzeno, de 8 g de magnésio e de 23,8 ml de benzoato de
etilo, obteve-se 40,7 g de produto puro. Calcule o rendimento. (Mg: 24,3; Br: 79,8)
(bromobenzeno, d: 1,495; benzoato de etilo, d: 1,05).
e. Interprete o espectro de massa do produto
Espectro de massa a inserir
4. Condensação aldólica
a. Escreva a reacção de condensação aldólica efectuada adicionando gota a gota
propanal (propionaldeído) a uma solução aquosa de NaOH a 10%.
b. Explique como o espectro de infra-vermelho do produto final confirma a estrutura
esperada, recorrendo às bandas mais representativas (em anexo os espectros do
propanal e do produto- vd acima).
c. Interprete o espectro de RMN do produto final (deslocamentos químicos;
multiplicidade dos picos em função dos acoplamentos spin-spin).
Espectro de RMNa inserir
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