Síntese do acetato de n-butilo ou etanoato de n

Síntese do acetato de n-butilo ou etanoato de n-butilo
Introdução
1. Ésteres: utilização e fabrico
Os ésteres são substâncias comuns na natureza. São encontrados nos óleos e nas gorduras, nas
essências de frutas, madeiras e flores, bem como nas ceras de abelhas e nos fosfatídeos existentes no ovo e
no cérebro. Pela sua ocorrência na natureza, os ésteres podem ser classificados em três classes:
(i) os ésteres essências de flores e frutas, normalmente constituídas por cadeias de carbono pequenas e
médias (até 8 carbonos), geralmente são líquidos incolores e voláteis;
(ii) os lípidos e gorduras, geralmente líquidos viscosos e de massas moleculares médias;
(iii) as ceras orgânicas sólidas e de elevada massa molecular.
Os ésteres de baixo peso molecular têm aromas agradáveis sendo os principais componentes
responsáveis pelo aroma e sabor de um grande número de frutos e flores.1,2 Embora os sabores naturais
possam conter cerca de cem compostos diferentes, um único éster aproxima-se dos aromas naturais e é
usado na indústria alimentar conferindo aos alimentos características degustativas e olfativas.3 Na Tabela 1
apresentam-se alguns exemplos de ésteres e suas respetivas fragrâncias. Os ésteres são também usados na
produção de perfumes e cosméticos, na indústria farmacêutica, na produção de sabões, na produção de
biocombustíveis, etc.
A síntese de ésteres obtém-se por reação de ácidos carboxílicos com álcoois ou fenóis, na presença de
um catalisador ácido e é bem conhecida desde há muito tempo. A este processo chama-se reação de
esterificação de Fischer2 (Esquema 1), sendo um dos principais métodos utilizados na produção de ésteres.
Esquema 1. Equação química da esterificação de Fisher.
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Tabela 1. Fragrâncias de ésteres1
Éster
Fórmula
p.e. (ºC)
Fragrância
Metanoato de isobutilo
98,4
Framboesa
Acetato de n-propilo
101,7
Pera
Butanoato de metilo
102,3
Maçã
Butanoato de etilo
121
Ananás
Propanoato de isobutilo
136,8
Rum
Acetato de isoamilo
142
Banana
Acetato de benzilo
206
Pêssego
Acetato de octilo
210
Laranja
2. Acetato de n-butilo
O acetato de n-butilo é utilizado como base para lacas, tintas, adesivos e corantes, como solvente de
tintas, na indústria de cosméticos e fragrâncias, etc.4,5 O acetato de n-butilo devido ao seu baixo impacte
ambiental é capaz de substituir o 2-etóxietilacetato que é tóxico e frequentemente usado como solvente na
indústria das tintas.
A síntese do acetato de n-butilo por reação entre o ácido acético e butan-1-ol na presença de ácido
sulfúrico, como catalisador, foi estudado pela primeira vez por Othmer et al6. A equação química que traduz
a síntese do acetato de n-butilo representa-se no esquema 2. Nesta reação forma-se o acetato de n-butilo
(produto) e água (co-produto).
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Esquema 2. Equação química da síntese do acetato de n-butilo.
A esterificação, ativada pela autoprotólise de um ácido carboxílico, ocorre sem a presença de
catalisadores de forma extremamente lenta. A velocidade da reação aumenta quando se usam catalisadores
ácidos.7,8
Os catalisadores ácidos são corrosivos e têm que ser neutralizados após a reação. Para ultrapassar este
problema, usam-se catalisadores sólidos heterogéneos, tais como as resinas ácidas de troca iónica4-11 que têm
sido estudadas e recebido muita atenção devido aos seus óbvios benefícios (facilidade de separação,
menores problemas de corrosão e menores problemas de deposição). Estas resinas são consideradas um bom
catalisador para reações em fase líquida, como a esterificação.
A reação tem uma constante de equilíbrio baixa o que limita a conversão de reagentes em produtos e
quando se atinge o estado de equilíbrio o rendimento da reação é baixo. Para aumentar a conversão pode
usar-se excesso de um dos reagentes estequiométricos, fazer-se a remoção seletiva dos produtos da reação e,
em alguns casos, variar a temperatura.12 No protocolo proposto, no sentido de aumentar a conversão
(promover a formação de éster) remove-se a água formada (co-produto da reação).
No protocolo proposto a síntese do acetato de n-butilo ocorre em fase líquida, catalisada por uma
resina ácida (Dowex), com aquecimento da mistura reacional, em refluxo. O vapor que refluxa é constituído
por uma mistura azeotrópica que contém 8% de álcool, 63% de éster e 29% de água e apresenta um ponto de
ebulição de 90,7 ºC. O vapor é homogéneo, mas quando condensa, separa-se em duas fases, uma orgânica
(camada superior) rica em éster e outra aquosa (camada inferior) rica em água, ver composição na tabela 2.
Uma mistura azeotrópica apresenta uma composição fixa e comporta-se como se fosse uma substância
apresentando um ponto de ebulição constante. Este tipo de mistura não pode ser separado por destilação
simples ou fracionada.
Tabela 2 Composição percentual da mistura azeotropica1
Substâncias
p.e. (ºC)
Vapor
Fase superior
Fase inferior
Butan-1-ol
117,7
8,0
11,0
2,0
Acetato de n-butilo
126,7
63,0
86,0
1,0
Água
100,0
29,0
3,0
97,0
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Experimentalmente, se pensarmos num sistema que remova a fase aquosa do condensado e faça
retornar a fase orgânica à mistura reacional, então o grau de conversão da reação aumenta. Neste trabalho
vão ser utilizadas duas montagens experimentais que permitem remover a fase aquosa do condensado
(camada inferior). Quando for recolhida a quantidade de água teoricamente prevista, a reação é dada por
terminada e o produto no balão deve conter um éster bastante puro.
3. Referências
[1] - Williamson, K. L., Minard, R. D., Masters, K. M., Macroscale and Microscale Organic Experiments,
Houghton Miffin Company, NY, 2007.
[2] – McMarry J., Organic Chemistry, 7ª edição, 2008.
[3] - Morrison R., Boyd R., Química Orgânica, Fundação Calouste Gulbenkian, 13ª edição, Lisboa, 1996.
[4] – Gangadwala, J., Mankar, S., Mahajani, S., Kienle, A., Stein, E., Esterification of acetic acid with
butanol in presence of ion Exchange resins as catalysts, Industrial and Engineering Chemistry Research,
2003, 42, 2146 -2155.
[5] – Liu, K., Tong, Z., Liu L., Feng X., Separation of organic compounds from water by pervaporation in
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2005, 256, 193 - 201.
[6] – Kirk, R. , Othmer, D., Encyclopedia of Chemical Technology, 4ª ed., Jonh Wiley e Sons inc, 1998.
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[8] – Peters T. A., Benes N. E., Holmen A., Keurentjes J. T. F., Comparison of commercial solid acid
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[10] – Blagov, S., Parada, S., Bailer, O., Moritz, P., Lam, D., Weinand, R., Hasse, H., Influence of ionexchange resin catalysts on side reactions of the esterification of n-Butanol with acetic acid, Chemical
Engineering Science, 2006, 61, 753 – 765.
[11] – Timofeeva M. N. et al, Esterification of n-butyl acetate with acetic acid in presence oh heteropoly
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[12] – Londono A. O. e al., Analysing chemical equilibrium conditions when studying butyl acetate
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