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Esterificação de Fischer, Notas de estudo de Química

ESTERIFICAÇÃO DE FISHER

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 23/09/2010

caroline-beranger-9
caroline-beranger-9 🇧🇷

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 19, MAIO 2004
Recebido em 14/5/03, aceito em 19/2/04
Esterificação de Fischer e os aromas
Em 1895, Fischer e Speier cons-
tataram que era possível a
obtenção de ésteres através do
aquecimento de um ácido carboxílico
e um álcool na presença de catalisa-
dor ácido (McMurry, 1997). Esta rea-
ção ficou conhecida como esterifi-
cação de Fischer (Figura 1), sendo
um dos principais métodos utilizados
na produção de ésteres.
Em geral, os ésteres, principal-
mente os de baixa massa molar, apre-
sentam aromas agradáveis, estando
presentes em frutas e flores (McMurry,
1997). A Tabela 1 apresenta alguns
exemplos de ésteres e seus respecti-
vos aromas. Esses compostos pos-
suem uma importante aplicação na
Thiago Santangelo Costa, Danielle Lanchares Ornelas, Pedro Ivo Canesso Guimarães e Fábio Merçon
Industrialmente, a reação de esterificação de Fischer é um dos principais métodos para a síntese dos
ésteres. Por estarem presentes na composição dos flavorizantes, os ésteres são compostos de destaque na
indústria alimentícia. No presente trabalho, buscou-se o desenvolvimento de um experimento simples para a
obtenção de ésteres de baixa massa molar, os quais podem ser facilmente caracterizados por possuírem
aromas de frutas. Esta atividade possibilita a correlação entre os conteúdos programáticos da Química no
Ensino Médio e o cotidiano dos alunos.
esterificação, aromas, cotidiano
indústria como flavori-
zantes, ou seja, subs-
tâncias que, quando
adicionadas em pe-
quena quantidade
aos alimentos, conferem-lhes carac-
terísticas degustativas e olfativas
(Solomons, 1983).
O emprego de experimentos de
Química Orgânica no Ensino Médio
não costuma ser uma tarefa simples,
pois as reações orgânicas geralmente
caracterizam-se por apresentarem
longa duração, cuidados na manipu-
lação dos reagentes, necessidade de
vidraria específica e dificuldade na
comprovação imediata dos produtos.
Segundo Cardoso e Colinvaux
(2000), o entendi-
mento das razões
e objetivos que
justificam e moti-
vam o ensino de
Química poderá
ser atingido extin-
guindo-se as aulas
baseadas em me-
morização de fór-
mulas e nomes,
tornando-as vincu-
ladas aos conheci-
mentos do cotidia-
no dos alunos. Sendo assim, buscou-
se a realização de um experimento
facilmente executável e que contex-
tualizasse a esterificação de Fisher,
utilizando o aroma como tema gera-
dor. Foram propostas as sínteses do
butanoato de etila e do etanoato de
3-metil-butila, visto que esses ésteres
apresentam aromas conhecidos de
abacaxi e banana, respectivamente.
Material
Manta de aquecimento
Balão de fundo redondo (50 mL)
Condensador de refluxo
Pérolas de vidro
Funil de separação (250 mL)
Argola
Béquer (100 mL)
Suporte universal
Garras
Mufas
Provetas (10 mL)
Pipetas (10 mL)
Frasco de Erlenmeyer (50 mL)
Ácido butanóico
Ácido etanóico
Tabela 1: Exemplos de ésteres com aromas de frutas.
Nome Fórmula estrutural Aroma
Etanoato de etila Maçã
Etanoato de octila Laranja
Butanoato de etila Abacaxi
Etanoato de Banana
3-metil-butila
Figura 1: Reação conhecida como esterificação de Fischer.
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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 19, MAIO 2004

Recebido em 14/5/03, aceito em 19/2/

Esterificação de Fischer e os aromas

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m 1895, Fischer e Speier cons- tataram que era possível a obtenção de ésteres através do aquecimento de um ácido carboxílico e um álcool na presença de catalisa- dor ácido (McMurry, 1997). Esta rea- ção ficou conhecida como esterifi- cação de Fischer (Figura 1), sendo um dos principais métodos utilizados na produção de ésteres. Em geral, os ésteres, principal- mente os de baixa massa molar, apre- sentam aromas agradáveis, estando presentes em frutas e flores (McMurry, 1997). A Tabela 1 apresenta alguns exemplos de ésteres e seus respecti- vos aromas. Esses compostos pos- suem uma importante aplicação na

Thiago Santangelo Costa, Danielle Lanchares Ornelas, Pedro Ivo Canesso Guimarães e Fábio Merçon

Industrialmente, a reação de esterificação de Fischer é um dos principais métodos para a síntese dos ésteres. Por estarem presentes na composição dos flavorizantes, os ésteres são compostos de destaque na indústria alimentícia. No presente trabalho, buscou-se o desenvolvimento de um experimento simples para a obtenção de ésteres de baixa massa molar, os quais podem ser facilmente caracterizados por possuírem aromas de frutas. Esta atividade possibilita a correlação entre os conteúdos programáticos da Química no Ensino Médio e o cotidiano dos alunos.

esterificação, aromas, cotidiano

indústria como flavori- zantes, ou seja, subs- tâncias que, quando adicionadas em pe- quena quantidade aos alimentos, conferem-lhes carac- terísticas degustativas e olfativas (Solomons, 1983). O emprego de experimentos de Química Orgânica no Ensino Médio não costuma ser uma tarefa simples, pois as reações orgânicas geralmente caracterizam-se por apresentarem longa duração, cuidados na manipu- lação dos reagentes, necessidade de vidraria específica e dificuldade na comprovação imediata dos produtos. Segundo Cardoso e Colinvaux (2000), o entendi- mento das razões e objetivos que justificam e moti- vam o ensino de Química poderá ser atingido extin- guindo-se as aulas baseadas em me- morização de fór- mulas e nomes, tornando-as vincu- ladas aos conheci- mentos do cotidia-

no dos alunos. Sendo assim, buscou- se a realização de um experimento facilmente executável e que contex- tualizasse a esterificação de Fisher, utilizando o aroma como tema gera- dor. Foram propostas as sínteses do butanoato de etila e do etanoato de 3-metil-butila, visto que esses ésteres apresentam aromas conhecidos de abacaxi e banana, respectivamente.

Material

  • Manta de aquecimento
  • Balão de fundo redondo (50 mL)
  • Condensador de refluxo
  • Pérolas de vidro
  • Funil de separação (250 mL)
  • Argola
  • Béquer (100 mL)
  • Suporte universal
  • Garras
  • Mufas
  • Provetas (10 mL)
  • Pipetas (10 mL)
  • Frasco de Erlenmeyer (50 mL)
  • Ácido butanóico
  • Ácido etanóico

Tabela 1: Exemplos de ésteres com aromas de frutas. Nome Fórmula estrutural Aroma

Etanoato de etila Maçã

Etanoato de octila Laranja

Butanoato de etila Abacaxi

Etanoato de Banana 3-metil-butila

Figura 1: Reação conhecida como esterificação de Fischer.

QUÍMICA NOVA NA ESCOLA Esterificação de Fischer e os aromas N° 19, MAIO 2004

  • 3-metil-butanol
  • Etanol
  • Ácido sulfúrico concentrado
  • Solução aquosa de NaCl 50% (m/m) Na Tabela 2 são relacionadas as quantidades de reagentes e catalisa- dor empregadas nas sínteses dos és- teres em questão. Diante do fato de que a grande maioria das escolas brasileiras não possuem laboratório de química, quando possível, as vidrarias e equi- pamentos específicos podem ser substituídos por materiais domésticos ou alternativos, conforme demonstra- do em um trabalho anterior, sobre a extração de óleos essenciais de plantas (Guimarães et al. , 2000). Este pro- cedimento também pode ser estendido ao ácido sulfúrico, ao etanol e ao cloreto de sódio, que podem ser substituídos pelo ácido muriático, ál- cool comercial e sal de cozinha, respec- tivamente. O ácido etanóico pode ser substituído por sua apresentação comercial, o ácido acético glacial, encontrado em lojas de material foto- gráfico e em supermercados, na se- ção de produtos da culinária japo- nesa. Por sua vez, tanto o ácido buta- nóico quanto o 3-metil-butanol não são encontrados em materiais casei- ros e são artigos específicos de em- presas que comercializam produtos químicos.

Procedimento experimental

Para cada éster a ser sintetizado, adicionou-se ao balão de fundo redondo as pérolas de vidro e as respectivas quantidades de cada um

dos componentes: ácido carboxílico, álcool e ácido sulfúrico concentrado, conforme apresentado na Tabela 2. Refluxou-se o sistema por 40 min e, após esse tempo, foi realizado resfriamento por 10 min. Transferiu- se o conteúdo do balão para o funil de separação e a este adicionou-se a solução supersaturada de NaCl (60 mL). Agitou-se o sistema e aguardou-se o aparecimento de duas fases. Separou-se a camada orgânica (éster) da aquosa, sendo a primeira recolhida em um erlenmeyer.

Medidas básicas de segurança

Os reagentes devem ser cuidado- samente manipulados (preferencial- mente pelo profes- sor) na capela e com auxílio de luva. Devi- do à sua toxidade, deve-se evitar a ina- lação dos compo- nentes químicos envolvidos neste ex- perimento. Os alu- nos devem estar obrigatoriamente uti- lizando guarda-pó, calça comprida, óculos de segurança e sapato fecha- do.

Resultados e discussão

O experimento proposto foi reali- zado partindo-se do excesso de um dos reagentes, a fim de deslocar o equilíbrio da reação no sentido de for- mação do éster. O tempo de reação demonstrou- se apropriado para que sejam verifi- cados, após a separação das fases, os aromas dos ésteres etanoato de 3-metil-butila e butanoato de etila. Com o intuito de que o experimento possa ser empregado no Ensino Mé- dio, não se fez necessário estender o tempo reacional, já que o objetivo

principal é a análise qualitativa da rea- ção, e não o seu rendimento. Deve-se ressaltar que, em uma etapa inicial, foram pesquisados ou- tros ésteres de aromas caracterís- ticos, tais como o metanoato de etila e o etanoato de octila, que possuem aromas de framboesa e laranja, respectivamente. Entretanto, os expe- rimentos realizados não apresen- taram resultados satisfatórios, visto que o tempo de reação foi insuficiente para a obtenção dos produtos na concentração mínima desejada para comprovação dos aromas. Na etapa de separação dos pro- dutos, o emprego da solução salina provocou o aumento da força iônica do meio, ocasionando a formação de interações intermoleculares entre o sal, os reagentes em excesso, o cata- lisador e a água formada na reação, uma vez que se tratam de substân- cias polares. Como os ésteres são compostos de baixa polaridade, eles apresentaram uma menor solubili- dade no meio, facilitando sua sepa- ração. A ocorrência das reações foi facil- mente comprovada através da distin- ção entre os aromas dos reagentes e produtos. Ao utilizar reagentes de odor forte e desagradável, pretende- se alcançar um maior interesse e questionamento por parte dos alunos, já que o éster possui aroma agradável e conhecido. A identificação senso- rial dos componentes demonstrou ser um instrumento valioso, pois permite a discussão da identificação de um fenômeno químico através do olfato, mesmo sem alterações visuais na mistura. A atividade desenvolvida possibi- lita a abordagem de conteúdos pro- gramáticos de Química Geral (solubili- dade e polaridade de ligação), Quími- ca Orgânica (estudo de funções e reações orgânicas) e Físico-Química (soluções, cinética química, termoquí- mica e equilíbrio químico), bem como aspectos relativos aos procedimentos experimentais e normas de seguran- ça em laboratório. O experimento também permite a contextualização da Química na abordagem de ques- tões como aromas, aditivos alimen- tares e produtos naturais e artificiais.

Tabela 2: Quantidades de reagentes e catalisador utilizadas.

Éster Quantidades de reagentes e catalisador

15 mL de ácido butanóico (0,16 mol) Butanoato de etila 15 mL de etanol (0,26 mol) 3 mL de ácido sulfúrico (0,06 mol) 14 mL de ácido etanóico (0,24 mol) Etanoato de 3-metil-butila 11 mL de 3-metil-butanol (0,10 mol) 4 mL de ácido sulfúrico (0,08 mol)

A identificação sensorial dos componentes demonstrou ser um instrumento valioso, pois permite a discussão da identificação de um fenômeno químico através do olfato, mesmo sem alterações visuais na mistura