Química Orgânica: um curso experimental

Hugo Tubal Schmitz Braibante

Química Orgânica

um curso experimental

DIRETOR GERAL Wilon Mazalla Jr. COORDENAÇÃO EDITORIAL Marídia R. Lima COORDENAÇÃO DE REVISÃO E COPYDESK Helena Moysés REVISÃO DE TEXTOS Paola Maria Felipe dos Anjos EDITORAÇÃO ELETRÔNICA Fabio Diego da Silva Patrícia Lagoeiro Tatiane de Lima CAPA Camila Lagoeiro Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Braibante, Hugo Tubal Schmitz Química orgânica : um curso experimental / Hugo Tubal Schmitz Braibante. -- 1. ed. -Campinas, SP : Editora Átomo, 2015.

Bibliografia 1. Química orgânica I. Título.

14-08133

CDD-547 Índices para Catálogo Sistemático 1. Química orgânica 547 ISBN 978-85-7670-194-1 Todos os direitos reservados ao

Grupo Átomo e Alínea Rua Tiradentes, 1053 - Guanabara - Campinas-SP CEP 13023-191 - PABX: (19) 3232.9340 e 3232.0047 www.atomoealinea.com.br Impresso no Brasil

CONSELHO EDITORIAL Área | Química Aécio Pereira Chagas Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Célio Pasquini Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Flávio Leite T & E Analítica

José de Alencar Simoni Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Mário Sérgio Galhiane Universidade Estadual Paulista – UNESP

Pedro Faria Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Robson Fernandes de Farias Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN

À minha amiga, companheira, colega e esposa Profª Dra Mara Braibante.

Incentivadora e responsável por esta obra, dedico este livro e agradeço a doação e companheirismo nesta caminhada. À nossa família, razão maior desta jornada.

Agradeço a todos os alunos de química orgânica experimental (I e II) da UFSM, que contribuíram e motivaram a criação deste livro. Agradeço aos colegas da instituição que sempre acompanharam e incentivaram o meu trabalho, dentre eles, gostaria de nominar o colega Prof. Dr. Ademir Morel com quem divido o oferecimento dos cursos experimentais de química orgânica há mais de duas décadas. Ao Prof. Albert James Kascheres, meu mestre, que me alfabetizou em orgânica e me ensinou a gostar e a me dedicar ao ensino de química orgânica. Por fim, dedico à Sociedade Brasileira de Química – SBQ, entidade em que cresci, troquei e muito aprendi profissionalmente, e foi esta comunidade que possibilitou aos meus alunos e à química brasileira ter, hoje, maturidade científica e reconhecimento mundial.

Sumário Apresentação.............................................................................................................009 Parte 01 Segurança no Laboratório.........................................................................................011 Introdução............................................................................................................012 Regras gerais.......................................................................................................012 Regras de comportamento...................................................................................012 Trabalho no laboratório.......................................................................................013 Vidraria................................................................................................................016 Trabalhos sob vácuo e sob alta pressão...............................................................017 Proteção contra incêndios....................................................................................018 Preparação de soluções........................................................................................020 Parte 02 Introdução ao Laboratório de Química Orgânica.....................................................023 Caderno de laboratório........................................................................................024 Relatórios............................................................................................................024 Algarismos significativos....................................................................................025 Cálculos em Química Orgânica...........................................................................026 Parte 03 Tratamento e Purificação de Solventes e Reagentes.................................................033 Agentes Secantes.................................................................................................034 Reagentes sólidos................................................................................................038 Secagem de solventes..........................................................................................040 Cromatografia......................................................................................................044 Destilação............................................................................................................081 Destilador de Buchi ou Kugelrohr......................................................................092 Evaporador rotativo.............................................................................................094 Atmosfera inerte..................................................................................................097

Parte 04 Química Orgânica Qualitativa..................................................................................103 Álcoois................................................................................................................105 Haletos de alquila................................................................................................110 Alcenos................................................................................................................113 Aldeídos e cetonas...............................................................................................116 Fenóis..................................................................................................................122 Ácidos Carboxílicos............................................................................................124 Ésteres.................................................................................................................126 Amidas e nitrilas..................................................................................................128 Hidrocarbonetos aromáticos................................................................................129 Nitrocompostos...................................................................................................131 Aminas................................................................................................................132 Aminoácidos........................................................................................................136 Peróxidos.............................................................................................................137 Parte 05 Procedimentos de Química Orgânica........................................................................139 Extração...............................................................................................................140 Aromáticos..........................................................................................................149 Substituição nucleofílica.....................................................................................165 Eliminação...........................................................................................................170 Adição.................................................................................................................173 Oxidação..............................................................................................................180 Redução...............................................................................................................187 Esterificação........................................................................................................192 Condensação........................................................................................................196 Controle Cinético X Termodinâmico..................................................................198 Condensação da Benzoína...................................................................................203 Acilação...............................................................................................................205 Green Chemistry.................................................................................................208

Referências................................................................................................................221

Apresentação O Ensino de química, especialmente os módulos experimentais e, especificamente, a química orgânica experimental, sofreu alterações importantes nos últimos 20 anos. As alterações envolvem desde a adoção do enfoque ambiental, de novas tecnologias de agitação, aquecimento, identificação e isolamento dos produtos, até o tratamento de resíduos e segurança. Nesse cenário, alteram-se a metodologia e a escala dos procedimentos experimentais, chegando a objetivos centrados na régio e estereosseletividade dos produtos.

Os cursos de química (química, farmácia, engenharia química, ambiental dentre outros), tanto de graduação como pós-graduação, no Brasil, têm acentuada influência dos grupos de pesquisa institucionais e suas especificidades são adotadas em bom a ótimo nível. A sedimentação de uma formação consolidada de química orgânica depende da metodologia na utilização de técnicas e procedimentos característicos da área de química orgânica. Essas considerações nos encorajaram a disponibilizar à comunidade científica Química Orgânica: um curso experimental. É um livro composto de 5 partes para ser usado de uma maneira flexível tanto na sequência como na escala dos procedimentos. A parte 1 e 2 envolve aspectos gerais.

Na parte 1, Segurança no laboratório, aspectos ambientais e regras de comportamento são descritos, enquanto a 2, Introdução ao laboratório de química orgânica, traz desde relatórios até os cálculos mais utilizados no cotidiano de um laboratório de química. Recomendamos a leitura de 1 e 2 independente do estágio em que se encontra o aluno no curso ou a sequência usada pelo professor.

A parte 3, Tratamento e purificação de solventes e reagentes, é para ser usada obrigatoriamente com a parte 5, Procedimentos de Química Orgânica, pois trata-se de operações gerais de laboratório. No tratamento e purificação de solventes e reagentes, são descritas técnicas de secagem de sólidos, de líquidos, cromatografia (técnicas em colunas, placas, em flash) e seus equipamentos e materiais. Técnicas de destilação, simples, a vácuo e horizontal são abordadas em suas especificidades, como o uso de

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Apresentação

destilador de Buchi ou Kugelrohr, o evaporador rotativo e detalhes da realização de reações em atmosfera inerte.

A parte 4, Química orgânica qualitativa, é inteiramente dedicada a procedimentos para a identificação de grupos funcionais, envolvendo treze grupos funcionais, que acreditamos que possa ser tratado como um curso independente (disciplina independente). Muitos dos procedimentos vêm acompanhados de atividades para tratar os resíduos ou coletar, com segurança, rejeitos e resíduos gerados nos procedimentos.

Por fim, a parte 5, Procedimentos de Química Orgânica, é uma coletânea de procedimentos divididos em extração, que pode ser associada à química orgânica aplicada, produtos naturais, por exemplo, seguida de tópicos ordenadas pelo tipo de reações como substituição Eletrofílica (aromáticos), substituição nucleofílica, eliminação, adição, oxidação (diferentes oxidantes), redução, condensação, acilação e esterificação. São treze tópicos com diversos procedimentos, permitindo adequar custo, escala, segurança e metodologia orgânica. Cabe ressaltar o tópico Green Chemistry, envolvendo dez procedimentos que seguem os princípios da química verde, como as reações sem solventes, sob suporte sólido, associada à radiação de micro-ondas, o uso de agentes de bromação sem o uso de bromo molecular, dentre outros. No último item do tópico Química Verde, colocamos o item Uso de micro-ondas na síntese de compostos heterocíclicos, com a obtenção de seis compostos apresentando estruturas heterocíclicas de ampla aplicação na química orgânica atual.

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