PRÁTICA nº. 1

SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

1. OBJETIVO

Determinar a solubilidade de algumas substâncias orgânicas (líquidos e

sólidos) e, através do conhecimento previamente adquirido nas disciplinas

teóricas de Química Orgânica, explicar e predizer o comportamento de

solubilidade de uma substância em outra.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A solubilidade dos compostos orgânicos pode ser dividida em duas

categorias principais: a solubilidade decorrente da simples miscibilidade e a

solubilidade resultante de uma reação química, por exemplo, uma reação do

tipo ácido-base.

A solubilidade baseada na miscibilidade de substâncias é geralmente

empregada na determinação do(s) solvente(s) mais apropriado(s) para

experimentos de cristalização, extração e de cromatografia.

Por outro lado, a solubilidade resultante de uma reação química constitui

um importante parâmetro para a identificação de um composto.

Testes de Solubilidade permitem prever a presença ou ausência de

grupos funcionais na molécula através do tipo de reatividade apresentada.

Uma generalização muito útil na predição da solubilidade é a regra muito

utilizada do “Semelhante dissolve semelhante”. Segundo essa regra, um

solvente polar dissolverá compostos polares e/ou iônicos e um solvente apolar

dissolverá compostos apolares. A razão desse comportamento envolve a

natureza das interações intermoleculares: ligações de hidrogênio, dipolo-

dipolo, dipolo-dipolo induzido e forças de van der Waals (forças de London ou de

dispersão).

Tais interações podem se estabelecer entre as moléculas do mesmo

composto e entre as moléculas de compostos diferentes, quando misturados.

Algumas Diretrizes para a Predição da Polaridade e Solubilidade:

1. Todos os HC são apolares e portanto, insolúveis em água.

HC como o benzeno são ligeiramente mais polares do que o hexano,

devido sua nuvem de elétrons PI, que aumentam as forças atrativas

do tipo van der Waals.

2. Compostos que possuem elementos eletronegativos como oxigênio e

nitrogênio, geralmente, são polares. O grau de polaridade e a

disponibilidade de estabelecer ligações de hidrogênio irá depender da

geometria da molécula e do tamanho da cadeia de carbono.

Exemplos: água, cetonas, aldeídos, álcoois, ésteres, éteres, aminas,

ácidos carboxílicos, amidas,...

3. A presença de átomos de halogênio, apesar de sua alta

eletronegatividade, não altera, significativamente, a polaridade da

molécula. Logo, tais compostos são ligeiramente polares, mais

semelhantes aos HC (apolares) do que à água (fortemente polar).

4. Ao comparar compostos orgânicos da mesma família, a adição de

átomos de carbono à cadeia diminui a polaridade da molécula.

5. Compostos que possuem quarto átomos de carbono ou menos e que

também contêm oxigênio ou nitrogênio, são, frequentemente, solúveis

em água. Compostos com mais de cinco átomos de carbono,

contendo um desses elementos são frequentemente insolúveis ou

pouco solúveis em água.

6. A presença de ramificações na cadeia alquílica de um composto reduz

as interações entre as moléculas do composto. Isso se reflete,

geralmente, em uma maior solubilidade do composto ramificado em

relação ao não ramificado correspondente. Tal ocorre, pois as

moléculas dos compostos ramificados são afastadas mais facilmente

umas das outras pelo solvente.

7. A estabilidade do cristal (composto) também afeta a solubilidade. Se

tudo o mais for igual, quanto maior for o ponto de fusão do composto

(maior a estabilidade), menor a solubilidade do mesmo. Ex.: o ácido p-

nitro-benzóico (PF 242oC) é dez vezes menos solúvel em etanol do

que seus isômeros orto (PF 147oC) e meta (141oC).

8. Compostos iônicos são geralmente solúveis em água devido às fortes

interações do tipo íon-dipolo. Tal tendência pode também se aplicar

aos compostos orgânicos que sofrem ionização/dissociação.

9. A maneira mais comum de se ionizar um composto orgânico e, dessa

forma torná-lo solúvel em água é através de uma reação ácido-base.

Exemplos:

9.1. Solubilidade em HCl a 5%

Aminas, que são bases orgânicas, podem ser convertidas em sais,

solúveis em água, quando reagem com ácido clorídrico diluído.

Aminas alifáticas (R3N, R2NH e RNH2) são compostos básicos que se

dissolvem facilmente em ácido. A substituição de grupos alquilas (-R)

por grupos arilas (-Ar) reduz a basicidade das aminas, devido à

deslocalização por efeito de ressonância. Consequentemente ocorre

uma redução na facilidade de sua protonação. Diarilaminas e

triarilaminas não se dissolvem em HCl diluído pois não se protonam

com facilidade.

Algumas aminas de massa molecular elevada também não se

dissolvem em ácido diluído.

9.2. Solubilidade em NaHCO3 a 5% e NaOH 5%

Os compostos que se dissolvem em bicarbonato de sódio (uma

base fraca) são ácidos fortes. Compostos que se dissolvem em

hidróxido de sódio, uma base forte, são ácidos fortes ou fracos.

Assim, é possível distinguir ácidos fortes e fracos determinando

sua solubilidade nessas soluções.

Os compostos se dissolvem em bases porque formam sais de

sódio solúveis em água. Contudo, sais de compostos de elevada

massa molecular não são solúveis e precipitam. Exemplos desses,

podem ser citados, os ácidos mirístico (C14), palmítico (C16) e

esteárico (C18), que formam sabões. Também, alguns fenóis

produzem sais insolúveis e com frequência coloridos devido à

ressonância. A substituição por grupos nitro em posições orto e

para aumenta a acidez, por efeito de deslocalização adicional ao

ãnion conjugado, acarretando um aumento na solubilidade em

água.

Apesar de serem muito úteis, deve-se ter cuidado com o uso das

diretrizes de polaridade para predizer a solubilidade de um composto. Em última

análise, testes de solubilidade devem ser feitos para confirmar as predições.

Os Testes de Solubilidade estão descritos no Esquema da Figura 1 e a

Classificação dos Compostos Orgânicos quanto à solubilidade é apresentada na

Tabela 1.

3. EXPERIMENTAL

3.1. Materiais

Tubos de ensaio

Pipetas graduadas de 5mL (Capela)

Peras (Capela)

Espátulas

Bastão de vidro

Papel Indicador

3.2. Reagentes

Solução de HCl 5% (Capela)

Solução de NaOH 5% (Capela)

Solução de NaHCO3 5% (Capela)

Éter Etílico (Capela)

Ácido Sulfúrico 98% (concentrado) (Capela)

Ácido Fosfórico (concentrado) (Capela)

Etanol

Isobutanol

Ácido salicílico

Ácido oxálico

Naftaleno

Tolueno

Acetato de etila

Sacarose

3.3. Procedimento Experimental

1. Testar a solubilidade dos compostos seguindo o roteiro apresentado no

esquema representado na Figura 1, ou seja, realizar o primeiro teste

com água, caso a substância seja solúvel em água, testar com éter

etílico, caso seja insolúvel em água, testar com hidróxido de sódio 5%

e assim por diante. Realizar os mesmos testes com todos compostos

listados, separadamente.

2. Inicialmente colocar aproximadamente 0,1g ou 0,2 mL do composto a

ser testado em um tubo de ensaio limpo e seco. Adicionar o solvente

em porções de 1mL até completar 3mL. Agitar, cuidadosamente, após

cada adição e acompanhar visualmente o comportamento do sistema.

3. Não sendo solúvel em 3mL de solvente, o composto é considerado

insolúvel nesse solvente.

4. Classificar os compostos analisados em grupos, empregando a Tabela 1

apresentada abaixo.

3.4. Compostos que serão testados

Etanol; Isobutanol; Ácido salicílico; Ácido oxálico; Naftaleno; Tolueno;

Acetato de etila, Sacarose.

3.5. Observações

1. Quando um composto colorido se dissolve, a solução assume esta cor.

2. O ácido sulfúrico concentrado pode provocar uma mudança de

coloração, indicando um teste positivo de solubilidade.

3.6. Segurança

a. Ao medir líquidos com pipetas, NÃO faça sucção com a boca, mas

use um pipetador de três vias (pera de sucção).

b. As soluções de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio são corrosivas.

O ácido sulfúrico e o ácido fosfórico, concentrados, são altamente

perigosos. São corrosivos e provocam queimaduras graves quando em

contato com a pele, além de apresentar uma elevada reatividade.

c. No final da aula prática, todos os compostos utilizados nos testes

deverão ser armazenados em frascos de resíduos devidamente

identificados. É PROÍBIDO O DESCARTE DE MATERIAL NAS PIAS.

Pergunte ao professor sobre a localização dos frascos de resíduos.

OS RESÍDUOS COM ÉTER NÃO PODEM SER ARMAZENADOS,

NEM MISTURADOS AOS RESÍDUOS DE ÁCIDOS.

d. Solventes orgânicos devem ser manipulados com segurança. Tenha

sempre presente que solventes orgânicos são, pelo menos

moderadamente, tóxicos e muitos são inflamáveis.

Figura 1. Esquema para realização dos Testes de Solubilidade

Diferença entre S1, AS e SB:

AS: muda o papel tornassol azul para vermelho. Tem pH < 4,5 (papel

universal).

AB: muda o papel tornassol cermelho para azul. Tem pH > 8,3.

A1: não muda o papel tornassol.

Tabela 1. Classificação dos Compostos Orgânicos em função da Solubilidade

Grupo S Solúveis em Água

S2 Sais de ácidos orgânicos, hidrocloretos de aminas, aminoácidos, compostos

polifuncionais (carboidratos, poliálcoois, ácidos, etc.).

SA Ácidos monocarboxílicos, com cinco átomos de Carbono ou menos, ácidos

arenossulfônicos.

SB Aminas monofuncionais com seis átomos de carbono ou menos.

S1 Alcoóis, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas monofuncionais com cinco

átomos de carbono ou menos.

Grupo A Compostos Ácidos

A1 Ácidos orgânicos fortes: ácidos carboxílicos, fenóis com grupos eletrofílicos em

posições orto e para, β-dicetonas.

A2

Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas, tiofenóis com

mais de cinco átomos de carbono, β-dicetonas, compostos nitro com hidrogênio em

α, sulfonamidas.

Grupo B Compostos Básicos

B Aminas aromáticas com oito ou mais carbonos, anilinas e alguns oxiéteres.

Grupo N Grupos Neutros

MN Diversos compostos neutros de nitrogênio ou enxofre Contendo mais de cinco

átomos de carbono.

N1 Alcoóis, aldeídos, metil cetonas, cetonas cíclicas e ésteres contendo somente um

grupo funcional; éteres com menos de oito átomos de carbono; epóxidos.

N2 Alcenos, alcinos, éteres, alguns compostos aromáticos (com grupos ativantes) e

cetonas (além das citadas em N1).

Grupo I Compostos Inertes

I Hidrocarbonetos saturados, alcanos halogenados, haletos de arila, éteres diarílicos,

compostos aromáticos desativados.

Obs.: Os haletos e anidridos de ácido não foram incluídos devido à alta

reatividade.

4. PROTOCOLO DE REAGENTES

→ Faça o “Protocolo de Reagentes” de TODOS os reagentes que

serão utilizados na Prática (ver item 3.2 da Parte Experimental).

→Os itens que devem ser abordados no “Protocolo de

Reagentes”, para cada reagente manipulado em aula

experimental, foram discutidos no “Primeiro Dia de Aula” e estão

descritos no “Plano de Ensino” da disciplina entregue.

→ O “Protocolo de Reagente” de cada reagente manipulado deve

ser feito individualmente e entregue no Dia da Realização da

Prática.

5. QUESTIONÁRIO

→ Para ser respondido e entregue (por grupo) na semana

seguinte à realização da Prática.

1. Pesquise a fórmula molecular dos compostos que serão testados quanto

a sua solubilidade. Procure explicar as observações experimentais com

base nas características estruturais de cada composto.

2. Defina solubilidade e miscibilidade.

3. Por que se diz “Semelhante dissolve semelhante”?

4. Quando um HC é substituído por um halogênio, explique o que ocorre

com a solubilidade do composto.

5. E quando um HC é substituído por um OH, o que ocorre? Explique.

6. Por que o ácido maleico é solúvel em água e o ácido fumárico não?

7. Verifique a relação entre massa molecular e solubilidade. Cite exemplos.

8. Qual a relação entre solubilidade e ramificações na cadeia carbônica.

Cite exemplos.

9. Indique as classes de solubilidade a que os compostos abaixo

pertencem, baseando-se apenas em suas características estruturais e

no Esquema da Figura 1.

a) 3-metoxifenol, cicloexanona, propionato de sódio.

b) 3-metileptanal, ácido oxálico, 2-bromooctano.

10. Um composto desconhecido é solúvel em água e em cloreto de

metileno. O teste com papel de tornassol indicou coloração azul. Qual(is)

do(s) composto(s) abaixo poderia ser o desconhecido?

2,3-dibromopentano, dietilamina, 3-etilfenol, 2,4-dimetiloctano, 4-

etilanilina

11. Prediga para cada um dos seguintes pares de solutos e solventes, se o

soluto é solúvel ou insolúvel. Esboce a estrutura do composto e a

provável interação com o solvente, quando houver.

Ácido málico em água;

Anfetamina em álcool etílico;

Aspirina em água;

1-decanol em água

Metanol em água;

Etanol e álcool isopropílico

12. Qual a diferença entre os compostos: éter, dietil-éter, éter etílico e éter

de petróleo?