A Química Orgânica Experimental

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             UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

                     INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

                        DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Obtenção da p-nitro-acetanilida

Disciplina: Química Orgânica Experimental

BELO HORIZONTE

JULHO DE 2022

        

Introdução

      Em química orgânica, podemos identificar milhões de compostos diferentes e também é possível realizar uma centenas de reações – há uma diversidade enorme de substâncias a ser explorada. No entanto, essas reações seguem padrões bem definidos, facilitando os estudos e permitindo uma certa previsão.

As principais reações orgânicas são classificadas em três tipos: substituição, adição e eliminação. As reações de substiuição, como a nitração que será tratada logo adiante, ocorre quando um átomo da cadeia carbônica é substituído por outro átomo ou grupos de átomos.

A nitração é um processo de grande importância, pois, há uma ampla aplicabilidade de nitro compostos como intermediários ou produtos finais. A presença de grupo nitro em intermediários iniciais torna possível obter um número significativo de compostos ativos com ação farmacológica, tais como derivados da anilina e a benzidina.

O processo de nitração é caracaterizado como a introdução irreversível de um ou mais grupos nitro (-NO2) em uma molécula orgânica. O grupo nitro ataca um carbono para formar um nitro composto. Utiliza-se comumente o sistema ácido sulfúrico/ácido nítrico, denominado mistura sulfonítrica (MSN) para favorecer a ionização do ácido nítrico, que leva à formação do excelente eletrófilo ou agente de nitração, NO2+.

A p-nitroacetanilida é comumente obtida através da reação de substituição eletrofílica de um anel aromático mediante a utilização de ácido acético glacial e uma mistura nitrante de ácidos sulfúrico e nítrico concentrados, de acordo com a reação:

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Objetivos

• Ilustrar experimentalmente uma sequência de síntese orgânica.
• Obter um composto de interesse industrial a partir de um composto orgânico simples comercialmente disponível.

Desenho das aparelhagens

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Imagem 1 – Aparelhagem para filtração a vácuo;            Imagem 2 – Aparelhagem para aquecimento. [pic 5][pic 6]

Parte experimental

Preparação

Em um erlenmeyer de 250 mL, colocaram – se 5g de acetanilida seca e 6 mL de ácido acético glacial. Agitou – se de modo a obter uma boa suspensão e adicionaram – se com agitação constante 13 mL de ácido sulfúrico concentrado.

Resfriou – se a mistura a 0ºC e adicionou – se em pequenas porções e com agitação, uma mistura contendo 3 mL de ácido nítrico concentrado e 2 mL de ácido sulfúrico concentrado, previamente resfriada.  Manteve – se durante a adição de cada porção, a temperatura do meio reacional abaixo de 10ºC. Terminou – se a adição e deixou – se em repouso á temperatura ambiente, durante 60 minutos.

Elaboração

Derramou – se, com agitação o conteúdo do erlenmeyer em um béquer contendo 60 mL de gelo picado e água, agitou – se e deixou – se em repouso por 10 minutos. Filtrou – se em um funil de Buchner a solução que encontrava – se em repouso.         

Proposta de mecanismo das reações envolvidas

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Resultados e discussões

A etapa de preparação tem como função estabelecer um eletrófilo: o íon nitrônio, que é formado a partir da protonação realizada pelo ácido sulfúrico no ácido nítrico, liberando moléculas de água. Este nitrônio é um núcleofilo muito forte sendo então capaz de atacar o anel aromático da acetanilida que é um composto relativamente estável. Já a adição do ácido acético teve como objetivo de promover uma suspensão à solução, pois ele tem uma vasta importância no deslocamento do equilíbrio para os produtos.

É importante destacar aqui que a molécula de acetanilida possui um grupo substituinte NHOCH3(acetamido) que é grupo ativador frente do anel aromático -  o átomo de nitrogênio possui um par de elétrons livres que podem ser doados. Pelo fato de o grupo acetamido ser ativante indica que, apesar de uma reduzida doação de elétrons ao anel, de modo geral, ele doa elétrons por ressonância mais fortemente do que retira elétrons indutivamente. Logo, este grupo faz com que o anel reaja mais rapidamente que o benzeno e também faz com que a localização da substituição aromática eletrofílica seja na posição orto e/ou para. 

Na reação de substituição eletrofílica, admite-se que a adição do grupo nitro ocorra mais de forma orientada em orto do que em para, pois há duas maneiras diferentes para adição em orto, pela esquerda ou pela direita. Porém, nesse caso especifico, nas posições orto há um impedimento estérico, enquanto que na posição para não tem. Desta forma o produto de isomeria para é formado com maior quantidade devido o substituinte no anel (o eletrófilo) ser uma molécula grande (o NO2).

Outro detalhe dessa reação extremamente importante é o banho de gelo que tem a função de evitar o aumento exagerado da temperatura, devido ao desprendimento de calor (reação exotérmica). A adição da mistura ácida em temperatura elevada pode ocasionar a formação de produtos multinitrados. Como esse não é o objetivo do experimento, deve – se manter a temperatura controlada até 10ºC.