ÁREA
Química Orgânica
Autores
Galvão, C.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Melo, N.B. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Silva, K.S.B.L. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ)
RESUMO
A p-nitroanilina (C6H6N2O2) é uma substância que se apresenta como um sólido amarelo escuro. É utilizado como intermediário em síntese de corantes, oxidantes e fármacos. O presente trabalho possibilitou realizar uma sequência sintética de três etapas para a obtenção da p-nitroanilina aplicada às aulas experimentais para alunos do curso de Química dentro da disciplina de Química Orgânica II da Universidade Estadual do Ceará (UECE). Foram realizadas cinco aulas, em que três foram das sínteses da acetanilida, p-nitroacetanilida e da p-nitroanilina e duas aulas foram para a recristalização dos dois primeiros compostos. Os resultados obtidos permitiram observar que as sínteses tiveram rendimentos satisfatórios e que os alunos conseguiram relacionar a teoria com a prática.
Palavras Chaves
Química Orgânica; Síntese; Aulas experimentais
Introdução
Química é a ciência que estuda as substâncias, a sua constituição, as suas propriedades e suas transformações em novas substâncias, os efeitos relacionados a tais transformações e os modelos explicativos desses processos. Baseado nessa definição pode-se afirmar que a química é uma ciência experimental (SANTOS et al., 2003). O ensino de química deve ser contextualizado e diversificado, aproveitando as indagações dos alunos e relacionando o conteúdo com o mundo real (RUSSELL, 1981). Vale ressaltar que ensinar ciências fundamentando-se somente em aspectos teóricos, memorísticos, pode favorecer há um grande distanciamento entre o mundo real e o mundo dos livros. Por essa razão, os professores precisam estar atentos para que tal tendência não venha a ocorrer no ensino de química (BUENO et al., 2005). A experimentação é um recurso importante para o ensino de química, pois permite que os alunos manipulem objetos e ideias, negociem significados e compreendam melhor os fenômenos químicos. As atividades práticas devem ser conduzidas de forma agradável e cooperativa, favorecendo a troca de ideias e conceitos entre os alunos e o professor (BUENO et al., 2005; GIORDAN, 1999). Este trabalho propõe uma síntese da p-nitroanilina em três etapas, envolvendo reações de substituição nucleofílica no carbono acílico e substituição eletrofílica aromática. A proposta integra aulas teóricas e experimentais de Química Orgânica II da Universidade Estadual do Ceará, visando desenvolver as habilidades de laboratório e a compreensão dos mecanismos reacionais orgânicos.
Material e métodos
Síntese Multi-etapas Aula 1: Síntese da acetanilida (1) A acetanilida (1) foi sintetizada em um béquer de 250 mL, misturando-se 2,1 g de acetato de sódio e 7,9 mL de ácido acético. Sob agitação, adicionou-se 7,6 mL de anilina e anidrido acético (8,5 mL), aos poucos. Após 10 min, despejou-se a mistura em 120 mL de água gelada. Os cristais foram filtrados a vácuo e recristalizados em água. Obteve-se 5,5 g (Rend. = 49 %) de um sólido branco cristalino (p.f. 113-114 °C), (lit. 114-115 °C) (NARAHARI; REGURI; MUKKANTI, 2011). Aula 2: Síntese da p-nitroacetanilida (2) A nitração da acetanilida foi realizada em um béquer (50 mL), misturando-se 3,34 g de acetanilida, 4,6 mL de ácido acético glacial e 9,6 mL de H2SO4, em banho de gelo. Separadamente, preparou-se uma solução nitrante de 2,2 mL de HNO3 e 1,4 mL de H2SO4, resfriada e adicionada lentamente à solução de acetanilida, com agitação e resfriamento. Após 30 min, despejou-se a mistura em gelo/água (70 mL) e filtrou-se o precipitado amarelo. O produto bruto foi recristalizado em etanol, dando 3,16 g de cristais amarelos (Rend. = 62 %) com p.f.: 214-215 °C. (lit. 215 °C) (RAMANA; MALIK; PARIHAR, 2004). Aula 3: Síntese da p-nitroanilina (3) A hidrólise da p-nitroacetanilida foi feita em balão de fundo redondo (50 mL), com condensador, adicionando-se 3,10 g de p-nitroacetanilida e 16 mL de H2SO4 (70%). A mistura foi refluxada por 25 min e depois resfriada e vertida em 130 mL de água fria em um béquer. A solução avermelhada foi filtrada com papel pregueado e o pH foi ajustado a 13 com NaOH 6 M para precipitar a p- nitroanilina. A mistura foi filtrada a vácuo, lavando os cristais com água fria. O sólido amarelo escuro pesou 1,80 g, (Rend. = 76 %). p.f.: 147-149 °C. (lit. 146-147 °C) (THEODORIDIS; MANFREDI; KREBS, 1990).
Resultado e discussão
A síntese multi-etapas para obtenção da p-nitroanilina foi realizada de acordo
com o Esquema 1. As reações vistas na síntese foram fundamentais para os
conhecimentos de conceitos e mecanismos de subtituição nucleofílica no carbono
acílico e substituição eletrofílica aromática (SEAr) vistos anteriormente em
sala de aula.
A p-nitroanilina (3) foi obtida em três etapas: a) acetilação da anilina com
anidrido acético em meio tamponado de ácido acético/acetato de sódio, formando a
acetanilida (1); b) nitração da acetanilida com ácido nítrico concentrado,
produzindo a p-nitroacetanilida (2), que foi recristalizada com etanol para
remover o isômero orto; c) hidrólise da p-nitroacetanilida com ácido clorídrico
diluído, gerando o sal de amínio intermediário, que foi filtrado e neutralizado
com hidróxido de sódio para precipitar a p-nitroanilina.
As reações foram revisadas pelo professor e monitores para caberem em 1,5 h,
tempo médio de uma aula de laboratório. A anilina foi transformada em p-
nitroanilina em cinco aulas, pois as recristalizações da acetanilida e da p-
nitroacetanilida foram feitas em aulas seguintes às sínteses.
Os rendimentos das etapas da síntese da p-nitroanilina foram de 49%, 62% e 76 %,
respectivamente, para a acetanilida, p-nitroacetanilida e p-nitroanilina. A
síntese multi-etapas teve baixos rendimentos globais devido às perdas de massa
nos processos de purificação dos produtos. A acetanilida foi o produto mais
impuro e exigiu uma etapa de adsorção com carvão ativado para remover as
impurezas. Isso implicou em mais de uma filtração na recristalização do produto,
o que explica o seu baixo rendimento.
Esquema 1 - Síntese multi-etapas para obtenção da p-\r\nnitroanilina
Conclusões
Os experimentos envolvendo a síntese da p-nitroanilina são adequados para as aulas experimentais de Química Orgânica II, tanto no número de aulas, quanto na aprendizagem dos conceitos teóricos, vistos anteriormente em sala de aula. Os compostos foram preparados a partir da anilina em uma sequência de reações com três etapas, cada uma, sendo realizada em uma aula de no máximo 1,5 h. Todas as reações empregaram métodos simples, cujos fundamentos teóricos estão presentes nos programas das disciplinas de Química Orgânica.
Agradecimentos
Agradeço em especial a Universidade Estadual do Ceará e a coordenação do curso de Licenciatura em Química que auxiliam os alunos graduados a terem a melhor forma de aprendizado e em especial ao 62º CBQ por permitir a apresentação.
Referências
BUENO, Lígia; et al. O Ensino de Química por meio de atividades experimentais: realidade do ensino nas escolas. São Paulo, 2005. Disponível em: http://www.unesp.br/prograd/ENNEP/Trabalhos%20em%20pdf%20-%20Encontro% 20de%20Ensino/T4.pdf. Acesso em 12 agosto de 2023.
GIORDAN, M. O papel da experimentação no ensino de Ciência. Química Nova na Escola, n. 10. São Paulo, 1999.
NARAHARI, S. R.; REGURI, B. R.; MUKKANTI, K.; Tetrahedron Lett., 52, 4888, 2011.
RAMANA, M. M. V.; MALIK, S. S.; PARIHAR, J. A.; Tetrahedron Lett., 45, 8681, 2004.
RUSSELL, John Blair. Química Geral. v. 1. São Paulo: McGraw Hill Ltda, 1981.
SANTOS. Wilson Luiz Pereira dos et al. Química e Sociedade: Modelos de partículas e poluição atmosférica. Módulo 2. São Paulo: Nova Geração, 2003.
THEODORIDIS, G.; MANFREDI, M. C.; KREBS, J. D.; Tetrahedron Lett., 31, 6141, 1990.
