O acetaminofen ( \mathrm{p} K_{\mathrm{a}}=9.38 ) é um ácido mais fraco que a aspirina ( \mathrm{p} K_{\mathrm{a}}=3.49 ). Com base nestas informações, sugira um procedimento para a separação de uma mistura contendo aspirina (ácido acetilsalicílico) e acetaminofen.
ONHOH

acetaminofen

Passo 1

O enunciado pede que eu sugira um procedimento para separar uma mistura contendo aspirina (ácido acetilsalicílico) e acetaminofen, sabendo apenas as seguintes informações fornecidas: \mathrm{p}K_a(\text{acetaminofen})=9,38 e \mathrm{p}K_a(\text{aspirina})=3,49.\n
Informações relevantes dadas:
\mathrm{p}K_a(\text{aspirina})=3,49.
\mathrm{p}K_a(\text{acetaminofen})=9,38.
O objetivo é separar os dois compostos puros a partir da mistura.

Passo 2

Conceito-chave (explicação didática): extração ácido–base.
  • A ideia é usar um solvente orgânico para dissolver a mistura e um extrato aquoso com uma base fraca que só desprotonará o ácido mais forte. Quando um ácido se desprotona ele vira um ânion solúvel na fase aquosa; o composto neutro permanece na fase orgânica. Isso funciona porque espécies carregadas preferem água e espécies neutras preferem solvente orgânico.
  • Reação genérica de extração com bicarbonato:
\mathrm{HA} + \mathrm{HCO}_3^- \rightleftharpoons \mathrm{A}^- + \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3
onde \mathrm{HA} é o ácido (aqui a aspirina).
  • Para saber se a reação anda para a direita com bicarbonato, comparamos os \mathrm{p}K_a. A forma protonada do bicarbonato (isto é, o ácido conjugado \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3) tem \mathrm{p}K_a \approx 6,35. Um ácido com \mathrm{p}K_a menor que \approx 6,35 será desprotonado por \mathrm{HCO}_3^-. Como \mathrm{p}K_a(\text{aspirina})=3,49<6,35, a aspirina será convertida em seu ânion solúvel em água. Como \mathrm{p}K_a(\text{acetaminofen})=9,38>6,35, o acetaminofen NÃO será desprotonado por bicarbonato e permanecerá neutro na fase orgânica.
  • Conclusão prática: usar \mathrm{NaHCO}_3 para extrair seletivamente a aspirina para a fase aquosa, deixando o acetaminofen na fase orgânica.

Passo 3

Escolha do solvente orgânico e preparo:
  • Dissolva a mistura sólida em um solvente orgânico inerte, por exemplo \text{diclorometano} (DCM) ou etil acetato. DCM é comum; lembre-se que DCM é mais denso que água (fica em baixo) enquanto etil acetato é menos denso (fica em cima). Anote qual camada é qual.
  • Use um funil de separação. Tenha à mão solução saturada de \mathrm{NaHCO}_3 (ou solução aquosa de bicarbonato, por exemplo \sim10% m/m) e papel pH.

Passo 4

Extração ácido–base (passo prático e como executar):
  1. Coloque a solução orgânica contendo a mistura no funil de separação.
  2. Adicione a solução aquosa saturada de \mathrm{NaHCO}_3 (uma porção, agite suavemente e deixe descansar). Observe que pode ocorrer efervescência por formação de \mathrm{CO}_2; abra o funil de vez em quando para aliviar pressão.
  3. A reação esperada (usando abreviações) é:
\text{Aspirina (HA)} + \mathrm{HCO}_3^- \rightarrow \text{Aspirinato }(\mathrm{A}^-) + \mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3 \rightarrow \mathrm{CO}_2\uparrow + \mathrm{H}_2\mathrm{O}
Isto transfere a aspirina para a fase aquosa como sal solúvel. O acetaminofen permanece neutro na fase orgânica.
4) Separe as camadas. Guarde a fase aquosa (contendo o aspirinato) e a fase orgânica (contendo o acetaminofen). Faça mais uma ou duas extrações da fase orgânica com \mathrm{NaHCO}_3 frescado para maximizar remoção da aspirina (duas extrações pequenas são melhores que uma grande).
Observações importantes: não use \mathrm{NaOH} forte aqui — \mathrm{OH}^- pode hidrolisar o grupo éster da aspirina (transformando-a em ácido salicílico + acetato), o que arruína a molécula original. O bicarbonato é suficientemente básico para desprotonar a aspirina sem promover hidrólise forte.

Passo 5

Isolamento do acetaminofen (da fase orgânica):
  • Depois das extrações, lave a fase orgânica com uma pequena porção de água e, em seguida, com solução salina (branca) para ajudar a remover traços de água.
  • Seque a fase orgânica com um agente dessecante anidro, por exemplo \mathrm{Na_2SO_4} anidro, adicionando até que o dessecante não empelote mais.
  • Filtre para remover \mathrm{Na_2SO_4} e concentre (evapore) o solvente sob pressão reduzida (rotavapor) ou gentil aquecimento para obter o acetaminofen sólido. Se não tiver equipamento, evapore com cuidado em capela.
  • Se necessário, purifique por recristalização (por exemplo, a partir de etanol/água morno) e verifique por TLC.

Passo 6

Regeneração e isolamento da aspirina (da fase aquosa):
  • Combine as porções aquosas de extração que contêm o aspirinato.
  • Resfrie a solução aquosa e acidifique lentamente com \mathrm{HCl} diluído até aproximadamente \mathrm{pH}\sim1 2 (use papel pH). A acidificação reprotonará o aspirinato e formará novamente a aspirina neutra:
\mathrm{A}^- + \mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{HA}
  • A aspirina (se não tiver sido hidrolisada) é pouco solúvel em água e precipitará. Resfrie em banho de gelo para maximizar a precipitação. Filtre a aspirina sólida por filtração a vácuo, lave com água fria e deixe secar.
  • Se observar que o produto ácido é, na verdade, ácido salicílico (cheiro/tinta diferente, análise por TLC), pode ter ocorrido hidrólise; por isso mantenha os tempos de extração e temperatura controlados.

Passo 7

Dicas de verificação e pureza (como checar na prova/na prática):
  • Faça TLC antes e depois de cada etapa (depositando amostras da mistura inicial, da fase orgânica após extração e da fração ácida após acidificação) para confirmar que o acetaminofen ficou na orgânica e a aspirina foi para a aquosa. Escolha eluente apropriado (por ex. hexano:acetato de etila em uma razão que separe as manchas).
  • Recristalize os sólidos obtidos se precisar de mais pureza.
  • Sempre anote qual camada é orgânica/aq. Se usar DCM lembre-se que a camada orgânica é a de baixo; se usar etil acetato é a de cima.
  • Ventile o funil frequentemente (CO2) e não aqueça a solução de bicarbonato.

Passo 8

Resumo das precauções práticas e pontos importantes:
  • Não usar \mathrm{NaOH} forte para a extração inicial (pode hidrolisar a aspirina). Use \mathrm{NaHCO}_3.
  • Trabalhe frio e rápido o bastante para reduzir hidrólise do éster.
  • Faça duas extrações aquosas em vez de uma só para melhorar rendimento.
  • Use pH paper ao acidificar; acidificar lentamente e em frio.
  • Se o professor pedir números/volumes, explique que volumes dependem da escala: por exemplo, para 1–2 g de mistura, 20–50 mL de solvente orgânico e 10–20 mL de \mathrm{NaHCO}_3 por extração costumam ser adequados.

Resposta

Dissolver a mistura em solvente orgânico (ex.: \text{DCM} ou etil acetato). Extrair a solução orgânica com solução aquosa de \mathrm{NaHCO}_3 (duas vezes) — a aspirina ( \mathrm{p}K_a=3,49) é desprotonada e passa para a fase aquosa como sal; o acetaminofen ( \mathrm{p}K_a=9,38) permanece na fase orgânica. Separar camadas. Secar a fase orgânica com \mathrm{Na_2SO_4}, filtrar e evaporar o solvente para obter acetaminofen. Acidificar a fase aquosa com \mathrm{HCl} fria até \mathrm{pH}\sim1 2 para reprotonar e precipitar a aspirina; filtrar, lavar e secar para obter a aspirina.

Exercícios relacionados