Com base nos conhecimentos de solubilidade e propriedades físico-químicas de compostos orgânicos, sugira uma rota para a separação de uma mistura dos seguintes compostos: pmetilanilina, ácido salicílico e naftaleno. Faça um fluxograma do procedimento de separação proposto.
Passo 1
O que o enunciado pede: sugerir uma rota (procedimento prático) para separar uma mistura contendo três compostos orgânicos — p‑metilanilina, ácido salicílico e naftaleno — e apresentar um fluxograma do procedimento.
Informações dadas (explicitadas): a mistura contém os três compostos listados; não foram dados solventes nem quantidades, então você deve propor reagentes e sequência adequadas para separá‑los.
Informações dadas (explicitadas): a mistura contém os três compostos listados; não foram dados solventes nem quantidades, então você deve propor reagentes e sequência adequadas para separá‑los.
Passo 2
Primeiro: quais propriedades físicas/químicas vou usar para separar esses três compostos? Vou explicar devagar porque essa é a parte que decide a estratégia.
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Propriedade 1 — comportamento ácido/base:
- p‑metilanilina é uma amina aromática (base). Em presença de ácido forte ela é protonada e vira um sal solúvel em água. Em termos práticos: trata‑se de um composto que se transfere da fase orgânica para a fase aquosa quando se usa ácido.
- ácido salicílico é um ácido carboxílico (ácido). Em presença de base forte ele é desprotonado (forma o íon salicilato) e fica solúvel em água. Em meio neutro/ácido permanece neutro e solúvel em solvente orgânico apolar/pouco polar.
- naftaleno é um hidrocarboneto aromático, neutro e apolar; não reage com ácidos ou bases e permanece na fase orgânica.
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Propriedade 2 — solubilidade em fases orgânicas vs aquosas:
- Sais iônicos (p.ex. anilínio‑HCl, salicilato de Na+) são hidrossolúveis e praticamente insolúveis em solventes orgânicos típicos.
- Compostos neutros apolares (naftaleno) e compostos neutros aromaticamente pouco polares (ácido salicílico na forma não ionizada) permanecem em solvente orgânico como diclorometano (DCM) ou éter dietílico.
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Conclusão prática (resumo): usando extrações ácido/base sequenciais consigo separar a amina (convertendo‑a em sal com HCl) e o ácido (convertendo‑o em sal com NaOH), deixando o naftaleno na fase orgânica. Essa é a ideia central.
Passo 3
Escolha de solventes e soluções (com justificativa e valores úteis):
- Solvente orgânico para dissolver a mistura inicial: usar
ou . Recomendo DCM porque é mais denso que água (fica em baixo no funil de separação) e facilita a separação. - Ácido para protonar a amina: solução aquosa de
(ou HCl diluído ca. v/v). Isso converte p‑metilanilina em seu sal solúvel em água. - Base para desprotonar o ácido salicílico: solução aquosa de
. Isso forma salicilato solúvel em água. - Secante para a fase orgânica:
anidro ou . - Volumes e número de extrações: usar extrações repetidas
com volumes menores é melhor que uma extração só com grande volume (ex.: em vez de para obter maior recuperação).
Explicação didática do raciocínio: quando eu agito a mistura orgânica com
, a amina reage:
o sal formado fica na fase aquosa. Depois, ao agitar o orgânico com
,
o sal carboxilato também vai para a fase aquosa. O naftaleno não participa dessas reações e fica no orgânico.
Passo 4
Sequência prática — passo a passo experimental (parte I: remoção da amina):
- Dissolver a mistura bruta em DCM (ex.: total ~
de DCM para quantidades de escala de laboratório); transferir ao funil de separação. - Extrair com solução aquosa de
, agitando e aliviando pressão, repetir a extração (cada uma com ). O objetivo: protonar a p‑metilanilina e transferi‑la para a fase aquosa. - Deixar as fases separarem; coletar a fase aquosa ácida (contém o sal da p‑metilanilina). A fase orgânica agora contém naftaleno e ácido salicílico (ambos neutros). Marque/guarde ambas as frações separadas. Obs.: se usar DCM, a fase orgânica é a inferior — confirme pela densidade e observação.
Didática extra sobre separador de fases: o funil tem duas fases; sempre drene com cuidado; identifique qual é orgânica (normalmente DCM = fase inferior); anotar volumes ajuda — sempre etiquetar frascos.
Passo 5
Recuperação da p‑metilanilina (a partir da fase aquosa ácida):
- A fase aquosa que contém o sal (anilínio‑Cl−) pode ser basificada cuidadosamente com
até (usar papel indicador ou pHmetro). A reação inversa:
- Ao liberar a base (p‑metilanilina) ela fica insolúvel em água e volta a ser solúvel em solvente orgânico. Extrair essa solução aquosa alcalinizada com DCM (ou éter)
(ex.: ). - Juntar as porções orgânicas, secar com
anidro, filtrar e evaporar o solvente sob capela ou com evaporador rotatório para obter a p‑metilanilina (possivelmente líquida/oleosa). Se necessário, purificar por destilação fracionada a vácuo ou por recristalização se sólido.
Didática: a protonação/desprotonação controla a solubilidade da amina; por isso fazemos a sequência HCl → separar → NaOH → extrair.
Passo 6
Remoção do ácido salicílico da fase orgânica (parte II):
- À fase orgânica original (que agora contém naftaleno + ácido salicílico neutro) aplicar extrações com solução aquosa de
, (ex.: ). A base converte o ácido salicílico ao seu sal solúvel:
- Coletar a fase aquosa básica (contém o salicilato de sódio). A fase orgânica remanescente contém, essencialmente, naftaleno (mais alguns traços).
- Secar a fase orgânica (contendo naftaleno) com
, filtrar e evaporar o solvente para obter o naftaleno bruto. Purificar por recristalização em etanol quente se desejar.
Passo 7
Recuperação do ácido salicílico (a partir da fase aquosa básica):
- Acidificar a solução aquosa de salicilato com
até (ou até sentir turbidez/precipitação). Ao acidificar:
o ácido salicílico, pouco solúvel em água em pH ácido, precipita.
2) Isolar o precipitado por filtração à vácuo, lavar com pequena porção de água fria e secar. Se preferir, pode extrair com DCM após acidificar, secar e evaporar para obter o ácido. Purificar por recristalização (por exemplo em etanol/água).
2) Isolar o precipitado por filtração à vácuo, lavar com pequena porção de água fria e secar. Se preferir, pode extrair com DCM após acidificar, secar e evaporar para obter o ácido. Purificar por recristalização (por exemplo em etanol/água).
Passo 8
Notas práticas finais e controles de qualidade (por que cada etapa é assim e dicas de prova):
- Ordem das extrações: primeiro ácido para remover a amina, depois base para remover o ácido. Se trocássemos a ordem sem cuidado, poderíamos reprotonar/desprotonar e perder eficiência. Essa sequência evita que o salicilato volte a ser protonado durante a extração ácida da amina.
- Número de extrações: use
com volumes menores; isso maximiza recuperação por (coeficiente de partição). - Secagem: sempre secar a fase orgânica com secante anidro antes de evaporar solvente — evita espuma e perda do produto.
- Identificação de fases: se usar DCM, fase orgânica é inferior; se usar éter, fase orgânica é superior. Sempre anote.
- Pureza: se for para prova, descreva que após cada evaporação ou filtração pode haver necessidade de purificação adicional (recristalização ou destilação) e justificar qual.
- Segurança: trabalhar em capela, usar luvas e óculos, manipular HCl e NaOH com cuidado.
Passo 9
Fluxograma textual do procedimento (representação passo a passo em bloco com setas). Este é o fluxograma pedido, apresentado de forma linear e clara:
Mistura inicial (p‑metilanilina + ácido salicílico + naftaleno) em DCM
↓ dissolver em DCM
↓ extrair com
→ fase aquosa ácida (contém sal de p‑metilanilina) | fase orgânica (contém ácido salicílico + naftaleno)
Fase aquosa ácida (p‑metilanilina como RNH3+Cl−)
↓ basificar com até
↓ extrair com DCM → juntar orgânicos, secar, evaporar → produto: p‑metilanilina
Fase orgânica restante (ácido salicílico + naftaleno)
↓ extrair com
→ fase aquosa básica (salicilato) | fase orgânica (naftaleno)
Fase orgânica (naftaleno)
↓ secar e evaporar solvente → produto: naftaleno (recristalizar se necessário)
Fase aquosa básica (salicilato)
↓ acidificar com até
→ precipita ácido salicílico
↓ filtrar, lavar, secar → produto: ácido salicílico (recristalizar se necessário)
↓ dissolver em DCM
↓ extrair com
Fase aquosa ácida (p‑metilanilina como RNH3+Cl−)
↓ basificar com
↓ extrair com DCM
Fase orgânica restante (ácido salicílico + naftaleno)
↓ extrair com
Fase orgânica (naftaleno)
↓ secar e evaporar solvente → produto: naftaleno (recristalizar se necessário)
Fase aquosa básica (salicilato)
↓ acidificar com
↓ filtrar, lavar, secar → produto: ácido salicílico (recristalizar se necessário)
Resposta
Dissolver a mistura em DCM → extrair com
(
) para transferir p‑metilanilina à fase aquosa; basificar essa fase a
e extrair com DCM (
) para recuperar p‑metilanilina. A fase orgânica remanescente conterá ácido salicílico + naftaleno; extrair com
(
) para transferir salicilato à fase aquosa. Secar e evaporar a fase orgânica para obter naftaleno. Acidificar a fase aquosa básica para precipitar ácido salicílico; filtrar e secar para obter ácido salicílico.