Suponha que você deseje separar uma mistura dos seguintes compostos: \alpha-naftol, ácido benzóico e p-nitroanilina. Suponha também que em seu laboratório você dispõe dos seguintes reagentes: ácido clorídrico 10 \%, ácido clorídrico concentrado, hidróxido de sódio 10 \%, hidróxido de sódio concentrado e bícarbonato de sódio 10 \%. De posse destes dados proponha:
(a) A sequência de etapas que você utilizaria para separar os seus compostos.
(b) As equações que representam as reações químicas envolvidas em cada etapa.

Passo 1

Resumindo o problema: temos uma mistura orgânica que contém \alpha-naftol (um fenol de pKₐ \approx 9,3), ácido benzóico (pKₐ \approx 4,2) e p-nitroanilina (base de pKₐ do cátion \approx 1,0). Vamos usar extrações ácido-base em diclorometano (fase orgânica) e soluções aquosas de NaHC O_{3} 10 %, NaOH 10 %, HCl 10 % e HCl concentrado para separar sequencialmente cada composto. A cada extração, um dos três se converte em íon solúvel em água e pode ser separado.

Passo 2

Extração do ácido benzóico com NaHC O_{3} 10 %
Quando a fase orgânica contendo a mistura é agitada com NaHC O_{3} 10 %, apenas o ácido benzóico (pKₐ \approx 4,2) reage, formando o benzoato solúvel: \mathrm{C_6H_5COOH_{(org)} + NaHCO_3{}_{(aq)} \longrightarrow C_6H_5COO^-Na^+_{(aq)} + CO_2\uparrow + H_2O_{(l)}}
Separa-se então a fase aquosa 1 (contendo benzoato) da fase orgânica (ainda com \alpha-naftol e p-nitroanilina).

Passo 3

Recuperação do ácido benzóico
Acidifica-se a fase aquosa 1 com HCl 10 % até pH \approx 1–2, precipitando o ácido benzóico: \mathrm{C_6H_5COO^-Na^+_{(aq)} + HCl_{(aq)} \longrightarrow C_6H_5COOH_{(s)} + NaCl_{(aq)}}
Filtra-se e lava-se o sólido para isolar o ácido benzóico puro.

Passo 4

Extração do \alpha-naftol com NaOH 10 %
A fase orgânica remanescente (com \alpha-naftol e p-nitroanilina) é agitada com NaOH 10 %. O fenol de pKₐ \approx 9,3 reage formando naphtholate solúvel: \mathrm{C_{10}H_7OH_{(org)} + NaOH_{(aq)} \longrightarrow C_{10}H_7O^-Na^+_{(aq)} + H_2O_{(l)}}
Separa-se então a fase aquosa 2 (contendo naphtholate) da fase orgânica (contendo só p-nitroanilina).

Passo 5

Recuperação do \alpha-naftol
Acidifica-se a fase aquosa 2 com HCl 10 % até pH<7, para regenerar o fenol: \mathrm{C_{10}H_7O^-Na^+_{(aq)} + HCl_{(aq)} \longrightarrow C_{10}H_7OH_{(s)} + NaCl_{(aq)}}
Filtra-se e lava-se o sólido para isolar o \alpha-naftol.

Passo 6

Extração da p-nitroanilina com HCl concentrado
A fase orgânica remanescente contém agora apenas o composto básico p-nitroanilina. Ao agitar com HCl concentrado, ela é protonada e passa para a fase aquosa 3 como sal solúvel: \mathrm{O_2NC_6H_4NH_2_{(org)} + HCl_{(conc)} \longrightarrow O_2NC_6H_4NH_3^+Cl^-_{(aq)}}

Passo 7

Recuperação da p-nitroanilina
Basifica-se a fase aquosa 3 com NaOH concentrado até pH \approx 10, precipitando a base livre: \mathrm{O_2NC_6H_4NH_3^+Cl^-_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \longrightarrow O_2NC_6H_4NH_2_{(s)} + NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}}
Filtra-se e lava-se o sólido, obtendo a p-nitroanilina pura.

Resposta

(a) Sequência de extrações:
  1. NaHC O_{3} 10 % → separa ácido benzóico (fase aquosa 1)
  2. Acidificação da fase 1 com HCl 10 % → recupera ácido benzóico
  3. NaOH 10 % → separa \alpha-naftol (fase aquosa 2)
  4. Acidificação da fase 2 com HCl 10 % → recupera \alpha-naftol
  5. HCl concentrado → separa p-nitroanilina como sal (fase aquosa 3)
  6. Basificação da fase 3 com NaOH concentrado → recupera p-nitroanilina
(b) Equações de cada etapa listadas nos passos acima.

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