Relatório Síntese da Benzocaína_Sarah

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAINSTITUTO DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICAQUIA64 – QUÍMICA ORGÃNICA EXPERIMENTAL III

RELATÓRIO DO PROJETO 1

SÍNTESE DA BENZOCAÍNA

ALUNA: Sarah Mariana Santana

SALVADOR2013

INTRODUÇÃO

A Benzocaína, também denominada de p-aminobenzoato de etila, é um

éster etílico do ácido p-aminobenzoíco (PABA), substância esta bastante

utilizada em fármacos por apresentar propriedades analgésicas.

Figura 1: Estrutura química da Benzocaína.

A Benzocaína pode ser obtida através da rota sintética mostrada na

Figura 2, que é constituída por quatro etapas: 1) Acetilação da p-toluidina pelo

anidrido acético, fornecendo o N-acetil-p-toluidina, essa etapa tem como

finalidade proteger o grupo amino para a reação subsequente; 2) Oxidação do

grupo metílico pelo permanganato de potássio, formando o ácido p-

acetamidobenzoíco; 3) Reação de hidrólise do grupo acetil e obtenção do

grupo amino; 4) Reação de esterificação do PABA para produção da p-

aminobenzoato de etila.

Figura 2: Síntese da Benzocaína.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1) Acetilação da p-toluidina:

Em um erlenmeyer de 250 mL foram adicionados 8,09 g de p-toluidina,

100 mL de H2O destilada e 8 mL de HCl concentrado. A mistura foi agitada e

aquecida em banho-maria até a completa dissolução da p-toluidina,

observando-se a formação de uma solução levemente escura devido à

presença de impurezas, portanto adicionou-se 1,0 g de carvão ativo e filtrou-se

a solução por gravidade.

Foi preparada uma solução de 12,3 g de acetato de sódio triidratado em

20 mL de H2O e reservada.

A solução contendo p-toluidina foi aquecida a 50°C e foi adicionada a

mesma 8,4 mL de anidrido acético, agitou-se rapidamente, e em seguida foi

adicionada imediatamente a solução de acetato de sódio previamente

preparada. A mistura foi esfriada à temperatura ambiente, depois resfriada em

banho de gelo. Observou-se a formação de um precipitado branco. O sólido foi

retirado através de uma filtração a vácuo e lavado com porções de água

gelada, depois foi posto para secar a temperatura ambiente. Depois de seco, o

produto obtido foi pesado e seu ponto de fusão também foi determinado.

2) Síntese do ácido p-acetamidobenzóico:

Em um béquer de 1,0 L adicionou-se o produto obtido na 1° etapa, N-

acetil-p-toluidina, juntamente com 25,13 g de sulfato de magnésio hidratado e

350 mL de água destilada. Aqueceu-se a mistura em banho-maria sob

temperatura de 80°C e adicionaram-se, pequenas porções de uma pasta

preparada com 30,02 g de KMnO4 e um pouco de água destilada. A mistura

reacional foi mantida em banho-maria por 1 hora, e em cada intervalo de 3 a 5

minutos a mistura foi agitada manualmente. Depois de 1hora, a solução ainda

quente foi filtrada a vácuo através de uma camada de sílica usando um funil de

Buchner e o precipitado (MnO2) foi lavado com porções de água quente. Após

a filtração, obteve-se um filtrado de coloração amarelada, dessa forma não foi

necessário adicionar etanol nessa etapa. Em seguida, filtrou-se a solução ainda

quente em papel de filtro pregueado, esperou-se esfriar o filtrado e depois

acidificou-o com solução de 20% de H2SO4. Nessa etapa, observou-se a

formação de um sólido branco, que foi separado por filtração a vácuo e

colocado para secar a temperatura ambiente. Após seco, o produto obtido foi

pesado e seu ponto de fusão foi determinado.

3) Síntese do ácido p-aminobenzoíco (PABA):

Uma solução diluída de HCl foi preparada misturando 24 mL de HCl 37%

em 24 mL de H2O. O ácido p-acetamindobenzóico preparado na etapa anterior

(6,55 g) foi colocado em um balão de fundo redondo de 250 mL e a solução

ácida foi adicionada. Adaptou-se um condensador de refluxo e a mistura foi

aquecida por 30 minutos. Esfriou-se a solução resultante a temperatura

ambiente, transferiu para um erlenmeyer de 250 mL e adicionou 48 mL de H2O.

Em seguida, basificou-se o meio reacional adicionando pequenas porções de

NH4OH (aq) até pH 9-10.

A solução final foi adicionado 5 mL de ácido acético glacial (para cada

30 mL da solução adicionou-se 1,0 mL de ácido). Em seguida, a solução foi

resfriada em banho de gelo, observou-se a formação de precipitado. Foi

preciso arranhar as paredes internas do erlenmeyer para aumentar a formação

de cristais. Ao filtrar os cristais a vácuo, observou-se que a solução-mãe

apresentava uma coloração amarelada. Assim, foi coletada a solução-mãe e foi

adicionado um pouco de ácido acético glacial. Novamente, a solução foi

resfriada em banho de gelo, resultando na formação de mais cristais, e foi

filtrada a vácuo. O sólido foi colocado para secar a temperatura ambiente e,

depois de seco foi pesado e determinado o seu ponto de fusão.

4) Preparação da benzocaína:

Colocou-se 4,56 g de ácido p-aminobenzóico em um balão de fundo

redondo de 250 mL, adicionou-se 59,28 mL de etanol 95% e agitou-se

cuidadosamente até que a maioria do ácido se dissolvesse.

Esfriou-se a mistura em banho de gelo e lentamente foram adicionados

4,56 mL de H2SO4 concentrado. Uma grande quantidade de precipitado se

formou, e a solução apresentou uma coloração rósea no fundo do balão.

Conectou-se um condensador de refluxo ao balão e aqueceu a mistura por 2

horas, agitando manualmente em intervalos de 15 minutos durante a primeira

hora de refluxo.

Transferiu-se a solução para um béquer de 400 mL e adicionou-se

porções de solução aquosa de Na2CO3 10% para neutralizar a mistura,

elevando o pH entre 9 – 10. Durante adição de carbonato de sódio observou-se

a formação de bolhas, característico da liberação de CO2 proveniente da

reação ácido-base. Foi observada também a formação de precipitado. A

mistura foi filtrada por gravidade, e o sólido obtido foi seco a temperatura

ambiente. Em seguida, o filtrado foi transferido para um funil de separação de

250 mL, e adicionou-se 91,2 mL de éter etílico para extração da benzocaína

dissolvida na solução. Notou-se que, houve pouca quantidade de fase orgânica

separada. Então, foram realizadas duas extrações sucessivas com 40 mL de

éter etílico para uma maior eficiência na extração. No entanto, obteve-se

novamente pouca quantidade de fase orgânica. Juntou-se a solução e

aqueceu-se em uma placa de aquecimento para evaporação do etanol e éter.

Observou-se a formação de sólido na solução, o qual foi filtrado a vácuo

e seco a temperatura ambiente. O filtrado foi coletado e resfriado em banho de

gelo. E, então, foi observada a formação de uma grande quantidade de

precipitado, o qual também foi filtrado a vácuo e seco a temperatura ambiente.

Após a secagem, pesou-se os sólidos obtidos e determinou-se o seu ponto de

fusão.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

1) Acetilação da p-toluidina:

A etapa de acetilação da p-toluidina foi realizada com intuito de proteger o

grupo amino da reação de oxidação realizada na etapa subsequente. Na Figura

3 é mostrada uma proposta de mecanismo para a reação de acetilação através

do anidrido acético.

Figura 3: Mecanismo da reação de acetilação da p-toluidina.

Vale ressaltar que, a 1° etapa da reação consiste na protonação do grupo

amino da p-toluidina em meio ácido, a fim de solubilizar a p-toluidina e torná-la

mais reativa. Já, o íon acetato tem como função desprotonar o intermediário

formado durante a reação. A utilização do carvão ativo foi necessário devido à

presença de impurezas na solução provenientes da oxidação do reagente por

períodos de tempo prolongados.

A massa do produto obtido nessa 1° etapa da síntese da benzocaína foi

8,08 g e o seu ponto de fusão apresentou uma faixa de 141,02 – 148,7°C,

ponto de fusão este coerente com a literatura (149 – 151°C).

Cálculo do rendimento da reação:

Dados:

Massa molar p-toluidina = 108 g/mol

Massa molar N-acetil-p-toluidina = 138 g/mol

Massa pesada de p-toluidina = 8,09 g

Massa obtida do produto = 8,08 g

Como a p-toluidina é o reagente de partida, ela também é o reagente

que limita essa reação, logo tem-se a seguinte relação com o produto:

Massa teórica:

1 mol de p-toluidina 1 mol de N-acetil-p-toluidina

108 g 138 g

8,09g X = 10,34 g

Rendimento=massaobtida×100massa teórica

Logo, o rendimento obtido para a 1° etapa da síntese da benzocaína foi de

78, 14%.

2) Síntese do ácido p-acetamidobenzóico:

Nessa etapa ocorre a reação de oxidação da N-acetil-p-toluidina formando o

ácido p-acetamidobenzóico. A adição de sulfato de magnésio é feita para

obtenção de um sal solúvel em água, e após a reação de oxidação o ácido no

meio regenera grupo carboxílico, como se pode observar na Figura 4:

Figura 4: Mecanismo de reação de oxidação da N-acetil-p-toluidina.

Nessa reação filtrou-se e lavou-se o precipitado com água quente,

possibilitando uma maior solubilização do produto, o qual se encontrava na

solução em forma de ânion (forma desprotonada).

O filtrado obtido é então protonado com H2SO4 formando um produto

pouco solúvel em água e, também, separado facilmente por filtração.

A massa do produto obtido nessa 2° etapa foi 6,55 g e o seu ponto de

fusão apresentou uma faixa de 254 – 263°C, o que está condizente com o dado

de ponto de fusão encontrado na literatura (259 – 262°C).

Cálculo do rendimento global a partir da p-toluidina:

Dados:

Massa molar p-toluidina = 108 g/mol

Massa molar ácido p-acetamidobenzoíco = 180 g/mol


Massa obtida do ácido p-acetamidobenzoíco = 6,55 g

Massa teórica:

1 mol de p-toluidina 1 mol de ácido p-acetamidobenzoíco

108 g 180 g

8,09g X = 13,48 g


Logo, o rendimento global a partir da p-toluidina para a 2° etapa da

síntese da benzocaína foi de 48,59%.

Cálculo do rendimento de reação a partir da N-acetil-p-toluidina:

Dados:

Massa molar ácido p-acetamidobenzoíco = 180 g/mol

Massa molar N-acetil-p-toluidina = 138 g/mol

Massa pesada do N-acetil-p-toluidina = 8,08 g

Massa obtida do ácido p-acetamidobenzoíco = 6,55 g

Massa teórica:

1 mol de N-acetil-p-toluidina 1 mol de ácido p-acetamidobenzoíco

138 g 180 g

8,08g X = 10, 54 g


Logo, o rendimento baseado na N-acetil-p-toluidina para a 2° etapa da


3) Síntese do ácido p-aminobenzoíco (PABA):

A reação da terceira etapa da síntese da benzocaína é uma hidrólise ácida.

O mecanismo proposto para esta reação é apresentado na Figura 5.

Figura 5: Mecanismo proposto para a reação da terceira etapa da síntese.

A utilização do condensador de refluxo nessa etapa foi necessária para

evitar a perda de solvente. A adição de hidróxido de amônio tem como função

remover o próton da amina e do grupamento ácido, resultando assim em um

sal solúvel em água. O grupamento ácido é regenerado em meio ácido para

formar o ácido p-aminobenzóico (PABA).

A massa do produto obtido nessa 3° etapa foi 4,56 g e o seu ponto de

fusão apresentou uma faixa de 188 – 190°C, o que está coerente com a

literatura (186 – 189°C).


Dados:

Massa molar da p-toluidina = 108 g/mol

Massa molar do PABA = 138 g/mol


Massa obtida do PABA = 4,56 g

Massa teórica:

1 mol de p-toluidina 1 mol de PABA

108 g 138 g

8,09 g x = 10,34 g


Logo, o rendimento global a partir da p-toluidina para a 3° etapa da


Cálculo do rendimento da etapa de reação a partir do ácido p-

acetamidobenzóico:

Dados:

Massa molar do ácido p-acetamidobenzóico = 180 g/mol


Massa pesada do ácido p-acetamidobenzóico = 6,55 g

Massa obtida do PABA = 4,56 g

Massa teórica:

1 mol do ácido p-acetamidobenzóico 1 mol de PABA

180 g 138 g

6,55 g X = 5,02 g


Logo, o rendimento em relação ao ácido p-acetamidobenzóico para a 3°

etapa da síntese da benzocaína foi de 90,84%.

4) Preparação da benzocaína:

O mecanismo proposto para a síntese da benzocaína é mostrado na Figura

5.

Figura 5: Mecanismo proposto para a formação da benzocaína.

Após adição de Na2CO3, observou-se a precipitação da benzocaína cuja

massa foi 1,807 g e ponto de fusão na faixa de 85,6 – 86,0°C, o que está

coerente com a literatura (89 – 92°C). Já, o sólido obtido após a evaporação do

solvente, não fundiu na faixa de temperatura esperada para a benzocaína,

possivelmente devido à presença de impurezas que interferiram na medida. O

restante do PABA que não reagiu foi precipitado durante o resfriamento da

solução remanescente.


Dados:

Massa molar da p-toluidina = 108 g/mol

Massa molar da benzocaína = 165 g/mol


Massa obtida da benzocaína = 1,807 g

Massa teórica:

1 mol de p-toluidina 1 mol de benzocaína

108 g 165 g

8,09 g X = 12,36 g


Logo, o rendimento global a partir da p-toluidina para a síntese da

benzocaína foi de 14,62%.

Cálculo do rendimento da etapa de reação a partir do ácido p-

aminobenzóico (PABA):

Dados:

Massa molar da benzocaína = 165 g/mol


Massa pesada do PABA = 4,56 g

Massa obtida da benzocaína = 1,807 g

Massa teórica:

1 mol de PABA 1 mol de benzocaína

138 g 165 g

4,56 g X = 5,45 g


A partir dos cálculos realizados, obteve-se o rendimento em relação ao

ácido p-aminobenzóico para a síntese da benzocaína de 33,16%. Umas das

possíveis razões para o baixo rendimento nessa última etapa foram: baixa

conversão do PABA ao produto final devido à perda de solvente durante o

refluxo por causa do resfriamento inadequado do condensador e hidrólise da

benzocaína provocada pelo aquecimento em excesso na etapa de evaporação

do solvente. Além disso, a benzocaína formada ficou retida nas paredes

internas do funil de separação e no papel de filtro contribuindo para uma maior

perda do produto.

CONCLUSÃO

Pode-se concluir que é possível sintetizar a benzocaína através do

procedimento descrito neste trabalho. Contudo, obteve-se um baixo rendimento

que está relacionado com perdas durante as etapas de síntese.

REFERÊNCIAS

Database ChemSpider RSC. The Free Chemical Database. Disponível em:

http:www.chemspider.com*chemical-structure63234.html. Acessado em

Outubro 2013.

VOGEL, A.I.; Química Orgânica – Análise Orgânica Qualitativa. 3ª Edicão, Vol: a, 1971-1985. LTC, RJ.

SOLOMONS, T. W. Graham; FRYHLE, Graig B. Química Orgânica. 8.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. v.1.

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