UFPR – ENGENHARIA QUÍMICA

Alunos: Guilherme Vaz da SilvaJoão Augusto CruzRaí Hideki Ribeiro HanashiroWesley Pardinho do Carmo

Turma DSÍNTESE E PURIFICAÇÃO DO CICLOHEXENO

22 de novembro de 2011

INTRODUÇÃOO ciclohexeno possui fórmula molecular C6H10 e fórmula estrutural apresentada na Figura 1. Apresenta-se naturalmente como um líquido de densidade menor que a água sendo letal em uma concentração de 15000 p.p.m.. É usado em alquilações e na síntese de ácido adípico, maléido, benzóico e aldeídos. Também é empregado como estabilizante de gasolina de alta octanagem. Possui ponto de fusão de -80°C e temperatura de ebulição de 83°C. Em laboratório, o ciclohenexo pode ser produzido a partir da desidratação do ciclohexanol utilizando diferentes catalisadores. Na prática proposta usou-se o ácido fosfórico como apresentado na Figura 1.

Figura 1 - Reação de Síntese do ciclohexeno.

Esta reação se processa através de um mecanismo de eliminação (E1). Nele o ácido protona a água formando o íon hidrônio que interage com a hidroxila presente na molécula de ciclohexanol. O resultado desta interação é a liberação de uma molécula de água e a formação de um carbocátion secundário. O carbocátion interage, então, com a água regenerando o íon hidrônio e formando o ciclohexeno. O mecanismo é mostrado na Figura 2.

Figura 2-Mecanismo de eliminação (E1).

O uso de catalisador ácido é essencial para o processamento do mecanismo de eliminação, pois possibilita a formação do íon hidrônio que é responsável pela desidratação do álcool. Sem a formação do íon hidrônio, responsável pelo ataque à hidroxila, este mecanismo não seria possível (PERGUNTA 1).A etapa de purificação do ciclohexeno é feita num sistema de destilação fracionada que tem a sua temperatura controlada. Mantém-se a temperatura entre 70 e 80°C (próxima à temperatura de ebulição do ciclohexeno). Este controle é necessário para que não ocorra a ebulição dos outros compostos presentes. O ponto de ebulição da água é o que está mais próximo desta faixa de temperatura (PERGUNTA 3). Para verificar a formação da insaturação foi realizado um teste com solução de bromo. A molécula de bromo (Br 2) reage com o ciclohexeno através de uma reação de adição. A densidade negativa presente na dupla ligação atrai o Br2 formando o bromônio e o íon Br-, que interagem entre si formando o Trans-1,2-Dibromo Ciclohexano. A reação é mostrada na Figura 3.

Figura 3-Mecanismo de adição.

Algumas gotas do ciclohexeno são adicionadas à solução de bromo, que inicialmente possui coloração amarelada. Sendo o Trans-1,2-Dibromo Ciclohexano incolor espera-se que parte da solução passe do amarelo à incolor (PERGUNTA 2).

OBJETIVOProduzir e purificar ciclohexeno.

MEMORIAL DE CÁLCULOIndicou-se o uso de 22 mL de ciclohexanol para a produção de ciclohexeno. A apostila indica o uso de 8,0 mL de ácido fosfórico para 30 mL de ciclohexanol. Com estes dados calcula-se a quantidade de ácido empregada:

V acido=22∗830

=5,9mL

A partir do volume de ciclohexanol é possível determinar a quantidade esperado de produto. Para tanto, primeiro se faz necessário determinar a quantidade de matéria de ciclohexanol empregado. A densidade do ciclohexanol é 0,962g.cm-3 (20°C) e sua massa molar 100,16 g.mol-1. Faz-se os cálculos:mciclohexanol=ρciclohexanol∗V ciclohexanol=0,962∗22=21,164 g

nciclohexanol=mciclohexanolMM ciclohexanol

=21,164100,16

=0,211mol

A reação balanceada demonstra que para a formação de 1 mol de ciclohexeno é necessário um mol de ciclohexanol. Supondo que a reação terá rendimento de 100% espera-se a formação de 0,211 mol de ciclohexeno. A massa molar de ciclohexeno é 82,14 g.mol-1 e sua densidade é 0,8098 g.cm-3 (20°C). Desta forma e seguindo cálculos análogos aos mostrados acima, espera-se a obtenção de 21,4 mL de ciclohexeno.

RESULTADOSNão foi possível a conclusão do experimento e uma quantidade muito pequena de ciclohexeno foi destilada. A quantidade obtida possibilitou apenas a realização do teste com solução de bromo. Verificou-se que ao pingar algumas gotas do destilado num tubo de ensaio contendo solução de bromo, uma parcela da solução ficou incolor.

QUESTIONÁRIO1-Explique o papel essencial desempenhado nas desidratações de alcoóis pelo catalisador ácido.2-Em que se baseiam os testes de insaturação realizados?3-Por que a temperatura deve ser controlada durante a ebulição?

CONCLUSÕESApesar do experimento ter sido interrompido pode se perceber a formação do produto pelo cheiro característico e pelo teste com solução de bromo.Como esperado, parte de solução de bromo, que inicialmente tem coloração amarelada, ficou transparente ao se adicionar o produto destilado. Verificou-se a separação da parcela transparente que ficou na parte superior do tubo

de ensaio. Conclui-se, com isso, que a solução de bromo é imiscível e mais densa que o Trans-1,2-Dibromo Ciclohexano.