1. INTRODUÇÃO

CONCEITOS FUNDAMENTAIS.

Um método muito aplicado para a identificação de compostos orgânicos é o método do ponto de fusão. Os compostos orgânicos em sua maioria apresentam ligações covalentes. Estas ligações covalentes são direcionais e muito fortes. Num sólido formado por moléculas, as forças de atração entre elas são relativamente fracas. Assim a energia calorífica necessária para vencer as forças de atração entre as moléculas é pequena, sendo assim a maioria dos compostos orgânicos são líquidos ou gasosos, ou ainda sólidos com baixo ponto de fusão (temperatura inferior a 300ºC).

Uma das limitações deste processo é o fato de diferentes compostos possuírem pontos de fusão muito próximos. Quando isto acontece, a identificação das substâncias é feita através de um processo denominado cromatografia. (SOARES, SOUZA, & PIRES, 1988)

CROMATOGRAFIA

Cromatografia é uma técnica de separação de misturas e identificação de seus componentes. Foi utilizada primeiramente em 1903 pelo botânico russo Michael Tswett para descrever a separação de pigmentação em zonas de cores distintas. Michael Tswett utilizou um tubo de vidro preenchido com uma substância sólida (carbonato de cálcio) e passou através do tubo extratos de plantas, observando a formação de zonas verdes e amarelas.

Os processos cromatográficos envolvem sempre duas fases, sendo que uma se locomove através da outra. Assim, a fase que se move denomina-se fase móvel a que não se move denomina-se fase estacionária ou suporte. Na fase estacionária, empregam-se sólidos e líquidos e a fase móvel emprega-se gases e líquidos.

Os tipos de suporte geralmente utilizados são; o óxido de alumínio, sílica (óxido de silício) e etc. Como fase líquida móvel, utiliza-se; o álcool etílico, benzeno, ácido acético entre outros.

Quando um composto é adicionado a um sistema de duas fases, haverá uma interação preferencial do composto por uma das fases. Na cromatografia em camada delgada (cromatografia líquido-sólido) a fase líquida se move através da fase estacionária. Como há uma interação preferencial do composto a ser identificado com uma das fases, o percurso total percorrido pelo composto será diferente do percurso percorrido pela fase móvel. Se o percurso percorrido pelo composto for menor que aquele percorrido pela fase móvel, diz-se que há uma maior adsorção (adesão das moléculas de um fluido em uma superfície sólida) na fase estacionária. A adsorção ocorre devido as interações (dipolo-dipolo, íon-dipolo ou ligação hidrogênio) que existem entre os compostos e as fases líquida móvel e sólida estacionária.

Quando as condições para a realização do experimento estão especificadas é possível identificar uma substância pelo seu índice de retenção ou fator de retardamento (Rf). O índice de retenção é definido com a distância percorrida na placa pela substância e a distância percorrida pelo solvente (medidas no centro da mancha da substância e a frente do solvente, figura 1. Para uma melhor identificação, recomenda-se que o solvente escolhido para eluição deve carrear o composto a um Rf entre 0,3 e 0,6. (STILL, KAHN, & MITRA, 1978)

Equação 1 - Fator de retardamento;

Onde:

ΔX (distância percorrida pela mancha desde a origem)

ΔY (distância percorrida pelo solvente desde a origem).

A partir do valor do Rf é possível identificar uma substância, pois ele é característico da mesma. No entanto, deve-se levar em conta as fases

Figura 1- (a) cromatografia de separação em coluna; (b) Determinação do Rf no cromatograma em camada fina. (STILL, KAHN, & MITRA, 1978)

empregadas, uma vez que, quando estas são mudadas, o valor de R f se altera.Assim sendo, para cada fase empregada, o valor de Rf é característico de uma determinada substância. (SOARES, SOUZA, & PIRES, 1988)

CROMATOGRAFIA DELGADA A cromatografia de camada delgada (CCD) é um tipo de cromatografia

líquido-sólido, em que a fase estacionária é fixada como uma película sobre uma placa de vidro. As placas de vidro utilizadas na CCD são lâminas de vidro onde se fixa uma película de sílica (óxido de silício SiO2).

A CCD pode ser utilizada na identificação de compostos orgânicos líquidos e sólidos. Em ambos os casos, é conveniente aplicar sobre a placa uma solução do composto desconhecido. Após a solução ter sido aplicada sobre uma placa, está é, então, colocada em uma câmara de eluição.

O processo de escolha da fase móvel deve ser feito mediante a testes com diferentes solventes ou misturas suas com diferentes proporções, para que se encontre a condição ideal, isto é, aquela que melhor separa os componentes da amostra.

CROMATOGRAFIA EM COLUNA

A cromatografia em coluna é uma técnica usada para a separação de muitos compostos orgânicos. Essa técnica baseia-se na polaridade relativa das moléculas envolvidas. O material utilizado deve ser polar finamente dividido (suporte sólido ou fase estacionaria), em geral, alumina ou sílica gel empacotado com um solvente orgânico ou uma mistura de solventes. A velocidade na qual um composto é eluido da coluna depende da sua polaridade, da polaridade da fase estacionária e da polaridade do solvente usado como eluente. Se o composto é mais atraído pela fase estacionária do que pelo solvente, ele migrará lentamente da coluna. Caso contrário, se o composto tiver maior afinidade pelo solvente ele migrará mais rapidamente da coluna, gastando menos tempo e solvente. O êxito deste processo dependerá da escolha adequada de um solvente e de um suporte. Em alguns casos é possível visualizar a separação de uma mistura observando o desenvolvimento de faixas de cores distintas ou por luz ultravioleta. A escolha dos sólidos e dos solventes utilizados na coluna cromatográfica são geralmente, os mesmos utilizados na cromatografia de camada delgada.

EMPACOTAMENTO E INTRODUÇÃO DA MISTURA

A coluna de vidro deve conter uma válvula de controle de fluxo de solvente.

Existem dois métodos para empacotar uma coluna. Um método no qual o suporte é introduzido na coluna a seco (Figura 2a), e o outro método o suporte é introduzido junto com o solvente (Figura 2b). No primeiro método, coloca-se uma pequena quantidade de algodão na base inferior da coluna para evitar a passagem do suporte sólido, a coluna é preenchida até a metade com solvente, observando se não a introdução de bolhas. A fase estacionária é introduzida lentamente para ser empacotada com o solvente. A superfície do suporte nunca deve ficar livre de solvente, sendo assim é permitida a adição de novas quantidades de solvente. No segundo método o procedimento é quase idêntico diferenciando somente que agora o suporte sólido é introduzido juntamente com o solvente. (Still, Kahn, & Mitra, 1978)

Figura 2 - (a) Solvente adicionado à coluna; (b) suporte sólido introduzido na coluna (Still, Kahn, & Mitra, 1978)

2. OBJETIVOS

Identificação de um composto orgânico através do cálculo de Rf (fator de retardamento/índice de retenção) obtidos através de cromatografia delgada e purificação de compostos orgânicos por cromatografia de coluna.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Cromatografia em Camada DelgadaNesta técnica as substâncias menos polares avançam mais rapidamente

que as substâncias mais polares. Esta diferença na velocidade resultará em

uma separação dos componentes da amostra. Na tabela 1 estão listados em

ordem crescente de polaridade (em coluna), os solventes mais usados em

cromatografia. A mistura mais utilizada é a de acetato de etila com éter de

petróleo ou hexano, que são solventes razoavelmente baratos, voláteis e de

regular ou baixa toxidade.

Quando estiverem presentes várias substâncias, cada uma se

comportará segundo suas propriedades de solubilidade e adsorção,

dependendo dos grupos funcionais presentes na sua estrutura.

Utilizando hexano como solvente e com auxílio do coeficiente de retenção (Rf) foi possível identificar na mistura a presença dos dois compostos orgânicos analisados: Ortonitroanilina (C6H6N2O2 2-nitroanilina) e Paranitroanilina (C6H6N2O2 4- nitroanilina).

Tabela 1 - Solventes cromatográficos em ordem crescente de polaridade. (STILL, KAHN, & MITRA, 1978)

Na figura 4, estão os resultados obtidos pelo grupo em laboratório.

Abaixo são mostrados os valores obtidos de Rf na mistura e nas soluções.

CÁLCULO DO ÍNDICE DE REFRAÇÃO (Rf)

SOLVENTE MISTURA Distância Rf Distância Rf

Ortonitroanilina 7,5 cm 0,65 Ortonitroanilina 7,6 cm 0,65

Y

XR f

Figura 4 - Resultados obtidos em laboratório por cromatografia de camada; (a) paranitroanilina; (b) ortonitroanilina; (c) mistura.

Figura 3 - Fórmula Estrutural do Ortonitroanilina e Paranitroanilina

Paranitroanilina 3,9 cm 0,34 Paranitroanilina 3,7 cm 0,32

Cromatografia de coluna

Como na cromatografia em camada delgada, á medida que os compostos da mistura são separados, as bandas ou zonas móveis começam a ser formadas. Cada banda contem somente um composto. Em geral, os compostos apolares passam através da coluna com uma velocidade maior do que os compostos polares, porque os primeiros têm menor afinidade com a fase estacionária.

Fase fixa: sílicaFase móvel: solvente (hexano)

Figura 5 - Resultado obtido em cromatografia de coluna no laboratório

Para a cromatografia de coluna o primeiro componente a sair da coluna foi a ortonitroanilina seguido da paranitroanilina.

PLACA 1

PLACA 2

Figura 6 - Placa 1; resultado obtido em (1) e (2) e a referência (r).

Figura 7 - Placa 2; resultado obtido em (5) e (6) e a referência (r).

PLACA 3

Conclusão

Os resultados não foram satisfatórios devido á concentração percentual do solvente (hexano-50%), o ideal seria utilizar solvente com concentração de 30% para a técnica de cromatografia em camada delgada. Já para a técnica de cromatografia de coluna o comportamento experimental foi satisfatório sendo possível identificar facilmente a separação dos componentes da amostra.

Figura 8 - Placa 3; resultado obtido em (7), (8) e (9) e a referência (r).

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

SOARES, B., SOUZA, N., & PIRES, D. (1988). Química Orgânica: Teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos. Rio de Janeiro: Guanabara S.A.

STILL, W. C., KAHN, M., & MITRA, A. (1978). Rapid Chromatographic Technique for Preparative Separations with Moderate Resolution. .