Trap Dean-Stark para destilação

A armadilha de Dean-Stark é usada para mudar o equilíbrio das reações orgânicas para o lado do produto.

De acordo com o princípio de Le Chätalier, um equilíbrio pode ser conduzido em direção aos produtos usando um excesso de um dos reagentes, removendo continuamente um dos produtos ou alterando a temperatura ou a pressão na qual a reação é realizada. Talvez as reações de equilíbrio mais comumente encontradas sejam aquelas que envolvem a água como produto.

Como dito anteriormente, a remoção dessa água pode levar a reação à conclusão. Uma armadilha Dean-Stark é uma peça especializada de vidro usada para remover continuamente a água formada em uma reação química.

Este vídeo ilustrará os princípios da armadilha de Dean-Stark, um procedimento laboratorial no qual o aparelho é usado e várias aplicações.

Reações como a conversão de ácido borônico em éster resultam na formação de água, que pode hidrolisar o éster de volta ao ácido, diminuindo o rendimento geral.

À medida que a reação progride, a água produzida na reação pode ser continuamente removida do frasco com o uso de uma armadilha Dean-Stark. Para fazer isso, primeiro adicione os componentes da reação a um frasco junto com um hidrocarboneto como o tolueno e aqueça a mistura. À medida que a reação progride, a água é liberada. Agora, o tolueno e a água, que fervem a 110 e 100 graus, respectivamente, formam um azeótropo, que ferve a 84 graus. Após o resfriamento no condensador, os vapores do solvente se condensam de volta ao líquido, que goteja no recipiente de coleta do purgador, e qualquer transbordamento é devolvido ao recipiente de reação.

A mistura líquida condensada eventualmente se separa em duas camadas imiscíveis, com o componente mais denso na parte inferior. Geralmente é a camada de água, que é então drenada. O mesmo processo é continuado até que não seja produzida mais água, o que indica a conclusão da reação.

Agora que discutimos os princípios da armadilha de Dean-Stark, vejamos um procedimento de laboratório no qual o aparelho é usado.

Neste procedimento, reagiremos um aldeído aromático com etilenoglicol para produzir um grupo protetor de acetal, que protege o aldeído reativo de outras reações químicas em uma síntese de várias etapas. Para começar, adicione a um balão de fundo redondo de 250 mL uma barra de agitação, 7,5 g de 3-nitrobenzaldeído, 75 mL de tolueno e etilenoglicol. Em seguida, prenda a armadilha Dean-Stark ao frasco e um condensador de refluxo na parte superior da armadilha.

Abaixe o frasco e seu conteúdo em um banho de óleo, ligue a água no condensador e mexa a 170 graus. Deixe a mistura azeotrópica condensar e se acumular na armadilha e continue até que a formação de água cesse. Depois que as duas camadas se separarem, meça a quantidade de água produzida e compare-a com o rendimento teórico. Para verificar a conclusão da reação, execute o material de partida e os produtos em uma placa de TLC.

Quando a reação estiver concluída, remova o frasco da fonte de calor e deixe-o atingir a temperatura ambiente. Rejeitar o conteúdo da armadilha Dean-Stark, uma vez que não deve conter qualquer produto, e concentrar o conteúdo do balão sob pressão reduzida com um evaporador rotativo.

Para remover as impurezas, dissolva o resíduo amarelo em 8 mL de etanol quente e deixe esfriar até a temperatura ambiente, permitindo que o produto cristalize. Em seguida, filtre o sólido, enxaguando com etanol frio, e seque-o sob vácuo.

Agora que vimos um procedimento de laboratório, vejamos algumas aplicações para as quais uma armadilha Dean-Stark é usada.

As enaminas são compostos vinilamina substituídos úteis para formar ligações carbono-carbono alfa a grupos carbonila. As enaminas são preparadas aquecendo uma amina secundária, como a pirrolidina, e um aldeído ou cetona, e removendo o subproduto da água com uma armadilha Dean-Stark.

Além da água, uma armadilha Dean-Stark pode ser usada para coletar outros compostos. Aqui, foi usado para coletar o produto de uma reação de esterificação entre ácido benzóico e 1-butanol, que também é o solvente de reação. O 1-butanol é imiscível e menos denso que o produto e flui de volta para o reator. O produto de esterificação, que é hidrofóbico, também é facilmente separado do subproduto da água.

Um uso adicional para as armadilhas Dean-Stark é a determinação do teor de água nos alimentos. Isso é feito colocando uma quantidade conhecida do alimento e fervendo-o em um solvente de hidrocarboneto. O volume de água coletado do destilado é medido e dividido pelo peso do alimento para calcular a porcentagem de umidade.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE a Driving Equilibria com Dean-Stark Traps. Agora você deve entender os princípios das armadilhas de Dean-Stark, como realizar um procedimento de laboratório e algumas de suas aplicações. Obrigado por assistir!