Uncertainty in transit time

A análise dos cristais de 4HAP obtidos por recristalização em água por difracção de raios-X de cristal único a 150 K, permitiu concluir que correspondiam a uma fase hidratada aqui designada por H1. Esta forma cristaliza no sistema triclínico, grupo espacial P-1 e possui duas moléculas de 4HAP e três de H2O por unidade assimétrica. A numeração dos átomos, representada na Figura 4.1, está consistente com a apresentada para a forma II na Figura 3.3. As distâncias e ângulos de ligação (Tabela 4.2) são semelhantes às observadas nos polimorfos da 4HAP discutidos no capítulo 3 (Tabela 3.4). Para além disso, conforme ilustrado na Figura 4.3, a molécula de 4HAP na fase hidratada apresenta uma conformação idêntica à observada na forma anidra ortorrômbica (forma II).

O diagrama de empacotamento deste hidrato (Figura 4.4) mostra que as moléculas de água formam cadeias paralelas ao longo do plano (11 −6 −5). Estas são sustentadas por duas ligações de hidrogénio curtas O3WH···O2W (dOH⋅⋅⋅O= 1.738Å) e O1WH···O3W (dOH⋅⋅⋅O= 1.516Å), e uma mais longa O2WH···O1W (dOH⋅⋅⋅O= 2.583Å). As cadeias de água ligam-se às moléculas de 4HAP

Figura 4.3 Comparação das conformações das moléculas de 4’-hidroxiacetofenona na forma II (a amarelo) e na forma hidratada H1 (a verde) sugeridas pela análise de raios-X de cristal

(a) (b) Figura 4.4 Empacotamento cristalino do hidrato H1 da 4HAP a 150 K. (a) moléculas de

água dispostas ao longo do plano (11 −6 −5). (b) ligações de hidrogénio entre as moléculas de água.

através das ligações de hidrogénio O1aH···O1W (dOH⋅⋅⋅O= 1.557 Å), O2WH···O1a (dOH⋅⋅⋅O= 1.588 Å), O1bH···O3W (dOH⋅⋅⋅O= 1.767 Å ) e O2WH···O1b (dOH⋅⋅⋅O= 2.461 Å ) formando um padrão bidimensional, paralelo ao plano (1 0 −1). Deste arranjo surgem dois tipos de cavidades hexagonais de tamanhos diferentes (Figura 4.5-a), que alternam ao longo das duas dimensões

(a) (b) Figura 4.5 Empacotamento cristalino do hidrato H1 da 4HAP a 150 K. (a) padrão

bidimensional formado pelas moléculas de 4HAP e água, paralelo ao plano (1 0 −1). (b) alternância das cavidades hexagonais ao longo das duas dimensões.

cristalina do hidrato H1 da HAP, é assegurada pela constituição de cadeias formadas por moléculas de 4HAP ligadas entre si por moléculas de água, através das ligações de hidrogénio O1WH···O2b (dOH⋅⋅⋅O= 2.020 Å) e O3WH···O2a (dOH⋅⋅⋅O= 1.932 Å).

4.4.2 Solubilidades

As solubilidades de equilíbrio da 4HAP em água, determinadas pelo método do resíduo sólido numa sequência de aquecimento e noutra de arrefecimento (Tabela 4.6), estão representadas na

Figura 4.6. As determinações foram realizadas até próximo da temperatura de 323 K a partir da qual se forma a emulsão referida no parágrafo 4.2.4. A figura inclui também as curvas obtidas por ajuste polinomial desses dados usando o método dos mínimos quadrados. Estas correspondem às equações: c4HAP(aq) = 1.403·10−5T 4 − 1.652·10−2T 3 + 7.303T 2 − 1.437·103T + 1.060·105 R = 0.9983 (4.3) c4HAP(arr) = 3.933·10−6T 4 − 4.546·10−3T 3 + 1.983T 2 − 3.867·102T + 2.840·104 R = 1.0000 (4.4) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 272 278 284 290 296 302 308 314 320 326 T /K c 4H A F / g k g -1

Figura 4.6 Curva de solubilidade de equilíbrio da 4HAP em água determinada pelo método do resíduo sólido. Os símbolos abertos (curva a cheio) representam as solubilidades determinadas em aquecimento e os símbolos fechados (percurso tracejado) representam dados

onde c4HAP(aq) e c4HAP(arr) são as concentrações de 4HAP são dadas em g de soluto por·kg de solvente determinadas em aquecimento e arrefecimento, respectivamente. Nota-se alguma histerese entre as duas curvas da Figura 4.6, verificando-se que a solubilidade obtida em aquecimento é sempre inferior à obtida em arrefecimento. Uma vez que se tratam de dados de equilíbrio (a mistura é mantida sob agitação e temperatura constantes por períodos de tempo prolongados, tipicamente 8 horas), esta observação sugere que a natureza do sólido em equilíbrio com a solução foi diferente nos processos de aquecimento e arrefecimento. De facto, tal como será discutido seguidamente, em aquecimento a solubilidade é afectada pela conversão da 4HAP monoclínica numa nova forma hidratada diferente da H1; em arrefecimento o equilíbrio de solubilidade envolve a forma H1.

Para estudar a natureza do sólido em equilíbrio com a solução durante as experiências de aquecimento, realizou-se um teste em que uma suspensão de 4HAP (forma I) em água foi mantida sob agitação magnética durante 48 horas, a 298 K. A Figura 4.7 mostra o difractograma de raios-X de pós do sólido obtido no final deste ensaio. Para evitar a degradação dos cristais, a análise foi efectuada utilizando uma amostra não moída e ainda húmida (verificou-se por microscopia óptica, que os cristais se degradavam cerca de 40 minutos após exposição ao ar à temperatura ambiente). Pode assim existir um ligeiro deslocamento na posição dos picos de difracção e alterações nas intensidades relativas destes, devido a orientações preferenciais [15]. Para efeitos comparativos, a Figura 4.7 inclui ainda o difractograma simulado para a HAP monoclínica a partir de dados de difracção de raios-X de cristal único a 298 K (Tabela 3.3 e Apêndice D) e o difractograma de raios-X de pós traçado para uma amostra do hidrato H1, não moída e húmida. Por sua vez, a Figura 4.8 mostra fotografias dos cristais de 4HAP antes e depois de colocados em equilíbrio com a solução saturada. As Figuras 4.7 e 4.8 sugerem que, em presença de água e a 298 K, a forma I da 4HAP é instável, convertendo-se por dissolução e re-precipitação, numa nova fase. O difractograma desta fase não é indexável à forma H1 (Figura 4.7). No entanto, o facto dos cristais se degradarem quando removidos da solução, tal como no caso da forma H1, sugere que se trata de um novo hidrato, aqui designado por H2. Não foi possível no âmbito da presente tese proceder a uma determinação da sua estrutura molecular e cristalina por difracção de raios-X de cristal único. Por isso, muito embora em termos de padrão de difracção de pós a forma H2 não se assemelhe a nenhuma das restantes formas comparadas na Figura 4.7, não deverá ser excluída a possibilidade de corresponder a uma mistura de fases.

10 15 20 25 30 In ten s id ad e 2θ / º Forma I Fase H1 Suspensão

Figura 4.7 Difractograma de raios-X de pós de uma amostra de 4’-hidroxiacetofenona equilibrada com uma solução aquosa saturada do mesmo composto, durante 48 horas a 298K (suspensão). Comparação com a forma hidratada H1 e forma I da 4HAP (ver texto).

Figura 4.8 Fotografias dos cristais da 4’-hidroxiacetofenona a) antes e b) depois de colocados em contacto com uma solução aquosa saturada durante 48h a 298 K.

Conforme acima referido o sólido que precipita em arrefecimento nas condições em que as solubilidades de equilíbrio foram determinadas corresponde ao hidrato H1. Isto foi revelado pelas análises de difracção de raios-X de pós efectuadas na sequência das experiências realizadas com o reactor CB1. Esta conclusão será pois fundamentada nos parágrafos 4.4.3 e 4.4.4.