cloreto t butila

Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus de Curitiba
Departamento de Química e Biologia
Preparação do Cloreto de t-butila (Reação de Substituição)
Materiais e Reagentes
Mesa Professor
- 30 g de Sulfato de Sódio anidro (MP).
- Ácido Clorídrico Concentrado (Capela)
- Óleo de Silicone (MP)
- Álcool terc-butílico (MP)
- Fenolftaleína (MP)
- 1 Balão de Fundo Redondo de 125 mL (MP)
- 1 Condensador Liso (MP)
- 2 Mangueiras de circulação de água (MP)
1 Balança Semi-Analítica (MP)
- 1 Chapa de Aquecimento (MP)
- 3 Suportes Universais (MP)
- 1 Proveta de 100 mL (MP)
- 2 Espátulas (MP)
- 1 Erlenmeyer de 100 mL (MP)
- Fósforo (MP)
- 1 Pipeta volumétrica de 15 mL (MP)
- 1 Termômetro com rolha (MP)
3 Garras (MP)
- 3 Mufas (MP)
- 1 Béquer de 250 mL (MP)
- Papéis Filtros (MP)
- 1 Termômetro com barbante (MP)
Mesa Aluno
100 mL de uma Solução de HNO3 5%
- 100 mL de uma Solução de AgNO3 5%
- 10 mL de uma Solução de NaOH 5%
- 100 mL de Bicarbonato de Sódio 5%
- 1 Argola para funil de separação
- 1 Pêra
- 1 Pipeta Pasteur com borracha
- 2 Pipetas graduadas de 5 mL
- 1 Proveta de 100 mL
- 1 Suporte Universal
- 1 Funil de Separação de 125mL
- 1 Garra de Madeira
- 2 Erlenmeyer de 100 mL
- Bolinhas de vidro
- 1 Béquer de 250 mL
- 2 Tubos de ensaio de 25 mL
- Gelo
- 2 Béquer de 100 mL
- 1 Funil Simples
- Luvas e óculos de proteção
1 – OBJETIVO
Sintetizar o cloreto de t-butila através de uma reação de substituição nucleofílica unimolecular
(SN1).
Introduzir alguns procedimentos de síntese e purificação de compostos.
2 – INTRODUÇÃO
A reação de substituição nucleofílica (SN) é uma das mais importantes e mais estudadas
em química. A compreensão dos mecanismos envolvidos nas reações SN permitiu grandes
avanços para o estabelecimento da química orgânica moderna.
R1
R1
G
R2
Nu +
+ G
R2
Nu
R3
R3
Basicamente, dois mecanismos descrevem as reações SN:
a) REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA DE SEGUNDA ORDEM (SN2): Ocorre
através de um mecanismo direto, onde o ataque do nucleófilo (Nu) acontece simultaneamente à
saída do grupo abandonador (G), ou seja, a ligação Nu-carbono vai se formando, enquanto a
ligação carbono-G vai se rompendo. É o mecanismo mais operante para substratos primários,
como na preparação do brometo de n-butila (1) a partir do 1-butanol (2).
OH
HBr
2
Br
1
b) REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA DE PRIMEIRA ORDEM (SN1): Este
mecanismo se desenvolve em duas etapas e envolve a participação de um carbocátion como
intermediário reativo (3). Na primeira etapa (lenta), ocorre a ruptura da ligação carbono-G, gerando
o carbocátion 3; na segunda etapa (rápida), a ligação Nu-carbono é formada, fornecendo o produto
de substituição. Este é o mecanismo mais adequado para substratos que formam carbocátions
estáveis, como na preparação do cloreto de t-butila (4) a partir do t-butanol (5).
OH
H3C C CH3
HCI
CH3
5
CH3
CH3 + CH3
3
CI
H3C C CH3
CH3
4
O método mais geral de preparação de haletos de alquila é a partir de álcoois. Devido à
importância da reação, vários reagentes diferentes têm sido usados para transformar álcoois em
haletos de alquila. A reação funciona melhor com álcoois terciários. Os álcoois primários e
secundários também reagem, mas com velocidades menores e a temperaturas mais elevadas.
A velocidade da reação de álcoois terciários com haletos de hidrogênio depende somente
da concentração do álcool e não da concentração do haleto de hidrogênio. Em outras palavras, a
reação é um processo de primeira ordem.
3 - METODOLOGIA
Neste experimento será realizada a preparação do cloreto de t-butila, através do tratamento
do t-butanol com ácido clorídrico concentrado. A reação é rápida e simples, e pode ser efetuada
diretamente em um funil de separação. A reação se processa segundo o mecanismo SN1,
conforme apresentado anteriormente. Pequenas quantidades de isobutileno podem ser formadas
durante a reação, devido a reações de eliminação competitivas. A presença de ácido sulfúrico
provoca a formação de quantidades consideráveis deste alqueno, portando, metodologias de
preparação de haletos a partir da reação entre álcoois, H2SO4 e um sal de bromo (NaBr, KBr)
devem ser evitadas.
4 - PARTE EXPERIMENTAL
4.1
4.2
4.3
4.4
Adicione 15 mL (pipeta volumétrica) de álcool t-butílico em um funil de separação.
Sem tampar o funil adicione 35 mL de ácido clorídrico concentrado.
Com o funil de separação destampado, agite cuidadosamente a mistura durante um minuto.
Tampe o funil e inverta-o cuidadosamente. Logo em seguida abra a torneira para reduzir a
pressão.
4.5 Feixe a torneira e inicie a agitação.
4.6 Durante a agitação do funil, abra a torneira, em intervalos curtos de tempo, para liberar a
pressão.
4.7 Agite o funil durante 20 minutos, abrindo-a ocasionalmente a torneira para reduzir a pressão
interna.
4.8 Deixe o funil em repouso até completa separação das fases.
4.9 Recolha a fase inferior em um béquer de 150 mL e descarte o líquido no frasco de resíduos
que está na capela.
4.10 Adicione 25 mL de água no funil de separação contendo a fase orgânica, tampe, agite (abra a
torneira de vez em quando) e descarte a fase aquosa.
4.11 Adicione mais 25 mL de água no funil de separação, tampe, agite (abra a torneira de vez em
quando) e descarte a fase aquosa.
4.12 Em seguida, adicione 25 mL de bicarbonato de sódio a 5% no funil de separação contendo a
fase orgânica. Agite o funil (sem tampar o funil) até completa mistura do conteúdo; tampe-o
e inverta-o cuidadosamente.
4.13 Deixe escapar a pressão. Feche a torneira e agite, logo em seguida abra a torneira para
reduzir a pressão interna. Repita este processo durante um minuto.
4.14 Deixe separar as fases e descarte a fase aquosa.
4.15 Lave a fase orgânica com 25 mL de água e novamente descarte a fase aquosa.
4.16 Transfira a fase orgânica para um erlenmeyer de 100 mL seco e adicione aproximadamente 3
g de sulfato de sódio anidro. Agite ocasionalmente o haleto de alquila com o agente secante
por 15 minutos.
4.17 Filtre a fase orgânica através de um funil simples para um béquer de 100 mL previamente
pesado. Calcule o rendimento bruto.
4.18 Adicione 5 a 6 gotas da fase orgânica em um tubo de ensaio de 25 mL e junte o restante da
fase orgânica obtida por cada grupo em um mesmo balão de 125 mL.
4.19 Adicione pedras de ebulição e conecte-o a um único sistema de destilação simples.
4.20 Destile o cloreto de t-butila, usando aquecimento brando, para um erlenmeyer de 125 mL
previamente pesado e resfriado em banho de gelo.
4.21 Anote o ponto de ebulição do composto, a temperatura do banho, pese o destilado e calcule
o rendimento baseado na soma das quantidades inicial de cada equipe.
OBS: A lavagem da fase orgânica com água e com bicarbonato de sódio deve ser realizada o mais
rápido possível, pois o cloreto de t-butila é instável nestas soluções.
5 – REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO
5.1 Em um tudo contendo 5 gotas do cloreto de t-butila (fase orgânica) adicione 5 mL de uma
solução de hidróxido de Potássio 5%.
5.2 Com cuidado, aqueça o tubo de ensaio no bico de bunsen por 2 minutos. Intercale momentos
com e sem chama. Existe a possibilidade de o líquido espirrar se o tubo ficar o tempo todo
sob a chama.
5.3 Espere o tubo esfriar e transfira o conteúdo para um erlenmeyer de 100 mL.
5.4 Lave o tubo de ensaio com 10 mL de água destilada e transfira para o mesmo erlenmeyer de
100mL.
5.5 Adicione 2 gotas de fenolftaleína (a solução deverá ficar avermelhada).
5.6 Adicione, gota a gota, uma solução de HNO3 5% até que a solução fique incolor (meio ácido).
5.7 Transfira 1 mL da solução levemente ácida para outro tubo de ensaio. Caso seja necessário,
filtre a solução.
5.8 Adicione 3 gotas de uma solução aquosa de AgNO3 5%.
5.9 O surgimento de um precipitado branco indicará a presença de íons cloretos.
6 - QUESTIONÁRIO
1- Por que a solução de bicarbonato de sódio deve ser empregada na purificação do cloreto de tbutila? Por que não utilizar uma solução de NaOH?
2- Apresente o mecanismo de reação para a formação do cloreto de t-butila e de um provável subproduto, o isobutileno (2-metil-1-propeno).
3- Mostre as reações de confirmação. No caso da reação com NaOH mostre o mecanismo.
4- Quais os cuidados que um laboratorista deve ter ao utilizar ácidos e bases fortes, durante um
procedimento experimental qualquer? E com relação aos primeiros socorros? Quais os
procedimentos a serem tomados se por acaso ocorrer um acidente?
7 – BIBLIOGRAFIA.
⇒ VOGEL, A., “Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry”, 4a Ed., Editora Longman
Scientific & Technical, New York, 1987.
⇒ PAVIA, D.L., LAMPMAN, G.M., KRIZ, G.S. ENGEL, R.G., “Introduction to Organic Laboratory
Techniques: A Microscale Approach”, 4th Edition, Thomson Brooks/Cole, 2007.
⇒ VOLLHARDT, K. P. C., SCHORE E. N., “Química Orgânica: Estrutura e Função”. Bookman
Companhia Editora. 4a ed. Porto Alegre-RS. 2004.
⇒ Síntese do Cloreto de t-butila. Disponível em: http://www.qmc.ufsc.br/organica/. Acesso em 05
de junho de 2009.