Sumário

1. OBJETIVO 04

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA 05

3. FLUXOGRAMA 07

4. RESULTADOS 08

5. DISCUSSÕES 09

6. APLICAÇÃO DO PRODUTO 12

7. CONCLUSÃO 13

8. ANEXOS 14

8.1 QUESTIONÁRIO 14

8.2 TOXICOLOGIA 17

8.3 IMAGENS 19

9. REFERÊNCIAS 20

1

1. Objetivo

Diferenciar e identificar os diferentes tipos de reação por substituição nucleofílica,

observando os mecanismos de cada uma e verificando quais as condições mais

favoráveis para o acontecimento das reações.

2. Introdução Teórica

2

As reações orgânicas são divididas em reações de adição, reações de substituição e

reações de eliminação. No experimento realizado no laboratório houve uma reação

SN1, ou seja, uma reação de substituição nucleofílica unimolecular.

Uma reação de substituição nucleofílica, também conhecida como reação SN, é uma

das mais importantes na química. Os mecanismos envolvidos nesse tipo de reação

permitiram grandes avanços para o estabelecimento da química orgânica moderna.

Reação de substituição nucleofílica:

Existem dois mecanismos que descrevem as reações de substituição nucleofílica, o

mecanismo de Substituição Nucleofílica Unimolecular (SN1) e o mecanismo de

Substituição Nucleofílica Bimolecular (SN2).

As reações de substituição nucleofílica unimolecular (SN1) também são conhecidas

como reações nucleofílica de primeira ordem, já que a velocidade da reação é

determinada pela concentração do haleto de alquila.

O mecanismo SN1 é desenvolvido em duas etapas e envolve a formação de um

carbocátion como intermediário reativo (etapa mais lenta) portanto é determinante

na velocidade da reação. Na primeira etapa (lenta), ocorre a ruptura da ligação

carbono-G, gerando o carbocátion. 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 a partir do t-butanol.

Como são carregados positivamente, os carbocátions, são estabilizados por grupos

doadores de elétrons. Como o grupo alquila é um grupo que doa mais elétrons que

um hidrogênio, os carbocátions terciários são mais estáveis e os cátions metílicos

são os menos estáveis. Por isso, a reação SN1 é favorecida por um haleto de alquila

terciário.

As reações de substituição nucleofílica bimolecular (SN2) também podem ser

chamadas de reações nucleofílica de segunda ordem, pois, de acordo com o estudo

3

da cinética nas reações, a velocidade da SN2 depende da concentração do haleto

de alquila e da concentração do nucleófilo (Nu).

Velocidade = K (haleto de alquila). (nucleófiolo)

O mecanismo SN2 é um mecanismo direto, onde o ataque do Nu acontece

simultaneamente à saída do haleto (G), ou seja, a ligação Nu-carbono vai se

formando, enquanto a ligação carbono-G vai se rompendo. É o mecanismo mais

produtivo para substratos primários, pois para um ataque efetivo o Nu ataca por trás

do substrato, quanto mais substituintes alquilas, ocorre um maior impedimento da

ação do Nu, fazendo com que ocorra uma repulsão estérica por esses substituintes

volumosos. As reações SN2 não ocorrem em haletos de alquila terciários, já que

eles possuem um maior número de substituintes gerando assim um aumento da

repulsão. Essa reação ocorre preferencialmente em haletos primários e metílicos

que possuem menor número de substituintes.

Quando comparamos o SN1 com o SN2 podemos perceber que o poder e a

concentração do nucleófilo são critérios importantes para a ocorrência do

mecanismo SN2, pois estes interferem diretamente na velocidade da reação. Como

a etapa determinante da reação SN1 é a formação do carbocátion a concentração

do nucleófilo não interfere na velocidade da mesma, mas o solvente polar prótico o

beneficia com relação ao mecanismo SN2.

Outro fator que interfere na eficiência da reação são os grupos de saída, quanto

mais forte a base, mais difícil dela abandonar o substrato. Isso ocorre quando

tratamos de solventes polares apróticos. Ao utilizar um solvente polar prótico, este

irá solvatar o íon através de ligações de hidrogênio dificultando a reação. Nesse tipo

de solventes as bases mais fracas serão grupos de saídas mais eficientes, já que

elas interagem menos com o solvente.

3. Fluxograma

4

15mL álcool t-butílico

35mL HCl (conc)

→

(extração)

Fase aquosa

Fase orgânica

← 25mL H2O

Descartar (Lavar)

Fase aquosa

Fase orgânica

← 25mL NaHCO3 5%

Descartar Lavar

Agitar

Fase de bicarbonato Fase orgânica

← 25mL H2O

Descartar

Lavar

Fase aquosa Fase orgânica

Descartar

Erlenmeyer

Agitar

Pesar

4. Resultados

5

Tabela com observações feitas em cada extração:

Fase orgânica (superior) Fase aquosa (inferior)

Adição de HCl Límpida turva

Adição de água turva límpida

Adição de NaHCO3 turva límpida

Adição de água turva límpida

Adicionamos cristais de CaCl2 anidro ao composto orgânico e observamos que o

mesmo ficou límpido.

Tabela de informação dos reagentes e produtos:

SubstânciaMM

(g/mol)V(ml) d(g/mL) PE (ºC) m(g) Mols

HCl (conc) 36,46 35 1,187  114 41,545 1,1395

Álcool t-butílico

73,96 15 0,779  82,9 11,685 0,1580

Cloreto de t-butila

92,57 7,710 0,847  51 6,53 0,0705

Obs: Os valores na tabela nas diferentes cores indicam que os dados na cor:

Roxa → tabelados (encontrado na literatura).

Azul → medidos no laboratório.

Rosa → calculados a partir das seguintes fórmulas:

Densidade = massa/volume

Nº de mols = massa/massa molecular

5. Discussões

6

Ao adicionarmos o ácido no álcool, ocorre uma reação de substituição nucleofílica de

primeira ordem (SN1) à qual “o grupo -OH primeiramente é protonado pelo HCl. A

dissociação espontânea do álcool protonado ocorre em uma etapa lenta, limitante da

velocidade da reação para produzir um intermediário carbocátion mais a água. O

intermediário então reage com o íon cloreto em uma etapa rápida para produzir o produto

neutro de substituição.” (MCMURRY-COMBO.2008.Pág. 359).

Reação:

A primeira etapa ocorre com a hidroxila do álcool t-butílico agindo como uma base

de Bronsted-Lowry recebendo um próton na forma de íon H+ do íon Hidrônio (que foi

7

formado pela ionização do HCl na água de sua solução, então o íon H+ ionizado do

HCl se juntará com uma molécula de água formando assim o íon hidrônio: HCl(aquoso)

= H3O+ + Cl-). Como o oxigênio da hidroxila doou um dos seus pares de elétrons

para fazer a ligação com o hidrogênio, ele irá adquirir carga positiva, gerando assim

o íon ter-butiloxômio (devido à presença dessa carga positiva no oxigênio) e água.

Na segunda etapa, irá ocorrer à ruptura heterolitica da ligação entre o carbono e o

oxigênio na qual o carbono por ser menos eletronegativo ficará com carga positiva e

o oxigênio por ser mais eletronegativo irá adquirir carga negativa. Ou seja, irá

ocorrer a formação de um carbocátion terciário (que é o mais estável).

Na terceira etapa, o carbocátion terciário irá atuar como um ácido de lewis e receber

um par de elétrons do íon Cl-, formando assim o cloreto de t-butila.

Durante a reação do álcool terc-butilico com o HCl, além do cloreto de terc-butila,

também é formado o alceno isobutileno. Isso se deve ao fato de ocorrer

simultaneamente uma reação de E1, paralela a reação SN1. Isso ocorre, devido as

reações E1 ocorrerem quase sob as mesmas condições que as reações SN1, mas

como o Cl- é uma base relativamente fraca (devido a ser proveniente de um ácido

forte, HCl) e a reação não ocorre sob altas temperaturas (fatores que favorecem a

reação SN1 e desfavorecem E1) logo, a reação SN1 é majoritária e a reação E1

será a minoritária, por isso o principal produto da reação é o cloreto de terc-butila.

O cloreto de t-butila é praticamente insolúvel em água, por isso houve a formação de

duas fases no funil de decantação. Como o cloreto de t-butila é menos denso que a

água, ele formará a fase superior da solução do funil (fase orgânica) enquanto a

água (juntamente com HCl não reagido e algumas outras impurezas) irão decantar e

formarão a fase inferior da solução do funil (fase aquosa).

Adicionamos então água destilada na fase orgânica do funil decantador, com

objetivo de retirar o excesso de ácido clorídrico na mesma.

Então descartamos a fase aquosa novamente, e à fase orgânica adicionamos

bicarbonato de sódio á 5% para o mesmo reagir com o HCl restante – que não foi

consumido na primeira reação e não foi retirado pela lavagem com água – através

da seguinte reação:

8

NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O

Então foi feita mais uma lavagem com água, na fase orgânica om o propósito de

remover os vestígios de NaCl e NaHCO3 que ainda podem ter permanecido na fase

orgânica.

Por fim, com o intuito de retirar resíduos de água ainda presentes, adicionamos na

fase orgânica cloreto de cálcio anidro, que por ser um sal higroscópico, absorveu as

moléculas de água que ainda ficaram presentes na fase orgânica, devido as

lavagens.

Identificação do reagente limitante:

Pela estequiometria da reação temos a relação 1:1 (1 mol de t-butanol para reagir

com cada um mol de ácido clorídrico e vice-versa). Como usamos 1,1395 mol de

HCl e apenas 0,1580 mol de t-butanol, o t-butanol é o reagente limitante da reação e

o HCl é o reagente em excesso.

Cálculo do rendimento da reação a partir do reagente limitante:

Pela estequiometria da reação temos que para formar um mol de cloreto de t-butila

tem que se reagir um mol de t-butanol, sendo assim uma relação de 1:1. Como na

reação utilizou-se 0,1580 mol de t-butanol, o número de moles de cloreto de t-butila

que deveria ser formado teoricamente seria de 0,1580 mol, mas como em nossa

reação formou-se apenas 0,0705 mol de cloreto de t-butila, o rendimento da reação

foi de 44,62%:

0,1580 mol à 100%

0,0705 mol à X

X = 44,62%

6. Aplicação do Produto

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O Cloreto de t-Butila (C4H9Cl) é um composto orgânico líquido e incolor à

temperatura ambiente, sendo moderadamente solúvel em água. As aplicações

desse composto se dão na preparação de agroquímicos e de outros compostos

orgânicos, como álcoois.

Seu uso principal é como uma molécula de partida para a realização se

substituições nucleofílicas, podendo produzir diferentes substâncias, variando de

álcoois a sais dealcóxidos, como por exemplo, a sua utilização como agente de

cloração na polimerização do butadieno.

7. Conclusão

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Comprovamos com o experimento realizado em laboratório os mecanismos da

reação de substituição nucleofílica SN1. As reações do tipo SN1 ocorrem em duas

etapas e nela ocorre a formação de um carbocátion estável (no caso da formação do

cloreto de t-butila ocorreu à formação de um carbocátion terciário que é

extremamente estável). Observamos que o as reações SN2 não ocorrem em

carbonos terciários, devido à repulsão estérica causada pelos grupos volumosos

(como no caso do álcool t-butílico), diferente das reações SN1. 

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8. Anexos

7.1Questionário

1- Por que o haleto de alquila bruto deve ser cuidadosamente seco com cloreto

de cálcio antes da destilação final?

O cloreto de t-butila obtido no experimento é instável em solução aquosa, por isso,

esse composto deve ser seco com substancias dissecantes, no caso o cloreto de

cálcio anidro, para evitar perdas de material e consequentemente um baixo

rendimento no experimento. O cloreto de cálcio é usado no experimento por não

reagir quimicamente com nenhum composto da mistura, ser higroscópico e ser de

fácil aquisição. Ao ser colocado em contato com a água, forma-se um sal, o qual sai

como impureza no experimento.

2- Por que a solução de bicarbonato de sódio deve ser empregada na

purificação do cloreto de t-butila? Por que não utilizar uma solução de NaOH?

O bicarbonato de sódio é utilizado no experimento para retirar o excesso de HCl

presente no composto cloreto de t-butila. O bicarbonato de sódio é usado na

purificação do cloreto de t-butila em vez do hidróxido de sódio por causa da

reatividade deste com o haleto de alquila formando novamente o álcool t-butilico,

além de o NaHCO3 ser agente dissecante do composto estudado. Quando utilizado

o bicarbonato de sódio ocorre à seguinte reação:

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

3- Apresente o mecanismo de reação para a formação de um provável sub-

produto, o isobutileno (2-metil-1-propeno).

12

Reação de Eliminação Isobutileno

4- Como o 2-metil-1-propeno poderia ser removido durante o processo de

purificação?

Como o isobutileno é um alceno e o cloreto de t-butila é um haleto de alquila, eles

terão algumas propriedades diferentes, apesar dos dois serem compostos

orgânicos. Como isobutileno é um gás ele pode ser separado através de um

processo de destilação simples, já que ele possui um ponto de ebulição bem inferior

em relação ao cloreto de t-butila.

5- Água e cloreto de metileno são insolúveis. Em um tubo de ensaio, por

exemplo, eles formam duas camadas. Como você poderia proceder

experimentalmente para distinguir a camada aquosa da camada orgânica?

Suponha que você não disponha dos valores das densidades destas duas

substâncias:

Uma das formas é adicionar cloreto de sódio na solução. Já que o cloreto de sódio é

apenas solúvel em compostos polares, a fase da solução que conseguir solubilizar o

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cloreto, será a fase aquosa (já que ela é polar) e consequentemente a outra que não

conseguir solubilizar o sal, será a fase orgânica (cloreto de metileno) por ser apolar.

6- Explique por que o 2-pentanol e o 3-pentanol, ao reagirem com HCl,

produzem ambos os produtos 2-cloropentano e 3-cloropentano.

Ao colocarmos o 2-pentanol e o 3-pentanol para reagirem com o HCl, os dois

produzem tanto o 2-cloropentano quanto o 3-cloropentano. Esse fato pode ser

explicado devido à propriedade de rearranjo molecular da cadeia carbônica. Na

procura de um estado mais estável, a molécula pode rearranjar-se, dando então, os

dois produtos finais.

7- 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?

Ao trabalharmos com ácidos e bases fortes é preciso ter muito cuidado. Um dos

cuidados fundamentais é a utilização de luvas protetoras ao manusear o composto,

além do Jaleco, vestimenta obrigatória em laboratórios. Quando há desprendimento

de gás, é sempre feito na capela e se possível com a utilização de óculos, evitando

assim uma possível irritação. Caso ocorra algum acidente, é preciso executar

corretamente os primeiros socorros. Em caso de ácidos fortes, ao entrar em contato

com a pele deve-se lavar, imediatamente, com muita água, depois neutralizar com

solução alcalina diluída (geralmente solução aquosa de bicarbonato de sódio a 1%)

e novamente com água. Já em casos de bases fortes deve-se lavar, imediatamente,

com bastante água, neutralizar com solução ácida diluída (geralmente solução

aquosa de ácido acético a 1%) e novamente com água.

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7.2Toxicologia

Ácido clorídrico

EPI: Proteção dos Olhos/Face. Óculos de proteção contra respingos, e em

determinadas atividades, protetor facial. Proteção da Pele e do Corpo.

INALAÇÃO: Irritação severa do aparelho respiratório, edema pulmonar, insuficiência

respiratória, podendo levar até a morte.

INGESTAÇÃO: Causa severas queimaduras nas membranas, mucosas da boca,

esôfago e estômago, se ingerido.

CONTATO COM A PELE E OLHOS: Causa severa irritação dos olhos e pálpebras,

podendo haver até a perda total da visão.

Corrosivo à pele, podendo causar severas queimaduras.

MEDIDAS DE PRIMEIROS SOCORROS:

INALAÇÃO: Remover a pessoa da área contaminada para local fresco e arejado. Se

não tiver respirando, reanime e administre oxigênio. Procurar socorro médico.

INGESTAÇÃO: Nunca dê de beber a uma pessoa inconsciente. Se ingerido, não

provoque vômito. Dê grandes quantidades de água ou leite. Procure socorro médico.

CONTATO COM A PELE E OLHOS: Remova roupas e calçados contaminados.

Lave as áreas atingidas com muita água por no mínimo 15 minutos. Não tente

neutralizar a área afetada com soluções alcalinas. Procure socorro médico.

Lave imediatamente os olhos com grande quantidade de água, por no mínimo 15

minutos, mantendo as pálpebras abertas para assegurar a lavagem da superfície

inteira dos olhos. Procurar socorro médico.

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Álcool t-butílico

EPI: Luvas, botas, óculos de segurança, avental / vestimenta de proteção e protetor

respiratório.

INALAÇÃO: Causa irritação ao trato respiratório, sendo os sintomas: tosse, náuseas

na boca e falta de ar.

INGESTAÇÃO: Tóxico se ingerido. Os sintomas podem incluir: dor abdominal,

náusea, vômito, vermelhidão no rosto e orelhas, hipotensão moderada, zumbido nos

ouvidos. Grande quantidade ingerida diminui a produção de eritrócitos.

CONTATO COM A PELE E OLHOS: Em contato com ambos, causa irritação sendo

os sintomas vermelhidão, coceira e dor.

MEDIDAS DE PRIMEIROS SOCORROS:

INALAÇÃO: Mover para o ar fresco. Se a respiração for dificultada ou parar, dar

oxigênio ou fazer respiração artificial.

INGESTAÇÃO Nunca dê de beber a uma pessoa inconsciente. Se ingerido, não

provoque vômito. Dê grandes quantidades de água ou leite. Procure socorro médico.

CONTATO COM A PELE E OLHOS: Remover roupas e sapatos contaminados e

enxaguar com muita água. Manter as pálpebras abertas e enxaguar com muita

água.

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7.3Imagens

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FIGURA 3: Resíduos (Despejo de descartes após a adição do bicarbonato).

FIGURA 1: Funil contendo HCl, na fase inferior e Cloreto de t-butila na fase superior.

Figura 2: Béquer contendo o Cloreto de t-butila e o precipitado do CaCl2

hidratado.

9. Referências Bibliográficas

1. SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica, Livros Técnicos e Científicos Editora

S/A, 8ª. ed., Rio de Janeiro, 2006.

2. BRUCE, P. Y. Química orgânica 4ed. São Paulo. V 1 e 2

3. VOGEL, A. I.. Química Orgânica: análise orgânica qualitativa3. Ed, Rio

deJaneiro, Ao Livro técnico AS, 1981. V.1 

4. PAN-AMERICANA S.A. indústrias químicas, disponível em:

http://www.panamericana.com.br/panamericana/uploads///fispqs/SC/FISPQ

%20-%20Panclin.pdf. Acesso em 07 de setembro de 2012.

5. UNESP, Universidade Estadual Paulista, disponível em:

http://www.qca.ibilce.unesp.br/prevencao/produtos/acido_cloridrico.htm.

Acesso em 10 de setembro de 2012.

6. Universidade Federal Fluminense, disponível em:

http://www.uff.br/sbqriouff/Arquivos%20link/Resumos/P043%20042%20resum

o%20p16.pdf. Acesso em 11 de setembro de 2012.

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