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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA ORGÂNICA II - EXPERIMENTAL

PROF. DR. ODAIR DOS SANTOS MONTEIRO

ALDILENE SANTOS FRANÇA

PAULO AFONSO FREITAS DINIZ

PREPARAÇÃO DO CLORETO DE t-BUTILA

SÃO LUÍS

2013

SUMÁRIO

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LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................................... 03

LISTA DE TABELAS ...................................................................................................................................... 04

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 05

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................................. 05

2.1 GERAL.................................................................................................................................................. 05

2.2 ESPECÍFICO ........................................................................................................................................ 05

3 PARTE EXPERIMENTAL ............................................................................................................................ 05

3.1 REAGENTES E VIDRARIAS ............................................................................................................... 05

3.2 METODOLOGIA ................................................................................................................................... 06

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................................................... 07

5 CONCLUSÃO .............................................................................................................................................. 09

REFERÊNCIAS ............................................................................................................................................... 09

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Substituição Nucleofílica Unimolecular .......................................................................................... 05

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Figura 2 - Liberação do gás da reação t-butanol + HCl ................................................................................. 06

Figura 3 - Separação das fases aquosas e orgânicas na síntese do cloreto de t-butila ................................ 06

Figura 4 - Lavagem da fase orgânica ............................................................................................................. 07

Figura 5 - Mecanismo da reação .................................................................................................................... 07

Figura 6 - Mecanismo de Eliminação de 1ª ordem do t-butanol ..................................................................... 08

Figura 7 - Mecanismo da reação de síntese do cloreto de t-butila ................................................................. 09

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Tabela de Reagentes e Vidrarias .................................................................................................. 05

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1 INTRODUÇÃO

Através de reações orgânicas é possível obter um grande número de produtos orgânicos, desde

os mais simples até os mais complexos, no qual muitos fazem parte de nosso cotidiano, seja na natureza

ou de forma controlada em escala industrial. Essas reações podem basicamente ser divididas em três

tipos: Adição, Substituição e Eliminação. Sendo o enfoque desta prática uma Reação de Substituição

Nucleofílica Unimolecular.

Nesse tipo de reação, uma espécie com um par de elétrons não ligantes (o nucleófilo), reage

com um halogeno-alcano (chamado de substrato) pela reposição do halogênio substituinte. Acontece uma

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reação de substituição, e o halogênio substituinte, chamado de grupo abandonador, se afasta como um

íon haleto.

A substituição nucleofílica unimolecular (Figura 1) indica que apenas uma molécula, o halogeno-

alcano, participa da etapa controladora da velocidade, ou seja, a velocidade de reação não depende da

concentração do nucleófilo.

Figura 1

A Sn1 acontece basicamente em três etapas: dissociação do halogeno-alcano, para a formação

de um carbocátion (que tem que ser estável); ataque nucleofílico do solvente ao carbono deficiente em

elétrons; produto final.

Sendo assim, objetivou-se nesta prática a síntese do cloreto de t-butila através de uma reação

de substituição nucleofílica unimolecular.

2 OBJETIVOS

2.1 GERAL

Sintetizar o cloreto de t-butila a partir do álcool t-butílico.

2.2 ESPECÍFICO

Estudar os principais conceitos de reações de substituição nucleofílica unimolecular e

bimolecular;

Demonstrar o mecanismo de reação de síntese do cloreto de t-butila;

Identificar o produto obtido a partir da reação com nitrato de prata;

Calcular o rendimento do produto obtido.

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 REAGENTES E VIDRARIAS

REAGENTES VIDRARIAS

ÁCIDO CLORÍDRICO CONCENTRADO FUNIL DE SEPARAÇÃO

ÁLCOOL t-BUTÍLICO SUPORTE COM GARRAS

SOLUÇÃO DE BICARBONATO DE SÓDIO 5% ERLENMEYER

CLORETO DE CÁLCIO ANIDRO SISTEMA PARA FILTRAÇÃO À VÁCUO

PROVETAS

Tabela 1

3.2 METODOLOGIA

Misturamos em um funil de separação 15 mL de álcool t-butílico e 35 mL de ácido clorídrico

concentrado. Sem tampá-lo agitamos cuidadosamente o funil durante um minuto. Em seguida, tampamos

o funil, invertendo-o e agitando-o, abrimos a torneira para liberar pressão, como mostra a Figura 2.

C XH

HH

CH

HH

X+ -

C

HH

H

+ + X- SN1

C XH

HH

Nu- C

HH

H

Nu X+ -

CNuH

HH

X-

+ SN2

Intermediário

Intermediário

carbocátion

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Figura 2

Repetimos este processo várias vezes durante dois a três minutos. Logo após, deixamos o funil

em repouso até completa separação das fases. A fase inferior do funil foi então coletada em um béquer e

em seguida descartada, como mostra a Figura 3.

Figura 3

Lavamos a fase orgânica com 25 mL de água o mais rapidamente possível, pois o cloreto de t-

butila é instável em água; separamos as fases e descartamos a fase aquosa. Em seguida, lavamos

novamente a fase orgânica com uma porção de 25 mL de bicarbonato de sódio a 5% rapidamente.

Agitamos o funil (sem tampa) até completa mistura do conteúdo. Tampamos o funil e retiramos a pressão.

Tampando-o novamente, agitamos o funil vigorosamente durante um minuto. Deixamos separar as fases

e retiramos a do bicarbonato. Lavamos a fase orgânica com 25 mL de água e novamente retiramos a fase

aquosa, como mostra a Figura 4.

Figura 4

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Transferimos a fase orgânica para um Erlenmeyer seco e adicionamos cloreto de cálcio anidro.

Agitar ocasionalmente o haleto de alquila com o agente dessecante e posteriormente filtrar em funil de

Buchner. Pesamos na balança analítica e calculamos o rendimento.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

A reação do álcool t-butílico com HCl concentrado produziu cloreto de t-butila, por mecanismo de

substituição nucleofílica, no caso Sn1. Porém, também ocorreu o mecanismo de eliminação E1, o qual

gerou isobutileno. A substituição foi favorecida porque o íon cloreto era um nucleófilo eficaz.

As duas reações estão mostradas abaixo:

Figura 5

Sendo a hidroxila uma base forte e um nucleófilo eficiente, é necessário torná-la protonada para

diminuir sua basicidade e assim o íon cloreto poder reagir com o carbocátion produzido.

As lavagens com água serviram apenas para solubilizar o t-butanol, não havendo qualquer

reação com este, separando o cloreto de t-butila, insolúvel em água, do álcool terciário.

O bicarbonato de sódio foi utilizado para neutralizar o pH da solução retirando o excesso de íons cloreto.

Cálculo do rendimento

Considerando a fórmula da densidade foi possível descobrir a massa bruta produzida de cloreto

de t-butila através da densidade e do volume utilizados de t-butanol.

m = d x V

Densidade do t-butanol: 0,78 g.cm-3

Volume utilizado de t-butanol: 15 cm3

mt-butanol = dt-butanol x Vt-butanol

mt-butanol = 0,78 g.cm-3 x 15 cm3

mt-butanol = 11,7 g

No entanto, a pureza do t-butanol era igual a 99,9%. Desse modo, a massa real do álcool que

reage para formar o cloreto de t-butila valia:

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11,7 g → 100 %mt-butanol rea → 99,9 %

mt-butanol real = 11,68 g

Por uma regra de 3 descobriu-se a massa de cloreto de t-butila produzida.

Mt-butanol → Mcloreto de t-butila

mt-butanol → x

74,12 g/mol → 92,567260 g/mol

11,68 g → x

x = 14,59 g

O rendimento bruto foi calculado por outra regra de 3. x → 100%

massa obtida na prática → y

14,59 g → 100% g → y

y =

Questão sobre o tipo de mecanismo:

O álcool t-butílico pode sofrer reações do tipo E1 ou Sn1, dependendo das condições. Em ambas as reações, a formação do carbocátion é determinante na velocidade da reação. Se o ânion ataca o carbocátion na próxima etapa, como no caso da reação com ácido clorídrico, a reação de substituição nucleofílica ocorre. Entretanto, se o solvente age como uma base e retira um dos átomos de hidrogênio de um carbono β, a reação é de eliminação de acordo com o mecanismo mostrado na Figura 6.

Figura 6

5 CONCLUSÃO

A síntese de t-butila foi satisfatória devido a substituição nucleofílica do tipo SN1 do álcool t-

butílico, conforme a Figura 6 ilustra.

Figura 7

Primeiro o álcool terciário é protonado (5a), formando um bom grupo abandonador. Em seguida

a água deixa o t-butanol protonado (5b), formando-se um carbocátion terciário relativamente estável.

Finalmente o íon cloreto (5c) ataca o carbocátion, dando origem ao cloreto de t-butila.

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A reação é de primeira ordem e depende apenas da concentração do álcool. A adição, nesse

caso, de um ácido de Lewis para favorecer a ionização inicial é dispensada, uma vez que o carbocátion

formado é relativamente estável.

REFERÊNCIAS

Tert-butyl chloride. Disponível em:

http://en.wikipedia.org/wiki/T-butyl_chloride .

Acesso em: 11 de fevereiro de 2013

Reações de Substituição Nucleofílica em Haletos de Alquila. Disponível

em:

http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/157/aulasteoricas/

Aula.Teorica.13-Reacoes.de.Substituicao.e.Eliminacao.Nucleofilica.pdf

Acesso em: 11 de fevereiro de 2013