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SÍNTESE DO 1-BROMOBUTANO
Procedimento experimental a macroescala
(adaptado de Williamson, Minard & Masters1)
Introdução
O 1-bromobutano é um halogeneto alquílico primário (alquilo primário) e, por isso, é
produzido a partir de reações de substituição nucleófila bimolecular (Sn2). A reação de
formação do 1-bromobutano encontra-se representada na Figura 1.
Figura 1. Reação global de formação do 1-bromobutano.
Este halogeneto é preparado facilmente fazendo reagir o butan-1-ol (álcool primário)
com uma solução de brometo de sódio e excesso de ácido sulfúrico concentrado. A reação
entre o brometo de sódio e o ácido sulfúrico dá origem a ácido bromídrico (Equação 1).
NaBr + H2SO4 ←⃗⃗⃗⃗ NaHSO4 + HBr (1)
O uso de excesso de ácido sulfúrico permite aumentar a conversão dos reagentes.
Além disso, a presença de um ácido forte como o ácido sulfúrico faz com que o butan-1-ol
seja protonado, transformando o grupo hidroxilo (-OH) num bom grupo de saída, ou seja,
água (H2O). O ião brometo proveniente do ácido bromídrico reage assim como nucleófilo,
ocorrendo a reação de substituição. O mecanismo da reação de síntese do 1-bromobutano
encontra-se apresentado na Figura 2.
+ NaBr + H2SO4 → + NaHSO4 + H2O
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Figura 2. Mecanismo da reação de formação do 1-bromobutano.
A síntese efetuada apresenta um procedimento experimental complexo, com diversos
passos. Após a mistura dos reagentes estequiométricos, é realizado um refluxo seguido de
uma destilação simples, na qual se poderão separar alguns produtos indesejados como, por
exemplo, o hidrogenossulfato de sódio e o ácido sulfúrico. O líquido recolhido na destilação
é, então, lavado com água, ácido sulfúrico e hidróxido de sódio por extração líquido-líquido,
de modo a ser isolado de outras substâncias (but-1-eno, éter dibutílico e butan-1-ol que não
reagiu). Finalmente, o produto é seco com cloreto de cálcio anidro e purificado por destilação
simples.
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Procedimento experimental
Figura 3. Diagrama do trabalho experimental desenvolvido na síntese do 1-bromobutano a
macroescala.
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Formação do 1-bromobutano
1. Colocar 13,3 g de NaBr (129 mmol, ~19% de excesso), 15 mL de água e 10 mL de butan-
1-ol (109 mmol) num balão de fundo redondo de 100 mL.
2. Arrefecer a mistura num banho de gelo e adicionar, lentamente, 11,5 mL de H2SO4
concentrado (215,7 mmol, 97,4 % de excesso), agitando sempre. É utilizado um banho
de gelo e a agitação deve ser lenta porque o ácido quente provoca a oxidação do NaBr
a Br2, inútil na experiência. O NaBr dissolve-se durante o aquecimento. Usa-se um
elevado excesso de ácido sulfúrico para se obter maior concentração de HBr.
Figuras 4 e 5. Mistura após a adição de ácido sulfúrico concentrado.
3. Colocar o balão numa manta de aquecimento, bem seguro, e adaptar um pequeno
condensador para refluxo.
4. Aquecer até ao ponto de ebulição, anotando o tempo, e ajustar o aquecimento para um
bom refluxo.
5. Refluxar durante 45 minutos, remover o aquecimento e deixar o condensador a funcionar
por mais alguns minutos. O refluxo é necessário porque a reação de formação do 1-
bromobutano é lenta e ocorre à temperatura de ebulição. Verifica-se a formação de duas
camadas distintas, sendo a superior o 1-bromobutano.
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Figuras 6 e 7. Mistura após o refluxo
Isolamento do 1-bromobutano dos coprodutos e resíduos
6. Retirar o condensador, fazer a montagem para destilação simples, utilizando um matraz
de 50 mL como recipiente coletor.
7. Destilar a mistura, controlando a temperatura, até não se recolherem gotas oleosas no
destilado (tdestilado ≈ 115 ºC).
8. Para confirmar se já não se obtêm gotas oleosas, recolher, num tubo de ensaio contendo
cerca de 1 mL de água, 3 gotas de destilado e verificar se são miscíveis. O destilado
recolhido contém 1-bromobutano contaminado com água, excesso de butan-1-ol,
algumas gotas de ácido sulfúrico, but-1-eno e éter dibutílico, ficando o hidrogenossulfato
de sódio e grande parte de ácido sulfúrico no balão.
9. Verter o destilado para um funil de separação, adicionar 10 mL de água e agitar. O 1-
bromobutano fica na camada inferior. Se se formar uma coloração rosada nesta camada,
adicionar a ponta de uma microespátula de hidrogenossulfito de sódio e agitar novamente.
A lavagem com água permite remover o ácido sulfúrico e algum butan-1-ol.
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Figura 8. Mistura após lavagem com água.
10. Verter a camada de 1-bromobutano para um frasco limpo, lavar e secar o funil de
separação e recolocar o composto neste.
11. De seguida, arrefecer 10 mL de H2SO4 concentrado num banho de gelo, adicionar o ácido
ao funil, agitar bem e deixar repousar 5 minutos para que as duas camadas se separem.
12. Separar as camadas. Para saber qual camada rejeitar, recolher algumas gotas da camada
inferior para um tubo de ensaio e verificar se o material é solúvel em água (H2SO4) ou
não (1-bromobutano). (NOTA: O 1-bromobutano fica na camada superior, incolor.)
Figura 9. Mistura após lavagem com ácido sulfúrico.
13. Deixar repousar mais 5 minutos e voltar a separar as camadas. O ácido sulfúrico remove
qualquer material inicial que não tenha reagido, bem como os produtos secundários
(alcenos e éteres).
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14. Lavar o 1-bromobutano com 10 mL de uma solução 3 mol/dm3 de hidróxido de sódio
para remover vestígios de ácido, separar as camadas e guardar a pretendida. O 1-
bromobutano fica na camada inferior. O hidróxido de sódio remove vestígios de ácido
sulfúrico.
Figura 10. Mistura após lavagem com solução de hidróxido de sódio.
15. Secar a camada opaca de 1-bromobutano, adicionando 1 g de CaCl2 anidro e agitar até
solução ficar translúcida. O cloreto de cálcio anidro é um agente secante; seca o
composto de água e de butan-1-ol.
16. Após 5 minutos, decantar o líquido seco para um balão de fundo redondo de 25 mL.
17. Lavar o CaCl2 que sobra com duas porções de 10 mL de p-xileno e decantar o líquido
para o balão. O p-xileno permite recuperar 1-bromobutano que tenha ficado no gobelé
com o cloreto de cálcio.
Figura 11. Decantação após lavagem com p-xileno.
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Purificação do 1-bromobutano
18. Juntar uma “boiling stone”, destilar e recolher o material entre 99 ºC e 103 ºC, para um
recipiente previamente pesado.
19. Guardar o produto num recipiente adequado.
Figura 12. Destilação do produto.
Referência
Williamson, K.L.; Minard, R.D.; Masters, K.M. Macroscale and Microscale Organic
Experiments – 5th edition. Houghton Mifflin Company: Boston, 2007.
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Síntese do 1-bromobutano
Reagentes Estequiométricos
o Ácido sulfúrico concentrado (CAS 7664-93-9)
o Brometo de sódio (CAS 7647-15-6)
o Butan-1-ol (CAS 71-36-3)
Substâncias Auxiliares
o Ácido sulfúrico concentrado (CAS 7664-93-9)
o Água
o Cloreto de cálcio anidro (CAS 10043-52-4)
o Hidróxido de sódio (solução aquosa 3M)
o p-Xileno (CAS 106-42-3)
Resíduos
o Ácido sulfúrico (solução diluída)
o Água
o Brometo de hidrogénio
o Brometo de sódio (excesso, solução aquosa)
o But-1-eno
o Butan-1-ol (que não reagiu)
o Cloreto de cálcio
o Éter dibutílico
o Hidrogenossulfato de sódio (solução aquosa)
o p-Xileno
o Sulfato de sódio (solução aquosa)
Material e Equipamento
o Aparelho medidor de energia
o Balança analítica ± 0,1 mg
o Balão de fundo redondo de 25 mL
o Balão de fundo redondo de 100 mL
o “Boiling stones”
o Condensador
o Espátula e microespátula
o Funil de separação de 100 mL
o Gobelé de 25 mL
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o Manta de aquecimento de 100 mL
o Matraz de 50 mL
o Montagem para destilação simples
o Pipeta volumétrica de 10 mL
o Proveta de 15 mL
o Suporte universal e garras
o Termómetro
o Tina de vidro
o Tubo de ensaio
o Vareta de vidro
o Vidro de relógio (Ø = 6,0 cm)