Preparação do Cloreto de terc-Butila
João Fernando Villarrubia Lopes MunhozMariana Rosa Pereira
Milena Fontes LuizeteYussra Abdul Ghani
Substituição Nucleofílica Alifática
Substituição Nucleofílica - Definição
Reação química, na qual uma espécie com um par de elétrons não compartilhado, nucleófilo, reage com o substrato, de tal forma que ocupe a antiga posição do grupo antes ligado ao substrato, grupo abandonador.
R X R Nü X-Nü- + +Nucleófilo Haleto de Alquila
(substrato)Íon haletoProduto
Substituição Nucleofílica Unimolecular
Substituição Nucleofílica Unimolecular
Curva de energia de reações SN1
Substituição Nucleofílica SN1
• A velocidade da reação depende somente da concentração do substrato
• Há formação de carbocátion• Os nucleófilos podem ser fracos e diluídos• O solvente utilizado é polar e prótico
Substituição Nucleofílica Bimolecular
Inversão da configuração
Curva de energia de reações Sn2
Substituição Nucleofílica SN2
• A velocidade da reação depende da concentração do substrato e do nucleófilo
• O substrato não deve ser impedido estericamente
• Não há formação de carbocátion• Os nucleófilos devem ser fortes e concentrados• O solvente utilizado é polar e aprótico• E ocorre inversão de configuração
SN1 x SN2
Fator SN1 SN2
Substrato 3o (carbocátion estável) Metila>1o>2o (necessita de substratos desbloqueados)
NucleófiloBase de Lewis fraca, molécula neutra, o nucleófilo pode ser o
solvente
Base de Lewis forte, a velocidade éfavorecida pela alta concentração do
nucleófilo
Solvente Prótico, polar Aprótico, polar
Grupo retirante I->Br->Cl->F-
Procedimento Experimental
Preparação do cloreto de terc-butila
Técnicas e materiais utilizadosExtração (separar dois líquidos imiscíveis)
Lavagem (neutralizar o excesso de ácido)
Secagem (eliminar água)
Filtragem simples (eliminação do agente secante)
Destilação simples (obtenção do cloreto de terc-butila)
Funil de separação: serve para extrair duas soluções imiscíveis. A fase orgânica pode estar acima ou abaixo, dependendo da densidade relativa das duas soluções.
Extração
Filtração simples
Filtração Simples: Separar líquidos de sólidos.
Condições:O corpo sólido não deve passar através do filtro ou penetrar nos poros obstruindo-os.O líquido não deve reagir com o papel.
Papel de filtro pregueado: oferece uma superfície de filtração aumentada, com maior rendimento na sua velocidade.
Por que usar a destilação simples?
Para separar um líquido de impurezas não voláteis (em solução no líquido) de um solvente usado numa extração.Para separar líquidos de ponto de ebulição diferentes.
Destilação simples
Compostos álcool t-butílico cloreto de t-butila Bicarbonato de sódio
Ácido clorídrico (em solução) cloreto de cálcio
Fórmula molecular C4H10O C4H9Cl NaHCO3 HCl CaCl2Ponto de ebulição (ºC) 82,9 51 - 114 > 1600
Ponto de fusão (ºC) 25,5 -26,5 270 , perde CO2 -85 772
Densidade (g.cm-3) (20-25ºC) 0,779 0,847 2,159 1,187 2,152
Peso molecular (g.mol-1) 73,96 92,57 34,01 36,46 110,98
Solubilidade água, éter e álcool álcool e éter. Insolúvel em água
Água. Insolúvel em álcool
Água, álcool, éter e benzeno água, álcool
Toxidadeirritação nos olhos e na pele; inflamável
tóxico (inalação prolongada); inflamável
pouco tóxico; não inflamável
tóxico por inalação, irritante para os olhos e pele; não inflamável
pouco tóxico
Usos
desnaturalizantede álcool; solvente para produtos farmacêuticos; agente de desidratação
síntese orgânico (agente alquilante); anti-heumático; solvente
fabricação de bebidas, sais efervescentes; extintores de incêndio; cerâmica; anti-ácido
acidificação (ativação) de poços de petróleo; redução de minerais; acidificante industrial; desnaturalizantede álcool; polimerização;isomerização; alquilação e reação de nitração
fungicida; agente secante e desecante; produtos farmacêuticos; células eletrolíticas; indústria de papel
Obtenção
absorção do isobuteno; em H2SO4 com posterior hidrólise com vapor d’água
preparado com álcool t-butílico; HCl concentrado e destilado
preparado com carbonato de sódio, água e CO2
Subproduto de reações orgânicas de cloração; queimando H2 em uma atmosfera de cloro em ausência de O2
por ação do HClsobre CaCO3 e cristalização
Características - líquido incolor
ligeiramente alcalino; decomposição lenta no ar; sabor refrescante
líquido incolor ou ligeiramente amarelo; ácido forte; corrosivo
cristais; grânulos
Agente secanteForma com a água um sal hexa-hidratado (CaCl2.6H2O) em temperatura inferior a 30°C, devido a presença , como impureza de fabricação , de hidróxido de cálcio ou de cloreto básico. Não deve ser usado nas secagens ácidas ou de líquidos ácidos. Não deve ser empregado nas secagens de alguns compostos carbonílicos, de ésteres , álcoois, fenóis, aminas, e amidas, em virtude de reagir quimicamente com esses compostos.
Reações envolvidas
Eliminação de ácido que possa estar em excesso:
NaHCO3(aq) + H+Cl-(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq) + CO2(g) ↑ + H2O(l)
Eliminação da água através do agente secante:
CaCl2(s) + 6 H2O(l) → CaCl2.6H2O(s)
Reação de formação do cloreto de terc-butila:
Fontes de aquecimentoA fonte de calor deve ser escolhida em função do
líquido a ser destilado.
Equipamentos usados para aquecimento:
P.E.<600C Banho maria
600C<P.E.<1800C Banho de óleo
1800C< P.E. Fogareiro elétrico ou bico de Bunsen
25g de álcool t-butílico em funil de separação de 250 mL
Fase aquosa (inferior):H3O+, Cl-
- ; pouca quantidade de álcool t -butílico; pouca quantidade de Cloreto de t-butila
Fase orgânica (superior): cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico; HCl ;H2O
Cloreto de t-butila (superior):Pouca quantidade de álcool t-butillico; pouca quantidade de H2O; Na+ Cl- ; Na+
HCO3-
Fase aquosa (inferior): Na+ Cl-
;Na+ HCO3-
; pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico
Cloreto de t-butila (superior): pouca quantidade de Na+ HCO3
-; pouca quantidade de Na+ Cl- ; H2O ; pouca quantidade de álcool t-butílico
Fase aquosa (inferior): Na+ Cl- ; Na+ HCO3-;
pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico
Lavar com 20 mL de água destilada
1.Adicionar 85mL de HCl concentrado 2.Agitar a mistura por 30 segundos a cada cinco minutos durante 20 minutos3.Deixar em repouso para separação das fases
1.Transferir para Béquer2.Lavar com 20mL de NaHCO33.Transferir para o funil de separação
Fluxograma
Cloreto de t-butila (superior): pouca quantidade de Na+
HCO3-, Na+ Cl- , H2O , álcool t-butílico
Filtrado-cloreto de t-butila: pouca quantidade de CaCl2.6H2O; pouca quantidade de Na+ Cl- ; pouca quantidade de H2O; pouca quantidade de álcool de t-butílico
Sólido retido no filtro: NaCl ,CaCl2.6H2O; NaHCO3; pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico
Resíduos: de cloretode t-butila; NaCl;CaCl2.6H2O; pouca quantidade de álcool t-butílico
Destilado: cloreto de t-butilaRecolher em um frasco com tampa.Rotular indicando: Nome doproduto, volume, faixa destilação, membros do grupo e data.
1.Transferir o haleto para um erlenmeyer de 125 mL2.Secar o produto com 5g de CaC12 anidro3.Filtrar em papel pregueado para eliminar o agente secante, recolhendo a fase orgânica em um balão de destilação de 100mL
1.Tarar um erlenmeyer.2.Destilar o produto na faixa 49~51°C. (temperatura constante)3.Calcular o rendimento.4.Corrigir o p.e.
CálculosVolume a ser utilizado de álcool t-butílico:
d = m / V → 0,779 g/mL = 25,00 g / V (mL)V = 32,09 mL de álcool t-butílico
Cálculo da massa de HCl que reage com 25,00 g de álcool t-butílico:
1 mol de álcool t-butílico ---------- 1 mol de HCl73,96 g ---------- 36,46 g 25,00 g ---------- yy = 12,32 g de HCl
Cálculo do volume de HCl necessário para reagir com 25g de álcool t-butílico:
HCl conc. = 35,5% d(HCl) = 1,187 g/ mL
Volume de HCl utilizado = 85,00mL100 g de solução de HCl ------ 35,5 g de HCld = m/V → V = 100/1,187 → V = 84,24 mL
35,5g de HCl em 100g de solução ---------- 84,24 mLZ ---------- 85,00 mL
Z = 35,82 g de HCl contidos em 85,00 mL de solução
Foram adicionados no funil: 35,82g de HCl
Reagiram: 12,32g
Excesso: 23,50g
Fator de Correção do ponto de ebulição à pressão de 1 atm:
ΔT = 0,00012(760 – p)(Tobservada + 273)
Rendimento do experimento = ( massa obtida / 31,29) x 100
Cálculo da massa de cloreto de t-butila obtida na reação com 25,00 g de álcool t-butílico:
1 mol de álcool t-butílico ---- 1 mol de cloreto de t-butila73,96g --------------- 92,57g25,00g --------------- x
x = 31,29g de cloreto de t-butila para 100% de rendimento
Resíduos
Os resíduos devem ser colocados em um frasco especial devido a presença de cloreto de terc-butila, que posteriormente será incinerado.
Bibliografia• http://labjeduardo.iq.unesp.br• Pavia, D.L.; Lampman,G.M.; Jr. Kriz, G.S. - Introduction to
Laboratory Techniques, 2nd edition, Philadelphia, Saunders College Publishing. Páginas 171 a 182. 1995.
• Vogel - Análise Orgânica Qualitativa, 3º Edição, Rio de Janeiro – RJ, ed. Universidade de São Paulo. Páginas 2 e 251. 1981.
• Merck Index.• Solomons,T.W.G., Fryhle, C.B.,Química Orgânica 1-
trad.Whei Oh Lin, 7ªed,LTC-Rio de Janeiro,2001.