TRABALHO PRÁTICO Nº8
SÍNTESE DE CLORETO T-BUTILO
GRUPOI IV- ASHILEY LUBISCO, EUNICE COSME E NILSON FERREIRA
TURMA LBT14
Resumo
O trabalho pratico realizado teve como objetivo a síntese de cloreto de t-butilo,
através de uma substituição nucleofílica.
Primeiramente, preparou-se uma solução de bicarbonato de sódio (Na2C03)
5%(m/m), com 50ml de água destilada utilizando 2,65g do composto.
Para a Preparação do cloreto de t-butilo colocou-se 10 ml de álcool t-butílico
juntamente com 20ml de ácido clorídrico concentrado numa ampola de
decantação de 100ml, agitando com a ampola destapada durante 1 minuto. De
seguida, com a ampola tapada procedeu-se a agitação da mesma durante 20
minutos; de modo que não houvesse acumulação de gases no seu interior, de
tempos em tempos, parou-se a agitação e abriu-se a válvula da ampola para
que os gases escapassem.
Após os 20 minutos de agitação terem sido concluídos a ampola foi deixada a
repousar, para que ocorre a separação entre a fase orgânica e a fase aquosa
que posteriormente foi decantada transferida para um gobelé.
Em seguida foram adicionados 20ml da solução de bicarbonato de sódio,
anteriormente preparada, e agitou-se durante 5 minutos, tendo o mesmo
cuidado com a libertação de gases que no momento de agitação anterior. Esta
solução de bicarbonato foi utilizada para neutralizar qualquer resíduo de ácido
que pudesse estar presente. Após a agitação, deixou-se novamente a ampola
em repouso, para que as fases se voltassem a separar, e fosse possível
efetuar a decantação da fase aquosa.
Assim que se registou o peso da fase orgânica, procedeu-se á destilação
simples da mesma, recolhendo o destilado num frasco erlenmeyer previamente
pesado, e coberto por uma tina com gelo.
Por fim, tendo em conta os resultados obtidos, o rendimento da reação foi
aproximadamente de 24,4%.
Índice
Resumo.......................................................................................................................................... 2
Índice ............................................................................................................................................. 3
1.
Introdução Teórica ................................................................................................................ 4
2. Procedimento Experimental ..................................................................................................... 6
2.1 – Reagentes...................................................................................................................... 6
2.2 – Material........................................................................................................................... 6
2.3 - Equipamento .................................................................................................................. 6
2.3 Riscos e segurança .............................................................................................................. 7
3.Descrição Experimental.............................................................................................................. 8
a) Preparação de solução: .................................................................................................... 8
b) Preparação do cloreto de t-butilo .................................................................................... 8
4.Tratamento de Resultados ....................................................................................................... 10
4.1-Cálculos prévios ................................................................................................................ 10
4.2 – Resultados da síntese ..................................................................................................... 10
4.3 – Mecanismo e Rendimento da Reação ............................................................................ 10
5.Conclusão ................................................................................................................................. 12
Bibliografia .................................................................................................................................. 13
1. Introdução Teórica
A reação de substituição nucleofílica (SN) é uma das mais importantes e mais
estudadas na química e pode ser dividida a partir de dois mecanismos que
descrevem a reação:
•
Reações de Substituição Nucleofílica de Primeira Ordem (SN1)- Este
mecanismo desenvolve-se em duas etapas e envolve a participação de
um carbocatião como intermediário reactivo. Numa primeira etapa (lenta)
ocorre a ruptura da ligação C-X, gerando o carbocatião. Na segunda etapa
(rápida) a ligação Nu-C é formada, formando-se assim o produto de
substituição. Este mecanismo é mais adequado a substratos que formam
carbocatiões estáveis, como na preparação do cloreto de t-butilo a partir do
t-
butanol:
•
Reações de Substituição Nucleofílica de Segunda Ordem (SN2) - Ocorre
através de um mecanismo direto, onde a ligação Nu-C vai se formando
enquanto a ligação C-X vai se rompendo, ou seja, de modo simultâneo. É
o mecanismo mais operante para substratos primários, como na
preparação de brometo de n-butilo a partir de 1-butanol.
O método mais geral de preparação de halogenetos de alquilo é a partir de
álcoois, que, afim de adquirir maior rendimento são mais funcionais com
álcoois terciários. Os álcoois primários e secundários também reagem, mas
com velocidades menores e temperaturas mais elevadas, onde a
velocidade de reação depende somente da concentração do álcool.
Para este trabalho prático, foi utilizado o mecanismo de reação de substituição
nucleofílica de primeira ordem, decorrendo a preparação de cloreto de tbutilo através do tratamento de t-butanol com ácido clorídrico concentrado. É,
por sua vez, considerada uma reação rápida e simples e pode ser efetuada
diretamente no funil de decantação.
2. Procedimento Experimental
2.1 – Reagentes
- Na2SO4 anidro
- NaHCO3
- HCl concentrado
- Álcool terc-butilico
2.2 – Material
- 2 pipetas graduadas de 25 ml (± 0,01);
- 1 pipeta graduada de 50 ml (± 0,01);
- 1 proveta de 25 ml
- 3 copos de 100 ml
- 1 proveta de 25 ml
-1 vareta
- 1 copo de 1000 ml
- 1 ampola de decantação de 250 ml
- 1 funil
- papel de filtro
- espátulas
- 1 balão volumétrico de 250 ml
- 1 balão de fundo redondo de 500 ml - montagem para destilação simples
- 1 erlenmeyer de 100 ml
- 1 erlenmeyer de 250 ml
- 1 tina
- gelo
2.3 - Equipamento
• Balança analitica Sartorius(± 0,001g)
2.3 Riscos e segurança
Indicação dos principais riscos e indicações de segurança relacionados com
os reagentes a utilizar neste trabalho experimental.
Tabela 1- Reagentes e Segurança
Reagentes Indicações de risco
Indicações de segurança
Na2SO4
anidro
Os gases provenientes de sua
queima podem ser tóxicos e
irritantes
Esta substância não cumpre
os critérios para a sua
classificação de acordo com o
Regulamento no
1272/2008/CE.
Manter afastado do calor,
superfícies quentes, faísca,
chama aberta e outras fontes
de ignição. Não fumar. Usar
luvas de proteção/proteção
ocular.
NaHCO3
Esta substância não cumpre
os critérios para a sua
classificação de acordo com o
Regulamento no
1272/2008/CE.
Usar luvas de
proteção/vestuário de
proteção/proteção ocular/
proteção facial
HCl
Pode ser corrosivo para os
metais. Provoca queimaduras
na pele e lesões oculares
graves. Pode provocar
irritação das vias respiratórias
Usar luvas de
proteção/vestuário de
proteção/proteção ocular/
proteção facial
Á lcool
tercbutilico
Líquido e vapor facilmente
inflamáveis. Provoca irritação
ocular grave. Nocivo por
inalação. Pode provocar
irritação das vias respiratórias
Manter afastado do calor,
superfícies quentes, faísca,
chama aberta e outras fontes
de ignição. Não fumar. Usar
luvas de proteção/proteção
ocular.
3.Descrição Experimental
a) Preparação de solução:
Pesou-se 2,5 g de NaHCO3
e preparou-se 50 ml de solução de NaHCO3 5%
(m/m)
b) Preparação do cloreto de t-butilo
1 – Numa ampola de decantação de 250 ml colocou-se 30 ml de álcool tbutílico e 70 ml de ácido clorídrico concentrado.
2 – Com a ampola de decantação destapada, agitou-se cuidadosamente a
mistura durante 1 minuto.
3 – Tapou-se a ampola de decantação e inverteu-se cuidadosamente. Logo em
seguida abriu-se a torneira, para libertação de gases.
4- Agitou-se a ampola de decantação durante 20 minutos, abrindo
regularmente a torneira para reduzir a acumulação de gases dentro desta.
5- Deixou-se a ampola de decantação em repouso até que houvesse a
separação das duas fases.
6 – Separou-se a fase aquosa da fase orgânica.
7 – Adicionou-se 50 ml de água destilada à ampola de decantação e procedeuse como descrito no ponto 4. Separou-se novamente a fase aquosa da fase
orgânica. Repetiu-se este ponto segunda vez.
8 – Adicionou-se 50 ml de bicarbonato a 5% na ampola de decantação. Agitouse ligeiramente a ampola de decantação, invertendo-a e abrindo regularmente
a torneira para libertação de gases formado no interior da ampola. Repetiu-se o
procedimento durante cerca de 1 minuto.
9 – Deixou-se a ampola de decantação em repouso até separação das duas
fases. Separou-se a fase orgânica da fase aquosa.
10 – Lavou-se novamente a fase orgânica com 50 ml de água destilada,
repetindo o ponto 7.
11 – Transferiu-se a fase orgânica para um erlenmeyer seco e adicionou-se
aproximadamente 3 g de sulfato de sódio. Agitou-se a fase orgânica até a
solução ficar completamente límpida.
12 – Filtrou-se a fase orgânica através de um funil para um copo previamente
pesado. Pesou-se a fase orgânica de modo a calcular o rendimento da
reacção.
13 – Procedeu-se à destilação do cloreto de t-butilo utilizando aquecimento
brando, para um erlenmeyer previamente pesado e resfriado com gelo.
14 – Anotou-se o ponto de ebulição do composto, a temperatura do banho e o
peso do destilado.
4.Tratamento de Resultados
4.1-Cálculos prévios
1. 50 ml de solução de NaHCO3 5% (m/m) 5% x 50 = 2,5 g
4.2 – Resultados da síntese
Tabela 2- Resultados Obtidos
Massa de fase orgâ nica
Temperatura de destilaçã o
4,16g
49ºC
4.3 – Mecanismo e Rendimento da Reação
Mecanismo da reação
1º Passo
Figura 1- Mecanismo da reação passo 1
Figura
2- Mecanismo da reação passo 1
2º Passo
Figura 3- Mecanismo da Reação Passo2
Massa de destilado
2,37g
Rendimento da reação
Dados:
p (𝑡−𝑏𝑢 tan 𝑜𝑙) = 780,4 g/dm 3
p (𝑡−𝑏𝑢𝑡𝑖𝑙𝑜) = 840 g/dm 3
M (𝑐𝑙𝑜𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑡−𝑏𝑢𝑡𝑖𝑙𝑜) = 92,57 g/mol
M (𝑡−𝑏𝑢 tan 𝑜𝑙) = 74,122 g/mol
Cálculos :
𝑝=
𝑚
𝑉
(=) 𝑚 = 𝑝 × 𝑉 (=) 𝑚 = 0,781 × 10 (=) 𝑚 = 7,81𝑔 de álcool t-butílico
𝑚
7,81
𝑚 = 𝑛 × 𝑀 (=) 𝑛 = 𝑀 (=) 𝑛 = 74,12 (=) 𝑛 = 0,105𝑚𝑜𝑙 de álcool t-butílico
Massa teórica de cloreto de t-butilo na reação
𝑚 = 𝑛 × 𝑀 (=) 𝑚 = 0,105 × 92,57 (=) 𝑚 = 9,72 𝑔 de cloreto de t-butilo
Rendimento da reação
𝜂=
𝑚𝑟𝑒𝑎𝑙
2,37
× 100% (=) 𝜂 =
× 100% (=) 𝜂 = 24,4%
𝑚𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
9,72
A reação que forma cloreto de t-butilo a partir de t-butanol é uma Substituição
Nucleofílica Unimolecular (SN1), uma vez que ocorre, inicialmente, a formação
de carbocatião, ao contrário da reação SN2 e a temperatura de destilação
(49ºC) é menor caso se tratasse de uma reação de Eliminação).
O rendimento desta reação foi 24,4%, rendimento significativamente baixo, e
por essa razão, classifica-se como pouco rentável.
5.Conclusão
A partir dos resultados obtidos, com enfase no rendimento da reação
supracitado no tópico 4.3, concluiu-se que a reação em estudo é pouco
rentável, ou seja, seu rendimento de 24,4% é bastante baixo em relação ao
pretendido teoricamente. Porem, o estudo permitiu obter conhecimentos sobre
os tipos de reações de substituição, nomeadamente SN1 e SN2, e eliminação
que envolvem o processo de formação síntese de cloreto de t-butilo por
substituição nucleofílica.
Isso, por sua vez, destaca como justificação do baixo rendimento uma margem
de erro possível em momentos de manuseamento, como a separação da fase
líquida da ampola de decantação, ao levar em consideração os valores da
massa do destilado e da massa orgânica, tais estes que foram um pouco
abaixo do valor esperado.
Bibliografia
-Marques, J. A., Borges, C. P. F., Práticas de Química Orgânica, Ed. Átomo,
2007, p. 191-193. Solomons, T.W.G.; Craig, B. F. Química Orgânica. 8ª Ed.
Vol. 1. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Solomons, T.W. G. Química orgânica. Rio de
Janeiro: LCT, 1983. v. 1
Trabalho prático nº8 - Síntese do Cloreto de t-Butilo, R. Antunes, I. Matos,
Laboratórios II, 2021-2022
- Quimica Organica Experimental.indd (ufs.br)