Relatório 5 - Sn1

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UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá 
IFQ – Instituto de Física e Química 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experimento 5 – Síntese de Cloreto de tert-butila 
 
 
 
 
 
QUI038 – Química Orgânica Experimental I 
Professor Maurício Santos 
 
 
Lucas Raposo Carvalho 23872 
Thiago Cabral Gianoti 24955 
 
 
29 de Novembro de 2013 
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OBJETIVOS 
 O objetivo desse experimento foi realizar a síntese completa do cloreto de tert-butila e 
confirmar sua formação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
As substituições nucleofílicas são reações em que uma espécie nucleófila (espécie 
química que é atraída por carga positiva) substitui uma espécie eletrófila (espécie que sofre 
atração por carga negativa) em um determinado substrato. Quanto ao seu mecanismo, essas 
reações, em geral, são subdivididas em dois tipos: 
 Reações Unimoleculares (SN1) 
 Reações Bimoleculares (SN2). 
As reações SN1 ocorrem em duas etapas. Na primeira etapa, há a ionização do substrato, 
gerando então um carbocátion. Essa etapa é considerada a etapa determinante da velocidade 
de reação, sendo esta mais demorada e de maior energia de ativação se comparada à segunda 
etapa. Já a segunda etapa da substituição nucleofílica, corresponde ao ataque do nucleófilo ao 
carbocátion, gerando então o produto esperado. Esta não interfere na velocidade da reação, 
sendo considerada a etapa rápida no mecanismo de reação. O nucleófilo não interfere na 
velocidade da reação SN1, ela segue a seguinte lei: 
 V = k[substrato] 
Os solventes ideais para esse tipo de reação são os polares próticos 
As reações SN2 ocorrem em apenas uma etapa. O tipo ideal de solvente para este tipo 
de reação são os polares apróticos. Na reação SN2, o nucleófilo ataca o carbono na posição anti 
ao grupo de saída, nesse momento o carbono passa a fazer 5 ligações, sendo duas delas 
parciais, acarretando assim na inversão da configuração do carbono tetraédrico após ser 
completa a substituição. A velocidade deste tipo de reação depende da concentração do 
nucleófilo e do substrato, seguindo a seguinte lei: 
 V = [substrato][nucleófilo] 
O seguinte relatório descreve o experimento realizado em laboratório, em que a partir do 
álcool tert-butílico tem-se o intuito de formar o cloreto de tert-butila, através de uma reação de 
substituição nucleofílica unimolecular. 
 
 
 
 
 
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METODOLOGIA 
1. Vidrarias e equipamentos: 
- Balança analítica; 
- Funil de separação de 125 mL; 
- 2 tubos de ensaio; 
- Papel de filtro; 
- 3 erlenmeyers de 100 mL; 
- 1 proveta de 100 mL. 
2. Substâncias químicas: 
- Álcool tert-butílico ((CH3)3COH); 
- Ácido clorídrico (HCl) concentrado (35%); 
- Ácido nítrico (HNO3) 5%; 
- Bicarbonato de sódio (NaHCO3); 
- Nitrato de prata (AgNO3) a 5%; 
- Água destilada; 
- Sulfato de magnésio (MgSO4). 
3. Metodologia: 
 Para fazer a síntese do cloreto de tert-butila, mediu-se, em massa, 0,08 mol de álcool 
tert-butílico, adicionando essa massa a um funil de separação de 125 mL. Ao funil de separação, 
adicionou-se um volume da solução de HCl correspondente a 0,28 mol da substância. Agitou-se 
a mistura por 3 minutos (aliviando a pressão após pequenos intervalos de tempo) e ela foi 
deixada em repouso por 7 minutos. Observou-se a formação de duas fases. 
 A camada inferior, corresponde à fase aquosa, foi descartada em um erlenmeyer, 
deixando somente o cloreto de tert-butila no funil. O haleto orgânico foi lavado com bicarbonato 
de sódio a 5%, gerando uma nova fase aquosa. Essa nova fase aquosa foi novamente retirada 
e o cloreto foi lavado com 5 mL de água destilada. 
 A fase aquosa final foi retirada e fase orgânica foi coletada em outro erlenmeyer. Uma 
pequena quantidade de sulfeto de magnésio foi adicionada ao líquido. Fazendo uso de um funil 
de colo curto e de um papel de filtro, o material obtido foi filtrado e armazenado em um tubo de 
ensaio. 
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 Com objetivo de confirmar a presença do cloreto na solução filtrada, a solução filtrada foi 
diluída em 3 mL de uma solução etanólica a 5% de KOH. A solução foi aquecida, então, durante 
2 minutos. A solução contida no tubo foi resfriada e a ela foi adicionada uma solução aquosa de 
HNO3 (ácido nítrico) a 5%, agitando por 30 segundos. A essa solução resultante, caso não 
estivesse turva, foram adicionadas duas gostas de uma solução de nitrato de prata 5%, de modo 
que a formação de um precipitado gelatinoso branco indicaria a presença do cloreto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 A reação de síntese do cloreto de tert-butila é um exemplo de reação do tipo SN1, que é 
uma reação de Substituição Nucleofílica Unimolecular. A reação de síntese do cloreto não 
poderia ser do tipo SN2, pois o nucleófilo não teria espaço para interagir com o eletrófilo em 
questão, devido ao impedimento estérico gerado pelos grupos metila ligados ao carbono central, 
como mostra a seguinte figura, gerada no software ChemDraw Ultra 7.0: [1] 
 
(Figura 1: Demonstração do impedimento estérico presente em um álcool terciário). 
 Logo, a reação preferia é do tipo SN1, como mencionado anteriormente. Além disso, o 
carbocátion gerado na reação é de relativa estabilidade (carbocátion terciário), pelo fato do grupo 
metil ser um doador de elétrons por indução, estabilizando a carga positiva. [1] 
 O mecanismo dessa reação envolve, principalmente, a formação de um carbocátion de 
relativa estabilidade pelo solvente polar prótico presente, que é a etapa de menor velocidade da 
reação. Após a formação do carbocátion, o eletrófilo sofre o eventual ataque do nucleófilo, que 
é a etapa de maior velocidade da reação. [1] 
 Além disso, há alguns detalhes a serem mencionados no decorrer do processo, como a 
adição de NaHCO3 (bicarbonato de sódio) e a adição de CaCl2 (cloreto de cálcio) ou, no caso 
desse experimento, MgSO4 (sulfato de magnésio). 
 Primeiramente, considerando que é colocado no meio reacional um excesso de uma 
solução de HCl (ácido clorídrico), é necessário retirar os íons hidrônio (H3O+) e os íons cloreto 
(Cl-) da solução gerada do cloreto. O bicarbonato de sódio é usada precisamente para esse fim, 
já que sua reação com o íon hidrônio libera água e gás carbônico, como mostra a reação 
abaixo:[1] 
)(2)(2)()()(3 glaqaqaq COOHNaClHClNaHCO 
 
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 Além disso, como foi mostrado na reação acima e como será mostrado no mecanismo de 
reação da substituição nucleofílica, há formação de água no decorrer de todo o processo, e 
objetivou-se retirar a quantidade máxima de água do cloreto sintetizado ao final do processo. 
 Para que isso ocorresse, foi usado um agente secante (no caso, o sulfato de magnésio), 
que, em contato com a água, gera a seguinte reação: [3] 
)(42)(2)(4 aqls MgSOOnHOHMgSO 
 
 Como demonstrado na equação acima, o sulfato de magnésio, ou qualquer outro agente 
secante, em contato com a água, provoca sua adsorção na forma de águas de hidratação. 
 A reação toda será demonstrada pelo esquema abaixo, gerado no software ChemDraw 
Ultra 7.0: 
 
(Figura 2: Reação do tipo SN1 para formação do cloreto de tert-butila) [1] 
 A figura acima, que demonstra a parte da síntese orgânica do cloreto de tert-butila, 
acompanhada das outras reações descrita e explicadas acima, compreendem o mecanismo da 
reação de produção do cloreto. 
 No decorrer do processo de síntese do cloreto, observou-se (principalmente na etapa de 
adição do agente secante – Sulfato de Magnésio) que a quantidadede cloreto produzida diminui 
consideravelmente, gerando, finalmente, uma quantidade extremamente baixa de produto para 
análises posteriores. Essa baixíssimo rendimento de produto pode ter sido causado pela 
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secagem do Sulfato de Magnésio, já que, ao final da reação de secagem, todo o líquido presente 
no recipiente se tornou branco, coloração característica do sulfato de magnésio hidratado. Sendo 
assim, pode-se inferir que, por alguma razão específica, o sulfato de magnésio teria adsorvido 
moléculas do haleto na sua estrutura. 
 O teste de identificação do cloreto presente no composto orgânico envolve uma simples 
identificação analítica de ânions cloreto em solução, utilizando, como substância principal, um 
sal de prata (Ag+) em solução, nesse caso, o nitrato de prata (AgNO3). 
 Primeiramente, ao adicionar uma solução etanólica de hidróxido de potássio (KOH) ao 
cloreto, o etanol provoca a cisão heterolítica da ligação C-Cl presente no cloreto, gerando uma 
solução do álcool original (álcool butílico) com o sal gerado de cloreto de potássio. A adição 
posterior de ácido nítrico diluído (HNO3 a 5%) está intrinsicamente ligada à condição de 
observação do teste, pois o sólido formado no final da reação é bem visível em uma solução 
desse ácido diluído. Por fim, com os íons cloreto (Cl-) em solução, adicionou-se uma solução de 
nitrato de prata, para que pudesse ser observada a formação de um precipitado branco e 
gelatinoso de cloreto de prata. [3] 
 A reação completa do texto do íon cloreto, para a substância orgânica em questão, será 
mostrado abaixo (figura gerada no software ChemDraw Ultra 7.0): 
C Cl + KOH(et) +
O
H
C + KOH(et)
(l)
+ Cl-(et)
Primeira etapa: cisão heterolítica do cloreto de tert-butila pelo solvente (etanol).
Segunda etapa: Formação das novas espécies em solução etanólica.
C + Cl
-
(et) + K
+ (et) + OH
- (et) C OH + KCl(et)
Terceira etapa: Adição de ácido nítrico à solução, com adição posterior de nitrato de prata.
KCl(et) + HNO3(aq) AgNO3(aq)+ KNO3(et) + AgCl(et) HNO3(et)+
Cloreto de prata: precipitado
branco gelatinoso
O ácido nítrico foi usado e depois produzido, logo, pode-se afirmar que serve, principalemente, para tornar 
possível a observação do sólido
 
(Figura 3: Reação de identificação do ânion Cl- no cloreto de tert-butila) [3] 
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 Considerando o baixíssimo rendimento obtido de cloreto, a reação de identificação do 
cloreto passou por algumas alterações. Essas alterações envolveram, basicamente, o uso de 
todo o produto disponível, e o uso de uma algodão molhado com o haleto formado. 
 Uma reação alternativa de identificação de formação de cloreto envolveria adicionar uma 
solução etanólica de ácido nítrico ao haleto, ocorrendo assim a formação de um sal orgânico 
(nitrato de tert-butila) e ácido clorídrico. Essa solução, quando em contato com metais da família 
dos alcalinos terrosos (2A, como o Magnésio), resultaria na formação de gás hidrogênio e o 
cloreto do respectivo metal, como mostra a reação abaixo: 
)(2)(2)()(2 gaqsaq HZnClZnHCl 
 
 Por fim, as quantidades adicionadas do álcool tert-butílico e de HCl a 35%, em gramas, 
foram calculadas utilizando o valor de massa molar das substâncias e sua densidade, quando 
aplicável. Para o álcool tert-butílico, cuja massa molar é de aproximadamente 74 g/mol [4], 
utilizou-se o seguinte cálculo para calcular a massa do álcool em 0,08 mol dele: 
ggMMnm 6~92,5)74()08,0( 
 
 Logo, adicionou-se uma massa aproximada de 6 g do álcool tert-butílico. Para a massa 
de ácido clorídrico, utilizou-se sua massa molar, aproximadamente igual a 36,4 g/mol [2] e a 
densidade da solução (1,17 g/mL), realizando o seguinte cálculo para saber a volume contido 
em 0,28 mol de HCl: 
mLmL
d
m
V
gMMnm
9~71,8
)17,1(
)192,10(
192,10)4,36()28,0(


 
 Logo, como a concentração de HCl não importa para a reação em questão, como foi 
discutido anteriormente, utilizou-se um leve excesso de ácido clorídrico, correspondendo a 9 mL 
de solução. 
 
 
 
 
 
 
 
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DADOS DAS SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS ENVOLVIDAS 
- Ficha técnica do álcool tert-butílico: [4][5] 
Tabela 1: Álcool tert-butílico - Características. 
Nome IUPAC 2-Metilpropan-2-ol; tert-butanol 
Nome usual Álcool tert-butílico 
Número CAS 75-65-0 
Fórmula linha-ângulo 
H3C
C
H3C
OH
H3C
 
Fórmula molecular C4H10O 
Ponto de fusão 25,7° C 
Ponto de ebulição 82,41° C 
Densidade (a 20° C) 0,78581 g/cm³ 
Solubilidade (a 25° C) 
Miscível em ésteres e hidrocarbonetos alifáticos e 
aromáticos. Em água: 1.106 mg/L 
Segurança 
Evitar o contato com pele e olhos. Evitar inalação do 
vapor. Manter afastado de fontes de ignição. Em caso 
de incêndio, usar água, espuma, CO2 ou pó. 
Toxicidade 
Toxicidade aguda: DL50 (oral, rato): 2,743 mg/kg. DL50 
(dérmico, coelho): >2,000 mg/kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
 A síntese do cloreto de tert-butila foi feita com êxito e a presença do cloreto em solução 
foi efetivamente identificada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
[1] Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Wothers, P. Organic Chemistry. Oxford: New York, 
2007. 1512 pp. 
[2] ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o 
meio ambiente. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 965 p. 
[3] Skoog, D. A; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica. 8ª 
ed., Thomson: São Paulo, 2007. 1124 pp. 
[4] tert-Butyl Alcohol – Compound Summary. Disponível em: 
<http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=6386#x27>. Acesso em: 5 de 
Dezembro de 2013. 
[5] MSDS - 2-metil-2-propanol. Disponível em: 
<http://www.sigmaaldrich.com/MSDS/MSDS/DisplayMSDSPage.do?country=BR&language=pt&
productNumber=471712&brand=SIAL&PageToGoToURL=http%3A%2F%2Fwww.sigmaaldrich.
com%2Fcatalog%2Fproduct%2Fsial%2F471712%3Flang%3Dpt>. Acesso em: 5 de Dezembro 
de 2013.