Preparação de haletos

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Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Instituto de Ciências Exatas 
Departamento de Química 
Preparação de haletos de alquila 
Disciplina: Química Orgânica Experimental- IC 357
Turma: P22
Docentes: Silas Varella Fraiz Júnior
 Aurélio Baird Buarque Ferreira
Discente: Isabelle Silva do Nascimento
Matrícula:201602014-6
Introdução Teórica
 Haletos de alquila são compostos nos quais um átomo de halogênio (flúor, cloro, bromo ou iodo) substitui um átomo de hidrogênio de um alcano. Eles são classificados como primários, secundários ou terciários, baseado no átomo de carbono ao qual o halogênio está diretamente ligado.
 Um dos métodos para de obtenção de haletos de alquila é a halogenação de alcanos por meio de reações de substituição nucleofílica. Esse tipo de reação varia entre a SN1 e SN2(substituição nucleofilica unimolecular bimolecular, respectivamente).
 As reações de SN2 são caracterizadas por acontecer em uma única etapa, sem formação de intermediários, com o nucleófilo se aproximando pelo lado oposto ao grupo de saída. Quando o nucleófilo se aproxima de um lado da molécula para se ligar ao carbono, o halogênio ou tossilato sai por outro lado, invertendo a configuração estereoquímica da molécula.
 Já as reações de substituição unimolecular ocorrem em duas etapas. A primeira consiste na ruptura da ligação carbono-Grupo de saída, formando um intermediário reativo chamado de carbocátion. A segunda etapa é caracterizada pela formação da ligação Carbono-Nucleófilo, fornecendo o produto final.
Objetivo
Obter o bromobutano a partir do butanol via reação de substituição nucleofílica bimolecular (SN2)
Preparar cloreto de terc-butila partindo do álcool terc-butílico por meio da substituição nucleofílica unimolecular (SN1)
Materiais e reagentes
Equipamentos de laboratório e vidrarias 
Becker;
Balão de fundo redondo;
Manta de aquecimento;
Mangueira para fluxo de água;
Condensador;
Garras;
Unha de destilação;
Balança;
Almofariz e pistilo;
Suporte universal;
Funil de separação; 
Proveta;
Funil de vidro comum;
Tubo de ensaio;
Argola;
Reagentes
Butanol;
KBr pulverizado;
HCl (conc.);
Na2CO3 10%;
CaCl2 anidro;
Álcool terc-butílico
NaSO4
AgNO3
Procedimento experimental 
Preparação do Bromobutano
Colocou-se 10 mL de butanol em um balão de destilação; 
Aos poucos e com agitação constante, foram adicionados 20 mL de H2SO4 concentrado
Adicionou-se 25 mL de água gelada
Colocou-se 15,035g de KBr pulverizado em almofariz 
Colocou-se o balão, com o fundo seco, na manta de aquecimento
Foi adaptado ao balão um condensador de tubo reto
Após a deposição de todo o líquido no Becker, retirou-se o adaptador da superfície da água. 
Transferiu-se a mistura que continha o produto para um funil de separação
Separou-se o bromobutano da água 
O produto foi lavado duas vezes com 10 mL de H2SO4
Lavou-se também com 10 mL de solução aquosa de Na2CO3
Por último, foi lavado duas vezes com água destilada
Retirou-se o resíduo de água colocando o bromobutano em CaCl2
Filtrou-se a solução em funil de vidro seco e coletou-se o filtrado em uma proveta;
Preparação do cloreto de terc-butila
Colocou-se 19,0 mL de álcool terc-butílico em um funil de separação de 250 mL
Adicionou-se 45 mL de HCl concentrado, 
Agitou-se o funil e abriu-se a torneira a fim de aliviar a pressão da solução;
Repetiu-se o passo anterior quatro vezes em intervalos de 5 minutos,
A solução foi deixada em repouso até que as fases estivessem separadas.;
Descartou-se a fase ácida que se depositava na parte inferior do funil;
A solução foi lavada 2 vezes com 10 mL de NaHCO3;
Lavou-se 2 vezes com 10 mL de água destilada;
Secou-se o produto com Na2SO4 anidro;
Filtrou-se o líquido em um funil de vidro seco;
Coletou-se o cloreto de terc-butila em uma proveta seca
Realizou-se o teste de confirmação adicionando gotas de AgNO3 em um tubo de ensaio contendo uma alíquota do produto final 
Resultados e discussões 
Preparação do bromobutano
Mecanismo para a reação 
 Figura 1: Mecanismo de uma reação de substituição bimolecular
Adição de ácido sulfúrico 
A presença do composto ácido permite a protonação prévia da hidroxila, tornando-a um bom grupo abandonador (H2O neutra). Se não houvesse acidificação do meio não haveria substituição, uma vez que, a hidroxila, uma base forte, não possui as características de um bom grupo de saída.
Utilização de carbonato de sódio na purificação 
O uso desse reagente em detrimento de NaOH se dá pelo fato que esse segundo pode atuar como nucleófilo da reação de SN2, fazendo com que o produto final retorne à classificação de álcool. 
Cálculo do rendimento 
Dados:
Volume de n-butanol= 10mL 
Densidade= 0,81 g/mL
Volume de 1-bromobutano obtido = 8,0 mL
Densidade= 1,27 g/mL 
MMbutanol=74,1 g/mol
MMbromobutano=137 g/mol
 Rendimento teórico Rendimento real 
V=m/d N=m/MM V=m/d N=m/MM 
10=m/0,81 N=8,1/74,1 8,0=m/1,27 N=10,16/137
m=8,1g Nbutanol=0,1093 mols m= 10,16g Nbromobutano= 0,07416 mols 
 
 Rendimento (%)
 0,1093 ──100% R=67,85%
 0,07416 ── R
Preparação do cloreto de terc-butila
Mecanismo da reação 
 Figura 2:Mecanismo de uma reação de substituição unimolecular
Rendimento da reação
Dados:
Volume de álcool t-butílico=19 mL
Densidade= 0,79 g/mL
MM=74,1 g/mol
Volume cloreto de t-butila obtido= 15 mL 
Densidade= 0,8 g/mL
MM=92,6 g/mol
 Rendimento teórico Rendimento real (%)
v=m/d N=m/MM V=m/d N=m/MM
19=m/0,79 N=15,01/74,1, 15=m/0,8 N=12/92,6
M=15,01g Nálcool=0,2026 mol m=12g N=0,1296
 Rendimento (%)
 0,2026 ──100% R=63,97%
 0,1296 ── R
 
Teste de confirmação
A identificação do cloreto de t-butila foi feita a partir de uma reação de precipitação, na qual o íon cloreto reage com o íon prata dando origem a um sal insolúvel, o cloreto de prata (AgCl). Como todos os íons dissociados foram eliminados em etapas anteriores, podemos afirmar que o cloreto do sal formado é proveniente do produto de substituição. 
 Figura 3: Teste de confirmação
Conclusão 
A partir de reações de substituição nucleofílicas de primeira e segunda ordem foi possível obter haletos de alquila desejados com um rendimento relativamente satisfatório frente aos inúmeros fatores que poderiam ocasionar erros como contaminação do material e possível manuseio inadequado dos equipamentos laboratoriais.
Embora as reações de substituição unimolecular aconteçam em duas etapas distintas, a prática para obtenção do cloreto de terc-butila ocorreu em uma velocidade muito maior comparada à obtenção do 1-bromobutano. A explicação desse fato se dá pela reatividade do carbocátion, formado na primeira etapa da SN1 e também devido ao processo de tratamento do substrato da SN2 – etapa de protonação- que originou, posteriormente água na solução. Essa mistura, portanto, foi submetida à processos de separação, fazendo com que o processo, como um todo, fosse mais longo.
Referências 
MEDEIROS, E. Síntese do Cloreto de t-Butila. Universidade Federal do Rio Grande do Norte; 2009; Disponível em <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAepgUAC/qui-0341-sintese-cloreto-t-butila>.Acesso em 2 de outubro de 2017
SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 1, oitava ed. LTC, 2008
MCMURRY, John. Química Orgânica, vol.1, sexta ed. Thomson,2006