Relatório Preparação do Cloreto t-Butila

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE ENGENHARIA
CAMPUS VÁRZEA GRANDE
ENGENHARIA QUÍMICA
RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA X:
PREPARAÇÃO DO CLORETO DE t-BUTILA
CECÍLIA MATTAR
KARINA GARCIA MARETI 
LUIS FERNANDO DE SOUZA CARVALHO
RAFAEL CARRACEDO OZELAME 
TAYLA LARISSA ROCKENBACH
Cuiabá, 2017
INTRODUÇÃO
Haletos de alquila são compostos orgânicos em que um ou mais átomos de hidrogênio do alcano são substituídos por átomos de flúor, cloro, bromo ou iodo. O método mais comum utilizado na preparação de haletos é o uso de álcool anidro reagindo com ácido clorídrico, fluorídrico ou iodídrico, em uma reação de substituição nucleofílica[1]. 
O cloreto de t-butila (C4H9Cl) é um composto orgânico líquido e incolor à temperatura ambiente, sendo moderadamente solúvel em água. As aplicações desse composto se dão na preparação de agroquímicos e de outros compostos orgânicos, como álcoois. Pode ser sintetizado a partir de uma reação de substituição nucleofílica de 1ª ordem, SN1, com o álcool terciário t-butanol, visto que álcoois terciários podem ser facilmente transformados em cloretos de alquila pela adição de ácido clorídrico concentrado[1].
Substituições nucleofílicas (SN) são aquelas em que o grupo que entra fornece um par de elétrons para nova ligação covalente e o grupo que sai leva consigo o par de elétrons da ligação quebrada. A SN pode ocorrer de dois modos: Substituição Nucleofílica Bimolecular (SN2) ou Substituição Nucleofílica Unimolecular (SN1), dependendo da velocidade que um certo haleto de alquila e um nucleófilo reagem[2].
A primeira ocorre através de um mecanismo direto, onde o ataque do nucleófilo (Nu) acontece simultaneamente à saída do grupo abandonador (G), ou seja, a ligação Nu-carbono vai se formando enquanto a ligação carbono-G vai se rompendo. É o mecanismo mais operante para substratos primários, como na preparação do brometo de n-butila a partir do 1-butanol[3].
Esse processo ocorre principalmente nos haletos primários (haletos de etila) e haletos de metila. Esse fato é perfeitamente explicável se levarmos em consideração que os haletos de etila e metila formam carbocátions muito instáveis, justificando a simultaneidade da reação. A reação é elementar e, por ter uma única etapa, sua velocidade depende dos 2 componentes que participam da reação, o haleto de alquila e o nucleófilo[3].
Já na segunda, este mecanismo se desenvolve em duas etapas e envolve a participação de um carbocátion como intermediário reativo. Na primeira etapa (lenta), ocorre a ruptura da ligação carbono-G, gerando o carbocátion; na segunda etapa (rápida) a ligação Nu-carbono é formada fornecendo o produto de substituição. Este é o mecanismo mais adequado para substratos que formam carbocátions estáveis, como na preparação do cloreto de t-butila a partir do t-butanol[3].
Esse mecanismo ocorre principalmente nos haletos terciários, pois, neste caso, o carbocátion formado é bastante estável. Essa maior estabilidade do carbocátion terciário é justificada pelos efeitos indutivos negativos dos grupos alquilas, a ele ligados. Ademais, a velocidade global da reação dependerá só da primeira etapa da reação, que é a etapa lenta do processo, isto é, dependerá apenas da concentração do haleto, e não dependerá da concentração da hidroxila[3].
OBJETIVO
Preparar o cloreto de t-butila a partir do álcool t-butílico.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e reagentes utilizados
As vidrarias e materiais utilizados no experimento estão descritos na Tabela 1.
Tabela 1: reagentes e materiais utilizados no experimento
	Ácido clorídrico concentrado;
	Proveta de 25 e 100 mL;
	Álcool t-butílico;
	Manta elétrica de 125 mL;
	Sol. alcoólica de AgNO3 a 5%;
	Espátula;
	Sol. bicarbonato de sódio a 5%;
	Termômetro de 100o C;
	Sulfato de sódio anidro;
	Tubo de ensaio;
	Balão de fundo redondo de 125 mL;
	Algodão;
	Pedrinhas de porcelana;
	Pipeta de 1 mL;
	Condensador de Liebig;
	Funil;
	Funil de separação de 250 mL;
	Anel de ferro;
	Erlenmayer de 125 mL;
	Garras;
	Água destilada;
	Manta aquecedora;
Procedimento experimental
Para iniciar o experimento, preencheu-se um funil de separação com 33mL de álcool t-butílico e 85 mL de ácido clorídrico concentrado e agitou-se a mistura durante 20 minutos, de tempo em tempo abriu-se a válvula do funil para liberação dos gases gerados na reação. Colocou-se o funil em repouso até a visualização, nítida, das fases geradas. A parte ácida foi retirada e deixada de lado. Lavou-se o halogeneto com 20 mL de solução de bicarbonato de sódio 5% e, posteriormente, com 20 mL de água destilada. Secou-se o produto com sulfato de sódio anidro.
Decantou-se o líquido seco, com auxílio de algodão, para o balão de 125 mL. Foi adicionada porcelana ao balão e, com auxilio do aparato de destilação, a mistura foi destilada. Por fim, o teste de confirmação foi realizado: em um tubo de ensaio com 0,1 mL de halogeneto e 2 gotas de solução alcoólica de nitrato de prata, observou-se a formação de precipitado branco.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foram adicionados em um funil de separação 33mL de álcool t-butílico e, após a adição de 85mL de ácido clorídrico concentrado, este foi agitado durante 20 minutos, tendo sua válvula aberta periodicamente para a liberação dos gases que poderiam exercer pressão no interior do balão.
A agitação do funil foi necessária para que as moléculas de ácido clorídrico e álcool t-butílico se chocassem efetivamente, possibilitando uma reação de substituição nucleofílica do tipo SN1, visto que no choque efetivo as moléculas absorvem a quantidade de energia mínima necessária para a formação de um estado intermediário entre os reagentes e os produtos. Nessa estrutura, as ligações dos reagentes estão enfraquecidas e as dos produtos estão sendo formadas [4]. A substituição nucleofílica realizada está representada no conjunto de reações abaixo:
Feito isto, a mistura foi deixada em repouso, para que a fase ácida pudesse ser separada da fase orgânica, que era constituída por uma mistura de álcool t-butílico e cloreto de t-butila. A fase ácida foi descartada, esta se encontrava na fase inferior da mistura visto que as densidades do ácido clorídrico, álcool t-butílico e cloreto de t-butila são respectivamente 1,1789g/cm3[5] 0,786g/cm³[6] e 0,815g/mL[7].
A fase orgânica foi tratada com 5mL de solução de 5% de bicarbonato de sódio e 20mL de água, isto foi feito para remover os resquícios de ácido clorídrico que ainda poderiam estar em meio a mistura, por meio de sua desprotonação, facilitando sua miscibilidade em água[8].
Após isso, a solução foi lavada com sulfato de sódio anidro, que agiu como agente secante, absorvendo qualquer vestígio de água que poderia estar em meio à fase orgânica.
O último passo da síntese foi a destilação da fase orgânica. Os pontos de ebulição do t-butanol e cloreto de t-butila são respectivamente 83ºC[6] e 51ºC[7], sendo assim, a mistura, após ser devidamente filtrada, foi depositada em um balão com pedras de porcelana em seu interior, e este foi acoplado a uma manta de aquecimento e a um aparato de destilação, a temperatura foi devidamente ajustada e a destilação durou 17 minutos.
A massa de cloreto de t-butila obtida na destilação foi de 19,9854g, foram utilizados 33 mL de t-butanol, isto corresponde a cerca de 25,41g de t-butanol que é equivalente a 0,34 mol de t-butanol, é possível observar nas reações (I) (II) e (III) que a relação entre produtos e reagentes é de 1 para 1, sendo assim, o rendimento esperado de cloreto de t-butila também era de 0,34 mol, que equivalem a 31,745g, portanto, o rendimento real foi de 62,9526%.
	O teste de identificação de cloreto de prata também foi realizado com sucesso, sem necessidade do aquecimento do halogeneto. Ao adicionar duas gotas de nitrato de prata ao cloreto de t-butila, um precipitado branco foi formado, este precipitado é cloreto de prata, e sua obtenção está descrita na reação abaixo:Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s) (IV)
CONCLUSÃO
Após a aula prática é possível concluir que a preparação do cloreto de terc-butila através de mecanismo SN1 a partir de seu álcool correspondente (álcool terc-butílico) é satisfatória, já que após a destilação para obtenção do produto de forma pura, o teste de identificação com cloreto de prata teve êxito – antes mesmo do aquecimento.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe3mgAA/sintese-cloreto-tercbutila>. Acesso em: 12/04/2017
[2] Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAemgQAL/sintese-cloreto-t-butila>. Acesso em: 12/04/2017
[3] Disponível em: <http://aperfeicoamentoemquimica.blogspot.com.br/2012/05/substituicao-nucleofilica-sn1-e-sn2.html>. Acesso em: 12/04/2017
[4] ATKINS, P.W.; SHRIVER, D.F. Química Inorgânica; 4ª edição; São Paulo: Bookman, 2008.
[5] Disponível em: <http://www.handymath.com/cgi-bin/hcltble3.cgi?submit=Entry> Acesso em: 08/04/2017
[6] Disponível em:<http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.6146.html?r id=67f131e-45f5-4191-9bd5-8c9abf310f2e> Acesso em: 10/04/2017
[7] Disponível em:<http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.10054.h tml?rid=d2094305-9335-465c-ad5a-1b717983ec6a> Acesso em: 09/04/2017
 	[8] Disponível em: < https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/255018/mod_res our ce/content/1/extract_2012.pdf>. Acesso em: 08/04/2017
ANEXO
Questionário
Determinar o rendimento obtido após a destilação
O rendimento real é de 62,956%.
Escrever o mecanismo de obtenção do cloreto de t-butila
Este método poderia ser empregado na obtenção do cloreto de butila? Explique sua resposta
Para a formação do cloreto de t-butil foi usado seu álcool correspondente e o mecanismo SN1. A obtenção do cloreto de n-butila através desse mesmo método seria inexecutável, pois seu álcool correspondente, n-butanol, é inviável para produção do cloreto de n-butila com mecanismo SN1.
Qual é a ordem de reatividade dos ácidos halogenídricos e dos álcoois na reação de preparação de haletos de alquila?
A ordem de reatividade dos ácidos derivados de halogênios são:
HF - Ácido Fluorídrico 
HCl – Ácido Clorídrico
HBr – Ácido Bromídrico 
HI – Ácido Iodídrico 
HF > HCl > HBr > HI
O flúor tem eletronegatividade maior que a do Cloro, o Cloro que o Bromo e o Bromo do que o Iodo. Assim, o que tem maior afinidade por elétrons, possui mais facilidade de reagir. Nos haletos de alquila os halogênios são bons grupos retiradores de elétrons. Eles se afastam como um íon haleto. 
A reatividade dos álcoois varia de acordo com o tipo de álcool:
Primário > Secundário > Terciário