Laudo 1 Reatividade de alguns haletos de alquila

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRITO SANTO – IFES
COORDENAÇÃO DO CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA – CCLQ
QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL II
Professor(a): Hildegardo Seibert França
LAUDO TÉCNICO
TURMA: LQVV. GRUPO (G1 ou G2): G1.
PRÁTICA Nº: 01.
TÍTULO: REATIVIDADE DE ALGUNS HALETOS DE ALQUILA / PREPARAÇÃO DE HALETO DE ALQUILA.
NOME (ALUNA): POLIANA BORGES DE OLIVEIRA.
1. OBJETIVOS 
Parte 1: Essa prática tem como objetivo verificar algumas reatividades de diversos haletos de alquilas em reações de substituição nucleofílica. 
Parte 2: Preparar um haleto de alquila a partir de um álcool terciário.
2. MATERIAIS, REAGENTES E APARELHAGEM 
Parte1: Tubos de ensaios, pipetas Paster, solução de NaI em acetona a 15%, 2-clorobutano; 2bromopropano; 1-clorobutano; bromobutano; Bromobenzeno; tetracloreto de carbono diclorometano e nitrato de prata etanólico a 1%.
Parte 2: Álcool t-butílico, ácido clorídrico concentrado, funil de separação, bicarbonato de sódio a 5%, cloreto de cálcio anidro e equipamento de destilação simples.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Parte 1:
3.1 – Iodeto de Sódio em acetona 
 Rotule uma serie de 7 tubos de ensaios limpos e secos com números de 1 a 7. Em cada tubo de ensaio coloque 2 mL de uma solução de NaI em acetona a 15%. Agora, adicione 4 gotas de um dos seguintes haletos ao tubo de ensaio apropriado: (1) 2-clorobutano; (2) 2-bromopropano; (3) 1clorobutano; (4) bromobutano; (5) Bromobenzeno; (6) tetracloreto de carbono e (7) diclorometano. Evitar contaminação cruzada desses haletos.
Reação à temperatura ambiente: Depois de adicionar os haletos, agite bem o tubo de ensaio para garantir a mistura adequada do haleto de alquila e do solvente. Registre os tempos necessários para a formação de qualquer precipitado ou turvação.
Reação à temperatura elevada: Após cerca de 5 minutos, coloque quaisquer tubos de ensaio que não contenham um precipitado em um banho com água a 50ºC. Tenha o cuidado da temperatura não ultrapassar os 50ºC.
3.2. Experimento 2: Nitrato de prata em etanol
Rotule mais uma serie de 7 tubos de ensaios limpos e secos com números de 1 a 7. Adicione 2 mL de uma solução de nitrato de prata etanólico a 1%. Agora, adicione 4 gotas de um dos seguintes haletos ao tubo de ensaio na mesma sequência para o Iodeto de sódio. Evitar contaminação cruzada desses haletos.
Reação à temperatura ambiente: Depois de adicionar os haletos, agite bem o tubo de ensaio para garantir a mistura adequada do haleto de alquila e do solvente. Registre os tempos necessários para a formação de qualquer precipitado ou turvação. Registrar a intensidade da turvação. 
Reação à temperatura elevada: Após cerca de 5 minutos, coloque quaisquer tubos de ensaio que não contenham um precipitado em um banho com água a 100ºC. Depois de 1 minuto de aquecimento, resfrie os tubos de ensaios à temperatura ambiente e anote se tiver ocorrido alguma reação.
Parte 2:
Misture em um funil de separação 15 mL de álcool t-butílico e 35 mL de ácido clorídrico concentrado. Não tampe o funil. Cuidadosamente agite a mistura do funil de separação durante um minuto; tampe o funil e inverta-o cuidadosamente. Durante a agitação do funil, abra a torneira para liberar a pressão. Feche a torneira, tampe o funil, agite-o várias vezes e novamente libere a pressão. Agite o funil durante dois a três minutos, abrindo-a ocasionalmente (para escape). Deixe o funil em repouso até completa separação das fases. Separe as duas fases. A operação da etapa subsequente deve ser conduzida o mais rapidamente possível, pois o cloreto de t-butila é instável em água e em solução de bicarbonato de sódio. Lave a fase orgânica com 25 mL de água; separe as fases e descarte a fase aquosa. Em seguida, lave a fase orgânica com uma porção de 25 mL de bicarbonato de sódio a 5%. Agite o funil (sem tampa) até completa mistura do conteúdo; tampe-o e inverta-o cuidadosamente. Deixe escapar a pressão. Agite abrindo cuidadosamente para liberar a pressão, eventualmente. Agite durante um minuto, vigorosamente. Deixe separar as fases e retire a fase do bicarbonato. Lave a fase orgânica com 25 mL de água e novamente retire a fase aquosa. Transfira a fase orgânica para um erlenmeyer seco e adicione cloreto de cálcio anidro. Agite ocasionalmente o haleto de alquila com o agente dessecante. Decante o material límpido para um frasco seco.
4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 
Parte 1:
Experimento 5.1 com Iodeto de sódio em acetona
As reações com Iodeto em acetona são úteis para classificar haletos de alquila para reações SN2, pois o iodeto é um característico nucleófilo, porém é reversível pois apresenta uma basicidade semelhante ao do grupo de saída (Cl-), entretanto, quando na presença de acetona, torna-se solúvel, precipitando assim os íons cloreto e o sódio, conduzindo assim a reação de substituição direta, como é o caso. 
No experimento foram misturados 2 mL de uma solução NaI em acetona 15% com os haletos de alquila descritos no procedimento, os dados observados estão descritos na tabela abaixo.
Tabela 1 – Reações de NaI em acetona com os haletos de alquila em temperatura ambiente
	Tubos
	Reação
	Observações
	Após Δº
	1
	NaI em acetona + 2-clorobutano
	Não reagiu
	Não reagiu
	2
	NaI em acetona + 2-bromopropano
	Não reagiu
	Não reagiu
	3
	NaI em acetona + clorobutano
	Reagiu rapidamente (formou uma cor amarelada)
	-
	4
	NaI em acetona + bromobutano
	Reagiu lentamente (ficou turvo)
	-
	5
	NaI em acetona + bromobenzeno
	Não reagiu
	Formou um amarelado
	6
	NaI em acetona + tetracloreto de carbono
	Não reagiu
	Não reagiu
	7
	NaI em acetona + diclorometano
	Não reagiu
	Turvou
Nos tubos 1 e 2 não foram observadas nenhuma alteração, a não reação se dá pelo impedimento estérico. Os efeitos estéricos são causados pelos grupos que ocupam certo volume do espaço. Um efeito estérico que diminui a reatividade é chamado impedimento estérico. O impedimento estérico ocorre quando grupos estão no caminho do sítio de reação. Os haletos de alquila em questão são secundários, e apesar de sofrerem reações SN2, não foi observado nenhuma mudança em temperatura ambiente.
Ordem de reatividade dos haletos de alquila SN2:
Haleto de metila > haleto de alquila 1º > haleto de alquila 2º > haleto de alquila 3° Mais reativo
Menos reativo
Enquanto os tubos 3 e 4 sofreram reações, pois são haletos de alquila 1º, ou seja, mais reativos.
Reação no tubo 3: NaI em acetona + clorobutano
CH3CH2CH2CH2-Cl + Na+I- acetona CH3CH2CH2CH2I + Na+Cl-
Reação no tubo 4: NaI em acetona + bromobutano
CH3CH2CH2CH2-Br + Na+I- acetona CH3CH2CH2CH2I + Na+Br-
Ambas as reações ocorrem, porém, quanto mais fraca a basicidade de um grupo, melhor é a sua habilidade de saída. A razão da habilidade de saída depende da basicidade porque bases fracas são bases estáveis — elas recebem facilmente os elétrons que compartilhavam anteriormente com um próton. Como bases fracas não compartilham bem seus elétrons, uma base fraca não é ligada tão fortemente ao carbono como seria uma base forte, e uma ligação mais fraca é mais facilmente rompida.
Basicidades relativas dos íons haletoBase mais fraca, base mais estável. Melhor grupo de saída.
Base mais forte, base menos estável. Pior grupo de saída.
 I- < Br- < Cl- < F- 
Bases estáveis são melhores grupos de saída.
Logo, a reação do bromobutano ocorre mais rapidamente do que a reação do clorobutano.
Reação no tubo 5: NaI em acetona + bromobenzeno
O bromobenzeno é classificado como uma base fraca, portanto é um “nucleófilo pobre”, logo a reação não ocorre em condições normais, apenas após aquecida no bico de bulsen a reação pôde ser observada.
No tubo 6 não ocorreu nenhuma reação devido ao impedimento estérico, um haleto de alquila terciário é o menos reativo, portanto não sofre reação SN2.
Enquanto o tubo 7, contém um haleto de alquila secundário,
a reação ocorre de maneira lenta, apenas ao aquecer foi observada a formação de uma turbidez.
Experimento 5.2 com Nitrato de prata em etanol
Foram misturados 2 mL de uma solução de AgNO3 etanóico a 1% com os mesmos haletos de alquila usados no procedimento 5.1. Os resultados observados estão expressos na tabela abaixo:
Tabela 2 – Reações entre AgNO3 etanóico a 1% e haletos de alquila
	Tubos
	Reação
	Observações
	Após Δº
	1
	AgNO3 etanóico + 2-clorobutano
	Não reagiu
	Turvou
	2
	AgNO3 etanóico + 2-bromopropano
	Reagiu rapidamente (turbidez)
	-
	3
	AgNO3 etanóico + clorobutano
	Não reagiu
	Formou um amarelado
	4
	AgNO3 etanóico + bromobutano
	Reagiu (turbidez)
	-
	5
	AgNO3 etanóico + bromobenzeno
	Não reagiu
	Não reagiu
	6
	AgNO3 etanóico + tetracloreto de carbono
	Não reagiu
	Não reagiu
	7
	AgNO3 etanóico + diclorometano
	Não reagiu
	Não reagiu
Reações realizadas em solventes próticos, ou seja, solventes doadores de ligação de hidrogênio tem uma relação entre basicidade e nucleofilicidade que se torna invertida. O átomo maior é o melhor nucleófilo apesar de ser a base mais fraca. Uma reação SN1 de um haleto de alquila é favorecida por baixa concentração de um nucleófilo pobre em um solvente polar prótico. O que nos leva a considerar que as reações realizadas no experimento 5.2 são todas SN1.
O tubo 1, apesar de semelhante ao tubo 2, sendo a diferença entre eles apenas o haleto e o tamanho da cadeia carbônica, não reagiu em condições normais, apenas após o aquecimento do mesmo, pois o cloro é um pior grupo de saída que o bromo. 
Mecanismo para a reação no tubo 1:
Mecanismo para a reação no tubo 2:
Os tubos 3 e 4 também são semelhantes assim como o caso acima a reação com o cloro só aconteceu após exposto ao aquecimento, enquanto a reação com o bromo aconteceu em condições normais.
Mecanismo para a reação no tubo 3:
Mecanismo para a reação no tubo 4:
Já as reações nos tubos 5, 6 e 7 não reagiram devido
Parte 2:
Destilação fracionada de cloreto de t-butila
Ponto de ebulição do cloreto de t-butila: 51ºC.
A partir da reação de álcool t-butílico e ácido clorídrico concentrado foi iniciado o processo de extração da fase orgânica esperada, que é o cloreto de t-butila, por ser uma reação SN1 ela não ocorre de forma direta em uma única etapa, como as reações SN2, logo, na próxima etapa foram adicionados água e bicarbonato de sódio, este tem um efeito dessecador, que vai contribuir para a captura das partículas aquosas que restarem na amostra orgânica, as fases foram separadas e obtivemos o cloreto de t-butila, como pode ser observado no mecanismo:
Questionário:
Por que o haleto de alquila bruto deve ser cuidadosamente seco com cloreto de cálcio antes da destilação final?
Deve-se secar o cloreto de terc-butila com cloreto de cálcio para evitar que a água formada na reação do Cl(-) com o (CH3)3COH e na reação do NaHCO3 com o H(+) seja destilada juntamente com o (CH3)3CCl, e assim contamine o produto final.
Por que a solução de bicarbonato de sódio deve ser empregada na purificação do cloreto de tbutila? Por que não utilizar uma solução de NaOH?
Isso se faz necessário para que ocorra a completa neutralização dos íons H+ que ainda por ventura possam estar em excesso na solução. Isso evita que durante a destilação seja liberado HCl.
 NaHCO3 + H(+) → Na(+) + CO2 + H2O
Não é aconselhável usar o NaOH, pois ocorreria reação, que deslocaria o equilíbrio da reação promovendo a formação novamente do álcool terc-butílico.
 (CH3)3CCl + NaOH → (CH3)3COH + NaCl
Não importa o fato de o NaOH ser uma base forte ou fraca, e sim o fato de que ele reagiria com o produto desejado o cloreto de terc-butila. Por isso não se usa o NaOH na neutralização do excesso do ácido, mas sim NaHCO3.
Apresente o mecanismo de reação para a formação de um provável sub-produto, o isobutileno (2-metil-1-propeno).
Como o 2-metil-1-propeno poderia ser removido durante o processo de purificação?
O 2-metil-1-propeno é um gás e sendo assim pode ser removido através do processo de destilação simples, já que possui um ponto de ebulição menor que o cloreto de t-butila.
Água e cloreto de metileno são insolúveis. Em um tubo de ensaio, por exemplo, eles formam duas camadas. Como você poderia proceder experimentalmente para distinguir a camada aquosa da camada orgânica? Suponha que você não disponha dos valores das densidades destas duas substâncias:
Deve ser usado um solvente orgânico e imiscível com água, ao ocorrer a mistura desse solvente com a fase orgânica, poderá ser identificado qual é a fase orgânica e qual é a fase aquosa, levando assim a realização do processo de extração líquido-líquido com o funil de separação.
Explique por que o 2-pentanol e o 3-pentanol, ao reagirem com HCl, produzem ambos os produtos 2-cloropentano e 3-cloropentano. Mostre os dois mecanismos: