Relatório 05 - Preparação de Brometo de n-Butila

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QFL 1423 - Química Orgânica Experimental
PREPARAÇÃO DE BROMETO DE N-BUTILA
Cesar Policarpo Felisbino, 9792421
Nicolas Mariano de Oliveira, 10296931
São Paulo
Setembro de 2019
1. OBJETIVOS
Esse experimento teve como principal objetivo a síntese e isolamento do
brometo de n-butila, fazendo uso de aquecimento mediante refluxo, destilações e
extrações. Pretendia-se adquirir prática das técnicas envolvidas, assim como do
manuseio de reagentes de alta periculosidade. Por fim, visava à caracterização do
produto por cromatografia e à determinação do rendimento obtido.
2. RESULTADOS
A relação entre o HBr, o n-Butanol e o produto n-Bromobutano é 1:1:1, como
fica evidente na análise do mecanismo na seção discussão. O ácido sulfúrico foi
adicionado em excesso.
Volume HBr (48%) = 28,2 mL;
Densidade HBr (48%) = 1,49 g.mL-1 a 25 ºC;[1]
Massa Molar: HBr = 80,91 g.mol-1.[1]
𝑛
𝐻𝐵𝑟
= 28,2𝑚𝐿 𝑥 1,49𝑔.𝑚𝐿
−1
80,91𝑔.𝑚𝑜𝑙−1
= 0, 52 𝑚𝑜𝑙 
Volume n-Butanol = 18,3 mL;
Densidade n-Butanol = 0,81 g.mL-1 a 25 ºC;[2]
Massa Molar: n-Butanol = 74,12 g.mol-1.[2]
𝑛
𝑛−𝐵𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 
= 18,3𝑚𝐿 𝑥 0,81𝑔.𝑚𝐿
−1
74,12𝑔.𝑚𝑜𝑙−1
= 0, 20 𝑚𝑜𝑙 
Podemos notar que a nn-Butanol<nHBr, sendo então n-Butanol o reagente
limitante. Considerando que todo o n-Butanol é convertido em n-Bromobutano, e
que não houve perda de produto nas destilações e extrações, sabemos que a
massa máxima de n-Bromobutano que poderia ser obtida é de:
Massa Molar: n-Bromobutano = 137,02 g.mol-1.[3]
𝑚(𝑚á𝑥)
𝑛−𝐵𝑟𝑜𝑚𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜
= 𝑛
𝑛−𝐵𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 
𝑥 𝑚. 𝑚.
𝑛−𝐵𝑟𝑜𝑚𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜
= 0, 20 𝑥 137, 02 = 27, 4 𝑔
A purificação do produto da síntese seguiu uma série de etapas, descritas na
seção discussão. O rendimento total será calculado dividindo-se a massa obtida ao
final do experimento de n-Bromobutano pela massa massa máxima de
n-Bromobutano, da maneira mostrada no esquema abaixo.
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 
𝑚(𝑒𝑥𝑝)
𝑛−𝐵𝑟𝑜𝑚𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜
𝑚(𝑚á𝑥)
𝑛−𝐵𝑟𝑜𝑚𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜 
𝑥100 %
O rendimento obtido a partir desse cálculo é de 62,98%, que a princípio pode
parecer um rendimento baixo, porém esse rendimento pode ser justificado se
levarmos em conta os processos de destilação, extração, filtração e as possíveis
perdas ocasionadas nesses processos seja pelo próprio método, por falha humana
ou pelas condições de aparelhagem não ideais.
3. DISCUSSÕES
A reação ocorre pelo mecanismo Sn2 com catálise ácida, conforme indicado
abaixo:
Figura 01: mecanismo da síntese do n-bromobutano.
O uso de aquecimento em refluxo foi necessário para atingir a energia de
ativação de forma mais rápida e sem que houvesse grande perda de solvente e/ou
reagentes voláteis.
Dois métodos diferentes foram utilizados para separar o produto da síntese
meio reacional: a destilação por arraste a vapor e a extração. Dados foram
coletados para ambas as estratégias e serão apresentados a seguir.
Após esses procedimentos, esperava-se ter em meio aquoso o brometo de
n-butila sintetizado, resquício de n-butanol que não reagiu e traços de dibutil éter
como subproduto, além de possíveis outras possíveis impurezas. É feita uma
extração com água para que haja separação das fases e remoção de impurezas
muito polares da fase orgânica. Em seguida, uma extração ácida é feita para
protonar o n-butanol restante, e assim removê-lo na fase aquosa. Outra lavagem é
feita com água e então é adicionado uma solução aquosa de bicarbonato, para
neutralizar o meio aquoso e extrair o restante do ácido que foi adicionado. Após
uma última extração com água, onde os íons restantes são extraídos, é feita uma
destilação simples e, assim, purificamos o produto, separando de possíveis traços
de n-butanol e dibutil éter. Ambas as impurezas possuem ponto de ebulição mais
alto que o brometo de n-butila (142,0 °C para o dibutil éter[4] e 118,0 °C para o
n-butanol[5]), sendo a destilação, portanto, um bom método para separação dessas
duas impurezas.
A técnica usada para determinação da pureza do n-bromobutano sintetizado
e isolado foi a cromatografia gasosa. Segue abaixo o cromatograma do reagente de
partida (n-BuOH):
Figura 02: análise cromatográfica do reagente de partida.
Analisando os picos e respectivos tempos de eluição observados nos
cromatogramas medidos a partir das amostras dos grupos 08, 10 e 30 apresentados
abaixo, observamos a presença de um pico predominante em 2,078, 2,077 e 2,074
min., respectivamente, sendo possível identificá-los como correspondentes ao
n-bromobutano.
Figura 03: análise cromatográfica do bromobutano após a destilação (grupo 08).
Figura 04: análise cromatográfica do bromobutano após a destilação (grupo 10).
Figura 05: análise cromatográfica do bromobutano após a destilação (grupo 30).
Além disso, observa-se os semelhantes picos de baixa intensidade em 1,969,
1,968 e 1,974 min., provavelmente um resíduo de n-butanol, e, também, os picos
em 2,944 e 2,940 min. para os dois últimos cromatogramas, indicando
possivelmente resíduos de subproduto. A análise cromatográfica do grupo 30
apresentou ainda outros picos de impurezas, mostrando que, apesar do mesmo
procedimento realizado, houveram erros experimentais por parte dos integrantes.
Por fim, o roteiro do grupo 26 foi modificado a fim de se comparar a
importância da destilação por arraste neste procedimento. Dessa forma, realizou-se
duas análises cromatográficas, uma antes e outra após a destilação de obtenção do
bromobutano. Os resultados estão apresentados abaixo:
Figura 06: cromatograma do bromobutano antes da destilação sem arraste à vapor (grupo 26).
Figura 07: cromatograma do bromobutano após a destilação sem arraste à vapor (grupo 26).
Com base nos cromatogramas, é possível afirmar que a mudança na técnica
de destilação não gerou grande impacto na pureza do produto, uma vez que os
cromatogramas de amostras destiladas seguiram tendência similar, com mais ou
menos picos de impurezas, todos em baixa intensidade.
O nosso rendimento calculado foi de 62,98%. Existe uma diferença grande
nos resultados, quando comparamos nosso rendimento ao de outros colegas da
turma chegando à 10% ou 15% nos rendimentos, esse resultado pode ser um
indício de que a extração da fase ácida prejudicou a eficiência da purificação, porém
não são dados conclusivos considerando o número de etapas envolvidas no
processo como um todo, e que a comparação é somente entre dois dados.
4. CONCLUSÃO
A mudança de métodos de destilação por arraste a vapor para extração não
influenciou na eficiência da separação dos subprodutos e impurezas, mas impactou
diretamente no rendimento do procedimento. Logo, vemos que a escolha do método
diz respeito não apenas a uma questão de segurança, como também ao aumento
do rendimento. De qualquer forma, vemos que há um uma faixa ampla de
resultados e provavelmente essa variância era esperada, afinal dado o números de
procedimentos executados ao longo do experimento, sendo uma ou duas
destilações, além de diversas etapas de extração, todos os quais são potenciais
processos de perda de material.
5. REFERÊNCIAS
[1]https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/268003?lang=pt&region=BR
&gclid=EAIaIQobChMItLq5hYS73QIVB4GRCh2xSQ5yEAAYASAAEgID5PD_BwE
acessado em 26/09/2019 às 16:32;
[2]https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/281549?lang=pt&region=BR&g
clid=EAIaIQobChMI0ZuOnoa73QIVkYSRCh0rvAZvEAAYASAAEgIexvD_BwE
acessado em 26/09/2019 às 16:40;
[3]https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/b59497?lang=pt&region=BR&g
clid=EAIaIQobChMIuf_5z4m73QIViIaRCh3NwQe3EAAYASAAEgLjAfD_BwE
acessado em 26/09/2019 às 21:57;
[4]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Butyl_ether#section=Boiling-Point
acessado em 26/09/2019 às 22:02;
[5]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1-butanol acessado em 26/09/2019
às 22:30;
[6]PAVIA, G.M. Lampman. Introduction to Organic Laboratory Techniques, 3 ed. -
Editora Elsevier, 1990.