Universidade Federal FluminenseCEG – Instituto de Química

Departamento de Química Orgânica

Relatório:Síntese do Cloreto de terc-butila

Nome: Gustavo Bezerra da SilvaMatrícula: 105.28.024-2

Disciplina: Química Orgânica Experimental IIProf ª: Fernanda Santos

Turma: J2Data: 16/11/06

I – Introdução

Reações de Substituição Nucleofílica Alifática

A substituição nucleofílica em carbono saturado é uma das classes de reações orgânicas mais estudadas. A reação consiste no ataque de um nucleófilo em um sítio deficiente de elétrons.

A natureza do substrato, do nucleófilo e do grupo de saída, além das condições de reação, são fatores importantes que influenciam o mecanismo destas reações. De acordo com essas vaiáveis, uma reação de substituição nucleofílica pode ocorrer através de dois mecanismos principais: SN1 (substituição nucleofílica unimolecular) e SN2 (substituição nucleofílica bimolecular).

No mecanismo SN1, a velocidade da reação independe da concentração do nucleófilo. A etapa lenta envolve a formação de um carbocátion e a reação é influenciada por fatores eletrônicos. Este mecanismo predomina em substrato que são capazes de formar um carbocátion estável, por exemplo, compostos cujo grupo de saída está ligado a carbono benzílico, alílico ou terciário. É favorecido também em solventes polares, devido à solvatação do carbocátion intermediário.

O mecanismo SN2 segue uma cinética de 2ª ordem, isto é, tanto o nucleófilo como o substrato, participam da etapa lenta da reação. Como, no estado de transição, o nucleófilo e o grupo de saída estão ligados ao átomo de carbono sp3, os fatores estéricos são importantes. Este mecanismo é, portanto, favorecido em substituições nucleofílicas que ocorrem em carbono metílico, primário ou secundário. Observa-se também, no mecanismo SN2, inversão de configuração.

É importante frisar que, paralelamente às reações de substituição nucleofílica, podem ocorrer também reações de eliminação, com a formação de alcenos.

SN2 X E2

SN1 X E1

Halogênios como nucleófilo Os íons haletos são capazes de reagir com álcoois, para dar haletos de alquila. Os

reagentes comumente empregados na halogenação de álcoois são listados abaixo:RCl: HCl, ZnCl2, SOCl2, COCl2, Ar3PCl2, PCl5, PCl3, POCl3.RBr: HBr, Ar3PBr2, PBr3.RI: HI, PI3

Na presença de HX, a primeira etapa da reação envolve a protonação do álcool.

É importante ressaltar a influência do volume do íon na nucleofilicidade destes haletos. O poder nucleofílico aumenta com o volume do íon, ainda que a basicidade diminua. Assim, a ordem de reatividade dos haletos é a seguinte: iodeto > brometo > cloreto > flureto.

II – Metodologia

Utiliza-se para a síntese do cloreto de terc-butila ácido clorídrico, 2-metil-2-propanol (álcool terc-butílico).

A equação química que descreve a reação de substituição nucleofílica do tipo SN1 do cloreto de terc-butila é a seguinte:

A seguir o mecanismo reacional da síntese do cloreto de terc-butila:

Mecanismo da síntese do cloreto de terc-butila:

1ª Etapa: Formação de um bom grupo de saída

2ª Etapa: Formação do carbocátion

3ª Etapa: Formação do cloreto de terc-butila

III – Objetivos

Sintetizar o cloreto de terc-butila a partir do álcool terc-butílico.

IV – Resultados e Discussão

Primeiramente pesquisou-se na literatura informações sobre os reagentes e os produtos a serem utilizados e esses resultados são apresentados na tabela abaixo.

Tabela – Constantes físicas dos reagentes e produtos

Substância MolÍndice de Refração

PF (°C) PE (°C) Densidade Solubilidade

Álcool terc-butílico

74,12 1,38468 25,6 82,41 0,78581Solúvel em água, etanol

e éter

Ácido clorídrico

36,47 1,256 -114,22 -85,05 1,17Solúvel em água, etanol,

metanol e éter

Bicarbonato de sódio

84,01 - 270 - -Insolúvel em etanol e

solúvel em águaCloreto de

cálcio anidro110,99 - 772 >1600 2,512

Pouco solúvel em água e etanol

Cloreto de terc-butila

92,57 1,38686 -26,5 51,00 0,847Pouco solúvel em água e solúvel em etanol e

éter

Em funil de separação de 250mL colocou-se 15,1mL de álcool terc-butílico e aos poucos adicionou-se 47mL de ácido clorídrico 35%. Agitou-se a solução sem esquecer de regular a pressão interna.

Após a agitação, deixou-se o funil descansar até que houvesse a separação de duas fases. Desprezou-se a fase aquosa que é composta de ácido e água, e esta se localizava na camada inferior, pois a densidade da água é maior do que a do cloreto de terc-butila que está na fase orgânica e fica na fase superior.

Figura IV.A – Funil de separação: fase aquosa (inferior) e fase orgânica (superior)

Então à fase orgânica adicionou-se 20mL de uma solução aquosa de carbonato de sódio (Na2CO3). Agitou-se o funil de separação controlando a pressão interna.

Adiciona-se carbonato de sódio para que o restante de ácido clorídrico residual reaja com o Na2CO3. Novamente despreza-se a fase aquosa que está na parte inferior do funil de separação.

Fase aquosa:2 HCl (aq) + Na2CO3 (aq) 2 NaCl (aq) + H2CO3 (aq)

H2CO3 (aq) H2O (l) + CO2 (g)

Fase orgânica:Cloreto de terc-butilaTransferiu-se a fase orgânica para um erlenmeyer, adicionou-se 10mL de água destilada e

depois adicionou-se um agente secante o CaCl2 até que não solubilizasse mais .A reação do teste de confirmação do cloreto de terc-butila é com uma solução etanólica de

nitrato de prata.A equação química que descreve esse teste de confirmação é descrita abaixo:

O mecanismo dessa reação química é descrito abaixo:

Porém a escolha deste agente secante não foi a melhor já que o cloreto de cálcio mostrou-se um pouco solúvel em cloreto de terc-butila, logo como o agente secante já tinha cloreto e este estava solubilizado na amostra ao se adicionar AgNO3 não se confirmaria a presença de cloreto de terc-butila, mas sim de cloreto dissolvido devido ao agente secante.

Segundo a literatura, o mais correto seria realizar uma destilação à vácuo e destilar a fração a 54°C, porém devido a falta de disponibilidades técnicas nos laboratórios isto não pôde ser utilizado.

Uma solução para isso seria a de que ao invés de se usar CaCl2 como agente secante se tivesse utilizado Na2SO4.

Como não foi possível isolar o cloreto de terc-butila o rendimento não pôde ser calculado nem a pureza analisada através de espectroscopia no infravermelho (IV).

Abaixo segue-se dois espectros retirados da literatura, um sobre o álcool terc-butílico e o outro sobre o cloreto de terc-butila.

Figura IV.B – Espectro do álcool terc-butílico

Figura IV.C – Espectro do cloreto de terc-butila

Se tivéssemos realizado a análise de IV, veríamos três bandas características no espectro do cloreto de terc-butila:

1. Banda de deformação axial de C e Cl em 1370 cm-1;

2. Banda de deformação angular de C e Cl em 1150 cm-1;3. Banda de deformação axial de C e Cl em moléculas alifáticas em 806 cm-1;E para completar no espectro do cloreto de terc-butila não haveria uma banda intensa, por

volta de 3450 cm-1, que está presente no espectro do álcool terc-butílico que é característica das deformações axiais das hidroxilas.

V – Conclusão

A síntese do cloreto de terc-butila foi realizada com êxito, porém por falhas técnicas não se conseguiu isola-lo nem identifica-lo através do teste de confirmação com nitrato de prata.

VI – Bibliografia

1. SILVERSTEIN, R. M., BASSLER, G. C., MORRIL, T. C., “Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos”, 4ª Edição, Rio de Janeiro, Editora Guanabara Koogan S. A., 1994, Págs.: 85 a 119.

2. SOARES, B., DE SOUZA, N. A., PIRES, D. X., "Química Orgânica", Rio de Janeiro, Editora Guanabara S.A., 1988, Págs.:108 a 110.

3. SOLOMONS, T. W. G., FRYHLE, C., B., “Química Orgânica Volume 1”, 8ª Edição, Rio de Janeiro, LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2005, Págs.: 636 e 637.

4. VOGEL, A. I., "Química Orgânica Volume 2: Análise Orgânica Qualitativa", Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico S.A., 1990, Págs.: 625 a 631.

5. THE MERCK INDEX OF CHEMICAL AND DRUGS; Rahway, New Jersey, Merck and Co., Inc.