Reatividade dos Álcoois: Preparação do cloreto de terc-butila

                UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

ICEx – Departamento de Química

Atividade 4

Reatividade dos álcoois: Preparação do cloreto de terc-butila

Luiz Arthur Ribeiro

Pedro Silva

Professor: Luiz Cláudio

Turma: PS2

---

Introdução

Na síntese orgânica é muito comum ser obtido uma mistura de substâncias como como produto de reação. Muitas vezes pode se tratar de alguma impureza contida nos reagentes, ou até mesmo excesso destes. O fato é, esta mistura deverá passar por um processo de separação e purificação, para que o produto final seja o mais puro possível, dentro dos padrões esperados.

Uma técnica bastante usada para a separação de uma mistura trata-se da separação líquido-líquido. Esta técnica baseia no princípio da diferença de solubilidade do produto o qual se deseja extrair em dois solventes distintos, de modo que tenha uma maior solubilidade por um que pelo outro, e também na imiscibilidade de ambos os solventes, permitindo duas fases ou camadas. Dessa forma, o produto extraído poderá ser separado do restante da mistura.

Essa técnica de extração é de aplicação relativamente rápida e simples. Um bom exemplo de sua aplicação pode se dar em testes de qualidade que avaliam o teor de etanol presente em gasolina. Um determinado volume de gasolina é coletado e misturado a uma solução de NaCl a 10%, formando-se duas fases (orgânica e aquosa). Após agitação, o etanol se solubilizará melhor na solução salina, que é mais polar, diminuindo o volume da fase orgânica. Portanto, tendo-se o ΔV da fase orgânica, bem como a densidade do etanol, encontra-se o seu teor na amostra de gasolina.

Na síntese de haletos pela desidratação de álcoois em meio ácido concentrado, a reação se processa resultando um excesso de reagente ácido no meio, que deverá ser posteriormente removido no processo de elaboração da síntese. Nesta prática a extração líquido-líquido será aplicada para a separação do cloreto de terc-butila (líquido), preparado a partir do terc-butanol em HCl 36%.

Um ponto muito importante a ser considerado durante a extração líquido-líquido é que, por mais que a maioria do produto desejado seja extraído no solvente adicionado, isso não impede que outras substâncias presentes na mistura sejam também solubilizadas juntamente com ele (mas em menor proporção, senão tratar-se-ia de um método ruim). Portanto, se desejar-se um produto com um teor de pureza maior, uma vez extraído ele terá de ser purificado.

Uma técnica muito útil para a purificação de uma mistura de líquidos, que também será utilizada nesta prática, é a destilação simples. Esta se baseia na diferença da temperatura de ebulição dos líquidos que compõem a mistura. Durante o processo o vapor do líquido mais volátil (menor PE) sobe pelo balão de destilação e entra em contato com o termômetro. O vapor segue, então, para o condensador onde transforma-se em líquido e escorre para o frasco coletor. Enquanto o líquido está sendo destilado a temperatura do sistema fica constante, voltando a aumentar até que o outro líquido entre em ebulição, e assim sucessivamente (PAVIA et.al, 2009)

Materiais e Métodos

Inicialmente, 10 mL de álcool terc-butílico e 33 mL de ácido clorídrico concntrado foram adicionados ao funil de separação. O funil foi tampado e agitado levemente por 15 minutos, tomando cuidado para aliviar a pressão interna durante o processo.

Depois da separação das fases, a ácida (inferior) foi recolhida e a fase orgânica foi lavada com 20 mL de água destilada, novamente, a camada aquosa foi recolhida. Então 20 mL de NaHCO3 5% foram adicionados ao funil e este foi agitado por cerca de 5 minutos. A vidraria foi deixada sob repouso até que as fases fossem separadas de novo. De forma similar a fase ácida contendo NaCl foi recolhida e descartada devidamente.

A fase orgânica foi transferida para um balão de destilação de 125 mL. Neste balão foi adicionado CaCl2 para remover qualquer traço de água contida na solução.

O líquido foi destilado cuidadosamente com o auxílio de uma montagem semelhante à figura 1.

[pic 1] 

Figura 1: Montagem para uma destilação simples.

A fração da destilação foi recolhida num erlenmeyer e, posteriormente, foi medida a quantidade de líquido obtido. Finalmente foi realizado o teste com duas gotas de AgNO3 e um pouco do líquido em um tubo de ensaio.

Resultados e discussão

A reação do álcool terc-butílico em meio de ácido clorídrico concentrado se processa a partir de uma substituição nucleofílica do tipo Sn1, conforme a imagem 2 abaixo:

[pic 2]

Imagem 2: Síntese do cloreto de terc-butila

A primeira etapa da reação consiste na protonação da hidroxila do álcool, transformando-a em um bom grupo de saída. Este deve se comportar como uma base fraca, ou então não seria favorável o seu deslocamento, neste caso o H2O é notadamente uma base mais fraca que o OH-. Daí a necessidade de ocorrer em meio ácido.

A presença de terc-butanol + HCl na proporção 1:1 já seria suficiente para garantir a protonação e desidratação de todo o álcool. Entretanto, como podemos ver na segunda etapa (lenta) que consiste na formação do carbocátion, sendo então a determinante da velocidade da reação, envolve a liberação de uma molécula de água. Logo, com uso de HCl concentrado, praticamente não há água no sistema, e o equilíbrio é deslocado favoravelmente no sentido de formação do carbocátion. O uso de HCl diluído faria com que a reação se processasse muito mais lentamente.

O recipiente utilizado para realizar a reação (funil de separação), entretanto, não foi projetado para este fim, fato este que acabou por resultar em problemas durante a execução dos procedimentos. Ao se processar, a reação levou a formação de vapores de HCl que, aumentando a pressão do sistema, não puderam ser devidamente contidos, levando a vazamento de reagentes pela torneira do funil. As consequências que tal acontecimento resultou serão discutidas posteriormente.

Uma vez terminada a reação foram feitas as etapas de elaboração do produto, que consistiram em 3 lavagens sucessivas. A primeira lavagem teve por objetivo diluir e coletar o excesso de HCl concentrado, que porventura não foi totalmente recolhido no escoamento da fase ácida. A segunda lavagem, com NaHCO3, foi utilizada para neutralizar o meio que ainda não estava totalmente isento do ácido. A terceira lavagem, com água, foi utilizada para remover os solutos hidrossolúveis, e também a água restante das lavagens anteriores, que acabaram por ficarem emulsionadas na fase orgânica. No entanto esta lavagem teria sido mais resolutiva se feita com solução saturada de NaCl, pois promoveria a remoção da água por osmose. Talvez, evitaria até o uso posterior de um agente secante da fase orgânica.