Substituição Nuclefílica em Haletos de Alquila: Síntese do Cloreto de t-butila

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – UESB

Departamento de Química e Exatas – DQE

Disciplina: Química Orgânica Experimental 1

Prof: Gálber Santos

Alunos: Wallace Torres, Marcelo Alves Lopes e Nilo Rodrigues

Substituição Nuclefílica em Haletos de Alquila: Síntese do Cloreto de t-butila

Abril de 2018

Jequié – Ba

Objetivo

1. Conhecer as condições experimentais e o mecanismo de uma reação de substituição nucleofílica unimolecular.

2. Utilizar técnicas de extração e purificação do cloreto de t-butila.

Materiais Utilizados

Béquers

Funil de separação de 125 mL

Erlenmayer

Frasco seco e limpo

Funil

Papel de filtro

Água destilada

Álcool t-butílico

Ácido clorídrico concentrado (HCl)

Bicarbonato de sódio 5% (NaHCO3)

Sulfato de sódio anidro (Na2SO4)

 

Procedimento Experimental

   

   Foi depositado em um funil de separação de 125 mL, 8,6 g de álcool t-butílico, o equivalente a 10 mL do mesmo, visto que sua densidade é de 0,86 g mL-1, e 25,0 mL de HCl concentrado, mantendo o funil de separação aberto na capela, devido o vapor do ácido concentrado ser muito irritante. Cuidadosamente, a mistura foi sendo agitada durante cerca de um minuto; o funil foi tampado e foi sendo efetuado o processo de inversão da vidraria. Durante a agitação a torneira do funil foi sendo aberta para aliviar a pressão interna. Na sequência, a solução ficou em repouso durante cerca de 30 minutos com o funil tampado dentro da capela, a mistura foi sendo agitada periodicamente. Finalmente, a mistura foi agitada durante cerca de 3 minutos e, posteriormente deixada em repouso até a completa separação das fases, uma orgânica e outra aquosa. Assim, a fase aquosa, por ser mais densa foi descartada através da torneira do funil de separação e colhida em um erlenmeyer.

   A fase orgânica foi lavada com 10 mL de água, com o processo de agitação no funil de separação, após a separação das fases, a fase aquosa mais densa foi novamente descartada. A fase orgânica foi lavada com 10 mL de NaHCO3 a 5%, aliviando sempre a pressão dentro do funil de separação. Deixando a mistura em repouso até a separação das fases, a fase aquosa contendo NaHCO3 foi descarta. Em seguida a mistura foi lavada com água, separadas as fases, a fase aquosa foi novamente descartada e a fase orgânica foi transferida para um béquer, onde foi adicionado Na2SO4 anidro, uma agente dessecante, para absorver traços de água que possa ter ficado na solução do haleto de alquila. Um béquer limpo teve sua massa aferida, e em seguida a solução foi transferida para esse recipiente, que novamente foi aferida sua massa para calcular o rendimento da reação.

Resultados e Discussão

Mecanismo da reação.

[pic 1][pic 2]1ª Etapa:

   Na primeira etapa, temos o ataque do par de elétrons do átomo de oxigênio ao íon H+, protonando a hidroxila, visto que, ácidos fortes como é caso do HCl, se dissociam plenamente. Dessa forma, temos a formação de um grupo abandonador melhor, a molécula de água ligada ao átomo de carbono terciário, sendo uma base mais fraca em relação à hidroxila, posteriormente facilitará a formação do respectivo carbocátion. Contudo, nessa etapa, o que determina a velocidade da reação é somente concentração do substrato (álcool t-butílico), logo, V= K.[(CH3)3COH].

[pic 3][pic 4]2ª Etapa:

   Essa etapa, temos a formação do respectivo carbocátion, sendo ele terciário e característico da reação de substituição unimolecular, por ser mais estável e reativo que o secundário e o primário. Para formação do carbocátion, ocorre uma cisão heterolítica entre a ligação carbono-oxigênio. Neste momento, o comportamento da velocidade da reação é afetado pela estabilidade do carbocátion e pela natureza do grupo abandonador, por ser uma base mais fraca, ou seja, essas bases não compartilham bem os seus elétrons, logo, não formam ligações fortes com o átomo de carbono.

        Quanto mais estável for o carbocátion, sendo que sua estabilidade é verificar na ordem crescente do primário para o terciário, mais rápido será processada a reação. De forma análoga, quanto melhor o for o grupo abandonador, mais rápida também será a cisão heterolítica. Com isso, haletos secundários podem ser formados lentamente por esse mecanismo, mas, haletos primários e haletos de metila dificilmente serão sintetizados.

[pic 5][pic 6]3ª Etapa:

 

   Finalmente, nessa etapa, temos o ataque do aníon cloreto ao carbocátion terciário, com isso, a formação do cloreto de t-butila e água.

   No decorrer da prática experimental, a fase orgânica foi lavada duas vezes com água destilada para diluir a concentração do HCl e também foi lavada com uma solução de NaHCO3 a 5%, para equilibrar o pH da fase orgânica, contudo, essa variação não analisar em termos de aferir essa propriedade. Outro agente empregado no transcorrer da reação foi Na2SO4, um agente dessecante para remover traços de água que permaneceram na fase orgânica. Essa fase orgânica possui densidade inferior à da água, contudo, ainda apresentava traços, quando o agente dessecante foi adicionado, após a sua agitação mediante o emprego de um bastão vidro, a solução turva ficou incolor e, foi removida através da técnica de filtragem.