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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QMC 5230 - QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I

PROFESSOR: ANTÔNIO LUIZ BRAGA

EXPERIMENTO 9 – PREPARAÇÃO DO CLORETO DE t-BUTILA

Patrícia Sangaletti

Florianópolis, 13 de novembro de 2014.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ................................................................................................... 6

3. MATERIAIS E REAGENTE UTILIZADOS ...................................................... 7

3.1 Materiais ...................................................................................................... 7

3.2 Reagentes .................................................................................................... 7

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................. 8

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 9

6. CONCLUSÃO ............................................................................................... 10

7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 11

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1. INTRODUÇÃO

Haloalcanos ou haletos de alquila são compostos que possuem um ou mais

halogênios ligados a um carbono sp³, generalizando, um grupo alquila. Além da

importância em síntese orgânica, os haletos de alquila também têm grande

importância industrial e no cotidiano, utilizados como solventes,

desengraxantes para metais, anestésicos, inseticidas e medicamentos.

(BRUICE, 2012).

O Cloreto de t-Butila (figura 01) é um composto orgânico líquido e incolor à

temperatura ambiente, sendo moderadamente solúvel em água, com ponto de

ebulição entre 51 e 52ºC e índice de refração de 1,386. É aplicado na

preparação de agroquímicos e de outros compostos orgânicos, como alcoóis.

Por causa da polarização da ligação C-X, as moléculas de haleto de alquila,

principalmente as contendo cloro, bromo e iodo são reativas, sofrendo reações

de substituição nucleofílica e eliminação. (BRUICE, 2012).

Figura 01 – Estrutura de linhas do cloreto de terc-butila (C4H9Cl)

O cloreto de t-butila pode ser sintetizado a partir de uma reação de substituição

nucleofílica unimolecular, SN1, com o álcool terciário t-butanol, visto que álcoois

terciários podem ser facilmente transformados em cloretos de alquila pela

adição de ácido clorídrico concentrado. Neste tipo de reação um nucleófilo

(base de Lewis) substitui um grupo retirante (grupo abandonador) em uma

molécula que sofre substituição. Um bom grupo abandonador é um substituinte

que pode deixar o substrato como um íon ou molécula fracamente básica e

relativamente estável. (BRUICE, 2012)

O mecanismo desta reação ocorre inicialmente com a protonação do oxigênio

do álcool, dando origem à um bom grupo de saída (água), que então se elimina

da molécula formando um carbocátion terciário muito estável. Carbocátions

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terciários são estáveis devido a estabilização da carga positiva por efeito

indutivo positivo, fornecido pelos grupos alquílicos ligados. (BRUICE, 2012)

Figura 02 – Mecanismo de formação do cloreto de terc-butila

Esta é a etapa lenta da reação, pois requer a saída de um agrupamento, como

se pode ver no mecanismo da figura 02. Em seguida, ocorre ataque do

nucleófilo (Cl-) no carbocátion, formando o produto esperado, caracterizando

uma etapa rápida da reação. (BRUICE, 2012)

Porém, nem todas as reações ocorrem da forma perfeitamente esperada. No

meio reacional, existe a competição das reações de substituição nucleofílica

unimolecular e de eliminação unimolecular. Neste caso, a reação de eliminação

não é favorecida, porém há formação de uma pequena quantidade de seu

produto isobutileno (figura 03), que é eliminado diretamente no funil de

separação, já que à temperatura ambiente ele se encontra na forma gasosa.

(BRUICE, 2012)

Figura 03 – Estrutura do isobutileno.

A formação do isobutileno seria favorecida no caso de reações feitas sobre

aquecimento, já que reações de eliminações são favorecidas pelo aumento da

temperatura reacional. (BRUICE, 2012)

A lavagem da mistura reacional é feita com água e solução de bicarbonato de

sódio 5%, a fim de remover-se o excesso de ácido que possa ter restado. A

reação também converte o ácido em sal que se dissolve na fase aquosa,

eliminando-o da fase orgânica. O cloreto de t-butila é instável nestas soluções,

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pois pode haver a reação inversa convertendo o produto novamente à álcool, já

que estas soluções disponibilizam nucleófilos. Entretanto, como o processo de

lavagem é realizado de forma rápida não há conversão. (BRUICE, 2012)

É por este motivo que não se deve usar uma base muito forte, como NaOH

para lavagem, pois mesmo que o processo seja realizado de forma rápida,

pode haver hidrólise de grande parte do haleto. A remoção do excedente de

água é feita com sulfato de sódio anidro. (BRUICE, 2012)

A mistura reacional é purificada via destilação fracionada, que é utilizada para

separar dois ou mais líquidos de pontos de ebulição próximos, onde um leve

excesso de aquecimento é suficiente para evaporá-los juntos. É inserida uma

coluna de fracionamento, de modo a sujeitar a mistura continuamente a muitos

ciclos de vaporização-condensação, na medida em que o material sobe pela

coluna. (PAVIA, 2009)

O produto coletado na destilação fracionada deve ter alguma propriedade física

determinada, para confirmar correspondência ao esperado, como por exemplo,

determinação do índice de refração.

O índice de refração depende da natureza química da substância, do

comprimento de onda da luz usada em sua medida e da temperatura. Se o

segundo meio é uma solução, o índice de refração depende também da

concentração da mesma. (ARANTES,2009)

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2. OBJETIVOS

Preparou-se um haleto de alquila através de uma reação de substituição

nucleofílica unimolecular;

Extraiu-se da mistura reacional água e ácido remanescentes, através de

lavagem com solução de bicarbonato de sódio e sulfato de sódio anidro;

Purificou-se o produto obtido através de destilação fracionada;

Determinou-se o índice de refração do produto obtido para certificar-se da

presença do cloreto de t-butila.

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3. MATERIAIS E REAGENTE UTILIZADOS

3.1 Materiais

Provetas;

Erlenmeyer 125mL;

Tigela de aço para aquecimento de água;

Termômetro;

Banho de gelo;

Espátulas;

Funil de extração;

Béquer;

Garras;

Mangueira;

Balão de fundo redondo;

Coluna de Vigreux;

Condensador;

Termômetro;

Chapa aquecedora;

Funil.

3.2 Reagentes

Alcóol t-butílico;

Ácido clorídrico concentrado;

Sulfato de sódio anidro;

Bicarbonato de sódio 5%;

Água destilada;

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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Primeiramente, misturou-se em um funil de separação 15 mL de álcool t-

butílico e 30 mL de ácido clorídrico concentrado. Não tampou-se o funil, e

cuidadosamente agitou-se a mistura durante um minuto; tampou-se o funil e

inverta-o cuidadosamente. Enquanto agitou-se o funil, abriu-se a torneira para

liberar a pressão. Fechou-se a torneira, tampou-se o funil e agitou-se várias

vezes, novamente liberando-se a pressão (durante dois ou três minutos, ou até

que todo o gás foi-se liberado).

Deixou-se o funil em repouso até completa separação das fases e então

separou-se as duas fases. A operação da etapa subsequente foi conduzida o

mais rapidamente possível, pois o cloreto de t-butila é instável em água e em

solução de bicarbonato de sódio.

Lavou-se a fase orgânica com 25 mL de água, separou-se as fases e descarte

a fase aquosa. Em seguida, lavou-se a fase orgânica com uma porção de 25

mL de bicarbonato de sódio a 5%. Agitou-se o funil (sem tampa) até completa

mistura do conteúdo; tampou-o e inverteu-o cuidadosamente, para escape de

pressão. Separou-se a fase orgânica do bicarbonato. Lavou-se a fase orgânica

com 25 mL de água e novamente retirou-se a fase aquosa.

Transferiu-se a fase orgânica para um erlenmeyer seco e adicionou-se sulfato

de sódio anidro. Agitou-se ocasionalmente o haleto de alquila com o agente

secante. Decantou-se o material límpido para um frasco seco. Adicionou-se

pedras de ebulição e destilou-se o cloreto de t-butila em aparelhagem de

destilação fracionada seca, usando banho-maria. Realizou-se eta parte do

procedimento em duplas, já que a quantidade de produto a ser destilada era

pouca. Colete o haleto em um recipiente com banho de gelo. Pese e calcule o

rendimento.

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5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com base no procedimento experimental, realizou-se a reação em funil de

extração com leve agitação, removendo-se o produto secundário de

eliminação, isobutileno, por abertura da torneira, já que apresentava-se na

forma gasosa.

Ao final da reação, lavou-se a mistura reacional com porções de água e

bicarbonato de sódio 5%, abrindo-se novamente a torneira para escape do

dióxido de carbono produzido na reação de conversão do ácido em sal, que

dissolveu-se na fase aquosa, eliminando-se esta posteriormente. Eliminou-se

os vestígios de água com sulfato de sódio anidro.

Realizou-se o processo de purificação do cloreto de t-butila produzido via

destilação fracionada, determinando-se também o índice de refração do

composto purificado, conforme têm-se os dados na tabela 01.

Tabela 01 – Dados experimentais

Massa (g) Índice de refração experimental

Cloreto de t-butila bruto 6,137 -

Cloreto de t-butila puro 4,087 1,383

6,137g ___ 100%

4,087g___x

X = 66% de cloreto de t-butila purificado

Com base na análise dos dados, pode-se perceber que o rendimento da

síntese diminuiu-se pela formação do produto de eliminação, isobutileno. O

índice de refração experimental aproximou-se muito do dado encontrado na

literatura, com pequena alteração apenas na terceira casa após a vírgula, cujo

erro deve-se a presença de água ou ácido que destilaram-se juntamente ao

haleto obtido.

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6. CONCLUSÃO

Haletos de alquila são compostos importantes tanto no ramo da indústria e da

síntese de compostos orgânicos, quanto no cotidiano pois são encontrados em

medicamentos, polímeros utilizados em panelas como teflon e entre outros

utilitários.

A síntese de um haleto de alquila terciário pode-se dar através de uma reação

de substituição nucleofílica unimolecular, através do correspondente álcool

terciário, sem esquivar-se da pequena porém relevante percentagem de

produto de eliminação que forma-se, já que as reações são competitivas.

O cloreto de t-butila produzido neste experimento foi obtido através do álcoo t-

butílico, em presença de meio ácido. O produto de eliminação produzido,

isobutileno, é um gás à temperatura ambiente e portanto foi facilmente

eliminado durante a reação de síntese. É devido à formação deste produto

secundário que tem-se uma redução do rendimento da reação, entre outros

fatores, alcançando-se um valor de 66%.

A determinação do índice de refração comprovou a síntese do produto

desejado devido a proximidade do dado experimental encontrado com a

literatura.

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7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS

ARANTES, Eliane Candiani. Físico-Química. Ribeirão Preto; 2009. [Apostila

de aulas práticas do departamento de física e química – Universidade de São

Paulo.

BRUICE, Paula Yurkanis. Química Orgânica – Volume 1. 4ª ed. São Paulo:

Editora Pearson, 2012. 590p.

PAVIA, Donald L, LAMPMAN Gary M. et al. Química Orgânica Experimental:

técnicas de escala pequena. 2ª ed. Porto Alegre: Bookman; 2009.

Química Orgânica Experimental. Santa Catarina. [Apostila de aulas praticas

do departamento de química - Universidade Federal de Santa Catarina –

UFSC].