Preparação do cloreto de terc-butila

Transcrição

1 Preparação do cloreto de terc-butila Substituição Nucleofílica Alifática Tatiana Verissimo

2 Métodos mais comuns de Preparação de Haletos de Alquila Halogenção direta de alcanos,para a formação direta de cloretos e brometos de alquila (mistura de isômeros de dificil separação). H 3 C-CH 2 -CH 3 + Cl 2 H 3 C-CH-CH 3 + H 3 C-CH 2 CH 2 propano Cl Cl 2-cloropropano 1-cloropropano

3 Métodos mais comuns de Preparação de Haletos de Alquila Adição de ácidos halogenidricos em alcenos. H3C-CH=CH2 + HCl H3C-CH-CH3 propeno Cl 2-cloropropano

4 Métodos mais comuns de Preparação de Haletos de Alquila Conversão de álcoois em haletos de alquila por reações SN1 e SN2. CH3 CH3 H3C - C-OH + HCl H3C - C-Cl + H2O CH3 CH3 álcool t-butílico cloreto de t-butila

5 Reações de Substituição Nucleofílica São aquelas reações em que o grupo que entra fornece um par de elétrons para nova ligação covalente e o grupo que sai leva consigo o par de elétrons da ligação quebrada

6 Reações de Substituição Nucleofílica Nü - + R X R Nü + X - Nucleófilo Substrato (haleto de alquila) Produto Íon haleto Nü - Centro que o nucleófilo procura H H H δ + δ - C X

7 As reações de substituição nucleofílica podem ser de dois tipos: SN1:Substituição nucleofílica unimolecular SN2:Substituição nucleofílica bimolecular

8 Substituição Nucleofílica SN1 A velocidade da reação depende somente da concentração do substrato, Cadeia ramificada (impedimento estérico), Há formação de carbocátion, Os nucleófilos são fracos, O solvente utilizado é polar e prótico,

9 Substituição Nucleofílica SN1 (CH 3 ) 3 CCl + 2H 2 O (CH 3 ) 3 COH + H 3 O + + Cl - Etapa 1: CH 3 lenta H 3 C C Cl H 2 O CH 3 Com ajuda do solvente polar, o átomo de cloro se afasta com o par de elétrons que o ligava ao carbono H Cl - C C estável CH 3 C+ terciário CH 3 Produtos solvatados e estabilizados pela H 2 O Etapa 2: CH 3 rápida H 3 C C+ :OH 2 CH 3 ácido de Lewis base de Lewis CH 3 H 3 C C O + H CH 3 H

10 Substituição Nucleofílica SN1 Etapa 3: CH 3 H 3 C C O + H CH 3 H :OH 2 base de Bronsted (aceita um próton) rápida CH 3 H 3 C C O H + H 3 O + CH 3

11 Substituição Nucleofílica SN2 A velocidade da reação depende da concentração do substrato e do nucleófilo, O substrato não deve ser impedido estericamente, Não há formação de carbocátion, Os nucleófilos devem ser fortes e concentrados, O solvente utilizado é polar e aprótico, E ocorre inversão de configuração.

12 Substituição Nucleofílica SN2 Reação envolvida na classe Sn2

13 Eliminação unimolecular (E1) O mecanismo E1 é semelhante com a reação SN1. Forma-se um carbocátion na primeira etapa e a velocidade da reação só depende da concentração do substrato. Ambos são favorecidos pelos mesmos fatores. E!

14 SN1 x E1 SN1 CARBOCÁTIONS ESTÁVEIS, NUCLEÓFILOS FRACOS, SOLVENTES POLARES, BAIXAS TEMPERATURAS, E1 CARBOCÁTIONS ESTÁVEIS, NUCLEÓFILOS FRACOS, SOLVENTES POLARES, ALTAS TEMPERATURAS

15 Propriedades dos compostos utilizados Compostos Álcool tercbutílico Cloreto de terc-butila Bicarbonato de sódio Ácido clorídrico(em solução) Cloreto de cálcio Fórmula Molecular C 4 H 10 O C 4 H 9 Cl NaHCO 3 HClágua CaCl 2 Ponto de ebulição( 0 C) Maior que 16002,152 Ponto de fusão( 0 C) Densidade (g.cm 3 )(25 0 C) Peso Molecular(g. mol -1 ) Solubilidade Toxidade ,perde CO ,779 0,847 2,159 1,187 2,152 73,96 92,57 34,01 36,46 110,98 Água,éter e álcool Irritação nos olhos e na pele; inflamável Álcool e éter. Insolúvel em água Tóxico(inalaçã o prolongada); inflamável Água. Insolúvel em álcool Pouco tóxico;não inflamável Água,álcool Éter e benzeno Tóxico por inalação, irritante para os olhos e pele; não inflamável Água e álcool Pouco tóxico

16 Agente secante Forma com a água um sal Hexa-hidratado (CaCl2.6H2O), em temperatura inferior a 30 C. devido a presença, como impureza, de fabricação, de hidróxido de cálcio ou de cloreto básico, Não deve ser usado nas secagens ácidas ou de líquidos ácidos, Não deve ser empregado nas secagens de alguns compostos carbonílicos, de ésteres, álcoois, fenóis, aminas, e amidas, em virtude de reagir quimicamente com esses compostos.

17 Procedimento experimental Preparação do cloreto de terc-butila

18 Reação: funil de separação Aparelhagem

19 Filtração simples Aparelhagem

20 Destilação simples Aparelhagem

21 Técnicas utilizadas Lavagem: Adição do NaHCO 3 para retirada do excesso de ácido. Secagem de solução:retirada de água por agentes inorgânicos e minerais Filtragem simples eliminação do agente secante da solução que é o CaCl 2 Destilação simples: purificação do cloreto de terc-butila

22 25g de álcool t-butílico em funil de separação de 25Oml 1.Adicionar 85mL de HCl concentrado 2.Agitar a mistura por 30 segundos a cada cinco minutos durante 20 minutos 3.deixar em repouso para separação das fases Fase aquosa (inferior): H 3 O +, Cl - - ; traços de álcool t - butílico; traços de Cloreto de t-butila Fase orgânica (superior): cloreto de t-butila; traços de álcool t butílico; HCl ;H 2 O 1.Transferir para Béquer 2.Lavar com 20mL de NaHCO 3 3.Transferir para o funil de separação Fase aquosa (inferior): Na + Cl - ;Na + HCO 3 - ; traços de cloreto de t- butila; traços de álcool t-butílico Fase aquosa (inferior): Na + Cl - ; Na + HCO 3 - ; traços de cloreto de t-butila; traços de álcool t-butílico Cloreto de t-butila (superior): Traços de álcool t-butillico; traços de H 2 O; Na + Cl - ; Na + HCO 3 - Lavar com 20 ml de água destilada Cloreto de t-butila (superior); traços de Na + HCO 3 - ; traços de Na + Cl - ; H 2 O ; traços de álcool t-butílico Transferir Para erlenmeyer De 125 ml

23 Cloreto de t-butila (superior); traços de Na + HCO 3- ; traços de Na + Cl - ; H 2 O ; traços de álcool t-butílico secar o produto com 5g de CaC1 2 anidro filtrar em papel pregueado, e recolhendo a fase orgânica em balão de destilação de 100mL. Sólido retido no filtro: NaCl,CaCl 2. 6H 2 O; NaHCO 3 ; traços de cloreto de t-butila; traços de álcool t- butílico Filtrado: cloreto de t-butila: traços de CaCl 2.6H 2 O; traços de Na + Cl - ; traços de H 2 O; traços de álcool de t-butílico 1) Tarar um erlenmeyer. 2) Destilar oproduto na faixa C. (temperatura constante) 3) Calcular o rendimento. 4) Corrigir o p.e. Resíduos: de cloreto de t-butila; NaCl; CaCl 2.6H 2 O; traços de álcool t-butílico Destilado: cloreto de t-butila Recolher em frasco com tampa. Rotular indicando: Nome do produto Volume Faixa destilação Membros do grupo Data

24 REAÇÕES ENVOLVIDAS: Reação de formação do cloreto de terc-butila: (CH3)3OH + H3O+ + Cl- (CH3)3Cl + 2H2O

25 REAÇÕES ENVOLVIDAS: Eliminação de ácido que possa estar em excesso: NaHCO3 + HCl Na+ Cl- + CO2 + H2O Eliminação da água através do agente secante: CaCl2 + 6 H2O CaCl2.6H2O

26 Reação concorrente (E1) Uma reação paralela que pode ocorrer é a eliminação de um próton do carbocátion formando um alceno.

27 Cálculos - Volume a ser utilizado de álcool t- butílico: m d = V 0,78 g ml = 25,00g VmL V= 32,05mL de álcool t-butílico

28 Cálculos - Cálculo da massa de HCl que reage com 25,00 g de t-butanol: 1 mol de t-butanol mol de HCl 73,96 g ,5 g 25,00 g Y Y = 12,34 g de HCl

29 Cálculos Cálculo do volume de HCl necessário para reagir com 25g de álcool t-butílico: HCl conc. = 35,5%, d(hcl) = 1,19 g/ ml Volume de HCl utilizado = 85,00mL 100 g de solução de HCl ,5 g de HCl m 100 d = V = = 84, 04mL V 1,19

30 Cálculos 100 g de sol.(que contém 35,5g de HCl) ,04 ml Z ,00 ml Z = 35,75 g de HCl contidos em 85,00 ml de solução.

31 Cálculos - Cálculo da massa de cloreto de t- butila obtida na reação com 25,00 g de álcool t-butílico: 1 mol de t-butanol mol de cloreto de t-butila 73,96g ,57g 25,00g X X= 31,30g de cloreto de t-butila para 100% de rendimento.

32 Cálculos - Fator de Correção do ponto de ebulição à pressão de 1 atm: P.E.=T obs + ΔT ΔT =1,2x10-4 (760 p)(t obs + 273) Supondo:T obs = 45 o C( 318K) e p = 709 mmhg ΔT =1,2x10-4.( ).( ) = =3,61K( 3,61 o C)

33 Cálculos Cálculo do rendimento: Rendimento exp. = Rendimento exp. = massa(exp.) 100 massa( calc.) massa(exp) ,30g O rendimento de uma reação raramente é 100%, devido a possíveis fontes de erro.

34 Fontes de erro Há possibilidade da reação não ser completa; Ocorrência de reações secundárias concorrentes; A insuficiência de um reagente em relação ao outro; Impurezas dos reagentes utilizados; Lavagem incorreta; Contaminação dos materiais.

35 Resíduos Os resíduos devem ser colocados em frasco especial devido a presença de terc-butila, que posteriormente será incinerado.

36 Bibliografia qq_hiper_texto_01.html anica2.htm Solomons,T.W.G., Fryhle, C.B.,Química Orgânica 1- trad.whei Oh Lin, 7ªed,LTC-Rio de Janeiro,2001.