Prática 02. Síntese do Cloreto de tert-butila. HCl

Transcrição

1 Prática 02 Síntese do Cloreto de tert-butila CH3OH HCl CH3Cl Objetivos Didáticos: 1) Desenvolver os conceitos de reações de substituição nucleofílica. 2) Discutir o mecanismo, mostrando a diferença entre um intermediário e um estado de transição, de uma reação SN 1. INTRODUÇÃO O método mais geral de preparação de halogenetos de alquila é a partir de álcoois. Devido à importância da reação, vários reagentes diferentes têm sido usados para transformar álcoois em haletos de alquila. O método mais simples de se converter álcoois em haletos de alquila envolve o tratamento de álcool com HCl, HBr ou HI: ROH HX RX H 2 O (X= Cl, Br, I) Por razões que discutiremos na parte teórica da disciplina, a reação funciona melhor com álcoois terciários. Os álcoois primários e secundários também reagem, mas com velocidades menores e a temperaturas mais elevadas. Embora isto não seja problema nos casos simples, moléculas mais complicadas são, por vezes, sensíveis a ácidos e se decompõem nas condições da reação. A reação de HX com um álcool terciário é tão rápida que, com freqüência, é feita borbulhando o gás HX em uma solução resfriada do álcool em éter, A reação usualmente se completa em poucos minutos. HO Cl HCl (gás) éter, O o C HCl A velocidade da reação de álcoois terciários com halogenetos de hidrogênio depende somente da concentração do álcool e não da concentração do halogeneto de hidrogênio. Em outras palavras, a reação é um processo de primeira ordem, e somente uma molécula está

2 envolvida na etapa cuja cinética está sendo medida. A concentração do nucleófilo não aprece na expressão da velocidade: V= K. [álcool] Muitas das reações orgânicas são muito complexas e ocorrem em etapas sucessivas. Uma destas é geralmente mais lenta do que as outras, e a denominamos etapa limitante da velocidade. Nenhuma reação pode ocorrer mais rapidamente do que a etapa limitante da velocidade, que atua como controlador de velocidade. O experimento que realizaremos é um exemplo que reação de substituição nucleofílica de primeira ordem (SN1), onde o grupo hidróxido será substituído pelo íon cloreto (Cl - ). EXPERIMENTO 1 a PARTE 1) Com o auxílio de uma pipeta graduada de 10 ml, meça 10 ml de álcool tertbutílico e o transfira para um funil de separação. Esta parte e a seguinte do procedimento deverão ser realizadas na capela. Com cuidado e vagarosamente, adicione 30 ml de ácido clorídrico concentrado ao funil de separação. HCl (aq) 2) Feche o funil e o agite suavemente, de vez em quando, durante 20 minutos, tomando o cuidado de aliviar a pressão interna depois de cada agitação. 3) Deixe a mistura em repouso até que as duas fases estejam nitidamente separadas. HCl (aq)

3 4) Separe a fase inferior (ácida) e a descarte imediatamente em frasco apropriado disposto na capela. HCl (traços) HCl (aq) 5) Ao funil que ainda contém a fase superior, adicione 15 ml de uma solução 5% de bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ), agite durante alguns instantes, deixe que as fases se separem e descartar a fase aquosa (NaCl) inferior. NaHCO 3 (aq) NaCl (traços) HCl (traços) NaCl (aq) 6) Ao funil que ainda contém a fase superior, adicione 15 ml de água destilada, agite durante alguns instantes, deixe que as fases se separem e descarte a fase aquosa inferior. H 2 O H 2 O (traços) NaCl (traços) H 2 O NaCl (traços)

4 7) Transfira a fase superior do funil (cloreto de tert-butila) para um béquer de 50 ml. H 2 O traços 8) Adicione ao béquer, uma quantidade suficiente de sulfato de sódio anidro para eliminar traços de água ainda presentes. Na 2 SO 4 Anidro (s) H 2 O (traços) 9) Filtre o material com o auxílio de um funil e um pedaço de algodão, recolhendo o filtrado em um béquer pequeno. Se for possível, a decantação simples deve ser realizada preferencialmente. Béquer Tarado 10) Pese sua amostra e a junte com as amostras dos demais grupos em um balão de fundo redondo para realizar uma única destilação. Feche o balão e o guarde na geladeira até a próxima semana.

5 2 a PARTE 11) Adicione algumas pedras de ebulição ao balão e destile o material. CUIDADO!!!! 1) Não aqueça demais, pois a destilação é rápida. 2) Retire a cabeça de destilação (coletar as primeiras gotas do destilado em um balão a parte e, a seguir, trocar o balão pelo balão tarado que receberá o produto puro). Colete a fração que destilar entre o C. H 2 O Glicerol H 2 O Banho de H 2 O e Gelo 12) Pesar o material obtido e calcular o rendimento da reação. Reação de confirmação Quando o cloreto de ter-butila reage com o íon hidróxido (OH - ), este substitui o íon cloreto que é liberado no meio. O íon cloreto pode ser caracterizado no meio através de uma reação de precipitação, na qual o íon cloreto reage com o íon prata para formar um sal insolúvel, o cloreto de prata (AgCl): H 3 C Cl NaOH (aq) aquecimento H 3 C OH Na (aq) Cl - (aq) Ag AgCl (s) 13) A um tubo de ensaio, adicione 5 gotas do material recém-preparado e 5 ml de uma solução 5% de hidróxido de potássio (KOH). 14) Com cuidado, aqueça o tubo no bico de Bunsen por 2 minutos.

6 CUIDADO!!! 1) Existe possibilidade de projeção de material sobre algum colega vizinho. 2) O aquecimento não deve ser contínuo. Intercale momentos na chama e fora dela. 15) Espere o tubo esfriar e adicione 10 ml de água destilada. 16.1) Adicione algumas 2 gotas de fenolftaleína (a solução ficará avermelhada). 16) Adicione uma solução 5% (v/v) de HNO 3 até a solução fique incolor (meio ácido). 17) Transfira 1 ml da solução acidulada para um outro tubo de ensaio. (Se a solução estiver turva, filtre a mesma antes de adicionar ao segundo tubo) 18) Ao tubo, adicione 3 gotas de uma solução aquosa 5% de AgNO 3. 19) O surgimento de um precipitado branco floculento indicará a presença de íons cloreto proveniente do cloreto de tert-butila. Tópicos para Estudo a. Extração com funil de separação. b. Destilação de compostos orgânicos c. Estequiometria e cálculo de rendimento. d. Toxicidade dos reagentes. Informações Gerais t-butanol cloreto de t-butila HCl p. f. ( o C) p. e. ( o C) d (g/ml) 0, ,02 P.M. (g/mol) cor incolor incolor incolor BIBLIOGRAFIA Allinger, N.L., Cava, M.P., Química Orgânica, 2 a Ed., Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1978, p Solomons, T.W., Química Orgânica, vol. 1, 6 a Ed., LTC, Rio de Janeiro, 1996, p McMurry, Química Orgânica, vol. 1, LTC, Rio de Janeiro, 1997, p. 354.