Substituição Nucleofílica Alifática‡ÕES ANOS... · Ácido clorídrico (em solução) cloreto...

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Preparação do Cloreto de terc-Butila João Fernando Villarrubia Lopes Munhoz Mariana Rosa Pereira Milena Fontes Luizete Yussra Abdul Ghani Substituição Nucleofílica Alifática

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Preparação do Cloreto de terc-Butila

João Fernando Villarrubia Lopes MunhozMariana Rosa Pereira

Milena Fontes LuizeteYussra Abdul Ghani

Substituição Nucleofílica Alifática

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Substituição Nucleofílica - Definição

Reação química, na qual uma espécie com um par de elétrons não compartilhado, nucleófilo, reage com o substrato, de tal forma que ocupe a antiga posição do grupo antes ligado ao substrato, grupo abandonador.

R X R Nü X-Nü- + +Nucleófilo Haleto de Alquila

(substrato)Íon haletoProduto

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Substituição Nucleofílica Unimolecular

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Substituição Nucleofílica Unimolecular

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Curva de energia de reações SN1

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Substituição Nucleofílica SN1

• A velocidade da reação depende somente da concentração do substrato

• Há formação de carbocátion• Os nucleófilos podem ser fracos e diluídos• O solvente utilizado é polar e prótico

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Substituição Nucleofílica Bimolecular

Inversão da configuração

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Curva de energia de reações Sn2

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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

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SN1 x SN2

Fator SN1 SN2

Substrato 3o (carbocátion estável) Metila>1o>2o (necessita de substratos desbloqueados)

NucleófiloBase de Lewis fraca, molécula neutra, o nucleófilo pode ser o

solvente

Base de Lewis forte, a velocidade éfavorecida pela alta concentração do

nucleófilo

Solvente Prótico, polar Aprótico, polar

Grupo retirante I->Br->Cl->F-

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Procedimento Experimental

Preparação do cloreto de terc-butila

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Técnicas e materiais utilizadosExtração (separar dois líquidos imiscíveis)

Lavagem (neutralizar o excesso de ácido)

Secagem (eliminar água)

Filtragem simples (eliminação do agente secante)

Destilação simples (obtenção do cloreto de terc-butila)

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Funil de separação: serve para extrair duas soluções imiscíveis. A fase orgânica pode estar acima ou abaixo, dependendo da densidade relativa das duas soluções.

Extração

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Filtração simples

Filtração Simples: Separar líquidos de sólidos.

Condições:O corpo sólido não deve passar através do filtro ou penetrar nos poros obstruindo-os.O líquido não deve reagir com o papel.

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Papel de filtro pregueado: oferece uma superfície de filtração aumentada, com maior rendimento na sua velocidade.

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Por que usar a destilação simples?

Para separar um líquido de impurezas não voláteis (em solução no líquido) de um solvente usado numa extração.Para separar líquidos de ponto de ebulição diferentes.

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Destilação simples

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Compostos álcool t-butílico cloreto de t-butila Bicarbonato de sódio

Ácido clorídrico (em solução) cloreto de cálcio

Fórmula molecular C4H10O C4H9Cl NaHCO3 HCl CaCl2Ponto de ebulição (ºC) 82,9 51 - 114 > 1600

Ponto de fusão (ºC) 25,5 -26,5 270 , perde CO2 -85 772

Densidade (g.cm-3) (20-25ºC) 0,779 0,847 2,159 1,187 2,152

Peso molecular (g.mol-1) 73,96 92,57 34,01 36,46 110,98

Solubilidade água, éter e álcool álcool e éter. Insolúvel em água

Água. Insolúvel em álcool

Água, álcool, éter e benzeno água, álcool

Toxidadeirritação nos olhos e na pele; inflamável

tóxico (inalação prolongada); inflamável

pouco tóxico; não inflamável

tóxico por inalação, irritante para os olhos e pele; não inflamável

pouco tóxico

Usos

desnaturalizantede álcool; solvente para produtos farmacêuticos; agente de desidratação

síntese orgânico (agente alquilante); anti-heumático; solvente

fabricação de bebidas, sais efervescentes; extintores de incêndio; cerâmica; anti-ácido

acidificação (ativação) de poços de petróleo; redução de minerais; acidificante industrial; desnaturalizantede álcool; polimerização;isomerização; alquilação e reação de nitração

fungicida; agente secante e desecante; produtos farmacêuticos; células eletrolíticas; indústria de papel

Obtenção

absorção do isobuteno; em H2SO4 com posterior hidrólise com vapor d’água

preparado com álcool t-butílico; HCl concentrado e destilado

preparado com carbonato de sódio, água e CO2

Subproduto de reações orgânicas de cloração; queimando H2 em uma atmosfera de cloro em ausência de O2

por ação do HClsobre CaCO3 e cristalização

Características - líquido incolor

ligeiramente alcalino; decomposição lenta no ar; sabor refrescante

líquido incolor ou ligeiramente amarelo; ácido forte; corrosivo

cristais; grânulos

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Agente secanteForma 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.

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Reações envolvidas

Eliminação de ácido que possa estar em excesso:

NaHCO3(aq) + H+Cl-(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq) + CO2(g) ↑ + H2O(l)

Eliminação da água através do agente secante:

CaCl2(s) + 6 H2O(l) → CaCl2.6H2O(s)

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Reação de formação do cloreto de terc-butila:

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Fontes de aquecimentoA fonte de calor deve ser escolhida em função do

líquido a ser destilado.

Equipamentos usados para aquecimento:

P.E.<600C Banho maria

600C<P.E.<1800C Banho de óleo

1800C< P.E. Fogareiro elétrico ou bico de Bunsen

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25g de álcool t-butílico em funil de separação de 250 mL

Fase aquosa (inferior):H3O+, Cl-

- ; pouca quantidade de álcool t -butílico; pouca quantidade de Cloreto de t-butila

Fase orgânica (superior): cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico; HCl ;H2O

Cloreto de t-butila (superior):Pouca quantidade de álcool t-butillico; pouca quantidade de H2O; Na+ Cl- ; Na+

HCO3-

Fase aquosa (inferior): Na+ Cl-

;Na+ HCO3-

; pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico

Cloreto de t-butila (superior): pouca quantidade de Na+ HCO3

-; pouca quantidade de Na+ Cl- ; H2O ; pouca quantidade de álcool t-butílico

Fase aquosa (inferior): Na+ Cl- ; Na+ HCO3-;

pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico

Lavar com 20 mL de água destilada

1.Adicionar 85mL de HCl concentrado 2.Agitar a mistura por 30 segundos a cada cinco minutos durante 20 minutos3.Deixar em repouso para separação das fases

1.Transferir para Béquer2.Lavar com 20mL de NaHCO33.Transferir para o funil de separação

Fluxograma

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Cloreto de t-butila (superior): pouca quantidade de Na+

HCO3-, Na+ Cl- , H2O , álcool t-butílico

Filtrado-cloreto de t-butila: pouca quantidade de CaCl2.6H2O; pouca quantidade de Na+ Cl- ; pouca quantidade de H2O; pouca quantidade de álcool de t-butílico

Sólido retido no filtro: NaCl ,CaCl2.6H2O; NaHCO3; pouca quantidade de cloreto de t-butila; pouca quantidade de álcool t-butílico

Resíduos: de cloretode t-butila; NaCl;CaCl2.6H2O; pouca quantidade de álcool t-butílico

Destilado: cloreto de t-butilaRecolher em um frasco com tampa.Rotular indicando: Nome doproduto, volume, faixa destilação, membros do grupo e data.

1.Transferir o haleto para um erlenmeyer de 125 mL2.Secar o produto com 5g de CaC12 anidro3.Filtrar em papel pregueado para eliminar o agente secante, recolhendo a fase orgânica em um balão de destilação de 100mL

1.Tarar um erlenmeyer.2.Destilar o produto na faixa 49~51°C. (temperatura constante)3.Calcular o rendimento.4.Corrigir o p.e.

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CálculosVolume a ser utilizado de álcool t-butílico:

d = m / V → 0,779 g/mL = 25,00 g / V (mL)V = 32,09 mL de álcool t-butílico

Cálculo da massa de HCl que reage com 25,00 g de álcool t-butílico:

1 mol de álcool t-butílico ---------- 1 mol de HCl73,96 g ---------- 36,46 g 25,00 g ---------- yy = 12,32 g de HCl

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Cálculo do volume de HCl necessário para reagir com 25g de álcool t-butílico:

HCl conc. = 35,5% d(HCl) = 1,187 g/ mL

Volume de HCl utilizado = 85,00mL100 g de solução de HCl ------ 35,5 g de HCld = m/V → V = 100/1,187 → V = 84,24 mL

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35,5g de HCl em 100g de solução ---------- 84,24 mLZ ---------- 85,00 mL

Z = 35,82 g de HCl contidos em 85,00 mL de solução

Foram adicionados no funil: 35,82g de HCl

Reagiram: 12,32g

Excesso: 23,50g

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Fator de Correção do ponto de ebulição à pressão de 1 atm:

ΔT = 0,00012(760 – p)(Tobservada + 273)

Rendimento do experimento = ( massa obtida / 31,29) x 100

Cálculo da massa de cloreto de t-butila obtida na reação com 25,00 g de álcool t-butílico:

1 mol de álcool t-butílico ---- 1 mol de cloreto de t-butila73,96g --------------- 92,57g25,00g --------------- x

x = 31,29g de cloreto de t-butila para 100% de rendimento

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Resíduos

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

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Bibliografia• http://labjeduardo.iq.unesp.br• Pavia, D.L.; Lampman,G.M.; Jr. Kriz, G.S. - Introduction to

Laboratory Techniques, 2nd edition, Philadelphia, Saunders College Publishing. Páginas 171 a 182. 1995.

• Vogel - Análise Orgânica Qualitativa, 3º Edição, Rio de Janeiro – RJ, ed. Universidade de São Paulo. Páginas 2 e 251. 1981.

• Merck Index.• Solomons,T.W.G., Fryhle, C.B.,Química Orgânica 1-

trad.Whei Oh Lin, 7ªed,LTC-Rio de Janeiro,2001.