Relatóriode Cloreto de Terc-Butila Nome : Professor: Disciplina: Química Orgânica VI Curso: Farmácia Março / 2014 I ) Introdução Reação de substituição nucleofílica alifática A substituição nucleofílica em carbono saturado é uma das classes de reações orgânicas mais estudadas. A reação consiste no ataque de um nucleófilo em um sítio deficiente de elétrons. A natureza do substrato, do nucleófilo e do grupo de saída, além das condições de reação, são fatores importantes que influenciam o mecanismo destas reações. De acordo com essas vaiáveis, uma reação de substituição nucleofílica pode ocorrer através de dois mecanismos principais: SN1 (substituição nucleofílica unimolecular) e SN2 (substituição nucleofílica bimolecular). Mas o caso estudado será o de reação unimolecular. No mecanismo S N 1, a velocidade da reação independe da concentração do nucleófilo. A etapa lenta envolve a formação de um carbocátion e a reação é influenciada por fatores eletrônicos. Este mecanismo predomina em substrato que são capazes de formar um carbocátion estável, por exemplo, compostos cujo grupo de saída está ligado a carbono benzílico, alílico ou terciário. É favorecido também em solventes polares, devido à solvatação do carbocátion intermediário. O mecanismo S N 2 segue uma cinética de 2ª ordem, isto é, tanto o nucleófilo como o substrato, participam da etapa lenta da reação. Como, no estado de transição, o nucleófilo e o grupo de saída estão ligados ao átomo de carbono sp 3 , os fatores estéricos são importantes. Este mecanismo é, portanto, favorecido em substituições nucleofílicas que ocorrem em carbono metílico, primário ou secundário. Observa-se também, no mecanismo S N 2, inversão de configuração. É importante frisar que, paralelamente às reações de substituição nucleofílica, podem ocorrer também reações de eliminação, com a formação de alcenos. Halogênios como nucleófilos Os íons haletos são capazes de reagir com álcoois, para dar haletos de alquila. Os reagentes comumente empregados na halogenação de álcoois são listados abaixo: RCl: HCl, ZnCl 2 , SOCl 2 , COCl 2 , Ar 3 PCl 2 , PCl 5 , PCl 3 , POCl 3 . RBr: HBr, Ar 3 PBr 2 , PBr 3 . RI: HI, PI 3 Na presença de HX, a primeira etapa da reação envolve a protonação do álcool. É importante ressaltar a influência do volume do íon na nucleofilicidade destes haletos. O poder nucleofílico aumenta com o volume do íon, ainda que a basicidade diminua. Assim, a ordem de reatividade dos haletos é a seguinte: iodeto > brometo > cloreto > flureto. II) Objetivos Sintetizar o cloreto de terc-butila a partir do álcool terc-butílico. III) Resultados e Discussão Ao final do procedimento experimental, recolheu-se 11,50 mL de cloreto de terc- butila. O cloreto de terc-butila fora formado a partir da reação de 15,40mL de álcool terbutílico com 49,90 mL de ácido clorídrico concentrado. A reação é a seguinte: Mecanismo da síntese do cloreto de terc-butila: 1ª Etapa: Formação de um bom grupo de saída 2ª Etapa: Formação do carbocátion 3ª Etapa: Formação do cloreto de terc-butila IV) Conclusão O procedimento foi considerado bastante satisfatório, uma vez que se atingiu o objetivo principal que era a obtenção do cloreto de terc-butila através de uma substituição nucleofílica do tipo S N 1 . E também, quando o rendimento foi entre a faixa prevista na literatura ( 70 – 80% ). V) Parte Experimental V.I) Procedimento Primeiramente pesquisou-se na literatura informações sobre os reagentes e os produtos a serem utilizados e esses resultados são apresentados na tabela abaixo. Tabela 1 – Constantes físicas dos reagentes e produtos Substância Mol Índice de Refração PF (°C) PE (°C) Densidade Solubilidade Álcool terc- butílico 74,12 1,38468 25,6 82,41 0,78581 Solúvel em água, etanol e éter Ácido clorídrico 36,47 1,256 -114,22 -85,05 1,17 Solúvel em água, etanol, metanol e éter Bicarbonato de sódio 84,01 - 270 - - Insolúvel em etanol e solúvel em água Cloreto de cálcio anidro 110,99 - 772 >1600 2,512 Pouco solúvel em água e etanol Cloreto de terc-butila 92,57 1,38686 -26,5 51,00 0,847 Pouco solúvel em água e solúvel em etanol e éter Em funil de separação de 250,0mL colocou-se 15,40mL de álcool terc-butílico e aos poucos adicionou-se 49,90mL de ácido clorídrico 35%. Agitou-se a solução sem esquecer de regular a pressão interna. Após a agitação, deixou-se o funil descansar até que houvesse a separação de duas fases. Desprezou-se a fase aquosa que é composta de ácido e água, e esta se localizava na camada inferior, como não podíamos afirmar que era o principal motivo era a densidade já que não era água pura. Nos baseamos de dois fatos, primeiramente o volume da solução de HCl adicionada ser maior que do álcool e para confirmar utilizamos um tubo de ensaio contendo água destilada e gotejamos a fase inferior, sendo está miscível podíamos afirmar que era a fase aquosa. Figura VIII – Funil de separação: fase aquosa (inferior) e fase orgânica (superior) Então à fase orgânica adicionou-se 20,0mL de uma solução aquosa de carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ). Agitou-se o funil de separação controlando a pressão interna. Adiciona-se carbonato de sódio para que o restante de ácido clorídrico residual reaja com o Na 2 CO 3 , como mostra a reação abaixo formando um sal e liberando um gás. Novamente despreza-se a fase aquosa que está na parte inferior do funil de separação, confirmada novamente utilizando um tubo de ensaio. Fase aquosa: 2 HCl (aq) + Na 2 CO 3 (aq) 2 NaCl (aq) + H 2 CO 3 (aq) H 2 CO 3 (aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) Fase orgânica: Cloreto de terc-butila Transferiu-se a fase orgânica para um erlenmeyer, adicionou-se 10,0mL de água destilada para que pudesse retirar resquícios de sais e depois adicionou-se um agente secante o CaCl 2 até que não solubilizasse mais . Assim foi transferido para uma proveta, com o auxílio de um funil com algodão, o produto para que fosse medido o seu volume. O volume encontrado foi de 11,50mL. Calculando o rendimento da solução, temos que o volume de álcool adicionado é o limitante da reação, assim o seu volume adicionado corresponde a 100%, então : 15,40mL ------------- 100% 11,50Ml ------------- x x= 1150 / 15,40 = 74,7% V.II) Materiais e Reagentes Foram utilizados os seguintes equipamentos: I. Suporte universal II. Funil de separação III. Bécher IV. Erlenmeyer V. Aro VI. Mufa VII. Funil de vidro VIII. Algodão IX. Proveta Foram utilizados os seguintes reagentes: I. Álcool terbutílico (2-metil-2-propanol) II. Ácido clorídrico III. Solução aquosa saturada de Carbonato de Sódio IV. Cloreto de Cálcio anidro VI) Referências Bibliográficas SOARES, B., DE SOUZA, N. A., PIRES, D. X., "Química Orgânica : Teoria e Técnicas de preparação e identificação de compostos orgânicos”, Rio de Janeiro, Editora Guanabara S.A., 1988, Págs.:108 a 110. SOLOMONS, T. W. G., FRYHLE, C., B., “Química Orgânica Volume 1”, 8ª Edição, Rio de Janeiro, LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2005, Págs.: 636 e 637. VOGEL, A. I., "Química Orgânica Volume 2: Análise Orgânica Qualitativa", Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico S.A., 1990, Págs.: 625 a 631. THE MERCK INDEX OF CHEMICAL AND DRUGS; Rahway, New Jersey, Merck and Co., Inc.