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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.