Reação de Sn2 - Preparação de Bromob (1)

Reação de Sn2 - Preparação de Bromob (1)

1 OBJETIVO

Converter n-butanol em bromobutano por uma reação de SN2. E verificar através de reação de confirmação a presença do brometo de n-butila.

2 INTRODUÇÃO

O preparo do n-bromobutano é uma das mais simples e conhecida da síntese orgânica, espécie de efeito catalítica conhecida do químico orgânico, isso porque os álcoois reagem facilmente com os haletos de hidrogênio para formação dos haletos de alquila.

A reação é levada a efeito, quer fazendo passar uma corrente do haleto de hidrogênio sob a forma gasosa anidra através do álcool ou aquecendo uma mistura de ao álcool com uma solução aquosa de ácido halidrico, ou pode-se gerar o ácido bromico em presença de álcool através da reação do acido sulfúrico com o brometo de potássio.

O menos reativo de todos os haletos de hidrogênio é o acido clorídrico, geralmente exige a presença de cloreto de zinco para se operar a reação entre ele e os álcoois primários e secundários, já os terciários são mais reativos e não necessitam de nenhum catalisador.

Características das reações de haletos de hidrogênio: são catalisadas por ácidos fortes para protonar a hidroxila e ocorrer a substituição nucleofilica, os haletos não formam ácidos fortes o bastante para que ocorra a protonação portanto é necessário que se adicione, por exemplo acido sulfúrico para que ocorra as reações de formação via SN2 com haletos.

Os álcoois secundários e terciários produzem rearranjo na estrutura, isso em álcoois primários não ocorre, portanto os álcoois primários se conservam com as estruturas dos álcoois utilizados.

A ordem de reatividade dos álcoois perante os HX é TERC.>SEC>PRIM.<CH3

Os álcoois secundários e terciários reagem via SN1, isso ocorre porque se tem um intermediário na reação de formação do haleto, porque os álcoois secundários e terciários fornecem estabilidade para formação do álcool protonado, o que gera um carbocation e água, em seguida o carbocation reage com o ânion haleto, já os álcoois primários não apresentam esse tipo de reação. Os álcoois primários reagem via SN2, isso porque os álcoois primários são menos capazes de heterólíse e portanto mais abertos ao ataque de nucleofilos.

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 REAGENTES E SOLUÇÕES

Para o experimento foram utilizados:

- Ácido Clorídrico concentrado (HCl);

- Ácido Nítrico 5% (HNO3);

- Ácido Sulfúrico (H2SO4);

- Álcool n-butilo;

- Bicarbonato de Sódio, solução aquosa 10% (NaHCO3);

- Brometo de Potássio (KBr);

- Cloreto de Cálcio anidro (CaCl2).

3.2 MATERIAIS E APARELHAGEM

Para o experimento foram utilizados:

- Balança semi-analítica;

- Balão de Fundo Redondo;

- Banho de Gelo;

- Bastão de Vidro;

- Béquer (50, 100 e 250 mL);

- Bomba de Vácuo;

- Chapa Aquecedora;

- Condensador de Destilação;

- Condensador de Refluxo;

- Cuba;

- Erlenmeyer 125 mL;

- Funil Analítico;

- Funil de Büchner de 250 mL;

- Funil de Separação de 250 mL;

- Kitassato de 250 mL;

- Mangueiras para Filtração a Vácuo;

- Manta de Aquecimento e Termostato;

- Papel de Filtro;

- Papel de Tornassol;

- Pedra de Ebulição;

- Pinça;

- Pipeta Pasteur;

- Proveta (50 e 100 mL);

- Termômetro;

- Tubo de Ensaio;

- Vidro Relógio.

3.2.1 APARELHAGEM DE LABORATÓRIO

Figura 01: Condensador de destilação.

3.2.2 TABELA DE DADOS FÍSICOS

Tabela 01: Tabela de Reagentes.

REAGENTES

PM

DENSIDADE

p.e. (ºC)

n- butanol

(C4H9OH)

74,12

0,810

118

Brometo de Potássio

(KBr)

119,01

-- -- --

-- -- --

Ácido Sulfúrico

(H2SO4)

98,08

1,84

-- -- --

Ácido Nítrico

(HNO3)

63,01

1,50

83

Ácido Clorídrico

(HCl)

36,50

1,15

110

Tabela 02: Tabela do produto desejado.

COMPOSTO

PM

DENSIDADE

p.e. (ºC)

n-bromobutano

(C4H6Br)

137,03

1,27

101,6

3.3 PROCEDIMENTO

3.3.1 OBTENÇÃO DO HBr

Pesou-se 30,03 g de KBr em um Erlenmeyer de 125 mL previamente tarado, e diluiu-se em 50 mL de água, levou-se esta mistura ao banho-maria para uma melhor diluição do KBr. Após a diluição, deixou-se resfriar o frasco em temperatura ambiente, e sob agitação constante do Erlenmeyer, adicionou-se vagarosamente 25 mL de H2SO4 concentrado contido em um funil de separação mantendo a temperatura da mistura reacional em 40°C. Após a adição do H2SO4, resfriou-se a solução em banho de gelo e filtrou-se o precipitado em um filtro de Büchner pressionando-se um vidro de relógio sob o precipitado para garantir a retirada de todo o HBr da massa

3.3.2 PREPARAÇÃO DO n-BROMOBUTANO

Transferiu-se o filtrado para um balão de fundo redondo adicionando-se 13,5 mL de álcool n-butílico e em seguida, adicionou-se lentamente sob agitação constante 15,2 mL de H2SO4 concentrado contido em um funil de separação. Adaptou-se um condensador de refluxo ao balão, adicionou-se alguns pedaços de porcelana porosa e aqueceu-se a ebulição por uma hora, adaptou-se um tubo curvo a boca do frasco e destilou-se vagarosamente a solução ate não haver mais vestígios de gotas oleosas no condensador. Transferiu-se o destilado para um funil de separação ,desprezando-se a camada superior e manteve-se a camada inferior contendo n-butila bruto.

Lavou-se o bromobutano com 15 mL de HCl concentrado e em seguida 25 mL de água, uma solução de 20 mL de bicarbonato de sódio 10% e em seguida 25 mL de água, mantendo-se sempre a camada inferior no funil. Secou-se o produto com CaCl2 anidro. Filtrou-se o produto seco em um papel de filtro, transferiu-se a massa para um erlenrneyer de 50 mL seco e previamente tarado para calcular o rendimento.

3.3.3 REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO.

Hidrolisou-se o n-butila, em um tubo de ensaio, colocou-se algumas gotas da solução de n-butila e 5 mL de uma solução alcoólica a 5% de KOH e levou-se o tubo de ensaio a uma pequena chama por 5 minutos. Resfriou-se a solução e adicionou-se 10 mL de água destilada, acidulou-se com uma solução aquosa de HNO3 a 5%. Adicionou-se 2 gotas de AgNO3 na solução ocorrendo à precipitação de um sólido amarelo, confirmando a presença de brometo de n-butila na solução.

3.4 FLUXO DO PROCEDIMENTO

3.4.1 PREPARAÇÃO DO BROMOBUTANO

3.4.1.1 REAÇÃO DE FORMAÇÃO DO BROMOBUTANO

C4H9OH + KBr + H2SO4 C4H9Br + KHSO4 + H2O

3.4.2 CONFIRMAÇÃO

3.4.2.1 REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO

C4H9OH + KOH CH3CH2CH=CH2 + Br-

B

ppt Amarelo

r- AgBr

3.5 RESULTADO E DISCUSSÃO

Cálculo de Rendimento:

Rendimento = Massa de KBr X 100

Massa n-bromobutano

Rendimento = 25,84 g x 100

30,03 g

Rendimento = 86,04 %

Se considerarmos que na reação acima foram isolados 25,84 g de n-bromobutano e que, pela estequiometria da reação, 1 mol de reagente fornece 1 mol de produto (n-bromobutano), sendo que o reagente limitante é o n-butanol (0,233 mol), podemos aferir que o rendimento (em percentagem) da reação foi de 86,04% (um bom rendimento em síntese orgânica).

Entretanto, se considerarmos,os outros reagentes (n-butanol + NaBr + H2SO4), foram utilizados e que, na melhor das hipóteses (rendimento de 100%), a reação poderia fornecer apenas 31,93 g (teórico) do produto desejado (n-bromobutano). Esta reação, portanto, pode apresentar no máximo, apenas 26,4% da massa dos reagentes incorporada ao produto desejado (31,93 g / 120,88 g X 100 = 26,4%). Isto significa dizer que, do ponto de vista de aproveitamento de reagentes, esta reação é muito ruim, pois a maior parte dos átomos empregados na reação não é incorporada no produto final. Esta reação apresenta uma baixa eficiência atômica (EA = 26%). Entretanto, como a reação descrita na Equação acima teve um rendimento de 86,04% (25,84 g), a Economia de Átomos Experimental, % EAexp é ainda menor:

Para confirmarmos a presença do n-bromobutano, adicionamos a ele o nitrato de prata que reage com o bromo em meio ácido, formando o brometo de prata, que é um precipitado amarelo. Esta reação de substituição alifática nucleofilica.

4 CONCLUSÃO

Foi possível produzir através de síntese orgânica o bromobutano a partir de n-butanol, a reação é feita via reação de substituição nucleofilica, e por se tratar de um álcool primário apresentou ótimo rendimento.

Foi possível realizar a identificação, que é feita com a hidrólise do n-bromobutano com uma base, hidróxido de potássio, dessa forma se tem uma substituição do brometo pela hidroxila, e o bromo é identificado com nitrato de prata em meio acido nítrico, formando um precipitado amarelado de fácil visualização.

Indicando dessa forma que na síntese obtemos o n-bromobutano.

5 BIBLIOGRAFIA

ARTHUR, I. Vogel. “QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA” . Volume único, 1º Edição. Editora Mestre Jou, 1981. São Paulo.

DIAS, A. G., COSTA, M. A., CANESSO, P.I.C. “GUIA PRÁTICO DE QUÍMICA ORGÂNICA”, pg 96 (Cap. 4: Técnicas de Laboratório). Volume 1, Editora Interciência, Rio de Janeiro, 2004.

WILLIAMSON, K. L. “MACROSCALE AND MICROSCALE”, pg 250 (Cap. 16: The SN2 Reaction: 1-Bromobutane). 3º Edição. Houghton Mifflin Company,. New York, 1999.

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