1 OBJETIVO Converter n-butanol em bromobutano por uma reação de S N2. 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 sulfúrico para que ocorra as reações de formação via S N2 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.SEC>PRIM.
3 PARTE EXPERIMENTAL 3.1 REAGENTES E SOLUÇÕES Para o experimento foram utilizados: - Ácido Clorídrico concentrado (HCl); - Ácido Nítrico 5% (HNO 3); - Ácido Sulfúrico (H 2SO4); - Álcool n-butilo; - Bicarbonato de Sódio, solução aquosa 10% (NaHCO 3); - Brometo de Potássio (KBr); - Cloreto de Cálcio anidro (CaCl 2).
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 n- butanol (C4H9OH) Brometo de Potássio (KBr) Ácido Sulfúrico (H2SO4) Ácido Nítrico (HNO3) Ácido Clorídrico (HCl)
PM
DENSIDADE
p.e. (ºC)
74,12
0,810
118
119,01
-- -- --
-- -- --
98,08
1,84
-- -- --
63,01
1,50
83
36,50
1,15
110
DENSIDADE
p.e. (ºC)
1,27
101,6
Tabela 02: Tabela do produto desejado. COMPOSTO PM n-bromobutano 137,03 (C4H6Br)
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 diluiuse 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 H 2SO4 concentrado contido em um funil de separação mantendo a temperatura da mistura reacional em 40°C. Após a adição do H 2SO4, 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 CaCl 2 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 HNO 3 a 5%. Adicionou-se 2 gotas de AgNO 3 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
KBr 1 – Dissolver em H2O 2 – ∆ 3 – H2SO4 (concentrado) a 40ºC 4 – ∇ 5 - Filtrar
HBr
Precipitado
1 – Álcool n-butílico 2 – H2SO4 (concentrado) 3 – Destilar
Sobrenadante
Descarte
Brometo de n-butila 1 – HCl 2 – H2O 3 – Bicarbonato de Sódio
S N2 CaCl2
Bromobutano
Álcool n-butílico Descarte
3.4.1.1 REAÇÃO DE FORMAÇÃO DO BROMOBUTANO
C4H9OH + KBr + H2SO4
C4H9Br + KHSO4 + H2O
3.4.2 CONFIRMAÇÃO
Brometo de n-butila 1 – Solução Alcoólica a 5% de KOH 2 – ∆ 3 – H2O 4 – HNO3 5% 5 – AgNO3
AgBr Precipitado Amarelo
3.4.2.1 REAÇÃO DE CONFIRMAÇÃO CH3CH2CH=CH2 + Br -
C4H9OH + KOH Br-
AgNO3 HNO3
AgBr
ppt Amarelo
3.5 RESULTADO E DISCUSSÃO Cálculo de Rendimento: Rendimento =
Massa de KBr Massa n-bromobutano
Rendimento =
25,84 g x 100 30,03 g
Rendimento =
86,04 %
Se
considerarmos
que
na
reação
X 100
acima
foram isolados
25,84 g
de
-bromobutano e que, pela estequiometria da reação, 1 mol de reagente fornece 1 mol de
n
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 + H 2SO4), 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, % EA exp 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.
