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Universidade Federal de Alagoas
Instituto de Química e
Biotecnologia
Programa de Graduação em Química
Cinética de reação
Introdução
Em química, uma sustituição nucleofílica ou nucleófila é um tipo
de reação de substituição na que um nucleófilo, "rico em elétrons",
substitui em uma posição eletrófila, "pobre em elétrons", de uma molécula a
um átomo ou grupo, denominados grupo lábil.
É um tipo de reação fundamental em química orgânica, onde a reação se
produz sobre um carbono eletrófilo. Ainda que reações de substituição
nucleofílica também podem ter lugar sobre compostos inorgânicos covalentes.
Se ignoramos as cargas formais, em química orgânica a reação geral de
substituição nucleofílica consiste em:
Nu: + R-L R-Nu + L:
O nucléofilo Nu, mediante seu par de elétrons (:), substitui no
substrato R-L, onde R é o eletrófilo, ao grupo saliente L, o qual leva
consigo um par de elétrons. O nucléofilo pode ser uma espécie neutra ou um
ânion, ainda que o substrato pode ser neutro ou têm carga positiva.
Um exemplo de substituição nucleófila é a hidrólise de um brometo de
alquilo, R-Br, sob condições alcalinas, onde o nucleófilo é o OH e o grupo
saliente é o Br .
R-Br + OH R-OH + Br
As reações de substituição nucleofílica são frequentes em química
orgânica, e podem ser categorizadas de forma geral segundo tenham lugar
sobre um carbono saturado ou sobre um carbono aromático ou insaturado.[1]
Reações de substituições nucleófilas
Existem muitas reações em química orgânica que implicam neste tipo de
mecanismos. Exemplos habituais incluem:
Reduções orgânicas com hidretos, por exemplo:
R-X R-H usando LiAlH4 (SN2)
Reações de hidrólises tais como:
R-Br + OH R-OH + Br (SN2) ou
R-Br + H2O R-OH + HBr (SN1)
Síntese de éteres:
R-Br + OR' R-OR' + Br (SN2)
Substituições nucleófilas sobre carbonos insaturados
A substituição nucleófila via mecanismos SN1 ou SN2 não tem lugar com
haletos de arilo ou vinilo, ou compostos relacionados. Sob certas condições
podem chegar a produzir-se substituições nucleófilas através de outros
mecanismos (ver substituição nucleofílica aromática).
Quando a substituição ocorre no grupo carbonilo, o grupo acilo sofre o que
se conhece como uma substituição nucleofílica acílica. Este é o modo normal
de substituição com derivados de ácido carboxílico tais como haletos de
acilo, anidridos carboxílicos, ésteres ou amidas.
Objetivo
O objetivo desse experimento foi acompanhar o andamento de uma reação
química em solução observando as diferentes velocidades das reações
químicas e condições que ás influencia, além de compreender, na prática as
reações de substituição nucleofilica a partir da preparação do Cloreto de t-
butila e cloreto de Etila.
Resultados e discussões
1) Preparação do Cloreto de tert-butila
Ao ser adicionado o HCl, CaCl2 e o álcool tert-butila, houve
inicialmente separação de três fases, mas após a primeira agitação só
constava duas fases (a fase orgânica – menor quantidade e a fase ácida –
maior quantidade).
A camada ácida foi descartada, já que não teria nenhuma utilização
nesse experimento. A camada orgânica foi lavada (tanto com água quando
bicarbonato de sódio a 5%) a fim de remover qualquer impureza que tenha
ainda tenha restado (a impureza seria a fase ácida que ainda tivesse
persistido). Então colocou-se a primeira porção de água (15 mL), agitou,
esperou que tivesse duas fases novamente e em seguida decantou, desprezou a
fase ácida, e repetiu o processo com mais uma porção de água (10 mL). Logo
em seguida foi feito o mesmo procedimento com o bicarbonato de sódio (10
mL).
Tratou-se com CaCl2 a fim de retirar a água que porventura estivesse
presente na fase orgânica.
2 ) Preparação do Cloreto de etila
Ao ser misturado HCl, CaCl2 e álcool etílico não houve separação de
fases aparente, apresentando somente uma fase incolor.
Como não houve separação de fases teve-se que colocar éter (25 mL) a
fim de que pudesse ter uma separação de fases, a princípio houve separação,
mas após agitar o funil não aparentou mais a separação, então teve que
colocar mais uma porção de éter (10 mL). Após colocar a nova porção e
agitar o funil houve-se uma separação de fases nítida.
Decantou-se a fase ácida e a fase orgânica, colocando-se a fase
orgânica em um Erlenmeyer e a fase ácida posta no funil novamente. Foi
repetido o processo de adição de éter a fase ácida para que pudesse obter
mais fase orgânica no final do processo.
Ao final do processo, a fase ácida foi posta em um Erlenmeyer e
descartada, e a fase orgânica foi posta no funil novamente.
A fase orgânica foi tratada com água e bicarbonato de sódio para que
fosse retirada qualquer impureza que tenha restado (fase ácida). Após ter
lavado com duas porções de água, restou-se pouca fase orgânica, então foi
adicionado mais éter (15 mL) a fim de aumentar a quantidade de fase
orgânica. Então lavou-se com bicarbonato de sódio (10 mL) e mais uma porção
de água (10 mL).
Tratou-se com cloreto de cálcio a fim de retirar a água que por acaso
estivesse presente na fase orgânica. O Cloreto de cálcio é um excelente
agente secante, pois é capaz de absolver três vezes o seu peso em água.
(Fonte: site IPCnor).
3) Teste de verificação
i) 2 mL de álcool etílico + 3 gotas de nitrato de prata = Sem mudança
de cor e sem precipitado ( teste negativo.
ii) 2 mL de álcool etílico + álcool tert-bulitico + 3 nitrato de
prata = Sem mudança de cor e sem precipitado ( teste negativo
iii) 2 mL de álcool etílico + 3 gotas do cloreto de tert-bulitico
(preparado em 1)) + 3 gotas de nitrato de prata = Mudança de cor e formação
de precipitado branco ( Teste positivo
iv) 2 mL de álcool etílico + 3 gotas de cloreto de etila (preparado
em 2)) + 3 gotas de nitrato de prata = Sem mudança de cor e sem precipitado
( teste negativo
Os que deram negativo foi porque não houve a formação de haleto de
alquila. A reação 1) ocorre via SN1 pois o álcool terciário forma um
carbocátion estável, mas a reação 2) ocorreria via SN2 se o ácido usado
fosse HBr ou HI, pois o cloreto de hidrogênio não reage com álcoois
primários ou secundários a menos que também seja adicionado cloreto de
zinco. SOLOMONS (2005, Vol.1, p.481).
REAÇÕES
Síntese de reação da 1) etapas:
1ª etapa: O oxigênio captura o hidrogênio do cloro
2ª etapa: ocorre a formação de carbocátion mais água
3ª etapa: O cloro captura o carbocátion
Reação Global:
Síntese de reação da 2) etapa:
Como não há reação, tem-se:
Referências Bibliográficas
[2] Breslow, R. Mecanismos de reações orgânicas: Uma introdução, 2. ed. São
Paulo: EDART, 1973.
BRUICE, Paula Yurkanis, Química Orgânica; Vol. 1; 4ª Ed; São Paulo; Editora
Pearson Prentice Hall, ano 2006.
FRAYHLE, Craig; SOLOMONS, Graham. Química orgânica. Vol.1.8ª ed. Rio de
Janeiro: LTC. 2005.
