status: secondo la tabella di marcia.
0. PROBLEMA (rappresentazione a parole e come schema di reazione)
1. Concetti e conoscenze collegate pertinenti (su ciò che abbiamo, su ciò che dobbiamo ottenere e sui relativi modi per farlo), anche come mappa concettuale.
abbiamo un alogenuro terziario e dobbiamo ottenere il corrispondente alcol terziario.Occorre una reazione di sostituzione nucleofila sul carbonio saturo.
Esistono meccanismi di sostituzione nucleofila SN1 e SN2. Da un alogenuro terziario dobbiamo ottenere il corrispondente alcol terziario: sono terziari tutti gli alcoli dove il carbonio legato all' OH è legato a sua volta a tre carboni e quindi non ha idrogeni. (Gli alcoli terziari a differenza degli altri non vengono ossidati....)
In questo caso in acqua il cloro si stacca come Cl- nucleofilo gruppo uscente e il carbocatione che si forma, che è elettrofilo, forma un legame un doppietto dell' ossigeno dell'acqua (nucleofila); poi l'H+ che si stacca dalla molecola d'acqua si lega ad una base per formare HCl (per esempio H2O per formare lo ione idronio). Il prodotto collaterale che si forma è un alchene, l'isobutene. Come si fa a minimizzarla..
2. Idee possibili ed eventuali varianti (molto sintetiche) su come fare praticamente
C'è un esempio nel libro a pag. 117, che però non prevede la trasformazione completa, ma solo la dimostrazione che avviene il consumo di base-nucleofilo (e non della formazione dell'alcool).Adattiamo quell'esempio per arrivare alla trasformazione completa.
3. Perché iniziamo con questa/e idea/e + che cosa ci serve (materiali, strumenti, dati) per realizzarla/e
Favoriamo la sostituzione nucleofila monomolecolare(SN1) poichè si forma un carbocatione intermedio terziario, stabile. Non possiamo utilizzare la SN2 che avviene in un unico stadio, poichè tali condizioni (base forte) favorirebbero l'eliminazione, in quanto l'alogenuro alchilico è terziario.
Utilizziamo un solvente polare e protico che può essere facilmente separato con distillazione frazionata, come l'acetone.
MATERIALE: becker, gocce di acetone, 5-6mL acqua, 20 mL cloruro t-butile, imbuto separatore.
DATI: p.e t-butanolo 82.4 °C , p.e acetone 56 °C , p.e. acqua 100°C.
4.1 Pianifichiamo passo - passo la nostra idea n.1
Problemi di miscibilità con i reagenti / prodotti sono rappresentati dall'acqua, non dall'acetone.
Per cui l'acetone in quantità sufficiente per avere un'unica fase omogenea deve essere aggiunto non all'alogenuro iniziale, ma al miscuglio di questo con acqua in eccesso stechiometrico, in questo caso, fino ad avere completa solubilizzazione. In pratica per provare una solvolisi omogenea in ambiente acido dovete invertire il 2° e 3° punto. 40 mL di H2O sono probabilmente un eccesso troppo grande. Calcolate una quantità d'acqua che contenga circa il doppio delle moli in 20 mL di t-Bu-Cl.
Come potete monitorare il decorso della reazione? Come potete eliminare l'acidità prodotta man mano che si forma (e che può spostare a sinistra l'equilibrio della sostituzione)?
In tal caso potreste evitare l'aggiunta di acetone? Secondo me vi converrebbe provare in parallelo due o tre metodi alternativi prima di scegliere il più conveniente. Se sarà necessario avrete un altro turno di laboratorio, usando il 19 per testare le alternative. In ogni caso la valutazione di questa vostra ricerca dipenderà in modo sostanziale da come affronterete questi problemi.
In base a quanto spiegato a pag 222 dello Streitwieser Heathcock il secondo metodo dovrebbe funzionare, ma cambiando base.
Se la mancata reazione è un problema cinetico potete "aiutarla" con la temperatura. Se invece è un problema termodinamico, potete individuare qualche ulteriore trucco che costringa l'equilibrio a spostarsi a destra. Tipo qualcosa che "catturi" in modo completo il vostro gruppo uscente, togliendolo dalla soluzione...
4.2 Pianifichiamo passo - passo la nostra idea alternativa n.2 ecc.
- mettere 20 mL di cloruro t-butile nel becker
- aggiungere un eccesso di acqua, 5-6 mL
- aggiungere una spatola di bicarbonato di sodio
- travasare il tutto nell' imbuto separatore e agitare vigorosamente
- osservare se si formano bollicine
5.1 Fase sperimentale (in cui tutto fila liscio): diario di bordo dell'esperimento con data, iniziali reporter, singole osservazioni dettagliate, dati in ingresso.
19 Marzo assenti: Pazzelli
abbiamo iniziato con la nostra prima idea e dopo aver proseguito con i primi 3 punti abbiamo verificato che nel becher fosse avvenuta la reazione con la cartina tornasole.
Non abbiamo notato nessun coloramento sulla cartina così abbiamo messo il becker su un agitatore magnetico e abbiamo aspettato che avvenisse un cambiamento nella reazione, controllando dopo diversi minuti l'acidità.Si deduce che la reazione non è avvenuta perchè la cartina conferma che non si è creato un ambiente acido come previsto, deteminato dalla formazione di HCl.
5.2 Fasi critiche: nominativi e motivo della riunione; informazioni ottenute e fonti; decisioni prese.
Dopo aver proceduto con la prima nostra idea che si è rilevata un fallimento, abbiamo continuato con la seconda idea: quella con bicarbonato di sodio in assenza di acetone. Fatti i primi 3 punti abbiamo proceduto con il 4° e 5°, e dopo aver ben agitato non abbiamo notato nessuna formazione di bollicine.
Avevamo cosi nell' imbuto separatore due strati invece di averne ottenuto uno soltanto. Questo sta a significare che il bicarbonato non ha reagito del tutto. Il problema sta nel fatto che la reazione non avviene immediatamente, probabilmente perchè bisogna favorirla con una base più forte che sposti la reazione verso i prodotti evitando l'equilibrio. Così parallelamente all'idea n.2 abbiamo pianificato l'idea n.3: 20 mL di cloruro t-butile, 5-6 mL d'acqua, 1 spatola di AgNO3. In questo modo la reazione è stata spostata verso destra a causa della formazione di AgCl come precipitato bianco.
Mettendo il miscuglio ad agitare si è notata una riduzione progressiva della fase organica, il che potrebbe indicare la trasformazione dell'alogenuro in un prodotto solubile in acqua. Il terz-butanolo (CAS 75-65-0) è infatti miscibile in acqua in tutte le proporzioni.
5.3 Elaborazione dati in uscita, interpretazione dei risultati
5.3 Controlli e conferme sperimentali
Abbiamo verificato la formazione di alcol nell'idea n.2: abbiamo separato la fase organica da quella acquosa considerando quest'ultima contenente l'alcol (il prodotto), vi abbiamo aggiunto dell'HCl concentrato fino a pH acido e con il saggio di Lucas (che richiede un'ambiente acido, ecco perchè l'HCl) abbiamo testato la presenza dell'alcol terziario. Il saggio è risultato negativo, perchè non c'è stato intorbidimento come previsto, probabilmente per la scarsa concentrazione dell'alcol nella soluzione acquosa.
Abbiamo verificato la formazione di t-butanolo anche nell' idea n.3: abbiamo filtrato con imbuto a filtrazione rapida il tutto per eliminare il precipitato e il filtrato ottenuto è stato sottoposto al saggio di Lucas: il saggio è risultato negativo, perchè non c'è stato alcun intorbidimento come previso per la presenza di alcoli terziari.
Lo stesso test effettuato sul terz-butanolo puro è risultato positivo.
Il fallimento del saggio sul prodotto di reazione si può spiegare anche col fatto che il test potrebbe essere efficace su soluzioni abbastanza concentrate o su alcol puri.
6. Conclusioni, revisione generale del processo.
Tutte e tre le idee sono fallite sperimentalmente, confermando la difficoltà di trasformazione del cloruro t-butile in t-butanolo
o la difficoltà di identificazione del butanolo in soluzione acquosa senza prima tentare nessuna procedura di separazione (es. estrazione con solvente)
COME NOSTRA ULTIMA IDEA ABBIAMO DECISO DI TENTARE LA SEPARAZIONE DELLA SOSTANZA CHE ABBIAMO OTTENUTO DOPO L'AGGIUNTA DI AgNO3 E DOPO AVER ANCHE FILTRATO IL PRECIPITATO FORMATOSI, IN UN IMBUTO SEPARATORE CON L AGGIUNTA DI UN SOLVENTE, NEL NOSTRO CASO IL DICLOROMETANO, PER RICONOSCERE SE è AVVENUTA O NO LA TRASFORMAZIONE DAL TERZ BUTILE AL T-BUTANOLO.
IL TERZ-BUTANOLO ESSENDO MAGGIORMENTE SOLUBILE IN DICLOROMETANO CHE IN ACQUA, ANCHE SE NON IN GRANDE QUANTITà, (LOG POW 0.35) DOVREBBE SCIOGLIERSI NELLO STESSO SOLVENTE.
DOPO AVER SEPARATO PROCEDEREMO CON LA DISTILLAZIONE.
PROVEREMO POI IN LABORATORIO QUESTA NOSTRA ULTIMA IDEA CERCANDO DI TRARRE QUALCHE RISULTATO POSITIVO!
PRESENTAZIONE POWER POINT: terzBuCl.ppt
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