Clorporfame é um agente antiabrolhante da classe dos carbamatos. A estrutura do clorprofame está apresentada a seguir.
OONHCl

a) ( \mathbf{5} pontos) Para sintetizar esse composto, são necessários uma amina primária, fosgênio ( \mathrm{COCl}_{2} ) e um álcool. Desenhe as estruturas da amina primária e do álcool necessários para a síntese do clorprofame e dê a nomenclatura sistemática IUPAC para esses dois reagentes.
b) ( \mathbf{5} pontos) Duas moléculas de clorprofame podem interagir entre si por meio de ligação de hidrogênio. Faça um desenho que represente essa interação entre duas moléculas desse composto. Mostre claramente o ponto onde a interação ocorre.
c) ( \mathbf{1 0} pontos) Em uma reação de síntese do clorprofame, partindo-se de 12,75 \mathrm{~g} da amina primária (sendo este o reagente limitante e com alto grau de pureza), foram obtidos 17,77 g de produto. Sabendo-se que essa reação se processa com estequiometria 1:1:1:1 (amina primária : fosgênio : álcool : clorprofame), determine qual foi a porcentagem de rendimento dessa síntese. Dados: M.A. \mathrm{C}=12,01 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{M} . \mathrm{A} . \mathrm{H}=1,00 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{N}=14,00 \mathrm{g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{O}=15,99 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{Cl}=35,45 \mathrm{~g} / \mathrm{mol}.

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
a) Identificar e desenhar a amina primária e o álcool necessários para sintetizar o clorprofame, e fornecer a nomenclatura sistemática IUPAC desses dois reagentes. Dados úteis: a estrutura do clorprofame é dada por \mathrm{CC\text{(C)}OC(=O)Nc1cccc(Cl)c1}.
b) Desenhar a interação por ligação de hidrogênio entre duas moléculas de clorprofame, mostrando claramente onde a interação ocorre.
c) Calcular o rendimento percentual da síntese, sabendo-se que se partiram de 12{,}75\\ \mathrm{g} da amina primária (reagente limitante), obteve-se 17{,}77\\ \mathrm{g} de produto, e que a estequiometria é 1:1:1:1 (amina : fosgênio : álcool : produto). São fornecidas massas atômicas: C=12{,}01, H=1{,}00, N=14{,}00, O=15{,}99, Cl=35{,}45.
Informações relevantes extraídas do enunciado/estrutura:
  • O grupo orgânico ligado ao oxigénio do carbamato em \mathrm{CC\text{(C)}OC(=O)Nc1cccc(Cl)c1} é um grupo isopropila (indicando que o álcool é isopropanol).
  • O nitrogénio do carbamato está ligado a um anel aromático clorado: trata-se de um anilino clorado (um anilina substituída por Cl).
  • A síntese proposta usa uma amina primária, fosgênio e um álcool para formar um carbamato (produto).

Passo 2

Identificação dos reagentes pelo raciocínio sobre a estrutura do produto.
Explicação didática curta (passo-a-passo mental): olhar para a fórmula do produto \mathrm{CC\text{(C)}OC(=O)Nc1cccc(Cl)c1}. A parte \mathrm{CC\text{(C)}O-} indica um grupo isopropóxi (isto vem do álcool utilizado). A porção \mathrm{-Nc1cccc(Cl)c1} indica que há um anel benzênico com um átomo de cloro e uma ligação direta ao nitrogénio (ou seja, a amina é uma anilina clorada). Portanto:
  • O álcool necessário é o álcool que dá o grupo isopropila: isopropanol.
  • A amina primária necessária é a anilina com cloro na posição para relativa ao nitrogénio: 4-cloroanilina (também chamada 4-chlorobenzenamine).

Passo 3

Desenhos (representações condensadas) e nomes IUPAC dos reagentes.
Desenho e fórmula condensada da amina primária:
\text{Amina (reagente): } \mathrm{4\!-\!ClC_6H_4NH_2}
Nome IUPAC: \text{4-chlorobenzenamine} (nome comum aceito: \text{4-chloroaniline}).
Desenho e fórmula condensada do álcool:
\text{Álcool (reagente): } \mathrm{(CH_3)_2CHOH}Á
Nome IUPAC: \text{propan-2-ol} (nome comum: \text{isopropanol}).
Breve explicação de nomenclatura (didática): em \mathrm{4\!-\!ClC_6H_4NH_2} o anel benzênico tem o grupo amino ( -\mathrm{NH_2}) como posição 1; o cloro está na posição 4 relativamente a ele, daí “4-chlorobenzenamine”. Para o álcool, \mathrm{(CH_3)_2CHOH} mostra um grupo hidroxi no carbono 2 de uma cadeia de três carbonos: “propan-2-ol”.

Passo 4

Desenho da interação por ligação de hidrogênio entre duas moléculas de clorprofame e explicação didática.
Estrutura funcional relevante do clorprofame (fragmento carbamato):
\mathrm{Ar\!-\!NH\!-\!C(=O)\!-\!O\!iPr}
onde \mathrm{Ar} é o anel 4-clorofenila e \mathrm{iPr}=\mathrm{CH(CH_3)_2}.
Conceito curto sobre ligações de hidrogénio: uma ligação de hidrogénio intermolecular ocorre quando um átomo de hidrogénio ligado a um átomo eletronegativo (do tipo N–H, O–H) de uma molécula atua como doador e se aproxima de um átomo eletronegativo com pares de elétrons (O, N) de outra molécula, formando uma interação do tipo \mathrm{X\!-\!H\cdots Y}.
No clorprofame o doador é o hidrogénio ligado ao nitrogénio do carbamato ( \mathrm{N\!-\!H}) e o aceitador preferencial é o oxigénio carbonílico ( =\mathrm{O}) do grupo carbamato de outra molécula. Assim, duas moléculas podem formar um dímero por ligação de hidrogénio entre \mathrm{N\!-\!H} de uma e \mathrm{C=O} da outra.
Representação esquemática (mostrando claramente onde a interação ocorre):
\begin{array}{c} \text{Molécula A: } \mathrm{Ar\!-\!NH\!-\!C(=O)\!-\!O\!iPr} \\[6pt] \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\quad \vdash\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\! \\\ \text{Molécula B: } \mathrm{Ar\!-\!NH\!-\!C(=O)\!-\!O\!iPr} \end{array}éé
ou mais explícito em linha:
\mathrm{Ar\!-\!N\!H\;-\;C(=O)\!-\!O\!iPr}\quad\text{---}\quad\mathrm{H\cdots O= C\!-\!N\!-\!Ar}
a ligação de hidrogénio é indicada por:
\mathrm{Ar\!-\!N\!H\!-\!C(=O)\!-\!O\!iPr}\quad\mathrm{N\!H\!\cdots\!O=C}\quad\mathrm{(C(=O)\!-\!O\!iPr\text{ da outra molécula})}é
Comentário prático: no desenho real que se pede na prova, sublinhe (ou trace uma linha tracejada) entre o hidrogénio ligado ao nitrogénio de uma molécula e o oxigénio carbonílico da outra, e indique “H-bond” ou “N–H···O=C”.]

Passo 5

Cálculo do rendimento (parte c) — preparo passo-a-passo e explicações didáticas.
  1. Determinar a fórmula molecular e a massa molar da amina primária (4-chlorobenzenamine).
Fórmula compósita: \mathrm{C_6H_6ClN}.
Cálculo da massa molar usando as massas atômicas fornecidas:
\begin{aligned} M(\text{amina}) &= 6\cdot M\text{(C)} + 6\cdot M(H) + 1\cdot M(Cl) + 1\cdot M(N)\\[4pt] &= 6\cdot 12{,}01 + 6\cdot 1{,}00 + 35{,}45 + 14{,}00\\[4pt] &= 72{,}06 + 6{,}00 + 35{,}45 + 14{,}00\\[4pt] &= 127{,}51\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}. \end{aligned}
Explicação didática: somamos a contribuição de cada elemento multiplicada pelo número de átomos daquele elemento na fórmula molecular.
  1. Calcular o número de mols da amina utilizada:
n(\text{amina})=\dfrac{m(\text{amina})}{M(\text{amina})}=\dfrac{12{,}75\\ \mathrm{g}}{127{,}51\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}}=0{,}099992\\ \mathrm{mol}\approx 0{,}1000\\ \mathrm{mol}.
Comentário: arredondei para quatro casas significativas onde apropriado; matematicamente isto é praticamente 0{,}1000\\ \mathrm{mol}.
  1. Determinar a fórmula molecular e a massa molar do produto (clorprofame).
Contagem dos átomos a partir da estrutura \mathrm{CC\text{(C)}OC(=O)Nc1cccc(Cl)c1}:
  • Carbonos: 10
  • Hidrogênios: 12
  • Nitrogénio: 1
  • Oxigénios: 2
  • Cloro: 1
Fórmula: \mathrm{C_{10}H_{12}NO_2Cl}.
Cálculo da massa molar:
\begin{aligned} M(\text{produto}) &= 10\cdot M\text{(C)} + 12\cdot M(H) + 1\cdot M(N) + 2\cdot M(O) + 1\cdot M(Cl)\\[4pt] &= 10\cdot 12{,}01 + 12\cdot 1{,}00 + 14{,}00 + 2\cdot 15{,}99 + 35{,}45\\[4pt] &= 120{,}10 + 12{,}00 + 14{,}00 + 31{,}98 + 35{,}45\\[4pt] &= 213{,}53\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}. \end{aligned}
  1. Determinar a massa teórica de produto formada (a partir da estequiometria 1:1, moles de produto = moles de amina limitante):
m_{\text{teórica}} = n(\text{amina})\cdot M(\text{produto}) = 0{,}099992\\ \mathrm{mol}\times 213{,}53\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}} = 21{,}351\\ \mathrm{g}.ó
Explicação didática: com estequiometria 1:1, cada mol de amina dá 1 mol de produto; multiplicamos o número de mols pelo PM do produto para obter a massa teórica.
  1. Calcular o rendimento percentual:
\%\text{ rendimento} = \dfrac{m_{\text{obtida}}}{m_{\text{teórica}}}\times 100\% = \dfrac{17{,}77\\ \mathrm{g}}{21{,}351\\ \mathrm{g}}\times 100\% = 83{,}27\%.ó
Arredondamento final: \;83{,}3\% (mantendo três algarismos significativos é razoável aqui).]

Resposta

a) Amina: \mathrm{4\!-\!ClC_6H_4NH_2}; nome IUPAC: \text{4-chlorobenzenamine} (nome comum: \text{4-chloroaniline}). Álcool: \mathrm{(CH_3)_2CHOH}; nome IUPAC: \text{propan-2-ol} (nome comum: \text{isopropanol}).\n
b) Interação por ligação de hidrogénio entre o \mathrm{N\!-\!H} (doador) de uma molécula e o oxigénio carbonílico =\mathrm{O} (aceitador) de outra: \mathrm{Ar\!-\!N\!H\!\cdots\!O=C\!-\!Ar} (ligação indicada como \mathrm{N\!H\!\cdots\!O}).\n
c) 83{,}3\%

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