UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES INFORME DE LABORATORIO NOMBRE: Vargas Pérez Diego Alejandro INGENIERIA INDUSTRIAL FECHA DE REALIZACION 10/09/2013 FECHA DE ENTREGA 23/09/2013
OBJETIVOS:
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Realizar reacciones químicas con compuestos aromáticos. Realizar la síntesis del ácido acetilsalicílico.
FUNDAMENTO TEORICO: HIDROCARBUROS AROMATICOS:
Un hidrocarburo aromático o areno1 es un compuesto orgánico cíclico conjugado que cumple la Regla de Hückel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se dé la aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido explicadas cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo". Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los llamados compuestos alifáticos. El exponente emblemático de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente conjugados de fórmula general (CH)n. Estructura:
Resonancia del Benceno. Cada carbono tiene tres electrones enlazados y el cuarto localizado gira alrededor del anillo. Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, anteriormente mencionada, es la coplanaridad del anillo o la también llamada resonancia, debida a la estructura electrónica de la molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C- C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble).
Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran aromáticos. La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertos cationes y aniones, como el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes.
Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y con los de hidrógeno, quedando un orbital π perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto de orbitales de los otros átomos un orbital π por encima
y por debajo del anillo. Reacciones:
Químicamente, los hidrocarburos aromáticos son compuestos por regla general bastante inertes a la sustitución electrófila y a la hidrogenación, reacciones que deben llevarse a cabo con ayuda de catalizadores. Esta estabilidad es debida a la presencia de orbitales degenerados (comparando estas moléculas con sus análogos alifáticos) que conllevan una disminución general de la energía total de la molécula. Sustitución electrofílica (la letra griega Φ se usa para designar el anillo fenil): Φ-H + HNO3 → Φ -NO2 + H2O Φ-H + H2SO4 → Φ -SO3H + H2O Φ-H + Br2 + Fe → Φ -Br + HBr + Fe
Reacción Friedel-Crafts, otro tipo de sustitución electrofílica: Φ-H + RCl + AlCl3 → Φ -R + HCl + AlCl3
Otras reacciones de compuestos aromáticos incluyen sustituciones de grupos fenilos. Aplicación:
Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C; prácticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgánicos, tanto sintéticos como naturales; los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimógenos. Por otra parte los hidrocarburos aromáticos suelen ser nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco, extremadamente carcinógenico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón. Toxicología:
Los Hidrocarburos Aromáticos pueden ser cancerígenos. Se clasifican como 2A o 2B. El efecto principal de la exposición de larga duración (365 días o más) al benceno es en la sangre. El benceno produce efectos nocivos en la médula de los huesos y puede causar una disminución en el número de glóbulos rojos, lo que conduce a anemia. El benceno también puede producir hemorragias y daño al sistema inmunitario, aumentando así las posibilidades de contraer infecciones. Algunas mujeres que respiraron altos niveles de benceno por varios meses tuvieron menstruaciones irregulares y el tamaño de sus ovarios disminuyó. No se sabe si la exposición al benceno afecta al feto durante el embarazo o a la fertilidad en los hombres. Estudios en animales que respiraron benceno durante la preñez han descrito bajo peso de nacimiento, retardo en la formación de hueso y daño en la médula de los huesos. Se ha determinado que el benceno es un reconocido carcinógeno en seres humanos. La exposición de larga duración a altos niveles de benceno en el aire puede producir leucemia. En el organismo, el benceno es convertido en productos llamados metabolitos. Ciertos metabolitos pueden medirse en la orina. Sin embargo, este examen debe hacerse con prontitud después de la exposición y su resultado no indica con confianza a cuánto benceno estuvo expuesto, ya que los metabolitos en la orina pueden originarse de otras fuentes. El benceno ha producido intoxicaciones agudas y crónicas
en su obtención y en sus múltiples aplicaciones en la industria química. A causa de su elevada toxicidad, en cuántos casos son posible se sustituye por bencina y otros solventes menos tóxicos. El benceno actúa produciendo irritación local bastante intensa, actúa como narcótico y tóxico nervioso. Su acción crónica se ejerce especialmente como veneno hemático. Ingerido por error ha producido gastritis. Se ha alcanzado la muerte por ingestión de 30g del líquido. Cuando se produce la inhalación de vapores concentrados, puede producir rápidamente la narcosis mortal, después de un estado previo de euforia, embriaguez y convulsiones. La inhalación de concentraciones más débiles origina torpeza cerebral, sensación de vértigo, cefalea, náuseas, excitación con humor alegre, embriaguez que puede transformarse en sueño, sacudidas musculares, relajación muscular, pérdida del conocimiento y rigidez pupilar. En caso de intoxicación aguda, se produce enrojecimiento de la cara y las mucosas. Nomenclaturas:
Monosustituidos: Se conocen muchos derivados de sustitución del benceno. Cuando se trata de los compuestos monosustituidos, las posiciones en el anillo bencénico son equivalentes. Los sustituyentes pueden ser: alquenilos, alquilos , arilos. Nombrar el sustituyente antes de la palabra benceno. Nota: Algunos compuestos tienen nombres tradicionales aceptados. Fórmula del tolueno un compuestos monosustituido del benceno. Disustituidos: Cuando hay dos sustituyentes en el anillo bencénico sus posiciones relativas se indican mediante números o prefijos, los prefijos utilizados son orto-, meta- y para-, de acuerdo a la forma: orto- (o-): Se utilizan en carbonos adyacentes. Posiciones 1,2. meta- (m-): Se utiliza cuando la posición de los carbonos son alternados. Posiciones 1,3. para- (p-): Se utiliza cuando la posición de los sustituyentes están en carbonos opuestos. Posiciones 1,4. Polisustituidos: Si hay más de dos grupos en el anillo benceno sus posiciones se deben indicar mediante el uso de números, la numeración del anillo debe ser de modo que los sustituyentes tengan el menor número de posición; cuando hay varios sustituyentes se nombran en orden alfabético. Cuando alguno de los sustituyentes genera un nuevo nombre con el anillo, se considera a dicho sustituyente en la posición uno y se nombra con el básico. Benceno como radical: El anillo benceno como sustituyente se nombra fenilo. Cuando está unido a una cadena principal es un fenil.
Aromáticos Policíclicos: Para nombrar a este tipo de compuestos se indica el número de posición de los sustituyentes, seguido del nombre del sustituyente y seguido del nombre del compuesto. El orden de numeración de estos compuestos es estricto, no se puede alterar y por ende tienen nombres específicos. SINTESIS DE LA ASPIRINA:
El Ácido O – Acetilsalicílico es el ariléster más conocido y su nombre común es Aspirina ( Carey, 1999). La Aspirina es un analgésico eficaz contra el dolor de cabeza, es también un agente antiinflamatorio que proporciona alivio a la inflamación asociada a la artritis y heridas menores. También es un compuesto antipirético, ya que reduce la fiebre (Carey, 1999). Para la síntesis de aspirina se utilizan dos reactivos de gran importancia: el Anhídrido Acético, que se obtiene a partir de la reacción de cetena ( C 2H2O) con Ácido Acético (C4H6O3) y el Ácido Salicílico que se obtiene al hacer reaccionar Fenóxido Sódico ( C6H5ONa) con Dióxido de Carbono (CO 2) a 125 ºC y a 100 atm, para dar Salicilato Sódico( C 7HO3 Na) que en medio ácido da como producto Ácido Salicilico (C7H6O3), ( Carey, 1999). El Ácido Salicílico se prepara mediante la síntesis de Kolbe- Schmitt, en la cual los fenoles o sus sales sódicas sufren una orto carboxilación altamente regioselectiva con dióxido de carbono, alta temperatura y presión. Luego la reacción es llevada a medio ácido ( Carey, 1999). El Ácido O-Acetilsalicílico se prepara por acetilación del grupo hidroxilofenólico del ácido Salicílico ( Carey, 1999).
DATOS EXPERIMENTALES:
Masa del ácido salicílico: Volumen del anhídrido acético Masa del papel filtro: Temperatura ambiente Temperatura de reacción: Tiempo de reacción:
1.26 g 2.5 ml 1.44 g 20 ºC 60 – 70 1C 10 min
Masa del ácido más el papel:
1.44g
Masa del ácido acetilsalicílico:
0.419g.
ANALISIS DE LOS DATOS: Peso molecular del ácido salicílico:
138 g/mol
Densidad del anhídrido acético Volumen del anhídrido acético
1.08 g/ml 2.5 ml
Masa del anhídrido acético
5.4 g
2 mol
2 mol
2 mol
Con los datos experimentales se obtuvieron las siguientes cantidades: Numero de moles de ácido salicílico Número de moles de anhídrido acético
0.009 mol 0.026 mol
Numero de moles del ácido acetilsalicílico
0.00023 mol
El reactivo limitante es el ácido salicílico Para la masa teórica se usa la ecuación de la reacción dando el siguiente resultado: Por cada 1.26 gramos de ácido salicílico se obtienen 3.28 g de ácido acetilsalicílico. CALCULO DEL RENDIMIENTO DE LA REACCION
η= (masa real / masa teórica)*100%
η = (0.419 /3.28)*100% η =
12.77%
CONCLUSIONES:
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El rendimiento de la reacción es demasiado bajo lo cual indica un error grave en la medición de alguno de los datos del experimento.
Parte del ácido salicílico puede haber quedado sin reaccionar lo cual también puede influir en el bajo rendimiento obtenido. - Parte del ácido acetilsalicílico pudo haber quedado disuelto en agua y ser arrastrado durante la operación de filtrado al vacío. -
BIBLIOGRAFIA:
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es.wikipedia.org/wiki/Ácido _salicílico es.wikipedia.org/wiki/Anhídrido _ acético es.wikipedia.org/wiki/Ácido _ acetilsalicílico
