Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Departamento de Ingeniería Química Industrial DIQI Química de los Hidrocarburos Química Orgánica I cademia de Química Orgánica ! Polímeros "aboratorio de Química de los #idrocarburos Practica $Nitraci%n del benceno& lumno' Solís (aballero Eri) Ivan *oleta' +,-./+,0.1 2rupo' +I3/- Pro4esor' 5ota 6lores 7osé 5aría E8uipo' 9
Introducción
El proceso de nitración es empleado para grupos nitro en alifáticos y aromáticos ampliamente utilizados en la industria como materia prima y de consumo directo. Estos compuestos se consideran de gran importancia, ya que tiene una amplia aplicación tanto en la industria química como farmacéutica. Los usos más importantes de los compuestos nitrados son en la síntesis de alcaloides, anilinas, en la fabricación de colorantes, como disolventes en la industria del petróleo, explosiva, plástica y como intermediario de síntesis de reactivos químicos. ara e!empli"car estos procesos en el laboratorio se #an seleccionado la nitrcion y dinitración del veneno.
$undamentos teóricos La nitración aromática se lleva generalmente utilizando una mezcla de ácido nítrico y ácido sulf%rico concentrado &como catalizador', con el benceno conduce al nitrobenceno conun rendimiento de cerca de ()* cuando se lleva acabo de )+ a + - la sustitución por un grupo nitro desactiva su"cientemente el anillo aromático para que /a poli nitración no sea signi"cativa. La segunda sustitución del anillo bencénico es la n itración del nitrobenceno que experimenta la sustitución de otro #idrogeno por un grupo nitro, algunos bencenos sustituidos reaccionan con facilidad y otros no, como en el caso del nitrobenceno que reacciona un millón de veces menos que el benceno, pero con la ayuda de los ácidos de le0uis podemos acelerar esta nitración elevando la temperatura cerca de 1++ -, con un rendimiento del (2 *, teniendo como subproductos ortos y paradinitrobenceno. El nitrobenceno es un compuesto desactivante que orienta a la segunda nitración a la posición meta. La mezcla de ácidos nítrico y sulf%rico es demasiado poderosa como agente nitrante con compuestos aromáticos frecuente mente activados. ara conseguir la nitración en condiciones suaves suele utilizarse ácido nítrico en agua o en un disolvente orgánico, generando un ion nitronio muy débil ya que su equilibrio se encuentra muy desplazado a la izquierda.
−¿+ H 2 O ¿
+ ¿+ NO3 ¿
2 HN O 3 ↔ NO2
3e acepta actualmente que el electró"lo en la nitración aromática es el ión nitronio &456'7 . El ácido nítrico en medio de ácido sulf%rico se protona formando la especie reactiva de tal forma que el equilibrio se encuentra muy desplazado a la derec#a. +¿+ 2 S O 4 H + N O 2 N O3 + 2 H 2 S O 4 ↔ H 3 O
¿
El ión nitronio puede atacar a los electrines
π
del anillo bencénico para dar
un carbocation estabilizado por resonancia llamado ión bencenonio, al igual que los otros carbocationes este ion reacciona posteriormente La nitración aromatica se lleva en dos etapas8 la primera lenta, en la que el ion nitronio ataca al anillo bencénico.
La segunda se lleva a cabo rápidamente desplazando un #idrogeno y estabilizando la estructura aromática del anillo bencénico. 9ctividad a' 3ustitución electro"lica aromática del benceno
3ustitución Electró"la 9romática
El benceno act%a como nucleó"lo, atacando a un n%mero importante y variado de electró"los.
Etapa 1. En la primera etapa de la reacción el electró"lo acepta un par de electrones porcedentes de la nube π del benceno, formándose un carbocatión estabilizado por resonancia.
El catión ciclo#exadienilo :6; deslocaliza la carga positiva seg%n las siguientes estructuras<
Etapa 2. En la segunda etapa el benceno recupera su aromaticidad por perdida de un protón. Es una etapa rápida conocida como rearomatización del anillo.
=' Electró"los orientados orto, meta y para CLASIFICACIÓN
DE
GRUPOS
SUSTITUYENTES
La tabla siguiente muestra casi todos los grupos que se dividen en dos clases< activantes y directores orto, para, o desactivantés y directores meta. > los #alógenos forman una clase especial, pues son desactivantes, pero directores orto, para.
Propiedades Físicas y Químicas del nitrobenceno * Fórmula: PhNO2 = C6!NO2 * "asa molecular: #2$%## &'mol * Punto de (usión: !%) C * Punto de ebullición: 2#+%,! C * -ensidad: #%#.,6) &'ml * Punto de in(lamación: ,, C * -ensidad óptica: n-2+ #%!!#$ / #%!!$$ * N0 C1: .,/.!/$ * olubilidad en a&ua: #%. &'l 32+ C45 2%# &'l 32! C4 * mbral de percepción ol(ati7a: .%) / #,%2 ppm * Concentración m89ima permitida en los lu&ares de trabao: # ppm
P;OP<-1- F< Q<"
EB @Gcnicas de puri(icación del nitrobenceno y dinitrobencenoB n la destilación por arrastre con 7apor de a&ua inter7ienen dos líHuidos: el a&ua y la sustancia Hue se destilaB stos líHuidos no suelen ser miscibles en
todas las proporcionesB n el caso límite% es decir% si los dos líHuidos son totalmente insolubles el uno en el otro% la tensión de 7apor de cada uno de ellos no estaría a(ectada por la presencia del otroB 1 la temperatura de ebullición de una meIcla de esta clase la suma de las tensiones de 7apor de los dos compuestos debe ser i&ual a la altura baromGtrica 3o sea a la presión atmos(Grica4% puesto Hue suponemos Hue la meIcla est8 hir7iendoB l punto de ebullición de esta meIcla ser8% pues% in(erior al del compuesto de punto de ebullición m8s bao% y bao la misma presión% puesto Hue la presión parcial es (orIosamente in(erior a la presión total% Hue es i&ual a la altura baromGtricaB e lo&ra% pues% el mismo e(ecto Hue la destilación a presión reducidaB l Hue una sustancia determinada destile o se arrastre m8s on menos de prisa en una corriente de 7apor de a&ua% depende de la relación entre la tensión parcial y de la densidad de su 7apor y las mismas constantes (ísicas del a&uaB i denominamos P# y P2 las presiones de 7apor de la sustancia y del a&ua a la temperatura Hue hier7e su meIcla% y -# y -2 sus densidades de 7apor% los pesos de sustancia y de a&ua Hue destilan estar8n en la relaciónB ;eporte 1?
4itrobenceno< Liquido amarillo viscoso. @initrobenceno< asta amarilla 2? Aesultados de la experimentación
Escribir la ecuación Buímica que presenta la primera nitración del benceno C452 6
C635D
=ence
4itrobence
álculos estequiometricos C452
C635D 162.+
GH.1161
asa de benceno alimentada a la reacción Folumen empleado ) ml de benceno @ensidad de benceno< 0,8786g/ml asa teórica de benceno m
0.8786
=
g ( 5 ml ) ml
=
4.393 gr
Benceno
asa de benceno que se convierte en nitrobenceno asa de nitrobenceno obtenida m
4.68 grC 6 H 5 NO 2
(
(
3.9 ml 1.20
=
1 molC 6 H 5 NO 2 123.06
grC 6 H 5 NO 2
g ml
)(
)
=
4.68 gr
1 molC 6 H 6 1 molC 6 H 5 NO 2
)(
78.1121 gr C 6 H 6 1 molC 6 H 6
)
2.97 gr C 6 H 6
=
%R
=
Aendimiento< 2.97 gr x 100 4.393 gr
=
67.62
encione los usos más importantes del nitrobenceno ?os usos m8s importantes de los compuestos nitrados son en la síntesis de alcaloides% anilinas% en la (abricación de colorantes% como disol7entes en la industria del petróleo% e9plosi7as% plasti(icantes% pl8sticas y como intermediarios de síntesis de reacti7os HuímicosB
onclusión 3e pudo realizar el proceso de nitración obtenido nitrobenceno líquido empleando un par de ácidos como catalizadores que fue una mezcla de sulf%rico con nítrico. 9plicando a si ya métodos de puri"cación para obtener nuestro producto deseado, en donde en esta práctica se cumplieron los ob!etivos.