UN U NIIV V ER E R SID SID AD NA C IO ION NA A L DE D EL L CA LL A O
“
FA CUL TA D DE INGENIERÍA QUIMICA
”
Prac ti c a N º4
TEMA:
Nitración de la Acetanilida
PROFESOR:
Viorica Stanciuc Stanciuc.
CURSO:
Química Orgánica II
ALUMNO:
López Antón, David
1116120364
Panduro Manrique, Antonio
1124120465 1124120465
Pichilingue Segura, Angie
1226120467 1226120467
Rimarachín López, Adriana
1226120379
2014
I.
INTRODUCCION
La nitración es una de las reacciones químicas comercialmente más importantes. Se trata de la reacción entre un compuesto orgánico y un agente nitrante (por ejemplo el ácido nítrico) que introduce un grupo nitro en el hidrocarburo produciendo un éster. GRUPO NITRO
De acuerdo a la estructura química del producto nitrado, la nitración puede clasificarse como : 1- C__ Nitración +
Donde un grupo nitro ( N O
2
) es ganado por un átomo de carbono como se muestra
2- O__ Nitración
Resultando la formación de un nitrato
Reacción típica conocida como esterificación. 3- N __ Nitración
Es el producto de la sustitución de un átomo de hidrógeno por un grupo nitro produciendo nitro aminas como en el ejemplo. En cada uno de los ejemplos indicados, un grupo nitro reemplaza a un átomo de hidrógeno. Sin embargo el grupo nitro puede reemplazar a otros átomos o grupos de átomos, la reacción de Víctor Meyer es un ejemplo típico, donde un átomo halógeno
(especialmente bromo o iodo) es reemplazado por un grupo nitro usando nitrito de plata (o nitrito de sodio). Los compuestos nitrados pueden ser producidos por determinadas reacciones de adición como ser ácido nítrico, o bióxido de nitrógeno con compuestos orgánicos no saturados. Por ejemplo Olefinas o Acetilenos. El proceso de nitración es altamente exotérmico, entregando al medio más de 30 Kcal / mol. El calor de reacción, no obstante, varía con el hidrocarburo a nitrar. Las reacciones pueden ser del tipo iónico ó del tipo radicales libres.
El tipo iónico se usan comúnmente en la nitración de hidrocarburos aromáticos, alcoholes simples glicoles, gliceroles, celulosas y aminas. El tipo radical libre se dá en nitración de parafinas, cicloparafinas y olefinas, los compuestos aromáticos y algunos hidrocarburos pueden algunas veces ser nitrados reaccionando con radicales libres, pero generalmente con menos éxito. Para estas reacciones de nitración frecuentemente son usados catalizadores sólidos. Los productos principales obtenidos por nitración son:
derivados de celulosa,
explosivos,
nitrobenceno,
nitrotolueno,
nitrofuranos,
nitroparafinas,
nitrofenoles,
nitrocelulosa, etc. El mecanismo de nitración depende de los reactivos y las condiciones de operación.
II.
OBJETIVOS
Estudiar los mecanismos de reacción de la acetanilida. Identificar y comprobar la existencia de orto-nitroacetanilida y de la para-nitroacetanilida. Conocer las condiciones de reacción para sintetizar la acetanilida.
III.
MARCO TEORICO
La sustitución de un átomo de hidrógeno sobre el núcleo aromático por el grupo nitro se conoce como nitración aromática. Algunos de los compuestos aromáticos nitrados son de gran importancia práctica, por lo cual sus preparaciones y en particular la nitración de los compuestos aromáticos han sido estudiadas con gran detalle. Como consecuencia de ello se sabe con exactitud cómo llevar a cabo con eficacia el proceso de nitración y también se tienen bastante conocimiento sobre el mecanismo de la nitración aromática que sobre cualquier otra de las reacciones de sustitución aromática. La nitración se origina ordinariamente tratando los compuestos aromáticos con una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico concentrados. El agente nitrante es el ion nitronio cargado positivamente (NO 2)+, el cual se forma según la siguiente reacción: HNO3 + 2H2SO4 → (NO2)+ + 2HSO4-
El ácido nítrico puede reaccionar consigo mismo de modo análogo, por lo cual puede actuar por si solo como agente nitrante, aunque únicamente frente a determinados compuestos aromáticos como el fenol: HNO3 → (NO2)+ + 2NO3- + H3O4 Los compuestos aromáticos nitrados presentan interés por su empleo como explosivos y porque pueden ser transformados fácilmente por reducción a las aminas primarias correspondientes, las cuales son a su vez sustancias de partida para la preparación de muchos colorantes. Los compuestos nitrados contienen un enlace carbono nitrógeno R-NO2, como se demuestra al poder ser reducidos a las aminas primarias. En cambio los esteres nitrosos como R-O-N =O, isómeros de los compuestos nitrados, no dan por reducción compuestos que contienen un nitrógeno unido a carbono.
El proceso de nitración siempre va acompañado de una destrucción parcial de la sustancia orgánica tomada de oxidación, ruptura del propano solo alrededor del 40% se transforma en un nitro compuesto. La mezcla de nitrocompuestos tiene la siguiente composición: CH3 – CH2 – CH3+ HNO3 → CH3 NO2 + C2H5NO2 + C3H7NO2 La nitración es tanto menos fácil cuantos más grupos nitros existan en la molécula. Otros sustituyentes suelen facilitar la nitración en la industria se opera en reactores de fundición de ferrosilicio con dobles paredes, para poder calentar o enfriar, como las derivados son insolubles en agua, una vez terminada la reacción se vierte el producto sobre agua con hielo, después se recoge el precipitado por filtración y del filtrado se recupera el ácido sulfúrico por concentración.
Nitración de la Acetanilida. Síntesis de p -nitroanilina en tres etapas: 2a etapa, nitración de la acetanilida 1. Vinculación con el programa de teoría
La nitración de la acetanilida es una reacción de sustitución electrofílica aromática (SEA) típica de los compuestos aromáticos, donde un hidrógeno del anillo aromático es sustituido por un grupo nitro. Cuando el anillo aromático que se nitra tiene un grupo activador, el ataque electrofílico del ion nitronio (+NO2) se produce preferentemente en la posición para. Esta práctica se vincula con el punto 2.7 (reacciones de sustitución en aminas aromáticas) del programa de teoría.
Se efectuará la nitración de la acetanilida para obtener la p-nitroacetanilida, como un intermediario en la síntesis de p-nitroanilina que es menos reactivo que la anilina, aun cuando es también un sustrato aromático activado frente una reacción de sustitución electrofílica aromática.
2. Mecanismo de reacción Paso 1: Formación del electrófilo (ion nitronio).
Paso 2: Sustitución electrofílica aromática en posición para de la acetanilida.
NOTA:
La p-nitroacetanilida obtenida (la cual se va a usar en la siguiente práctica) deberá presentar un punto de fusión de 214-216o C. Pesar para calcular el rendimiento. La acetanilida sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorista. NO DESECHARLA.
3. Equipos a utilizar:
... .
4. MANEJO DE RESIDUOS:
5. USOS DE LA NITROACETANILIDA : Producción de la nitroanilida
(Intermedio de colorantes ) síntesis de agente fotográfico contra el empañado o – fenilendiamina, coccidiosfatos. La acetanilida obtenida se somete a la nitracion en cuyo proceso el nitragrupo ocupa la posición para respecto al grupo amino.
Saponificando la p- nitroacetanilida se obtiene la p- nitroanilina . Es uno de los productos básicos en la producción de colorantes . El proceso de saponificación se realiza según el esquema :
También se emplean como disolventes, explosivos perfumes, materiales colorantes (en especial amarilla) también son materias primas de síntesis muy importantes para preparar colorantes azoicos. IV.
PROCEDIMIENTO
MATERIALES Y REACTIVOS
MATERIALES
Tubo de ensayo
Bagueta
Vasos precipitados
Embudos
Papel filtro
Termómetro
REACTIVOS
C6H5NH(COCH3) Acetanilida
HNO3
H2SO4(cc)
H2O(s)
EQUIPOS
Bomba de vacío
Estufa
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En un tubo de ensayo agregar 2ml de H 2SO4(cc) y luego adicionar 0.5g de C 6H 5NH(COCH 3 ) , Acetanilida, mover con la bagueta hasta que se disuelva totalmente.
Colocar el tubo en el vaso precipitado que contiene hielos para dejar enfriar y seguir moviendo hasta diluir, notamos un precipitado ligeramente amarillo.
Posteriormente añadir 1ml de HNO 3 diluido controlando que la temperatura no exceda los 20°C, agitamos la solución con ayuda de la bagueta y se percibe que el color del precipitado cambia a un color más claro (blanco). Dejar descansar por aproximadamente 15 minutos.
Por ultimo vertimos la solución a un vaso precipitado más pequeño que contiene 100ml de agua mezclada con hielo para después proceder a la filtración.
Con ayuda de la bomba de vacío filtramos nuestra solución con la finalidad de retener los cristales en dicho papel filtro que será colocado por aproximadamente en la estufa por 15 minutos a una temperatura de 69°C.
Al pesar nuevamente nuestro papel filtro se notó que la diferencias de masas no es muy grande con lo cual se verifica que no se produjo una adecuada formación de los cristales debido a que no se usó HNO 3(cc).
Debido a que no se usó HNO 3(cc) para el proceso de nitración de la acetanilida, el porcentaje de pureza fue muy bajo.
V.
CONCLUSIONES
La nitración en lenguaje corto y sencillo es el proceso por el cual un grupo nitrogenado ocupa una posición meta, orto o para, respecto a un grupo funcional en el grupo benzoico. La orto-nitroacetanilida es soluble en agua. La para-nitroacetanilida es insoluble en agua. Si se forma un precipitado blanco eso nos indica la presencia de la acetanilida, se llegara a formar además un precipitado de color amarillo nos indica la presencia también de la ortoacetanilida. Se forma nitroacetanilida en posición orto y para porque el grupo –NHCOR es un orientador de primer orden, el cual realiza el reacomodo.
VI.
RECOMENDACIONES
Al momento de echar ácido sulfúrico ala primera parte de la experiencia se debe de tener mucho cuidado pues esta produce una reacción exotérmica que podría rajar el tubo de ensayo por eso se coloca una base fria para descender la temperatura. La temperatura a la que se realiza el reflujo no debe exceder los 60 grados centígrados pues se formarían otros compuestos indeseables. Al momento de realizar la neutralización con soda esta no debe ser excesiva pues en esta operación se desprende vapores irritantes que no se deben aspirar. La cantidad de ácido clorhídrico que se adiciona en la última parte no debe ser excesiva pues al final todo el contenido del tubo se volvería cloruro de cromo de color azul verdoso y dejaría pequeñísimas muestras de nitroquinona.
Medidas de seguridad.
VII.
CUESTIONARIO
1. Presente las reacciones de nitración por pasos de los siguientes compuestos:
ACETANILIDA Mecanismo de reacción Paso 1: Formación del electrófilo (ion nitronio).
Paso 2: Sustitución electrofílica aromática en posición para de la acetanilida.
NOTA:
La p-nitroacetanilida obtenida (la cual se va a usar en la siguiente práctica) deberá presentar un punto de fusión de 214-216o C. Pesar para calcular el rendimiento. La acetanilida sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorista. NO DESECHARLA.
ANILIDA: Mecanismo de reacción
El grupo amino es un activante fuerte, que orienta a orto/para. Sin embargo, en medios ácidos se protona transformándose en un desactivante fuerte ( sal de amonio) que orienta a posición meta. Se puede evitar la protonación del amino protegiéndolo con cloruro de etanoilo en piridina. Nitración de la anilina sin protección del amino
ACIDO BENZOICO:
La sustitución ocurre mayoritariamente en meta.
Por consiguiente, los iones
bencenonio correspondientes a los compuestos orto y para deben ser mucho menos estables que el del meta. Las formas resonantes de cada uno de los iones nos dan la respuesta:
La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En la 3ª forma resonante la carga positiva recae sobre el carbono que soporta el grupo COOH. Ésta resulta muy inestable porque la carga positiva está al lado de un grupo electronegativo. La contribución de esta forma resonante será muy baja. En resumen, el ion bencenonio de la sustitución en orto se describe prácticamente con dos formas resonantes.
La carga positiva se deslocaliza por las posiciones orto y para respecto del carbono atacado. En ninguna de las formas resonantes la carga recae sobre el carbono que soporta el grupo COOH. El híbrido de resonancia del ion bencenonio meta se describe mediante tres formas resonantes y resulta así menos inestable que sus homólogos orto y para.
2. Indique el producto o los productos principales de mononitración para cada uno de los siguientes compuestos: M-METOXIFENOL:
3,5-DIBROMOBENCENO:
P-TOLUIDINA:
3. Formúlese
y
sintetice
un
explosivo
importante
que
sea
polinitrocompuesto aromático.
El trinitrotolueno (TNT)
es
un hidrocarburo
aromático cristalino de color amarillo pálido que se funde a 81 °C. Es un compuesto químico explosivo y parte de varias mezclas explosivas, por ejemplo el amatol, que se obtiene mezclando TNT con nitrato de amonio. Se prepara por la nitración de tolueno (C 6H5CH3); tiene formula química C 6H2(NO2)3CH3. En su forma refinada, el trinitrotolueno es bastante estable y, a diferencia de la nitroglicerina, es relativamente insensible a la fricción, a los golpes o a la agitación. Explota cuando un objeto de 2 kg de masa cae sobre él desde 35 cm de altura (es decir, 2 kg a una velocidad de 2,62 m/s, o una fuerza de 19,6 Newtons, o una energía de 6,86 Julios). Su temperatura de explosión, cuando es anhídrido, es de 470 °C. Esto significa que se debe utilizar un detonador.
VIII.
BIBLIOGRAFIA
Bruice Yurkanis, P. 2008. Química Orgánica. Pearson Educación México, 5ª Edición, p. 704-705. México. Mc Murry, J. 2008. Química Orgánica. Thomson Paraninfo, 7ª Edición, p. 941942. México. Morrison, R. T., Boyd, R. N. 1990. Química Orgánica. Pearson Addison Wesley, 5ª Edición, p. 956-958. México.
Textos de Laboratorio y Manuales:
Francisco
Cruz
Sosa/Ignacio
López
y
Célis/Jorge
Haro
Castellanos/José María Barba Chávez. Manual de prácticas de laboratorio Quimica Organica II.universidad autónoma metropolitana unidad iztapalapa. Primera Impresión 2012. México, D. F.
