UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA II (315)
INFORME #11 TEMA: NITRACION SIMPLE PERTENECE A: María Brito
CURSO: 3 "B"
GRUPO: B1
DOCENTE: SANDRA FAJARDO
FECHA DE ENTREGA: 10 SEPTIEMBRE 2014
AÑO LECTIVO: 2014- 2015
OBJETIVO
Obtención del Ión nitronio a partir de H 2SO4 y HNO 3 ; y consecuentemente la introducción de este ión en el benceno, teniendo como producto esperado nitrobenceno. Obtener nitrobenceno a partir de benceno por reacción con una mezcla sulfonítrica. MARCO TEORICO
NITRACIÓN
La nitración es un proceso químico general para la introducción de un grupo nitro en un compuesto químico mediante una reacción química. Ejemplos de nitraciones simples son la conversión de glicerina en nitroglicerina con ácido nítrico y sulfúrico, la de la cianhidrina de acetona con ácido nítrico en anhídrido acéticopara obtener nitrato de acetocianhidrina1 y la conversión de αbromobutirato de etilo en α-nitrobutirato de etilo con nitrito sódico.2 Nitración aromática
La nitración aromática sucede con compuestos aromáticos gracias a un mecanismo de sustitución electrófila aromática que incluye el ataque de un anillo bencénico rico en electrones por parte del ion nitronio. El benceno resulta nitrado gracias al reflujo de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado a 50 °C. 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41- + NO2+ + H3O+C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+ H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4 El ácido sulfúrico es regenerado y por tanto actúa como catalizador. Mecanismo de reacción
El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado y caliente dando nitrobenceno. La reacción presenta dos inconvenientes: es lenta y además el ácido nítrico concentrado y caliente puede oxidar cualquier compuesto orgánico mediante una reacción explosiva. Un procedimiento más seguro consiste en emplear una mezcla
de ácido nítrico y ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico actúa como catalizador, permitiendo que la reacción se lleve a cabo más rápidamente y a menores temperaturas. El ácido sulfúrico reacciona con el ácido nítrico generando el ion nitronio (NO2+), que es el electrófilo de la reacción de sustitución electrofílica aromática. El ion nitronio reacciona con el benceno formando el complejo sigma que pierde un protón que es atrapado por el ion bisulfato para dar lugar al nitrobenceno.
Mecanismo de nitración del benceno Alcance
La selectividad es siempre un desafío en las nitraciones. La nitración con fluorenona es selectiva y produce un compuesto trinitro3 o tetranitro4 ajustando las condiciones de reacción sólo ligeramente. Otro ejemplo de trinitración puede hallarse en la síntesis del floroglucinol. Otros reactivos de nitración incluyen el tetrafluoroborato de nitronio, que es una sal de nitronio auténtica. Este compuesto puede ser preparado a partir de fluoruro de hidrógeno, ácido nítrico y trifluoruro de boro.5 Los compuestos aromáticos nitrados son intermediarios importantes para las anilinas mediante la acción de un agente reductor. Una mayor dilucidación de la selectividad puede hallarse examinando los sustituyentes de anillos y el efecto que tienen en la tasa de reacción de esta sustitución electrófila aromática. Los grupos de desactivación tales como otros grupos nitro tienen un efecto de retirada del par de electrones que desactiva la reacción (creando dificultad en la formación de productos polinitrados) y dirige el electrofílico ion nitronio a atacar la posición meta aromática. Los sustitutos desactivadores meta-directores incluyen el tionil, grupos ciano, cetonas, pueden ser ésteres o derivados carboxílicos. La nitración puede ser activada mediante grupos de activación tales como aminas, hidroxilo, metilo, también amidas y éteres resultantes en para y orto isómeros.
ÁCIDO NÍTRICO
El compuesto químico ácido nítrico (HNO3) es un líquido viscoso y corrosivo que puede ocasionar graves quemaduras en los seres vivos. Tanto el ácido nítrico como el clorhídrico y el sulfúrico fueron descubiertos por Ŷabir ibn Hayyan. Es utilizado comúnmente como un reactivo de laboratorio. Se utiliza para fabricar explosivos como la nitroglicerina y trinitrotolueno (TNT), así como fertilizantes como el nitrato de amonio. Tiene usos adicionales en metalurgia y en refinado, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis química. Cuando se mezcla con el ácido clorhídricof orma el agua regia, un raro reactivo capaz de disolver el oro y el platino. El ácido nítrico también es un componente de la lluvia ácida. Propiedades físicas
El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. A menudo, distintas impurezas lo colorean de amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos rojos o amarillos. El ácido nítrico concentrado tiñe la piel humana de amarillo al contacto, debido a una reacción con la cisteina presente en la queratina de la piel. Punto de ebullición: 121 °C Punto de fusión: -41,6 °C Densidad relativa (agua = 1): 1,4 Solubilidad en agua: Miscible Presión de vapor, kPa a 20 °C: 6,4 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2,2 Propiedades químicas
El ácido nítrico es un agente oxidante potente; sus reacciones con compuestos como los cianuros, carburos, y polvos metálicos pueden ser explosivas. Las reacciones del ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos, como de la trementina, son violentas, la mezcla siendo hipergólica (es decir, autoinflamable). Es un oxácido fuerte: en solución acuosa sedisocia completamente en un ion nitrato NO3- y un protón hídrico. Las sales del ácido nítrico (que contienen el ion nitrato) se llaman nitratos. Aplicaciones
1. Como agente nitrante en la fabricación de explosivos. 2. En la fabricación de abonos. El nitrosulfato amónico es un abono nitrogenado simple obtenido químicamente de la reacción del ácido nítrico y sulfúrico con amoniaco.1 3. El ácido nítrico es empleado, en algunos casos, en el proceso de pasivación.
4. El ácido nítrico es utilizado en grabado artístico (aguafuerte), también se usa para comprobar el oro y el platino.
BENCENO
El benceno es un hidrocarburo aromático de fórmula molecular C6H6, (originariamente a él y sus derivados se le denominaban compuestos aromáticos debido a la forma característica que poseen). En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágono regular, aparentemente tres de las cuatro valencias de los átomos de carbono se utilizan para unir átomos de carbono contiguos entre sí, y la cuarta valencia con un átomo de hidrógeno. Según las teorías modernas sobre los enlaces químicos, tres de los cuatro electrones de la capa de valencia del átomo de carbono se utilizan directamente para formar los enlaces covalentes típicos (2C-C y C-H) y el cuarto se comparte con los de los otros cinco átomos de carbono, obteniéndose lo que se denomina "la nube π (pi)" que contiene en diversos orbitales los seis electrones. El benceno es un líquido incoloro y muy inflamable de aroma dulce (que debe manejarse con sumo cuidado debido a su carácter cancerígeno), con un punto de ebullición relativamente alto. El benceno se usa en grandes cantidades en los Estados Unidos. Se encuentra en la lista de los 20 productos químicos de mayor volumen de producción. Algunas industrias usan el benceno como punto de partida para manufacturar otros productos químicos usados en la fabricación de plásticos, resinas, nilón y fibras sintéticas como lo es el kevlar y en ciertos polímeros. También se usa benceno para hacer ciertos tipos de gomas, lubricantes, tinturas, detergentes, medicamentos y pesticidas. Los volcanes e incendiosf orestales constituyen fuentes naturales de benceno. El benceno es también un componente natural del petróleo crudo, gasolina, el humo de cigarrillo y otros materiales orgánicos que se han quemado. Puede obtenerse mediante la destilación fraccionada delalquitrán de hulla. Se suele mostrar, en términos de estructura de Lewis, como un hexágono, plano e indeformable, carente de tensiones de anillo (transanulares), en cuyos vértices se encuentran los átomos de carbono, con tres dobles enlaces y tres enlaces simples en posiciones alternas (1=2, 3=4, 5=6; 6-1, 2-3, 4-5; o bien 1=2-3=4-5=6-1). Esta estructura difería de la de Brønsted y Lowry. Hay que resaltar que, acorde a los resultados de la espectrofotometría infrarroja, el benceno no posee ni simples ni dobles enlaces, si no un híbrido de resonancia entre ambos, de distancia de enlace promedio entre doble y triple (1,4 Ångström apróx.). Estos resultados coinciden con la previsión de la TOM (teoría de orbitales moleculares), que calcula una distribución de tres orbitales enlazantes totalmente ocupados. A esta especial estabilidad se le llama
aromaticidad y a las moléculas (iones o no, estables o intermedios de reacción) se les llama aromáticas. Toxicidad
Respirar niveles de benceno muy altos puede causar la muerte, mientras que niveles bajos pueden causar somnolencia, mareo y aceleración del latido del corazón o taquicardia. Comer o tomar altos niveles de benceno puede causar vómitos, irritación del estómago, mareo, somnolencia o convulsiones y, en último extremo, la muerte. La exposición de larga duración al benceno se manifiesta en la sangre. El benceno produce efectos nocivos en la médula ósea y puede causar una disminución en el número de hematíes, lo que conduce a padecer anemia. El benceno también puede producir hemorragias y daños en el sistema inmunitario, aumentando así las posibilidades de contraer infecciones por inmunodepresión. Los efectos nocivos del benceno aumentan con el consumo de bebidas alcohólicas .5 Algunos estudios[cita requerida] sobre una muestra de mujeres que respiraron altos niveles de benceno durante varios meses han revelado que presentaron menstruacionesirregulares, así como disminución en el tamaño de sus ovarios. No se sabe si la exposición al benceno afecta al feto durante el embarazo. Varios estudios en animales han descrito bajo peso de nacimiento y problemas en la formación de huesos. El Departamento de Salud y Servicios Sociales de los Estados Unidos (DHHS) ha determinado que el benceno es un reconocido carcinógeno en seres humanos y otros mamíferos lactantes. La exposición de larga duración a altos niveles de benceno en el aire puede producir leucemia así como cáncer de colon. En el organismo, el benceno es transformado en productos llamados metabolitos. Ciertos metabolitos pueden medirse en la orina o en las heces. Sin embargo, este examen debe hacerse con celeridad después de la exposición y el resultado del análisis no indica a que concentración de benceno se estuvo expuesto, ya que los metabolitos en la orina pueden originarse a partir de otras fuentes. Usos del benceno
El benceno se utiliza como constituyente de combustibles para motores, disolventes de grasas, aceites, pinturas y nueces en el grabado fotográfico de impresiones; como intermediario químico, y en la manufactura de detergentes, explosivos, productos farmacéuticos y tinturas.
ACIDO SULFURICO
El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral. La molécula presenta una estructura piramidal, con el átomo de azufre en el centro y los cuatro átomos de oxígeno en los vértices. Los dos átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de oxígeno no unidos por enlace doble al azufre. Dependiendo de la disolución, estos hidrógenos se pueden disociar. En agua se comporta como un ácido fuerte en su primera disociación, dando el anión hidrogenosulfato, y como un ácido débil en la segunda, dando el anión sulfato. Además reacciona violentamente con agua y compuestos orgánicos con desprendimiento de calor. APLICACIONES La industria que más utiliza el ácido sulfúrico es la de los fertilizantes. El nitrosulfato amónico es un abono nitrogenado simple obtenido químicamente de la reacción del ácido nítrico y sulfúrico con amoniaco. Otras aplicaciones importantes se encuentran en la refinación del petróleo, producción de pigmentos, tratamiento del acero, extracción de metales no ferrosos, manufactura de explosivos, detergentes, plásticos y fibras. En muchos casos el ácido sulfúrico funge como una materia prima indirecta y pocas veces aparece en el producto final. En el caso de la industria de los fertilizantes, la mayor parte del ácido sulfúrico se utiliza en la producción del ácido fosfórico, que a su vez se utiliza para fabricar materiales fertilizantes como el superfosfato triple y los fosfatos de mono y diamonio. Cantidades más pequeñas se utilizan para producir superfosfatos y sulfato de amonio. Alrededor del 60% de la producción total de ácido sulfúrico se utiliza en la manufactura de fertilizantes. Cantidades substanciales de ácido sulfúrico también se utilizan como medio de reacción en procesos químicos orgánicos y petroquímicos involucrando reacciones como nitraciones, condensaciones y deshidrataciones. En la industria petroquímica se utiliza para la refinación, alquilación y purificación de destilados de crudo. En la industria química inorgánica, el ácido sulfúrico se utiliza en la producción de pigmentos de óxido de titanio (IV),
ácido clorhídrico y ácido fluorhídrico. En el procesado de metales el ácido sulfúrico se utiliza para el tratamiento del acero, cobre, uranio y vanadio y en la preparación de baños electrolíticos para la purificación y plateado de metales no ferrosos. Algunos procesos en la industria de la Madera y el papel requieren ácido sulfúrico, así como algunos procesos textiles, fibras químicas y tratamiento de pieles y cuero. En cuanto a los usos directos, probablemente el uso más importante es el sulfuro que se incorpora a través de la sulfonación orgánica, particularmente en la producción de detergentes. Un producto común que contiene ácido sulfúrico son las baterías, aunque la cantidad que contienen es muy pequeña. CLORURO DE CALCIO El cloruro de calcio o cloruro cálcico (CaCl2) es una sal de calcio muy utilizada como aditivo alimentario. En la UE tiene el código E509 y su papel y función depende del tipo de alimento o proceso de trasformación al que se aplique. En la elaboración de quesos, se utiliza para reforzar el contenido en calcio de una leche que ha sido pasteurizada, proceso que en parte destruye el calcio natural. La falta de calcio impide un cuajado efectivo y con ello la elaboración. Es importante aclarar que el cloruro de calcio tiene una capacidad limitada a la hora de facilitar un cuajado y si se aplica a una leche tratada por el método UHT y de calidad dudosa es más que probable que no seamos capaces de cuajar un queso por mucho cloruro que pongamos. Sin embargo, en leches pasteurizadas frescas (las que se conservan en nevera), la adición de un cucharita de café por cada 4 litros de leche tiene un efecto inmediato facilitando un cuajado más rápido y consistente. Se usa también para bajar el ph de una solución. En la elaboración de cerveza, añadido al agua con la que vamos a hacer el mosto, conseguimos el efecto de bajar el ph a la vez que la endurecemos, mejorando con ello la fermentación y el sabor de la cerveza. Los grandes aficionados a la cerveza saben lo importante que es el agua en el resutlado final y por ello se utilizan este tipo de aditivos para recrear un agua ideal. En cocina molecular, es una de las posibles parejas del aginato de sodio a la hora de hacer esferificaciones. Este divertido proceso culinario que nos permite crear geles de consistencia firme en cuestión de segundos se consigue gracias a una reacción entre el ya mencionado alginato (que se obtiene de forma natural de unas algas) y una sal de calcio, pudiendo ser el cloruro de calcio una de ellas. Finalmente, la industria de la alimentación lo usa también como agente reafirmante para verduras y frutas cocinadas dándoles una textura más firme. Se utiliza también para retener la humedad de un alimento y reducir su punto de congelación. El cloruro de calcio puede encontrarse en forma de polvo o en solución líquida. AGUA DESTILADA
El agua destilada es aquella sustancia cuya composición se basa en la unidad de moléculas de H2O. Es aquella a la que se le han eliminado los iones e impurezas mediante destilación. La destilación es un método en desuso para la producción de agua pura a nivel industrial. Esta consiste en separar los componentes líquidos de una mezcla. Importancia
El agua en general posee un lugar privilegiado en el mundo por ser de vital importancia para la vida en el planeta, es considerada el disolvente universal y su uso se ha extendido a todas las industrias sin excepción, esto solo por citar algunos ejemplos, pero también es cierto que no toda el agua que encontramos posee la calidad necesaria para ciertos usos. Cada actividad del hombre, requiere de una calidad de agua que debe cumplir con las exigencias requeridas. De ahí que sea necesario mejorar su calidad, siendo la destilación una de las vías utilizadas para estos fines. Usos más frecuentes del agua destilada
Consumo humano: El agua forma parte importante del cuerpo humano y no podemos prescindir de ella, si la podemos ingerir destilada es la mejor forma de hacerlo, pues el agua destilada carece de elementos perjudiciales para la salud. Como reactivo Químico: es el agua usada en los laboratorios para trabajar. En la industria: se usa este tipo de agua para alimentar las calderas evitando así incrustaciones no deseadas, también se usa como disolvente (industria alimentaria) para la producción de refrescos y bebidas. En medicina: para casi todo se usa este agua, etc.
Ventajas con respecto a otras aguas
Su consumo alarga la vida celular y por lo tanto la vida humana. Carece de cloro y otros elementos nocivos.
Desventajas A pesar de las bondades de esta agua, su procesamiento en forma masiva para el consumo es muy costosa energéticamente. Es por ello que a pesar de que existen algunas desalinizadoras instaladas con este sistema, para potabilizar el agua de mar, no se ha extendido su uso.
TECNICA OPERATORIA
MATERIALES
Matraz erlenmeyer Manguera hornilla Refrigerante Termómetro Soporte Universal Pinzas Kitasato Pipeta Balón Embudo de separación en forma recta
REACTIVOS
Acido nítrico Acido sulfúrico Cloruro cálcico Agua Benceno
DATOS Y CALCULOS:
( )
( )
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( ) ( )
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Reacción general para obtener el grupo nitro
Estequiometria para obtener el reactivo limitante
--> R. Limitante
Estequiometria para obtener el grupo nitro
Estequiometria de la nitración aromática
HOJA DE DATOS
FOTOS
CONCLUSIONES
Hubo reacción exotérmica, al mezclar el HNO3 con H2SO4 debido a ello se enfría la mezcla al ambiente y en frío para obtener el ión nitronio, ión hidronio y sulfato ácido. En el calentamiento la mezcla cambio de coloración de naranja a amarillo, y adquirió un olor característico a betún. Se obtuvo con gran eficiencia 12.2 gr. de producto final, no sometimos a destilación debido a que el contraste de temperatura entre el agua y el destilado era demasiado grande para qué el vidrio lo soportará.
RECOMENDACIONES
Tapar bien los reactivos una vez que los dejemos de utilizar Estar pendiente del calentamiento de la reacción para evitar la pérdida de producto innecesariamente.
BIBLIOGRAFIA
http://www.ecured.cu/index.php/Agua_destilada http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_destilada http://www.cocinista.es/web/es/enciclopediacocinista/ingredientes-modernos/cloruro-de-calcio.html http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_n%C3%ADtrico
ACTIVIDAD ADICIONAL
¿Quién fue Alfred Nobel, cuál es su relación con la nitración?
en
varias
(Estocolmo, 21 de Alfred Bernhard Nobel octubre de 1833 – San Remo, 10 de diciembre de1896) fue un químico, ingeniero, inventor y fabricante de armas sueco, famoso principalmente por la invención de la dinamita y por crear los premios que llevan su nombre. Nobel fue propietario de la empresa Bofors, compañía a la que orientó desde la producción de hierro y acero a la fabricación a gran escala de cañones y otro armamento. Registró durante su vida 350 patentes y en la actualidad su nombre sobrevive compañías, como Dynamit Nobel y AkzoNobel.
¿Cuál es su relación con la nitración?
En 1863 consiguió controlar mediante un detonador las explosiones de la nitroglicerina (inventada en 1846 por elitaliano Ascanio Sobrero); en 1865 perfeccionó el sistema con un detonador de mercurio; y en 1867 consiguió la dinamita, un explosivo plástico resultante de absorber la nitroglicerina en un materialsólido poroso (tierra de infusorios o kieselguhr), con lo que se reducían los riesgos de accidente (las explosiones accidentales de la nitroglicerina, en una de las cuales había muerto su propio hermanoEmilio Nobel y otras cuatro personas, habían despertado fuertes críticas contra Nobel y sus fábricas).
