Nitracion y Dinitracion

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractias

La!oratorio de Química de los "idrocar!uros

Pr#ctica $% &Nitraci'n ( di nitraci'n del !enceno)

Pro*esoras+ • •

Lourdes ,uí- Centeno Irais Ileana Santana .arcía

E/uipo $0 • • • •

Olmos .arcía .erardo Arturo Arturo Santo(o Paulín 1os2 Eduardo 3artíne- ,odrígue- Cristian 3artíne- ,odrígue- Satur Apolo

.rupo+ 4I356

7ec"a de entrega+ lunes 45 de Noiem!re de 4869 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

En esta pr#ctica el alumno de!e+ •

:e*inir el concepto de sustituci'n electro*ilica arom#tica;

•

:esarrollar los mecanismos de la nitraci'n del !enceno ( dinitraci'n

•

:e*inir los procesos de nitraci'n ( dinitraci'n

•

Indicar los principales usos del nitro!enceno ( dinitro!enceno

•

•

Puri*icar el nitro!enceno por medio de destilaci'n con arrastre por apor< ( el dinitro!enceno por medio de la t2cnica de recristali-aci'n empleando alco"ol etílico como disolente; Esta!lecer las precauciones del mane=o de nitro!enceno ( dinitro!enceno;

Nitración del Benceno El nitro!enceno es una sustancia /uímica industrial; Es un lí/uido amarillo aceitoso< de olor parecido a almendras; Es poco solu!le en agua ( la ma(or parte se eaporar# al aire; Es producido en grandes cantidades para uso en la industria; La ma(or parte del nitro!enceno producido en EE; UU; es usado para manu*acturar otra sustancia /uímica llamada anilina; El nitro!enceno tam!i2n es usado para producir aceites lu!ricantes como a/uellos usados en motores ( en ma/uinarias; Una pe/ue>a cantidad de nitro!enceno es usada en la manu*actura de colorantes< medicamentos< pesticidas ( goma sint2tica; En la nitraci'n del !enceno la ruptura del enlace C?@ se puede seguir por  comparaci'n de las elocidades de nitraci'n del !enceno ( del !enceno deuterado en condiciones an#logas< (a /ue se "a "allado experimentalmente /ue los enlaces C?: se atacan ( se rompen m#s lentamente /ue los correspondientes enlaces C? @; C#lculos aproximados !asados en consideraciones mecano?cu#nticas conducen a una ra-'n de elocidades C@BC: % a una temperatura de 49C< puesto /ue los alores experimentales "allados son de este orden; Por lo anterior< si la ruptura del enlace C?@ se produ=era en la etapa determinante de elocidad en la nitraci'n del !enceno< podría esperarse /ue el !enceno deuterado DC:F su*riera una nitraci'n m#s lenta /ue el !enceno; :e otro lado< si

la ruptura del enlace C?@ no se produce en la etapa lenta ca!ría esperar /ue no "u!iera di*erencia en las elocidades de nitraci'n de am!os compuestos; En realidad se encuentra experimentalmente /ue am!os compuestos experimentan la nitraci'n a la misma elocidad< por lo /ue la ruptura del enlace C?@ no interiene en la etapa determinante de la elocidad ( el mecanismo concertado de!e descartarse; El "ec"o de /ue no se o!seren di*erencias en la elocidad entre el compuesto normal ( el deuterado tam!i2n desec"a un posi!le tercer mecanismo+ un proceso en dos etapas con el mismo intermedio pero con una primera etapa D*ormaci'n de enlaceF r#pida ( una segunda etapa Drompimiento de enlaceF lenta;

Se encuentra *inalmente< /ue de los tres posi!les mecanismos Dpro!a!lemente se puedan plantear m#sF /ue cumplen con la le( de elocidad< se "an podido descartar dos con !ase en los resultados del experimento del e*ecto de un is'topo; Sin em!argo< esto no signi*ica /ue se "a(a demostrado /ue la nitraci'n transcurra segGn el mecanismo seleccionado; Lo /ue /uiere decir es /ue este camino est# de acuerdo con los datos experimentales< ( por lo tanto puede usarse como "ip'tesis de tra!a=o "asta /ue apare-can otros datos /ue exi=an su modi*icaci'n o su exclusi'n; 3ecanismo de reacci'n+ 6F Actiaci'n del #cido nítrico por el #cido sul*Grico D*ormaci'n del ion nitronioF

4F Ata/ue electro*ílico so!re el ion nitronio

5F A!stracci'n del prot'n por parte de la !ase con=ugada del #cido sul*Grico;

La nitraci'n de anillos arom#ticos es una reacci'n de particular importancia< los usos m#s importantes de los compuestos nitrados son en la síntesis de alcaloides< anilinas< en la *a!ricaci'n de colorantes< como disolentes en la industria del petr'leo< explosias< plasti*icantes< pl#sticas ( como intermediarios de síntesis de reactios /uímicos;

3ATE,IALES ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

3atra- de Hal'n ,ecipiente para !a>o maría Term'metro 3ec"ero de Hunsen ,e*rigerante Pro!eta graduada ,e=illa de As!esto Em!udo de separaci'n :os asos de precipitados ,e*rigerante Perlas de e!ullici'n Pin-as de tres dedos

SUSTANCIAS ? ? ? ? ?

Henceno cido sul*Grico cido nítrico Car!onato de sodio @ielo

DESARROLLO EXPERIENTAL !Nitro"enceno# Primero se "i-o la preparaci'n del i'n nitronio< la cual re/uiri' de #cido sul*Grico concentrado< así como del #cido nítrico D64 mililitrosF< este Gltimo se coloc' en el matra- de !al'n siendo /ue el #cido sul*Grico en un aso de precipitados< a am!os se les midi' su temperatura;

Posteriormente< a la me-cla se le agregaron  mililitros de !enceno< preiamente se coloc' el matra- en un recipiente con agua ( "ielo con el o!=etio de mantener  una temperatura de entre 58 ( J8 KC

Luego de lo (a "ec"o< se le coloc' al matra- el re*rigerante para calentarlo a !a>o maría durante 58 minutos< cuidando /ue la temperatura no exceda los 98KC;

Se prepar' una soluci'n saturada de car!onato de sodio para posteriormente neutrali-ar la capa inorg#nica de la me-cla /ue se o!tendría posteriormente

:espu2s de /ue transcurri' el tiempo de calentado< se pas' la me-cla o!tenida a un em!udo de separaci'n< para separar la parte inorg#nica de la org#nica;

Luego de esto< se neutrali-a la parte inorg#nica con la soluci'n (a preparada de car!onato de sodio;

Una e- separado< se midi' la cantidad o!tenida con la pro!eta graduada< con el o!=etio de sa!er el rendimiento de la reacci'n Dolumen o!tenidoM9mLF;

C$lc%lo& :ATOS+

olumen+ mL de @4SOJ< densidad+ 6<%J gBml masa+ 66;8Jg olumen+ mL de @NO 5< densidad+ 6<96 gBml masa+ ;8g olumen+ mL de Henceno< densidad+ 8;%0% gBml masa+ 9;405 Jg olumen+ 9mL de Nitro!enceno< densidad+ 6;4 gBml masa+ g El !enceno reacciona con la me-cla nitrico?sul*urico adicionando grupos nitro;

@NO5  4 @4SOJ 3asas Este/uiom2tricas+

5

Hase de c#lculo+ ;8

3asas Este/uiom2tricas +

Hase de c#lculo+

0%

6 66;8J

 NO4 4 SOJ?  @5O



J

64

6

4;9

64J

9;405J  4;9 M 0;%JJ

,endimiento+ , M Producto o!tenidoBProducto esperadoM B0;%JJM , M '()*+, ó )*(+,-

DESARROLLO EXPERIENTAL !Dinitro"enceno# Experimentaci'n+ O!tenci'n de dinitro!enceno Colocar  ml de @ 4SOJ en el matra- de !al'n;

 Adicionar lentamente @NO5 con agitaci'n continua ( manteniendo la temperatura de 48  49KC con a(uda de un !a>o maría inerso;

Cerrar el sistema con re*lu=o ( poner a calentamiento de 688KC a 668KC durante 58 min Una e- o!tenido el ion nitronio< adicionar al matra- nitro!enceno Transcurrido el tiempo de=ar en*riar  lo su*iciente para manipular ( erter r#pidamente el contenido del matra- en un aso con agua "elada :e=ar cristali-ar todo el soluto ( *iltrar por graedad

Pesar el producto ( calcular grado de conersi'n

RES.EN DE LA EXPERIENTACI/N Para la dinitraci'n del !enceno se prepar' una me-cla de ml de @ 4SOJ en un matra- !al'n< procurando /ue la temperatura no pasara los 48?49 KC se le agregaron ml de @NO5 gota a gota en un !a>o maría inerso; Se le agregaron 9ml de nitro!enceno< agitando constantemente "asta el *inal de la adici'n sin control de temperatura; Se mont' el matra- en un e/uipo de re*lu=o a *uego directo lleando la me-cla a e!ullici'n durante 58 minutos procurando /ue la temperatura se mantuiera entre los 688 ( 689 KC;

Se retir' el matra- !al'n del e/uipo ( se de=' en*riar en agua "elada; Ra en*riado se aci' en un aso de precipitados ( se le agregaron 48 ml de agua "elada ( se agito para o!tener los cristales;

Para la separaci'n de los cristales del m?dinitro!enceno se *iltr' al acío ( se de=' secar;

:urante la pr#ctica se pudo o!serar /ue la reacci'n entre el @ 4SOJ ( el @NO 5 resulto ser exot2rmica en donde se dispar' mu( r#pido la temperatura; :e igual manera cuando se le agrego el nitro!enceno a la me-cla la reacci'n *ue exot2rmica ( se dispar' mu( r#pido la temperatura; Cuando se esta!a lleo a e!ullici'n la me-cla esta se torn' de un color anaran=ado ( se podían distinguir dos capas;

Cuando se aci' notamos /ue se desprendi' un gas naran=a;

C0LC.LOS :atos+ ρ=1.199

Nitro"enceno

mC   H   N O 6

5

 ρ ∙ V 

= 2

1.199

=

g ml

g ∙ 6 ml ml

7.194 g

=

ME

46

123

169

7.194

A R S

7.194

— 9.884

0

9.884

(g) (g)

(ml)

η=

m C   H  6

12

mC   H  6

− obtenido − teórico

=

❑ 9.884

12

g

× 100 =¿

OHSE,ACIONES :urante la pr#ctica< se pudieron "acer las siguientes o!seraciones; ?

? ?

:urante la pr#ctica< se reali-' mal la primera e- la o!tenci'n del i'n nitronio< (a /ue se pudo notar /ue era necesario a>adir el !enceno cuando el matra- de !ola (a esta!a en contacto con el "ielo< lo cual en un principio se a>adi' el !enceno para despu2s poner el contacto el matra- con el "ielo< lo cual era incorrecto; Tam!i2n se pudo notar /ue el producto /ue se o!tuo olía similar a la grasa de -apatos< (a /ue esta Gltima est# compuesto de nitro!enceno ,especto a la cantidad o!tenida< se pudo apreciar /ue era !astante< (a /ue se o!tuieron 9mL de producto org#nico< es decir< nitro!enceno< de los  mL de !enceno iniciales< lo cual puede indicarnos un !uen rendimiento de la reacci'n

Conclusi'n  Algunas industrias usan el !enceno como punto de partida para manu*acturar otros productos /uímicos utili-ados en la *a!ricaci'n de pl#sticos< resinas< nil'n ( *i!ras sint2ticas; Tam!i2n es un componente natural del petr'leo crudo; La nitraci'n es la sustituci'n del "idr'geno de un "idrocar!uro arom#tico por el grupo nitro  NO4 La nitraci'n es una reacci'n exot2rmica

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El tipo de reacciones /ue se llean a ca!o son de sustituciones electro*ílicas arom#ticas Las condiciones de temperatura son determinantes para llear aca!o la nitraci'n del !enceno; Olmos .arcía .erardo Arturo