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Síntesis de amarillo de Martius Feria B.; Maldonado D.; Reascos J.; Velez P.; Zambrano M. LABRA!R" D# $%"M"&A R'A("&A "" 'ru)o * Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Química Química y Agroindustria Quito, Ecuador e-mail: bryan.feriae!n.edu.ec bryan.feriae!n.edu.ec,, daniel.maldonadoe!n.edu.ec, "e#in.reascose!n.edu.ec, !ablo.#ele$e!n.edu.ec, mayra.$ambranoe!n.edu.ec
Resu Resume men+ n+ %a !r&ctica reali$ada tu#o como ob'eti#o la obtenci(n de amarillo de )artius, !or medio de una reacci(n de sustituci(n electrofílica arom&tica. *e dio !or iniciada la !r&ctica al sulfonar el &cido +-Naftol, mediante la adici(n de &cido sulfrico, una #e$ obtenido el &cido naftil-+-idroi/,0-di /,0-disul sulf(n f(nico ico se comen$ comen$( ( el !roc !roceso eso de nitrac nitraci(n i(n !or adici( adici(n n de &cido &cido nítric nítrico o concen concentra trado do asta asta obtene obtenerr /,0/,0dini dinitr tro o-+-n -+-naf afto tol, l, se adic adicio ion( n( idr idr( (id ido o de amon amonio io concentrado y se obtu#o amarillo de )artius. El rendimiento de amarrillo de )artius obtenido fue de /0,1/2 y se obtu#o un costo de 3415,51 6 7g Palabras cla,e: Amarillo de )artius,colorante, sustituci(n electrofílica, nitraci(n, sulfonaci(n. Abstract: 8e study made ad as ob'ecti#e te obtaining of yello9 of )artius, by means of a reaction of re!lacement re!lacement electrofílica aromatic. Is ga#e by initiated te !ractice to te sulfonar te acid +-na!tol, by te addition of acid )anager, )anager, a time retrie#ed retrie#ed te acid naftil-+-ydroy-/, 0disulfonico is began te !rocess of nitration by addition of acid acid nitric nitric conce concentr ntrate ate to get /, 0-dini 0-dinitro tro-+-n -+-na! a!to tol, l, is added ydroide ydroide of ammonium ammonium concentrate concentrate and is obtained yello9 of )artius. ;etrie#ed )artius yello9 !erformance 9as /0 1/2 and obtained a cost of 3415,54 6 7g -e/ords+
1. MATERIALES Y METODOLOGÍA Se colocaron 0.5 g de 1–naftol en un al!n de "50 #L$ luego %e ad&c&ono 1 #L de 'c&do %ulf(r&co )oco a )oco * %e ag&t! con%tante#ente )ara +ue no %e caron&ce el 1–naftol. Se ag&t! con%ta con %tante nte#en #ente te ,a%ta ,a%ta otene otenerr una %oluc& %oluc&!n !n de color color ro-o ro-o tran%) tran%)are arente nte$$ luego luego %e calent calent!! en a aoo #ar/a #ar/a durant durantee 5 #&nuto% * %e de-! enfr&ar ,a%ta te#)eratura a#&ente$ %e agregaron #L de agua de%t&lada ,a%ta +ue %e otuo una %oluc&!n %oluc&!n tran%)arent tran%)arente. e. Se enfr&! el al!n al!n en ao de ,&elo 1
,a%t ,a%taa 10 23 * %e ad&c ad&c&o &ona naro ronn 0.4 0.4 #L de 'c&d 'c&doo n/tr n/tr&c &coo concentrado gota a gota$ %e #&d&! la te#)eratura al ag&tar )ara e&tar +ue %ore)a%e lo% 15 23 * una e +ue %e ad&c&on! todo el 'c&do %e e%)er! +ue llegue a te#)eratura a#&ente. 6na e alcanada alcanada la te#)eratura te#)eratura a#&ente a#&ente %e calent! calent! en el ao #ar/a ,a%ta lo% 50 23$ %e ag&t! con%tante#ente * %e #antuo a%/ )or 10 #&nuto%$ )o%ter&or#ente %e agreg! 4 #L de agua de%t&lada * %e otuo una )a%ta ,o#og7nea. Se f<r! al ac/o * %e la! con agua el %!l&do oten&do. Se coloc! el %!l&do en un a%o de )rec&)&tac&!n de 100 #L * %e aad&eron 18 #L de agua t&&a$ * #L de ,&dr!9&do de a#on&o concentrado$ luego %e calent! en ao #ar/a )ara d&%oler el %!l&do$ una e d&%uelto %e f<r! la #ecla con )a)el f<ro * al f<rado %e le ad&c&on! 1 g de cloruro de a#on&o$ %e ag&t! * %e enfr&! en ao de ,&elo. :&nal#ente %e f<r! al ac/o * %e otuo a#ar&llo de Mart&u%$ %e lo la! con 8 #L de una %oluc&!n de cloruro de a#on&o al ";.
". TA
. !abla 0. ?ro)&edade% del 1=naftol Pro)iedad
Ma1nitud
?e%o #olecular @g#olB
144$1> 1$10 C5 ">C
Densidad [g/cm3]
?unto de fu%&!n @23B ?unto de eull&c&!n @23B M&-are%$ "001$ ). 18
!abla 2. ?ro)&edade% f/%&ca% del Fc&do Sulf(r&co. Pro)iedad Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
C$0 10 >
Punto de fusión [°C] Punto de ebullición [°C] Densidad [g/cm3]
1$
3,ang$ "00$ ). 1C5 !abla 3. ?ro)&edade% f/%&ca% del Fc&do H/tr&co. Pro)iedad Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
8$01 =4"
Punto de fusión [°C] Punto de ebullición [°C] Densidad [g/cm3]
1$51
3uea$ "001$ ). 150 !abla 4. ?ro)&edade% f/%&ca% del &dr!9&do de A#on&o. Pro)iedad
Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
!abla 08. ?e%o%
5$05 =5
Punto de fusión [°C] Punto de ebullición [°C] Densidad [g/cm3]
del )a)el f<ro con * %&n a#ar&llo de
Mart&u%
0$ Ar#end'r&$ 1CC$ ). 1C5
!abla *. ?ro)&edade% del 3loruro de A#on&o Pro)iedades
Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
5$4C
Material
Peso 91:
?a)el f<ro
"$""8>
?a)el f<ro con a#ar&llo de Mart&u%
"$4""
La Tala 11 )re%entada a cont&nuac&!n$ e%)ec&f&ca el co%to de co#erc&al&ac&!n lo% react&o% ut&l&ado% * el co%to de otenc&!n de *odofor#o. !abla 00. ?rec&o de lo% react&o%
0$0015
3
Densidad [g/cm ]
?unto de fu%&!n @23B 3,ang$ "00$ ). C
!abla 5. ?ro)&edade% del A#ar&llo de Mart&u% Pro)iedades
Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
"4$18
Densidad [g/cm3]
=
?unto de fu%&!n @23B M&-are%$ "001$ ).
Reacti,oProducto
&osto
1=naftol J>$50 Kg Fc&do %ulf(r&co J$00 L Fc&do n/tr&co J5$00 L &dr!9&do de a#on&o J45$00L 3loruro de a#on&o J5$00 Kg A#ar&llo de Mart&u% J0$1 Kg S#&t,$ "018
144 . 3FL36LOS
!abla 6. ?ro)&edade% del agua
&alculo de la masa de amarillo de Martius obtenido
Pro)iedades
Ma1nitud
?e%o #olecular@g#olB
1
Densidad [g/cm3]
1
?unto de fu%&!n @23B ?unto de eull&c&!n @23B
0 100
3,ang$ "00$ ). 118 A cont&nuac&!n %e )re%entan la% cant&dade% de react&o% ut&l&ado% )ara )roduc&r *odofor#o !abla 7. 3ant&dad de react&o% ut&l&ado% Reacti,o
&antidad
1=naftol Fc&do %ulf(r&co Fc&do n/tr&co &dr!9&do de a#on&o 3loruro de a#on&o
0$4C1 1 #L 0.4 #L #L 1$00C" g
En e%ta tala %e u&can lo% )e%o% del )a)el f<ro ante% de f<rar la %oluc&!n con *odofor#o * de%)u7% de f<rar
?ara calcular la #a%a e9)er&#ental de a#ar&llo de Mart&u% %e %aca la d&ferenc&a entre la #a%a del )a)el f<ro con a#ar&llo de Mart&u% * la #a%a del )a)el f<ro %&n a#ar&llo de Mart&u%.
masa del amarillo de Martius =masa del papel filtro conam masa del amarillo de Martius =2,4228 g− 2,2267 g masa experimental =0,1961 &alculo del reacti,o limitante
?ara calcular el react&o l&#&tante del )roce%o %e calcula el react&o l&#&tante en cada reacc&!n +ue %e real&a )ara otener el a#ar&llo de Mart&u% 1. Reacc&!n de %ulfonac&!n −¿ , H 3 O →
+¿
C 10 H 8 O7 S 2 ¿
HS O 4 C 10 H 8 O +2 SO3 ¿ Se calcula la% #ole% de lo% react&o%
molC 10 H 8 O =0,4931 g × mol SO3=1 ml H 2 SO4 ×
1 mol
=0,0034 mol 144,17 g 1,8 g 80 g SO3 1 molSO 1 ml
×
×
98 g
80 g
React&o l&#&tante
mol SO3=0,0034 molC 10 H 8 O×
masateorica =0,0034 molC 10 H 8 O×
1 molC 6 H 5 ( NH 4 ) O5 N 2 1 molC 10 H 8 O
¿ 0,796 gC 6 H 5 ( NH 4 ) O5 N 2 &=lculo del rendimiento de la reacci
2 mol SO 3 1 molC 10 H 8 O
=0,
masa experimental × 100 masateorica 0,196 g Rendimiento= × 100 =24,62
Rendimiento=
El react&o l&#&tante e% el 1= naftol
0,7961
". Reacc&!n de n&trac&!n
C 10 H 8 O7 S 2 + 2 HNO3 →C 10 H 6 O5 N 2+ 2 H 2 SO4
&alculo del costo e>)erimental de amarillo de Martius
Se calcula el co%to )ara cada react&o con lo% co%to% co#erc&ale% de la tala 1 molC 10 $ 37,5 molC 10 H 8 O7 S2= 0,0034 molC 10 H 8 O × = $ 0,018 naftol 0,4931 1 g naftol× 1 molC 10 1000 g 1 Naftol 1,5019 g 1 mol $3 = 0,0 molHNO 3 = 0,4 [ mL ] HNO3 × × = $ 0,003 H 2 S O4 1 ml H 2 S O4 × 1 ml 63 g 1000 ml H 2 S O 4 $ 35 React&o l&#&tante =$ 0,035 H 2 S O 4 1 ml H N O3 × 1000 ml 2 mol HN mol HNO 3= 0,0034 molC 10 H 8 O7 S 2 × $ 45 =$ 0,045 H 2 S O 4 1 ml NH 4 OH × 1 molC 10 H 8 1000 ml $ 85 El react&o l&#&tante e% el 'c&do naft&l 1=,&dro9& "$4= = $ 0,086 NH 4 Cl 1,0093 g NH 4 Cl × 1000 g NH 4 Cl d&%ulf!n&co Se calcula la% #ole% de lo% react&o%
. :or#ac&!n de la %al de a#on&o
C 10 H 6 O5 N 2 + NH 4 O H → C 6 H 5 ( NH 4 ) O5 N 2 +
Costode amarillo de Martius
Se calcula la% #ole% de lo% react&o% 0,88 g
mol NH 4 OH =3 mol×
1 mL
costo totalde reactivos=0,018 + 0,35 + 0,045 + 0,086 + 0.003 costo totalde reactivos = $ 0,19
×
1 mol 35,05 g
=0,0753 mo
molC 10 H 6 O 5 N 2= 0,0034 molC 10 H 8 O7 S 2 ×
1 molC 1 mol
React&o l&#&tante
mol NH 4 OH =0,0753 [ mol ] NH 4 OH ×
1 molC 10 H 6
¿
Costototal de reactivos Cantidad de amarillo de Martius obtenido
Costo delamarillo de Martius=
$ 0,19 0,1961 g amarillo de Martiu
Costo esperimental del amarillode Martius=
1 molNH 4
El react&o l&#&tante e% el "$4=d&n&tro 1=naftol El react&o l&#&tante del )roce%o e% el 1= naftol
4. RES6LTADOS Y DIS36SIH !abla 02. Re%ultado%
&alculo de la masa de amarillo de Martius te
Ma%a de *odofor#o oten&da
0$1C81
$ 968, g amarillod
; Rend&#&ento 3o%to de a#ar&llo de Mart&u%
"4$8" ; JC8$C Ng
Se otu&eron 0.1C81 g del colorante a#ar&llo de Mart&u% con un rend&#&ento de la reacc&!n de "4$8"; $ el cual e% a-o )ara la cant&dad +ue %e de/a otener e%te+u&o#7tr&ca#ente la cual era 0$>C8 g$ el rend&#&ento )udo er%e afectado )or una %ulfonac&!n err!nea en %u &ne%t&gac&!n 3eallo%$ Me-&a * 3,e-ne "010 ar&o% co#)ue%to% al %er %en%&le% a una n&trac&!n d&recta %e lo% %ulfonan con 'c&do %ulf(r&co en e9ce%o$ de e%ta #anera %e logra %ulfonar la #a*or cant&dad de react&o$ el 'c&do %ulf(r&co +ue %e u%! en la %ulfonac&!n del 1= naftol no e%taa en e9ce%o )or lo +ue la %ulfonac&!n no )udo dar%e con 79&to$ una &nef&c&ente n&trac&!n )udo d&%#&nu&r en #a*or cant&dad el rend&#&ento de la reacc&!n *a +ue %eg(n Da#&ano "004 la n&trac&!n de)ende d&recta#ente de la te#)eratura$ la cual a un alor #'% eleado * al e9)oner la #ue%tra un #a*or t&e#)o1,ora=",ora% a la e%)ec&e n&trante au#enta el rend&#&ento de la reacc&!n$ la ef&c&enc&a de la n&trac&!n )uede au#entar al aad&r 'c&do %ulf(r&co en e9ce%o *a +ue faorece la for#ac&!n de la e%)ec&e n&trante n&tron&o HO"P$ en la n&trac&!n de&! aad&r%e #'% 'c&do %ulf(r&co )or+ue lo +ue %e aad&! en la )r&#era )arte ten/a co#o o-et&o la %ulfonac&!n del 1=naftol * al no e%tar en e9ce%o %e )odr/a a%egurar +ue %e con%u#&! en %u #a*or/a el 'c&do )or lo +ue en la n&trac&!n )udo no e%tar )re%ente el 'c&do %ulf(r&co$ %u#ado +ue lo +ue no %e logr! %ulfonar de 1– naftol %e )udo degradar al aad&rle el 'c&do n/tr&co * co#o con%ecuenc&a %e reduce la ef&c&enc&a$ la n&trac&!n %olo %e lle! a cao )or 10 #&nuto% +ue e% )oco t&e#)o en co#)arac&!n con lo +ue %e reco#&enda n&trar )or lo +ue afecta a(n #'% el rend&#&ento de la reacc&!n. El co%to )ara )roduc&r a#ar&llo de Mart&u% en el laorator&o fue de C8$CJ )or cada K&logra#o oten&do de a#ar&llo de Mart&u% el cual e% un alor alto en co#)arac&!n con el alor co#erc&al +ue e% de 0$1J )or cada Ng de colorante con lo cual %e de#ue%tra +ue no e% tan &ale e%te #7todo de %/nte%&% de colorante )or la )7rd&da tanto econ!#&ca co#o de react&o% +ue )re%enta. 5. 3OH3L6SIOHES •
• •
La #a%a oten&da de oten&da de a#ar&llo de Mart&u% fue de 0$1C81 g El rend&#&ento de la reacc&!n fue de "4$8"; El co%to de otener a#ar&llo de Mart&u% en el laorator&o fue de JC8$CNg 8. RE3OMEHDA3IOHES
•
•
Se )uede e#)lear &!9&do de n&tr!geno o n&trato% alcal&no% con 'c&do %ulf(r&co u otro 'c&do fuerte )ara el )roce%o de n&trac&!n *a +ue con e%to% %e #e-ora la ef&c&enc&a. Se )uede u%ar 'c&do ac7t&co o an,/dr&do ac7t&co *a +ue %on alguna% de la% co#&nac&one% +ue con 'c&do n/tr&co for#an #ecla% +ue %on alta#ente efect&a% )ara fac&l&tar el )roce%o de n&trac&!n. >. RE:EREH3IAS
@1B Ar#end'r&$ :. 1CC. Química !ura y elemental . >#a. Ed.. B S#&t,$ Q. "018. S&g#a Aldr&c,. Recu)erado de ,tt).%&g#aaldr&c,.co#catalog%earc, ter#UMart&u%PYelloV&nterfaceU?roduct ;"0Ha#eVHU0PV#odeU#ode ;"0#atc,)art&al#a9VlangUenVreg&onUE3Vfocu%U )roductHU0;"0""00004;"0"1C5"8;"0"1C 510> Qul&o$ "018
