OBTENCIÓN E HIDRÓLISIS DE UNA SAL DE DIAZONIO: SINTESIS DE DE FENOL 15-02-2010 DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA 1. Se adicionó: 40 ml Agua 4 ml HCl lenta/
Se enfrió la solución
Beaker 100
y se observó la formación de cristales
4 ml de anilina
(en baño de hielo) (bisulfito de anilinio)
2. Luego se agregó: 2 Cubos de hielo
Beaker 100
La solución se dejó en reposo por 5min
2.5 ml Nitrito de Sodio en baño de hielo (20%) en 5 min 3. Después de obtener la temperatura requerida se adicionó 10 gotas B-naftol En NaOH (10%)
La prueba dio positiva
Tubo de
ensayo
pues se formó inmediatamente un Sólido rojo
Se puso en baño hielo 10 gotas solución sal De diazonio 4. Obtención de solución de fenol Después de que se realizó el montaje Se destiló por arrastre con con vapor de agua Se recogieron entre 5 y 10 ml de la sln Agua-Fenol 5. luego se adicionó 10 gotas de la Sln obtenida
Tubo
La prueba dio positiva
de
ensayo
1
2 gotas de Cloruro Férrico (1%)
Pues se presentó una
coloración violeta
DATOS OBTENIDOS Los datos obtenidos en ésta práctica fueron cualitativos. En la obtención de la Sal de Diazonio se observaron los resultados esperados pues al adicionar los 4 ml de anilina y llevar a baño de hielo se pudo observar la formación de cristales lo cual comprueba la presencia de bisulfito de anilino. Después de agregar dos o tres cubos de hielo a la solución anterior para mantener su temperatura entre 0 y 5 grados centígrados y de adicionar 2,5 ml de solución de Nitrito de Sodio, se dejó en reposo para favorecer la reacción. Para comprobar que la reacción dio positiva se tomaron 10 gotas de Beta Naftol en NaOH (10%) y al adicionar poco a poco 10 gotas de la solución de sal de diazonio se pudo observar cómo se iba formando un sólido rojo, lo que comprobó la presencia de la Sal en la Solución. Para la obtención de la solución de Fenol, se tomó la solución anteriormente obtenida (color naranja claro con cristales) y se llevó a un erlenmeyer para realizar la destilación por arrastre con vapor de agua. Se observó que con el tiempo el color de la solución naranja se intensificó hasta y los cristales (turbidez) fueron desapareciendo, la solución empezó a ebullir hasta llegar a un color rojo intenso, en la probeta se recogió entre 5 y 10 ml de solución incolora. Al realizar la prueba para verificar la presencia del fenol en la solución anteriormente obtenida se tomaron 10 gotas de aquella solución y se adicionaron dos gotas de Cloruro Férrico (1%), se pudo observar inmediatamente el cambio en la coloración pasando de ser incolora a violeta oscuro, lo cual comprobó la presencia de fenol en la solución.
REACCIONES. Las reacciones que se dieron se esquematizan a continuación: Las reacciones principales en la práctica son la formación de la sal de diazonio y la posterior obtención del fenol.
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Fig. 1: obtención de la sal de diazonio e hidrolisis.
Otras reacciones secundarias son las reacciones de copulación. Se realizo una reacción de copulación para comprobar la existencia de la sal de diazonio en el paso 5. De la práctica. También se da una reacción de copulación no deseada cuando se realiza la destilación por arrastre con vapor entre el fenol producido y la poca sal de diazonio que queda en el recipiente a la hora de realizar la reacción.
Fig. 2: Reacción de prueba de la sal de diazonio (reacción de copulación).
Fig. 3: Reacción secundaria entre el fenol y la sal de diazonio (reacción de copulación).
Otra reacción importante en la práctica realizada, es la que se da cuando se realiza la prueba al fenol obtenido por destilación por arrastre con vapor del fenol. Dicha prueba se realiza adicionando cloruro férrico a la solución de fenol-agua obtenida.
Fig. 4: Reacción prueba del fenol con cloruro férrico.
ANÁLISIS DE RESULTADOS. 3
y
y
y
Cuando se adicionan los 40 ml de agua, mas los 4 mililitros de ácido sulfúrico y los 4 mililitros de anilina en el beaker de 100 ml, que posteriormente se lleva a baño de hielo, se ve la formación de cristales que corresponden al compuesto bisulfito de anilinio. Los cristales se forman debido a la baja temperatura que se maneja, por debajo del punto de fusión del compuesto intermedio, lo que favorece a la formación de los cristales. Tanto en la prueba que se hace a la sal de diazonio, y en el momento que se está realizando la destilación por arrastre con vapor, la solución que contiene la sal de diazonio se torna de un color rojo. En el primer caso, se debe a la reacción entre la sal de diazonio y el -naftol, en el segundo caso a la reacción entre la sal de diazonio sobrante que no reacciona en la hidrólisis y el fenol formado (reacción secundaria en el proceso de obtención del fenol). Esto se debe a que el resultado de estas dos reacciones son compuestos conocidos como azocompuestos. Los azocompuestos son sustancias intensamente coloreadas porque el enlace azo -NN- produce la conjugación de los dos anillos aromáticos, formando un sistema extenso de electrones deslocalizados lo que permite la absorción de la luz en las regiones visibles. Debido a sus colores tan intensos (intensamente amarillos, naranjas, rojos, azules y aún verdes) y a que pueden obtenerse de compuestos relativamente baratos los compuestos azo se utilizan en gran cantidad como colorantes. Cuando se hace reaccionar el fenol con el cloruro férrico, la solución se torna de color azul intenso. Esto se debe a que la mayoría de fenoles reaccionan con este compuesto y el resultado es un compuesto que da colores que van desde el violeta, pasando por el verde y también azul, entre otros. El compuesto que se obtiene es de un color azul intenso que indica que la reacción es positiva y que lo que se obtuvo es efectivamente el fenol.
Preguntas. 1. Las sales aminas alifáticas primarias también reaccionan con el ácido nitroso para dar sales de diazonio muy inestables. ¿Cómo podría explicarse que las sales de diazonio aromáticas sean estables entre 0 y 5ºC y las alifáticas no? Esto se debe a la estabilidad que ofrece el anillo aromático debido al fenómeno de resonancia, lo que hace que se logre una estabilidad a las condiciones específicas. A diferencia de los compuestos aromáticos, esto no ocurre en las aminas alifáticas por lo que su estabilidad es muy baja. 2. ¿Cuáles son los subproductos de descomposición de una sal de diazonio alifática? 4
Los subproductos de la descomposición de las sales de diazonio alifáticas son mesclas de alcoholes, alquenos y halogenuros de alquilo además del nitrógeno gaseoso. Se puede observar en la siguiente reacción:
Fig. 5: Reacción general de descomposición de sales de diazonio alifáticas.
3. Las aminas secundarias, tanto aromáticas como alifáticas, producen, con el ácido nitroso N-nitrosaminas. Escriba la reacción general.
Fig. 6: Reacción general de aminas secundarias con ácido nitroso.
4. Las aminas alifáticas terciarias no reaccionan con el ácido nitroso, en cambio las aminas aromáticas terciarias originan productos de sustitución 5
en el anillo aromático. Escriba la reacción para obtener la p-nitroso-N,Ndimetilanilina.
Fig. 7: Reacciones para obtener p-Nitroso-N, N-dimetilanilina.
CONCLUSIONES. y
y
y
Se pudo aprender el procedimiento para obtener una sal de diazonio partiendo desde la anilina, haciéndola reaccionar con acido nitroso utilizando como catalizador acido sulfúrico a una temperatura entre 0 y 5ºC. Se concluye que se obtuvo la sal de diazonio debido a que la prueba con naftol resulto positiva al dar un precipitado de color rojo correspondiente a un azocompuesto que es el producto de la reacción de copulación entre los reactivos antes mencionados. Se hizo una reacción de hidrólisis por medio de una destilación por arrastre con vapor de la sal de diazonio donde se obtuvo como producto principal el fenol, al cual se le realizo una prueba con cloruro férrico donde se comprueba la presencia de este. Por medio del arrastre con vapor se pudo purificar el fenol obtenido en la reacción de hidrólisis separándolo del subproducto no deseado que resulta de la reacción de copulación (ver figura 8) entre la sal de diazonio que no reacciona y el fenol que se forma con la hidrólisis de la sal de diazonio.
Fig. 8: Subproducto en la obtención del Fenol. y
Se observa que el aumento en la temperatura favorece a la formación de subproducto, ya que se puede evidenciar una intensificación del color rojo 6
y
en el recipiente donde se está llevando a cabo la hidrólisis, este color corresponde al color característico del subproducto formado. Todas las pruebas que se efectuaron en la práctica de laboratorio dieron positivas. De esto se concluye que se obtuvieron todos los productos deseados e indicados.
BIBLIOGRAFÍA. y
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MORRISON, Robert. BOYD, Robert. Química Orgánica.5 Edición. Editorial PERSON Addison Wasley. Boston EEUU. 1987. Págs. 964, 966, 999. http://objetos.univalle.edu.co/files/Compuestos_organicos_del_nitrogeno.pdf consultada el día 14 de febrero de 2011.
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