NITRACIÓN DEL ÁCIDO ACETILSALICÍLICO Mejia Gomez Katerine1; Osorio Vega Abraham1; Pérez Atencio Jerson1; Pertuz Díaz Jose 1. Facultad de ingeniería, programa de ingeniería química. Universidad Del Atlántico, Barranquilla, Colombia, Viernes 20 de Mayo del 2016.
RESUMEN En esta práctica de laboratorio se realizó la nitración del ácido salicílico utilizando como agente nítrante ácido nítrico, el cual fue añadido cuidadosamente; esta reacción se llevó a cabo en un baño de agua-hielo, luego se agito la solución en frio y en caliente hasta obtener el sólido amarillo-naranja el cual se colecto por filtración al vacío y se pesó permitiéndonos hallar un porcentaje de rendimiento.
Palabras clave: nitración, sustitución electrofílica aromática, ácido salicílico. ABSTRACT In this lab nitration of salicylic acid using nitric acid as nitrating agent, which was added carefully performed; This reaction is carried out in a bath of ice water, then the solution cold and hot was stirred until the solid yellow-orange which was collected by vacuum filtration and weighed giving a percentage yield.
Keywords: nitration, aromatic electrophilic substitution, salicylic acid. 1. INTRODUCCIÓN Los nitrocompuestos son compuestos orgánicos que contienen en su estructura uno o más grupos funcionales nitro (NO2). Suelen ser altamente explosivos, puesto que si su manipulación es inadecuada puede desencadenar fácilmente una descomposición exotérmica violenta. Existen nitrocompuestos alifáticos y aromáticos. La nitración de compuestos aromáticos es un proceso de enorme importancia industrial, pues se obtienen explosivos, colorantes, farmacéuticos, perfumes y plásticos, por lo tanto es una de las reacciones orgánicas más estudiadas, algunos ejemplos de estos compuestos son el 2,4,6-trinitrofenil (ácido pícrico) y el 2,4,6-trinitrotolueno (TNT). El método clásico emplea un exceso de ácido nítrico mezclado con un ácido fuerte como el ácido sulfúrico concentrado. Sin embargo, este método aunque sigue siendo popular, es un proceso notoriamente contaminante,
pues se generan óxidos de nitrógeno y grandes cantidades de desechos de ácidos. En esta experiencia se trabajó con el ácido salicílico o ácido 2hidroxibenzoico recibe su nombre de Salix, la denominación latina del sauce de cuya corteza fue aislado por primera vez. Se trata de un sólido incoloro que suele cristalizar en forma de agujas. Tiene una buena solubilidad en etanol y éter. Este producto sirve como materia prima para la obtención del ácido acetilsalicílico, comercialmente conocido como Aspirina.
Figu ra 1. Ácid
acetils alicílico
La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un electrófilo reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos. En la nitración de anillos aromáticos se piensa que el electrófilo es el ion nitronio (NO 2+) que se genera del ácido nítrico, por protonación y perdida de agua. Este ion genera un carbocatión intermediario, cuando este pierde un protón se genera el nitrobenceno como producto de sustitución. Aunque el grupo nitro disminuye la reactividad del anillo aromático hacia agentes electrofílicos, es conveniente tener cuidado con las condiciones de reacción para que no se efectúe la polinitración, este proceso se realiza con mayor facilidad en anillos que poseen activadores fuertes hacia la sustitución aromática electrofílica. La parte más difícil de la síntesis de nitrocompuestos es la separación de los isómeros formados, especialmente los isómeros orto y para, los cuales generalmente se obtienen en cantidades semejantes.
2. OBJETIVOS
En esta práctica se realizó la nitración del ácido acetilsalicílico, con el fin de observar cómo se generan estos tipos de reacciones:
Figura 2. Reacción entre el AAS y el HNO 3 .
La nitración aromática sucede cuando compuestos de esta naturaleza gracias a la acción de sustitución electrófilica aromática son atacados en su anillo bencénico rico en electrones, acción que realiza el ion nitronio. Se agregó 1 g de ácido acetilsalicílico (AAS) a un balón de 5.0 mL, equipado con un condensador y se sometió a enfriamiento el balón en un baño de agua-hielo. Además, se añadió en pequeñas porciones ácido nítrico anhídro al ácido acetilsalicílico hasta completar 25 mL, el cual es un muy buen agente nitrante, conservando el balón que lo contiene en el baño de agua-hielo (figu ra 3 y 4).
Desarrollar habilidad y destreza en la nitración del ácido salicílico. Determinar la importancia del uso de un baño de agua-hielo para llevar a cabo la reacción. Analizar el mecanismo de reacción obtenido en la experiencia.
Generales
3. METODOLOGÍA Y RESULTADOS
Específicos
Comprender cómo se genera y actúa el ion nitronio en la nitración de anillos aromáticos. Realizar la reacción de nitración en un anillo bencénico sustituido y entender los mecanismos implicados.
Figu ra 3. Sist ema en u n bañ o d e agu a- hielo.
Luego de esto, se retiró el baño de agua-hielo y se sometió el balón a un calentamiento suave manteniendo el condensador, después de un tiempo se observó la liberación en el sistema de un gas rojizo (NO 2), como podemos observar en la. (Ver figu ra 6). En ese momento detuvimos el calentamiento y esperamos a que la mezcla se enfriara y precipitara la mayor cantidad de cristales.
Figura 4. Mezcla entre AA S y HNO 3 .
Se escogió el ácido nítrico debido a su reactividad frente al anillo aromático puesto que este inicialmente se disocia. Para generar el catión NO 2+ o normalmente conocido como Ion nitronio el cual es un agente electrofílico, esto quiere decir una especie deficiente en electrones que al realizar la sustitución electrofílica aromática se encarga de atraer electrones del anillo, de esta manera este grupo se encarga de desactivarlo ya que permite que disminuya la densidad electrónica del anillo y es por esto que lo desestabiliza. Luego se añadió 5 ml de agua destilada y se sometió a la mezcla a un proceso de purificación por medio de un condensador de reflujo por cinco minutos. (Ver figur a 5).
Figura 6. Calentamiento del sis tema.
El sólido amarillo-naranja formado se colectó por filtración al vacío, mediante un embudo de separación y papel filtro (ver figura 7 y 8) , permitiendo secar los cristales y mantenerlos en el papel filtro. (Ver figur a 9).
Figura 7. Cristales precip itados. Figura 5. Sistema de reflujo .
A partir de los datos teóricos anteriores podemos calcular un porcentaje de rendimiento de manera que se comparen con los obtenidos experimentalmente: % =
= Fig ur a 8. Filtra ci ón al v acío.
0.86 1.25
100 %
100 %
= 68.8 %
Podemos observar que el valor que se obtuvo fue de un 68.8 % de rendimiento. Se pueden presentar diversos factores para que nuestro rendimiento fuese mejor, como por ejemplo impurezas que pudieron presentar los reactivos, el tiempo de reacción, los equipos de laboratorio utilizados, entre otros; pero a nivel general el rendimiento obtenido puede considerarse como adecuado.
Figura 9. Medición del peso de los c r i s t a l es o b t e n i d o s .
Luego procedimos a pesar los cristales, obteniendo como resultado un peso de 1.32 g, menos el peso del papel (0,46 g) nos da un peso de 0.86 g de ácido pnitro acetilsalicílico (p-NAAS). A partir los reactivos utilizados en la experiencia obtenemos los siguientes datos: Tabla 1. Datos o btenido s a partir de la experiencia realizada.
Peso atómico (g/mol) Eq-g Milimoles Gramos Mililitros Densidad (g/ml)
AAS
HNO3
180
63
pNAAS 225
1 5.56 1 0.71 1.40
107.86 599.21 37.75 25 1.51
1 5.56 1.25 -
4. ANEXOS. 1. El m-dinitrobenceno difícilmente se nitra, aún con una mezcla de ácido nítrico fumante y ácido sulfúrico. ¿Explique este comportamiento? Al nitrar el nitrobenceno logramos obtener un m-dinitrobenceno. Sin embargo para este último introducir un tercer grupo en el núcleo bencénico de manera directa resulta difícil, comparando los procesos de nitración el m-dinitrobenceno se obtiene 10000 veces más lento que el nitrobenceno. Esto se debe a que el anillo bencénico se empobrece de electrones por lo que la posibilidad de un ataque electrófilo se encuentran disminuidas frente al benceno mismo, y en este mismo sentido actúa el efecto inductivo, de manera que disminuyen el ∆H del contenido energético del mnitrobenceno haciendo esto difícil.
2. Los orto-nitrofenoles, al contrario de los para-nitrofenoles, destilan por arrastre con vapor de agua ¿Explique este comportamiento? El o-nitrofenol tiene un punto de ebullición mucho más bajo y una solubilidad en agua mucho menor que sus isómeros; es el único de los tres que puede destilarse con vapor. Los isómeros meta y para, tienen puntos de ebullición muy elevados, debido a sus puentes de hidrógeno intermoleculares.
3. ¿Por qué en el ácido salicílico la nitración se efectúa en la posición 5? Escriba el mecanismo de la reacción. La nitración del ácido acetilsalicílico se presenta en presencia de ácido nítrico con La adición del ácido sulfúrico permitiendo la formación del electrófilo (NO2+) con mayor facilidad, permitiendo que la reacción transcurra más rápido y en condiciones más suaves. Esta nitración sucede en la posición número cinco debido a que allí el electrófilo entra en la posición para (p-) respecto al grupo funcional acetil, que es el grupo más activante.
por el grupo Nitro (-NO 2). Esta reacción a presión atmosférica, en fase vapor o temperaturas entre 420 a 475°C y en presencia de ácido sulfúrico.
5. ¿Cuáles son las condiciones para obtener trinitrotolueno (TNT)? En la industria, TNT se produce en un proceso de tres pasos. En primer lugar, tolueno se nitra con una mezcla de ácido sulfúrico y nítrico para producir mono nitrotolueno. La MNT se separa y luego y se convierte a dinitrotolueno o DNT. En el paso final, el DNT se nitra para trinitrotolueno o TNT usando una mezcla anhidra de ácido nítrico y ácido sulfúrico fumante. El ácido nítrico es consumido por el proceso de fabricación, pero el ácido sulfúrico diluido se volvió a concentrar y se reutiliza. Con posterioridad a la nitración, TNT se estabiliza por un proceso llamado sulfatación, donde el crudo TNT se trata con solución acuosa de sulfito de sodio con el fin de eliminar los isómeros menos estables de TNT y otros productos de reacción no deseados. El agua de enjuague de sulfatación se conoce como agua de color rojo y es un contaminante importante y producto de desecho de la fabricación de TNT.
5. CONCLUSIONES De esta práctica de laboratorio se puede concluir que:
4. ¿Cómo se lleva a cabo la nitración en los alcanos? Describa las condiciones y el mecanismo. Los alcanos logran nitrarse, al reaccionar con ácido nítrico concentrado, sustituyendo hidrogeno
6. BIBLIOGRAFÍA [1] Jeremiah P. Freeman e Inella G. Shepard. ¨4-Nitro-morpholine¨. Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.839 (1973); Vol. 43, p.83 (1963). [2] Nathan Kornblum y Robert K. Blackwood. ¨ethyl α -nitrobutyrate¨. Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.454 (1963); Vol. 37, p.44 (1957). [3] Manual de química orgánica, M. L. . . . [et al. ] Beyer, Wolfgang Walter. Pag 516.
Universidad del Atlántico
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