Reporte No.5 & 6 “Preparación de amarillo de Martius.” “Teñido de fibras naturales con amarillo Martius.”
Centro de Ciencias Básicas. Departamento de Química. Academia de Química. Lic. Análisis Químicos Biológicos. Materia: Química Materia: Química Orgánica III Profesor: Carlos Profesor: Carlos Garza León. Alumnas Joselyn Georgina Flores Ibarra. Dulce María Palos Dueñas. Alejandra Ramos Hernández. Hernández. Fecha: 17/Octubre/2017
OBJETIVO 1. Preparación de un nitrocolorante. 2. Teñir diferentes tipos de fibras, y con diferentes tipos de teñido, usando el colorante amarillo Martius. ANTEDECENTES Este experimento fue introducido por Luis Fieser de la Universidad de Harvard hace aproximadamente medio siglo para trabajar en la enseñanza de laboratorio en micro escala, obteniendo 7 compuestos diferentes a partir del 2,4dinitro-1-naftol. Uno de ellos es el amarillo Martius, que se usa como colorante antipolilla para la lana (1g de colorante Martius, pinta 200 g de lana), descubierto en 1868 por Karen Alexander Von Martius. Descubierto en 1868 por Karen Alexander von Martius. el amarillo Martius que se usa como colorante antipolilla para lana (1 g de colorante Martius pinta 200g de lana), el 2,4 dinitro-1naftol es obtenido por medio de la sulfonación de 1-naftol con ácido sulfúrico y posterior mente nitrado con el ácido disulfónico obtenido con ácido nítrico en medio acuoso . El amarillo Martius fue usado en cierto tiempo como colorante para alimentos La reacción de sulfonación ocurre a través de una sustitución electrofílica aromática que es una de las mejoras formas de introducir grupos funcionales dentro de un anillo aromático. Esta reacción consiste en la sustitución de un hidrógeno del sistema aromático por un electrófilo, y representa la reacción más importante que sufren estos sistemas. INTRODUCCIÓN El grupo –NO2 cuando está en una molécula tiende a conferir color amarillo. La mayor parte de los nitrocolorantes son derivados del fenol, y un grupo fenol actúa como grupo de “anclaje”. El amarillo de Martius fue usado en cierto tiempo como un colorante para
alimentos. Son colorantes que tienen autorización oficial para ser usados en alimentos a fin e darles un aspecto que los haga más apetitosos, pero se ha descubierto, que el amarillo de Martius es peligroso. También se comprobó accidentalmente que posee propiedades antipolilla, por lo que se emplea como colorante con este fin. (Rudolph Macy, 2005) El 2,4 dinitro-1-naftol es obtenido por la sulfonación de 1-naftol con ácido sulfúrico y posteriormente nitrando el ácido disulfónico obtenido con ácido nítrico en medio acuoso. El intercambio de grupos ocurre con una marcada facilidad. La razón de introducir los grupos nitro de modo indirecto es que el 1-naftol es extremadamente sensible a la oxidación y es parcialmente destruido con la nitración directa. La reacción de sulfonación ocurre a través de una sustitución electrofílica aromática que es una de las mejoras formas de introducir grupos funcionales dentro de un anillo aromático. Esta reacción consiste en la sustitución de un hidrógeno del sistema aromático por un electrófilo, y representa la reacción más importante que sufren estos sistemas. Como se sabe el anillo de benceno es un sistema rico en electrones lo cual le permite reaccionar con reactivos deficientes en electrones. (Wingrove, 1981) La reacción de sulfonación es reversible y se ve favorecida en presencia de ácido fuerte concentrado, pero la desulfonación es favorecida con ácido acuoso diluido. La reacción de nitración de los compuestos aromáticos ocurre a través de una sustitución electrofílica aromática. El mecanismo más comúnmente aceptado para la nitración involucra los tres pasos siguientes:
(1) Generación del ion nitronio, NO 2+ (electrófilo reactivo), (2) ataque del ion nitronio sobre el anillo aromático y (3) pérdida del protón para producir nitrobenceno ó un nitrobenceno sustituído.( Pine, 1988) El amarillo de Martius es una sustancia que pertenece al grupo de los nitrocolorantes, que son derivados nitrados o polinitrados de fenoles, uno de cuyo grupo nitro, por lo menos, está en posición orto o para con respecto al grupo alcohol del fenol (Morrison R. 2003). El primer compuesto de la serie, es 2,4-dinitro-i-naftol (I), se prepara por sulfonación anaftol y tratar el ácido disulfónico con ácido nítrico en solución acuosa diluida:
El intercambio de grupos ocurre con notable facilidad, y no es necesario aislar el ácido disulfónico. La ventaja de introducir los grupos nitro de esta forma indirecta es que el naftol es muy sensible a la oxidación y sería parcialmente destruida en nitración directa, mientras que el ácido disulfónico, en cuenta de sus dos grupos insaturados, es mucho más resistente atacar por agentes oxidantes. El mismo método se usa en preparación de ácido pícrico. El 2,4-dinitro-1-naftol se asemeja aún más ácido pícrico al ser una sustancia fuertemente ácida y al tener las propiedades de un tinte ácido. Fue descubierto e introducido a la industria del colorante en 1868 por Karl Alexander von Martius, quien lo preparó por acción del ácido nítrico en diazotizado a α -naftilamina. La sustancia llega al mercado en la forma del sodio o la sal de amonio, los cuales son conocidos como "Martius Yellow". El dinitronaphthol se purifica convenientemente en forma de sal de amonio, y para los propósitos presentes esto tiene más ventaja de poner la sustancia en una forma adecuada para reducción a diaminonaftol de acuerdo con la ecuación:
La ventaja particular de usar hidrosulfito de sodio como el agente reductor se analiza a continuación en una nota. La sal de amonio se reduce fácilmente a temperatura ambiente en una suspensión acuosa y el diaminonaftol se separa en estado libre, en lugar de como una sal de amonio, porque la diamina, a diferencia del compuesto nitro altamente insaturado, es una sustancia acida muy débil. (Fieser, 1957).
MATERIAL 1 soporte universal completo
REACTIVOS α- naftol
1 mechero bunsen 1 baño maría 1 matraz Erlenmeyer 4 pipetas Pasteur 1 bulbo 2 vasos de precipitado de 25mL 3 pipeta graduada de 5mL 1 vidrio de reloj 1 pinzas para tubo 3 vasos de precipitado de 100mL 1 pipeta graduada 10mL 1 pinzas para crisol 1 parilla
Ácido sulfúrico Ácido nítrico Hielo Tela color blanco Amarillo de Martinius (obtenido practica 5) Hidroxido de amonio concentrado Dicromato de potasio Ácido fórmico Agua destilada
PROCEDIMIENTO PRACTICA 5
1. En un matraz Erlenmeyer colocar 0.25g de α-naftol pulverizado y agregar 20 gotas de ácido sulfúrico concentrado.
2. Agitar hasta disolver lo más posible y calentar a baño maría durante 2 min, agitando vigorosamente al inicio.
3. Endriar el matraz por emdio del choro de agua. Precipiyan los crisatles del 2,4- αnaftol disulfónico.
4. Disuelva producto en 1.25mL de agua helada y agregar 12 gotas de ácido nitrico.
5. Caliente durante 5 min a baño maría. 6. Diluir la mezcla en 5mL de agua fría. Decantar.
7.Lavar los cristales para eliminar el exceso de ácido con 5mL de agua fría, agitar y filtrar.
8. Al estar filtrando lavar con agua para eliminar el exceso de ácido.
9. Dejar secar los cristales.
10. Guardar para la siguiente practica.
PRACTICA 6
En un matraz colocar 0.25 g de alfa naftol finalmente pulverizado y agregar 20 gotas de H2SO4 consetrado y disolver lo más posible.
Calentar en baño María durante 2 minutos. enfriar el matraz por medio del chorro de agua. precipitan unos cristales de 2,4-αnaftol disulfónico.
Disolver el producto en 1.25 mL de agua helada y agregar 12 gotas de ac. nítrico y diluir la mezcla con 5 mL de agua fría, agitar y decantar.
PREMORDENTADO: Disuelva 2 g de dicromato en 20 mL de agua y agregar 5 mL de ácido fórmico. Hierva un trozo de tela en ésta solución durante 3 o 5 minutos. Saque las fibras y colóquelas en una solución de colorante preparada como en el directo.
DIRECTO: en una porción del colorante obtenido agregar 1 mL de hidroxido de amonio concentrado, calentar la mezcla y sumergir un pedazo de tela durante 10'. Secar y enjuagar ligeramente.
TEÑIDO
POSTMORDENTAD O: Realice los pasos delpremordentado, sólo que ahora, la fibra primero se pone en el colorante y después en el mordiente.
RESULTADOS IMAGEN
1
OBSERVACIONES
2
En la imagen se muestra el resultado de la obtención del colorante amarillo martiuis que es el que se encuentra en el matraz (número 1), mientras lo que se obtuvo en el vaso de precipitados (numero 2) es la solución mordente obtenida, la cual ambos e utilizar para la tinción unos trozos de tela. Se puede observar en la imagen lateral uno de los pasos de tinción de los trozos de la tela. La imagen muestra la tinción directa, la cual sólo se sumerge en el colorante obtenido.
En la imagen lateral se muestran los tres trozos de tela ya teñidos, cada uno con su respectivo proceso. Se puede observar que la concentración del colorante que se muestra en mayor cantidad es en el trozo postmordenado, siguiéndolo el trozo del proceso directo y, con menor cantidad de concentración se muestra el trozo sometido al proceso de premordentación. A los trozos de tela teñidos que se muestran en la imagen anterior, se lavaron de la misma manera y con el mismo jabón a los tres trozos, para así obtener mejores resultados de los procesos de tinción. En la imagen lateral izquierda se observa que después del lavado, el trozo de tela sometida a la tinción directa presenta una mayor coloración respecto a la postmordentada, siendo lo contrario antes del lavado, permaneciendo con mayor medida el colorante en la tela en el proceso directo, mientras que el trozo postmordentado se observa mayor coloración amarilla que en el trozo premordentado.
DISCUSIÓN En la práctica realizada “teñido de fibras naturales con amarillo Martius”, se comenzó
definiendo a dicho colorante y su método de preparación; dicho colorante es uno de los colorantes azoicos más importantes de síntesis, el amarillo de Martius es una sustancia que pertenece al grupo de los nitrocolorantes, que son derivados nitrados o polinitrados de fenoles, uno de cuyo grupo nitro, por lo menos, está en posición orto o para con respecto al grupo alcohol del fenol (Morrison R. 2003). El amarillo de Martius o 2- 4 dinitro α – naftol es un colorante antipolilla para lana de importante uso industrial por lo que en la presente práctica se obtuvo a través de la sulfonación aromática de α-naftol con ácido sulfúrico concentrado: en un matraz Erlenmeyer se colocó α -naftol finamente pulverizado y se prosiguió a agregar el ácido sulfúrico agitando lo más posible hasta que se logró obtener un líquido naranja muy viscoso pero con una apariencia homogénea, dicha apariencia nos indicó que la mezcla estaba lista para llevarse a baño maría donde se agitaría constantemente obteniendo con ello una mezcla con un color más claro al inicial. Posterior a ello el matraz se enfrió por medio de chorro de agua esperando la precipitación de cristales de 2,4- α-naftol disulfónico, sin embargo estos no fueron apreciables debido a que la mezcla estaba muy concentrada, razón por la cual se optó por diluir la mezcla con agua helada, después de ello se llevó la posterior nitración del ácido disulfónico obtenido con una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico en medio acuoso; donde el intercambio de grupos funcionales ocurrió con facilidad. La razón de introducir los grupos nitro de modo indirecto es que el 1-naftol es extremadamente sensible a la oxidación, por lo que la nitración directa lo destruiría parcialmente, la mezcla se calentó nuevamente y se observó cómo su apariencia se tornaba más viscosa. La mezcla obtenida finalmente seguía se identificaban las dos fases, por cual fue muy fácil el procedimiento para decantarse. La reacción de sulfonación y nitración de un anillo aromático ocurre a través de una sustitución electrofílica aromática. Debido a que el ácido nítrico es un fuerte oxidante se hizo primero la sulfonación para evitar la destrucción del compuesto, además el cambio de grupo sulfónico a nitro ocurre con gran facilidad. El precipitado que se obtuvo es de color amarillo y se prepara en caliente mezclándolo con hidróxido de amonio y teñir la fibra. Los oxhidrilos facilitan las substituciones, cuando los compuestos fenólicos se tratan con ácido sulfúrico, se sulfonan fácilmente. El grupo sulfónico es desplazado fácilmente por grupos nitro. La molécula formada tiene un auxocromo (OH) y dos cromóforos, dando un buen colorante para lana. Aunque al principio parecía nuestro colorante no sería de la tonalidad esperada, después de agregar el hidróxido de amonio, el agua destilada y calentar a baño maría, este cambio su coloración rojiza a un amarillo mostaza. Cuando se realizó la tinción por diferentes métodos, la que tuvo mejores resultados era la tela que se realizó por la técnica postmordendara, ya que su coloración fue más intensa y notoria; a diferencia de que la técnica premordentada que se esperaba tuviera mejores resultados fue la que tuvo una coloración más tenue. Después de que se secaron los fragmentos de tela, se les realizo un lavado para observar cual técnica tenía más perdida de color, y cual mantenía una mejor coloración y tonalidad después de ser expuestas al detergente y al enjuague, la que se realizó por técnica premordentada no tuvo tanta perdida de color más seguía presentando una tonalidad menor a las otras dos técnicas; la técnica directa y postmordentada tuvieron una gran cantidad de perdida de color, pero el que mantuvo una tonalidad mayor fue el método directo.
CONCLUSIÓN Al término de la presente práctica se cumplió con el objetivo establecido el cual fue la preparación de un nitrocolorante el cual fue el amarillo Martius. La reacción de sulfonación y nitración de un anillo aromático ocurre a través de una sustitución electrofílica aromática. Debido a que el HNO 3 es un fuerte oxidante es recomendable hacer primero una sulfonación para evitar la destrucción del compuesto, además de que el cambio de grupo sulfónico a nitro ocurre con gran facilidad. Cuando el anillo aromático ya está sustituido con un grupo como CH 3 u OH se obtiene un efecto activante, ya que estos grupos son capaces de donar densidad electrónica, por tanto se incrementa la reactividad del anillo frente al electrófilo, de ahí que la sustitución sea en el anillo aromático, específicamente en las posiciones orto y para. Las estructuras orgánicas que tienden a originar color son denominadas cromóforos, el amarillo Martius es un colorante directo, es decir, que se aplica directamente a la fibra en disolución acuosa caliente. Si el tejido a teñir posee grupos polares, tales como los presentes en las fibras polipeptídicas, la fijación de este colorante se facilitará debido a que contiene el grupo amino. CUESTIONARIO 1. Explique por qué las sustituciones se realizan en las posiciones 2 y 3 del α -naftol. El grupo hidroxilo es un grupo activador del anillo y también es orientador para las posiciones orto y para, es por eso que la sustitución se lleva a cabo en estos sitios. 2. Qué es un grupo cromoforo y un grupo auxocromo. El que una molécula de color sea un tinte requiere, pues, desde el punto de vista químico, dos condiciones: a) que tenga grupos cromóforos, que dan lugar a que tenga color, y b) que posea además algún grupo auxocromo, para que pueda reaccionar químicamente con la fibra a teñir. Así en la figura 3.1 aparecen tres derivados del naftaleno: el compuesto A es incoloro (no hay grupos cromóforos), el B ya es amarillo débil (dos grupos cromóforos NO2) y el C es amarillo fuerte y el único tinte de todos ellos, llamado amarillo Martius (dos grupos cromóforos, NO2, y un grupo auxocromo, OH). (Cornago Ramírez and Esteban Santos, 2017).
3. De la reacción de obtención del colorante. REACCION GENERAL:
(Wade, 1993). 4. ¿Qué significa teñir? El teñido de telas es un proceso que requiere el uso no solamente de colorantes y químicos, sino también de varios productos especiales conocidos como auxiliares de teñido. Estos
materiales incrementan las propiedades de los productos terminados y mejoran la calidad del teñido, la suavidad, la firmeza, la textura, estabilidad dimensional, resistencia a la luz, al lavado, etc. El proceso de teñido de telas comienza por preparar la tela para el teñido, y el primer paso es el descrude para sacar los aceites que se usaron para tejer. ¿Para qué se hace esto? Ya que el hilado es difícil de tejerlo en crudo, cuando lo van hilando se le colocan parafinas y aceites para luego poder tejerlo bien y que no haya fallas. Todos esos element os externos que se le agregan perjudican a la tintura, ya que la mayoría producen alteraciones, y pueden aparecer manchas, por lo que hay que retirarlos al inicio del proceso. Luego se la enjuaga y se prepara el baño de tintura, que consiste en aguas más auxiliares, como detergentes y otros elementos que hacen propicia la tintura. La temperatura también es importante, y se regula dependiendo el tipo de tela que se va a teñir, como también el tiempo y la velocidad de bajada de la temperatura. El siguiente paso es agregar los colorantes específicos dependiendo de las fibras y procesos a realizar, por ejemplo se puede teñir el algodón y no el poliéster, o bien ambas fibras a distintos colores. También se puede hacer reserva del color, es decir teñir a una de las fibras sin manchar la otra. Y luego se vuelve a enjuagar la tela. Ahora pasamos a una de las etapas más importantes en el teñido de telas: el fijado del color, para darle solidez a la tela frente al lavado y que no se destiña, y que encima manche otras prendas que se lavan juntas (característica de una tela de mala calidad), aunque esto también depende de la fibra. Este proceso consiste en un nuevo baño con un agente fijador del color, o por agotamiento, donde las fuerzas de afinidad entre colorante y fibra hace que el colorante pase del baño a la fibra hasta saturarla y quedar fijada en él. La calidad final es un resultante de todos los aspectos del proceso, más la calidad de los colorantes y un buen fijador. Una vez finalizado este proceso, se pasa a darle una terminación o acabado especial a la tela (tema que estuvimos tratando en ediciones anteriores). Los mismos pueden ser teflonado, protección UV, procesos sobre los cuales escribimos en primer lugar, o bien siliconado o suavizante, acerca de los cuáles brindamos un detalle en la última edición). El tipo de acabado a brindar a la tela depende de para qué tipo de prenda se va a utilizar y en qué segmento de precio se va a vender, tema que vamos a estar desarrollando en el próximo newsletter. 5. ¿Qué características debe tener un compuesto para funcione como colorante?
Un colorante es una sustancia que penetra y permanece coloreando uniformemente una tela. Cada colorante deberá ser seleccionado para llenar los requisitos de calidad exigidos en función de su uso final para el que ha sido diseñada dicha tela. La utilidad de un colorante para un uso particular es gobernado por: tamaño molecular, grupos solubilizantes, grupos aceptores de protones, longitud de la cadena, grupos alquilo, etc. Un colorante es una combinación de estructuras no saturadas conteniendo ciertos grupos conocidos como cromóforos y auxocromos.
6. Menciona al menos otros tres tipos de teñido y desarrolla uno. METODOS DE TINTURA: Por agotamiento: En este proceso son las fuerzas de afinidad entre colorante y fibra lo que hace que el colorante pase del baño a la fibra hasta saturarla y quedar fijada en él. La máquinas para este proceso realizan una acción mecánica que actúa sobre el material textil, el baño o sobre ambas a la vez. Máquinas tipo 1: La solución en movimiento y el textil estático. AUTOCLAVES: Tienen la ventaja de tinturar en paquete por lo tanto la igualación es fundamental.
A es el recipiente hermético que contiene la solución tintórea. B es la jaula porta materia, en la que se aloja el textil a teñir, convenientemente holgado para que el baño pueda circular entre ello. Los portamateriales serán diferentes, según sea el tipo de textil y su empaquetado: a) de corona circular; empleado para floca, dentro circula el baño nada más en sentido I-E. b) En forma de espada; empleado para mechas de peinado, que se enrollan sobre varias bobinas de un tubo perforado. c) De bobina perforada; sobre ella se enrollan directamente los hilos. C es la bomba impulsora del baño tintóreo, capaz de mantenerlo continuamente en movimiento y capaz de invertir, a intervalos, el sentido de circulación del baño a través de la materia a tintar. Maquinas del tipo II: El textil en movimiento y la solución estática. TINTURA EN TORNIQUETE: En la tintura con torniquete, el movimiento del textil a través del baño es el que crea la circulación del mismo, a base de removerlo suave pero constantemente. Si el colorante no posee buena migración, este sistema no será apropiado; y si el colorante es fácilmente oxidable, tampoco, porque el material tintado sale periódicamente al aire arrastrado por el grueso hilo, fuera del baño. Ni esta máquina ni este sistema sirven para colorantes tina. A: una cuba trapezoidal o artesa, para el baño tintóreo. B: Un rodillo motriz del textil, situado sobre la cuba y fuera de ella, que arrastra el textil a través del baño. Para la lana, el rodillo devanador del torniquete es de forma circular, produciendo un movimiento suave, sin tirones, que evita el enfieltrado y estirado del hilo. Para el algodón suele ser elíptico, acentuando la formación de pliegues en la cuba; menos elíptico cuanto más ligero de peso es el textil.
Máquinas del TIPO III materia textil y baño tintóreo en movimiento. TINTURA EN JET En esta máquina el textil se mueve dentro de una corriente de baño tintóreo. Fue éste el método para solventar los problemas de la tintura de poliéster a alta temperatura. La tracción del textil se efectúa por una devanadora que lo conduce a través de un tubo por el que circula el baño en el mismo sentido. Por impregnación: De la fibra en colorante. Pero el material textil que se impregna través del baño. Para la lana, el rodillo devanador del torniquete es de forma circular, produciendo un movimiento suave, sin tirones, que evita el enfieltrado y estirado del hilo. Para el algodón suele ser elíptico, acentuando la formación de pliegues en la cuba; menos elíptico cuanto más ligero de peso es el textil
BIBLIOGRAFÍAS A.S. Wingrove. Química Orgánica. Harla Harper& Row Latinoamericana. 1ª edición.México, 1981. Cornago Ramírez, P. and Esteban Santos, S. (2017). Química forense. 7th ed. Madrid: Universidad Nacional de Educación a Distancia, pp.338-423. Fieser, L. (1957). Experiments in organic chemistry . 2nd ed. Estados Unidos de América: Heath, pp.283-295. Manuel Ramírez(2012) experimentos. 14/10/17, de Unam :http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Experimentos_basicos_20779.df
sitio
web
Morrison, R., Boyd, R. (2003). Química Orgánica. Editorial Addison-Wesley, 5ta Ed; México. Pp.315-319. Morrison, R., Boyd, R. (2003). Química Orgánica. Editorial Addison-Wesley, 5ta Ed; México. Pp.315-319. Otras sustituciones aromáticas, consúltese la sección 16.2 del capítulo 16 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e) Rudolph Macy, P. D. (2005). Química Orgánica Simplificada. Reverté S.A. S.H. Pine. Química Orgánica. McGraw-Hill, 2da. Edición. México, 1988. Sulfonación del benceno y desulfonación, consúltese la sección 17-4 del capítulo 17 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. (2 e)
