• Author / Uploaded
• Diana Gonzalez

Citation preview

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Departamento de Ingeniería Química Industrial Academia de Química Orgánica y Polímeros Química de los Hidrocarburos

Practica 11 Dinitración del Benceno

Profesora. Apolonia Murillo Villagrana Grupo:2IM39 Alumno: González Carbajal Diana 7 de noviembre de 2018

Objetivos 

Demostrar la dinitración del nitrobenceno en forma experimental y ver su proceso de obtención.  Aplicar los conocimientos teóricos sobre los grupos nitro en alifáticos y aromáticos así mismo conocer su mecanismo.  Conocer una reacción de sustitución electrofílica aromática y aprender a aplicar los conceptos de la sustitución al desarrollo experimental de la dinitración del nitrobenceno.  Efectuar reacciones que demuestren la dinitración del nitrobenceno a través de una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico.  Controlar en forma adecuada la mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico para no provocar una reacción violenta de los dos reactivos y provocar un accidente.  Identificar previamente pruebas específicas, el producto obtenido.  Identificar mediante el proceso de dinitración del nitrobenceno la obtención de un anillo aromático.  Conocer el mecanismo de reacción de la dinitración del nitrobenceno para su posterior uso.  Generalizar los conceptos de la dinitración del nitrobenceno, así como su preparación. Alcances        

Lograr la dinitración Conocer el proceso de la preparación de la dinitración a partir de ácido nítrico y sulfúrico como catalizador con el nitrobenceno. Montar el equipo para la síntesis del nitrobenceno. Evidenciar y obtener por el método de dinitración el nitrobenceno Obtener la síntesis del nitrobenceno. Obtener las pruebas de reacción a partir del nitrobenceno obtenido Entender y analizar la reacción global de la obtención del nitrobenceno. Comprender el mecanismo de reacción de la dinitración del nitrobenceno.

Metas     

Entender el proceso de dinitración del nitrobenceno por medio del ácido nítrico y sulfúrico. Obtener los diferentes conocimientos de las síntesis de bencenos aromáticos para posteriores aplicaciones en diferentes asignaturas de la carrera. Obtener el nitrobenceno para síntesis orgánicas posteriores. Entender las reacciones que se obtendrán y porque al separarse se obtiene el m-dinitrobenceno solido al colocarse en un choque térmico Comprender las diferentes características del nitrobenceno tanto sus propiedades físicas como químicas.

Investigación Bibliográfica sobre el tema de la practica Nitrobenceno El nitrobenceno es un compuesto químico con la fórmula C6H5NO2. Es un líquido aceitoso tóxico, ligeramente amarillento con un cierto olor a almendras. Se congela para dar cristales verdoso-amarillos. Es producido a gran escala como un precursor de la anilina. Aunque es ocasionalmente utilizado como un saborizante o aditivo de perfumes, el nitrobenceno es altamente tóxico en grandes cantidades. En el laboratorio, es en ocasiones usado como disolvente, especialmente para reactivos electrofílicos. Síntesis El nitrobenceno se obtiene por la nitración del benceno con una mezcla de agua, ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrados, denominada "mezcla sulfonítrica" o simplemente "mezcla ácida". La producción del nitrobenceno es uno de los procesos más peligrosos realizados en la industria química debido a gran exotermicidad de la reacción (ΔH = −117 kJ/mol).

La capacidad mundial para la producción de nitrobenceno en 1985 era alrededor de 1.7×106 toneladas. Mecanismo de nitración El camino de reacción implica la formación de un aducto entre el ion nitronio como ácido de Lewis (NO2+) y benceno. El ion nitronio es generado in situ por la reacción del ácido nítrico y un agente deshidratante ácido, típicamente ácido sulfúrico: HNO3 + H+ está en equilibrio con NO2+ + H2O Reacciones Con reductores fuertes como el hidrógeno en estatus naciendo (a la hora de formarse) el nitrobenceno es reducido a la anilina. La reducción del nitrobenceno con hierro y ácido clorhídrico era el método más utilizado para obtener esta amina aromática. Aparte de su conversión a anilina, el nitrobenceno se convierte fácilmente en derivados como el azobenceno,7 nitrosobenceno, y fenilhidroxilamina.

En reacciones de sustitución electrofílica sobre el sistema aromático el grupo nitro baja la reactividad (es un desactivador) y dirige el grupo entrante en posición meta. Nitración. Es el proceso por el cual se efectúa la unión del grupo nitro (NO2) a un átomo de carbono, lo que generalmente tiene efecto por sustitución de un átomo de hidrógeno. Es una de las reacciones químicas comercialmente más importantes. Se trata de la reacción entre un compuesto orgánico y un agente nitrante (por ejemplo, el ácido nítrico) que introduce un grupo nitro en el hidrocarburo produciendo un éster. Tipos de nitración Las nitraciones simples son la conversión de glicerina en nitroglicerina con ácido nítrico y sulfúrico, la de la cianhidrina de acetona con ácido nítrico en anhídrido acético para obtener nitrato de acetocianhidrina y la conversión de α-bromobutirato de etilo en α-nitrobutirato de etilo con nitrito sódico. De acuerdo con la estructura química del producto nitrado, ejemplo: R - H + HO - NO2 → R - NO2 + H2O

La nitración puede clasificarse como: En cada uno de los ejemplos indicados, un grupo nitro reemplaza a un átomo de hidrógeno. Sin embargo, el grupo nitro puede reemplazar a otros átomos o grupos de átomos, la reacción de Víctor Meyer es un ejemplo típico, donde un átomo halógeno (especialmente bromo o iodo) es reemplazado por un grupo nitro usando nitrito de plata (o nitrito de sodio). Los compuestos nitrados pueden ser producidos por determinadas reacciones de adición como ser ácido nítrico, o bióxido de nitrógeno con compuestos orgánicos no saturados. Por ejemplo, Olefinas o Acetilenos. Características de la Nitración El proceso de nitración es altamente exotérmico, entregando al medio más de 30 Kcal/mol. El calor de reacción, no obstante, varía con el hidrocarburo a nitrar. El mecanismo de nitración depende de los reactivos y las condiciones de operación. Las reacciones pueden ser del tipo iónico ó del tipo radicales libres.

El tipo iónico se usan comúnmente en la nitración de hidrocarburos aromáticos, alcoholes simples glicoles, gliceroles, celulosas y aminas. El tipo radical libre se da en nitración de parafinas, cicloparafinas y olefinas, los compuestos aromáticos y algunos hidrocarburos pueden algunas veces ser nitrados reaccionando con radicales libres, pero generalmente con menos éxito. Para estas reacciones de nitración frecuentemente son usados catalizadores sólidos. Algunos agentes que generan el grupo nitro Ácido nítrico El método industrial más importarte para producirlo es el proceso Ostwald, con amoniaco y oxígeno molecular, y se calienta en presencia del catalizador platino - radio a 800ºC. El ácido nítrico es un agente de nitración débil puesto que su constitución se altera durante el proceso por la presencia del agua producida. Para superar esto es necesario recurrir a procedimientos de separación del agua resultante en la nitración, a fin de mantener una concentración relativamente constante y satisfactoria de HNO3 o emplear un exceso de ácido nitrico. Ácido sulfúrico El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Generalmente se obtiene a partir de dióxido de azufre, por oxidación con óxidos de nitrógeno en disolución acuosa. Normalmente después se llevan a cabo procesos para conseguir una mayor concentración del ácido. Antiguamente se lo denominaba aceite o espíritu de vitriolo, porque se producía a partir de este mineral.

La molécula presenta una estructura piramidal, con el átomo de azufre en el centro y los cuatro átomos de oxígeno en los vértices. Los dos átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de oxígeno no unidos por enlace doble al azufre. Dependiendo de la disolución, estos hidrógenos se pueden disociar. En agua se comporta como un ácido fuerte en su primera disociación, dando el anión hidrogenosulfato, y como un ácido débil en la segunda, dando el anión sulfato. Tiene un gran efecto deshidratante sobre las moléculas hidrocarbonadas como la sacarosa. Esto quiere decir que es capaz de captar sus moléculas en forma de agua, dejando libre los átomos de carbono con la consiguiente formación de carbono puro. El ácido sulfúrico se encuentra disponible comercialmente en un gran número de concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la producción de ácido sulfúrico, el método de cámaras de plomo y el proceso de contacto. El proceso de cámaras de plomo es el más antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para producir gran parte del ácido consumido en la fabricación de fertilizantes. Este método produce un ácido relativamente diluido (62 %-78 % H2SO4). El proceso de contacto produce un ácido más puro y concentrado, pero requiere de materias primas más puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dióxido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto en agua. El óxido de azufre (IV) es obtenido mediante la incineración de azufre, tostando piritas (Disulfuro de hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustión de sulfuro de hidrógeno (H2S) gaseoso. Históricamente existió otro método anterior a estos, pero hoy en desuso, el proceso del vitriolo.

Reacción Global

Mecanismo

Desarrollo de la practica

Realizar una mezcla en un matraz balon 12 ml de HNO3

Poner el matraz en un baño de hielo para evitar reacciones violentas

Agregar 12ml de H2SO4 conc. gota a gota por las paredes del matraz e ir agitando constantemente e ir observando la temperatura (T=20 a 25°C)

Al terminar de agregar todo el acido sulfurico agitar constantemente durante un minuto la mezcla sulfonitrica.

Agregar 10 ml de nitrobenceno gota a gota controlando la temperatura (T=30 a 40°C) agitando constantemente por 5 o 10 minutos.

Adaptar el refrigerante al matraz y montar el equipo para calentar el matraz a baño maria.

Se sintetiza el dinitrobenceno a la temperatura del baño maria de