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• Luis Felipe Rodriguez Hernandez

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ACTIVIDADES PREVIAS PRÁCTICA No 4 “OBTENCION DE ANILINA” a) Estructura de aminas y métodos generales de obtención Estructura de las aminas El nitrógeno de las aminas presenta una hibridación sp 3 y los sustituyentes se disponen hacia los tres vértices de un tetraedro, el cuarto vértice lo ocupa el par solitario.

Quiralidad e inversión de las aminas Cuando una amina tiene tres sustituyentes diferentes, el nitrógeno se convierte en quiral y la imagen especular no es superponible con la molécula. Sin embargo, las aminas son ópticamente inactivas debido a la inversión del nitrógeno, que interconvierte rápidamente los dos enantiómeros entre si, dando lugar a una mezcla racémica.

Puntos de fusión ebullición y solubilidad Las aminas forman puentes de hidrógeno más débiles que lo alcoholes, debido a la menor polarización del enlace N-H frente al O-H. Por tanto, los puntos de ebullición de las aminas son más bajos y también presentan una menor solubilidad en agua.

La menor electronegatividad del nitrógeno, comparada con la del oxígeno, hace que los puentes de hidrógeno que forman las aminas sean más débiles que los formados por los alcoholes.

También se observa que las aminas primarias tienen mayores puntos de ebullición que las secundarias y estas a su vez mayores que las terciarias.

La amina terciaria no puede formar puentes de hidrógeno (carece de hidrógeno sobre el nitrógeno), lo que explica su bajo punto de ebullición. En el caso de la amina secundaria, los impedimentos estéricos debidos a las cadenas que rodean el nitrógeno dificultan las interacciones entre moléculas. Métodos generales de obtención 1) Aminas por alquilación directa Las aminas se pueden preparar mediante reacciones de sustitución nucleófilica entre haloalcanos y amoniaco.

El primer equivalente de amoniaco actúa como nucleófilo, sustituyendo al bromo. El segundo equivalente actúa como base desprotonando la amina. La amina formada, al igual que el amoniaco, es nucleófila y tiende a reaccionar con el haloalcano que queda libre en el medio, formándose aminas secundarias y terciarias. Este problema hace que el método sea poco útil, debido a la mezcla final obtenida.

La amina formada vuelve a reaccionar con el haloalcano, alquilándose una segunda vez. Este problema recibe el nombre de polialquilaciones.

2) Reducción de nitrilos Los nitrilos se pueden preparar por reacción de haloalcanos con cianuro de sodio. La reducción de nitrilos con LiAlH4 produce aminas. Paso 1. Obtención del nitrilo a partir de haloalcanos primarios o secundarios.

Paso 2. Reducción del nitrilo a amina

Obsérvese que la amina final tiene un carbono más que el haloalcano de partida.

3) Reducción de azidas La reacción de haloalcanos primarios y secundarios con azida de sodio produce alquilazidas, que por reducción con LiAlH4 dan lugar a amidas. Paso 1. Formación de la alquilazida

Paso 2. Reducción de la azida a amida con LiAlH4

Obsérvese que la amina formada tiene igual número de carbonos que el haloalcano de partida.

4) Reducción de amidas

Las amidas se reducen con LiAlH4 para formar aminas. El número de carbonos de la amina final es igual al de la amida de partida.

Las lactamas (amidas cíclicas) reducen sin producirse la apertura del anillo.

b) Estudio de la reducción como proceso y sus condiciones de operación La anilina, fenilamina o amino benceno es un compuesto orgánico, líquido entre incoloro y ligeramente amarillo de olor característico. No se evapora fácilmente a temperatura ambiente. La anilina es levemente soluble en agua y se disuelve fácilmente en la mayoría de los solventes orgánicos. Molécula de anilina La anilina es usada para fabricar una amplia variedad de productos como por ejemplo la espuma de poliuretano, productos químicos agrícolas, pinturas sintéticas, antioxidantes, estabilizadores para la industria del caucho, herbicidas, barnices y explosivos La anilina se produce industrialmente en dos pasos, a partir del benceno. En un primer paso, se realiza la nitración usando una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrados a una temperatura de 50 a 60ºC, lo que genera nitrobenceno. En el segundo paso, el nitrobenceno es hidrogenado a 200-300ºC en presencia de varios catalizadores metálicos. Alternativamente, la anilina puede prepararse a partir de fenol y amoníaco. AMONIACO La materia prima para la producción del Ácido Nítrico corresponde al amoniaco proveniente del proceso Haber-Bosh.El proceso global implica el desarrollo de tres

reacciones: oxidación catalítica de amoniaco en aire, oxidación del Monóxido de Nitrógeno del proceso anterior hasta Dióxido de Nitrógeno o tetraóxido de di Nitrógeno y finalmente la absorción del Dióxido de Nitrógeno para generar el ácido. Las reacciones correspondientes se describen a continuación:

FENOL El proceso de oxidación del cumeno (proceso Hock) es el proceso comercial más importante para la síntesis del fenol. El cumeno se prepara mediante la alquilación del benceno con propeno usando un catalizador que contiene ácido fosfórico absorbido, a la temperatura de 230 ºC y una presión de 3500kPa. Otro proceso es la oxidación de tolueno vía ácido benzoico.

Mecanismo:

d) Separación de sustancias orgánicas mediante destilación por arrastre de vapor La destilación por arrastre de vapor posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para

c) Separación de sustancias orgánicas mediante destilación por arrastre de vapor La destilación por arrastre de vapor posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para sustancias de punto de ebullición muy superior a 100 ºC y que descomponen antes o al alcanzar la temperatura de su punto de ebullición. La destilación por arrastre de vapor es una técnica de destilación que permite la separación de sustancias insolubles en H2O y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles. A la mezcla que contiene el producto que se pretende separar, se le adiciona un exceso de agua, y el conjunto se somete a destilación. En el matraz de destilación se recuperan los compuestos no volátiles y/o solubles en agua caliente, y en el matraz colector se obtienen los compuestos volátiles y insolubles en agua. Finalmente, el aislamiento de los compuestos orgánicos recogidos en el matraz colector se realiza mediante una extracción. Fundamento teórico de la destilación por arrastre de vapor: En una mezcla formada por dos líquidos inmiscibles, A y B, la presión de vapor total a una temperatura determinada es igual a la suma de las presiones de vapor que tendrían, a esta temperatura, ambos componentes sin mezclar, es decir, que cada componente ejerce su propia presión de vapor independientemente del otro (PT = PA + PB). La mezcla hervirá a aquella temperatura en la cual la presión de vapor total sea igual a la presión externa. Además esta temperatura se mantiene constante durante toda la destilación y es inferior a la de A y a la de B.

d) Propiedades y usos de la anilina Propiedades   -

ESTADO FÍSICO; ASPECTO Líquido incoloro, aceitoso, de olor característico. Por exposición al aire o a la luz, vira a marrón PROPIEDADES FISICAS Punto de ebullición: 184°C Punto de fusión: -6°C Densidad : 1021.7 kg/m3; 1,0217 g/cm3 Masa molar 93'13 uma g/mol

 -

                 

Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 3,4 Presión de vapor, Pa a 20°C: 40 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 32 Punto de inflamación: 70°Cc.c. Temperatura de autoignición: 615°C PROPIEDADES QUÍMICAS Alcalinidad 9.13 pKb Solubilidad en agua 3'6 g/100 mL a 20 °C en agua

Usos En la industria, la anilina tiene múltiples aplicaciones, entre la que encontramos las siguientes La producción de una clase importante de plásticos llamados poliuretanos. La elaboración de tintes Elaboración de medicinas, ejemplo la sulfanilamida Elaboración de explosivos y otros muchos productos sintéticos Manufactura de perfumes Producción de pulidores de calzado Reveladores de fotografía Aceleradores de caucho Producción de colorantes Blanqueadores ópticos Diversos productos farmacéuticos Producción de barnices Combustible para cohetes Fabricación de tintas Antioxidantes Desinfectantes Producción de fibras de marcar Producción de otros compuestos químicos de tipo orgánico

Propiedades físicas Estado físico y color Peso molecular Punto de ebullición (°C) Punto de fusión (°C) Densidad (g/mL)

Solubilidad

Toxicidad

Fierro granulado

REACTIVOS FeCl2 Nitrobenceno

Ácido clorhídrico

PRODUCTOS Anilina

Metal

Blanco

Líquido, amarillento

Líquido, incoloro

Liquido aceitoso incoloro, se oscurece a la luz

55.847

126.75

123.11

36.46

93.13

3000

1023

210.8

-84.9

184-186

1535

674

…..

-114

…..

7.86

3.162

1.205

1.48

1.022

Insoluble en agua

Insoluble en agua

Insoluble en agua, Soluble en etanol y éter. Mas soluble en Acetona y Benceno

Muy soluble en agua fría y caliente. Soluble en benceno y éter.

Soluble en agua y muy soluble en etanol y acetona

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Por ingestión.

Por inhalación e ingestión.

Por inhalación e ingestión.

Muy toxico por inhalación y absorción cutanea.

CUADRO DE PROPIEDADES

ROMBOS DE SEGURIDAD

2 2

0 0

0

Nitrobenceno

3

1

3

0

0 1

0 0

Anilina

0

Cloruro de hierro (II)

2

Ácido clorhídrico

1

0

Hierro

0 3

0

3