REACCIONES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS, OBTENCION DE ANHIDRIDO FTALICO Y DETERGENTES D.Marin 1 , K. Martin! 1 , O. O"#a 1 . 1 Estudiante de Ingeniería Química, Cuarto semestre, Química Orgánica II: Grupo 2A danitzamarin.g@otmai!.com, "eidism@otmai!.com,os#a!$%11&@otmai!.com Informe entregado 6/11/14. R$%&n En la experiencia realizada se estudió algunas reacciones c compuestos de ácidos carboxílicos y sus deriados! con el propósito la solubilidad y la acidez por medio de pruebas específicas. "demás los resultados! estableciendo si resultaban positias o negatias e cuál es la importancia #ue tiene determinar la solubilidad y la aci síntesis de compuestos orgánicos. $ara la obtención de an%ídrido cí de la reacción de des%idratación de un ácido dicarboxilico mediante más utilizados para la síntesis de an%ídridos de cinco y seis miemb un rendimiento del 11'(. En la preparación de detergente ) no )abonoso! con el propósito de cómo estos detergentes act*a examinar sus propiedades fisico#uímicas a partir de la %idrólisis de g "nalizando el producto mediante la reacción con agua! sal clor%ídrico. 'a(a)ra$ *(a+$+cido carboxílico! ácido alifático! ruptura %eteroleci carboxílicos! sales de ácido! an%ídrido cíclico! des%idratación! ác rendimiento! %idrólisis! detergente! grasa. INTROD-CCION Ra**i n # /*i#0$ *ar)0 2(i*0$ 3 #ri+a#0$ ,os ácidos carboxílicos constituyen la clase de ácidos más ácidos carboxílicos se clasifican de acuerdo con el sustituyente un carboxilo. -n ácido alifático tiene un grupo al#uilo unido mientras #ue un ácido aromático tiene un grupo arilo. -n ácido carb protones por ruptura %eterolítica de enlace 0 dando un p carboxilato. ,os deriados de ácidos orgánicos se originan al reemp 0de la función carboxilo por otros grupos. ,os ácidos carboxílicos son
REACCIONES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS, OBTENCION DE
ANHIDRIDO FTALICO Y DETERGENTES
D.Marin1, K. Martin!1, O. O"#a1.
1Estudiante de Ingeniería Química, Cuarto semestre, Química
Orgánica II: Grupo 2A
danitzamarin.g@otmai!.com,
"eidism@otmai!.com,os#a!$%11&@otmai!.com
Informe entregado 6/11/14.
R$%&n
En la experiencia realizada se estudió algunas reacciones
características de compuestos de ácidos carboxílicos y sus
deriados! con el propósito de determinar la solubilidad y la
acidez por medio de pruebas específicas. "demás de determinar
los resultados! estableciendo si resultaban positias o negatias en
cada caso y cuál es la importancia #ue tiene determinar la
solubilidad y la acidez para la síntesis de compuestos orgánicos.
$ara la obtención de an%ídrido cíclico a partir de la
reacción de des%idratación de un ácido dicarboxilico mediante los
m&todos más utilizados para la síntesis de an%ídridos de cinco
y seis miembros y se obtuo un rendimiento del 11'(. En la
preparación de detergente )abonoso y no )abonoso! con el
propósito de cómo estos detergentes act*an en la limpieza y
examinar sus propiedades fisico#uímicas a partir de la %idrólisis
de grasas. "nalizando el producto mediante la reacción con
agua! sal de calcio! ácido clor%ídrico.
'a(a)ra$ *(a+$ +cido carboxílico! ácido alifático! ruptura
%eterolecita! deriado carboxílicos! sales de ácido! an%ídrido
cíclico! des%idratación! ácido carboxílico! rendimiento!
%idrólisis! detergente! grasa.
INTROD-CCION
Ra**in # /*i#0$ *ar)02(i*0$ 3 #ri+a#0$
compuestos polares! sus mol&culas pueden formar enlaces de
%idrógeno entre sí y con el agua! por lo #ue en general son
sustancias con temperaturas de ebullición altas! considerando #ue
los ácidos carboxílicos de ba)o peso molecular presentan
solubilidad apreciable en el agua.213
,os ácidos carboxílicos se reconocen por acidez ya #ue son ácidos
más fuertes #ue el agua y #ue el ácido carbónico. ,as soluciones
acuosas de los ácidos carboxílicos inferiores presentan propiedades
ácidas p0 5 .78 y se reconocen fácilmente con el papel tornasol o
por su reacción con bicarbonato de sodio desprendiendo burbu)as de
9'. 213
,os deriados carboxílicos son compuestos #ue presentan el grupo
acilo o el grupo arilo en los ácidos alifáticos o aromáticos. Entre
los deriados de los ácidos carboxílicos se encuentran: las sales de
ácido! los &steres! los %aluros de ácidos! an%ídridos de
ácidos! amidas e imidas. ;e los deriados de ácido! los %aluros son
los más reactios! o sea son los #ue presentan mayor tendencia a
perder el %alógeno por una especie nucleofílica! el solo contacto
con el apor de agua de la atmósfera son transformados en ácido. ,as
amidas son los menos reactios %acia un ata#ue nucleofílico. $ara
%idrolizar las amidas estas deben ser calentadas %asta ebullición
con ácidos o bases inorgánicos. ,a %idrólisis básica de una amida
primaria produce amoniaco y el ión carboxilato y la %idrólisis
ácida produce el ácido carboxílico y el ión amonio. 213
Intr*a&)i0 # an42#ri#0 El an%ídrido ftálico es un producto
intermedio importante para la obtención de ftalatos plásticos!
resinas al#uidicas y poli&steres! colorantes de ftalocianinas y
numerosos productos #uímicos apreciados. 2'3 ,a obtención
an%ídrido ftálico se puede presentar por medio de la oxidación de
naftaleno. ,a oxidación del naftaleno consiste en la ruptura del
anillo aromático formando acido ftálico #ue tiene los dos grupos 90
en posición orto #ue al des%idratarse producen an%ídrido ftálico.
tro m&todo es la obtención de an%ídrido a partir de ácido
ftálico en presencia de un des%idratante como el an%ídrido
ac&tico! esto sucedo por medio de una reacción de sustitución
nucleofilica en el grupo acilo del ácido ftálico intercambio de
an%ídrido8. 2<3
>,a %idrólisis básica de una grasa o aceite en caliente se llama
saponificación #ue consiste en el rompimiento entre los enlaces
entre los ácidos grasos y el glicerol mediante la adición en
caliente de álcali fuerte= con lo #ue se forman sales sódicas con
propiedades detergentes las cuales se conocen como )abón. 2?3
,a saponificación cambia la solubilidad del producto debido a #ue
los extremos de una mol&cula de )abón son muy diferentes es
decir #ue posee la propiedad de ser anfipáticas #ue posee un
extremo polar %idrófilico y otro no polar %idrofóbico en efecto por
esta dos tendencias los )abones son atraídos por los aceites y por
el agua de allí son *tiles como limpiadores. $ara la obtención de
detergente no )abonoso #ue son diferentes a los )abones pero #ue se
parece en su carácter anfipatico #ue se obtiene con >sales de
al#uilbencensulfonico! el extremo del al#uilbenceno es %idrofóbico
por#ue disuele grasas y el extremo sulfonado anionico es
%idrofilico #ue disuele en agua! la diferencias con los )abones y
los detergentes no )abonosos es #ue no forman sales metálicas
insolubles el aguas duras=. 243
DISC-SION
Ra**in # /*i#0$ *ar)02(i*0$ 3 #ri+a#0$
En la experiencia realizada en el laboratorio obtuimos los
siguientes resultados:
'r%)a # $0(%)i(i#a# 3 a*i#!.
Tabla 1. Solubilidad y acidez.
C0&6%$t0 S0(%)i(i#a# A*i#! 6H
+cido "c&tico @ 0' Aoluble '.7 "cido Benzoico @ 0'
Insoluble 4.7
+cido Benzoico @ 0' @ Ca0 Aoluble 111'
una parte #ue es polar 9'08 y otra #ue no es polar D8! además el
ion carboxilato 98 no es estable! como una base fuerte puede
reaccionar para desprotonar el ácido benzoico! se utilizó el
%idróxido de sodio! Ca08 #ue ayudo a #ue el ácido benzoico fuese
soluble en una solución acuosa con %idróxido de sodio.
'r%)a # *(a$i7i*a*in
Tabla 2. Clasificación.
C0&6%$t0 D$6rn#i&int0 # )%r)%"a$ Di$0(%*in #( *0&6%$t0
+cido "c&tico @ Ca09< Burbu)as Ae disolió +cido
Benzoico @ Ca09< Burbu)as en menor proporción8 Ae disolió
Fenol @ Ca09< Co %abían burbu)as Co se disolió G naftol @
Ca09< Co %abían burbu)as Co se disolió
En esta prueba se demostró la disociación de los ácidos
carboxílicos! fenol y el G naftol en Ca09< por medio de
reacciones de ácidos carboxílicos. El ácido ac&tico se disolió
completamente! esto se debe a #ue la reacción de ácidobase se
produce una neutralización.
90<90 @ Ca09< H 90<9Ca @ 0' @ 9'
"l igual #ue el ácido benzoico desprendiendo burbu)as de 9'!
esta se dio en menor proporción puesto #ue el anillo del ácido
benzoico es más difícil de %idrolizar.
960?90 @ Ca09< H 960?9Ca @ 0' @ 9'
ientras #ue el fenol y el G naftol no se disolieron puesto #ue el
bicarbonato de sodio no reacciono con el fenol y tampoco el G
naftol.
Hi#r0(i$i$ # A&i#a$
Hi#r0(i$i$ )/$i*a
Ae mezcló en un tubo de ensayo 7.? ml de acetamida 90<9C0'8 y 1
ml de %idróxido de sodio Ca08. Ae obseró ebullición y
desprendimiento de un olor fuerte característico del
amoniaco! no se presentó un cambio en el color! se obtuo un p0 de
14! la %idrolisis básica de las amidas produce una sal de ácido
orgánico y amoniaco o aminas! seg*n el tipo de amida! en este caso
se formó el ácido muriático.
90<9C0' @ Ca0 H 90<9Ca @C0<
Hi#r0(i$i$ a*i#a
Ae mezcló en un tubo de ensayo 7.? ml de acetamida 9 0<9C0'8 y 1
ml de ácido sulf*rico 0'A48. Ae obseró ebullición y desprendimiento
de un olor característico del amoniaco! se obtuo un p0
alrededor de 7 y 1.
,a %idrolisis acida de las amidas primarias produce un ácido
orgánico libre y una sal de amonio! la cual en este caso
corresponde a la sal de sulfato de amonio. ,as amidas secundarias y
terciarias producen el correspondiente ácido y la sal de amonio
cuaternario.
90<9C0' @ 0'A4 @ 0' H 90<90 @ A4C0?
Hi#r0(i$i$ # $tr$ 8$a60ni7i*a*in9
En un tubo de ensayo se mezclaron < ml de %idróxido de sodio
Ca08! < ml de metanol 90<08 y aproximadamente 7.? g de cebo
de res! despu&s se colocó a calentamiento en un bao de agua
%asta disoler el cebo! trascurridos '7 minutos se le adiciono 1? ml
de cloruro de sodio Ca9l8! se obseró un aumento en la iscosidad de
la muestra obteniendo un color lec%oso! la acción capilar de la
mezcla es nula! es decir! no se deslizan sus mol&culas entre
sí.
,a %idrolisis de esteres ocurre cuando un nucleofílo! como el agua
o el ion %idroxilo! ataca al carbono de grupo carbonilo del Ester!
en una base acuosa! los iones %idroxilos son me)ores nucleofilos
#ue las mol&culas polares en agua.
En los esteres! el resultado de la condensación de un ácido
carboxílico y un alco%ol se obtiene un alco%ol y un ácido.
90<990< @ Ca0 H 90<9Ca @ 90<0
O)tn*in # an42#ri#0 7t/(i*0 En esta oportunidad se realizó la
obtención de an%ídrido ftálico a partir de su correspondiente acido
en presencia de un agente des%idratante y no por medio de la
oxidación de naftaleno debido a #ue la mol&cula sobrepasa los
tres átomos de carbono! se excluye la formación de an%ídridos
cíclicos debido al incremento de la distancia entre los dos grupos
carboxílicos. "lgunos de estos ácidos experimentan descarboxilación
t&rmica pero solo a temperaturas eleadas y en presencia de
catalizadores. 213
$ara la formación de an%ídrido ftálico se realizó la mezcla de
ácido ftálico con 7.J m, de an%ídrido ac&tico. ,uego se %iso el
monta)e del condensador de reflu)o protegido por una trampa de
cloruro de calcio! cada balón fue proisto por una barra
magn&tica de agitación y el condensador de reflu)o figura 18.
,a solución reaccionante se calentó con agitación en un bao de
arena a 1?7K167K durante
<7 minutos %asta obserar burbu)eo. " la mezcla se le agregaron
carborundos para #ue la temperatura se mantenga uniforme por todo
el balón y se pueda llear a cabo en condiciones óptimas.
Fi5%ra 1. 9ondensadores
.
' .
.
.
E*%a*in 1. btención de an%ídrido ftálico
"l finalizar los <7 minutos se de)ó reposar el balón a
temperatura ambiente! la mezcla se enfría en un bao de %ielo por 17
min seguido de esto se le agrego de 7.?1.7 m, de %exano frio figura
'8 para recolectar los cristales por filtración al acío figura
<8! se de)a secar para luego pesar la muestra de cristales de
an%ídrido ftálico figura 48.
Fi5%ra :. "dición de %exano Fi5%ra ;.
Filtración al acío Fi5%ra <. 9ristales "n%ídrido
ftálico
Rn#i&int0
$ara la reacción de intercambio an%ídrido se utilizó la ecuación '
para deducir las relaciones este#uiometrias utilizadas para el
cálculo del rendimiento.
C 8 H 6O4+(C
H 3CO)2→C 8 H 4O3+2CH 3COOH
E*%a*in :. Deacción este#uiometria
,as cantidades de ácido ftálico fueron 7.4 gramos y 7.J m, de
an%ídrido ftálico y 7.4 gramos de cristales. El an%ídrido
ac&tico se agregó en exceso! por ello el reactio limitante en
esta reacción fue el ácido ftálico. $ara el cálculo del rendimiento
se calculó el peso de la muestra #ue se supone #ue debió
%aber reaccionado peso teórico8 por medio de la
este#uiometria de la reacción.
0.4 gC 8 H
3
$eso teóricoL peso de "n%ídrido ftálico $eso teórico L 7.<??4
gramos de "n%ídrido ftálico. $eso real es L 7.4 gramos de an%ídrido
ftálico
El porcenta)e de rendimiento se calculó por la ecuación <:
deRendimiento= Pesoreal
deRendimiento= 0.4gramos
0.3554gramos x100
,uego el porcenta)e de rendimiento es igual a 11' (. El rendimiento
dio mayor #ue 177( esto probablemente sucedió #ue al momento
de pesar los cristales! la muestra aun contenía %exano y ácido
ac&tico.
'r6ara*in # %n "a)n
,as mezcla %erida se diluyo con 1 ml de agua y se saturo con
cloruro de sodio Ca9l8 y se sometió nueamente a calentamiento por
unos minutos %asta obtener un cua)ado de )abón #ue se de)ó
enfriar donde luego se extra)o el sólido #ue fue repartido en tres
tubos de ensayo donde se disolió con una pe#uea cantidad de agua y
se %icieron reaccionar con agua! sal de calcio y ácido clor%ídrico
para examinar sus propiedades.
Tabla 3. Resultados de preparación de un jabón
$D-EB" BAEDN"9ICEA Oabón @ "gua Aoluble completamente Oabón @ Aal
de calcio $recipitado blanco Oabón @ +cido clor%ídrico Aoluble
completamente! las burbu)as
disminuyen
Fi5%ra =. Formación de )abón Fi5%ra >. Oabón en agua
Fi5%ra ?. Desultado de pruebas
"l adicionar agua y el )abón se forma una espuma blanca la
cual se genera debido a la formación de burbu)as por#ue el aire se
dispersa en pe#ueas cantidades en un lí#uido! al reaccionar el
)abón con ácido clor%ídrico 09l8 se produce una %idrólisis del
mismo generando un ácido graso y sales de sodio el sodio es
reemplazado por el protón proeniente del ácido fuerte
agregado.
"l adicionar )abón y sal de calcio es cual se notó #ue era
insoluble ya #ue la sal de cálcica contiene iones 9a' #ue precipito
en forma en carboxilato de calcio se sabe #ue el )abón en agua con
concentraciones alta de calcio esta se corta in%ibiendo su acción
limpiadora.
'r6ara*in # a*it r0"0 # T%r@3, #tr5nt n0 "a)0n0$0
una capa aceitosa! la mezcla se neutralizo con %idróxido de sodio
Ca08 en el #ue se desprendió un olor fuerte algo sulfuroso olor a
pescado seco8 despu&s sacamos un poco de aceite y adicionamos
una cantidad de agua la cual genera una solución de aceite la
solución es soluble pero no formo muc%a espuma como en la primera
prueba.
En la segunda prueba al )abón se le adiciona una solución de
carbonato de calcio donde se obseró una coloración blanca en una
fase lo #ue nos indica #ue la solución es soluble.
,os detergentes no )abonosos tienen enta)a de su alta solubilidad
en agua! 0aciendo #ue permanezcan en solución sin perder sus
propiedades de uso limpiadora.
Tabla 4. Resultados de detergente no jabonoso
$D-EB" BAEDN"9ICEA ;etergente no )abonoso @ agua Penera espuma
siendo soluble ;etergente no )abonoso @ sal de calcio Aoluble en
solución de 9a9<
'REG-NTAS Y ADICIONES
1. De los deriados de !cido" #por $u% las a&idas son los
co&puestos
&enos reactios 'acia una ta$ue nucleof(lico)
,as amidas son menos reactias #ue los cloruros de ácidos! los
an%ídridos y los &steres! por#ue el C es menos electronegatio
#ue el 9l y #ue el . Estos átomos unidos directamente al 9
carboxílico al ser electronegatios le #uitan densidad electrónica y
así QcolaboranQ en de)arlo más susceptible para un ata#ue
nucleofílico. "demás! para una sustitución nucleofílica! es bueno
#ue el grupo saliente sea menos básico! y esa condición la cumplen
me)or los cloruros de ácido! los an%ídridos y los &steres!
cuyos grupos salientes serán el 9loruro! un ácido o un alco%ol! #ue
son todos menos básicos #ue una amina! #ue será el grupo saliente
en el caso de una amida.
2. #Có&o es la disociación del acetato de sodio en agua
*parcial o total+"
el p, de esta solución ser! b!sico o !cido) -plicar con
reacciones.
,a disociación del acetato de sodio en agua es total seg*n la
reacción:
90<9Ca Ca@ @ 90<9
;e momento %a interenido el agua directamente! por supuesto está
rodeando a los iones8.
,a cuestión es #ue el ion "c proiene del ácido ac&tico 90
<90 #ue es un ácido d&bil! es decir! su disociación es
parcial:
90<90 @ 0' ↔ 90<9 @ 0<@
R por lo tanto! el ion acetato "c8 sufrirá %idrólisis:
90<9 @ 0' ↔ 90<90 @ 0
Esta reacción tambi&n es un e#uilibrio8
9on todo esto! podemos escribir el proceso de disociación del
acetato de sodio en agua como:
90<9Ca Ca@ @ 90<9
90<9 @ 0' ↔ 90<90 @ 0
9omo se podrá comprobar existe un ion %idroxilo en el medio! por lo
tanto el p0 del medio será básico.
3. #-n la 'idrólisis b!sica de una a&ida" ser(a funda&ental
el papel
indicador) #/or $u%)
.
.
0. #Cu!l es el propósito de usar la tra&pa de cloruro de
calcio)
El cloruro de calcio es una sustancia capaz de absorber grandes
cantidades de %umedad es decir es una sustancia delicuescente! el
9a9l ' forma una barrera para #ue la %umedad del ambiente y
el apor de agua en el condensador no entre en contacto con el
an%ídrido ftálico! impidiendo así su %idrolisis.
.#Có&o se preparan los an'(dridos de cadena
abierta)
. #Cu!l es el producto obtenido en esta reacción) -scriba una
ecuación
balanceada para %sta.
<@ .0
.0
.0
. % $ %n #tr5nt 3 % $ ntin# 60r #tr5n*ia
. D$*ri)a *0n ra**i0n$ (a 0)tn*in # %n #tr5nt a 6artir # )n*n0 3 %n
0(i5&r0 # 6r06i(n0.
En los primeros detergentes! la al#uilación del benceno se
efectuaba con tetrámero de etileno! el cual se obtiene por
condensación de cuatro mol&culas de propileno con ácido
fosfórico y no es un compuesto puro sino una mezcla de arios
dodecenos muy ramificados en los #ue el doble enlace está colocado
al azar.
-na ez obtenido el dodecilbenceno! lineal o ramificado! se sulfona!
ya sea con óleum! en fase lí#uida! o con trióxido de azufre! en
fase gaseosa! para obtener ácido dodecilbencensulfónico el cual se
neutraliza con %idróxido de sodio para obtener el detergente.
1.En (a 0)tn*in # #tr5nt$ % #$*40$ *r %$t# % r$%(tn #( 6r0*$0, ant$
# (i&inar(0$ $ 6%#n a6r0+*4ar, $i n0 $0n a6r0+*4a)($ *&0 $
(i&inar2an 3 % #a0$ *0(5i*0$ 6%#n *a%$ar # n0 tratar$
,os detergentes son productos de uso cotidiano! los detergentes no
)abonosos puede proocar problemas ambientales ya #ue algunos puede
contar con cadenas laterales ramificadas #ue no son biodegradables
ya #ue los microorganismos no son capaces de metabolizar cadenas
ramificadas! proocando grae contaminación en ríos y lagos. $or lo
#ue se busca el e#uilibrio con el ecosistema se realiza detergente
con cadenas lineales #ue son biodegradables.
11. '0r % (0$ #tr5nt$ # ti60 $%(7at0 0 $%(70nat0 n0 $ *0rtan n
*0nta*t0 *0n a5%a$ #%ra$
solubles se conierte en insolubles de magnesio y calcio! por eso
los detergente basados en sales de ácido al#uilbencensulfonicos
posee la misma propiedad anfipatica sin embargo los )abones
preparados de sulfanato no forma sales metálicas insolubles en
aguas duras.
CONCL-SION
En el traba)o realizado se pudo relacionar la teoría con la
parte
experimental! dando a conocer algunas de las reacciones de los
ácidos carboxílicos y sus deriadosU en la práctica se concluyó #ue
algunos ácidos carboxílicos son solubles en agua! debido a la
proporcionalidad entre el grupo carboxílico y los %idrocarburos!
puesto #ue predomina la polaridad. En la %idrolisis de amida se
optó por traba)ar en medio ácido y básico! para obserar la
diferencia de los productos #ue se forman de acuerdo al medio en el
#ue se encuentran.
Ae obtuo an%ídrido cíclico por el m&todo de intercambio de
an%ídrido
des%idratación de un ácido carboxílico8. El rendimiento de la
obtención de an%ídrido ftálico fue del 11'(. ,a obtención de
an%ídrido cíclico a partir de su correspondiente ácido
dicarboxiilico solo se efect*a si el n*mero de átomos de carbono
#ue separan los dos grupos carboxílicos es mayor #ue dos.
,as reacciones para detergentes )abonosos y no )abonosos
cumple