LABORATORIO OBTENCIÓN DEL ÁCIDO PÍCRICO

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA

PRÁCTICA N°3. OBTENCIÓN DEL ÁCIDO PÍCRICO.

Kevin Álvarez Álvarez Dí Díaz, az, Lindys Fonseca De La Hoz, María Teresa García García Salgado y Kevin Zabala Rodríguez. JAYSON FALS, GRUPO 2B, SEPTIEMBRE 20 /2012, LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II. UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO.  _________________________________________________________________   _______________________________________ __________________________  1. RESUMEN.

El presente presente trabajo tiene tiene como objeti objetivo vo dar a conocer los los resultados resultados de la experimentación realizada en el laboratorio de química orgánica de la Universidad Universidad del Atlánt Atlántico; ico; en donde se lo logró gró obtener obtener ácido pícrico pícrico (2,4,6(2,4,6trinitrofenol) mediante la nitración del fenol, aplicando las reacciones de nitración en diferentes posiciones del anillo bencénico, estableciendo criterios de comparación entre el método de obtención del ácido pícrico en el laboratorio y el proceso industrial.  _________________________________________________________________________ 2. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN..

El ácido do pícrico pícrico es, es, por lejo lejos, s, uno de de los productos químicos químicos más peligrosos en uso. Clasi Clasific ficado ado como como un un sólido ido infl nflamabl amablee cuando el contenido de agua es ssuperior uperior al

30% y como explosivo osivo clase A con con un contenid cont enidoo de agua menor al 30%. 30%. El ácido ácido pícrico pícrico es tóxico co por toda todass las rutas rutas de exposición, también es irritante irritante a la piel, y puede produc producirir product productos os tóxicos cos cuando cuando

se desc descom ompo pone ne.. El ácid ácidoo pí pícr cric icoo ssee usa usa prin princi cipalm palmen ente te en la fa fabr bric icac ació iónn de de expl explos osiv ivos os y como como un inte interm rmed edio io en la fabric fab ricaci ación ón de tin tintur turas. as. Tambié Tambiénn está está presente presente en muchos muchos labo laborator ratorios, ios, ppara ara el uso como como un reacti reactivo vo quím químic ico. o. Tien Tienee algunas algu nas propiedades edades muy interesantes, interesantes, es explosivo explo sivo pero pero también én sensible ble al golpe, pe, calor or y fric fricció ción. n. De hec hecho, ho, si 2 kg cae caenn desde una altura tura de 36 cm sobre sobre ácid ácidoo pícrico sólido, do, la detonación ocurre con una velocidad y fuerza superior al del trinitrotol trinitrotolueno ueno (TNT). [1] 3. MA MARC RCO O TEÓR TEÓRIC ICO. O.

El acido pícrico o también llamado 2,4,6-trinitrofenol es sin duda alguna el más importante importante de los nitrofen nitrofenoles oles y por la gran capacidad de reacción del fenol el trinitro derivado más fácilmente accesible de la serie bencénica. [2] Un proceso antiguo para obtener este compuesto, era la sulfonación del fenol, seguida de nitración:

Figura Figura 1. Sulfon Sulfonaci ación ón y Nitrac Nitración ión del del fenol. fenol.

El mec mecani anismo smo de la reacc reacció iónn es sustitución electrofílica aromática, las

sustituciones en los anillos aromáticos con sustituyentes tienen efectos en esta: 

 Afecta la reactividad del anillo aromático:

 Algunos sustituyentes activan el anillo, anillo, haciéndolo haciéndolo más reactivo reactivo que el benceno, y otros lo desactivan, volviéndolo menos reactivo que el benceno. En el caso de la nitración aromática, aromática, uunn sustituye sustituyente nte –OH hace hace que el anillo sea 1000 veces más reactivo que el benceno, de manera que la reacción es más rápida. 

Los ssust ustitituy uyent entes es afe afect ctan an la orientación de la reacción:

Por lo general no se forman en cantidades iguales los tres posibles productos productos disustit disustituidos uidos –orto, meta y para–. En lugar de ello, la naturaleza del sustituyente sustituyente presente presente en el el anillo anillo bencénico determina la posición del segundo sustituyente. [3] En el método actual para la obtención del acido pícrico, no se requiere condiciones enérgicas para producir  el desplazamiento nucleofílico, ya que prev eviiame mennte se trans ransfform orma el clorobenceno en el 2,4-dinitro derivado, en el que el halógeno esta activado por el efecto combinado de los grupos grupos nitr nitroo en orto orto y para. para. El grupo hidroxilo que se forma, facilita la introducción del tercer grupo nitro. [4]

El acido pícrico pícrico es una sustanci sustanciaa muy bien cristalizada, de color amarillo clar claro, o, muy venen venenos osaa y de sabo sabor  r  amargo intenso. Como ácido fuerte forma con las aminas débilmente básicas sales de color amarillo intenso que pueden precipitar  fácilmente en solventes orgánicos y que puede servir para la identificación de las bases. El ácido pícrico forma, además, compuestos de adición característicos con muchos hidrocarburos aromáticos superiores, que pueden ser utilizados para su identitific iden ficaci ación ón y aisl aislamie amiento nto de las mezclas.

4. OBJETIVO

Poner en práctica las fuertes condiciones de reacción que son necesarias para introducir tres grupos nitro en las posiciones orto y para del fenol.

5. MA MATE TERIA RIALE LES S Y REAC REACTI TIVO VOS S        

1 cápsula de porcelana 2 matraz erlenmeyer de 250mL 2 beaker de 20ml 1 ag agititado ador  r  1 termómetro 1 probeta de 10mL 1 espátula 1 baño maría

 



1 embudo de separación 1 equipo de calentamiento (mechero, trípode, malla y manguera) 1 papel filtro

Entre los reactivos encuentran:    

usados

se

2.5 g de fenol 7mLL de H 7m HNO NO3 concentrado 5mLL de H2SO4 concentrado 5m Hielo

6. PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O

En una cápsula de porcelana se mezclar mezc laron on 2.5 2.5gg de feno fenoll y 5 mL de de ácido sulfúrico concentrado ). Luego a la mezcla se le ( adicionaron adicionaron 5 mL de agua agua destil destilada. ada. Esta mezcla se pasó a un embudo de separación, donde con mucha precaución, se añadió gota a gota a 7 mL de ácido nítrico concentrado ( ), previamente contenido en un matraz matraz erlenme erlenmeyer yer.. Cua Cuando ndo se observó obse rvó la fin finali alizac zación ión de emisió emisiónn o desprendimiento de gases, la mezcla se introdujo a un baño de maría hasta observar cambios posteriores. Finalme Finalmente nte se coloc colocóó la mezcl mezclaa sobre sobre agua con hielo hasta la formación de un prec precip ipititad adoo pa para ra proc proced eder er a filtrar.

7. RESU RESUL LTA TADO DOS S

8. DISC ISCUSIÓ SIÓN

En la experimentación, al hacer  reaccionar reaccionar el fenol fenol sólido con con el ácido sulfúrico concentrado, hubo una reac reacci ción ón leve leve fo form rman ando do ácid ácidoo ppfenolsulfónico, cuya mezcla se tornó anaranj anaranjado ado cla claro ro y de consi consiste stenci nciaa viscosa, además, aumentó su temperatura en el momento de la reacción. (Ver imagen 1.)

La reacción efectuada durante el proceso de obtención del ácido pí pícr cric ico, o, se se di dioo por por el mec mecan anis ismo mo de de sustitución sustitución electrofíli electrofílica ca aromática. aromática. Por  lo cual la reacción reacción fue la siguiente: siguiente:

Cuan anddo a la me mezzcla an antterior se le agregó agua destilada, se liberó vapor. Posteriormente, al adicionar  gota a gota la mezcla por medio de un embud embudoo de sepa separac ración ión al ácid ácidoo ní nítr tric icoo conc concen entr trad ado, o, se dio dio un unaa reacción en cadena, en donde vapores tóxicos tóxicos (oxido (oxido nítrico) nítrico) salían de la mezcla generando generando una reacción reacción altamente exotérmica, la mezcla se to tornó rnó rojo rojo sang sangre re,, dich dichos os vapor vapores es (Ver imag imagen en eran de ése mismo color. (Ver 2.)

 Al introducir la mezcla anterior en un baño de maría a aproximadamente 80°C durante 30 min con agitación continua (Ver se not notóó un unaa (Ver ima image gen n 3.) 3.), se masa oscura al fondo del recipiente que contenía la mezcla (Ver imagen 4.).  Al pasarlo a un baño de agua helada, el ácido pícrico se cristalizó y se filtró (Ver imag imagen en 5 y 6.) 6.).. en su defecto (Ver

Figura 2. Reacción de obtención del Ácido pícrico. pícrico.

Los fenoles son sustratos altamente

reactivos en la sustitución electrofilica aromática, debido a que los electrones no enlazantes del grupo hidroxilo estabilizan el complejo sigma que se forma por el ataque de un elec electró trófil filoo en la posi posició ciónn orto o  para,  para, por esta razón el grupo hidroxilo es fuertemente activante y orto, paradirector. En este caso la mayor densidad electrónica se centra en el oxígeno, ya que es el átomo más electronegativo. Al observar  deteni det enidame damente nte se pued puedee ide identi ntific ficar  ar  que dentro del anillo la densidad electrón óniica no está stá repart artida equitativamente, sino que en las posiciones orto y  para se nota claramente que su densidad electrofilica es mayor que en la posición meta.

La carga positiva e deslocaliza por  las posiciones o to y para respecto dell carb de carbon onoo ata ataca ca o. En la tercera forma resonante la carga positiva recae sobre el carb no que soporta el grupo OH. El oxíg no deslocaliza la carga positiva mediante la compartición de un de sus pares de electrones solitario s. El híbrido de Figura 3. 3. Zona de mayor dens densidad electromagnética resonancia del ion bencenonio orto y  y formas reson antes.  para se describe mediante cuatro formas resonantes. La sustitució ocurre Sustitución en Meta: mayoritariamente en rtorto- para para.. No se obtiene prácticame te nada de compuesto meta. meta . P r consiguiente, los iones bencenonio correspondientes a los compuestos orto y  para deben ser mucho menos estables que el del meta. eta. 

Figura Figura 6. Sustit  Sustit ución en Meta. 

Sustitución e o r t o  :

Figura 4. Sustituc  Sustituc ión en Orto.



Sustitución e para :

Figura Figura 5. Sustit  Sustit  ción en Para.

En ninguna de las ormas resonantes la carga recae sob e el carbono que soporta el grupo O y, por tanto, éste no puede puede des desloc locali alizzarla aún más. El híbrido de re onancia del ion bencenonio meta s describe tan sólo media med iant ntee tres tres fo forma rmas resonantes. [5] Claramente se puede ver que las formas resonates e la pos posic ició iónn orto y  para son cuatro, y la carga se deslocaliza en el c bono que soporta el grupo hidroxilo el cual es el activante, en cam io en la posición meta solo se dan 3 formas resonates

y la carga positiva nunca recae en el carbono que soporta el grupo OH. En cuanto al mecanismo de reacción SE Ar en medio ácido, se da la activacion del ácido nitrico por el ácido sulfurico, donde se forma el ión nitroni nitronio o (figura (figura 7), el cual es es el ión ión que hace un ataque electrofilico al anillllo ani o ar aroma omatitico co,, y se pro produc ducee la sustitución del hidrógeno por el ion nitronio en la posición para posición  para (figura 8), luego en la posicion orto (figura 9) y por último último de nuevo nuevo en la posi posición ción orto produciendo así ácido pícric píc rico.( o.(fig figuras uras 10)

Figura 7. Formación Formación del ion nitronio. nitronio.

Figura 8. Ataque en posici posición ón Para.

Figura Figura 9. Ataque Ataque en posici posición ón Orto. Orto.

Figura Figura 10. Ataque Ataque posic posición ión Orto. Orto. Producto final ácido pícrico. 9. CONC CONCL LUSIÓ USIÓN N

 A través de la practica se pudo analizar y observar que las reacciones de sustitución electrofílica de un aro aromá mátitico co sus sustititu tuid ido, o, son son altamente reactivas y activantes, en este caso fue el fenol, el cual tiene como sustituyente el grupo hidroxilo, gran activador y orto, para-director; de manera que al estar en medio ácido (ácido sulfúrico) y reaccionar  con el el áci ácido do nítri nítrico, co, los los iones iones nitro nitro activados por el ácido sulfúrico forman enlaces en la posición orto y para, formando así el ácido pícrico. En este orden de ideas se concluye que los aromáticos sustituidos tiene una gran importancia a la hora manejar la reacción, determinando la velocidad de ésta y la posición del segundo sustituyente.

ANEXOS

RENDIMIENTO TEO ICO DE LA REACCIÓN: El rendimiento teórico es el que se obtiene si la reacción es com leta, es decir, si el rendimi rendimient ento o fuera d el 100 %.

3HNO3

+3

Fenol  Acido Nítrico  Acido Sulfúrico

− −−→

.5g mL mL

(

)

94g/mol 63g/mol 98g/mol

0.0265 mol 0.0155 mol 0.0918 mol

 Al dividir las moles uti lizadas lizadas con su coefi coeficiente ciente est estequiomét equiométrico rico correspondiente, el que obtenga el val r menor será el reactivo limitante. 0.0265 1

0.0155

= 0.026

3

= 0.00516

De acuerdo a esto el eactivo limitante es el acido nítrico. Se realizan los respe tivos tivos cálculos cálculos estequiométri estequiométricos: cos:

(0.0155

)∗

1

= 1.182

∗

3 .

229.11 1

Imagen Imagen 1. Mezcla Mezcla de fenol fenol y ácido ácido sulfúrico.

Imagen 3. Mezcla Mezcla en baño de María. María.

Imagen 5. Después Después del del baño baño de agua helada.

Imagen 2. Reacción Reacción de nitració nitración n (se  pueden notar los gases de óxido nítrico).

Imagen 4. 4. Después Después del baño de María. María.

Imag Imagen en 6. Filtra Filtrado do,, produ product cto o ácido ácido  pícrico.