OBTENCIÓN DE ANARANJADO DE METILO

L aborato rator io de de Química Orgá Org ánica II I I , (2017) OBTENCI ON DE ANARANJADO DE ME TI LO  José Heriberto Vargas espinosa  Biología, Universidad del Quindío

RESUMEN

El anaranjado de metilo (AM) es un colorante de tipo azoico que es utilizado como patrón para el estudio de oxidación (decoloración) de efluentes coloreados de la industria textil (Gamarra et al., 2014). Para el inicio de la  práctica, primeramente se realizó una solución de ácido sulfanilico, anilina y ácido clorhídrico concentrado, agregándose agua y dejándolo enfriar. Posteriormente se preparó una solución de nitrito de sodio y agua, manteniendo una baja temperatura, se agregó gota a gota y con agitación constante la solución de nitrito de sodio a la solución de la amina y el ácido sulfanílico, preparada anteriormente. Una vez terminada la adición se agitó la mezcla hasta que tomara la temperatura ambiente. La mezcla adquirió una coloración rojo vino obscuro. Se agregó gota a gota y agitando, una solución de sosa al 10% hasta la obtención de un pH=10. Como resultado se obtuvo una solución con aspecto color rojo vino, la cual fue utilizada para teñir un pedazo de tela de algodón  para comprobar su eficiencia. Se puede concluir que el doble enlace del grupo funcional azo cambia a enlace simple al disminuir el pH del medio facilitando el rompimiento del enlace  –  N=N- mediante las sustancias oxidantes generados en el proceso Fenton consiguiendo el objetivo de decolorar el agua.

de una ami ami na pr pr i mar i a con ácido nitroso para generar

INTRODUCCION:

Las aminas primarias aromáticas con ácido nitroso

una  sal  sal de diaz iazo onio. El ácido nitroso como tal es

forman sales de diazonio relativamente estables, estas

gaseoso, pero se pueden preparar soluciones acuosas

 pueden actuar como electrófilos débiles y reaccionar

diluidas, haciendo reaccionar nitritos alcalinos como el

con

nitrito de sodio (NaNO2) con algún ácido mineral

anillos

aromáticos

activados,

produciendo

reacciones de sustitución electrofílica aromática.

como el ácido clorhídrico acuoso, o el ácido sulfúrico,

Los fenoles y las aminas aromáticas poseen un anillo

 perclórico o fluorobórico. Cuando se trata de una

activado que permite que las sales de diazonio

amina primaria alifática la sal de diazonio que se

reaccionen

genera

con

ellos;

produciendo

compuestos

coloridos que pueden ser usados como colorantes.

es

muy

inestable

y

regularmente

se

descompone inmediatamente, por lo que esta reacción no se considera sintéticamente útil. En contraste,

REACCIÓN DE DIAZOACIÓN

cuando se utiliza una amina primaria aromática, la sal

La reacción de diazoación es una de las más

que se genera, es relativamente estable en solución y a

importantes en química orgánica y es la combinación

temperaturas menores de 5 °C, con lo cual, se tiene 1

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oportunidad de manipularlas y convertirlas en una

Cada tipo de amina genera un producto diferente al

variedad de grupos funcionales diferentes, dándole a la

reaccionar con el ácido nitroso, HNO2. Este reactivo

reacción una gran aplicación sintética.

inestable se forma en presencia de la amina por acción de un ácido mineral sobre nitrito de sodio. Cuando una amina aromática primaria, disuelta o suspendida en un ácido mineral acuoso frío se trata con nitrito de sodio, se forma una sal de diazonio. Puesto que éstas descomponen lentamente, aún a la temperatura de un

Las sales de diazonio aromáticas son inestables, cuando se secan son muy sensibles por lo que pueden

 baño de hielo, se emplean sus soluciones de inmediato, una vez preparadas.

estallar al tocarlas. Algunas sales de diazonio como los trifluoroboratos, ArN2 +BF4 son relativamente estables. Estos compuestos rara vez se pueden aislar,  por lo que las soluciones en las cuales se preparan se

El gran número de reacciones que dan las sales de

emplean en forma directa. El ácido nitroso en solución

diazonio se pueden agrupa en dos tipos:

acuosa se encuentra en equilibrio con especies tales como el trióxido de dinitrógeno (N2O3), también

• Reemplazo, en las que se pierde el nitrógeno en

llamado anhídrido nitroso.

forma de N2, quedando en su lugar en el anillo otro grupo • Copulación, en las que el nitrógeno permanece en la

En la reacción de diazoación el reactivo es en realidad

molécula

el N2O3. La reacción se inicia con el ataque de la amina, con sus pares de electrones libres, al agente de nitrosación. El intermediario así formado expulsa un ión nitrito y forma un compuesto N-nitroso, el cual a

REACCIÓN DE COPULACIÓN

través de una serie de transferencias rápidas de  protones y finalmente por pérdida de una molécula de de

En condiciones apropiadas las sales de diazonio

agua, genera la sal de diazonio.

 pueden reaccionar como reactivos electrofílicos en

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compuestos azo. A esta reacción se le conoce como

MECANISMO DE REACCIÓN

reacción de copulación.

Los compuestos azo tienen una gran importancia industrial debido a que son sustancias intensamente coloridas, por lo que una gran variedad de ellas, se utilizan como colorantes artificiales. Las coloraciones  pueden ser amarillas, naranjas, rojas, azules e incluso verdes, dependiendo de la estructura del compuesto.( M. Wang, K. Funabiki, M. Matsui, Dyes and  Pigments, 2003, 57 , 77-86.)

La copulación de sales de diazonio con fenoles y aminas aromáticas genera azocompuestos, los cuales

Las sales de diazonio son poco electrofílicas por lo

son de enorme importancia para la industria de los

que reaccionan solo con compuestos aromáticos ricos

colorantes. La obtención de un colorante diazoico

en electrones, en otras palabras, que tengan grupos

consta de las operaciones siguientes:

fuertemente electrodonadores, como −OH, −NR2, −NHR o −NH2. Por lo común, la sustitución se realiza

1) Diazotación. de una sustancia aromática que

en la posición para con respecto al grupo activante

contenga un grupo amino primario. 2) Preparación de una disolución de algún compuesto amino-aromático en un ácido diluido o de una sustancia fenólica en un álcali diluido. 3) Mezclado de las soluciones anteriores con lo que tiene lugar la formación del colorante en una reacción que se denomina copulación. Para que tenga lugar esa

Mecanísticamente la reacción se inicia con el ataque del enlace π del anillo rico en electrones a la sal de

reacción, la solución debe estar alcalina o ligeramente ácida.

diazonio, la cual por polarización de uno de los enlaces, neutraliza la carga positiva del nitrógeno

Características estructurales de los colorantes

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La mayoría de los colorantes comunes son colorantes azo, formados por copulación de aminas (en forma de sus sales de diazonio) con fenoles. La reacción de copulación se lleva a cabo en solución alcalina, neutra o ácida. Debido a que este tipo de reacciones se llevan

ebullición durante 5 minutos con agitación manual constante. Se Retiro los cortes de tela y se enjuágaron con agua. Se obtuvo una solucion con aspecto de color vino oscuro, a la hora de teñir, la tela de algodón, se tiñio sin problema del color obteniendo. (figura.4)

a cabo a nivel industrial a bajas temperaturas, los colorantes azo son llamados algunas veces colores  fríos.

La copulación de una sal con un fenol da un colorante específico. Por ejemplo, el naranja II está hecho por copulación del ácido sulfanílico diazociado con betanaftol en medio alcalino; otro, el naranja de metilo, es  preparado por copulación de la misma sal s al de diazonio con N,N-dimetilanilina en una solución débilmente ácida. El naranja de metilo es usado también como un indicador que vira a un pH 3.2-4.4. El cambio de color se debe a la transición de un cromóforo (grupo azo) a otro (sistema quinonoide). Ambas sustancias tiñen lana, seda y piel. ¿Qué tienen en común la lana, la seda y la piel? Las tres fibras están hechas de proteínas, y por lo tanto contienen abundantes grupos (NH2) y (CO2H) en sus unidades (aminoácidos) que reaccionan con los colorantes ácidos y básicos. El caso contrario es la  poco reactiva celulosa (componente ( componente del algodón, yute, henequen y lino), hecha de unidades de glucosa; la celulosa se tiñe con dificultad. El rayón, celulosa regenerada, toma los colores con un poco más de facilidad. El nylon66 y nylon6 se asemejan a las  proteínas en su comportamiento ante los colorantes. (Y. Takeda, S. Okumura, S. Minakata, Synthesis, 2013, 45, 1029-1033.)

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Pruebas de Tinción En un vaso de precipitados, se preparo 10 mL de

Figura 1. Filtrado y tomas de PH

Figura 2. Tincion de la tela y obetencion de la solucion.

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cual a través de una serie de transferencias rápidas de protones y finalmente por pérdida de una molécula de agua, generó la sal de diazonio.  Al realizar la copulación de la sal de diazonio con la dimetilanilina, la reacción se inició con el ataque del enlace π del anillo rico en electrones de la

Figura 3. Tincion de la tela

dimetilanilina a la sal de diazonio, la cual por  polarización de uno de los enlaces, neutraliza la carga positiva del nitrógeno central, generando de esta manera directamente el compuesto Diazo.( M. Mihara, T. Nakai, T. Iwai, T. Ito, T. Mizuno, Synlett , 2007, 2124-2126.) CONCLUSIONES: Se logró obtener el compuesto anaranjado de metilo a partir de la sal de diazonio  previamentepreparada. De igual modo se logró comprender la formación de sales de diazonio, en este caso, a partir delácido sulfanílico y también  se logró comprender el concepto de reacción de copulación entre la sal de diazonioy el N,Ndimetil anilina.

Figura 4. Comparacion de tela teñidar y una sin teñir  Se

realizó la obtención del anaranjado de metilo a  partir del ácido sulfanílico y la dimetilanilina. Primero se realizó la obtención de la sal de diazonio del ácido sulfanílico, que es una amina primaria con el nitrito de sodio y ácido clorhídrico para formar el ácido nitroso que reaccionó con la amina primaria aromática para dar la sal de diazonio del ácido sulfanílico que es relativamente estable en solución y a temperaturas menores a 5ºC por lo que se bajo la temperatura en hielo, para que no sufriera descomposición y de esta manera lograr manipularla para generar la posterior copulación de la sal de diazonio.  En la reacción de diazoación el reactivo fue el N2O3 donde la reacción se inició con el ataque de la

CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es la razón por la cual las sales de diazonio aromáticas son relativamente estables? Las aminas primarias aromáticas reaccionan con ácido nitroso para formar sales de diazonio relativamente estables a baja temperatura, (baño de hielo, 0 °C), menores de 10 °C, por lo que se tiene la oportunidad de manipularlas y convertirlas en una variedad de grupos funcionales diferentes debido a la estabilización por resonancia. Al subir la temperatura se libera nitrógeno libera nitrógeno y se forma el catión el catión arílico, que inmediatamente reacciona con cualquier nucleófilo presente., éstas  pueden actuar como electrófilos débiles y reaccionar con anillos aromáticos activados en reacciones de sustitución electrofílica aromática.

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2) ¿Cómo se evita que se descompongan las sales de diazonio?

La síntesis del anaranjado de metilo se realiza a través de las siguientes etapas:

Se deben obtener en una temperatura entre 0 y 5°C

Etapa 1. Desprotonación del amino con el carbonato de sodio

3) ¿Qué diferencia se requiere en el pH de la mezcla de reacción para que el acoplamiento de las sales de diazonio sea óptimo con fenoles y con aminas? Un PH cercano a 10

4) ¿Qué es un colorante y como imparte color a una tela? Se da este nombre a sustancias coloreadas, las cuales son capaces de teñir las fibras vegetales y animales. Para que un colorante sea útil debe ser capaz de unirse fuertemente a la fibra y por lavado no debe perder su color. Además debe ser relativamente estable químicamente y soportar bien la acción de la luz. 

Colorantes Sustantivos: Son colorantes que  pueden teñir directamente las fibras de algodón, ya que el anaranjado de metilo es eficiente en la tinción de fibras de elevada  polaridad

Etapa 2. Formación de la sal de diazonio

Etapa 3. Acoplamiento azoico

5) En la obtención del anaranjado de metilo, ¿la sal de diazonio proviene del ácido sulfanílico o de la N,N-dimetilanilina?

6) ¿Qué productos se tienen en la mezcla de reacción en cada caso?

BIBLIOGRAFIA

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L aborato rator io de de Química Orgá Org ánica II I I , (2017) 

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 Vogel, A. I. , Vogel’s Textbook of Practical

Organic Chemistry, 5a. Ed., Prentice Hall, USA, 1996.

Williamson Kenneth, Macro and Microscale Organic Experiments, 6a Ed., Cengage Learning Brooks/Cole, USA, 2010. 

Brewster R.Q., Vanderwerf C.A., McEwen W.E, Curso Práctico de Química Orgánica. Editorial Alhambra, Madrid, México. 2a Edición, 1970. 

 

M. Wang, K. Funabiki, M. Matsui, Dyes and  Pigments, 2003, 57 , 77-86. Gamarra-Güere, C., & Gómez, L. R. T. (2014). Decoloración del Anaranjado de metilo empleando el sistema Fenton. Revista de la Sociedad Química del Perú, 80(1), 2434.