Síntesis de ácido adipico a partir de ciclohexanol

Laboratorio de química orgánica IV. Departamento de química orgánica. Clave 1606

Práctica 3: Síntesis de ácido adípico. Profesores: Ana Adela Sánchez Mendoza Everardo Tapia Mendoza. Ruíz Martínez Adrián.

Clave: 12

Objetivos: Sintetizar ácido adípico a partir de la oxidación de un alcohol secundario cíclico. Hipótesis: El ácido nítrico concentrado contiene disuelto al gas NO 2 el cual es buen agente oxidante y ataca al alcohol rompiendo al ciclo y formando un ácido dicarboxílico. Reacción.

Diagrama de flujo. Ciclohexanol RA HNO3 concentrado NaOH 50% m/m

Matraz un matraz redondo de 10 mL y colocar 1.6 m de HNO3 conc. Ajustar un sistema de reflujo adaptando una trampa de sosa y un tapón con jeringa.

Enfriar a temperatura ambiente, posteriormente en un baño de hielo hasta la cristalización de agujas amarillas. Lavar y filtrar. Obtener rendimiento y punto de fusión.

Síntesis de ácido adípico.

Calentar el matraz que contiene el ácido en un baño María manteniendo un a temperatura entre 55 y 60 °C y con agitación constante. Agregar gota a gota, con la jeringa, 0.5 mL de ciclohexanol.

Después de terminada la adición de ciclohexanol mantener el sistema en agitación y a una temperatura entre 55 y 60 °C, después de esto elevar la temperatura, en un periodo de 10 min a 100°C, alcanzada esta temperatura mantenerla así 5 min.

Página 1

Laboratorio de química orgánica IV. Departamento de química orgánica. Clave 1606

Análisis de la técnica. 1) Matraz un matraz redondo de 10 mL y colocar 1.6 m de HNO 3 conc. Ajustar un sistema de reflujo adaptando una trampa de sosa y un tapón con jeringa: Es necesario el uso de HNO3 conc también conocido como fumante pues la alta concentración de ácido genera un equilibrio de fases HNO3/NO2 siendo el gas un oxidante cuyo potencial redox es suficiente para oxidar al alcohol. En caso de no usar el ácido concentrado las bajas cantidades de óxido nítrico harían que la oxidación se detenga en la ciclohexanona. El uso del tapón con jeringa facilita no tener que desmontar el sistema de reflujo en cada adición. El uso de NaOH 50% es debido a que el NO 2 en exceso debe ser neutralizado, este gas en contacto con agua forma ácido nítrico que, en medio básico, inmediatamente forma nitrato y agua. 2) Calentar el matraz que contiene el ácido en un baño María manteniendo un a temperatura entre 55 y 60 °C y con agitación constante. Agregar gota a gota, con la jeringa, 0.5 mL de ciclohexanol: La adición gota a gota del ciclo hexano se debe a que los procesos de oxidación son generalmente exotérmicos y aumentaría la temperatura del medio. Es necesaria un temperatura de 50 a 60 °C ya que la producción de NO2 también genera un equilibrio de dimerización para formar e N2O4 (el cual es incoloro a diferencia del NO2 que es naranja-café) la dimerización tiene un ΔH°=58JK/mol o sea es un proceso exotérmico por lo que el proceso invers o es endotérmico entonces elevar la temperatura favorecerá la formación del monómero que es el que tiene poder oxidante. Al estar en medio acuoso y elevar la temperatura más allá de los 60 °C puede iniciarse una reacción de competencia en a que el OH del alcohol se protone y se elimine en forma de agua dando como producto ciclohexeno. 3) Después de terminada la adición de ciclohexanol mantener el sistema en agitación y a una temperatura entre 55 y 60 °C, después de esto elevar la temperatura, en un periodo de 10 min a 100°C, alcanzada esta temperatura mantenerla así 5 min: La elevación paulatina de la temperatura es para disminuir al máximo la formación del alqueno y que la oxidación del alcohol sea completa. Además si l temperatura se eleva sin control podríamos tener una segunda reacción de competencia: la descarboxilación. Una última razón de no elevar la temperatura de forma descontrolada es que según la ley de Charles para los gases el volumen es directament e proporcional a la temperatura tendríamos riesgo de que el sistema explotara. 4) Enfriar a temperatura ambiente, posteriormente en un baño de hielo hasta la cristalización de agujas amarillas. Lavar y filtrar. Obtener rendimiento y punto de fusión. El enfriamiento paulatino produce agujas mejor formadas debido a que el proceso de nucleación es más controlado y forma cristales más francos. Los lavados pueden hacerse con agua fría (aprox 15 °C) pues a esta temperatura el ácido adípic o tiene una solubilidad de 1.4 g por 100 mL de agua, este valor signific a que el diacido es relativament e poco soluble.

Síntesis de ácido adípico.

Página 2

Laboratorio de química orgánica IV. Departamento de química orgánica. Clave 1606 Resultados Tabla 1.- Resumen de resultados Masa teórica.

Masa experimental

Rendimiento

Pf teórico

Pf experimental

0.6920 g

0.4879 g

70.5%

122 °C

_

Análisis de resultados y conclusiones. Un rendimiento del 70.5% se considera bueno siendo el teórico del 80% por lo que se considera que a síntesis presenta un buen rendimiento y que la técnica se llevó a cabo adecuadamente. La principal perdida pudo ser que al agregar en ciclohexanol hubo un momento en el que la adición de ciclohexanol la temperatura se elevó más de lo necesario llegando a 70 °C después de esto se agregó hielo a baño María para bajar de nuevo la temperatura. Ese aumento en la temperatura pudo provocar que a reacción en competencia de formación del ciclohexeno se viera favorecida. Bibliografía y referencias 1.- Química orgánica. Morrison, R.T. Boyd, R.N. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana S.A. 5ta edición, 1990. 2.- Química orgánica. McMurry J. Editorial Cengage learning editores SA de CV, 7a edición, 2008. 3.- Química. Raymond CHANG. Editorial McGraw Hill. Décima edición, 2010. 4.- Fisicoquimica. Gilbert W. CASTELLAN. Editoria Addison Wesley Longamn, Pearson. S egunda edición 1998. 5.- Propiedades físicas del ácido adípico obtenidas de la hoja de seguridad reportada por el

Instituto Nacional de Higiene y Seguridad en el Trabajo de España que puede ser consultada en la siguiente liga en línea: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros/301a400/nspn 0369.pdf consultada el miércoles 23 de agosto del 2015 a las 00:44 hrs.

Síntesis de ácido adípico.

Página 3