Sintesis de Naranja de Metilo

   

Practic Pract ica a5 5.. S Síntesis íntesis de Naranj Na ranja a de me meti tilo lo

 

Objetivos  

  Sintetizar un colorante de tipo azoico   Analizar y comprender la aplicación de la reacción de copulación en la ob obtención tención de colorantes azoicos.

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Fundamentos

Las aminas primarias aromáticas con ácido nitroso forman sales de diazonio relativamente estables, estas pueden actuar como electrófilos débiles y reaccionar con anillos aromáticos activados, produciendo reacciones de sustitución electrofílica aromática. Los fenoles y las aminas aromáticas poseen un anillo activado que permite que las sales de diazonio reaccionen con ellos; produciendo compuestos coloridos que pueden ser usados como colorantes. La reacción de diazoación es una de las más importantes en química orgánica y se trata de la combinación de una amina primaria con ácido nitroso para generar una sal de diazonio. El ácido nitroso como tal es gaseoso, pero se pueden preparar soluciones acuosas diluidas, haciendo reaccionar nitritos alcalinos como el nitrito de sodio (NaNO 2) con algún ácido mineral como el ácido clorhídrico acuoso, o el ácido sulfúrico, perclórico o fluorobórico. Cuando se trata de una amina primaria alifática la sal de diazonio que se genera regularmente se descompone inmediatamente, por lo que esta reacciónesnomuy se inestable consideray sintéticamente útil. En contraste, cuando se utiliza una amina primaria aromática, la sal que se genera, es relativamente estable en solución y a temperaturas menores de 5 °C, con lo cual, se tiene oportunidad de manipularlas y convertirlas en una variedad de grupos funcionales diferentes, dándole a la reacción una gran aplicación sintética.

Las sales de diazonio aromáticas son inestables, cuando se secan son muy sensibles por lo que pueden 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 emplean en forma directa. El ácido nitroso en solución acuosa se encuentra en equilibrio con especies tales como el trióxido de dinitrógeno (N2O3), también llamado anhídrido nitroso.

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En la reacción de diazoación el reactivo es en realidad el N 2O3. 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 través de una serie de transferencias rápidas de protones y finalmente por pérdida de una molécula de agua, genera la sal de diazonio. Materiales

Reactivos

N,N-dimetilanilina Ácido sulfanílic sulfanílicoo Carbonato de Potasio Ácido Acético Nitrito de Sodio Solución  Cloruro de Sodio

H N CH C 6 7NO3S K2CO3  CH COOH NaNO2  NaOH 2.5M NaCl ₈

₁₁

₃

Agitador Espátula de vidrio  Probeta 25 mL Recipiente p/baño maría Buchner c/alargadera Kitasato 250 mL c/manguera Vaso de pp. 125 mL Anillo de fierro Matraz Erlenmeyer 125 mL Pipeta de 10 mL Tela de asbesto Potenciómetro pH

Esquema de reacción Diazotacion

Copulación

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Procedimiento experimental Preparación

Pesar 0.2 g de K2CO3  y colocarlos en un  Erlenmeyer de 250 mL y adicionarle 25 mL de agua destilada, agitando hasta la homogenización completa. Seguidamente, se pesan 0.5 g de Ácido sulfanilico y enseguida se agregan al matraz de la solución, rápidamente se lleva el matraz a la estufa y se calienta hasta que los sólidos suspendidos se disuelvan por completo. Posteriormente se procede a filtrar la solución por gravedad y se deja reposar el líquido filtrado hasta enriar. 1. Diazotacio Diazotacio n

Se pesan 0.25 g de NaNO2 y se adicionan al vaso con el filtrado ya frio. Enseguida, en otro vaso, se le agrega un trozo de hielo seguido de 0.25 mL de HCl y se mezclan con la solución filtrada, y luego se deja el vaso en un baño de hielo (Se puede agregar NaCl al hielo con el fin de que dure más tiempo el hielo). 2. Copulación

Se agregan a un vaso de precipitados 0.384 g (convertidos a partir de la densidad) de N,NDimetilanilina Dimetilanil ina y enseguida se le añade 1 mL de ácido acético glacial. Esta segunda solución soluc ión se le adiciona a la que está en baño de hielo y se agita hasta observar la formación de un precipitado purpura, posteriormente se le agregan lentamente varias gotas de NaOH 2.5 M en agitación constante hasta obtener un pH básico (se detecta con papel tornasol). A medida que se le adiciona el NaOH la solución se va tornando amarillenta. Posteriormente, esta solución básica se lleva a la estufa y se calienta por unos minutos con el fin de volverla a solubilizar, controlando que no se queme agitándola suavemente con una vara de agitación, y se le adiciona una pequeña cantidad de NaCl. Al final, la solución se volverá de un tono verdoso/oscuro y se deja enfriar de nuevo a temperatura ambiente antes de introducirla una vez más en el baño de hielo, una vez fría y cristalizada, se procede a filtrar el colorante por gravedad, finalmente se procede a secar el filtrado solido en el desecador. Finalmente, se compara la muestra sintetizada con una muestra pura y una muestra comercial, introduciéndolas en un potenciómetro de pH. Cálculos Reactivos Re activos

cido sulfanílico Sal de diazonio

C6H7NO3S C6H7NO3SCl

Peso Peso molecular

173.064 g/mol 220.51 g/mol

Dado que 1 mol de ácido sulfanilico = 1 mol de sal de diazonio del ácido (se eliminan) Gutiérrez Del Río Marcelo

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Xg sal = 220.51g C6H7NO3SCl x 0.5 g C6H7NO3S = 0.6370 g de sal producida de 0.5 g 173.064g C6H7NO3S Reactivos Re activos

Peso Peso molecular

Naranja de metilo C14H14N3NaO3S Sal de diazonio C6H7NO3SCl

327.064 g/mol 220.51 g/mol

Dado que 2 mol de Sal de diazonio de ácido sulfanilico = 1 mol de sal de diazonio del ácido, entonces: Xg naranja 0.6370 g sal x 1mol sal x 1 mol naranja x 327.069 g naranja = 0.47g de 220.51g sal 2 mol sal 1 mol naranja Naranja de metilo por cada 0.6370 g de sal, evidentemente solo corresponden a rendimientos teóricos. Dado que no tenemos mediciones experimentales Resultados y discusiones

Se debe de tomar muy en consideración la temperatura en la que se va a trabajar puesto que cualquier mínimo descuido puede reducir el porcentaje de rendimiento de nuestros productos, así como también estropearlos si no somos lo bastantes cuidadosos. El filtrado solido final se debe diluir con un poco de agua para el análisis de las muestras de naranja de metilo con el pHmetro. Para efectos de esta práctica, se determinó el rendimiento teórico, y debido a que fue inspirada en una grabación, no se conocieron rendimientos experimentales, por lo que el porcentaje de rendimiento en las reacciones es desconocido. Conclusión

Se analizo la síntesis un colorante de tipo azoico, siendo en este caso el naranja de metilo, así como también se analizó y comprendió la aplicación de la reacción de copulación en la obtención de colorantes azoicos. Cuestionario

Leer con detenimiento y contestar:

1. Escribir el mecanismo tanto de la formación de la sal de diazonio, como de la reacción de acoplamiento

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2. Explicar la razón por la cual las sales de diazonio aromáticas son po poco co estables. Las aminas aromáticas reaccionan con el ácido nitroso para dar sales aromáticas de diazonio que son estables por poco tiempo tiem po y se descomponen lentamente incluso a bajas temperaturas, por lo que se usan inmediatamente después de la preparación preparació n y también son estables debido a la resonancia de su ión. 3. ¿Cómo evitar que se descompongan las sales de diazonio? Se evita manipulándolas en un medio frio, menor a su temperatura de descomposición Gutiérrez Del Río Marcelo

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4. ¿Cómo se llama el precipitado purpura que se forma al inicio del paso 2 del video? N-N dietilamina Elientina   Elientina 5. Indica el rango de pH y sus coloraciones que es mencionado durante la purificación del colorante azoico. pH < 3.1 rojo pH > 4.4 amarillo pH dentro de 3.1 a 4.4 anaranjado 6. ¿por qué la adición de la solución de NaOH es lenta, durante el proceso de la purificación? Principalment e, se hace para controlar el pH, puesto que la basicidad que nos otorga Principalmente, el NaOH será indicadora de que la reacción concluyo. 7. ¿Qué precauciones deben ser aplicadas cuando se desarrolla la síntesis de este colorante? Principalmente el no exponer las sales de diazonio tanto tiempo a temperaturas elevadas y siempre procurar mantenerlas en los baños de hielo según los procedimientos. procedimient os. Además de regular las cantidades de reactivos y de NaOH a la hora de verificar el pH, pues el error humano siempre es el más presente. 8. ¿Qué usos tiene el naranja de metilo? El uso principal de este compuesto, es como indicador en las titulaciones, aunque, en la actualidad también se registran muchas aplicaciones, desde preparaciones farmacéuticas, colorantes de teñido al 5% en telas y plásticos, entre otros más.

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9. Investiga un espectro IR de una fuente confiable (anexar la fuente ddonde onde fue obtenido) para el colorante azoico. Argumenta por lo menos la asignación de 3 bandas características en este espectro para el colorante respecto a los enlaces del colorante.  

-CH3  Enlace N=N

-CH2 

Grupo SO3  Estiramiento de los anillos aromáticos  

Referencias Re ferencias bibli ográficas

John McMurry. - Química orgánica  – Octava edición  – Cengage Learning Editores, México 2012.   2012. L.G. Wade. - Química orgánica.  – Volumen 1 - Séptima edición  – PEARSON. EDUCACIÓN, México, 2011 Methyl Orange(547 –58-0) IR1. (s. f.). Chemical Book. Recuperado 29 de septiembre de 2021, de  de https://www.chemicalbook.com/SpectrumEN_547-58-0_IR1.html   Petrucci, R. Herring, Madura, F. J. y Bissonnette, C. Edicion, Pentrice Hall, Madrid.

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(2011), Química General 10ª

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