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Síntesis selec�va de p-nitroacetanilida
Champi V. Claudia (20180415D), Gamarra R. José (20174153A), Manco S. María (20182170I) Laboratorio de Química Orgánica, PQ-212 B, FIP [email protected], [email protected], [email protected]
Realizado: junio 17, 2019 Presentado: junio 24, 2019
RESUMEN
En el presente informe se describe un método de obtención de p-nitroacetanilida por medio de la nitración aromá�ca de la acetanilida, empleando como catalizador al ácido sulfúrico, el cual permite que la reacción ocurra de manera más rápida y a menores temperaturas. Se buscó obtener por lo menos un rendimiento de 80%, sin embargo, tras varios procesos de filtración al vacío, secado y lavado, hubo pérdidas de material obteniéndose así un rendimiento de 32.62%. Después de la obtención de la p-nitroacetanilida, se procedió a obtener el rango de temperatura de fusión con ayuda del equipo Vernier Melt Sta�on, teniendo como resultado el rango de 218°C-221.6°C
Palabras clave: Sus�tución electro�lica aromá�ca; nitración aromá�ca; p- nitroacetanilida, acetanilida.
1. ASPECTOS TEÓRICOS
- El problema a resolver El presente informe �ene como obje�vos:
1.-Efectuar una nitración sobre un anillo aromá�co sus�tuido, como ejemplo de sus�tución electro�lica aromá�ca. 2.-Aplicar técnicas para la purificación e iden�ficación de la p-nitroacetanilida Para el desarrollo de este informe es necesario conocer las técnicas y las sustancias con las que se va a trabajar, es por eso que para iniciar la discusión se proponen las siguientes preguntas:
¿Qué es la selec�vidad?, ¿cómo se realiza la purificación de un reac�vo?, ¿de qué factores depende una buena nitración?
- Marco teórico 2.1. Nitración 2.2. Grupo ac�vante
2.3. Grupo protector
2.4. Selec�vidad
2. PARTE EXPERIMENTAL
Se colocó en un Erlenmeyer de 50ml, 2.0312g de acetanilida con 8ml de ácido sulfúrico concentrado enfriándolo en baño maría inverso y se agito con la ayuda de una bagueta hasta que ambos compuestos se disolvieran completamente, luego se enfrió la solución hasta los 20°C aproximadamente. Después se añadió 20 gotas de ácido nítrico concentrado con intervalos de 1-2 minutos cada una, agitando con la ayuda de una bagueta en baño maría inverso para que la temperatura no exceda de los 30°C revisando que en cada gota echada no se exceda de esa temperatura (Figura 1).
Figura 1.- .Acetanilida, ácido sulfúrico y ácido nítrico.
Figura 5.- Síntesis de la p- nitroacetanilida Con el producto obtenido se calculó el rendimiento y se procedió a realizar el punto de fusión con el uso del equipo Vernier Melt Sta�on y el so�ware LogerPro como se muestra en la Figura 6.
Figura 6 .- Punto de fusión de la p-nitroacetanilida
Se obtuvo de producto de 0.8832g de p-nitroacetanilida y el punto de fusión entre 218°C-221.6°C usando una laptop con el equipo vernier.
Diagrama de Flujo del experimento A con�nuación, la Figura 7 muestra las principales operaciones realizadas durante el experimento.
Figura 7. Diagrama de flujo de la síntesis de la p-nitroacetanilida
3. RESULTADOS Y CÁLCULOS
Masa del producto inicial : 2.0312 g
Masa de la p-nitroacetanilida obtenida: 0.8832 g
Cantidades utilizadas.- *HNO 3 : v=1mL , densidad= 1.51 g/mL , masa =1.51g n (^) acido =1mL x (1.51 g/mL) x (1mol/ 63.01g) = 0.0238057 mol *Acetanilida: masa 2.0312 g, masa molar = 135.17 g/mol 2.0312 g de acetanilida x (1mol/135.17) =0.0150270 mol Se tiene en cuenta que el reactivo limitante es la acetanilida con masa molar 180.16g/mol por lo que la cantidad teórica de para-nitroacetanilida, seria: mp = 0.01500270 moles de acetanilida x (1 mol para/1 mol acetanilida) x ((180.16g/mol)/ 1 mol para) mp = 2.707264 g de monómero.
Rendimiento .- Para calcular el rendimiento, deberá calcularse, si es necesario, el reactivo limitante.
Valor teórico es lo que se espera obtener (g) y el valor experimental es la cantidad del producto obtenida en el laboratorio, en gramos.
Punto de fusión de la p-nitroacetanilida.- Entre 218°C - 221.6°C
Reacción de formación de la para-nitroacetanilida.- Se muestra en la Figura 8 la reacción química de la síntesis de la p-nitroacetanilida.
Figura 8. Reacción de formación de la p-nitroacetanilida
4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
- El rendimiento de la reacción fue del 32.62%, lo cual es regularmente bueno, aunque hubiera sido más favorable si se le hubiera secar por más �empo al producto.
- El punto de fusión de la p-nitroacetanilida obtenida en el laboratorio con el uso del equipo Vernier Melt Sta�on oscila entre 218°C y 221.6°C, lo cual se aleja un poco del punto de fusión verdadero, el cuál es de 216°C.
- En rasgos generales podemos decir que nuestra síntesis fue preciso solo mirando el color, pues la coloración de nuestro producto era blanco.
- Aunque la reacción para obtener el p-nitroacetanilida aparenta ser corta, en realidad ocurre en varios pasos, los cuales se mostrarán en el cues�onario.
5. CUESTIONARIO
1. Mediante estructuras de resonancia (complejo sigma) indique por qué el grupo amino protonado de la anilina (ion anilonio) es un grupo desac�vante y orientador meta. El complejo sigma para la sus�tución meta, el carbono unido al grupo no comparte la carga posi�va de anillo Ésta es una sus�tución más estable, porque las cargas posi�vas están más alejadas. El resultado es que el nitrobenceno reacciona principalmente en la posición meta. 2. ¿Por qué causa no se emplea una alta concentración de ácido acé�co al preparar la acetanilida y también, por qué mo�vo no es deseable una baja concentración del mismo? La razón por la que se usa una baja concentración de ácido acé�co es para evitar que el ión anilonio se forme, pues es un grupo desac�vante y orientador meta_._ Es por eso que para la obtención de la acetanilida se propone el siguiente mecanismo de reacción: Paso 1: Protonación del grupo carbonilo del anhídrido acé�co.
Para prevenir algún accidente en el laboratorio se recomienda usar todo el equipo de protección individual: lentes, guardapolvo, guantes y seguir las instrucciones del profesor. Pero en caso de algún accidente con los reac�vos de este laboratorio se presenta en la tabla N° 2 las pautas de primeros auxilios para diferentes �pos de accidentes.
Tabla N° 2: Primeros Auxilios Sustancia Primeros Auxilios
Contacto con la piel Contacto con los ojos
Inhalación Inges�ón
Acetanilida -Lavar con agua en abundancia. -Usar regadera si es necesario. Quitar, secar y lavar la ropa contaminada. -Si con�núa la irritación, proporcionar asistencia médica
-Lavar con agua abundante durante 15 minutos, manteniendo los párpados abiertos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
-Llevar al afectado a un lugar con aire fresco. En caso de paro respiratorio emplear método de reanimación cardiopulmonar. Si respira con dificultad, dar oxígeno. -Proporcionar atención médica
-Lavar la boca con bastante agua. Dar a beber abundante agua. Inducir vómito solo si está consciente. Aflojar ropas y prendas. -Busque atención médica inmediata.
Ácido Nitrico -Lavar la zona dañada con abundante agua; si afectó la ropa, quitarla inmediatamente y con�nuar lavando la piel con agua abundante.
-Lavar inmediatamente con agua corriente, asegurándose de abrir bien los párpados. -Avisar al o�almólogo
-Mueva al afectado al aire fresco. Avise al médico.
-No provocar vómito. Beber agua en abundancia. No efectuar medidas de neutralización. -Avisar al médico.
Ácido sulfúrico Lave la zona dañada con agua en abundancia. Si ha penetrado en la ropa, quitarla inmediatamente y con�nuar lavando la piel con agua abundante.
-Lavar inmediatamente con agua corriente, asegurándose de abrir bien los párpados. -Avisar al o�almólogo.
-Mover al afectado al aire fresco. -Avisar al médico.
-No provocar vómito. Beber agua en abundancia. No efectúe medidas de neutralización. -Avisar al médico.
p- nitroacetanilid a
-Re�rar la ropa contaminada y lavar con abundante agua y jabón.
-Lavar con agua abundante durante 15 minutos como mínimo, abriéndole los párpados (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
-Llevar al afectado a un lugar con aire fresco. Mantenerlo en reposo en posición confortable para respirar. -Proporcionar atención médica.
-Consultar inmediatamente al médico.
5. ¿Qué uso medicinal �ene la acetanilida? La acetanilida �ene una historia peculiar en el área de la medicina, pues hasta antes de 1948 esta era usada como analgésico para controlar la fiebre y/o dolor de cabeza. Pero fue en ese año donde los cien�ficos: Julius Axelrod y Bernard Brodie, descubrieron que la acetanilida es mucho más tóxica en estas aplicaciones que otros fármacos, causando metemoglobinemia y en úl�ma instancia
produciendo daños al hígado y los riñones. Por eso, la acetanilida ha sido reemplazada en su mayor parte por fármacos menos tóxicos, en especial el acetaminofén (paracetamol), que es un metabolito proveniente de la acetanilida, y su uso fue sugerido también por Axelrod y Brodie.
6. ¿Por qué en la nitración de la acetanilida se forma casi exclusivamente el derivado sus�tuido en para? Porque el grupo acetamida ac�va el anillo hacia las posiciones orto y para. Pero como el grupo es tan grande, actúa como un impedimento estérico por lo cual al momento de realizar la nitración el ion nitro entre más fácil en la posición para que en orto, aunque también puede llegar a entrar en la posición orto pero en menor proporción Para explicar mejor la formación del producto es necesario discu�rlo con su respec�vo mecanismo de reacción: Paso 1: Formación del electrófilo (ión nitronio)
Paso 2: Sus�tución electro�lica aromá�ca en posición para de la acetanilida
7. ¿Cuál grupo es un ac�vador más fuerte entre el grupo amino de la anilina y el grupo acetamido de la acetanilida? ¿Por qué?
