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Práctica 5 Obtención de anilina

Materia: Química Orgánica II

1.- Objetivo

- Adquirir los conocimientos necesarios para la elaboración y sintetización de la anilina, así como aprender la técnica que se emplea para el análisis cualitativo de las aminas primarias como es el caso de la anilina por medio de la prueba de isonitrilo.

2.- Fundamento teórico

Fenilamina o Anilina, líquido incoloro, soluble en disolventes orgánicos y ligeramente en agua, de fórmula C6H5NH2. Fue preparado por primera vez en 1826 como uno de los productos obtenidos al calentar añil a alta temperatura. El término anilina proviene del nombre específico añil, el cual se deriva de la palabra sánscrita nila (índigo).

En 1856, el químico británico William Henry Perkin, al intentar sintetizar quinina, trató anilina impura, como entonces se la denominaba, con dicromato de potasio y obtuvo una sustancia violeta que servía como tinte. Perkin llamó “malva” a este material y puso en marcha una fábrica para su producción. La empresa fue un gran éxito. En poco tiempo, otros tintes sintéticos elaborados a partir de la fenilamina y de derivados del alquitrán de hulla, estaban ya compitiendo con los tintes naturales.

El modo más asequible de preparar la anilina para su uso comercial consiste en reducir el nitrobenceno mediante hierro y ácido clorhídrico. También se puede preparar comercialmente a través de la acción del amoníaco a alta presión sobre el clorobenceno en presencia de un catalizador. En ambos casos la materia prima se obtiene a partir de benceno.

Actualmente, el principal uso de la anilina es la producción de una clase importante de plásticos llamados poliuretanos. También tiene otras importantes aplicaciones como la elaboración de tintes, medicinas (la sulfanilamida, por ejemplo), explosivos y otros muchos productos sintéticos.

La anilina tiene un punto de fusión de -6,2 °C y un punto de ebullición de 184,3 °C.

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3.- Técnica o procedimiento

Primera sesión

En un matraz de balón de 500 ml. Se pone 35 g de granalla de estaño o limadura de hiero desengrasada y 50 ml. de agua. La suspensión se calienta a 85º C, añádale 2.5 ml. De ácido clorhídrico concentrado, coloque en el matraz un refrigerante a reflujo y por él añada una porción pequeña (4 ml) del total de nitrobenceno que se va a reducir, caliente la mezcla y agite, usando la parrilla de calentamiento con agitación magnética, la mezcla se calienta hasta 110 °C, después añada 16 ml. De nitrobenceno en porciones de 3 a 4 ml, en un periodo de 10 minutos agitando la mezcla después de cada adición. Concluida ésta, continúe calentando (110°) la mezcla en la parrilla de calentamiento con agitación magnética por 35 minutos, déjela enfriar. Concluida la reacción, la mezcla se alcaliniza, añadiendo con precaución 5 g de carbonato de sodio y se guarda para la siguiente sesión.

Segunda Sesión.

Monte un aparato para destilación por arrastre de vapor, poniendo la anilina en el matraz de destilación. Arrástrela con vapor hasta que el destilado pase claro. Se recoge el destilado, luego separe la capa inferior de la anilina, séquela con una o dos lentejas de hidróxido de sodio. Después de 30 minutos se separa la capa de solución de Hidroxido de sodio.

Prueba de isonitrilo.

En un tubo de ensayo de 15x180 mm mezcle 0.2 ml de anilina, 1 ml de una solución etanólica al 20% de hidróxido de potasio (o una lenteja de hidróxido de potasio) y 0.5 ml. de cloroformo caliente cuidadosamente esta mezcla en baño María durante 5 minutos, deje enfriar y olfatee el olor desagradable del isonitrilo (carbilamina).

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6.- Material y equipo

Primera sesiónMaterial y equipo Reactivos1 Refrigerante recto Granalla de estaño de 20 mallas1 Matraz de balón de 500 ml. Ácido clorhídrico conc.1 Termómetro de 0 a 200 ºC Nitrobenceno1 Soporte universal Carbonato de sodio1 Parrilla eléctrica con agitación magnética

Ácido clorhídrico dil.

1 Mosca (agitador magnetico) Agua destilada1 Pizeta2 Mangueras de Latex1 Tapón para matraz balón2 Probetas de 25 ml.1 Probeta de 10 ml.1 Pinzas para matraz1 Pipeta de 5mls.

Segunda sesiónMaterial y Equipo Reactivos1 Refrigerante recto Anilina1 Matraz de balón de 500 ml. Hidroxido de Sodio3 Pinzas universales Hidroxido de Potasio3 Soporte universal Cloroformo2 vasos de precipitado de 250 ml1 Mechero2 Tapones de hule para matraz1 Tapón de hule para refrigerante.1 Pinzas para matraz1 Pipeta de 1ml.2 Tubos de vidrio doblado

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1 Tubo de vidrio

7.- Observaciones

En esta ocasión se utiliza una parilla eléctrica con agitador magnético como sustituto del mechero de Bunsen para aplicarle calor a la solución de 35 g de granalla de estaño, 50 ml de agua, 2.5 ml de acido clorhídrico y 4 ml de nitrobenceno. Esto se debe a la necesidad de agitar constantemente la granalla de estaño con el fin

de que no se deposite en el fondo y no se puede usar como catalizador en la reacción. Para tener un control más exacto del calor aplicado al matraz balón que contiene la solución, se midió la temperatura directamente de la parilla eléctrica; el termómetro se ponía en contacto con la parilla eléctrica y de acuerdo a esta medida se ajustaba el calor suministrado, para no exceder o mantenernos debajo de los 110°C.

Proseguimos a añadir 16 ml de nitrobenceno, esto fue en porciones de 4 ml. La agitación fue constante. En el intervalo de tiempo de 35 minutos la coloración de la solución se torno café, la intensidad variaba de acuerdo a la cantidad de estaño presente. Para acelerar el proceso de enfriado se coloco el matraz con la solución por debajo del fluido del agua de la llave del laboratorio. Posteriormente fue necesario alcalinizar la muestra agregando 5 g de carbonato de sodio. Dejamos reposar la muestra en el matraz balón durante una semana.

En la siguiente sesión, tuvimos problemas con el montaje del aparato de destilación. Al tubo refrigerante la hacía falta inclinación para favorecer el flujo de la anilina y agua que se condensaba en este mismo. Para resolver este percance fue necesario recorrer todo el aparato de destilación hacia atrás, de esta manera solucionamos nuestro problema y se facilito el flujo de la anilina con agua.

En la imagen derecha se observa el destilado recogido en un vaso de precipitado de 250 ml. Aquí la anilina parece tener

Fig.1 Equipo montado 1a sesión.

Fig.2 Equipo montado 2a sesión.

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una coloración naranja con una intensidad media y debido a la diferencia de densidad con el agua no llegan a mezclarse. Este es el principio para hacer una decantación previa a la separación en el embudo. Separamos la anilina del agua en un embudo, la anilina se encontraba en la parte inferior de la solución, y fue recogida en un vaso de 50 ml.

Aun después de esta separación es necesario secar la anilina, esto se logro mediante la adición de 2 lentejas de hidróxido de sodio. Para lograr que las perlas se disuelvan y sequen la solución se debe agitar fuertemente apoyado con una varilla de vidrio entre 7 y 10 minutos aproximadamente. La coloración de la anilina se vuelve naranja intenso, se separa por decantación después de 30 minutos la capa de hidróxido de sodio que se forma en la superficie.

Para la prueba de isonitrilo mezclamos 0.2 ml de anilina con 1 ml de solución etanólica al 20 % de hidróxido de potasio y 0.5 ml de cloroformo dentro de un tubo de ensaye, después calentamos en baño maría durante 5 minutos, los miembros del equipo percibimos un olor desagradable, en algunos la molestia por el olor era más grande que en otros.

8.- Reacciones, cálculos y resultados.

1.- Reacción del nitrobenceno con el agua y el estaño.

2.- Reacción de la anilina con el cloroformo y el hidróxido de potasio.

CálculosA fin de realizar los cálculos estequiométricos es necesario balancear la ecuación química

de la manera que sigue:

Reactivo limitante: Es aquel que produzca el menor número de moles de nitrobenceno sintetizado.

Se proceden a realizar los cálculos con los siguientes datos.

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Ya que todos la mayor parte de los datos están dados en unidades de volumen, es preciso determinar la cantidad en gramos de cada uno, con la siguiente relación.

mnitrobenceno= ρnitrobenceno (Vnitrobenceno) = (1.2g/ml)(20ml) = 24gmestaño= 35gmagua= ρagua(Vagua)= (1.0g/ml)(50ml)=50gmanilina= ρanilina(Vanilina)= (1.0217g/ml)(5ml)=5.1085g

De la definición de reactivo limitante:

Dado que xmol < ymol< zmol se puede concluir que el reactivo limitante es el nitrobenceno.

Sabiendo que el reactivo limitante es el benceno, se procede a calcular el porcentaje de rendimiento con base en esta información y la relación que sigue:

Tomando como referencia al nitrobenceno, por ser el reactivo limitante, nos damos cuenta que el rendimiento total teórico se basa en que 24g de nitrobenceno deben producir 18.17g de anilina, pero la realidad no es asi, por lo tanto se determina el porcentaje de rendimiento de la siguiente manera.

El bajo rendimiento es debido a que se suspendió la destilación por falta de tiempo, aunado a otros factores que sumados dieron a un bajo rendimiento.

9.- Conclusiones

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Llegamos a obtener la Anilina mediante la reducción del nitrobenceno tratándolo con estaño y acido clorhídrico, sabiendo de antemano que la reacción de éstos nos daría nuestro producto deseado al final.

Es importante siempre tener a la mano las constantes físicas, ya que los ácidos y las soluciones utilizadas tienen factores clave como lo son punto de ebullición, densidad etc., que debemos tener presentes para saber que se tiene que desechar, en qué lugar se encuentra lo que debemos desechar, que obtenemos y con qué aspecto, y que al final no ocurra algún problema o contra tiempo al querer llevar a cabo la obtención de nuestro producto.

Así también es importante cuidar los tiempos que se utilizan en armar los aparatos, teniendo en cuenta el espacio en la mesa y la colocación de mangueras y de mas conexiones ya que por no administrar bien nuestro tiempo en la parte final de la práctica el rendimiento de anilina fue bajo.

10.- Bibliografía

“Aminas y la anilina”, disponible en: http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/orgaII_2.pdf, 18 Noviembre de 2012.

Louis F. Fieser, Mary Fieser, “Química Orgánica Fundamental”, 7 Edición, Reverté, España, 1985.

11.- Cuestionario

1.- Las condiciones de reducción que existen en el reactor, únicamente son capaces de reducir el grupo –NO2 ¿Por qué el anillo del benceno no sufre reducción?

2.- ¿Cuál es la razón de obtener la anilina por medio de arrastre de vapor?

A medida que aumenta la temperatura, cada una de las dos sustancias, anilina y agua, va aumentando su presión de vapor que se opone a la presión atmosférica. Debido a la falta de solubilidad, o lo que es igual a que cada una de ellas no es diluida por la otra, cada sustancia ejerce independientemente su presión de vapor, siendo la presión de vapor total la suma de la presión de cada componente. La presión de vapor del agua a 100ºC iguala a la atmosférica en condiciones normales (760 mm de mercurio): la presión de vapor de la anilina alcanza este valor a la temperatura de 184º. Es evidente, por tanto, que a temperaturas del orden de 90-100º, la presión de vapor del agua es de cerca de 760 mm, mientras que la de la anilina es pequeña, aunque apreciable. Como las dos presiones parciales se suman, una mezcla de anilina y agua alcanzará la presión total de 760 mm, es decir llegará a la ebullición, a una temperatura algo más baja de 100º. Por tanto, el vapor, libre de agua condensada mediante una trampa, el cual se hace llegar al matraz que contiene la mezcla que resulta de la reducción, alcalinizada, arrastra el vapor de anilina y lo lleva al matraz colector a una temperatura de menos de 100º (98.5º).

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3.- Escriba la reacción química completa, que explique la prueba de isonitrilo con la anilina.