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1
“PROCESO DE OBTENCIÓN Y PURIFICACIÓN DE
NIACINAMIDA A PARTIR DE ÁCIDO NICOTINICO”
PROYECTO TERMINAL
PRESENTA
Guerra Cantú Mercedes Natali
ASESORES
Dr. José Luis Contreras Larios
M. en E. Leticia Nuño Licona
México D.F Marzo, 2014
2
DEDICATORIA
A mi hijo Jesús Alexander,quien estuvo conmigo antes de iniciar mis estudios, quien
creció a mi lado y me enseñó cosas maravillosas.
A mi esposo Felipe de Jesús quien me apoyo en cada decisión, me brindo su amor y
confianza en cada paso de este largo camino
A mi hermana quien siempre ha estado a mi lado desde la infancia, quien me apoyado
incondicionalmente.
A mis padres, quien formaron la persona que soy hoy, por su presencia y ausencia en
cada momento de vida.
A mi tía Rita Cantú, que siempre he estado en cada momento importante de mi vida
A mis amigos Vanessa, Karen y Pablo por sus consejos y su tiempo
3
AGRADECIMIENTOS
A toda mi familia, quien me apoyo, me guio y estuvieron conmigo en cada paso
A mi asesor el Doctor José Luis Larios Contreras por sus conocimientos transmitidos,
sus explicaciones y su apoyo durante todo el proyecto.
A mi asesora M en E Leticia Nuño Licona por darme el tiempo para escuchar mis
dudas y resolverlas.
A mis compañeros de laboratorio de Catálisis Manuel, Pallares, Saúl, Gaby, por los
buenos ratos que pasamos juntos estudiando y conviviendo.
A los ayudantes de laboratorio Gloria e Ingrid por su apoyo durante mi estancia.
A Anabel Figueroa por ser mi compañera desde el inicio y apoyarme en cada paso,
hasta el final.
A mi jefa Carolina Flores Ingeniería Química egresada de la UAM-A gracias por el
apoyo que me brindaste estos 10 meses, por compartir tus conocimientos y
enseñanzas.
A la UAM-A por tener un lugar donde me permitió estudiar, y bien lo dice su lema,
casa abierta al tiempo quien me permitió avanzar a mi ritmo y decidir mis horarios ya
que ser esposa, madre y ama de casa consume tiempo, sus instalaciones y plan de
estudios fueron las herramientas fundamentales para enriquecer mis conocimientos y
aprender nuevos.
A todos los profesores quienes se dieron el tiempo de explicar y compartir sus
conocimientos a nosotros los alumnos.
4
Contenido
1.-OBJETIVOS ......................................................................................................................... 10
1.1.-OBJETIVOS GENERALES .......................................................................................................... 10 1.2.-OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................................... 10
2.-JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 10
3.-RESUMEN ........................................................................................................................... 11
4.-ANTECEDENTES .................................................................................................................. 11
4.1.-ESTUDIO DE OBTENCIÓN DE NIACINAMIDA A PARTIR DE PROPILENO .................................................. 13
5.-INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 15
5.1 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ............................................................................................................ 15 5.2.-AMIDAS ............................................................................................................................. 16 5.3.-PREPARACIÓN DE LAS AMIDAS ................................................................................................. 16 5.4.-REACCIÓN DE AMIDAS ........................................................................................................... 16 5.6.- VITAMINAS ........................................................................................................................ 17 5.7.- IMPORTANCIA DE LA NIACINAMIDA .......................................................................................... 17 5.8.- PROCESO CONVERSIÓN A NIACINA ........................................................................................... 18
6.- METODOS DE ÁNALISIS PARA LAS EVALUACIÓN. ................................................................ 19
6.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS ÁCIDO NICOTÍNICO Y NICOTINAMIDA. ............................................. 19 6.2.-MÉTODO DE SEPARACIÓN ...................................................................................................... 21 6.3.-CUANTIFICACIÓN ................................................................................................................. 21 6.4.- MÉTODO COLORIMÉTRICO ..................................................................................................... 21 6.5.- REACCIÓN KONIG. ........................................................................................................... 22
5
7.-DESARROLLO EXPERIMENTAL .............................................................................................. 23
7.1-ESTEQUIOMETRIA Y BALANCE DE LA REACCIÓN ............................................................................. 23 7.1.1.- BALANCE DE LA REACCIÓN ............................................................................................................ 23 7.1.2.- CONVERSIÓN A MOLES ................................................................................................................. 24 ........................................................................................................................................................... 24 7.1.3.- CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE AMONIACO .......................................................................................... 24 7.1.4.- CÁLCULO DEL EXCESO DE AMONIACO .............................................................................................. 25 7.2.-EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE REACCIÓN .................................................................................... 25 7.2.1.-SISTEMA DE REACCIÓN CONSISTENTE DE: ......................................................................................... 25 7.2.2.-DIAGRAMA DEL EQUIPO ............................................................................................................... 26 7.2.3.- PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................ 27 7.2.4. CONDICIONES Y CARACTERÍSTICAS PRODUCTO FINAL .......................................................................... 30
8.-RESULTADOS ...................................................................................................................... 30
8.1.-PRUEBAS DE SOLUBILIDAD ............................................................................................... 30 8.1.1.-MATERIAL .................................................................................................................................. 30 8.1.2.-PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 30 8.2.- TRATAMIENTO DE UNA MUESTRA PROBLEMA ................................................................. 31 8.2.1OBJETIVO ..................................................................................................................................... 31 8.2.2.- MATERIAL Y REACTIVOS ............................................................................................................... 31 8.2.3.-PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 32 8.2.4.- MÉTODO COLORIMÉTRICO PARA MUESTRA PROBLEMA ..................................................................... 33 8.3.- DETERMINACIÓN POR EL MÉTODO DE KÖNIG ................................................................... 34 8.3.1.- CURVA DE CALIBRACIÓN ............................................................................................................... 34 8.3.2.-PREPARACIÓN DE LOS REACTIVOS ................................................................................................... 35 8.3.3.- DETERMINACIÓN COLORIMÉTRICA ................................................................................................. 36 8.4- METODO DE SEPARACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA UNA DE LAS EVALUACIONES ............. 38 8.4.1.-CONVERSIÓN .............................................................................................................................. 39 8.4.2.- RENDIMIENTO % ........................................................................................................................ 40 8.4.3.-CUANTIFICACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA EVALUACIÓN POR MÉTODO COLORIMÉTRICO .......................... 41
9.- ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................................................. 43
9.1.- BALANCE MATERIA EN EL T=0 ................................................................................................. 43 9.2 BALANCE DE MATERIA EN T=TF .................................................................................................. 43 9.3. CARACTERÍSTICAS Y APARIENCIA DEL PRODUCTO DE EVALUACIÓN (NIACINAMIDA). ............................... 44 9.4. DIFRACCIÓN DE RAYOS X ........................................................................................................ 45
10.- CONCLUSIONES ................................................................................................................ 54
11.-BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 57
6
ANEXO A ................................................................................................................................ 58
CONDICIONES DE EVALUCIÓN ......................................................................................................... 58
ANEXO B ................................................................................................................................ 72
DATOS DE CURVA DE CALIBRACIÓN .................................................................................................. 72
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. ÁCIDO NICOTÍNICO ............................................................................................................. 15
Figura 2. NIACINAMIDA ..................................................................................................................... 16
Figura 3. REACCIÓN DE AMIDAS ....................................................................................................... 17
Figura 4. ESTRUCTURAS DE NAD Y NADP .......................................................................................... 18
Figura 5. Amoxidación de 3 - picolina y la hidrólisis de Cianopiridina para obtención de ácido nicotínico y de niacinamida ....................................................................................................... 19
Figura 6 Estructuras del ácido nicotínico y nicotinamida .................................................................. 19
Figura 7. Reacción König ................................................................................................................... 23
Figura 8. Balanza Analítica. Sartorius Max 210 g, d=0.1mg .............................................................. 25
Figura 9. Reactor de acero inoxidable capacidad 0.35 L ................................................................... 26
Figura 10. Diagrama de reacción ....................................................................................................... 26
Figura 11. Ácido Nicotínico dentro del reactor. ................................................................................ 27
Figura 12. Instalación de la reacción ................................................................................................. 27
Figura 13. Sistema de amoniaco ....................................................................................................... 27
Figura 14. Gráfica temperatura Vs tiempo ........................................................................................ 28
Figura 15. Gráfica de presiones Vs tiempo de reacción. .................................................................. 29
Figura 16. Solubilidad de Ácido Nicotínico ....................................................................................... 31
7
Figura 17. Mezcla problema separada .............................................................................................. 33
Figura 18. Muestra de niacinamida y ácido nicotínico en presencia de bromuro de cianógeno ..... 34
Figura 19. Espectrofotómetro ........................................................................................................... 35
Figura 20. Muestras preparadas ....................................................................................................... 36
Figura 21. Curva de calibración. ........................................................................................................ 37
Figura 22. Filtrado de la muestra. ..................................................................................................... 38
Figura 23. Solidos retenidos en el papel filtro................................................................................... 39
Figura 24. Concentraciones de cada evaluación ............................................................................... 42
Figura 25. Difractometro de rayos x. ................................................................................................. 45
Figura 26. Estructura del ácido Nicotínico ........................................................................................ 47
Figura 27. Estructura de Niacinamida ............................................................................................... 48
Figura 28. Difractograma del producto de evaluación 2. .................................................................. 49
Figura 29. Difractograma del producto de evaluación 3. .................................................................. 50
Figura 30. Difractograma del producto la evaluación 4. ................................................................... 51
Figura 31. Difracrograma del producto de evaluación 5 .................................................................. 52
Figura 32. Difractograma del producto de evaluación 6. .................................................................. 53
Figura 33. Difractograma del producto de evaluación 7. .................................................................. 54
Figura 34. Productos de las evaluaciones (Niacinamida). ................................................................. 55
Figura 35. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 1 ................................................................... 60
Figura 36. Producto de evaluación 1 ................................................................................................. 61
Figura 37. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 2 .................................................................... 62
Figura 38. Producto de evaluación 2 ................................................................................................. 62
Figura 39. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 3 .................................................................... 64
Figura 40. Producto de evaluación 3 ................................................................................................. 64
Figura 41.Gráfica de datos obtenidos en evaluación 4 ..................................................................... 65
8
Figura 42. Producto de evaluación 4. ............................................................................................... 66
Figura 43. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 5 .................................................................... 68
Figura 44. Producto de evaluación 5. ................................................................................................ 68
Figura 45. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 6. ................................................................... 70
Figura 46. Producto de evaluación 6. ................................................................................................ 71
Figura 47. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 7. ................................................................... 72
Figura 48. Producto de evaluación 7 ................................................................................................. 72
Figura 49. Curva de calibración al tiempo 0. ..................................................................................... 73
Figura 50. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 1. .................................................................... 73
Figura 51. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 2. .................................................................... 74
Figura 52. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 3. .................................................................... 75
Figura 53. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 4 ..................................................................... 75
Figura 54. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 5. .................................................................... 76
Figura 55. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 6 ..................................................................... 77
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 . La ingesta diaria recomendada establecida por el instituto nacional de la nutrición “salvador zubiran” ..................................................................................................................... 12
Tabla 2 Valores nutrimentales de referencia para la población mexicana de 0- 3 meses. ............... 13
Tabla 3 Propiedades de amoniaco. Perry ......................................................................................... 20
Tabla 4 Propiedades de la niacinamida ............................................................................................. 20
Tabla 5 Propiedades del Ácido Nicotínico ........................................................................................ 21
Tabla 6. Preparación de solución de referencia y blanco ................................................................. 22
Tabla 7 Balance de compuestos ........................................................................................................ 24
Tabla 8. Valores de reacción ............................................................................................................. 24
9
Tabla 9. Condiciones de evaluación. ................................................................................................. 29
Tabla 10. Condiciones al final de las 7 evaluaciones ........................................................................ 30
Tabla 11. Solubilidad de Niacinamida y Ácido Nicotínico. ................................................................ 31
Tabla 12. Cantidad de muestra ......................................................................................................... 32
Tabla 13. Solubilidad de compuestos de la mezcla problema. ......................................................... 32
Tabla 14. Cantidad de reactivos separados ....................................................................................... 33
Tabla 15. Preparación de soluciones de niacinamida ....................................................................... 35
Tabla 16. Preparación de soluciones y blancos ................................................................................. 36
Tabla 17. Absorbancias de las soluciones ......................................................................................... 37
Tabla 18. Cantidad de niacinamida obtenida. ................................................................................... 39
Tabla 19. Conversión de reactivo alimentado ................................................................................... 40
Tabla 20. Rendimiento del producto................................................................................................. 40
Tabla 21. Soluciones del producto. ................................................................................................... 41
Tabla 22. Absorbancia obtenida ........................................................................................................ 42
Tabla 23. Concentraciones del producto de evaluación. .................................................................. 42
Tabla 24. Balance de materia condiciones iniciales de cada evaluación. ......................................... 43
Tabla 25. Balance de materia producto final ................................................................................... 44
Tabla 26. Características de niacinamida obtenida........................................................................... 45
Tabla 28. Datos registrados de evaluación 1. .................................................................................. 58
Tabla 29. Datos registrados de evaluación 2. ................................................................................... 61
Tabla 30. Datos registrados de evaluación 3 .................................................................................... 62
Tabla 31. Datos registrados de evaluación 4 .................................................................................... 64
Tabla 32. Datos registrados de evaluación 5 .................................................................................... 66
Tabla 33. Datos registrados de evaluación 6 .................................................................................... 68
Tabla 34. Datos registrados de evaluación 7. ................................................................................... 71
10
Tabla 35. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 72
Tabla 36. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 73
Tabla 37. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 73
Tabla 38. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 74
Tabla 39. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 75
Tabla 40. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 76
Tabla 41. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 76
1.-OBJETIVOS
1.1.-Objetivos generales
I. Estudiar la obtención de niacinamida a nivel laboratorio en reactor por lotes a partir de
ácido nicotínico en presencia de amoniaco en exceso y ausencia de aire en la reacción.
1.2.-Objetivos específicos
II. Estudiar la conversión del ácido nicotínico en función de la presión y temperatura,
variando el tiempo de la reacción.
III. Evaluar un método de separación que incluye la extracción y el secado para la
purificación del producto.
2.-JUSTIFICACIÓN
La importancia de realizar este proyecto es que en México no se produce niacinamida
(vitamina B3). La niacinamida es un componente importante de las coenzimas nicotinamida-
adeninadinucleotido y nicotinamida-adeninadinucleotido.
11
En la legislación mexicana existe la normaNOM-086-SSA1-1994 que establece el contenido
de vitaminas y minerales, entre ellas la vitamina B3, que deben tener los alimentos y bebidas
de consumo humano con modificación en su composición, alimentos envasados y cereales.
Existe otra norma NOM-131-SSA1-2012 donde se establecen los límites de niacinamida para
lactantes y niños de corta edad, donde se señala la cantidad mínima y máxima de esta
vitamina B3.
En el presente proyecto buscamos obtener y purificar niacinamida, que es el último paso de
una serie de reacciones pertenecientes a otros estudios, llevando a cabo esta última reacción
en ausencia de oxígeno.
3.-RESUMEN
La finalidad de este proyecto fue obtener niacinamida (vitamina B3) a partir de la reacción
de ácido nicotínico con amoniaco gaseoso en exceso en relación 1:4 moles. La reacción se
llevó a cabo en un reactor por lotes en condiciones controladas de presión y temperatura
durante horas.
Se estudió la reacción en atmósfera inerte, aumentando y disminuyendo el tiempo reacción,
para determinar el tiempo y la temperatura óptima. Para cuantificar las cantidades de reactivos
remanentes y productos obtenidos se utilizaran métodos analíticos de: colorimetría (Reacción
de König), difracción de rayos X, espectro UV-vis, para separar la niacinamida del ácido
nicotínico se utilizó la diferencia de solubilidades de estos compuesto en sustancias como
agua y alcohol.
4.-ANTECEDENTES
La niacinamida es un compuesto cuya fórmula es: C6H6N2O, sólido cristalino e incoloroy
proporciona los grupos funcionales necesarios para la formación de las coenzimas
esenciales en el metabolismo energético de la célula y reparación del ADN. La ausencia de
estos compuestos en la dieta alimenticia genera enfermedades hecho demostrado en 1914
12
por el bacteriólogo estadounidense Joseph Goldberger. Entre los descubrimientos más
significativos realizados en este campo podemos mencionar:
� 1867: Huber fue el primero en sintetizar el ácido nicotínico.
� En 1867 el ácido nicotínico se sintetizó por oxidación de nicotina con ácido nítrico.
� 1914: Funk aisló el ácido nicotínico de la cascarilla del arroz.
� 1914: Goldberg demostró que la pelagra era una enfermedad nutricional.
� 1917: Chittenden y Underhill indican que la lengua negra del perro es similar a la
pelagra.
� 1935: Warburg y Christian determinan que la niacinamida es esencial en el
transporte de hidrógeno como DPN
� 1936: Euler y colaboradores aislaron el DPN y determinaron su estructura.
� 1937: Elvhehjem et al. Curaron la lengua negra con niacinamida de procedencia
hepática.
Pero hasta 1937 se aisló de fuentes bilógicas y se observó que era efectivo para
curar la lengua negra de perros y la pelagra en los seres humanos.
� 1937: Fouts et al. Curaron la pelagra con niacinamida.
1947: Handley y Bond dan cuenta de que el tejido animal es capaz de convertir el
triptófano en niacina (Remington, 2003)
La niacinamida es un componente esencial de alimentos y bebidas no alcohólicas, existen
normas que establecen las características nutrimentales que se deben sujetar estos productos,
entre sus especificaciones se encuentra la vitamina B3 y la dosis recomendada para la
población (NOM-086-SSA1-1994 y NOM-131-SSA1-2012)
Tabla 1. La ingesta diaria recomendada establecida por el instituto nacional de la nutrición “salvador zubiran”
NUTRIMENTOS VALORES (mg)
Vitamina A 1000
Vitamina E 10
Vitamina C 60
13
Tiamina 1.5
Vitamina B3 20
Tabla 2 Valores nutrimentales de referencia para la población mexicana de 0- 3 meses.
EDAD HOMBRES(mg/día)
MUJERES(mg/día)
0-6 meses 2 27-12 meses 4 4
1-3 años 6 6
4.1.-Estudio de obtención de niacinamida a partir de propileno
La obtención de niacinamida parte de una serie de reacciones, ya estudiadas y realizadas
desde la obtención de acroleína, mediante el método de oxidación catalítica de propileno se
llevó a cabo en un reactor de lecho fijo a nivel planta piloto, en donde se prepararon,
caracterizaron y evaluaron los catalizadores de oxidación de propileno (Hdez, 2004).
Reacción 1 Obtención de acroleína
CH2 CHCH3 + O2 CH2 CHCHO + H2O
El siguiente paso del proceso es ��� � ������� �� �-picolina llamada también 3-
metilpiridina, se obtiene al sintetizar a nivel laboratorio acroleína con amoniaco en
presencia de un gas inerte en este caso fue nitrógeno, se activaron los catalizadores con un
flujo de aire a una temperatura de 450°C por aproximadamente una hora y se realizó la
reacción con los siguientes catalizadores:
Al2O3 /TiO2/NH4F/Mg(NO3)2.6H2O y Al2O3 /TiF4/Mg(NO3)2.6H2O
La reacción se llevó a cabo en un micro reactor de lecho fijo, controlando la temperatura
entre 300 y 500 °C y los flujos de alimentación (Betanzos, 2006)
14
Reacción 2 Obtención de 3- metil piridina
La siguiente etapa es la obtención de ácido nicotínico a partir de 3-metilpiridina. La síntesis
de ácido nicotínico se realizó por oxidación de 3-metil piridina con oxígeno en presencia de
vapor de agua y nitrógeno. La reacción se llevó a cabo en fase gas en un micro reactor de
lecho fijo. Se sintetizaron catalizadores V2O5/TiO2-WOx en diferentes concentraciones de
WOx para dar estabilidad térmica desde una proporción de 0 a 3% conservando la
proporción de 20% en V2O5. La separación del ácido nicotínico se llevó a cabo en una
cámara de condensación a la salida del microreactor donde el ácido se obtuvo en forma de
cristales y otros productos (Hdez, 2011).
Reacción 3 Obtención de ácido nicotínico
La última etapa es la obtención de niacinamida partir de ácido nicotínico en presencia de
amoniaco gaseoso, la reacción se llevó a nivel laboratorio en un micro reactor por lotes en
una proporción de 1 mol de ácido nicotínico por 4 moles de amoniaco. Las condiciones de
reacción fueron de 200-2010°C, con presión cercana a 70 psi, durante 6 horas. Mediante el
método de König se determinó la cantidad de niacinamida, se hizo una exploración
experimental de métodos analíticos de ácido nicotínico y niacinamida en soluciones con
metanol y agua utilizando la espectroscopia ultravioleta- visible. (Ferrer, 2011)
Reacción 4 Obtención de niacinamida
15
+ NH3 + H2O
Para llevar a cabo la reacción de ácido nicotínico con amoniaco gaseoso se tomará como
base la patente N° 4,681.946 la cual describe la preparación de niacinamida por reacción
de ácido nicotínico con amoníaco gaseoso en exceso a temperaturas elevadas (190-200°C)
a no más 60 bar (Baur, et al. 1987) y la tesis de “Obtención de niacinamida a partir de
ácido nicotínico”. (Ferrer, 2011)
5.-INTRODUCCIÓN 5.1 Ácidos carboxílicos
La niacinamida se deriva del ácido nicotínico C6H5NO2, 3-piridina ácido carboxílico.
Sustituyendo el grupo OH por el grupo NH2, tenemos la amida correspondiente, es decir la
nicotinamida, llamada comercialmente niacinamida. Los ácidos carboxílicos son
compuestos de tipo RCOO2H, estos se encuentran con mucha frecuencia en la naturaleza,
incontables productos naturales son ácidos carboxílicos o se derivan de ellos, son usados
como materia prima en la preparación de numerosos derivados de acilocomo los cloruros
de ácido, los ésteres, las amidas y los tioésteres.
También son reguladores de procesos biológicos, se conocieron hasta fecha relativamente
reciente (McMurry, 2008).
En la fig. 1, se muestra la estructura del ácido nicotínico que pertenece a la familia de los
ácidos carboxílicos.
Figura 1. ÁCIDO NICOTÍNICO
16
5.2.-Amidas
Las amidas abundan en todos los organismos vivos; las proteínas, los ácidos nucleicos y
muchos productos farmacéuticos tienen grupos funcionales amidas, estas son más estables a
las condiciones que se encuentran los organismos vivos, por esa razón abundan. La
niacinamida pertenece a la familia de las amidas en la Fig.2 se muestra su estructura. Las
amidas son las menos reactivas de los derivados de los ácidos carboxílicos y experimentan
pocas reacciones de sustitución nucleofílica en el grupo acilo (McMurry, 2008).
Figura 2. NIACINAMIDA
5.3.-Preparación de las amidas
Se preparan por la reacción de cloruro de ácilo con una amina. El amoniaco, las aminas
monosustituidas y las aminas disustituidas experimentan la reacción (McMurry, 2008).
5.4.-Reacción de amidas
Las amidas experimentan hidrólisis para producir ácidos carboxílicos y amoniaco o una
amina mediante el calentamiento en un ácido acuoso o en una base acuosa. Las condiciones
son severas.
La reacción de hidrólisis ácida se efectúa por la adición nucleofílica de agua a la amida
protonada, seguida por la transferencia de un protón del oxígeno al nitrógeno para hacer al
nitrógeno un mejor grupo saliente y la eliminación subsecuente. Los pasos son reversibles,
con el equilibrio desplazado hacia el producto por la protonación del NH3en el paso final
(McMurry, 2008).
17
Figura 3. REACCIÓN DE AMIDAS
La hidrólisis básica sucede por la adición nucleofílica del OH- al grupo carbonilo de la
amida, seguida por la eliminación del ion amiduro (-NH2) y la desprotonación subsecuente
del ácido carboxílico formado inicialmente por el ion amiduro. Los pasos son reversibles,
con el equilibrio desplazado hacia el producto con la desprotonación del ácido carboxílico.
La hidrólisis básica es más difícil que la reacción análoga catalizada por ácido debido a que
el ion amiduro es mal grupo saliente, lo que dificulta el paso de la eliminación(McMurry,
2008).
5.6.- Vitaminas
Son nutrientes orgánicos esenciales para los seres humanos, la mayor parte de la vitaminas
sirven como coenzimas o partes de ellas; tienen funciones catalíticas y son utilizadas en
funciones catalíticas y metabólicas.
Las vitaminas pueden ser solubles en agua como la familia del complejo B, las cuales son
importantes para el metabolismo celular (Campbell A. et al, 2000).
5.7.- Importancia de la niacinamida
La niacinamida y ácido nicotínico son bloques de construcción para las
coenzimasnicotinamida-adenina dinucleótido (NAD) y nicotinamida-adenina dinucleótido
18
fosfato (NADP) de nuestro organismo. Estas coenzimas son necesarias para todas las
células vivas, permiten tanto la conversión de carbohidratos en energía, así como el
metabolismo de las proteínas y las grasas, ya que el cuerpo humano no produce el ácido
nicotínico ni la amida, dependen de la ingesta diaria a través de los productos alimenticios (
Chuck, 2004).
Figura 4. ESTRUCTURAS DE NAD Y NADP
5.8.-Proceso conversión a niacina
Este proceso comienza con la amoxidación en fase gaseosa de 3 - picolina a 3 -Cianopiridina,
posteriormente a ácido nicotínico, en la última fase se hace reaccionar el ácido nicotínico con
amoniaco como se muestra fig.5, este proceso se lleva a cabo a presiones y temperaturas
elevadas, para garantizar altas concentraciones (Chuck, 2004).
19
Figura 5. Amoxidación de 3 - picolina y la hidrólisis de Cianopiridina para obtención de ácido nicotínico y de niacinamida
6.- METODOS DE ÁNALISIS PARA LAS EVALUACIÓN.
6.1 Propiedades físicas y químicas ácido nicotínico y nicotinamida.
El ácido nicotínico (niacina) y la nicotinamida (niacinamida), ambas tienen propiedades vitamínicas y se conocían desde hace 20 años antes de que se supiera de su importancia biológica.
Figura 6 Estructuras del ácido nicotínico y nicotinamida
20
Tabla 3 Propiedades de amoniaco. Perry
COMPUESTO INORGANICO
FORMULA PM COLOR ÍNDICE REF.
DENSIDADRELATIVA
PFC PEC SOLUBILIDAD EN 100
AMONIACO NH3 17.03 Gas incoloro
lq 0.81779°C ,
-77.7 -33.4 Agua fría 89.– 0°C
Agua calient7.4 -96°C
Tabla 4 Propiedades de la niacinamida
21
Tabla 5 Propiedades del Ácido Nicotínico
6.2.-Método de separación
La nicotinamida es altamente soluble en agua y éter Estas características de solubilidad
permite la separación de las dos vitaminas.
6.3.-Cuantificación
Existen métodos espectrofotométricos para la determinación de derivados de piridina
utilizando la reacción de König. En esta reacción los derivados de piridina con hidrógeno en
al menos una de las posiciones adyacentes al nitrógeno heterocíclico, reaccionan con bromuro
de cianógeno para producir un derivado de aldehído glutacónico, que podría ser acoplado con
una arilamina para dar un colorante de polimetina que absorbe en el rango de 450-550 nm de
longitud de onda (Peiró M. E. et al, 2004).
6.4.- Método colorimétrico
Determinación de niacinamida en alimentos y drogas
A. Reactivos
a) Soluciones estándar de niacinamida mg/ml
22
b) Dilución de hidróxido de amonio – Diluir 5 ml en 250 de H2O
c) Solución de CNBr (Bromuro de Cianógeno). Calentar 370 ml de H2O a 40°C,
adicionar 40grs de CNBr hasta su total disolución, posteriormente diluir a 400ml de
H2O fría, mantener en refrigeración. Nota ( evitar el contacto con el CNBr)
d) Solución de ácido sulfanílico 10%. Pesar 2 gr de ácido sulfanílico, agregar 170 ml
H2O y adicionar 1ml o más de NH4OH hasta disolver. Ajustar el pH a 4.5 con HCl.
B. Preparación de soluciones estándar
a) Preparar diferentes soluciones disminuyendo la concentración de niacinamida,
la cantidad de la solución estándar deberá ser igual en la preparación del blanco
b) Preparar la solución de referencia tomando alícuotas de las soluciones que se
muestran en la tabla 6 siguiendo el orden, así como la solución blanco.
Tabla 6. Preparación de solución de referencia y blanco
Solución referencia Blanco 1 ml Sol. referencia 1 ml Sol. referencia 0.5 ml dil. NH4OH 0.5 ml dil. NH4OH 6.5 ml H2O 1.5 ml H2O 0 ml CNBr 5 ml CNBr 2 ml ácido sulf. 10% 2 ml ácido sulf. 10% 1 gota HCl
Ajustar el espectrómetro a 450 nm, ajustar con cada respectivo blanco las soluciones de
referencia y anotar la absorbancia los primeros minutos (HerrichKenneth, 1990)
6.5.- REACCIÓN KONIG.
Se cuaterniza el núcleo de piridina mediante bromuro de cianógeno es seguido por apertura
del anillo para generar eldialdehído intermedio putativo. La reacción de este compuesto con
una base apropiada, como el sulfato de p - metilaminofenol o ácido sulfanílico, genera un
colorante. La concentración de este tinte es determinado colorimétricamente (Wiley, 1988).
23
Figura 7. Reacción König
7.-DESARROLLO EXPERIMENTAL
7.1-Estequiometria y balance de la reacción
Se hace reaccionar ácido nicotínico más amoniaco en exceso, para producir niacinamida, el
esquema se muestra en la reacción 5.
Reacción 5 Obtención de Niacinamida
7.1.1.- Balance de la reacciónEl balance de la reacciónse muestra en la tabla 7
24
Tabla 7 Balance de compuestos
Elemento Reactivos ProductosC 6 6H 8 8N 2 2O 2 2
7.1.2.- Conversión a molesCalculo de los moles, tomando como base 6 gramos de ácido nicotínico
Ecuación 1
�� =�
�����
C6H5NO2 + NH3 C6H6N2O + H2O
PM 123.11 17.03 122.13 18
Masa 6 0.83gr 5.952gr 0.876
Mol 0.0487 0.0487 0.0487 0.0487
7.1.3.- Cálculo de la presión de amoniaco
La cantidad de amoniaco calculada para la reacción se encuentra en moles, para conocer la
cantidad a inyectar al reactor se convierte en presión, utilizando la ecuación de gas ideal.
Ecuación 2. Gas Ideal
� = ��
Tabla 8. Valores de reacción
DatosPresión -Volumen Reactor 0.34 LR ( constante) 0.082L*atm/ mol KTemperatura 298.15 KMoles 0.0486 mol
25
� =0.0486mol 0.082L atm / mol K 298.15 K
0.35 L=3.5 atm
� = 3.5 ��� = 51.53 ����
7.1.4.- Cálculo del exceso de amoniacoLa reacción se realizó utilizando exceso de amoniaco en relación 1:4 con respecto al ácido
nicotínico.
� = 51.53 ���� = 206.134194 psia
Esta es la presión estimada para inyectar la cantidad de amoniaco en exceso de 1:4, el
manómetro del reactor indica un máximo de 200psias, por lo que se inyectará amoniaco lo
más cercano a esa presión.
7.2.-Evaluación del sistema de reacción
7.2.1.-Sistema de reacción consistente de:� Agitador magnético
� Balanza Analítica
� Bomba de vacío
� Reactor ( R )
� Parrilla de agitación (PA)
� Control de temperatura (CT)
� Tanque de amoniaco (F)
Figura 8. Balanza Analítica.Sartorius Max 210 g, d=0.1mg
26
Figura 9. Reactor de acero inoxidable capacidad 0.35 L
7.2.2.-Diagrama del equipoEl sistema de reacción se muestra en la Figura 10
T = 200°C
T = 20 °C
P
CT
PA
R
Termoposo
Línea de amoniaco
F
K
K
K
Figura 10. Diagrama de reacción
27
7.2.3.- Procedimiento� Pesar 6 gramos ± 0.0001 gr de ácido nicotínico en balanza analítica, introducir al
reactor (R), con un agitador magnético, cerrar el sistema.
Figura 11. Ácido Nicotínico dentro del reactor.
� Colocar el reactor en la parrilla de agitación (PA), así como la resistencia, antes de
introducir el amoniaco en fase gaseoso, extraer en aire.
Figura 12. Instalación de la reacción
� Introducir el amoniaco al sistema hasta alcanzar la presión de 105 psiay cerrar el sistema.
Figura 13. Sistema de amoniaco
� Iniciar el calentamiento y la agitación, programando el control de temperatura hasta
200 °C.
28
� Registrar los valores de Presión y Temperatura cada 5 minutos desde el t=0, hasta el
t=tf, variando el tiempo desde 6 hasta 1 hrs. Los valores registrados se muestran en
la Fig. 14 y Fig. 15.
Donde se observa como la temperatura aumenta y la presión disminuye lo cual
indica que el amoniaco está reaccionando.
Figura 14. Gráfica temperatura Vs tiempo
0102030405060708090
100110120130140150160170180190200210220
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390
Reacción 7 Reacción 6 Reacción 5 Reacción 4 Reacción 3 Reacción 2 Reacción 1
Temperaturas (°C)
Tiempo ( Min)
29
Figura 15. Gráfica de presiones Vs tiempo de reacción.
� Realizar este procedimiento para 7 diferentes evaluaciones. Ver tabla 9.
Tabla 9. Condiciones de evaluación.
Evaluación1
Evaluación2
Evaluación3
Evaluación 4
Evaluación5
Evaluación 6
Evaluación 7
Ácido Nicotínico
(mol)
0.04876939 0.04881813
0.04881813
0.04876939
0.04876939 0.04876939
0.04876939
Presión (psia)
100 98 105 105 100 105 105
Tiempo (min)
365 60 125 125 310 305 125
0102030405060708090
100110120130140150160170180190200210
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390
Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 Reacción 4 Reacción 5 Reacción 6 Reacción 7
Presiones (Psia)
Tiempo (min)
30
Temperatura
inicial(°C)
20 19 28 23 23 25 22
Vació si si Si Si si si Si
7.2.4. Condiciones y características producto finalAl término de cada evaluación se registró los datos de presión y temperatura a la cual el
sistema llegó, así como las características del producto.
Tabla 10. Condiciones al final de las 7 evaluaciones
Evaluación1
Evaluación2 Evaluación3
Evaluación 4
Evaluación5
Evaluación 6
Evaluación7
Presión final (psia)
60 200 79 64 71 71 80
Temperatura final(°C)
204 115 124 131 126 126 122
pH 9 5 9 10 10 7Color Obscuro Cafe Amarillo Amarillo
y cafeCafe
yamarillo
Cafey amarillo
Cafey
blanco
8.-RESULTADOS
8.1.-PRUEBAS DE SOLUBILIDAD
Realizar pruebas de solubilidad ya que el producto de las evaluaciones es una mezcla de
niacinamida y ácido nicotínico sin reaccionar, para aplicar el método de filtrado y secado.
8.1.1.-Material� Agitador
� Balanza Analítica
� Vasos de precipitados
8.1.2.-Procedimiento� Pesar un gramo de cada reactivo en un vaso de precipitados
� Agregar diferentes cantidades de agua desde un 1 ml hasta 80 ml.
� Agitar y agregar agua desionizada hasta disolver cada reactivo.
31
� En la tabla 11, se muestran los resultados obtenidos, donde la solubilidad de la
niacinamida es 1gr/1.5ml y del ácido nicotínico es 1g/80ml en este último reactivo
se observó insolubilidad después de tiempo 5 minutos aproximadamente.
Tabla 11. Solubilidad de Niacinamida y Ácido Nicotínico.
Cantidad Agua (ml) Niacinamida (1 g) Ácido Nicotínico (1g)1 Insoluble Insoluble
1.5 Soluble Insoluble2 Soluble Insoluble10 Soluble Insoluble20 Soluble Insoluble40 Soluble Insoluble60 Soluble Insoluble80 Soluble Soluble
Figura 16. Solubilidad de Ácido Nicotínico
8.2.- TRATAMIENTO DE UNA MUESTRA PROBLEMA
Es una muestra que consiste en una mezcla de composición conocida de niacinamida y
ácido nicotínico.
8.2.1Objetivo� Comprobar la cantidad de ácido nicotínico y niacinamida separando ambos
reactivos por medio de sus propiedades de solubilidad.
8.2.2.- Material y reactivosMaterial utilizado
� Balanza analítica
32
� Vidrio reloj
� Embudo de plástico
� 2 vasos de precipitados 40 ml
� Agitador
� Parrilla
� Papel filtro
Reactivos
� (Niacinamida+ Acido Nicotínico)
� Agua
� Solución bromuro de cianógeno. Pesar 2 gramos de bromuro de cianógeno y
disolver con 38.5 ml de agua caliente.
8.2.3.-Procedimiento� Pesarla muestra problema
Tabla 12. Cantidad de muestra
Compuesto GramosMezcla (ácido nicotínico y niacinamida) 2.58
� Disolver la muestra con agua desionizada.La cantidad de la muestra problema es
2.58 gramos, de acuerdo a la información del compuesto más soluble, adicionar 10
ml de agua agitando por 5 minutos.
� Colocar en un embudo un papel filtro para separar los reactivos.
� Evaporar el filtrado, la niacinamida al ser soluble se arrastró con el agua filtrada y el
ácido nicotínico es retenido en el papel filtro al ser insoluble en tan poca cantidad de
agua.
Tabla 13. Solubilidad de compuestos de la mezcla problema.
Compuesto SolubilidadNiacinamida 1g/1.5 mlÁcido nicotínico 1g/80 ml
33
� Secar en la estufa a 50°C hasta peso constante.
� Colocar el papel filtro con los sólidos en la estufa a 50°C, hasta peso constante
Figura 17. Mezcla problema separada
� Cuantificar cada producto obtenido, los resultados se muestran en la tabla 14.
Tabla 14. Cantidad de reactivos separados
Reactivo Cantidad (g)
Niacinamida 1.1899Ácido Nicotínico 1.3901
Total 2.58
Este total corrobora la cantidad inicial que fue de 2.58 gr
8.2.4.- Método Colorimétrico para muestra problema� Determinación de niacinamida y ácido nicotínico en la mezcla problema.
� Colocar en un vial 0.0069g de la muestra filtrada ( niacinamida)
� Colocar en un segundo vial 0.007 gramos de la muestra retenida en el papel filtro
(ácido nicotínico)
� A cada vial agregar 3ml de agua y 23 gotas de la solución bromuro de cianógeno
� Al agregar el bromuro de cianógeno a cada vial se observa que la muestra de
niacinamida desarrolla un color amarrillo característico de la reacción de König y la
34
ausencia de color en el vial que contiene la muestra de ácido nicotínico como se
muestra en la fig. 18.
Figura 18. Muestra de niacinamida y ácido nicotínico en presencia de bromuro de cianógeno
8.3.- DETERMINACIÓN POR EL MÉTODO DE KÖNIG
8.3.1.- Curva de calibraciónMaterial
� Vaso de precipitado 40 ml
� Buretas
� Matraz aforados de 500 ml
Reactivos� Ácido sulfanílico
� Ácido clorhídrico
� Bromuro de cianógeno
� Hidróxido de amonio
� Agua desionizada
� Parrilla de calentamiento
� Tiras de pH
� Espectrofotómetro
35
Figura 19. Espectrofotómetro
8.3.2.-Preparación de los reactivos
a) Soluciones estándar
Se preparan 5 soluciones de niacinamida a diferente concentración aforadas en un
matraz de 500 ml, como se muestra en la tabla 14, donde se indican las
concentraciones utilizadas
b) Solución de Hidróxido de Amonio
Tomar una alícuota de 1 ml de NH4OH en un matraz aforado de 50 ml y llevar
hasta la marca con agua desionizada.
c) Solución de CNBr
Preparar en la campana de extracción esta solución ya que el CNBr es toxico.
Calentar 18.5 ml de agua a 40o, adicionar 2 gramos de CNBr, y agitar hasta
completa disolución agregar 20 ml de agua y almacenar en refrigeración
herméticamente tapado.
d) Solución de Ácido Sulfanílico 10%
En un matraz agregar 2g de ácido sulfanílico y 17.15 ml de agua, agregar 2.5 ml
NH4OH para disolver el ácido, ajustar el pH= 4.5 con 0.4 ml HCl.
Tabla 15. Preparación de soluciones de niacinamida
Soluciones mg niacinamida/ ml agua Concentración mg/ml1 100/500 0.22 50/500 0.13 25/500 0.054 12.5/500 0.0255 5/500 0.010
36
8.3.3.- Determinación colorimétrica
� Colocar 5 vasos de precipitados. Agregar un 1 ml de cada una de las soluciones
estándar. Por cada solución estándar correr un blanco
� Agregar 0.5ml NH4OH a cada vaso.
� Agregar las cantidades de agua, CNBr, ácido sulfanílico y HCl en este orden según
las cantidades de la tabla 16.
Tabla 16. Preparación de soluciones y blancos
Sustancias Solución (ml) Blanco (ml)Solución de niacinamida
1 1
solución NH4OH1:50
0.5 0.5
H2O 1.5 6.5Sol. CNBr 5 0Sol. Ácido sulfanilico
2 2
HCl 0 1 gota
� En la fig.20 se muestran las 5 soluciones preparadas con su correspondiente blanco,
el desarrollo de color corresponde a las concentraciones de las soluciones estándar
que van de 0.2 hasta 0.01 mg/ml. De izquierda a derecha se observa la disminución
del color amarillo al disminuir la concentración de niacinamida.
Figura 20. Muestras preparadas
� Pasar las muestras a celdas.
37
� Leer de inmediato (t=0) en el espectrofotómetro la absorbancia a 450nm,
calibrando a cero con el blanco correspondiente para las 6 concentraciones.
� Repetir las lecturas a t=1, 2,3,4,5,6 minutos, registrando las absorbancia y
concentraciones.
� Elaborar las curvas de calibración a los 7 diferentes tiempos, realizando el ajuste
lineal.
Tabla 17. Absorbancias de las soluciones
Concentración Absorbancia0.2 1.6990.1 0.5840.05 0.2070.025 0.0510.01 0.042
Figura 21. Curva de calibración.
y = 8.963x - 0.173R² = 0.976
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Abso
rban
cia
Concentración
Curva de calibración niacinamida
38
8.4- METODO DE SEPARACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA UNA DE LAS
EVALUACIONES
El producto de cada evaluación es una mezcla desconocida de ácido nicotínico,
niacinamida y agua, aplicar el método de separación y secado para separar la vitamina B3
(niacinamida).
Material
� Vaso de precipitado
� Papel filtro
� Embudo
Procedimiento
� Disolver el producto con agua desionizada aproximadamente 9 ml o la suficiente
cantidad en la cual se disuelva la niacinamida y el ácido nicotínico permanezca
insoluble.
� Filtrar a través de papel filtro previamente tarado.
Figura 22. Filtrado de la muestra.
� Llevar las muestras filtradas a sequedad, evaporar primero el agua en una parrilla
de calentamiento y colocar después en una estufa a no más de 100º C por 20 min y
triturar hasta convertir en polvo.
39
� Colocar el papel filtro con los sólidos retenidos en un vidrio de reloj en la estufa y
realizar el mismo procedimiento de secado que para las muestras filtradas.
Figura 23. Solidos retenidos en el papel filtro.
� Pesar cada uno de los productos obtenidos
� Repetir este procedimiento para cada una de las corridas experimentales
Tabla 18. Cantidad de niacinamida obtenida.
Reacciones Producto obtenido (gr)
Producto obtenido
(mol)1 0.9822 0.015360682 3.5504 0.029070663 4.6795 0.038315734 4.3989 0.036018185 3.1392 0.025703766 3.99 0.032670117 4.4192 0.03618439
8.4.1.-ConversiónLa conversión está dada por la ecuación 3. Se define como la cantidad de moles
alimentados menos la cantidad de moles que reaccionaron entre los moles alimentados por
100.
40
Ecuación 3. Conversión
%� =�1 � �2
�1
100
Donde
�1 = ����� ��������� �� ��� ����������
�2 = ����� ������� �� ��� ����������
%� = ��������ó�
Tabla 19. Conversión de reactivo alimentado
Reacciones �� �� %�
1 0.04876939 0.9822 83.64090612 0.04881813 0.143 97.62063233 0.04881813 1.0044 83.28785364 0.04876939 0.9961 83.40939375 0.04876939 0.8015 86.65056636 0.04876939 0.9825 83.63590947 0.04876939 0.9822 83.6409061
8.4.2.- Rendimiento %Se define como la cantidad de moles de producto obtenido entre la cantidad de moles de
reactivo limitante alimentados por cien.
Ecuación 4. Rendimiento
� =��
�� × 100
Tabla 20. Rendimiento del producto
Reacciones Rendimiento 1 31.2458361 2 59.0748752 3 77.8618968 4 73.2661559 5 52.2851432 6 66.4556962
7 73.6042638
41
8.4.3.-Cuantificación del producto de cada evaluación por método colorimétricoMaterial
� Vaso de precipitado
� Buretas
� Matraz aforados de 500 ml
� Parrilla de calentamiento
� Tiras de pH
� Espectrofotómetro
Procedimiento
� Preparar soluciones con cada producto de evaluación de la cantidad obtenida del
filtrado, tomar miligramos para corroborar esta concentración.
� Pesar 5mg ± 0.005, aforados en un matraz de 50 ml
� En la tabla 21 se muestras las cantidades utilizadas de cada producto, así como la
concentración esperada.
Tabla 21. Soluciones del producto.
Producto de Evaluación mg niacinamida/ ml agua Concentración mg/ml
1 7.8/ 50 0.1562 6.2/50 0.1243 5/50 0.14 5/50 0.15 5.5/50 0.116 6.3/50 0.1267 5.5/50 1.1
� Por cada solución preparar un blanco, exactamente en el misma forma que para la
curva de calibración mencionado
� Ajustar el espectrómetro a 450nm, medir las absorbancias de cada solución
problema ajustando a cero con su respectivo blanco.
� Determinar la concentración de cada muestra comparando con la curva de
calibración
42
Los valores obtenidos se muestran en la tabla. 22
Tabla 22. Absorbancia obtenida
Evaluación Absorbancia1 1.3222 0.7643 0.4704 0.6515 0.9196 0.5177 0.644
� Con la curva realizada en la sección 8.3, Fig. 21, se leen los datos de concentracióncon cada valor de absorbancia obtenido, estos valores se muestran en la Fig.24
Figura 24. Concentraciones de cada evaluación
� Las concentraciones leídas de la Fig.24se muestran en la tabla 23.
Tabla 23. Concentraciones del producto de evaluación.
Producto Concentraciónmg/ml
Concentración curva de calibración mg/ml
1 0.156 0.1642 0.124 0.118
43
3 0.1 0.0854 0.1 0.1075 0.11 0.1326 0.126 0.147 1.1 1.04
9.- ANÁLISIS DE RESULTADOS
9.1.- Balance materia en el t=0
De acuerdo a los datos obtenidos de cada una de las reacciones, condiciones iniciales y
finales, se realizó un balance de materia para corroborar los datos. Se utilizó la ecuación 2
para convertir la presión de amoniaco a moles, para posteriormente convertir de moles a
masa con la ecuación 1. Los resultados se muestran en la tabla 24.
Tabla 24. Balance de materia condiciones iniciales de cada evaluación.
Reacciones Ácido nicotínico
(mol)
Amoniaco (psia)
Amoniaco (mol)
Moles totales alimentados
1 0.04876939 100 1.4144095 1.4632 2 0.04881813 87 1.23474827 1.2836 3 0.04881813 105 1.44567775 1.4945 4 0.04876939 105 1.47008561 1.51895 0.04876939 100 1.40008153 1.4489 6 0.04876939 105 1.46022423 1.5090
7 0.04876939 105 1.47506642 1.5238
9.2 Balance de materia en t=tf
Se conoce la cantidad de amoniaco sin reaccionar, este valor se convierte de presión a
moles y estos moles a masa con las ecuaciones 2 y1.
La cantidad de niacinamida que se obtuvo por solubilidad y filtrado se menciona en el
punto 8.4, tabla 18.
En la tabla 19 se reporta la cantidad de ácido nicotínico (�� )que quedo retenido en el papel
filtro.
44
El agua obtenida en las evaluaciones no se pudo cuantificar exactamente pero se observó
que la cantidad que formada no excedía los 20 ml, para cuantificar esta agua se resta el total
de masa alimentada calculada en la tabla 24, menos la suma de niacinamida, ácido
nicotínico son reaccionar y amoniaco se muestra en la ecuación 5.
Ecuación 5 Balance de materia para el agua
����� = �!.". + �"#3 � (�� + �!.". + �"#3)
El balance de materia total en el t=tf es la suma de todos los productos obtenidos como se
muestra en la ecuación 6.
Ecuación 6. Masa total al t=tf
�� = �!.". + �"#3 + �" + �#2$
Los valores de balance de materia obtenidos se muestran en la tabla 25.
Tabla 25. Balance de materia producto final
Reacciones Ácido Nicotínico (mol) Amoniaco (mol)
Niacinamida (mol) Agua Total
1 0.00797823 0.83441384 0.01536068 0.6054 1.4632 2 0.00116156 2.78137948 0.02907066 -1.5280 1.2836 3 0.00815856 1.0986449 0.03831573 0.3494 1.4945 4 0.00809114 0.89004143 0.03601818 0.5847 1.5189 5 0.00651044 0.98738972 0.02570376 0.4292 1.4489 6 0.00798067 0.98738972 0.03267011 0.4810 1.5090
7 0.00797823 1.11255179 0.03618439 0.3671 1.5238
NOTA. (La cantidad de agua calculada en la evaluación 2 es negativa ya que la presión de
amoniaco durante toda la evaluación no se observó disminución de materia ya que el
tiempo
9.3. Características y apariencia del producto de evaluación (Niacinamida).
Los productos obtenidos de cada evaluación (Niacinamida), después de someterse a
evaporación y secado, se analizaron las características físicas, estas se muestran en la tabla
26.
45
Tabla 26. Características de niacinamida obtenida
Evaluación1
Evaluación2 Evaluación3
Evaluación4
Evaluación5
Evaluación6
Evaluación7
Solubilidad Poco soluble
si si si si si si
pH 5 5 5 5 5 6 5Color Obscura Café claro Amarillo y
blancoBlanco y amarillo
Café Café claro Café claro
9.4. Difracción de rayos X
Departamento de Ingeniería metalúrgica y materiales
ESIQUE- IPN
Prof. Beatriz Zeifert
Equipo: Difractometro marca Buker
Modelo: D8 Focus
Figura 25. Difractometro de rayos x.
46
Se analizaron por el método de difracción de rayos x las muestras obtenidas de
niacinamida de cadaevaluación , así como los reactivos puros de ácido nicotínico y
niacinamida.
La Fig.26. Muestra el difractogramadel ácido nicotínico, este producto (color negro),
coincide con la carta de ácido nicotínico que se encuentra en la base de datos (color rojo).
47
Figura 26. Estructura del ácido Nicotínico
La Fig.27. Muestra el difractograma de la niacinamida como reactivo puro, de igual manera
coincide con la carta de nicotinamide o niacinamida (carta color rojo).
48
Figura 27. Estructura de Niacinamida
Análisis del producto de evaluación 2.
La Fig. 28. Muestra el difractograma, del producto de evaluación (color negro), donde se
observa la presencia de niacinamida en bajas proporciones (carta color azul), así como
cantidades de ácido nicotínico en mayor cantidad con respecto a la vitamina, se observa
otros compuestos diferentes a la familia de picos de niacinamida y ácido nicotínico, no se
conocen con exactitud pero se asociaron con posibles compuestos en la figura se muestran
las cartas que posiblemente sean.
49
Figura 28. Difractograma del producto de evaluación 2.
Análisis del producto de la evaluación 3
La Fig.29. Muestra el difractograma del producto en color negro, dondese observan dos
productos obtenidos que es ácido nicotínico (carta color rojo) y niacinamida (carta color
azul), la proporción de la niacinamida es mayor que el ácido nicotínico, por la intensidad de
los picos y cantidad de ellos.
50
Figura 29. Difractograma del producto de evaluación 3.
Análisis del producto de la evaluación 4
La Fig. 30. Muestra el difractograma del producto 4 en color negro, donde solo se
observan dos productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (carta color azul y
niacinamidaen mayor cantidad (carta color rojo).
51
Figura 30. Difractograma del producto la evaluación 4.
Análisis del producto de la evaluación 5
En la Fig.31. Muestra el difractograma del producto 5 (color negro), donde se observan 3
productos obtenidos, ácido nicotínico en mayor cantidad (color rojo) y niacinamida en
cantidades menores respecto al ácido (color azul) y un tercer compuesto (color verde) que
se asocia a los patrones de ……..
52
Figura 31. Difracrograma del producto de evaluación 5
Análisis del producto de la evaluación 6
La Fig. 32. Muestra el difractograma del producto 6 (color negro), donde se observan dos
productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (color azul) y niacinamida en mayor
cantidad respecto al ácido (color rojo).
53
Figura 32. Difractograma del producto de evaluación 6.
Análisis del producto de la evaluación 7
La Fig. 33. Muestra el difractograma del producto 7 (color negro), donde se observan dos
productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (color roja) y niacinamida en cantidad
mayor comparada con la del ácido (color azul).
54
Figura 33. Difractograma del producto de evaluación 7.
10.- CONCLUSIONESEn este proyecto se estudió la obtención de vitamina B3 en 7 diferentes condiciones de
evaluación variando el tiempo, programando el control de temperatura a 200°C. La primera
evaluación fue de 6 horas alcanzando una temperatura de 200°C, el producto obtenido fue
de color obscuro y olor desagradableel tiempo de evaluación debe de ser menor, ya que se
busca un producto cristalino. Las siguientes pruebas fueron de menor tiempo, se realizaron
en ausencia de oxígeno.
Las reacciones siguientes se realizaron a menor tiempo sin llegar a la temperatura de
200°C, en todas ella el producto obtenido fue más claro. En las condiciones de la
evaluación4 temperaturas 125 ° C y 105 Psia de presión de amoniaco, fue donde se obtuvo
el producto más claro, comprobando con la otra prueba a las mismas condiciones.
55
La apariencia del producto es más cristalina en las evaluaciones realizadas en evacuando el
aire previo a la evaluación ,aparentemente el oxígeno puede estar oxidando al compuesto
orgánico.
Se aplicó el método de separación de filtración y secado, de acuerdo a las pruebas de
solubilidad realizadas tanto del producto como del reactivo, corroborando los datos
reportados. En base a esta información el producto de cada evaluación fue separado, por
medio de solubilidad y filtración, para separar el ácido nicotínico que no reacciono al ser
insoluble en el agua. Para eliminar cantidades de agua y trazas de amoniacose sometieron a
tratamiento de evaporación y secado. Obteniendo los productos que se muestran en la
Fig.34.Donde se observa una gama de colores desde obscuro hasta casi blanco.
Figura 34. Productos de las evaluaciones (Niacinamida).
En el producto 1 y 5 se tienen los colores más obscurosy su textura es diferente a la de un
polvo.
Los productos de las evaluaciones 4 y 7 se realizaron a las mismas condiciones de
evaluación, observando un color diferente en ambos.
Los productos 2, 3, y 6 presentan colores intermediosno muy claros, no muy obscuros y
textura de polvo.
De acuerdo a las propiedades físicas dela niacinamida es un polvo cristalino blanco, la
evaluación que en propiedad física se acerca más a esta característica es el producto de la
evaluación 3, 4 y la evaluación 7 debería de hacerlo también ya que se realizó a las
mismas condiciones que la evaluación 4, sin embargo presenta un color más obscuro.
56
Para corroborar la cantidad y pureza de cada producto, se sometieron a pruebas de
colorimetría y difracción de rayos. Las muestras conocidas de niacinamida coincidieron con
las cantidades leídas en la curva de calibración realizada para método colorimétrico, los
resultados se muestran en la Fig.23.
En la tabla 18, nos muestra la cantidad de niacinamida (vitamina B3) obtenida. La mayor
cantidad la obtenemos en lasevaluaciones 3, 4 y 7 con 4.6795, 4.3989 y 4.4192 gr
respectivamente, menor cantidad en las evaluaciones 5, 2 y 6 con 3.1392, 3.5504 y 3.99 grs
y definitivamente donde se obtuvo la menor cantidad fue en la evaluación 1 con 0.9822 grs
La evaluación 4 y 7 que fueron realizadas en las mismas condiciones. El rendimiento
reportado en la tabla 20 es semejante, 77 y 73 % respectivamente, sin embargo el color no
fue igual de cristalino y blanco en ambas.
Para corroborar el producto obtenido,o sea vitamina B3 se aplicó una técnica de
caracterización basada en las propiedades de estructura cristalina que es la difracción de
rayos x.
Los difractogramas de este análisis muestran en todas las evaluaciones la presencia de
niacinanimda (Vitamina B3): en la evaluación 2 se obtiene niacinamida en mayor cantidad
que el ácido nicotínico y la evaluación 5 se encuentra el ácido nicotínico en mayor
cantidad, pero a la vez se obtiene en los dos productos otros compuestos que no se
identificaron en su totalidad, se asociaron a otras cartas que posiblemente sea el compuesto.
Los productos de las evaluaciones 3, 4, 6 y 7, solo se obtienen 2 compuestos, que es el
reactivo ácido nicotínico en menor cantidad que el producto que es niacinamida (vitamina
B3). De estas 4 reacciones se observa que los difractogramas de las evaluaciones 4 y 7,
tienen mayor presencia de vitamina B3, ya que la familia de picos de las reacciones
obtenidas coincide perfectamente con la carta de niacinamida y menor cantidad de ácido
nicotínico.
De acuerdo a todos los resultados obtenidos, se obtuvo vitamina B3 en cadaevaluación,
pero también se encontró ácido nicotínico, se concluye que el método de purificación no es
el adecuado para separar estos reactivos. Por el cual hay que investigar algún otro método y
57
aplicarlo. Para las reacciones 2 y 5, donde se obtuvieron otros productos, sería necesario
revisar las condiciones a las cuales se realizaron y aplicar otra técnica de caracterización
con el fin de conocer los compuestos y estudiar por que se formaron a esas condiciones.
Las condiciones que dieron mejores resultados para obtener la vitamina B3 de acuerdo a los
resultados obtenidos, es una temperatura de 125°C ±5 °C y un tiempo de evaluación de a lo
más 2.5 horas.
El método colorimétrico y difracción de rayos X concuerdan cuantitativamente y
cualitativamente con las cantidades reportadas de ácido nicótico y niacinamida.
Se observa solo un tercer subproducto en cantidades significativas en las evaluaciones 2 y
5 a las condiciones de 1 y más de 5 horas que podría ser otros compuestos.
11.-BIBLIOGRAFIA
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bebidas no alcohólicas con modificaciones en su composición. Especificaciones
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58
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Wiley John. (1988). Encyclopedia of Chemical Technology. Fourthedition, vol. 26
ANEXO ACondiciones de evalución
Tabla 27. Datos registrados de evaluación 1.
t (min) T (°C) P (psia) 0 20 100 5 37 118
10 65 118 15 85 118 20 87 122 25 90 122 30 94 123 35 98 124 40 101 125 45 108 130 50 108 128 55 108 128 60 109 126 65 109 124 70 109 122 75 108 120 80 109 120 85 111 119 90 111 118
59
95 115 116 100 117 111 105 117 85 110 120 81 115 120 78 120 121 75 125 121 73 130 123 73 135 123 70 140 123 70 145 124 68 150 124 66 155 124 66 160 125 65 165 125 64 170 125 64 175 125 63 180 124 62 185 125 62 190 125 63 195 125 62 200 125 60 205 126 58 210 125 56 215 125 55 220 126 53 225 126 50 230 126 50 235 127 48 240 128 48 245 128 46 250 129 45 255 128 33 260 129 27 265 129 20 270 129 16 275 130 15 280 130 28 285 130 30 290 131 55 295 131 58 300 131 50 305 140 56
60
310 207 55 315 191 60 320 162 62 325 190 60 330 170 62 335 189 60 340 202 60 345 204 62 350 204 60 355 204 60 360 204 60 365 204 60
Figura 35. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 1
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Evaluación 1
Temperatura (°C)
Tiem
po (m
in)
61
Figura 36. Producto de evaluación 1
Tabla 28. Datos registrados de evaluación 2.
t (min) Temperatura (°C) Presión (Kpa) 0 19 87 5 31 85
10 51 87 15 63 111 20 73 126 25 89 145 30 98 149 35 101 140 40 105 144 45 107 155 50 110 170 55 113 195 60 115 200
62
Figura 37. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 2
Figura 38. Producto de evaluación 2
Tabla 29. Datos registrados de evaluación 3
t (min) T (°C) P (psia) 0 28 105 5 37 105
10 55 105 15 74 106 20 90 106 25 95 106 30 98 106 35 96 104 40 98 100
020406080
100120140160180200220
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Evaluación 2
Temperatura (°C) Presión (Kpa)
Tiempo (min)
63
45 100 100 50 100 100 55 103 100 60 107 100 65 108 100 70 110 99 75 110 99 80 110 99 85 110 99 90 110 98 95 111 97
100 111 95 105 111 95 110 111 95 115 110 94 120 100 94 125 110 94 130 111 92 135 109 86 140 110 85 145 111 85 150 111 85 155 110 83 160 111 83 165 111 83 170 111 82 175 111 80 180 111 79 185 112 79 190 112 79 195 112 78 200 112 77 205 113 76 210 114 76 215 115 76 220 118 76 225 121 77 230 122 78 235 123 79 240 124 79
64
Figura 39. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 3
Tabla 30. Datos registrados de evaluación 4
t (min) Temperatura °C
Presión (psia)
0 23 100 5 45 114
10 65 120 15 90 131 20 97 131
0102030405060708090
100110120130140
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Evaluación 3
Presión (psia) Temperatura (°C )
Tiempo (min)
Figura 40. Producto de evaluación 3
65
25 102 128 30 104 126 35 105 120 40 106 118 45 107 115 50 109 112 55 109 109 60 110 110 65 111 105 70 112 100 75 112 100 80 114 99 85 114 98 90 115 95 95 117 93
100 119 90 105 120 90 110 120 87 115 122 87 120 122 84 125 124 80
Figura 41.Gráfica de datos obtenidos en evaluación 4
0102030405060708090
100110120130140
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Evaluación 4
Temperatura °C Presión (Kpa)
Tiempo (min)
66
Figura 42. Producto de evaluación 4.
Tabla 31. Datos registrados de evaluación 5
t (min) T (°C) P (psia) 0 23 105 5 38 100
10 50 95 15 65 90 20 72 90 25 91 90 30 97 90 35 104 90 40 107 90 45 109 90 50 110 90 55 112 90 60 111 90 65 111 92 70 113 92 75 114 92 80 113 92 85 114 92 90 115 92 95 116 92
100 113 92 105 114 95
67
110 114 95 115 114 95 120 115 95 125 116 95 130 116 95 135 116 95 140 116 95 145 116 95 150 118 95 155 118 95 160 118 96 165 117 96 170 116 96 175 115 96 180 115 97 185 116 97 190 115 97 195 118 99 200 119 99 205 123 99 210 124 97 215 125 95 220 127 94 225 128 92 230 130 91 235 130 90 240 130 86 245 129 85 250 129 84 255 129 82 260 130 80 265 131 81 270 131 79 275 131 77 280 131 76 285 131 76 290 131 76 295 131 75 300 130 74 305 127 71 310 126 71
68
Figura 43. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 5
Figura 44. Producto de evaluación 5.
Tabla 32. Datos registrados de evaluación 6
t (min) T (°C) P (psia) 0 25 105 5 33 111
10 61 116 15 80 125 20 92 130
0102030405060708090
100110120130140
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330
Evaluación 5
Temperatura [°C] Presión [PSI]
Tiempo (min)
69
25 100 127 30 104 122 35 107 120 40 108 115 45 109 115 50 114 114 55 111 111 60 112 112 65 115 110 70 117 108 75 118 107 80 118 105 85 120 105 90 120 104 95 121 103
100 121 101 105 122 100 110 123 100 115 124 99 120 123 98 125 123 96 130 123 95 135 123 95 140 126 90 145 123 90 150 122 86 155 118 85 160 112 75 165 109 77 170 114 77 175 117 77 180 121 75 185 120 77 190 122 76 195 122 76 200 124 75 205 123 76 210 124 77 215 128 77 220 129 80 225 133 76 230 133 80 235 138 80
70
240 141 80 250 129 84 255 129 82 260 131 80 265 131 81 270 131 79 275 131 77 280 131 76 285 131 76 290 131 76 295 130 75 300 127 74 305 126 71
Figura 45. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 6.
0102030405060708090
100110120130140150
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Evaluación 6
Temperatura (°C ) Presión (Psia)
Tiempo (min)
71
Figura 46. Producto de evaluación 6.
Tabla 33. Datos registrados de evaluación 7.
t (min) Temperatura (°C) Presión (Kpa) 0 22 105 5 41 105
10 67 105 15 88 105 20 97 107 25 107 105 30 111 100 35 114 97 40 117 94 45 119 91 50 120 91 55 122 90 60 122 90 65 122 90 70 122 90 75 122 90 80 121 88 85 121 88 90 121 88 95 121 86
100 120 86 105 120 86 110 119 84 115 120 80 120 121 80 125 122 80
72
Figura 47. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 7.
Figura 48. Producto de evaluación 7
ANEXO BDatos de curva de calibración
Tabla 34. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T =0 Absorbancia Concentración
1.74 0.2 1.614 0.1
0.21 0.05 0.053 0.025 0.042 0.01
0102030405060708090
100110120130
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Evaluación 7
Temoeratura (°C) Presión (Psia)
Tiempo (min)
73
Figura 49. Curva de calibración al tiempo 0.
Tabla 35. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=1 Absorbancia Concentración
1.72 0.2 1.596 0.1 0.209 0.05 0.052 0.025 0.041 0.01
Figura 50. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 1.
Tabla 36. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tiempo 0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tiempo 1
TAbs
orba
ncia
CConcentración
Concentración
Absorba
ncia
74
Absorbancia Concentración 1.699 0.2 0.584 0.1 0.207 0.05 0.051 0.025 0.042 0.01
Figura 51. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 2.
Tabla 37. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=3 Absorbancia Concentración
1.679 0.2 0.572 0.1 0.206 0.05 0.052 0.025 0.042 0.01
y = 8.963x - 0.173R² = 0.976
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Abso
rban
cia
Concentración
Tiempo 2
75
Figura 52. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 3.
Tabla 38. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=4 Absorbancia Concentración
1.659 0.2 0.559 0.1 0.204 0.05
0.05 0.025 0.042 0.01
Figura 53. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 4
y = 8.846x - 0.171R² = 0.975
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tiempo 3Ab
sorb
anci
a
CConcentración
y = 0.128xR² = 0.919
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 0.5 1 1.5 2
Evaluación 4
CConcentración
TAbsorbancia
76
Tabla 39. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=5 Absorbancia Concentración
1.639 0.2 0.549 0.1 0.202 0.05
0.05 0.025 0.041 0.01
Figura 54. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 5.
Tabla 40. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas
T=6 Absorbancia Concentración
1.62 0.2 0.537 0.1 0.201 0.05 0.049 0.025 0.041 0.01
y = 8.626x - 0.168R² = 0.974
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tiempo 5
Abso
rban
cia
CConcentración
77
Figura 55. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 6
y = 8.519x - 0.166R² = 0.973
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tiempo 6Ab
sorb
anci
a
CConcentración