REACCIONES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS, OBTENCION DE ANHIDRIDO FTALICO Y DETERGENTES
D.Marin1, K. Martin!1, O. O"#a1.
1Estudiante de Ingeniería Química, Cuarto semestre, Química Orgánica II: Grupo 2A
danitzamarin.g@otmai!.com, "eidism@otmai!.com,os#a!$%11&@otmai!.com
Informe entregado 6/11/14.
R$%&n
En la experiencia realizada se estudió algunas reacciones características de compuestos de ácidos carboxílicos y sus deriados! con el propósito de determinar  la solubilidad y la acidez por medio de pruebas específicas. "demás de determinar  los resultados! estableciendo si resultaban positias o negatias en cada caso y cuál es la importancia #ue tiene determinar la solubilidad y la acidez para la síntesis de compuestos orgánicos. $ara la obtención de an%ídrido cíclico a partir  de la reacción de des%idratación de un ácido dicarboxilico mediante los m&todos más utilizados para la síntesis de an%ídridos de cinco y seis miembros y se obtuo un rendimiento del 11'(. En la preparación de detergente )abonoso y no  )abonoso! con el propósito de cómo estos detergentes act*an en la limpieza y examinar sus propiedades fisico#uímicas a partir de la %idrólisis de grasas.  "nalizando el producto mediante la reacción con agua! sal de calcio! ácido clor%ídrico.
'a(a)ra$ *(a+$ +cido carboxílico! ácido alifático! ruptura %eterolecita! deriado carboxílicos! sales de ácido! an%ídrido cíclico! des%idratación! ácido carboxílico! rendimiento! %idrólisis! detergente! grasa.
INTROD-CCION
Ra**in # /*i#0$ *ar)02(i*0$ 3 #ri+a#0$
 
compuestos polares! sus mol&culas pueden formar enlaces de %idrógeno entre sí y con el agua! por lo #ue en general son sustancias con temperaturas de ebullición altas! considerando #ue los ácidos carboxílicos de ba)o peso molecular presentan solubilidad apreciable en el agua.213
,os ácidos carboxílicos se reconocen por acidez ya #ue son ácidos más fuertes #ue el agua y #ue el ácido carbónico. ,as soluciones acuosas de los ácidos carboxílicos inferiores presentan propiedades ácidas p0 5 .78 y se reconocen fácilmente con el papel tornasol o por su reacción con bicarbonato de sodio desprendiendo burbu)as de 9'. 213
,os deriados carboxílicos son compuestos #ue presentan el grupo acilo o el grupo arilo en los ácidos alifáticos o aromáticos. Entre los deriados de los ácidos carboxílicos se encuentran: las sales de ácido! los &steres! los %aluros de ácidos! an%ídridos de ácidos! amidas e imidas. ;e los deriados de ácido! los %aluros son los más reactios! o sea son los #ue presentan mayor tendencia a perder el %alógeno por una especie nucleofílica! el solo contacto con el apor de agua de la atmósfera son transformados en ácido. ,as amidas son los menos reactios %acia un ata#ue nucleofílico. $ara %idrolizar las amidas estas deben ser calentadas %asta ebullición con ácidos o bases inorgánicos. ,a %idrólisis básica de una amida primaria produce amoniaco y el ión carboxilato y la %idrólisis ácida produce el ácido carboxílico y el ión amonio. 213
Intr*a&)i0 # an42#ri#0 El an%ídrido ftálico es un producto intermedio importante para la obtención de ftalatos plásticos! resinas al#uidicas y poli&steres! colorantes de ftalocianinas y numerosos productos #uímicos apreciados. 2'3  ,a obtención an%ídrido ftálico se puede presentar por medio de la oxidación de naftaleno. ,a oxidación del naftaleno consiste en la ruptura del anillo aromático formando acido ftálico #ue tiene los dos grupos 90 en posición orto #ue al des%idratarse producen an%ídrido ftálico. tro m&todo es la obtención de an%ídrido a partir de ácido ftálico en presencia de un des%idratante como el an%ídrido ac&tico! esto sucedo por medio de una reacción de sustitución nucleofilica en el grupo acilo del ácido ftálico intercambio de an%ídrido8. 2<3
 
>,a %idrólisis básica de una grasa o aceite en caliente se llama saponificación #ue consiste en el rompimiento entre los enlaces entre los ácidos grasos y el glicerol mediante la adición en caliente de álcali fuerte= con lo #ue se forman sales sódicas con propiedades detergentes las cuales se conocen como )abón. 2?3
,a saponificación cambia la solubilidad del producto debido a #ue los extremos de una mol&cula de )abón son muy diferentes es decir #ue posee la propiedad de ser  anfipáticas #ue posee un extremo polar %idrófilico y otro no polar %idrofóbico en efecto por esta dos tendencias los )abones son atraídos por los aceites y por el agua de allí son *tiles como limpiadores. $ara la obtención de detergente no )abonoso #ue son diferentes a los )abones pero #ue se parece en su carácter anfipatico #ue se obtiene con >sales de al#uilbencensulfonico! el extremo del al#uilbenceno es %idrofóbico por#ue disuele grasas y el extremo sulfonado anionico es %idrofilico #ue disuele en agua! la diferencias con los )abones y los detergentes no )abonosos es #ue no forman sales metálicas insolubles el aguas duras=. 243
DISC-SION
Ra**in # /*i#0$ *ar)02(i*0$ 3 #ri+a#0$
En la experiencia realizada en el laboratorio obtuimos los siguientes resultados:
'r%)a # $0(%)i(i#a# 3 a*i#!.
Tabla 1. Solubilidad y acidez.
C0&6%$t0 S0(%)i(i#a# A*i#! 6H
 +cido "c&tico @ 0' Aoluble '.7  "cido Benzoico @ 0' Insoluble 4.7
 +cido Benzoico @ 0' @ Ca0 Aoluble 111'
 
una parte #ue es polar 9'08 y otra #ue no es polar D8! además el ion carboxilato 98 no es estable! como una base fuerte puede reaccionar para desprotonar el ácido benzoico! se utilizó el %idróxido de sodio! Ca08 #ue ayudo a #ue el ácido benzoico fuese soluble en una solución acuosa con %idróxido de sodio.
'r%)a # *(a$i7i*a*in
Tabla 2. Clasificación.
C0&6%$t0 D$6rn#i&int0 # )%r)%"a$ Di$0(%*in #( *0&6%$t0  +cido "c&tico @ Ca09< Burbu)as Ae disolió  +cido Benzoico @ Ca09< Burbu)as en menor proporción8 Ae disolió
Fenol @ Ca09< Co %abían burbu)as Co se disolió G naftol @ Ca09< Co %abían burbu)as Co se disolió
En esta prueba se demostró la disociación de los ácidos carboxílicos! fenol y el G naftol en Ca09< por medio de reacciones de ácidos carboxílicos. El ácido ac&tico se disolió completamente! esto se debe a #ue la reacción de ácidobase se produce una neutralización.
90<90 @ Ca09< H 90<9Ca @ 0' @ 9'
 "l igual #ue el ácido benzoico desprendiendo burbu)as de 9'! esta se dio en menor proporción puesto #ue el anillo del ácido benzoico es más difícil de %idrolizar.
960?90 @ Ca09< H 960?9Ca @ 0' @ 9'
ientras #ue el fenol y el G naftol no se disolieron puesto #ue el bicarbonato de sodio no reacciono con el fenol y tampoco el G naftol.
Hi#r0(i$i$ # A&i#a$
Hi#r0(i$i$ )/$i*a
Ae mezcló en un tubo de ensayo 7.? ml de acetamida 90<9C0'8 y 1 ml de %idróxido de sodio Ca08. Ae obseró ebullición y desprendimiento de un olor  fuerte característico del amoniaco! no se presentó un cambio en el color! se obtuo un p0 de 14! la %idrolisis básica de las amidas produce una sal de ácido orgánico y amoniaco o aminas! seg*n el tipo de amida! en este caso se formó el ácido muriático.
90<9C0' @ Ca0 H 90<9Ca @C0<
Hi#r0(i$i$ a*i#a
 
Ae mezcló en un tubo de ensayo 7.? ml de acetamida 9 0<9C0'8 y 1 ml de ácido sulf*rico 0'A48. Ae obseró ebullición y desprendimiento de un olor  característico del amoniaco! se obtuo un p0 alrededor de 7 y 1.
,a %idrolisis acida de las amidas primarias produce un ácido orgánico libre y una sal de amonio! la cual en este caso corresponde a la sal de sulfato de amonio. ,as amidas secundarias y terciarias producen el correspondiente ácido y la sal de amonio cuaternario.
90<9C0' @ 0'A4 @ 0' H 90<90 @ A4C0?
Hi#r0(i$i$ # $tr$ 8$a60ni7i*a*in9
En un tubo de ensayo se mezclaron < ml de %idróxido de sodio Ca08! < ml de metanol 90<08 y aproximadamente 7.? g de cebo de res! despu&s se colocó a calentamiento en un bao de agua %asta disoler el cebo! trascurridos '7 minutos se le adiciono 1? ml de cloruro de sodio Ca9l8! se obseró un aumento en la iscosidad de la muestra obteniendo un color lec%oso! la acción capilar de la mezcla es nula! es decir! no se deslizan sus mol&culas entre sí.
,a %idrolisis de esteres ocurre cuando un nucleofílo! como el agua o el ion %idroxilo! ataca al carbono de grupo carbonilo del Ester! en una base acuosa! los iones %idroxilos son me)ores nucleofilos #ue las mol&culas polares en agua.
En los esteres! el resultado de la condensación de un ácido carboxílico y un alco%ol se obtiene un alco%ol y un ácido.
90<990< @ Ca0 H 90<9Ca @ 90<0
O)tn*in # an42#ri#0 7t/(i*0 En esta oportunidad se realizó la obtención de an%ídrido ftálico a partir de su correspondiente acido en presencia de un agente des%idratante y no por medio de la oxidación de naftaleno debido a #ue la mol&cula sobrepasa los tres átomos de carbono! se excluye la formación de an%ídridos cíclicos debido al incremento de la distancia entre los dos grupos carboxílicos. "lgunos de estos ácidos experimentan descarboxilación t&rmica pero solo a temperaturas eleadas y en presencia de catalizadores. 213
$ara la formación de an%ídrido ftálico se realizó la mezcla de ácido ftálico con 7.J m, de an%ídrido ac&tico. ,uego se %iso el monta)e del condensador de reflu)o protegido por una trampa de cloruro de calcio! cada balón fue proisto por una barra magn&tica de agitación y el condensador de reflu)o figura 18. ,a solución reaccionante se calentó con agitación en un bao de arena a 1?7K167K durante
 
<7 minutos %asta obserar burbu)eo. " la mezcla se le agregaron carborundos para #ue la temperatura se mantenga uniforme por todo el balón y se pueda llear a cabo en condiciones óptimas.
  Fi5%ra 1. 9ondensadores
 
.
'  .
.
.
E*%a*in 1. btención de an%ídrido ftálico
 "l finalizar los <7 minutos se de)ó reposar el balón a temperatura ambiente! la mezcla se enfría en un bao de %ielo por 17 min seguido de esto se le agrego de 7.?1.7 m, de %exano frio figura '8 para recolectar los cristales por filtración al acío figura <8! se de)a secar para luego pesar la muestra de cristales de an%ídrido ftálico figura 48.
Fi5%ra :. "dición de %exano Fi5%ra ;.
Filtración al acío Fi5%ra <. 9ristales "n%ídrido ftálico
 
Rn#i&int0
$ara la reacción de intercambio an%ídrido se utilizó la ecuación ' para deducir las relaciones este#uiometrias utilizadas para el cálculo del rendimiento.
C 8  H 6O4+(C H 3CO)2→C 8 H 4O3+2CH 3COOH 
E*%a*in :. Deacción este#uiometria
,as cantidades de ácido ftálico fueron 7.4 gramos y 7.J m, de an%ídrido ftálico y 7.4 gramos de cristales. El an%ídrido ac&tico se agregó en exceso! por ello el reactio limitante en esta reacción fue el ácido ftálico. $ara el cálculo del rendimiento se calculó el peso de la muestra #ue se supone #ue debió %aber  reaccionado peso teórico8 por medio de la este#uiometria de la reacción.
0.4 gC  8  H 
3
$eso teóricoL peso de "n%ídrido ftálico $eso teórico L 7.<??4 gramos de "n%ídrido ftálico. $eso real es L 7.4 gramos de an%ídrido ftálico
El porcenta)e de rendimiento se calculó por la ecuación <:
deRendimiento=   Pesoreal
deRendimiento=   0.4gramos
0.3554gramos  x100
,uego el porcenta)e de rendimiento es igual a 11' (. El rendimiento dio mayor  #ue 177( esto probablemente sucedió #ue al momento de pesar los cristales! la muestra aun contenía %exano y ácido ac&tico.
'r6ara*in # %n "a)n
 
,as mezcla %erida se diluyo con 1 ml de agua y se saturo con cloruro de sodio Ca9l8 y se sometió nueamente a calentamiento por unos minutos %asta obtener  un cua)ado de )abón #ue se de)ó enfriar donde luego se extra)o el sólido #ue fue repartido en tres tubos de ensayo donde se disolió con una pe#uea cantidad de agua y se %icieron reaccionar con agua! sal de calcio y ácido clor%ídrico para examinar sus propiedades.
Tabla 3. Resultados de preparación de un jabón
$D-EB" BAEDN"9ICEA Oabón @ "gua Aoluble completamente Oabón @ Aal de calcio $recipitado blanco Oabón @ +cido clor%ídrico Aoluble completamente! las burbu)as
disminuyen
 
Fi5%ra =. Formación de )abón Fi5%ra >. Oabón en agua Fi5%ra ?. Desultado de pruebas
 "l adicionar agua y el )abón se forma una espuma blanca la cual se genera debido a la formación de burbu)as por#ue el aire se dispersa en pe#ueas cantidades en un lí#uido! al reaccionar el )abón con ácido clor%ídrico 09l8 se produce una %idrólisis del mismo generando un ácido graso y sales de sodio el sodio es reemplazado por el protón proeniente del ácido fuerte agregado.
 "l adicionar )abón y sal de calcio es cual se notó #ue era insoluble ya #ue la sal de cálcica contiene iones 9a' #ue precipito en forma en carboxilato de calcio se sabe #ue el )abón en agua con concentraciones alta de calcio esta se corta in%ibiendo su acción limpiadora.
'r6ara*in # a*it r0"0 # T%r@3, #tr5nt n0 "a)0n0$0
 
una capa aceitosa! la mezcla se neutralizo con %idróxido de sodio Ca08 en el #ue se desprendió un olor fuerte algo sulfuroso olor a pescado seco8 despu&s sacamos un poco de aceite y adicionamos una cantidad de agua la cual genera una solución de aceite la solución es soluble pero no formo muc%a espuma como en la primera prueba.
En la segunda prueba al )abón se le adiciona una solución de carbonato de calcio donde se obseró una coloración blanca en una fase lo #ue nos indica #ue la solución es soluble.
,os detergentes no )abonosos tienen enta)a de su alta solubilidad en agua! 0aciendo #ue permanezcan en solución sin perder sus propiedades de uso limpiadora.
Tabla 4. Resultados de detergente no jabonoso
$D-EB" BAEDN"9ICEA ;etergente no )abonoso @ agua Penera espuma siendo soluble ;etergente no )abonoso @ sal de calcio Aoluble en solución de 9a9<
'REG-NTAS Y ADICIONES
1. De los deriados de !cido" #por $u% las a&idas son los co&puestos
&enos reactios 'acia una ta$ue nucleof(lico) 
,as amidas son menos reactias #ue los cloruros de ácidos! los an%ídridos y los &steres! por#ue el C es menos electronegatio #ue el 9l y #ue el . Estos átomos unidos directamente al 9 carboxílico al ser electronegatios le #uitan densidad electrónica y así QcolaboranQ en de)arlo más susceptible para un ata#ue nucleofílico. "demás! para una sustitución nucleofílica! es bueno #ue el grupo saliente sea menos básico! y esa condición la cumplen me)or los cloruros de ácido! los an%ídridos y los &steres! cuyos grupos salientes serán el 9loruro! un ácido o un alco%ol! #ue son todos menos básicos #ue una amina! #ue será el grupo saliente en el caso de una amida.
2. #Có&o es la disociación del acetato de sodio en agua *parcial o total+"
el p, de esta solución ser! b!sico o !cido) -plicar con reacciones.
,a disociación del acetato de sodio en agua es total seg*n la reacción:
90<9Ca   Ca@  @ 90<9 
 
;e momento %a interenido el agua directamente! por supuesto está rodeando a los iones8.
,a cuestión es #ue el ion "c proiene del ácido ac&tico 90 <90 #ue es un ácido d&bil! es decir! su disociación es parcial:
90<90 @ 0' ↔  90<9  @ 0<@ 
R por lo tanto! el ion acetato "c8 sufrirá %idrólisis:
90<9 @ 0' ↔  90<90 @ 0 
Esta reacción tambi&n es un e#uilibrio8
9on todo esto! podemos escribir el proceso de disociación del acetato de sodio en agua como:
90<9Ca Ca@ @ 90<9
90<9 @ 0' ↔ 90<90 @ 0 
9omo se podrá comprobar existe un ion %idroxilo en el medio! por lo tanto el p0 del medio será básico.
3. #-n la 'idrólisis b!sica de una a&ida" ser(a funda&ental el papel 
indicador) #/or $u%) 
 
.
.
0. #Cu!l es el propósito de usar la tra&pa de cloruro de calcio) 
El cloruro de calcio es una sustancia capaz de absorber grandes cantidades de %umedad es decir es una sustancia delicuescente! el 9a9l '  forma una barrera para #ue la %umedad del ambiente y el apor de agua en el condensador no entre en contacto con el an%ídrido ftálico! impidiendo así su %idrolisis.
.#Có&o se preparan los an'(dridos de cadena abierta) 
 
. #Cu!l es el producto obtenido en esta reacción) -scriba una ecuación
balanceada para %sta.
<@   .0
.0
.0
. % $ %n #tr5nt 3 % $ ntin# 60r #tr5n*ia
 
. D$*ri)a *0n ra**i0n$ (a 0)tn*in # %n #tr5nt a 6artir # )n*n0 3 %n 0(i5&r0 # 6r06i(n0.
En los primeros detergentes! la al#uilación del benceno se efectuaba con tetrámero de etileno! el cual se obtiene por condensación de cuatro mol&culas de propileno con ácido fosfórico y no es un compuesto puro sino una mezcla de arios dodecenos muy ramificados en los #ue el doble enlace está colocado al azar.
-na ez obtenido el dodecilbenceno! lineal o ramificado! se sulfona! ya sea con óleum! en fase lí#uida! o con trióxido de azufre! en fase gaseosa! para obtener ácido dodecilbencensulfónico el cual se neutraliza con %idróxido de sodio para obtener el detergente.
1.En (a 0)tn*in # #tr5nt$ % #$*40$ *r %$t# % r$%(tn #( 6r0*$0, ant$ # (i&inar(0$ $ 6%#n a6r0+*4ar, $i n0 $0n a6r0+*4a)($ *&0 $ (i&inar2an 3 % #a0$ *0(5i*0$ 6%#n *a%$ar # n0 tratar$
,os detergentes son productos de uso cotidiano! los detergentes no )abonosos puede proocar problemas ambientales ya #ue algunos puede contar con cadenas laterales ramificadas #ue no son biodegradables ya #ue los microorganismos no son capaces de metabolizar cadenas ramificadas! proocando grae contaminación en ríos y lagos. $or lo #ue se busca el e#uilibrio con el ecosistema se realiza detergente con cadenas lineales #ue son biodegradables.
11. '0r % (0$ #tr5nt$ # ti60 $%(7at0 0 $%(70nat0 n0 $ *0rtan n *0nta*t0 *0n a5%a$ #%ra$
 
solubles se conierte en insolubles de magnesio y calcio! por eso los detergente basados en sales de ácido al#uilbencensulfonicos posee la misma propiedad anfipatica sin embargo los )abones preparados de sulfanato no forma sales metálicas insolubles en aguas duras.
CONCL-SION
En el traba)o realizado se pudo relacionar la teoría con la parte
experimental! dando a conocer algunas de las reacciones de los ácidos carboxílicos y sus deriadosU en la práctica se concluyó #ue algunos ácidos carboxílicos son solubles en agua! debido a la proporcionalidad entre el grupo carboxílico y los %idrocarburos! puesto #ue predomina la polaridad. En la %idrolisis de amida se optó por traba)ar en medio ácido y básico! para obserar la diferencia de los productos #ue se forman de acuerdo al medio en el #ue se encuentran.
Ae obtuo an%ídrido cíclico por el m&todo de intercambio de an%ídrido
des%idratación de un ácido carboxílico8. El rendimiento de la obtención de an%ídrido ftálico fue del 11'(. ,a obtención de an%ídrido cíclico a partir de su correspondiente ácido dicarboxiilico solo se efect*a si el n*mero de átomos de carbono #ue separan los dos grupos carboxílicos es mayor #ue dos.
,as reacciones para detergentes )abonosos y no )abonosos cumple
 
R7rn*ia$