Practica-4-obtencion-de-butiraldehido-por-oxidacion-de-n-butanol.docx

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE QUÍMICA ORGÁNICA Y POLÍMEROS INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL LABORATORIO DE QUÍMICA DE GRUPOS FUNCIONALES PRÁCTICA 4:

“OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE N-BUTANOL” GRUPO: 2IV44 EQUIPO: 4

INTEGRANTES:  Acosta Cruz Raymundo  Cervantes Meza Álvaro Iván  Oropeza Benavides Oscar

PROFRESORA: TIERRABLANCA GUDIÑO BERENICE FECHA DE ENTREGA: 03 / 2019 1

Contenido ¿DE QUE TRATA LA PRACTICA? .......................................................................................................... 3 ASPECTOS TEORICOS .......................................................................................................................... 4 PROPIEDADES FISICAS Y QUÍMICAS ............................................................................................... 4 PROCESOS DE OBTENCION ............................................................................................................. 5 b) Oxidación de alcoholes: .............................................................................................................. 5 c) Hidratación de alquinos: ............................................................................................................. 7 d) Acilación de Friedel-Crafts: ......................................................................................................... 7 Aplicaciones industriales. ............................................................................................................... 7 MECANISMO DE REACCION................................................................................................................ 8 OBJETIVOS........................................................................................................................................... 9 ESPECIFICOS .................................................................................................................................... 9 Material............................................................................................................................................... 9 Sustancias ......................................................................................................................................... 10 Procedimiento .................................................................................................................................. 10 Diagrama de bloques de la experimentación ............................................................................. 10,12 Tabla de datos................................................................................................................................... 13 Cálculos ............................................................................................................................................. 13 Tabla de resultados .......................................................................................................................... 14 DISCUSION ........................................................................................................................................ 15 CONCLUSIÓN..................................................................................................................................... 16 Bibliografía ........................................................................................................................................ 17

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¿DE QUE TRATA LA PRACTICA? En esta experimentación se obtuvo un aldehído por medio de la oxidación de un alcohol. Durante el experimento lo primero que se hizo fue montar el equipo de manera apropiada, llenar el matraz con butanol y empezar el calentamiento, después mediante un flujo constante se adicionaba dicromato de potasio con ayuda del embudo de separación, cuidando mucho que se mantuviera la temperatura en un rango entre 75 y 95 °C Posteriormente se obtuvo el aldehído por medio de una separación de mezcla heterogénea donde nuestra fase orgánica estaba por encima de la fase acuosa. En esta práctica se puede apreciar cómo es un proceso de obtención de aldehído y como se hace experimentalmente.

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ASPECTOS TEORICOS PROPIEDADES FISICAS No es de sorprender que los aldehídos y las cetonas se asemejen en la mayoría de sus propiedades como consecuencia de poseer el grupo carbonilo. Sin embargo, en los aldehídos el grupo carbonilo está unido a un átomo de hidrógeno, mientras que en las cetonas se une a dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural afecta a sus propiedades de dos formas fundamentales: 

Los aldehídos se oxidan con facilidad mientras que las cetonas lo hacen con dificultad



Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicas, que es la reacción más característica de este tipo de compuestos

Los aldehídos y cetonas pueden ser preparados por oxidación de alcoholes, ozonólisis de alquenos, hidratación de alquinos y acilación de Friedel-Crafts como métodos de mayor importancia.

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PROCESOS DE OBTENCION Los aldehídos pueden prepararse por varios métodos en los que intervienen la oxidación o la reducción, pero hay que tener en cuenta que como los aldehídos se oxidan y se reducen con facilidad, deben emplearse técnicas o reactivos especiales.

a) Ozonólisis de alquenos: Los alquenos rompen con ozono formando aldehídos y/o cetonas. Si el alqueno tiene hidrógenos vinílicos da aldehídos. Si tiene dos cadenas carbonadas forma cetonas.

La ozonólisis de alquenos cíclicos produce compuestos dicarbonílicos:

Los alquenos terminales rompen formando metanal, que separa fácilmente de la mezcla por su bajo punto de ebullición.

b) Oxidación de alcoholes: Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan para dar aldehídos y cetonas respectivamente. Deben tomarse precauciones en la oxidación de alcoholes primarios, puesto que sobreoxidan a ácidos carboxílicos en presencia de oxidantes que contengan agua. En este caso debe trabajarse con reactivos anhídros, como el clorocromato de piridino en diclorometano (PCC), a temperatura ambiente.

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Los alcoholes secundarios dan cetonas por oxidación. Se emplean como oxidantes permanganato, dicromato, trióxido de cromo.

La oxidación supone la pérdida de dos hidrógenos del alcohol. Los alcoholes terciarios no pueden oxidar puesto que carecen de hidrógeno sobre el carbono.

Los alcoholes alílicos y bencílicos se transforman en aldehídos o cetonas por oxidación con dióxido de manganeso en acetona. Esta reacción tiene una elevada selectividad y no oxida alcoholes que no se encuentren en dichas posiciones.

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c) Hidratación de alquinos: Los alquinos se pueden hidratar Markovnikov, formando cetonas, o bien antiMarkovnivov, para formar aldehídos.

d) Acilación de Friedel-Crafts: La introducción de grupos acilo en el benceno permite la preparación de cetonas con cadenas aromáticas.

Aplicaciones industriales. Unos de los aldehídos que mayor aplicación industrial tiene es el metanal ó aldehído fórmico que se utiliza fundamentalmente para la obtención de resinas fenólicas y en la elaboración de explosivos (pentaeritrol y el tetranitrato de pentaeritrol, TNPE) así como en la elaboración de resinas alquídicas y poliuretano expandido. También se utiliza en la elaboración de uno de los llamados plásticos técnicos que se utilizan fundamentalmente en la sustitución de piezas metálicas en automóviles, maquinaria, fontaneria así como para cubiertas resistentes a los choques en la manufactura de aparatos eléctricos. Estos plásticos reciben el nombre de POM (polioximetileno) Otras polimerización dan lugar a la obtención de plásticos, resinas y barnices que se utilizan para la protección de objetos así como en la elaboración de pinturas. La formica que se utiliza como panel de revestimiento es un polímero del metanal.

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El acetaldehído (etanal) se utiliza como materia prima para la obtención de ácido acético y anhídrido acético y para la elaboración de disolventes. El benzaldehido. se utiliza como intermedio en elaboraciones industriales de colorantes, medicamentos y perfumes.

MECANISMO DE REACCION

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OBJETIVOS 

Ejemplificar el método para obtener aldehídos mediante la oxidación de alcoholes.



Conocer a micro escala un proceso de destilación.

ESPECIFICOS - Conocer la secuencia de oxidación de un alcohol. - Comprobar la influencia de la temperatura en una destilación de este tipo - Llevar a la práctica un método de obtención de aldehídos

Material           

          

Matraz balón de 3 bocas Columna de destilación Conector 3 vías Tapón Embudo de separación Termómetro Porta termómetro Parrilla eléctrica Bala magnética Cuerpo de ebullición Balanza analítica

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Espátula Vidrio de reloj Probeta Tina Agitador de vidrio Vaso de precipitado 10 ml Vaso de precipitado 50 ml Pinza de 3 dedos Pinza nuez Mangueras Bomba eléctrica

Sustancias      

n-butanol Dicromato de potasio (H2Cr2O7) Agua (H2O) Ácido sulfúrico (H2SO4) Carbonato de calcio (Na2CO3) Sulfato de sodio anhídrido (Na2SO4)

Procedimiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Medimos 2.6 ml de n-butanol en la probeta Agregamos el butanol al matraz balón de 3 bocas Montamos el equipo para adición con destilación Calentamos el butanol hasta que empezó a ebullir (83 °C) Pesamos 1.8 g de K2Cr2O7 en la balanza analítica. Medimos 15 ml de H2O en el vaso de precipitado. Medimos 2 ml de H2SO4 y lo agregamos en el vaso de precipitado. Mezclamos el dicromato de potasio con el agua y agregamos lentamente el ácido sulfúrico con agitación Agregamos la mezcla sulfocrómica en el embudo de separación Empezamos a agregar la mezcla sulfocromica gota a gota con agitación Controlamos la temperatura hasta que la mezcla sulfocrómica se terminó Dejamos calentar por 10 min más Pesamos 1 g de carbonato de sodio en la balanza analítica. Medimos con la probeta 5 ml de agua Mezclamos el carbonato de sodio con el agua Vertimos la solución de carbonato de sodio en la obtención del destilado para separar la fase orgánica Lavamos el embudo de separación Observamos que el butiraldehido se encontraba en la parte superior del embudo de separación y la parte de abajo contenía agua y carbonato.

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A un matraz de balón agregar 2.6 ml de alcohol butílico y adicionar cuerpos de ebullición

Pesar 2.8 gr de K2CR2O7 , disolver en 15 ml de H2O y adicionar al matraz de balón

Pasar esta mezcla al embudo de separación cuidando que este bien cerrada

Montar el equipo ebullición-destilación acuerdo a lo índicado

de de

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Calentar el butanol a ebullición y en el momento que los vapores se condensen adicionar la mezcla sulfocrómica, cuidar que la temperatura no baje de 75-80 oC

Continuar el calentamiento durante 15 minutos más después de haber adicionado toda mezcla oxidante.

Dejar enfriar y retirar el matraz que contiene la fracción que destiló.

Transferir el contenido a un vaso de precipitados para eliminar la fase acuosa, medir volumen y sacar rendimiento.

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Tabla de datos Volumen n-butanol

PM del n-butanol 𝐠

)

(ml)

(

2.6

74.12

𝐦𝐨𝐥

PM del butiraldehído 𝐠

Vol. butiraldehído

)

(ml)

72.11

2.9

(

𝐦𝐨𝐥

Cálculos Datos para el cálculo de la fase orgánica del destilado: VDestilado = 2.5 mL* VF.Acuosa = 1.5 mL** *El destilado se divide en dos fases, una de las cuales es orgánica y la otra acuosa, por lo que tenemos que restar el volumen de la fase acuosa para poder hacer nuestro cálculo de la eficiencia. En la fotografía del destilado, la fase que se encuentra debajo de la otra, es la parte orgánica ya que su densidad es mayor a la acuosa. **El Volumen de la fase acuosa se mide por la observación de la probeta de 10 mL que utilizamos. Fórmula: VDestilado = VF.Orgánica + VF.Acuosa ‫ ؞‬VF.Orgánica = VDestilado - VF.Acuosa

Substituyendo: VF.Orgánica = (2.5 - 1.5) mL = 1.0 mL

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Datos para el cálculo de la eficiencia del proceso: VButanol = 2.6 mL VF.Orgánica = 1.0 mL*** ρButanol = 0.810 g/Ml ρEter Naftilmetílico = 1.266 g/mL ***Esta fase Orgánica contiene dos tipos de productos diferentes, un ácido carboxílico y nuestro éter. Fórmula: η=

ρEter Naftilmetílico∗mL Fase Orgánica ρButanol∗mL Butanol

X100 *****

Substituyendo os valores: η=

g ∗(1.0 mL) mL g 0.810 ∗(2.6 mL) mL

1.266

X100 =

1.266 g 2.106 g

X100 = 60.11%*

****Esto es suponiendo que todo nuestro destilado es Eter Naftilmetílico

Tabla de resultados Vol. teórico

Eficiencia

(ml)

(%)

2.5

60.11

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DISCUSION En las imágenes se puede observar como al irse oxidando el cromo se formaba una sustancia negra viscosa la cual se separó el butaldehido por medio de una destilación fraccionada, se obtuvo el producto a 80ºC, aunque la técnica decía que debía ser aproximadamente a 75º, que es el p.e. del butaldehido, entonces se considera que estuvo bien obtenida la temperatura de la destilación; se obtuvo la sustancia y se separó la fase orgánica, obteniendo así 2.9 ml de butaldehido, con un rendimiento del 60.11%, esto sin contar con que fuese a quedar en nuestra muestra final porciones de alcohol que no haya reaccionado ya que los aldehídos tienen menor punto de ebullición que los alcoholes, por lo que es poco probable que haya quedado en nuestro producto final porciones del alcohol no reaccionado. Se obtuvo un buen rendimiento, esto posiblemente debido a la técnica utilizada y a los reactivos, normalmente para alcoholes primarios se utilizan más otro tipo de procedimientos y sobre todo de agentes oxidantes distintos como el PCC (cloro cromato de piridinio), que es un agente oxidante que oxida a la mayoría de los alcoholes primarios a aldehídos con excelentes rendimientos, y en cambio el dicromato de potasio se utiliza más para alcoholes secundarios. A pesar de esto, se obtuvo un buen rendimiento ya que empleamos varias técnicas para obtener una mejor destilación, movimos en varias ocasiones el destilador hasta que se aprovecho lo mas que se pudo su función. Con estos resultados se determina que el proceso, la técnica y los reactivos son eficientes.

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CONCLUSIÓN El objetivo de la práctica se cumplió, obtuvimos el aldehído por el método de oxidación de alcoholes, utilizando una mezcla sulfocromica como nuestro agente oxidante y el n-butanol como nuestro reactivo así logramos obtener el butiraldehido, uno de los factores importantes en nuestra reacción de oxidación es el tener un control de la temperatura entre (75-95)˚C, también cabe destacar que nuestro destilado no era puro, contenía alcohol butílico que no reacciono y ácido butanoico más agua que eran reacciones no deseadas, posteriormente tuvimos que neutralizar ese acido, volviéndole una sal y después en un embudo de separación observar las distintas fases. En base a objetivos pudimos apreciar de forma experimental este proceso que si bien es sencillo tiene un control estricto en las condiciones de operación ya que un error alargaría y afectaría la reacción de oxidación, volviendo nuestro proceso ineficiente. El proceso que llevamos a cabo es usado en la industria ya que los aldehídos tienen importantes aplicaciones como en la fabricación de resinas, plásticos termoestables y como sustitución de piezas metálicas en los autos; industria donde son muy usados.

Acosta Cruz Raymundo

Cervantes Meza Álvaro Iván

Oropeza Benavides Oscar

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Bibliografía

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Morrison, R., & Boyd, R. (1998). Qui ́mica orgánica, quinta edición. México: Addison Wesley.

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Oxidación de alcoholes. (2015, 22 de abril). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 03:00, marzo 17, 2016 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxidaci%C3%B3n_de_alcoholes&oldid=81972 083.

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Solomons, T. (1979). Qui ́mica orgánica. Mexico: Limusa.

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