sales de diazonio
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Sintesis del Acido sulfanílico, Anaranjado de metilo y Naranja IITRANSCRIPT
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Practica # 4 Sales de diazonio. Obtencin del cido sulfanlico, anaranjado de metilo y
naranja II
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PRCTICA # 4: SALES DE DIAZONIO. OBTENCIN DEL
ACIDO SULFANLICO, NARANJA DE METILO Y
NARANJA II
OBJETIVOS
Ilustrar la sulfonacin de una amina primaria.
Efectuar la preparacin de un intermediario usado en la obtencin de varios compuestos
colorantes.
Ilustrar en el laboratorio las reacciones de acoplamiento (copulacin) de las sales de
diazonio.
Obtener colorantes azoicos, a partir de las reacciones de diazotacin y acoplamiento de
la sal de diazonio del cido sulfanlico.
Aplicar las propiedades qumicas de los compuestos obtenidos, para la tincin de
diferentes fibras.
ANTECEDENTES
Sustitucin electroflica aromtica (SEA).
Comportamiento de las aminas aromticas en las reacciones de SEA.
Reacciones de sulfonacin.
Propiedades de los compuestos que son sales internas (zwitterion)
Formacin de las sales de diazonio
Estabilidad de las sales de diazonio aromticas
Sales de diazonio como agente electroflicos.
Condiciones de reaccin de sustituciones electroflicas de las sales de diazonio con
fenol y con aminas.
Efecto del pH en las reacciones de acoplamiento (copulacin) de las sales de diazonio
con aminas y fenoles.
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Caractersticas estructurales de los colorantes.
Mtodos para aplicar colorantes a los diferentes tipos de fibras.
Toxicidad de reactivos y productos.
REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIOMETRIA
NH2H2SO4
NH3+
S OH
O
O
O-
H2SO4
NH S OH
O
O
cido fenilsulfmico
OH2
H2SO41)
2)
NH2 S O
O
O
H NH3+
S O-
O
O
cido sulfanlico
H2SO4 Anilina Acido sulfanlico
PM 98 93 173
Peso
(g)
14.72 g (8ml)
(d = 1.84)
2.044 g (2ml)
(d = 1.022)
3.80 g tericos
Moles 1.5 x 10-1
2.20 x 10-2
2.20 x 10-2
terico
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NH2 SO3H
NaNO2
ClH
N+
SO3HNCl-
N SO3HNCl- +
N
CH3
CH3
N
CH3
CH3
N SO3HN
NaOH
N
CH3
CH3
N SN
O
O
O-
Na+
N,N-
dimetilanilina
Acido
sulfanlico
Anaranjado de
metilo
Beta-naftol Naranja II
PM 121.18 173.09 327.34 144.17 350.33
Peso
(g)
0.57 (0.6 ml)
(d = 0.956)
1.0 1.539 t
terico
0.8 1.96
Terico
Moles 4.7 x 10-3
5.7 x 10-3
4.7 x 10-3
terico
5.5 x 10-3
5.5 x 10-3
terico
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MECANISMO DE LA REACCIN
Acido sulfanlico
El mecanismo procede con una reaccin cido-base, seguida de una deshidratacin
de la sal, formndose de esta manera el cido fenilsulfmico. Posteriormente, ste sufre una
sulfanacin a travs de una reaccin de sustitucin electroflica aromtica:
NH2H2SO4
NH3+
S OH
O
O
O-
S OH
O
O
OH
S O+
O
O
OH H
H
+NH2N+
H
H
S
O-
O
O
O+
H
H
H
N+
H
H
S
O
O
OH O HH+
N H
SO O
OH
O+
HH
H
+
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N H
SO O
OH
O+
HH
H
+
S O+
O
O
O H
H
Hadicin
N+
H
S
O
O
O
S
H
O-
OO
O+
HH
H
H O+
HH
H
+N
H
S
O
O
O+
H
HSOH
O
O
+ O
H
H
eliminacin
En seguida se lleva a cabo la hidrlisis del grupo cido sulfmico, para dar como
resultado la formacin del cido fulfanlico.
N
H
S
O
O+
O+
H
HSOH
O
O
H
+ O
H
H
N
H
S
O
O+ O H
SOH
O
O
H H
O H
N+
H
S
O
OO H
SOH
O
O
H
O H
H
S
O+
OO
O
HH
H
+
NH2 S O H
O
O
NH3+
S O-
O
O
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Sal de diazonio
El mecanismo de reaccin para la formacin de la sal de diazonio del cido
sulfanlico, se lleva a cabo a travs del ataque del grupo amino sobre el electrfilo
nitrosonio formando al reaccionar 2 molculas de cido nitroso entre si.
N OO-
Na+
+ ClH N OOH + Na+Cl
-
N OOH2
(a)
(b)
+ O HH
+ O HHN OONO
N OO-
NH O+ :
N OO-
NH O+ :
Posteriormente, se propone existe un equilibrio tautomrico y la protonacin de uno
de los ismeros, el cual, al perder agua, conduce a la formacin de la sal de diazonio
correspondiente.
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N+
S
H
H
H
O
O-
O
NH O+
:
H+
H+
+
-
N
S
H
H
O
OH
O
:
N+
S
H
H
O
OH
O
N O
H+
:
H+
+
H+
-
N+
S
H
O
OH
O
N O H N
S
H
O
OH
O
N O+H
.. ..H
+
N
S O
OH
O
N O+
H
H
..
H+
+
H+
-
N+
S O
OH
O
N
O
H
H
:
+
N
S O
OH
O
NH
..
.. .. +
Esta sal, mediante una reaccin de sustitucin electroflica aromtica con la
N.N-dimetil-anilina conlleva a la formacin del anaranjado de metilo.
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N
CH3
CH3
..+ N S
O
OH
O
NH..+
adicin
N S
O
OH
O
NN+
CH3
CH3
H
eliminacin
N S
O
OH
O
NN
CH3
CH3
+H+
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAL
Matraz bola de 2 bocas (Quickfit) 1 Embudo de vidrio 1
Portatermmetro (Quickfit) 1 Esptula 1
Agitador de vidrio 1 Termmetro de -10 a 250 C 1
Vidrio de reloj 1 Bao de agua electrico 1
Probeta de 25 ml 1 Matraz Kitazato 250 ml con manguera
para vacio
1
Embudo Bchner con alargadera 1 Pipeta graduada de 2 ml 2
Vaso de precipitado de 125 ml 2 Pipeta graduada de 5 ml 1
Matraz Erlenmeyer de 125 ml 2 Pipeta graduada de 10 ml 2
Mechero con manguera 1 Tela de alambre con placa de asbesto 1
Recipiente de peltre R.A. 1 Anillo metlico 1
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SUSTANCIAS
Cantidad Calidad
Anilina 2 ml R.A.
H2SO4 concentrado 8 ml Q.P.
Carbn activado 0.2 g
Carbonato de sodio anhidro 0.4 g Q.P.
Nitrito de sodio 0.4 g Q.P.
Acido clorhdrico 2.5 ml Q.P
N,N-dimetilanilina 0.6 ml Q.P
Hidrxido de sodio 1 g
Cloruro de sodio ind (sal gruesa 20.0 g
Cloruro de sodio 4 g R.A.
Etanol de 96 (alcohol etlico de 96) 2 ml
-naftol 0.8 g Q.P
Acido sulfanlico 1.0 g R.A.
PROCEDIMIENTO
Acido sulfanlico
Coloque en el matraz de bola de dos bocas 2 ml de anilina y agregue lenta y
cautelosamente 8 ml de cido sulfrico concentrado (haga esta operacin en la campana,
empleando un bao de agua fra para ayudar a disipar el calor generado por la reaccin).
Adapte el termmetro en la boca lateral del matraz (cuidando que el bulbo quede sumergido
en la mezcla de reaccin) y en la otra boca, el refrigerante de agua. Caliente la mezcla de
reaccin a 170 180 C empleando bao elctrico (la temperatura debe ser controlada muy
cuidadosamente). Deje enfriar la mezcla de reaccin hasta 50 60 C y vierta lentamente y
con agitacin sobre 50 g de una mezcla de hielo-agua. (Si el contenido del matraz bola
fuese muy viscoso, caliente a bao de Mara hasta que la mezcla se haga fluida y fcil de
verterse sobre hielo.) Separe el slido formado por filtracin al vaco y recristalice en agua
empleando carbn activado. Seque el producto y calcule el rendimiento.
Anaranjado de metilo
En un vaso de precipitado de 125 ml, coloque 1 g de cido sulfanlico, 0.6 ml de
dimetilanilina y 0.5 ml de cido clorhdrico concentrado; agregue 5 ml de agua y enfre la
mezcla hasta tener una temperatura de 0-5 C.
En otro vaso de precipitado de 125 ml, prepare una solucin de 0.35 g de nitrito de
sodio disuelto en 2.5 ml de agua, manteniendo la temperatura por debajo de 5 C, agregue
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gota a gota y con agitacin constante la solucin de nitrito de sodio a la solucin de la
amina y el cido sulfanlico, preparada anteriormente.Una vez terminada la adicin agite la
mezcla hasta que tome la temperatura ambiente. La mezcla adquiere una coloracin rojo
vino oscuro.
Agregue gota a gota y agitando, una solucin de sosa al 10% hasta tener un pH =
10. Caliente la mezcla de reaccin con agitacin constante, retire el recipiente en el
momento en que se inicia la ebullicin. Enfre en hielo. Si fuese necesario, induzca la
cristalizacin y filtre. Lave con agua helada y seque el producto en el desecador o en la
estufa para posteriormente pesarlo. El naranja de metilo precipita como sal sdica.
Naranja II
Reaccin de diazotacin
Coloque 0.4 g de carbonato de sodio en un vaso de precipitado de 125 ml y adicione
10 ml de agua. Agregue 1 g de cido sulfanlico hasta disolucin total.
Coloque la solucin en bao de hielo-sal. Adicione a la mezcla de reaccin 10 g de
hielo picado y 4 ml de solucin de nitrito de sodio al 10% y 4 ml de cido clorhdrico al 20
v/v. Al cabo de unos minutos se forma la sal de diazonio.
Reaccin de acoplamiento
Disuelva en un matraz Erlenmeyer 0.8g 2-naftol en 4 ml de hidrxido de sodio al
10% calentando si es necesario. Enseguida enfre en bao de hielo-sal hasta 0-5 C. Una
vez fra la solucin, adicione la sal de diazonio, manteniendo la mezcla de reaccin en bao
de hielo-sal y con agitacin constante.
Terminada la adicin, deje reposar la mezcla a temperatura ambiente durante 15-20
minutos.
Agregue 4 g de cloruro de sodio, calentar casi a ebullicin hasta disolucin
completa y enfre en bao de hielo hasta la cristalizacin de la mayor parte del producto.
Filtre al vaco, lave con 2 ml de etanol fro, seque y pese el producto obtenido. Mida el
punto de fusin.
Pruebas de tincin
En un matraz o vaso pequeo, coloque 10 ml de solucin al 1% del colorante,
agregue cortes pequeos de diferentes telas: algodn, lana o seda (preferentemente blanco).
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Hierva durante 5 minutos, y posteriormente lave los cortes de tela con agua. Observe y
anote sus resultados.
DIAGRAMA ECOLGICO
Preparacin del cido sulfanlico
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D1, D2: filtre el slido y confine. Verifique el pH de la solucin, neutralice, adsorba
en carbn activado; el carbn se manda a incineracin y la solucin se desecha por el
drenaje.
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Obtencin de anaranjado de metilo
D1,D2: lleve a sequedad. Almacene el slido para su posterior uso, incineracin o
confinamiento.
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Obtencin de naranja II
D1: ste lquido contiene apreciables cantidades de producto, por lo cual debe
evaporarse y guardarse el slido para su posterior uso o su incineracin.
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D2: absorba el lquido con carbn activado, despus de lo cual podr desecharse por
el drenaje. El carbn activado se manda a incinerar.
CUESTIONARIO
1. Escriba un mecanismo alternativo de reaccin para la formacin del cido sulfmico
a partir de anilina y cido sulfrico.
2. Escriba un mecanismo de reaccin alternativo que explique la sulfonacin del cido
bencensulfmico.
3. Explique con reacciones qu sucede al verter la mezcla de reaccin sobre hielo-
agua.
4. Explique por qu el grupo sulfamida favorece a la monosustitucin en el anillo,
mientras que el grupo amino favorece la polisustitucin en reacciones de SEA.
5. Por qu el cido sulfanlico es soluble en agua caliente pero insoluble en ter o
benceno?
6. Dibuje las estructuras del cido sulfanlico en una solucin cida, bsica y neutra.
7. Cmo deben tratarse los residuos que contienen cido sulfrico antes de
desecharse por el drenaje?
8. Explique cul es la razn por la que las sales de diazonio aromticas son
relativamente estables?
9. Cmo evita que se descompongan las sales de diazonio?
10. Qu diferencia se requiere en el pH de la mezcla de reaccin para que el
acoplamiento de las sales de diazonio sea ptimo con fenol y con aminas?
11. Qu es un colorante y cmo imparte color a una tela?
12. Cmo reacciona el cido sulfanlico con el carbonato de sodio?
13. Qu productos se tienen en la mezcla de reaccin en cada caso?
14. Cmo debe tratar los residuos acuosos antes de eliminarlos en el drenaje?
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BIBLIOGRAFA
1. Brewter, R.Q. y Vanderwerf, C.A., Curso practico de Qumica Orgnica 2. Ed.,
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7. Vogel, A.I., Elementary Practical Organic Chemistry, Pat I, Small Scale
Preparations, 2. Ed., Longman, Londres, Inglaterra, 1967, pp. 293.
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ESPECTROS DE I.R.
Acido Sulfanilico