Extracción Ácido-Base de la mezcla Antraceno - Difenilamina Grupo 12 Introducción En esta práctica se realizó la separación de una mezcla sólida conocida de Antraceno-Difenilamina mediante la técnica de extracción ácido – base, – base, aprovechando la polaridad de las sustancias para la formación de una sal insoluble que se pueda separar por filtración.
Objetivos generales
Realizar la separación de la mezcla sólida antraceno-difenilamina, aprovechando el carácter ácido y básico de los componentes.
Objetivos específicos
Realizar los cálculos de solubilidad para la mezcla y elegir el mejor solvente. Realizar el esquema de separación y las reacciones que interfieren en la formación de la sal. Comparar los resultados obtenidos con los datos reales de composición de la mezcla proporcionados por el laboratorio. Calcular el porcentaje de error de los resultados obtenidos.
1. Propiedades de sustancias Tabla 1.1 Propiedades de Antraceno -
Propiedad Aspecto Olor Punto de ebullición (°C) Punto de fusión Temperatura de inflamación (°C) Temperatura de auto ignición (°C) Presión de vapor Solubilidad Densidad relativa (agua=1) Masa molecular
Dato Polvo fluorescente de Incoloro a amarillomarrón Olor característico débil 340 °C 213 -216 °C 121 °C c.c. 540 °C 0,000008 hPa a 25 °C En agua a 20 °C <0,0001 g/L 1,274 178,23 g/mol
Tabla 1.2 Propiedades de Difenilamina (N-Fenilanilina) -
Propiedad Aspecto Olor Punto de ebullición (°C) Punto de fusión (°C) Temperatura de inflamación (°C) Temperatura de auto ignición (°C) Presión de vapor Densidad relativa (agua = 1) Densidad relativa de vapor (aire = 1) Solubilidad Masa Molecular
Dato Cristales incoloros Olor característico 302 °C 53 °C 153 °C c.c. 634 °C Despreciable a 20 °C 1,2 g/cm3 5,8 En agua = Escasa 169,2
Tabla 1.3 Propiedades de Ácido Clorhídrico (HCl)
Propiedad Aspecto Olor Punto de ebullición Punto de fusión Densidad Solubilidad en agua g/100mL pH Viscosidad (cp) Masa Molecular 2. Procedimiento (Diagramas de flujo)
Dato Líquido Incoloro Acre -85 °C -114 °C 1,00045 67 a 30°C 0,1 (0,1N) 0,48 a -155 °C 36,5
Muestra sólida
Extracción ácido base y extracción son solventes Seleccionar solvente de extracion
Disolver muestra con solvente de solución
¿Solvente de extracción es inmiscible con solvente de la solución? SI Agregar solvente en el embudo
Agitar mezcla Colocar embudo en un aro soportado Esperar NO ¿la mezcla se estabiliza? SI Recolectar fase inferior
A
A
Conservar en recipiente limpio Realice ajustes de pH necesarios
Eliminar disolvente en cámara de extraccion
Purificar compuesto
Determinar constantes físicas
NO
Embudo de separación Cerrar llave de embudo
Esquema de separación de Antraceno – Difenilamina 0,5g Antraceno
0,5g Difenilamina No se adiciona solvente debido al alto consumo del mismo que se requiere para disolver las dos muestras Adicionar HCl (0,5%) Ácido conjugado de Difenilamina
Antraceno (sólido)
Filtrar al vacío
Antraceno
Filtrar al vacío
Ácido conjugado de Difenilamina
Adicionar NaOH Filtrar al vacío
Secar sólido
Secar sólido
3. Datos de la práctica 3.1. Datos de Entrada:
13,942 ±0,001 14,945 ±0,001 5%
Peso Vaso de Precipitado:
Peso Vaso de precipitado + Muestra: Concentración (HCl):
3.1.1. Solubilidad: Dinefilamina (A), Antraceno (B)
0,5 ∗ , ∗ , = 53,4 0,5 ∗ , ∗ , = 11,40 = 53,4 11,40 = 64,8 = 42
Hexano (
Benceno ( -
):
):
Sulfuro de carbono ( -
= 27
):
Tetracloruro de Carbono ( -
= 50
):
3.2. Datos de Proceso: Peso papel de filtro:
0,393 ±0,001 1,377 ±0,001 0,399 ±0,001 0,485 ±0,001
Peso papel de filtro + Antraceno: Peso papel de filtro 2:
Peso papel de filtro 2 + Difenilamina: 3.3. Datos de Salida: Peso Antraceno:
0,984 ±0,001 0,086 ±0,001
Peso Difenilamina: 4. CÁLCULOS:
Peso de muestra inicial: Muestra final obtenida:
14,945 13,942 = 1,003 0,984 0,086 = 1,070
Cantidad de HCl 5% para reaccionar 0,5 g de Difenilamina: -
0,5 ∗ , ∗ = 0,0029 0,0029 ∗ , ∗ = 2,177
% Error Antraceno:
984| ∗100=96,4% = |0,5010, 0,501 % Error Difenilamina:
086| ∗100=82,83% = |0,5010, 0,501 REACCIONES CON EL MÉTODO PROPUESTO: -
REACCIÓN PARA SOLUBILIZAR DIFENILAMINA:
̈ + → +
-
REACCIÓN PARA RECUPERACIÓN DE DIFENILAMINA
+ − → ̈ 5. RESULTADOS Como resultado no se obtuvo la separación debido a que el proceso no fue satisfactorio se obtuvo por una parte lo que debería ser antraceno puro y lo que debió ser Difenilamina .
0,018 ±0,001 96,4% 82,83%
0,984 ±0,001
% Error Antraceno:
% Error Difenilamina:
6. CUESTIONARIO 6.1. Esquema de separación y reacciones ácido-base para la separación de la mezcla de: a. Butanol-Ciclohexilamina N-Butanol
Ciclohexilamina
Estructura Carácter ácido/básico
ácido
básico
N-butanol
Ciclohexilamina
mezclar
Adicionar HCl Ion Ciclohexilamina + Cl- (en solución)
N-Butanol Agregar solvente (agua)
Decantar
N-Butanol
Ion Ciclohexilamina + Cl- (en solución)
Adicionar NaOH
b. Ácido salicílico y ácido malónico Ácido salicílico
Ácido malónico
Estructura Carácter ácido/básico Ácido (pKa 2.97)
Ácido (pKa1 2,83)
Ácido salicílico
Ácido malónico
mezclar
Adicionar NaHCO3 Base conjugada del ácido malónico
Ácido salicílico Agregar solvente (agua)
Decantar
Ácido salicílico
Base conjugada del ácido malónico
Adicionar HCl
c. Resorcinol y Ácido 3,5-Dinitrobenzoico Resorcinol
Ácido 3,5-Dinitrobenzoico
Ácido (pKa 9,15)
Ácido (pKa 2,77)
Estructura Carácter ácido/básico
Ácido 3,5Dinitrobenzoico
Resorcinol (sólido) Mezclar (con dietileter) Adicionar NaHCO3 Resorcinol
Base conjugada del Ácido 3,5Dinitrobenzoico
Agregar solvente (agua)
Decantar
Resorcinol
Base conjugada del Ácido 3,5Dinitrobenzoico
Evaporar (Dietil éter)
Adicionar HCl
d. Anilina, Ácido benzoico, N,N-Dietil Anilina y naftaleno Anilina
Ácido benzoico
básico
ácido
Estructura Carácter ácido/básico
Anilina
Ácido benzoico
mezclar
Adicionar NaOH Base conjugada del ácido benzoico
Anilina Agregar solvente (agua)
Decantar
Base conjugada del ácido benzoico
Anilina
Adicionar HCl
N,N-Dietil Anilina
naftaleno
Básico
No tiene carácter
Estructura
Carácter ácido/básico
Naftaleno (solido)
N,N-Dietil anilina
mezclar
Adicionar HCl Ácido conjugado del N,N-Dietil anilina
Naftaleno (solido) Agregar solvente (agua)
Filtrar
Naftaleno (solido)
Ácido conjugado del N,N-Dietil anilina
Adicionar NaOH
e. Ácido benzoico, fenol, naftaleno y anilina Ácido benzoico
fenol
Ácido (pKa 4,20)
Ácido (pKa 9,95)
Estructura
Carácter ácido/básico
Fenol
Ácido Benzoico
mezclar
Adicionar NaHCO 3 Base conjugado del Ácido Benzoico
Fenol Agregar solvente (agua)
Decantar
Base conjugado del Ácido Benzoico
Fenol
Adicionar HCl
naftaleno
anilina
No tiene carácter
Básico
Estructura
Carácter ácido/básico
Naftaleno (solido)
anilina
mezclar
Adicionar HCl Ácido conjugado del anilina
Naftaleno (solido) Agregar solvente (agua)
Filtrar
Naftaleno (solido)
Ácido conjugado del anilina
Adicionar NaOH
f. Aspirina, acetaminofén, cafeína cafeína
acetaminofén
Estructura
Carácter ácido/básico
Ácido (pKa 1,22)
Ácido (pKa 9,38)
Acetaminofén
Cafeína
mezclar
Adicionar NaHCO3 Base conjugado de la Cafeína
Acetaminofén Agregar solvente (agua)
Decantar
Acetaminofén
Base conjugado de la Cafeína
Adicionar HCl
6.2. El coeficiente de distribución, k = concentración en hexano/concentración en agua, para soluto A es 7,5. a) ¿Qué cantidad de A se eliminaría de una solución de 10g de A en 100mL de agua por una sola extracción con 100mL de hexano? b) ¿Qué peso de se eliminaría por cuatro extracciones sucesivas con 25 mL porciones de hexano? c)¿Cuánto hexano se requeriría para eliminar el 98,5% de A en una sola extracción? a.
b. Primera extracción:
= ⁄⁄ℎ =7,5 ⁄100 =7,5 10⁄100 =7,5 10 75 = 8,5 = 8,824 = ⁄⁄ℎ =7,5
⁄25 =7,5 10⁄100 100 =7,5 25025 287,5=1875 = 6,522 ℎ = = 109,494= 3,478 Segunda separación:
⁄25 =7,5 ⁄100 100 =7,5 25 25 287,5=187,5 5 = 187, 287,5 5∗3,478 = 187,287, 5 = 2,268 ℎ = = 3,4782,268= 1,210 ⁄25 =7,5 ⁄100 5 = 187, 287,5 5∗1,210 = 187,287, 5 = 0,789 ℎ = = 1,210 0,789= 0,421
Tercera separación:
Cuarta separación:
⁄25 =7,5 ⁄100 5 = 187, 287,5 5∗0,421 = 187,287, 5 = 0,275 ℎ = = 0,421 0,275= 0,146
Número de separación con 25mL de hexano Cantidad de A en 100mL de Agua (g) 1 2 3 4
3,1,427810 0,0,412146
c. Para eliminar el 98,5% en una extracción:
= ⁄⁄ℎ =7,5
Usando una base de 10g de A tenemos que el 98,5% es equivalente a 9,85g entonces habría en la fase acuosa 0,15g de A
9,85 ⁄ =7,5 0,15 ⁄100 9,85 =7,5∗(0,15 ) 100 9,85 = 5 ) 7,5∗(0,1100 = 875,56 ℎ 6.3.Escriba las ecuaciones en que la aspirina es hidrolizada por ebullición en un medio ligeramente ácido.
a) Protonación[1]
b) Adición
c) Eliminación
d) Desprotonación
[1]
Manual de prácticas de laboratorio Química orgánica II. http://www.izt.uam.mx/ceu/publicaciones/MQO2/MANUAL_QUIMICA_ORGANICA_2.pdf
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS Como primera medida se debe tener en cuenta que se decidió no realizar la solubilización debido a que según los cálculos se requería mucho solvente; entonces se procedió a realizar directamente la reacción de Difenilamina con Ácido Clorhídrico al 5% con lo cuál se pretendía solubilizar y luego simplemente separar por decantación debido a que el antraceno no presentaría reacción. Este análisis se hizo basado en el comportamiento de las aminas las cuales por su carácter básico en presencia de ácido clorhídrico al 5 o 10% se solubilizan, lo cual de hecho se usa en muchos casos para clasificar compuestos nitrogenados práctica en la cual para comprobar si se trata de una amina se realiza la solubilización con el ácido en las condiciones mencionadas. [2]
El error presentado se debió a que la Difenilamina tiene un comportamiento particular respecto a las aminas en cuanto a la interacción con Ácido Clorhídrico; pues si bien si se trata de una amina y por tanto de una molécula de carácter básico, también se trata de una molécula polar en la cual se presenta la excepción a la regla de las aminas de formar una sal soluble en presencia de ácido; esto es debido a que la Difenilamina en presencia de ácido Clorhídrico forma Cloruro de Nbencilanilinio que es una sal todavía insoluble en agua.
̈ + → + El Cloruro de N- bencilanilinio es insoluble en agua, debido a que sólo hay una carga en la molécula y, en cambio, hay más de diez carbonos en la misma. La especie protonada es demasiado lipófila o (hidrófoba) para disolverse en agua, a pesar de la presencia del protón, pues su relación número de carbono/carga es relativamente elevada. Debido a esto no se solubilizó a pesar del exceso de ácido clorhídrico y del proceso de calentamiento que se tuvo; sin embargo la difenilamina si reaccionó para convertirse en una sal quedando en el precipitado la cual no se recuperó pues la adición de Hidróxido de sodio se realizó al sobrenadante el cuál contenía únicamente Ácido Clorhídrico diluido teniendo así que cuando se realizó esta decantación la reacción que se obtuvo fue:
→ Así que el producto que se obtuvo fue cloruro de sodio el cuál nos introduce un error en la muestra y por esta razón se obtiene finalmente una cantidad mayor de mezcla que la se tenía como base inicial. Finalmente viendo todos los resultados obtenidos podemos ver que este método no es viable para la separación de estos dos componentes y según los análisis realizados se propone el siguiente esquema que si debería realizar una separación satisfactoria; en el cual se debe solubilizar primero la mezcla para así hacer la reacción y convertir la difenilamina en su sal insoluble.
[2] H.D.Durst, G.W.Gokel, Química Orgánica Experimental. Edición en Español. Ed. Reverté, 1985. p.p. 462
Antraceno
Difenilamina Mezclar con Benceno Adicionar HCl Ácido conjugado de Difenilamina
Antraceno Agregar solvente (agua)
Decantar
Antraceno
Ácido conjugado de Difenilamina
Adicionar NaOH
Se escoge el benceno como solvente pues el que según los cálculos nos reporta menor cantidad; y se realiza la recuperación de la difenilamina con hidróxido de sodio; el antraceno se recupera por evaporación. 8. CONCLUSIONES
En el caso del Antraceno y la Difenilamina, a pesar de la dificultad para solubilizar por la gran cantidad de solvente que se necesita, es la técnica más adecuada, debido a que la difenilamina no tiene un comportamiento como la mayoría de las aminas que al entrar en contacto con ácido clorhídrico forman una sal soluble. Se debe escoger el solvente no sólo por la cantidad necesaria sino por la facilidad de obtención en cuanto a costo y disponibilidad por tanto se elige el benceno para esta solubilización. El antraceno en la mezcla es más difícil de hacer reaccionar pues por su estructura, la resonancia de sus anillos provoca una gran estabilidad. El antraceno se puede purificar finalmente por ebullición pues el benceno tiene un punto de ebullición muy pequeño comparado con el antraceno de esta manera a cierta temperatura se logrará la evaporación total de benceno. Para la recuperación de Difenilamina se debe hacer reaccionar la sal con una cantidad igual de Hidróxido de sodio, pues la reacción de neutralización es 1:1.
BIBLIOGRAFÍA:
[2] H.D.Durst, G.W.Gokel, Química Orgánica Experimental. Edición en Español. Ed. Reverté, 1985. pp. 462 Manual de prácticas de laboratorio Química orgánica II. http://www.izt.uam.mx/ceu/publicaciones/MQO2/MANUAL_QUIMICA_ORGANICA_2.pdf Ficha seguridad Antraceno. Consultada el 28/09/17 http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros /301a400/nspn0385.pdf Ficha seguridad Difenilamina. Consultada el 28/09/17 http://www.insht.es/inshtweb/contenidos/documentacion/fichastecnicas/fisq/ficheros/4 01a500/nspn0466.pdf Ficha seguridad Ácido Clorhídrico. Consultada el 28/09/17 http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros /101a200/nspn0163.pdf
