Nitracion del acido salicilico

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NITRACIÓN DE ÁCIDO SALICÍLICO
Feria V. Alvaro,Alfonso D. Emely y Ortiz Z. Angge.

*Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Programa de Química, Facultad de Ciencias, Av. Central del norte 39-115, Tunja, Colombia.

1. Resumen.

En esta práctica de laboratorio de Orgánica II, se sintetizó el ácido 5-nitrosalicílico por medio de sustitución electrofílica aromática a partir del ácido salicílico con ácido nítrico anhidro, el producto se purificó mediante recristalización con etanol,se realizaron diversas técnicas tales como: baños de agua-hielo, calentamiento y filtración al vacío.Los compuestos obtenidos fueron caracterizados espectroscópicamente por infrarrojo (IR).

1. Introducción.

Los nitrocompuestos aromáticos poseen una gran importancia en la industria, ya que son precursores importantes para síntesis orgánicas, especialmente en la industria de colorantes, farmacéutica, pesticidas, y en la industria de explosivos, ya que los hidrocarburos aromáticos y sus derivados se pueden nitrar fácilmente con   ácido nítrico concentrado, y sus productos son sustancias solidas (incoloras o amarillas).[1]

 En este informe se presentan los resultados obtenidos durante   la síntesis del   ácido 5- nitrosalicílico a partir de ácido nítrico y ácido salicílico. En esta reacción se puede comprobar fácilmente el efecto que posee un grupo sustituyente en una reacción electrofílica         aromática. Esta reacción también tiene muchas otras utilidades, como por ejemplo la determinación de nitratos en muestras de Acelgas, y el riesgo toxicológico asociado al consumo de este vegetal.[1]

Este producto de la nitración, es un importante intermediario para la industria química y farmacéutica, ya que su derivado amino mesalazina actualmente es usado como componente activo para el tratamiento de muchas enfermedades patológicas.[2] Industrialmente, se han destacado dos métodos para sintetizar este compuesto: una mezcla ácida de HNO3, H2SO4 y H2O, y el otro HNO3 concentrado, (a 343 K). Pero estos reactivos tienen en común que no permiten selectividad en la reacción, la disposición de desechos se hace complicada y el peligro al realizar el experimento (por una posible explosión debido al comportamiento exotérmico de las reacciones mismas y a la inestabilidad térmica   de los productos formados) se ven aumentadas.[3] Lo anterior hace que los investigadores y a la industria se vean en la necesidad de buscar diferentes alternativas sintéticas para solventar estos problemas. Un ejemplo de esto es la utilización de la mezcla HNO3 /H2SO4. Este sistema otorga ventajas adiciones en comparación con la utilización de los anteriores sistemas, como lo son utilizar temperaturas menores, lo cual se traduce en un proceso más seguro; La posibilidad de separar el producto deseado con una alta pureza.[2] y [4]

1. Resultados y discusión.

Nitración del ácido salicílico:En la práctica de laboratorio lo que se realizó directamente fue una nitración de un compuesto aromático mediante una sustitución electrofílica aromática en donde a un compuesto aromático no sustituido (ácido salicílico) se le agregó ácido nítrico, posteriormente el ion que se desprende del ácido se une al anillo aromático.La reacción de nitración depende mucho de los grupos sustituyentes que rodean al anillo aromático, ya que de esta estructura se define la orientación de un nuevo grupo en el anillo, fijando así la posición o estabilidad que se puede presentar entre ellos.

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Esquema 1.Estructura del Ácido 5-nitrosalicílico.

Mecanismos:

Primer paso:Formación del ion nitronio:

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Imagen 1.Formación del ion nitronio.

Esta reacción es un poco contradictoria debido a que estos dos ácidos son ácidos fuertes,pero hay un ácido más fuerte que el otro,en este caso corresponde a el ácido nítrico.El protón del ácido nítrico le quita el hidrógeno del ácido sulfúrico (este proceso es reversible) formándose el anión disulfato y un intermediario,en el cual se rompe el enlace(señalado con la flecha en la parte del intermediario)y los electrones se van con el oxígeno ,produciendo el agua con sus dos pares de electrones y formando también el ion nitronio(el electrófilo). El ácido sulfúrico favorece la formación del ion nitronio.

Segundo paso:síntesis de ácido 5-nitrosalicílico:

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Imagen 2.Síntesis del ácido 5-nitrosalicílico.

El ácido salicílico (1) reacciona con el ion nitronio (2) ,como (2) es una especie electrofílica necesitaría un compuesto que le done electrones,entonces es aquí donde se denota la posición donde va a entrar el ion nitronio (en la posición 5)por ese motivo este se enlaza en el carbono 5 del ácido salicílico,rompiendo ese enlace π .Esta reacción es super lenta,debido a que se está fragmentando la aromaticidad del anillo bencénico presente en el compuesto 1 generando una carga positiva sobre el anillo bencénico también conocida como carbocatión bencénico generando así varias estructuras de resonancia (sólo dibujamos una, la cual corresponde al intermediario A).Posterior a esto,entra una última reacción en donde intercede el anión sulfúrico la cual es una reacción ácida de tipo ácido-base de Brønsted-Lowry,esta reacción es rápida debido a que vuelve a aromatizar el anillo bencénico del intermediario A ,entonces viene el anión y quita el protón (el hidrógeno),se rompe el enlace y se restablece el enlace  π (ver intermediario B),generando un producto final el cual corresponde al ácido 5-nitrosalicílico con el catalizador totalmente regenerado(el cual corresponde al ácido sulfúrico).

Espectroscopía infrarroja (IR):

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Imagen 3.Comparación de espectros infrarrojos del ácido salicílico y el ácido 5-nitrosalicílico.

Rendimiento:

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El rendimiento de la reacción es de 49,13%.  se determinó el reactivo límite teniendo como resultado al ácido salicílico.

1. Conclusiones.

• La sustitución electrofílica aromática es el mecanismo más importante que está involucrado en las reacciones de los compuestos aromáticos.
• Estas reacciones son posibles debido a que el benceno tiene densidades de electrones  π que se encuentran por arriba y por debajo de la estructura plana formada por los enlaces sigma.
• Se comprendió todo el proceso de nitración que está detrás de la participación de ion nitronio en la nitración de anillos aromáticos.
• En este procedimiento las reacciones que se producen pueden ser iónicas o del tipo  radical libre.

1. Webgrafía.

1. .
2. http://quimicaorganica2im43.blogspot.com/2013/11/nitracion-y-dinitracion-del-benceno.html#:~:text=importantes%20del%20dinitrobenceno%3A-,Los%20usos%20m%C3%A1s%20importantes%20de%20los%20compuestos%20nitrados%20son%20en,de%20s%C3%ADntesis%20de%20reactivos%20qu%C3%ADmicos.
3. http://materias.fi.uba.ar/7218/Nitracion.pdf
4. https://es.wikipedia.org/wiki/Nitraci%C3%B3n

Para el cuestionario

1. https://es.scribd.com/document/371910944/Nitracion-Del-Acido-Salicilico.Extraído el 11 de marzo del 2021.
2. http://ciencias.uis.edu.co/~jurbina/docencia/Q3-IngQca/pdf/Q3-03-Aromaticos.pdf.Extraído el 11 de marzo del 2021.
3. https://es.wikipedia.org/wiki/Trinitrotolueno#:~:text=El%20trinitrotolueno%20(TNT)%20es%20un,H5CH3).Extraído el 11 de marzo del 2021.
4. ácido salicílico, algo de historia http://www.atdermae.com/pdfs/atd_31_02_06.pdf
5. Química reacciones principales de los alcanos, http://www.fullquimica.com /2012/09/reaccionesprincipales-de-los-alcanos.html

1. Sección experimental.

Cuestionario:

1. ¿Por qué en el ácido salicílico la nitración se efectúa en la posición 5?Escriba el mecanismo de reacción.

La nitración en el ácido salicílico se efectúa en la posición 5 debido a que se tiene en cuenta cual es el grupo que activa o desorienta las diferentes posiciones.

Como se observa el anillo aromático del ácido salicílico, está constituido por dos grupos, uno orientador y el otro desorientador, el orientador es el grupo (OH) y el desorientador el grupo (COOH), en este caso se analiza cual de los dos estabiliza más el anillo, este es el grupo (OH),debido a que este orienta orto y para.El grupo carboxilo no es el predominante debido a que ocurre un impedimento estérico. Entonces la reacción global en sí produce dos compuestos el ácido 5-nitrosalicílico y el ácido 2-nitrosalicílico.[2]

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