“PROCESO DE OBTENCIÓN Y PURIFICACIÓN DE NIACINAMIDA A...

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“PROCESO DE OBTENCIÓN Y PURIFICACIÓN DE

NIACINAMIDA A PARTIR DE ÁCIDO NICOTINICO”

PROYECTO TERMINAL

PRESENTA

Guerra Cantú Mercedes Natali

ASESORES

Dr. José Luis Contreras Larios

M. en E. Leticia Nuño Licona

México D.F Marzo, 2014

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DEDICATORIA

A mi hijo Jesús Alexander,quien estuvo conmigo antes de iniciar mis estudios, quien

creció a mi lado y me enseñó cosas maravillosas.

A mi esposo Felipe de Jesús quien me apoyo en cada decisión, me brindo su amor y

confianza en cada paso de este largo camino

A mi hermana quien siempre ha estado a mi lado desde la infancia, quien me apoyado

incondicionalmente.

A mis padres, quien formaron la persona que soy hoy, por su presencia y ausencia en

cada momento de vida.

A mi tía Rita Cantú, que siempre he estado en cada momento importante de mi vida

A mis amigos Vanessa, Karen y Pablo por sus consejos y su tiempo

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AGRADECIMIENTOS

A toda mi familia, quien me apoyo, me guio y estuvieron conmigo en cada paso

A mi asesor el Doctor José Luis Larios Contreras por sus conocimientos transmitidos,

sus explicaciones y su apoyo durante todo el proyecto.

A mi asesora M en E Leticia Nuño Licona por darme el tiempo para escuchar mis

dudas y resolverlas.

A mis compañeros de laboratorio de Catálisis Manuel, Pallares, Saúl, Gaby, por los

buenos ratos que pasamos juntos estudiando y conviviendo.

A los ayudantes de laboratorio Gloria e Ingrid por su apoyo durante mi estancia.

A Anabel Figueroa por ser mi compañera desde el inicio y apoyarme en cada paso,

hasta el final.

A mi jefa Carolina Flores Ingeniería Química egresada de la UAM-A gracias por el

apoyo que me brindaste estos 10 meses, por compartir tus conocimientos y

enseñanzas.

A la UAM-A por tener un lugar donde me permitió estudiar, y bien lo dice su lema,

casa abierta al tiempo quien me permitió avanzar a mi ritmo y decidir mis horarios ya

que ser esposa, madre y ama de casa consume tiempo, sus instalaciones y plan de

estudios fueron las herramientas fundamentales para enriquecer mis conocimientos y

aprender nuevos.

A todos los profesores quienes se dieron el tiempo de explicar y compartir sus

conocimientos a nosotros los alumnos.

4

Contenido

1.-OBJETIVOS ......................................................................................................................... 10

1.1.-OBJETIVOS GENERALES .......................................................................................................... 10 1.2.-OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................................... 10

2.-JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 10

3.-RESUMEN ........................................................................................................................... 11

4.-ANTECEDENTES .................................................................................................................. 11

4.1.-ESTUDIO DE OBTENCIÓN DE NIACINAMIDA A PARTIR DE PROPILENO .................................................. 13

5.-INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 15

5.1 ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ............................................................................................................ 15 5.2.-AMIDAS ............................................................................................................................. 16 5.3.-PREPARACIÓN DE LAS AMIDAS ................................................................................................. 16 5.4.-REACCIÓN DE AMIDAS ........................................................................................................... 16 5.6.- VITAMINAS ........................................................................................................................ 17 5.7.- IMPORTANCIA DE LA NIACINAMIDA .......................................................................................... 17 5.8.- PROCESO CONVERSIÓN A NIACINA ........................................................................................... 18

6.- METODOS DE ÁNALISIS PARA LAS EVALUACIÓN. ................................................................ 19

6.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS ÁCIDO NICOTÍNICO Y NICOTINAMIDA. ............................................. 19 6.2.-MÉTODO DE SEPARACIÓN ...................................................................................................... 21 6.3.-CUANTIFICACIÓN ................................................................................................................. 21 6.4.- MÉTODO COLORIMÉTRICO ..................................................................................................... 21 6.5.- REACCIÓN KONIG. ........................................................................................................... 22

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7.-DESARROLLO EXPERIMENTAL .............................................................................................. 23

7.1-ESTEQUIOMETRIA Y BALANCE DE LA REACCIÓN ............................................................................. 23 7.1.1.- BALANCE DE LA REACCIÓN ............................................................................................................ 23 7.1.2.- CONVERSIÓN A MOLES ................................................................................................................. 24 ........................................................................................................................................................... 24 7.1.3.- CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE AMONIACO .......................................................................................... 24 7.1.4.- CÁLCULO DEL EXCESO DE AMONIACO .............................................................................................. 25 7.2.-EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE REACCIÓN .................................................................................... 25 7.2.1.-SISTEMA DE REACCIÓN CONSISTENTE DE: ......................................................................................... 25 7.2.2.-DIAGRAMA DEL EQUIPO ............................................................................................................... 26 7.2.3.- PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................ 27 7.2.4. CONDICIONES Y CARACTERÍSTICAS PRODUCTO FINAL .......................................................................... 30

8.-RESULTADOS ...................................................................................................................... 30

8.1.-PRUEBAS DE SOLUBILIDAD ............................................................................................... 30 8.1.1.-MATERIAL .................................................................................................................................. 30 8.1.2.-PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 30 8.2.- TRATAMIENTO DE UNA MUESTRA PROBLEMA ................................................................. 31 8.2.1OBJETIVO ..................................................................................................................................... 31 8.2.2.- MATERIAL Y REACTIVOS ............................................................................................................... 31 8.2.3.-PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 32 8.2.4.- MÉTODO COLORIMÉTRICO PARA MUESTRA PROBLEMA ..................................................................... 33 8.3.- DETERMINACIÓN POR EL MÉTODO DE KÖNIG ................................................................... 34 8.3.1.- CURVA DE CALIBRACIÓN ............................................................................................................... 34 8.3.2.-PREPARACIÓN DE LOS REACTIVOS ................................................................................................... 35 8.3.3.- DETERMINACIÓN COLORIMÉTRICA ................................................................................................. 36 8.4- METODO DE SEPARACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA UNA DE LAS EVALUACIONES ............. 38 8.4.1.-CONVERSIÓN .............................................................................................................................. 39 8.4.2.- RENDIMIENTO % ........................................................................................................................ 40 8.4.3.-CUANTIFICACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA EVALUACIÓN POR MÉTODO COLORIMÉTRICO .......................... 41

9.- ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................................................. 43

9.1.- BALANCE MATERIA EN EL T=0 ................................................................................................. 43 9.2 BALANCE DE MATERIA EN T=TF .................................................................................................. 43 9.3. CARACTERÍSTICAS Y APARIENCIA DEL PRODUCTO DE EVALUACIÓN (NIACINAMIDA). ............................... 44 9.4. DIFRACCIÓN DE RAYOS X ........................................................................................................ 45

10.- CONCLUSIONES ................................................................................................................ 54

11.-BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 57

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ANEXO A ................................................................................................................................ 58

CONDICIONES DE EVALUCIÓN ......................................................................................................... 58

ANEXO B ................................................................................................................................ 72

DATOS DE CURVA DE CALIBRACIÓN .................................................................................................. 72

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. ÁCIDO NICOTÍNICO ............................................................................................................. 15

Figura 2. NIACINAMIDA ..................................................................................................................... 16

Figura 3. REACCIÓN DE AMIDAS ....................................................................................................... 17

Figura 4. ESTRUCTURAS DE NAD Y NADP .......................................................................................... 18

Figura 5. Amoxidación de 3 - picolina y la hidrólisis de Cianopiridina para obtención de ácido nicotínico y de niacinamida ....................................................................................................... 19

Figura 6 Estructuras del ácido nicotínico y nicotinamida .................................................................. 19

Figura 7. Reacción König ................................................................................................................... 23

Figura 8. Balanza Analítica. Sartorius Max 210 g, d=0.1mg .............................................................. 25

Figura 9. Reactor de acero inoxidable capacidad 0.35 L ................................................................... 26

Figura 10. Diagrama de reacción ....................................................................................................... 26

Figura 11. Ácido Nicotínico dentro del reactor. ................................................................................ 27

Figura 12. Instalación de la reacción ................................................................................................. 27

Figura 13. Sistema de amoniaco ....................................................................................................... 27

Figura 14. Gráfica temperatura Vs tiempo ........................................................................................ 28

Figura 15. Gráfica de presiones Vs tiempo de reacción. .................................................................. 29

Figura 16. Solubilidad de Ácido Nicotínico ....................................................................................... 31

7

Figura 17. Mezcla problema separada .............................................................................................. 33

Figura 18. Muestra de niacinamida y ácido nicotínico en presencia de bromuro de cianógeno ..... 34

Figura 19. Espectrofotómetro ........................................................................................................... 35

Figura 20. Muestras preparadas ....................................................................................................... 36

Figura 21. Curva de calibración. ........................................................................................................ 37

Figura 22. Filtrado de la muestra. ..................................................................................................... 38

Figura 23. Solidos retenidos en el papel filtro................................................................................... 39

Figura 24. Concentraciones de cada evaluación ............................................................................... 42

Figura 25. Difractometro de rayos x. ................................................................................................. 45

Figura 26. Estructura del ácido Nicotínico ........................................................................................ 47

Figura 27. Estructura de Niacinamida ............................................................................................... 48

Figura 28. Difractograma del producto de evaluación 2. .................................................................. 49


Figura 30. Difractograma del producto la evaluación 4. ................................................................... 51

Figura 31. Difracrograma del producto de evaluación 5 .................................................................. 52



Figura 34. Productos de las evaluaciones (Niacinamida). ................................................................. 55

Figura 35. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 1 ................................................................... 60

Figura 36. Producto de evaluación 1 ................................................................................................. 61

Figura 37. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 2 .................................................................... 62




Figura 41.Gráfica de datos obtenidos en evaluación 4 ..................................................................... 65

8

Figura 42. Producto de evaluación 4. ............................................................................................... 66


Figura 44. Producto de evaluación 5. ................................................................................................ 68

Figura 45. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 6. ................................................................... 70

Figura 46. Producto de evaluación 6. ................................................................................................ 71

Figura 47. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 7. ................................................................... 72


Figura 49. Curva de calibración al tiempo 0. ..................................................................................... 73

Figura 50. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 1. .................................................................... 73



Figura 53. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 4 ..................................................................... 75


Figura 55. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 6 ..................................................................... 77

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 . La ingesta diaria recomendada establecida por el instituto nacional de la nutrición “salvador zubiran” ..................................................................................................................... 12

Tabla 2 Valores nutrimentales de referencia para la población mexicana de 0- 3 meses. ............... 13

Tabla 3 Propiedades de amoniaco. Perry ......................................................................................... 20

Tabla 4 Propiedades de la niacinamida ............................................................................................. 20

Tabla 5 Propiedades del Ácido Nicotínico ........................................................................................ 21

Tabla 6. Preparación de solución de referencia y blanco ................................................................. 22

Tabla 7 Balance de compuestos ........................................................................................................ 24

Tabla 8. Valores de reacción ............................................................................................................. 24

9

Tabla 9. Condiciones de evaluación. ................................................................................................. 29

Tabla 10. Condiciones al final de las 7 evaluaciones ........................................................................ 30

Tabla 11. Solubilidad de Niacinamida y Ácido Nicotínico. ................................................................ 31

Tabla 12. Cantidad de muestra ......................................................................................................... 32

Tabla 13. Solubilidad de compuestos de la mezcla problema. ......................................................... 32

Tabla 14. Cantidad de reactivos separados ....................................................................................... 33

Tabla 15. Preparación de soluciones de niacinamida ....................................................................... 35

Tabla 16. Preparación de soluciones y blancos ................................................................................. 36

Tabla 17. Absorbancias de las soluciones ......................................................................................... 37

Tabla 18. Cantidad de niacinamida obtenida. ................................................................................... 39

Tabla 19. Conversión de reactivo alimentado ................................................................................... 40

Tabla 20. Rendimiento del producto................................................................................................. 40

Tabla 21. Soluciones del producto. ................................................................................................... 41

Tabla 22. Absorbancia obtenida ........................................................................................................ 42

Tabla 23. Concentraciones del producto de evaluación. .................................................................. 42

Tabla 24. Balance de materia condiciones iniciales de cada evaluación. ......................................... 43

Tabla 25. Balance de materia producto final ................................................................................... 44

Tabla 26. Características de niacinamida obtenida........................................................................... 45

Tabla 28. Datos registrados de evaluación 1. .................................................................................. 58

Tabla 29. Datos registrados de evaluación 2. ................................................................................... 61

Tabla 30. Datos registrados de evaluación 3 .................................................................................... 62




Tabla 34. Datos registrados de evaluación 7. ................................................................................... 71

10

Tabla 35. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas ......................................................... 72







1.-OBJETIVOS

1.1.-Objetivos generales

I. Estudiar la obtención de niacinamida a nivel laboratorio en reactor por lotes a partir de

ácido nicotínico en presencia de amoniaco en exceso y ausencia de aire en la reacción.

1.2.-Objetivos específicos

II. Estudiar la conversión del ácido nicotínico en función de la presión y temperatura,

variando el tiempo de la reacción.

III. Evaluar un método de separación que incluye la extracción y el secado para la

purificación del producto.

2.-JUSTIFICACIÓN

La importancia de realizar este proyecto es que en México no se produce niacinamida

(vitamina B3). La niacinamida es un componente importante de las coenzimas nicotinamida-

adeninadinucleotido y nicotinamida-adeninadinucleotido.

11

En la legislación mexicana existe la normaNOM-086-SSA1-1994 que establece el contenido

de vitaminas y minerales, entre ellas la vitamina B3, que deben tener los alimentos y bebidas

de consumo humano con modificación en su composición, alimentos envasados y cereales.

Existe otra norma NOM-131-SSA1-2012 donde se establecen los límites de niacinamida para

lactantes y niños de corta edad, donde se señala la cantidad mínima y máxima de esta

vitamina B3.

En el presente proyecto buscamos obtener y purificar niacinamida, que es el último paso de

una serie de reacciones pertenecientes a otros estudios, llevando a cabo esta última reacción

en ausencia de oxígeno.

3.-RESUMEN

La finalidad de este proyecto fue obtener niacinamida (vitamina B3) a partir de la reacción

de ácido nicotínico con amoniaco gaseoso en exceso en relación 1:4 moles. La reacción se

llevó a cabo en un reactor por lotes en condiciones controladas de presión y temperatura

durante horas.

Se estudió la reacción en atmósfera inerte, aumentando y disminuyendo el tiempo reacción,

para determinar el tiempo y la temperatura óptima. Para cuantificar las cantidades de reactivos

remanentes y productos obtenidos se utilizaran métodos analíticos de: colorimetría (Reacción

de König), difracción de rayos X, espectro UV-vis, para separar la niacinamida del ácido

nicotínico se utilizó la diferencia de solubilidades de estos compuesto en sustancias como

agua y alcohol.

4.-ANTECEDENTES

La niacinamida es un compuesto cuya fórmula es: C6H6N2O, sólido cristalino e incoloroy

proporciona los grupos funcionales necesarios para la formación de las coenzimas

esenciales en el metabolismo energético de la célula y reparación del ADN. La ausencia de

estos compuestos en la dieta alimenticia genera enfermedades hecho demostrado en 1914

12

por el bacteriólogo estadounidense Joseph Goldberger. Entre los descubrimientos más

significativos realizados en este campo podemos mencionar:

� 1867: Huber fue el primero en sintetizar el ácido nicotínico.

� En 1867 el ácido nicotínico se sintetizó por oxidación de nicotina con ácido nítrico.

� 1914: Funk aisló el ácido nicotínico de la cascarilla del arroz.

� 1914: Goldberg demostró que la pelagra era una enfermedad nutricional.

� 1917: Chittenden y Underhill indican que la lengua negra del perro es similar a la

pelagra.

� 1935: Warburg y Christian determinan que la niacinamida es esencial en el

transporte de hidrógeno como DPN

� 1936: Euler y colaboradores aislaron el DPN y determinaron su estructura.

� 1937: Elvhehjem et al. Curaron la lengua negra con niacinamida de procedencia

hepática.

Pero hasta 1937 se aisló de fuentes bilógicas y se observó que era efectivo para

curar la lengua negra de perros y la pelagra en los seres humanos.

� 1937: Fouts et al. Curaron la pelagra con niacinamida.

1947: Handley y Bond dan cuenta de que el tejido animal es capaz de convertir el

triptófano en niacina (Remington, 2003)

La niacinamida es un componente esencial de alimentos y bebidas no alcohólicas, existen

normas que establecen las características nutrimentales que se deben sujetar estos productos,

entre sus especificaciones se encuentra la vitamina B3 y la dosis recomendada para la

población (NOM-086-SSA1-1994 y NOM-131-SSA1-2012)

Tabla 1. La ingesta diaria recomendada establecida por el instituto nacional de la nutrición “salvador zubiran”

NUTRIMENTOS VALORES (mg)

Vitamina A 1000

Vitamina E 10

Vitamina C 60

13

Tiamina 1.5

Vitamina B3 20

Tabla 2 Valores nutrimentales de referencia para la población mexicana de 0- 3 meses.

EDAD HOMBRES(mg/día)

MUJERES(mg/día)

0-6 meses 2 27-12 meses 4 4

1-3 años 6 6

4.1.-Estudio de obtención de niacinamida a partir de propileno

La obtención de niacinamida parte de una serie de reacciones, ya estudiadas y realizadas

desde la obtención de acroleína, mediante el método de oxidación catalítica de propileno se

llevó a cabo en un reactor de lecho fijo a nivel planta piloto, en donde se prepararon,

caracterizaron y evaluaron los catalizadores de oxidación de propileno (Hdez, 2004).

Reacción 1 Obtención de acroleína

CH2 CHCH3 + O2 CH2 CHCHO + H2O

El siguiente paso del proceso es �� -picolina llamada también 3-

metilpiridina, se obtiene al sintetizar a nivel laboratorio acroleína con amoniaco en

presencia de un gas inerte en este caso fue nitrógeno, se activaron los catalizadores con un

flujo de aire a una temperatura de 450°C por aproximadamente una hora y se realizó la

reacción con los siguientes catalizadores:

Al2O3 /TiO2/NH4F/Mg(NO3)2.6H2O y Al2O3 /TiF4/Mg(NO3)2.6H2O

La reacción se llevó a cabo en un micro reactor de lecho fijo, controlando la temperatura

entre 300 y 500 °C y los flujos de alimentación (Betanzos, 2006)

14

Reacción 2 Obtención de 3- metil piridina

La siguiente etapa es la obtención de ácido nicotínico a partir de 3-metilpiridina. La síntesis

de ácido nicotínico se realizó por oxidación de 3-metil piridina con oxígeno en presencia de

vapor de agua y nitrógeno. La reacción se llevó a cabo en fase gas en un micro reactor de

lecho fijo. Se sintetizaron catalizadores V2O5/TiO2-WOx en diferentes concentraciones de

WOx para dar estabilidad térmica desde una proporción de 0 a 3% conservando la

proporción de 20% en V2O5. La separación del ácido nicotínico se llevó a cabo en una

cámara de condensación a la salida del microreactor donde el ácido se obtuvo en forma de

cristales y otros productos (Hdez, 2011).

Reacción 3 Obtención de ácido nicotínico

La última etapa es la obtención de niacinamida partir de ácido nicotínico en presencia de

amoniaco gaseoso, la reacción se llevó a nivel laboratorio en un micro reactor por lotes en

una proporción de 1 mol de ácido nicotínico por 4 moles de amoniaco. Las condiciones de

reacción fueron de 200-2010°C, con presión cercana a 70 psi, durante 6 horas. Mediante el

método de König se determinó la cantidad de niacinamida, se hizo una exploración

experimental de métodos analíticos de ácido nicotínico y niacinamida en soluciones con

metanol y agua utilizando la espectroscopia ultravioleta- visible. (Ferrer, 2011)

Reacción 4 Obtención de niacinamida

15

+ NH3 + H2O

Para llevar a cabo la reacción de ácido nicotínico con amoniaco gaseoso se tomará como

base la patente N° 4,681.946 la cual describe la preparación de niacinamida por reacción

de ácido nicotínico con amoníaco gaseoso en exceso a temperaturas elevadas (190-200°C)

a no más 60 bar (Baur, et al. 1987) y la tesis de “Obtención de niacinamida a partir de

ácido nicotínico”. (Ferrer, 2011)

5.-INTRODUCCIÓN 5.1 Ácidos carboxílicos

La niacinamida se deriva del ácido nicotínico C6H5NO2, 3-piridina ácido carboxílico.

Sustituyendo el grupo OH por el grupo NH2, tenemos la amida correspondiente, es decir la

nicotinamida, llamada comercialmente niacinamida. Los ácidos carboxílicos son

compuestos de tipo RCOO2H, estos se encuentran con mucha frecuencia en la naturaleza,

incontables productos naturales son ácidos carboxílicos o se derivan de ellos, son usados

como materia prima en la preparación de numerosos derivados de acilocomo los cloruros

de ácido, los ésteres, las amidas y los tioésteres.

También son reguladores de procesos biológicos, se conocieron hasta fecha relativamente

reciente (McMurry, 2008).

En la fig. 1, se muestra la estructura del ácido nicotínico que pertenece a la familia de los

ácidos carboxílicos.

Figura 1. ÁCIDO NICOTÍNICO

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5.2.-Amidas

Las amidas abundan en todos los organismos vivos; las proteínas, los ácidos nucleicos y

muchos productos farmacéuticos tienen grupos funcionales amidas, estas son más estables a

las condiciones que se encuentran los organismos vivos, por esa razón abundan. La

niacinamida pertenece a la familia de las amidas en la Fig.2 se muestra su estructura. Las

amidas son las menos reactivas de los derivados de los ácidos carboxílicos y experimentan

pocas reacciones de sustitución nucleofílica en el grupo acilo (McMurry, 2008).

Figura 2. NIACINAMIDA

5.3.-Preparación de las amidas

Se preparan por la reacción de cloruro de ácilo con una amina. El amoniaco, las aminas

monosustituidas y las aminas disustituidas experimentan la reacción (McMurry, 2008).

5.4.-Reacción de amidas

Las amidas experimentan hidrólisis para producir ácidos carboxílicos y amoniaco o una

amina mediante el calentamiento en un ácido acuoso o en una base acuosa. Las condiciones

son severas.

La reacción de hidrólisis ácida se efectúa por la adición nucleofílica de agua a la amida

protonada, seguida por la transferencia de un protón del oxígeno al nitrógeno para hacer al

nitrógeno un mejor grupo saliente y la eliminación subsecuente. Los pasos son reversibles,

con el equilibrio desplazado hacia el producto por la protonación del NH3en el paso final

(McMurry, 2008).

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Figura 3. REACCIÓN DE AMIDAS

La hidrólisis básica sucede por la adición nucleofílica del OH- al grupo carbonilo de la

amida, seguida por la eliminación del ion amiduro (-NH2) y la desprotonación subsecuente

del ácido carboxílico formado inicialmente por el ion amiduro. Los pasos son reversibles,

con el equilibrio desplazado hacia el producto con la desprotonación del ácido carboxílico.

La hidrólisis básica es más difícil que la reacción análoga catalizada por ácido debido a que

el ion amiduro es mal grupo saliente, lo que dificulta el paso de la eliminación(McMurry,

2008).

5.6.- Vitaminas

Son nutrientes orgánicos esenciales para los seres humanos, la mayor parte de la vitaminas

sirven como coenzimas o partes de ellas; tienen funciones catalíticas y son utilizadas en

funciones catalíticas y metabólicas.

Las vitaminas pueden ser solubles en agua como la familia del complejo B, las cuales son

importantes para el metabolismo celular (Campbell A. et al, 2000).

5.7.- Importancia de la niacinamida

La niacinamida y ácido nicotínico son bloques de construcción para las

coenzimasnicotinamida-adenina dinucleótido (NAD) y nicotinamida-adenina dinucleótido

18

fosfato (NADP) de nuestro organismo. Estas coenzimas son necesarias para todas las

células vivas, permiten tanto la conversión de carbohidratos en energía, así como el

metabolismo de las proteínas y las grasas, ya que el cuerpo humano no produce el ácido

nicotínico ni la amida, dependen de la ingesta diaria a través de los productos alimenticios (

Chuck, 2004).

Figura 4. ESTRUCTURAS DE NAD Y NADP

5.8.-Proceso conversión a niacina

Este proceso comienza con la amoxidación en fase gaseosa de 3 - picolina a 3 -Cianopiridina,

posteriormente a ácido nicotínico, en la última fase se hace reaccionar el ácido nicotínico con

amoniaco como se muestra fig.5, este proceso se lleva a cabo a presiones y temperaturas

elevadas, para garantizar altas concentraciones (Chuck, 2004).

19

Figura 5. Amoxidación de 3 - picolina y la hidrólisis de Cianopiridina para obtención de ácido nicotínico y de niacinamida

6.- METODOS DE ÁNALISIS PARA LAS EVALUACIÓN.

6.1 Propiedades físicas y químicas ácido nicotínico y nicotinamida.

El ácido nicotínico (niacina) y la nicotinamida (niacinamida), ambas tienen propiedades vitamínicas y se conocían desde hace 20 años antes de que se supiera de su importancia biológica.

Figura 6 Estructuras del ácido nicotínico y nicotinamida

20

Tabla 3 Propiedades de amoniaco. Perry

COMPUESTO INORGANICO

FORMULA PM COLOR ÍNDICE REF.

DENSIDADRELATIVA

PFC PEC SOLUBILIDAD EN 100

AMONIACO NH3 17.03 Gas incoloro

lq 0.81779°C ,

-77.7 -33.4 Agua fría 89.– 0°C

Agua calient7.4 -96°C

Tabla 4 Propiedades de la niacinamida

21

Tabla 5 Propiedades del Ácido Nicotínico

6.2.-Método de separación

La nicotinamida es altamente soluble en agua y éter Estas características de solubilidad

permite la separación de las dos vitaminas.

6.3.-Cuantificación

Existen métodos espectrofotométricos para la determinación de derivados de piridina

utilizando la reacción de König. En esta reacción los derivados de piridina con hidrógeno en

al menos una de las posiciones adyacentes al nitrógeno heterocíclico, reaccionan con bromuro

de cianógeno para producir un derivado de aldehído glutacónico, que podría ser acoplado con

una arilamina para dar un colorante de polimetina que absorbe en el rango de 450-550 nm de

longitud de onda (Peiró M. E. et al, 2004).

6.4.- Método colorimétrico

Determinación de niacinamida en alimentos y drogas

A. Reactivos

a) Soluciones estándar de niacinamida mg/ml

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b) Dilución de hidróxido de amonio – Diluir 5 ml en 250 de H2O

c) Solución de CNBr (Bromuro de Cianógeno). Calentar 370 ml de H2O a 40°C,

adicionar 40grs de CNBr hasta su total disolución, posteriormente diluir a 400ml de

H2O fría, mantener en refrigeración. Nota ( evitar el contacto con el CNBr)

d) Solución de ácido sulfanílico 10%. Pesar 2 gr de ácido sulfanílico, agregar 170 ml

H2O y adicionar 1ml o más de NH4OH hasta disolver. Ajustar el pH a 4.5 con HCl.

B. Preparación de soluciones estándar

a) Preparar diferentes soluciones disminuyendo la concentración de niacinamida,

la cantidad de la solución estándar deberá ser igual en la preparación del blanco

b) Preparar la solución de referencia tomando alícuotas de las soluciones que se

muestran en la tabla 6 siguiendo el orden, así como la solución blanco.

Tabla 6. Preparación de solución de referencia y blanco

Solución referencia Blanco 1 ml Sol. referencia 1 ml Sol. referencia 0.5 ml dil. NH4OH 0.5 ml dil. NH4OH 6.5 ml H2O 1.5 ml H2O 0 ml CNBr 5 ml CNBr 2 ml ácido sulf. 10% 2 ml ácido sulf. 10% 1 gota HCl

Ajustar el espectrómetro a 450 nm, ajustar con cada respectivo blanco las soluciones de

referencia y anotar la absorbancia los primeros minutos (HerrichKenneth, 1990)

6.5.- REACCIÓN KONIG.

Se cuaterniza el núcleo de piridina mediante bromuro de cianógeno es seguido por apertura

del anillo para generar eldialdehído intermedio putativo. La reacción de este compuesto con

una base apropiada, como el sulfato de p - metilaminofenol o ácido sulfanílico, genera un

colorante. La concentración de este tinte es determinado colorimétricamente (Wiley, 1988).

23

Figura 7. Reacción König

7.-DESARROLLO EXPERIMENTAL

7.1-Estequiometria y balance de la reacción

Se hace reaccionar ácido nicotínico más amoniaco en exceso, para producir niacinamida, el

esquema se muestra en la reacción 5.

Reacción 5 Obtención de Niacinamida

7.1.1.- Balance de la reacciónEl balance de la reacciónse muestra en la tabla 7

24

Tabla 7 Balance de compuestos

Elemento Reactivos ProductosC 6 6H 8 8N 2 2O 2 2

7.1.2.- Conversión a molesCalculo de los moles, tomando como base 6 gramos de ácido nicotínico

Ecuación 1

�� =�

��

C6H5NO2 + NH3 C6H6N2O + H2O

PM 123.11 17.03 122.13 18

Masa 6 0.83gr 5.952gr 0.876

Mol 0.0487 0.0487 0.0487 0.0487

7.1.3.- Cálculo de la presión de amoniaco

La cantidad de amoniaco calculada para la reacción se encuentra en moles, para conocer la

cantidad a inyectar al reactor se convierte en presión, utilizando la ecuación de gas ideal.

Ecuación 2. Gas Ideal

� = ��

Tabla 8. Valores de reacción

DatosPresión -Volumen Reactor 0.34 LR ( constante) 0.082L*atm/ mol KTemperatura 298.15 KMoles 0.0486 mol

25

� =0.0486mol 0.082L atm / mol K 298.15 K

0.35 L=3.5 atm

� = 3.5 �� = 51.53 ��

7.1.4.- Cálculo del exceso de amoniacoLa reacción se realizó utilizando exceso de amoniaco en relación 1:4 con respecto al ácido

nicotínico.

� = 51.53 �� = 206.134194 psia

Esta es la presión estimada para inyectar la cantidad de amoniaco en exceso de 1:4, el

manómetro del reactor indica un máximo de 200psias, por lo que se inyectará amoniaco lo

más cercano a esa presión.

7.2.-Evaluación del sistema de reacción

7.2.1.-Sistema de reacción consistente de:� Agitador magnético

� Balanza Analítica

� Bomba de vacío

� Reactor ( R )

� Parrilla de agitación (PA)

� Control de temperatura (CT)

� Tanque de amoniaco (F)

Figura 8. Balanza Analítica.Sartorius Max 210 g, d=0.1mg

26

Figura 9. Reactor de acero inoxidable capacidad 0.35 L

7.2.2.-Diagrama del equipoEl sistema de reacción se muestra en la Figura 10

T = 200°C

T = 20 °C

P

CT

PA

R

Termoposo

Línea de amoniaco

F

K

K

K

Figura 10. Diagrama de reacción

27

7.2.3.- Procedimiento� Pesar 6 gramos ± 0.0001 gr de ácido nicotínico en balanza analítica, introducir al

reactor (R), con un agitador magnético, cerrar el sistema.

Figura 11. Ácido Nicotínico dentro del reactor.

� Colocar el reactor en la parrilla de agitación (PA), así como la resistencia, antes de

introducir el amoniaco en fase gaseoso, extraer en aire.

Figura 12. Instalación de la reacción

� Introducir el amoniaco al sistema hasta alcanzar la presión de 105 psiay cerrar el sistema.

Figura 13. Sistema de amoniaco

� Iniciar el calentamiento y la agitación, programando el control de temperatura hasta

200 °C.

28

� Registrar los valores de Presión y Temperatura cada 5 minutos desde el t=0, hasta el

t=tf, variando el tiempo desde 6 hasta 1 hrs. Los valores registrados se muestran en

la Fig. 14 y Fig. 15.

Donde se observa como la temperatura aumenta y la presión disminuye lo cual

indica que el amoniaco está reaccionando.

Figura 14. Gráfica temperatura Vs tiempo

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200210220

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390

Reacción 7 Reacción 6 Reacción 5 Reacción 4 Reacción 3 Reacción 2 Reacción 1

Temperaturas (°C)

Tiempo ( Min)

29

Figura 15. Gráfica de presiones Vs tiempo de reacción.

� Realizar este procedimiento para 7 diferentes evaluaciones. Ver tabla 9.

Tabla 9. Condiciones de evaluación.

Evaluación1

Evaluación2

Evaluación3

Evaluación 4

Evaluación5

Evaluación 6

Evaluación 7

Ácido Nicotínico

(mol)

0.04876939 0.04881813

0.04881813

0.04876939

0.04876939 0.04876939

0.04876939

Presión (psia)

100 98 105 105 100 105 105

Tiempo (min)

365 60 125 125 310 305 125

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200210

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390

Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 Reacción 4 Reacción 5 Reacción 6 Reacción 7

Presiones (Psia)

Tiempo (min)

30

Temperatura

inicial(°C)

20 19 28 23 23 25 22

Vació si si Si Si si si Si

7.2.4. Condiciones y características producto finalAl término de cada evaluación se registró los datos de presión y temperatura a la cual el

sistema llegó, así como las características del producto.

Tabla 10. Condiciones al final de las 7 evaluaciones

Evaluación1

Evaluación2 Evaluación3

Evaluación 4

Evaluación5

Evaluación 6

Evaluación7

Presión final (psia)

60 200 79 64 71 71 80

Temperatura final(°C)

204 115 124 131 126 126 122

pH 9 5 9 10 10 7Color Obscuro Cafe Amarillo Amarillo

y cafeCafe

yamarillo

Cafey amarillo

Cafey

blanco

8.-RESULTADOS

8.1.-PRUEBAS DE SOLUBILIDAD

Realizar pruebas de solubilidad ya que el producto de las evaluaciones es una mezcla de

niacinamida y ácido nicotínico sin reaccionar, para aplicar el método de filtrado y secado.

8.1.1.-Material� Agitador

� Balanza Analítica

� Vasos de precipitados

8.1.2.-Procedimiento� Pesar un gramo de cada reactivo en un vaso de precipitados

� Agregar diferentes cantidades de agua desde un 1 ml hasta 80 ml.

� Agitar y agregar agua desionizada hasta disolver cada reactivo.

31

� En la tabla 11, se muestran los resultados obtenidos, donde la solubilidad de la

niacinamida es 1gr/1.5ml y del ácido nicotínico es 1g/80ml en este último reactivo

se observó insolubilidad después de tiempo 5 minutos aproximadamente.

Tabla 11. Solubilidad de Niacinamida y Ácido Nicotínico.

Cantidad Agua (ml) Niacinamida (1 g) Ácido Nicotínico (1g)1 Insoluble Insoluble

1.5 Soluble Insoluble2 Soluble Insoluble10 Soluble Insoluble20 Soluble Insoluble40 Soluble Insoluble60 Soluble Insoluble80 Soluble Soluble

Figura 16. Solubilidad de Ácido Nicotínico

8.2.- TRATAMIENTO DE UNA MUESTRA PROBLEMA

Es una muestra que consiste en una mezcla de composición conocida de niacinamida y

ácido nicotínico.

8.2.1Objetivo� Comprobar la cantidad de ácido nicotínico y niacinamida separando ambos

reactivos por medio de sus propiedades de solubilidad.

8.2.2.- Material y reactivosMaterial utilizado

� Balanza analítica

32

� Vidrio reloj

� Embudo de plástico

� 2 vasos de precipitados 40 ml

� Agitador

� Parrilla

� Papel filtro

Reactivos

� (Niacinamida+ Acido Nicotínico)

� Agua

� Solución bromuro de cianógeno. Pesar 2 gramos de bromuro de cianógeno y

disolver con 38.5 ml de agua caliente.

8.2.3.-Procedimiento� Pesarla muestra problema

Tabla 12. Cantidad de muestra

Compuesto GramosMezcla (ácido nicotínico y niacinamida) 2.58

� Disolver la muestra con agua desionizada.La cantidad de la muestra problema es

2.58 gramos, de acuerdo a la información del compuesto más soluble, adicionar 10

ml de agua agitando por 5 minutos.

� Colocar en un embudo un papel filtro para separar los reactivos.

� Evaporar el filtrado, la niacinamida al ser soluble se arrastró con el agua filtrada y el

ácido nicotínico es retenido en el papel filtro al ser insoluble en tan poca cantidad de

agua.

Tabla 13. Solubilidad de compuestos de la mezcla problema.

Compuesto SolubilidadNiacinamida 1g/1.5 mlÁcido nicotínico 1g/80 ml

33

� Secar en la estufa a 50°C hasta peso constante.

� Colocar el papel filtro con los sólidos en la estufa a 50°C, hasta peso constante

Figura 17. Mezcla problema separada

� Cuantificar cada producto obtenido, los resultados se muestran en la tabla 14.

Tabla 14. Cantidad de reactivos separados

Reactivo Cantidad (g)

Niacinamida 1.1899Ácido Nicotínico 1.3901

Total 2.58

Este total corrobora la cantidad inicial que fue de 2.58 gr

8.2.4.- Método Colorimétrico para muestra problema� Determinación de niacinamida y ácido nicotínico en la mezcla problema.

� Colocar en un vial 0.0069g de la muestra filtrada ( niacinamida)

� Colocar en un segundo vial 0.007 gramos de la muestra retenida en el papel filtro

(ácido nicotínico)

� A cada vial agregar 3ml de agua y 23 gotas de la solución bromuro de cianógeno

� Al agregar el bromuro de cianógeno a cada vial se observa que la muestra de

niacinamida desarrolla un color amarrillo característico de la reacción de König y la

34

ausencia de color en el vial que contiene la muestra de ácido nicotínico como se

muestra en la fig. 18.

Figura 18. Muestra de niacinamida y ácido nicotínico en presencia de bromuro de cianógeno

8.3.- DETERMINACIÓN POR EL MÉTODO DE KÖNIG

8.3.1.- Curva de calibraciónMaterial

� Vaso de precipitado 40 ml

� Buretas

� Matraz aforados de 500 ml

Reactivos� Ácido sulfanílico

� Ácido clorhídrico

� Bromuro de cianógeno

� Hidróxido de amonio

� Agua desionizada

� Parrilla de calentamiento

� Tiras de pH

� Espectrofotómetro

35

Figura 19. Espectrofotómetro

8.3.2.-Preparación de los reactivos

a) Soluciones estándar

Se preparan 5 soluciones de niacinamida a diferente concentración aforadas en un

matraz de 500 ml, como se muestra en la tabla 14, donde se indican las

concentraciones utilizadas

b) Solución de Hidróxido de Amonio

Tomar una alícuota de 1 ml de NH4OH en un matraz aforado de 50 ml y llevar

hasta la marca con agua desionizada.

c) Solución de CNBr

Preparar en la campana de extracción esta solución ya que el CNBr es toxico.

Calentar 18.5 ml de agua a 40o, adicionar 2 gramos de CNBr, y agitar hasta

completa disolución agregar 20 ml de agua y almacenar en refrigeración

herméticamente tapado.

d) Solución de Ácido Sulfanílico 10%

En un matraz agregar 2g de ácido sulfanílico y 17.15 ml de agua, agregar 2.5 ml

NH4OH para disolver el ácido, ajustar el pH= 4.5 con 0.4 ml HCl.

Tabla 15. Preparación de soluciones de niacinamida

Soluciones mg niacinamida/ ml agua Concentración mg/ml1 100/500 0.22 50/500 0.13 25/500 0.054 12.5/500 0.0255 5/500 0.010

36

8.3.3.- Determinación colorimétrica

� Colocar 5 vasos de precipitados. Agregar un 1 ml de cada una de las soluciones

estándar. Por cada solución estándar correr un blanco

� Agregar 0.5ml NH4OH a cada vaso.

� Agregar las cantidades de agua, CNBr, ácido sulfanílico y HCl en este orden según

las cantidades de la tabla 16.

Tabla 16. Preparación de soluciones y blancos

Sustancias Solución (ml) Blanco (ml)Solución de niacinamida

1 1

solución NH4OH1:50

0.5 0.5

H2O 1.5 6.5Sol. CNBr 5 0Sol. Ácido sulfanilico

2 2

HCl 0 1 gota

� En la fig.20 se muestran las 5 soluciones preparadas con su correspondiente blanco,

el desarrollo de color corresponde a las concentraciones de las soluciones estándar

que van de 0.2 hasta 0.01 mg/ml. De izquierda a derecha se observa la disminución

del color amarillo al disminuir la concentración de niacinamida.

Figura 20. Muestras preparadas

� Pasar las muestras a celdas.

37

� Leer de inmediato (t=0) en el espectrofotómetro la absorbancia a 450nm,

calibrando a cero con el blanco correspondiente para las 6 concentraciones.

� Repetir las lecturas a t=1, 2,3,4,5,6 minutos, registrando las absorbancia y

concentraciones.

� Elaborar las curvas de calibración a los 7 diferentes tiempos, realizando el ajuste

lineal.

Tabla 17. Absorbancias de las soluciones

Concentración Absorbancia0.2 1.6990.1 0.5840.05 0.2070.025 0.0510.01 0.042

Figura 21. Curva de calibración.

y = 8.963x - 0.173R² = 0.976

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Abso

rban

cia

Concentración

Curva de calibración niacinamida

38

8.4- METODO DE SEPARACIÓN DEL PRODUCTO DE CADA UNA DE LAS

EVALUACIONES

El producto de cada evaluación es una mezcla desconocida de ácido nicotínico,

niacinamida y agua, aplicar el método de separación y secado para separar la vitamina B3

(niacinamida).

Material

� Vaso de precipitado

� Papel filtro

� Embudo

Procedimiento

� Disolver el producto con agua desionizada aproximadamente 9 ml o la suficiente

cantidad en la cual se disuelva la niacinamida y el ácido nicotínico permanezca

insoluble.

� Filtrar a través de papel filtro previamente tarado.

Figura 22. Filtrado de la muestra.

� Llevar las muestras filtradas a sequedad, evaporar primero el agua en una parrilla

de calentamiento y colocar después en una estufa a no más de 100º C por 20 min y

triturar hasta convertir en polvo.

39

� Colocar el papel filtro con los sólidos retenidos en un vidrio de reloj en la estufa y

realizar el mismo procedimiento de secado que para las muestras filtradas.

Figura 23. Solidos retenidos en el papel filtro.

� Pesar cada uno de los productos obtenidos

� Repetir este procedimiento para cada una de las corridas experimentales

Tabla 18. Cantidad de niacinamida obtenida.

Reacciones Producto obtenido (gr)

Producto obtenido

(mol)1 0.9822 0.015360682 3.5504 0.029070663 4.6795 0.038315734 4.3989 0.036018185 3.1392 0.025703766 3.99 0.032670117 4.4192 0.03618439

8.4.1.-ConversiónLa conversión está dada por la ecuación 3. Se define como la cantidad de moles

alimentados menos la cantidad de moles que reaccionaron entre los moles alimentados por

100.

40

Ecuación 3. Conversión

%� =�1 � �2

�1

100

Donde

�1 = �� á��

�2 = �� á��

%� = ��ó�

Tabla 19. Conversión de reactivo alimentado

Reacciones �� %�

1 0.04876939 0.9822 83.64090612 0.04881813 0.143 97.62063233 0.04881813 1.0044 83.28785364 0.04876939 0.9961 83.40939375 0.04876939 0.8015 86.65056636 0.04876939 0.9825 83.63590947 0.04876939 0.9822 83.6409061

8.4.2.- Rendimiento %Se define como la cantidad de moles de producto obtenido entre la cantidad de moles de

reactivo limitante alimentados por cien.

Ecuación 4. Rendimiento

� =��

�� × 100

Tabla 20. Rendimiento del producto

Reacciones Rendimiento 1 31.2458361 2 59.0748752 3 77.8618968 4 73.2661559 5 52.2851432 6 66.4556962

7 73.6042638

41

8.4.3.-Cuantificación del producto de cada evaluación por método colorimétricoMaterial

� Vaso de precipitado

� Buretas

� Matraz aforados de 500 ml

� Parrilla de calentamiento

� Tiras de pH

� Espectrofotómetro

Procedimiento

� Preparar soluciones con cada producto de evaluación de la cantidad obtenida del

filtrado, tomar miligramos para corroborar esta concentración.

� Pesar 5mg ± 0.005, aforados en un matraz de 50 ml

� En la tabla 21 se muestras las cantidades utilizadas de cada producto, así como la

concentración esperada.

Tabla 21. Soluciones del producto.

Producto de Evaluación mg niacinamida/ ml agua Concentración mg/ml

1 7.8/ 50 0.1562 6.2/50 0.1243 5/50 0.14 5/50 0.15 5.5/50 0.116 6.3/50 0.1267 5.5/50 1.1

� Por cada solución preparar un blanco, exactamente en el misma forma que para la

curva de calibración mencionado

� Ajustar el espectrómetro a 450nm, medir las absorbancias de cada solución

problema ajustando a cero con su respectivo blanco.

� Determinar la concentración de cada muestra comparando con la curva de

calibración

42

Los valores obtenidos se muestran en la tabla. 22

Tabla 22. Absorbancia obtenida

Evaluación Absorbancia1 1.3222 0.7643 0.4704 0.6515 0.9196 0.5177 0.644

� Con la curva realizada en la sección 8.3, Fig. 21, se leen los datos de concentracióncon cada valor de absorbancia obtenido, estos valores se muestran en la Fig.24

Figura 24. Concentraciones de cada evaluación

� Las concentraciones leídas de la Fig.24se muestran en la tabla 23.

Tabla 23. Concentraciones del producto de evaluación.

Producto Concentraciónmg/ml

Concentración curva de calibración mg/ml

1 0.156 0.1642 0.124 0.118

43

3 0.1 0.0854 0.1 0.1075 0.11 0.1326 0.126 0.147 1.1 1.04

9.- ANÁLISIS DE RESULTADOS

9.1.- Balance materia en el t=0

De acuerdo a los datos obtenidos de cada una de las reacciones, condiciones iniciales y

finales, se realizó un balance de materia para corroborar los datos. Se utilizó la ecuación 2

para convertir la presión de amoniaco a moles, para posteriormente convertir de moles a

masa con la ecuación 1. Los resultados se muestran en la tabla 24.

Tabla 24. Balance de materia condiciones iniciales de cada evaluación.

Reacciones Ácido nicotínico

(mol)

Amoniaco (psia)

Amoniaco (mol)

Moles totales alimentados

1 0.04876939 100 1.4144095 1.4632 2 0.04881813 87 1.23474827 1.2836 3 0.04881813 105 1.44567775 1.4945 4 0.04876939 105 1.47008561 1.51895 0.04876939 100 1.40008153 1.4489 6 0.04876939 105 1.46022423 1.5090

7 0.04876939 105 1.47506642 1.5238

9.2 Balance de materia en t=tf

Se conoce la cantidad de amoniaco sin reaccionar, este valor se convierte de presión a

moles y estos moles a masa con las ecuaciones 2 y1.

La cantidad de niacinamida que se obtuvo por solubilidad y filtrado se menciona en el

punto 8.4, tabla 18.

En la tabla 19 se reporta la cantidad de ácido nicotínico (�� )que quedo retenido en el papel

filtro.

44

El agua obtenida en las evaluaciones no se pudo cuantificar exactamente pero se observó

que la cantidad que formada no excedía los 20 ml, para cuantificar esta agua se resta el total

de masa alimentada calculada en la tabla 24, menos la suma de niacinamida, ácido

nicotínico son reaccionar y amoniaco se muestra en la ecuación 5.

Ecuación 5 Balance de materia para el agua

�� = �!.". + �"#3 � (�� + �!.". + �"#3)

El balance de materia total en el t=tf es la suma de todos los productos obtenidos como se

muestra en la ecuación 6.

Ecuación 6. Masa total al t=tf

�� = �!.". + �"#3 + �" + �#2$

Los valores de balance de materia obtenidos se muestran en la tabla 25.

Tabla 25. Balance de materia producto final

Reacciones Ácido Nicotínico (mol) Amoniaco (mol)

Niacinamida (mol) Agua Total

1 0.00797823 0.83441384 0.01536068 0.6054 1.4632 2 0.00116156 2.78137948 0.02907066 -1.5280 1.2836 3 0.00815856 1.0986449 0.03831573 0.3494 1.4945 4 0.00809114 0.89004143 0.03601818 0.5847 1.5189 5 0.00651044 0.98738972 0.02570376 0.4292 1.4489 6 0.00798067 0.98738972 0.03267011 0.4810 1.5090

7 0.00797823 1.11255179 0.03618439 0.3671 1.5238

NOTA. (La cantidad de agua calculada en la evaluación 2 es negativa ya que la presión de

amoniaco durante toda la evaluación no se observó disminución de materia ya que el

tiempo

9.3. Características y apariencia del producto de evaluación (Niacinamida).

Los productos obtenidos de cada evaluación (Niacinamida), después de someterse a

evaporación y secado, se analizaron las características físicas, estas se muestran en la tabla

26.

45

Tabla 26. Características de niacinamida obtenida

Evaluación1

Evaluación2 Evaluación3

Evaluación4

Evaluación5

Evaluación6

Evaluación7

Solubilidad Poco soluble

si si si si si si

pH 5 5 5 5 5 6 5Color Obscura Café claro Amarillo y

blancoBlanco y amarillo

Café Café claro Café claro

9.4. Difracción de rayos X

Departamento de Ingeniería metalúrgica y materiales

ESIQUE- IPN

Prof. Beatriz Zeifert

Equipo: Difractometro marca Buker

Modelo: D8 Focus

Figura 25. Difractometro de rayos x.

46

Se analizaron por el método de difracción de rayos x las muestras obtenidas de

niacinamida de cadaevaluación , así como los reactivos puros de ácido nicotínico y

niacinamida.

La Fig.26. Muestra el difractogramadel ácido nicotínico, este producto (color negro),

coincide con la carta de ácido nicotínico que se encuentra en la base de datos (color rojo).

47

Figura 26. Estructura del ácido Nicotínico

La Fig.27. Muestra el difractograma de la niacinamida como reactivo puro, de igual manera

coincide con la carta de nicotinamide o niacinamida (carta color rojo).

48

Figura 27. Estructura de Niacinamida

Análisis del producto de evaluación 2.

La Fig. 28. Muestra el difractograma, del producto de evaluación (color negro), donde se

observa la presencia de niacinamida en bajas proporciones (carta color azul), así como

cantidades de ácido nicotínico en mayor cantidad con respecto a la vitamina, se observa

otros compuestos diferentes a la familia de picos de niacinamida y ácido nicotínico, no se

conocen con exactitud pero se asociaron con posibles compuestos en la figura se muestran

las cartas que posiblemente sean.

49

Figura 28. Difractograma del producto de evaluación 2.

Análisis del producto de la evaluación 3

La Fig.29. Muestra el difractograma del producto en color negro, dondese observan dos

productos obtenidos que es ácido nicotínico (carta color rojo) y niacinamida (carta color

azul), la proporción de la niacinamida es mayor que el ácido nicotínico, por la intensidad de

los picos y cantidad de ellos.

50



La Fig. 30. Muestra el difractograma del producto 4 en color negro, donde solo se

observan dos productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (carta color azul y

niacinamidaen mayor cantidad (carta color rojo).

51

Figura 30. Difractograma del producto la evaluación 4.


En la Fig.31. Muestra el difractograma del producto 5 (color negro), donde se observan 3

productos obtenidos, ácido nicotínico en mayor cantidad (color rojo) y niacinamida en

cantidades menores respecto al ácido (color azul) y un tercer compuesto (color verde) que

se asocia a los patrones de ……..

52

Figura 31. Difracrograma del producto de evaluación 5


La Fig. 32. Muestra el difractograma del producto 6 (color negro), donde se observan dos

productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (color azul) y niacinamida en mayor

cantidad respecto al ácido (color rojo).

53



La Fig. 33. Muestra el difractograma del producto 7 (color negro), donde se observan dos

productos, ácido nicotínico en pequeñas cantidades (color roja) y niacinamida en cantidad

mayor comparada con la del ácido (color azul).

54


10.- CONCLUSIONESEn este proyecto se estudió la obtención de vitamina B3 en 7 diferentes condiciones de

evaluación variando el tiempo, programando el control de temperatura a 200°C. La primera

evaluación fue de 6 horas alcanzando una temperatura de 200°C, el producto obtenido fue

de color obscuro y olor desagradableel tiempo de evaluación debe de ser menor, ya que se

busca un producto cristalino. Las siguientes pruebas fueron de menor tiempo, se realizaron

en ausencia de oxígeno.

Las reacciones siguientes se realizaron a menor tiempo sin llegar a la temperatura de

200°C, en todas ella el producto obtenido fue más claro. En las condiciones de la

evaluación4 temperaturas 125 ° C y 105 Psia de presión de amoniaco, fue donde se obtuvo

el producto más claro, comprobando con la otra prueba a las mismas condiciones.

55

La apariencia del producto es más cristalina en las evaluaciones realizadas en evacuando el

aire previo a la evaluación ,aparentemente el oxígeno puede estar oxidando al compuesto

orgánico.

Se aplicó el método de separación de filtración y secado, de acuerdo a las pruebas de

solubilidad realizadas tanto del producto como del reactivo, corroborando los datos

reportados. En base a esta información el producto de cada evaluación fue separado, por

medio de solubilidad y filtración, para separar el ácido nicotínico que no reacciono al ser

insoluble en el agua. Para eliminar cantidades de agua y trazas de amoniacose sometieron a

tratamiento de evaporación y secado. Obteniendo los productos que se muestran en la

Fig.34.Donde se observa una gama de colores desde obscuro hasta casi blanco.

Figura 34. Productos de las evaluaciones (Niacinamida).

En el producto 1 y 5 se tienen los colores más obscurosy su textura es diferente a la de un

polvo.

Los productos de las evaluaciones 4 y 7 se realizaron a las mismas condiciones de

evaluación, observando un color diferente en ambos.

Los productos 2, 3, y 6 presentan colores intermediosno muy claros, no muy obscuros y

textura de polvo.

De acuerdo a las propiedades físicas dela niacinamida es un polvo cristalino blanco, la

evaluación que en propiedad física se acerca más a esta característica es el producto de la

evaluación 3, 4 y la evaluación 7 debería de hacerlo también ya que se realizó a las

mismas condiciones que la evaluación 4, sin embargo presenta un color más obscuro.

56

Para corroborar la cantidad y pureza de cada producto, se sometieron a pruebas de

colorimetría y difracción de rayos. Las muestras conocidas de niacinamida coincidieron con

las cantidades leídas en la curva de calibración realizada para método colorimétrico, los

resultados se muestran en la Fig.23.

En la tabla 18, nos muestra la cantidad de niacinamida (vitamina B3) obtenida. La mayor

cantidad la obtenemos en lasevaluaciones 3, 4 y 7 con 4.6795, 4.3989 y 4.4192 gr

respectivamente, menor cantidad en las evaluaciones 5, 2 y 6 con 3.1392, 3.5504 y 3.99 grs

y definitivamente donde se obtuvo la menor cantidad fue en la evaluación 1 con 0.9822 grs

La evaluación 4 y 7 que fueron realizadas en las mismas condiciones. El rendimiento

reportado en la tabla 20 es semejante, 77 y 73 % respectivamente, sin embargo el color no

fue igual de cristalino y blanco en ambas.

Para corroborar el producto obtenido,o sea vitamina B3 se aplicó una técnica de

caracterización basada en las propiedades de estructura cristalina que es la difracción de

rayos x.

Los difractogramas de este análisis muestran en todas las evaluaciones la presencia de

niacinanimda (Vitamina B3): en la evaluación 2 se obtiene niacinamida en mayor cantidad

que el ácido nicotínico y la evaluación 5 se encuentra el ácido nicotínico en mayor

cantidad, pero a la vez se obtiene en los dos productos otros compuestos que no se

identificaron en su totalidad, se asociaron a otras cartas que posiblemente sea el compuesto.

Los productos de las evaluaciones 3, 4, 6 y 7, solo se obtienen 2 compuestos, que es el

reactivo ácido nicotínico en menor cantidad que el producto que es niacinamida (vitamina

B3). De estas 4 reacciones se observa que los difractogramas de las evaluaciones 4 y 7,

tienen mayor presencia de vitamina B3, ya que la familia de picos de las reacciones

obtenidas coincide perfectamente con la carta de niacinamida y menor cantidad de ácido

nicotínico.

De acuerdo a todos los resultados obtenidos, se obtuvo vitamina B3 en cadaevaluación,

pero también se encontró ácido nicotínico, se concluye que el método de purificación no es

el adecuado para separar estos reactivos. Por el cual hay que investigar algún otro método y

57

aplicarlo. Para las reacciones 2 y 5, donde se obtuvieron otros productos, sería necesario

revisar las condiciones a las cuales se realizaron y aplicar otra técnica de caracterización

con el fin de conocer los compuestos y estudiar por que se formaron a esas condiciones.

Las condiciones que dieron mejores resultados para obtener la vitamina B3 de acuerdo a los

resultados obtenidos, es una temperatura de 125°C ±5 °C y un tiempo de evaluación de a lo

más 2.5 horas.

El método colorimétrico y difracción de rayos X concuerdan cuantitativamente y

cualitativamente con las cantidades reportadas de ácido nicótico y niacinamida.

Se observa solo un tercer subproducto en cantidades significativas en las evaluaciones 2 y

5 a las condiciones de 1 y más de 5 horas que podría ser otros compuestos.

11.-BIBLIOGRAFIA

Campbell Neil A, Mitchell Lawrence G y Reece Jane. (2000). “Conceptos y Relaciones “.

Biología 3ra ed. Pag 444

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NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086-SSA1-1994, Bienes y servicios. Alimentos y

bebidas no alcohólicas con modificaciones en su composición. Especificaciones

nutrimentales.

NORMA Oficial Mexicana NOM-131-SSA1-2012, Productos y servicios. Fórmulas para

lactantes, de continuación y para necesidades especiales de nutrición. Alimentos y bebidas

58

no alcohólicas para lactantes y niños de corta edad. Disposiciones y especificaciones

sanitarias y nutrimentales. Etiquetado y métodos de prueba

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Wiley John. (1988). Encyclopedia of Chemical Technology. Fourthedition, vol. 26

ANEXO ACondiciones de evalución

Tabla 27. Datos registrados de evaluación 1.

t (min) T (°C) P (psia) 0 20 100 5 37 118

10 65 118 15 85 118 20 87 122 25 90 122 30 94 123 35 98 124 40 101 125 45 108 130 50 108 128 55 108 128 60 109 126 65 109 124 70 109 122 75 108 120 80 109 120 85 111 119 90 111 118

59

95 115 116 100 117 111 105 117 85 110 120 81 115 120 78 120 121 75 125 121 73 130 123 73 135 123 70 140 123 70 145 124 68 150 124 66 155 124 66 160 125 65 165 125 64 170 125 64 175 125 63 180 124 62 185 125 62 190 125 63 195 125 62 200 125 60 205 126 58 210 125 56 215 125 55 220 126 53 225 126 50 230 126 50 235 127 48 240 128 48 245 128 46 250 129 45 255 128 33 260 129 27 265 129 20 270 129 16 275 130 15 280 130 28 285 130 30 290 131 55 295 131 58 300 131 50 305 140 56

60

310 207 55 315 191 60 320 162 62 325 190 60 330 170 62 335 189 60 340 202 60 345 204 62 350 204 60 355 204 60 360 204 60 365 204 60

Figura 35. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 1

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Evaluación 1

Temperatura (°C)

Tiem

po (m

in)

61

Figura 36. Producto de evaluación 1


t (min) Temperatura (°C) Presión (Kpa) 0 19 87 5 31 85

10 51 87 15 63 111 20 73 126 25 89 145 30 98 149 35 101 140 40 105 144 45 107 155 50 110 170 55 113 195 60 115 200

62



Tabla 29. Datos registrados de evaluación 3

t (min) T (°C) P (psia) 0 28 105 5 37 105

10 55 105 15 74 106 20 90 106 25 95 106 30 98 106 35 96 104 40 98 100

020406080

100120140160180200220

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Evaluación 2

Temperatura (°C) Presión (Kpa)

Tiempo (min)

63

45 100 100 50 100 100 55 103 100 60 107 100 65 108 100 70 110 99 75 110 99 80 110 99 85 110 99 90 110 98 95 111 97

100 111 95 105 111 95 110 111 95 115 110 94 120 100 94 125 110 94 130 111 92 135 109 86 140 110 85 145 111 85 150 111 85 155 110 83 160 111 83 165 111 83 170 111 82 175 111 80 180 111 79 185 112 79 190 112 79 195 112 78 200 112 77 205 113 76 210 114 76 215 115 76 220 118 76 225 121 77 230 122 78 235 123 79 240 124 79

64



t (min) Temperatura °C

Presión (psia)

0 23 100 5 45 114

10 65 120 15 90 131 20 97 131

0102030405060708090

100110120130140

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255

Evaluación 3

Presión (psia) Temperatura (°C )

Tiempo (min)


65

25 102 128 30 104 126 35 105 120 40 106 118 45 107 115 50 109 112 55 109 109 60 110 110 65 111 105 70 112 100 75 112 100 80 114 99 85 114 98 90 115 95 95 117 93

100 119 90 105 120 90 110 120 87 115 122 87 120 122 84 125 124 80

Figura 41.Gráfica de datos obtenidos en evaluación 4

0102030405060708090

100110120130140

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Evaluación 4

Temperatura °C Presión (Kpa)

Tiempo (min)

66

Figura 42. Producto de evaluación 4.


t (min) T (°C) P (psia) 0 23 105 5 38 100

10 50 95 15 65 90 20 72 90 25 91 90 30 97 90 35 104 90 40 107 90 45 109 90 50 110 90 55 112 90 60 111 90 65 111 92 70 113 92 75 114 92 80 113 92 85 114 92 90 115 92 95 116 92

100 113 92 105 114 95

67

110 114 95 115 114 95 120 115 95 125 116 95 130 116 95 135 116 95 140 116 95 145 116 95 150 118 95 155 118 95 160 118 96 165 117 96 170 116 96 175 115 96 180 115 97 185 116 97 190 115 97 195 118 99 200 119 99 205 123 99 210 124 97 215 125 95 220 127 94 225 128 92 230 130 91 235 130 90 240 130 86 245 129 85 250 129 84 255 129 82 260 130 80 265 131 81 270 131 79 275 131 77 280 131 76 285 131 76 290 131 76 295 131 75 300 130 74 305 127 71 310 126 71

68




t (min) T (°C) P (psia) 0 25 105 5 33 111

10 61 116 15 80 125 20 92 130

0102030405060708090

100110120130140

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330

Evaluación 5

Temperatura [°C] Presión [PSI]

Tiempo (min)

69

25 100 127 30 104 122 35 107 120 40 108 115 45 109 115 50 114 114 55 111 111 60 112 112 65 115 110 70 117 108 75 118 107 80 118 105 85 120 105 90 120 104 95 121 103

100 121 101 105 122 100 110 123 100 115 124 99 120 123 98 125 123 96 130 123 95 135 123 95 140 126 90 145 123 90 150 122 86 155 118 85 160 112 75 165 109 77 170 114 77 175 117 77 180 121 75 185 120 77 190 122 76 195 122 76 200 124 75 205 123 76 210 124 77 215 128 77 220 129 80 225 133 76 230 133 80 235 138 80

70

240 141 80 250 129 84 255 129 82 260 131 80 265 131 81 270 131 79 275 131 77 280 131 76 285 131 76 290 131 76 295 130 75 300 127 74 305 126 71

Figura 45. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 6.

0102030405060708090

100110120130140150

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255

Evaluación 6

Temperatura (°C ) Presión (Psia)

Tiempo (min)

71



t (min) Temperatura (°C) Presión (Kpa) 0 22 105 5 41 105

10 67 105 15 88 105 20 97 107 25 107 105 30 111 100 35 114 97 40 117 94 45 119 91 50 120 91 55 122 90 60 122 90 65 122 90 70 122 90 75 122 90 80 121 88 85 121 88 90 121 88 95 121 86

100 120 86 105 120 86 110 119 84 115 120 80 120 121 80 125 122 80

72

Figura 47. Gráfica de datos obtenidos en evaluación 7.


ANEXO BDatos de curva de calibración

Tabla 34. Datos de absorbancia a concentraciones conocidas

T =0 Absorbancia Concentración

1.74 0.2 1.614 0.1

0.21 0.05 0.053 0.025 0.042 0.01

0102030405060708090

100110120130

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Evaluación 7

Temoeratura (°C) Presión (Psia)

Tiempo (min)

73

Figura 49. Curva de calibración al tiempo 0.


T=1 Absorbancia Concentración

1.72 0.2 1.596 0.1 0.209 0.05 0.052 0.025 0.041 0.01

Figura 50. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 1.


T=2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tiempo 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tiempo 1

TAbs

orba

ncia

CConcentración

Concentración

Absorba

ncia

74

Absorbancia Concentración 1.699 0.2 0.584 0.1 0.207 0.05 0.051 0.025 0.042 0.01




1.679 0.2 0.572 0.1 0.206 0.05 0.052 0.025 0.042 0.01

y = 8.963x - 0.173R² = 0.976

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Abso

rban

cia

Concentración

Tiempo 2

75




1.659 0.2 0.559 0.1 0.204 0.05

0.05 0.025 0.042 0.01

Figura 53. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 4

y = 8.846x - 0.171R² = 0.975

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tiempo 3Ab

sorb

anci

a

CConcentración

y = 0.128xR² = 0.919

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 0.5 1 1.5 2

Evaluación 4

CConcentración

TAbsorbancia

76



1.639 0.2 0.549 0.1 0.202 0.05

0.05 0.025 0.041 0.01




1.62 0.2 0.537 0.1 0.201 0.05 0.049 0.025 0.041 0.01

y = 8.626x - 0.168R² = 0.974

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tiempo 5

Abso

rban

cia

CConcentración

77

Figura 55. Figura 49. Curva de calibración al tiempo 6

y = 8.519x - 0.166R² = 0.973

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tiempo 6Ab

sorb

anci

a

CConcentración

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