INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL.

LABORATORIO DE QUÍMICA DE GRUPOS FUNCIONALES.

NOMBRE: PÉREZ ZÚÑIGA MARÍA FERNANDA.

GRUPO: 2IM51.

TRABAJO: REPORTE DE PRÁCTICA # 4. OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE N - BUTANOL.

NOMBRE DEL PROFESOR: MURILLO VILLAGRANA APOLONIA.

FECHA DE ENTREGA: 01/04/13.

1

Investigación bibliográfica*

Métodos de obtención de aldehídos.

a) Oxidación de alcoholes primarios.

Los agentes oxidantes en medio ácido H2SO4, comúnmente usados son K2Cr2O4,

KMnO4, HNO3 caliente, CrO3 disuelto en ácido acético glacial.

2

Objetivos

Obtener el butiraldehído por oxidación del n -

butanol.

Aplicar los conceptos teóricos de óxido

reducción en síntesis orgánicas.

Ejemplificar la obtención de aldehídos alifáticos mediante la

oxidación de alcoholes.

Formar un derivado sencillo del aldehído

obtenido y caracterizarlo.

Identificar mediante pruebas específicas, el

producto obtenido.

Implementación teórico - práctico de la práctica

# 4.

Alcances

Lograr los objetivos de la rpáctica.

Establecer los tipos de reacciones orgánicas

llevadas a cabo durante la síntesis.

Establecer el concepto de óxido - reducción en

química orgánica.

Establecer las principales pripiedades y aplicaciones de los productos obtenidos.

Manejo de reactivos y del material durante la

elaboración de la práctica.

Identificación del reactivo limitante y en

exceso.

Metas

Desarrollo de la práctica en base a la

bitácora.

Elaborar el diagrama de bloques que ilustre el

proceso de seguimiento para la obtención del

butiraldehído.

Hacer la investigación bibliográfica en base a

la bitácora.

Establecer los parámetros de control e indicios de reacción de

la práctica.

Establecer el equipo básico fundamental

para el desarrollo de la práctica.

Realización de los cálculos

estequimétricos.

En el caso de aldehídos de bajo punto de ebullición, estos deben destilarse de

inmediato, para evitar que la oxidación continúe y se produzca el ácido ó bien se puede

utilizar Clorocromato de Piridinio (PCC) que es un oxidante suave.

b) Oxidación de metilbencenos.

Este método es usado para la preparación de benzaldehído, se trata de la oxidación

controlada de los metilbencenos, que involucra la cloración por radicales libres de un

metilbenceno, seguido por el aislamiento del isómero dicloro, que se hidroliza. La

reacción de hidrólisis del gem-diol es inestable, y se pierde agua para formar el

aldehído.

c) Reducción de Cloruros de Acilo.

Los cloruros de acilo o cloruros de ácido, son derivados reactivos de los ácidos

carboxílicos en los cuales, el grupo hidroxilo o ácido se reemplaza por un átomo de

cloro. La reducción se realiza al dejar que reaccione el cloruro de acilo con PCl3 o

SOCl2, dicha reducción de cloruros de acilo se realiza mediante el uso de H2 / Pd

desactivado o usando LiAlH4 en forma de LiAlH[O-C(CH3)3]3

3

d) Hidroxicarbonilación de alquenos.

Uno de los procesos para la síntesis de aldehídos se llama hidroformilación o reacción

oxo. En esta reacción un alqueno reacciona con monóxido de carbono e hidrógeno, en

presencia del catalizador de cobalto, HCo(CO4)

e) Oxidación de alquenos.

Los alquenos pueden oxidarse a varios productos, dependiendo del reactivo que se

use. Por lo que las reacciones de oxidación de un doble enlace C = C se pueden

clasificar en 2 tipos, el primer tipo corresponde a la oxidación del enlace pi sin ruptura

del enlace, el segundo tipo se refiere a la oxidación del enlace pi con ruptura del enlace

sigma; este último es el de interés para este punto ya que cuando en la oxidación se

rompen los enlaces π y σ se obtienen como productos a los aldehídos, cetonas ó

ácidos carboxílicos.

El rompimiento del doble enlace se lleva a cabo con ozono y seguido de zinc con un

ácido para así producir un aldehído, como lo indica la reacción.

Concepto de óxido – reducción en química orgánica.

La oxidación surge por la formación de un enlace con un átomo más electronegativo

que Carbono.

La reducción es cuando el enlace se forma entre un Carbono y un elemento menos

electronegativo.

4

Oxidación: Adición de O u O2, pérdida de H2, adición de X2.

Reducción: Adición de H2, pérdida de O u O2, pérdida de X2.

Aplicaciones y usos del Butiraldehído.

La mayoría del butiraldehído (90%) en los Estados Unidos es utilizado para

producir 1-butanol, 2-etilhexanol.

Es utilizado en la fabricación de aceleradores de vulcanización, como resina y

plastificante.

Es una materia prima para la producción de aromas sintéticos en alimentación y

para diversas síntesis orgánicas.

Reacción Global*

Mecanismo de reacción*

5

H2O+O

+

Desarrollo de la práctica*

Material.

Matraz balón de 250 mL.

Vasos de precipitados de

100/250 mL.

Embudo de adición de 250 mL

con tapón.

Refrigerante.

Pinzas de soporte.

Conexiones claisen.

Plancha de calentamiento.

Termómetro.

Agitador.

Vidrio de reloj.

Probeta de 10/100 mL.

Hielo.

Frasco Gerber.

Magueras.

6

Diagrama de bloques.

7

Montar el equipo. Preparación de la mezcla.

Preparación de la

mezcla sulfocrómica.

Agitación constante hasta

disolución.

Colocar la solución

sulfocrómica en el embudo de

adición.

Iniciar el calentamiento directo del n -

butanol.

Al iniciar el reflujo, iniciar la adición de la solución

sulfocrómica gota a gota.

1

8

1Mantener una T = 75

- 80 °C. Reacción exotérmica.

Al terminar la adición, continuar el calentamiento hasta que se destile todo el

producto.

Retirar el matraz que contiene el destilado

y dejar enfriar.

Separación del producto.

Transferir el contenido del vaso

de precipitados a un embudo de

separación para eliminar la fase

acuosa.

Separar el producto y pasar el aldehído a

una probeta.

Medir el volumen y sacar el rendimiento.

Parámetros de control e indicios de reacción*

Tiempo Parámetros Indicios Fotografía

10:15

Adición de n – butanol.

Preparación del producto. Mantener

una T = 30 °C.

El n – butanol es un líquido incoloro.

10:20

Preparación de la solución

sulfocrómica. Mantener una T =

20 °C.

La mezcla se tornó color naranja. Se desprendió calor.

10:50

Temperatura del reflujo al inicio del calentamiento de

30°C.

Se observa el reflujo, las gotas

caen por las paredes del matraz.

9

11:08

Adición de la solución

sulfocrómica. Mantener una

temperatura del reflujo de entre 75 –

80 °C.

La mezcla se tornó de incolora a verde

esmeralda.

11:18Destilación del

producto.

Se observa la destilación de un

liquido transparente.

11:53Término de la

reacción / destilación.

Se obtuvo un destilado

blanquizco. La mezcla se quedó

color verde oscuro.

12:05Separación de los

productos.Por agitación, se

separan las fases.

10

12:20Formación de la sal del ácido. Se forma

un precipitado.

Se formaron 2 fases en el embudo, una

más viscosa.

12:30Decantación de aldehído. Es un

líquido.

Se obtuvo una muestra final de 1.3

mL de butiraldehído.

Tabla de propiedades*

Estado físico n - butanolCarbonato de

Sodio.Ácido sulfúrico

Estado físicoLíquido incoloro,

olor a vino blanco.

Polvo blanco inodoro,

higroscópico.

Líquido viscoso, olor a vino blanco.

Peso molecular 74.12 106 98.8Punto de ebullición 117.5 °C ---- 338 °C

Punto de fusión - 90 °C 851 °C 10.36 °C

Densidad (g/mL) 0.869 2.53 1.841

Solubilidad

Agua * * fría *** fría y caliente.

Solventes ** etanol y éter.** caliente y

glicerina- etanol

----

ToxicidadInhalación y

contacto.Irritante a la piel

Corrosivo por contacto.

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- insoluble, * poco o ligeramente, ** soluble, *** muy soluble

Tabla de resultados*

ρ butiraldehído = 0.8 g/mL GNaCO3= 1.25 g

PM butiraldehído = 72.1 g/mol GK2Cr2O7 = 3.5 gVbutiraldehído = 1.3 mL Vn – butanol = 4 mL

VH2SO4 = 2.5 mL

Cálculos estequiométricos*

a) Cálculo del reactivo limitante y en exceso.

Moln−butanol=V n−butanol ,exp∗ρn−butanol

PM n−butanol=4

mL∗0.869 gmL

74.12gmol

12

Estado físicoDicromato de

Sodio

Estado físicoSólido higroscópico, cristales naranjas.

Peso molecular 298Punto de ebullición ----

Punto de fusión 3572 °C

Densidad (g/mL) 2.52

SolubilidadAgua **

Solventes - etanolToxicidad Corrosivo

Moln−butanol=0 .0469moln−butanol

Molá c. sulf ú rico=V ác . sulf ú rico∗ρ á c . sulf ú rico

PM á c . sulf ú rico=2.5

mL∗1.841 gmL

98.08gmol

Molá c. sulf ú rico=0 .0469mol ác . sulf ú rico

MolK 2Cr2O7=M K 2Cr2O7 , exp∗Molesde K 2Cr2O7

PM K 2Cr2O7

=3.5 g∗1mol298 g

Molmetanol=0 .01175mol K2Cr2O7 R. Limitante.

MolNaCO3=M NaCO3 , exp∗Moles de NaCO3

PM NaCO3

=1.25 g∗1mol106 g

Molmetanol=0 .01179mol K 2Cr2O7 R. Exceso.

b) Cálculo de rendimiento teórico y práctico.

Molbutiraldeh í do=Moln−butanol∗Molbutiraldeh í do

Mol n−butanol=0.0469mol∗1mol

1mol

13

Molbutiraldeh í do=0 .0469mol butiraldehí do

Rte ó rico=Molbutiraldeh í do∗PM butiraldehí do

ρ butiraldeh í do=0.0469

mol∗72.1 gmol

0.8gmL

Rte ó rico=4 .2269mLdebutiraldehí do .

Rpráctico = Vbutiraldehído,exp = 1.3 mL de butiraldehído.

c) Cálculo de la eficiencia.

η=R pr áctico

R teó rico

∗100= 1.3mL4.2269mL

∗100=30.7557%

Costo – beneficio*

La manera más común para la obtención industrial del butanol a través de la

hidroformulación de propileno (proceso de oxosíntesis) a 80 – 120 °C y una

presión de 0.73 MPa en presencia de un catalizador.

Esta reacción presenta la síntesis del butiraldehído y con los isobutiraldehídos

que luego se preparan por rectrificación.

Industrialmente se obtiene por dos métodos: Hidrogenación del butiraldehído,

obtenido en el proceso Oxo y condensación del acetaldehído para formar

cronotaldehído, el cual es hidrogenado posteriormente.

Los métodos actuales de producción de butiraldehído utilizando oxopropileno en

presencia de catalizadores para la cabonilación, es la generación de

isobutiraldehídos y aldehído.

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A medida que el uso del catalizador y el proceso de las diferentes categorías

como catalizador el carbonilo de cobaltos por oxo, presión baja.

Por reacción de propileno con monóxido de carbono e hidrógeno en presencia

de catalizador de cobalto (reacciones oxo); por deshidrogenación de vapores de

butanol sobre catalizador, con destilación posterior o por reducción de

crotonaldehído.

Aplicaciones y usos*

Es utilizado como intermediario en la manufactura de plastificantes, alcoholes,

solventes, polímeros (como son: ácido butírico, polivinil butiral y resinas

sínteticas). También es usado para productos farmacéuticos, agroquímicos,

antioxidantes, aceleradores y cementos de hule, auxiliares textiles, saborizantes

y perfumes.

El Butiraldehído es necesario para la fabricación de aceleradores de

vulcanización, como resinas y plastificantes. Es una materia prima para la

producción de aromas sintéticos.

El butiraldehído se utiliza en síntesis orgánica, sobre todo para la fabricación de

aceleradores de caucho, y como aroma sintético en alimentación.

El isobutiraldehído es un producto químico intermedio para antioxidantes y

aceleradores del caucho. Se emplea en la síntesis de aminoácidos y en la

fabricación de perfumes, aromas, plastificantes y aditivos de la gasolina.

El crotonaldehído se utiliza en la fabricación de n-butil alcohol y ácido crotónico y

en la preparación de ensioactivos, pesticidas y productos quimioterapéuticos. Es

un disolvente para el cloruro de polivinilo y se utiliza para controlar el peso

molecular en la polimerización de cloruro de vinilo.

El crotonaldehído se emplea en la preparación de aceleradores del caucho, en la

purificación de aceites lubricantes, en el curtido del cuero, y como agente de

advertencia en la detección de gases combustibles y roturas y fugas en tuberías.

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Interpretación de los espectros*

a) Espectro IR del n - butanol.

En el espectro infrarrojo del alcohol n-butílico se muestra que el nivel de %

transmitancia está entre 20-40.

b) Espectro IR del butiraldehído.

En el espectro infrarrojo del butiraldehído se muestra que el nivel de % transmitancia

está entre 20-0.

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Observaciones*

Al preparar la mezcla sulfocrómica, ésta se tornó color naranja.

Al someter a calentamiento directo, después de cierto tiempo, se alcanza a ver

el reflujo y como caen las gotas por las paredes del matraz.

Al ir adicionando la mezcla sulfocrómica al n – butanol, la mezcla se tornó de

transparente a un color verde esmeralda por un periodo muy corto y

posteriormente a café oscuro y finalizó en un verde oscuro.

Al diluir el NaCO3 con agua y después agregar el destilado, se obtuvo una

mezcla blanquizca, que posteriormente se separó en 2 fases, una acuosa en

comparación con la otra.

Se obtuvo 1.3 mL de butiraldehído, el cual tenía una consistencia viscosa y con

un olor peculiar.

Conclusiones*

Se obtuvo el butiraldehído por oxidación del n – butanol.

Se aplicaron los conceptos previamente establecidos en oxidación y reducción.

Se identificó cualitativa y cuantitativamente el producto obtenido.

Identificación del reactivo limitante y en exceso.

Se llevó a cabo un reflujo constante y vigoroso.

Se obtuvo un rendimiento estequimétrico.

Se evidenció de acuerdo a lo establecido en la bitácora y por las indicaciones de

la profesora.

Se identificaron los parámetros de control e indicios de reacción durante la

experimentación.

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Bibliografía*

http://www.sinorg.uji.es/Docencia/QO/tema4QO.pdf

http://www.quimicaorganica.net/sintesis-williamson.html

http://www.quimicaorganica.org/eteres/468-sintesis-de-williamson-de-los-

eteres.html

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53778.PDF

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