Sintesis Del Colorante Rojo Para e1b1w

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento académico de Ingeniería Química ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA: QU-243 QUÍMICA ORGÁNICA II PRÁCTICA N° 9 SINTESIS DEL COLORANTE ROJO PARA (Teórico) PROFESOR DE TEORÍA: Ing. CÓRDOVA MIRANDA, Alcira Irene PROFESOR DE PRÁCTICA: Ing. CÓRDOVA MIRANDA, Alcira Irene ALUMNOS: ESCALANTE HUAMANÍ, Katherine Tidy MARTINEZ CÁRDENAS, Luz Thalía ROMANI HUAMAN, Pamela DÍA DE PRACTICAS: Lunes

HORA: 2:00 pm -5:00 pm

FECHA DE EJECUCIÓN: 26-06-2017

MESA: “A”

FECHA DE ENTREGA: 10-07-2017

AYACUCHO – PERÚ 2017

SINTESIS DEL COLORANTE ROJO PARA I.

OBJETIVOS:   

II.

Obtener el colorante rojo para a partir del p-nitroanilina. Conocer las características del rojo para. Revisar la importancia y aplicaciones en la industria del colorante rojo para.

REVISION BIBLIOGRAFICA: Un colorante se define como una sustancia que al ser aplicada a un sustrato imparte color a este. Los colorantes azoicos constituyen colores que no se encuentran en la naturaleza y todos tienen una característica en común. Se componen de un grupo azo (R-N=N-R’) cuyos sustituyentes en ambos lados son aromáticos. Son conocidos por su facilidad de llevar a cabo su síntesis y por lo tanto es más viable su producción a partir de variados componentes, por consecuencia, superan en número a la elaboración de muchos otros colorantes sintéticos

HISTORIA DE LOS COLORANTES El color destaca su presencia cotidiana en todo lo que rodea al hombre. Se prodiga tanto en los objetos de creación humana como en la naturaleza. Desde las etapas más tempranas de la cultura humana el hombre hizo uso consciente y variado del color, lo aplicó sobre las superficies rocosas de las cavernas e incluso, sobre su propia piel. Los servicios que el color ha brindado recorren una amplia gama de funciones, desde cubrir la superficie de un objeto, hasta representar simbólicamente una idea o un concepto. Hoy maravillan todavía los prodigios que en este arte decorativo realizaron los asirios y babilonios, y sobre todo los egipcios. Sorprende los numerosos productos colorantes que conocían y su habilísima manera de prepararlos para darles viveza, realce y hacerlos inalterables. Los egipcios conocían una técnica llamada de mordiente, a través de la cual conseguían teñir un tejido con matices diferentes empleando una misma materia colorante. Muchos de estos secretos de la antigüedad se han perdido, y hoy día no se saben preparar muchos de los tintes que para la decoración de las piedras, mosaicos y tejidos usaron los antiguos.

El primer colorante sintético que se preparó fue la Mauvine que fue preparado por Willian Henry Perkin en Inglaterra en 1856. Esto marcó el inicio de la industria de los colorantes sintéticos. El descubrimiento de Peter Griess en 1858 y 1865 de la reacción de diazotación de aminas aromáticas y la reacción de copulación de compuestos de diazonio fueron la base para la siguiente fase en la elaboración de colorantes y obtuvieron la base teórica que hacía falta. Los colorantes son conocidos como anilinas, ya que son productos capaces de comunicar su propio color a otros materiales. En la actualidad se conocen miles de colorantes que se obtienen generalmente de materiales derivados del alquitrán de hulla, de hidrocarburos bencénicos, fenoles, etc.… ANILINAS La anilina, amino-benceno o fenilamina se obtiene por la reducción del nitrobenceno tratándolo con Fe y HCl o por reducción catalítica en fase gaseosa, empleando Cu como catalizador.

Es una materia prima empleada para la síntesis de diversos productos intermedios en la industria de colorantes. En el siglo XIX se descubrieron los pigmentos orgánicos a partir de la anilina con grupos ácidos al precipitarlos con sales de Ca2+ o Ba2+. Estos primeros compuestos coloreados recibieron el nombre de pigmentos. Uno de los grupos de pigmentos orgánicos más utilizados en la industria son los pigmentos azoicos. Son sencillos de preparar a partir de anilinas y asequibles desde el punto de vista económico. Estos pigmentos se han preparado de diferente tipo y color, con una amplia variedad de propiedades químicas y físicas y son elaborados por un proceso químico consecutivo de diazotación y copulación. En estos sistemas la propiedad colorante está condicionada a la presencia en la molécula de grupos llamados cromóforos (portador de color) unidos al anillo bencénico. En los colorantes azoicos el cromóforo principal es el grupo AZO (-N=N-). En función del cromóforo obtendremos un color u otro, así como diferencias en la intensidad de color.

DIAZOTACIÓN La reacción de diazotación fue puesta a punto por Peter Griess en 1860. Esta reacción tiene lugar entre una amina primaria aromática y NaNO 2 en presencia de HCl o H2SO4, para formar una sal de diazonio. Estos

compuestos son indispensables intermedios para la formación de pigmentos azo y son muy útiles para reemplazar un grupo amino por un grupo hidroxi, halógeno, etc..

La cantidad de NaNO2 es la estequimétrica, pero el HCl debe estar en exceso para prevenir la diazotación parcial y condensación. Si la diazotación ocurre satisfactoriamente, la amina debe encontrarse en disolución acuosa ácida. Una vez formada, la sal diazonio no se aisla y debe ser utilizada rápidamente en la etapa siguiente, puesto que las reacciones de diazotación generalmente son exotérmicas y las sales de diazonio se descomponen con facilidad si no se enfria el sistema y se las hace reaccionar en el tiempo establecido. Para poder efectuar la diazotación generalmente es necesario mantener la temperatura de reacción normalmente entre 0 – 5ºC.

Cuando las aminas primarias aromáticas son tratadas con ácido nitroso, se forman las sales de diazonio. La reacción también se lleva a cabo con aminas primarias alifáticas, pero los iones diazonio alifáticos son extremadamente inestables, incluso en disolución. Los aromáticos son más estables debido, principalmente, a la interacción resonante entre los nitrógenos y el anillo.

Cabe decir que las sales aromáticas de diazonio únicamente son estables a bajas temperaturas, normalmente entorno a los 5ºC, y las más, entre 10 y 15ºC. Estas sales se preparan en medio acuoso y se usan sin aislarlas, aunque es posible preparar un sólido de las mismas si se desea. La estabilidad de las sales de aril diazonio puede aumentarse mediante la complejación con éteres corona. Para todas las aminas aromáticas, la reacción es muy general puesto que los grupos halógeno, nitro, sulfónico, alquil,…no interfieren. A pesar de que la diazotación se lleva a cabo en medio ácido, la especie realmente atacada no es la sal de la amina (anilinio), sino la pequeña

cantidad de amina libre presente sin protonar. Las aminas alifáticas son bases más fuertes que las aromáticas y cuando el pH es inferior a 3, no hay suficiente amina alifática libre presente para ser diazotada, mientras que la aromática es capaz de seguir con la reacción. En disolución ácida diluida, la especie atacante es el N2O3, que actúa como portador de los iones NO+.

COPULACIÓN Las sales de diazonio reaccionan con una gran cantidad de compuestos copulantes para formar derivados azo. Estos compuestos pueden ser clasificados de la siguiente manera: 1. 2. 3. 4. 5.

Compuestos cromáticos hidroxi. Aminas aromáticas. Sustancias reactivas que contengan grupos metileno. Fenol y éteres de naftol. Hidrocarburos.

Las reacciones de copulación generalmente se efectúan a temperatura ambiente o por debajo de ella, normalmente entre 10-20ºC. Una vez formado el azocompuesto se filtra y se lava el compuesto con agua, pudiéndose secar el producto en la estufa a temperaturas no superiores a 90º C para evitar la descomposición del pigmento.

Los iones de diazonio aromáticos se acoplan con sustratos activos como las aminas y los fenoles. Muchos de los productos de esta reacción son usados como tintes (tintes azoicos). Supuestamente debido al tamaño de las especies atacantes, la sustitución se da mayoritariamente en para respecto al grupo activante, a no ser que esta posición ya esté ocupada, en cuyo caso se da la sustitución en orto. Los fenoles deben ser disueltos previamente en medio alcalino débil, donde se convierten en especies más activantes (fenóxidos), puesto que los fenoles en sí mismos no son lo suficientemente reactivos para atacar a las sales de diazonio. Sin embargo ni las aminas ni los fenoles reaccionan en medios moderadamente alcalinos, porque el ión diazonio se convierte en diazohidróxido Ar-N=N-OH.

FICHAS DE SEGURIDAD DE PRODUCTOS  P-nitroanilina: sólido, amarillo, casi inodoro. Tóxico por inhalación, por ingestión y en o con la piel. Peligro de efectos acumulativos. Nocivo para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático.

 Colorante rojo para: sólido rojo, utilizado principalmente en la industria textil. No es un colorante permitido en el marco del Reglamento de colores en los alimentos de 1995 ya que podría ser un carcinógeno genotóxico 2. Irrita los ojos, el sistema respiratorio y la piel.  B-Naftol:

III.

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS: Materiales:  Balanza electrónica  Papel filtro  2 Vasos de precipitado de 50mL  Varilla de vidrio  Embudo Buchner  Matraz  Piseta Reactivos:  Ácido sulfúrico al 50%: H2SO4  Hidróxido de sodio 2N: NaOH  Nitrito de sodio: NaNO2  Cloruro de sodio: NaCl  Agua destilada: H2O  Hielo y sal.

 p-nitroanilina:

 Tolueno:

 2-naftol:

IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: En un Erlenmeyer de 50mL disolver 0,5g de 4-nitroanilina en 5mL de ácido sulfúrico al 50%, en un vaso de precipitado disolver 0.8g de 2-naftol en 10mL de NaOH 2N, ponerlos ponerlos en un baño de hielo con sal (5-10 minutos). Cuando estén fríos, agregar el nitrito de sodio poco a poco sobre la 4-nitroanilina, agitando continuamente. Luego esta mezcla vaciar sobre el vaso que contiene 2-naftol. El pH debe ser alcalino, (agregar NaOH si es necesario). Para que la precipitación sea completa, agregar 2mL de una solución de cloruro de sodio. Filtrar al vacío, lavar con agua helada. Recristalizar en tolueno. (p.f rojo para = 246-248°C).

V.

DATOS Y RESULTADOS: MECANISMO DE REACCION:

VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:  CONCLUSIONES:  Se conoció teóricamente la obtención del colorante rojo para a partir del p-nitroanilina.  A partir de la p-nitroanilina, sintetizada por la hidrólisis de la pnitroacetanilida, y su posterior copulación con el 2-naftol, se logró obtener el colorante azoico rojo para.  Se conoció las características del rojo para.  Revisamos la importancia y aplicaciones en la industria del colorante rojo para.

 RECOMENDACIONES:  Debemos utilizar los reactivos según las cantidades dadas, para obtener mejores resultados.  Se sabe que al realizar la recristianización, siempre debemos hacerla en calienta para no perder sustancia.  Al concluir con la parte experimental debemos compararla con la parte teórica para ver si se obtuvieron bien los resultados y sacar el porcentaje de error y rendimiento.

VII. CUESTIONARIO: 1. Determinar el rendimiento

2. Que usos tiene el rojo para? Se obtuvo un sólido de color rojo oscuro, inodoro. El punto de fusión para el rojo para reportado en la literatura es de 246-248 ºC pero ya que es tan alto no se pudo determinar experimentalmente. Sin embargo se llevó la muestra a los 200°C y no se observó ningún cambio físico, lo cual demuestra que no quedaban sustancias sin reaccionar ya que la p-nitroanilina funde a 148°C y el 2-naftol a 121.6°C. Por lo anterior se asume que la sustancia se encuentra pura.

3. Cuáles son las técnicas de extracción de colorantes? Explique. La extracción se basa en la separación de porciones biológicamente activas, utilizando un solvente y un proceso de extracción adecuado. Los principios a extraer se encuentran disueltos en el citoplasma de la célula vegetal o formando sales que se encuentran “incrustadas” en la célula, para facilitar la extracción de los mismos, la droga es sometida a un proceso de molturación o troceado que destruye las estructuras que los contienen, mejorando así el rendimiento de la extracción. Extracción. El proceso extractivo se inicia con la interacción droga-disolvente. Se define como la separación de una mezcla de sustancias por disolución de cada componente, utilizando uno o varios disolventes, en donde se obtienen dos productos:  Solución extraída en el disolvente (Extracto)  Residuo. Dependiendo del tipo de principio a aislar se elegirá un método u otro. Dentro de estos métodos tenemos: 

Maceración o Extracción Simple:

El material vegetal está en o con un volumen dado de disolvente durante un período de tiempo determinado. El principal inconveniente es la incompleta extracción de los principios de la droga 

Extracción por Soxhlet.

Se emplea un equipo de vidrio, que consta de tres partes: A. matraz B. corneta C. condensador El funcionamiento es el siguiente: En A se dispone el matraz del disolvente, en o con una manta calefactora; en B se dispone de una corneta donde se deposita un cartucho de papel filtro o tela que contiene un peso dado de la droga; C es el condensador y en él se condensa el disolvente que por efecto de la gravedad cae en B embebiendo el material vegetal. El empleo de este método garantiza que durante la extracción no existe la posibilidad de degradar las moléculas del colorante por efecto de la temperatura, debido a que se emplean bajas temperaturas durante la operación, además de permitir el uso de distintos disolventes, según convenga.

4. Como se extraen los colorantes del achiote? Explique. EXTRACCIÓN RUDIMENTARIA: Se conocen diversas formas de extraer el colorante de las semillas del achiote, unas muy rudimentarias y otras no tanto que, finalmente, con el pasar del tiempo se han ido mejorando. Algunas de estas técnicas son:  Las semillas separadas de las cápsulas maduras, se colocan en suficiente agua hirviendo con el fin de que el tinte se desprenda fácilmente de éstas; luego se separan las semillas, se deja fermentar la pasta una semana aproximadamente; se elimina el agua quedando la pasta sola, que permite modelar el producto para darle la forma más conveniente y aceptada por el consumidor (Sahaza, 2001).  Uno de los métodos más antiguos y prácticamente abandonados, consiste en machacar las semillas entre cilindros para formar una mezcla con el tinte del achiote. A la masa resultante se le agrega una cantidad suficiente de agua y cuando sedimenta se le retira el agua clara y se deja hirviendo por dos o tres horas. Al retirarla del fuego, se exprime bien por medio de una prensa para sacarle el agua. De esta manera la pasta queda lista para empacarla y venderla directamente (Córdoba, 1987). EXTRACCIÓN INDUSTRIAL: La extracción del pigmento a escala industrial se puede realizar con diferentes solventes, tales como agua caliente, álcali diluido, aceites vegetales, propilenglicol, acetato de etilo y otros solventes. Para cada uno de éstos se emplean varios métodos de extracción, de acuerdo con la disponibilidad de equipos y recursos.

5. Qué importancia tienen los colorantes? El empleo de los colorantes naturales tiene para la industria alimenticia y cosmetológica una importancia primordial. Hasta el siglo XIX se empleaban en la alimentación solo productos de origen vegetal, pero con el avance de la química orgánica muchos de estos productos naturales fueron desplazados por los sintéticos. Estudios clínicos demostraron que algunos de estos productos sintéticos eran potencialmente dañinos para el ser humano. Ejemplos:  CARMIN Y ACIDO CARMINICO  BIXINA Y NORBIXINA

6. Ponga 10 ejemplos de colorantes y mencione sus usos. 1. Cloruro de cianidina (Cyanidin Chloride) El cloruro de cianidina pertenece a las antocianidinas, pigmentos de origen vegetal, muy usados como colorantes y por sus propiedades antioxidantes. La cianidina en forma de cloruro es un sólido de color rojo, que en disolución cambia de color con el pH, pues dependiendo del grado de protonación de la molécula la conformación que prevalece en el equilibrio es diferente. Estos compuestos presentan un anillo de benzopirilio sustituido por uno o varios hidroxilos, en el caso de la cianidina el anillo tiene solo un hidroxilo, que puede estar o no desprotonado y presenta un equilibrio de tipo ceto-enólico. Este sería el primer paso del equilibrio entre pH ácido y neutro, cuando el cloruro de cianidina se encuentra en un medio más básico, el anillo de benzopirilio se abre, adoptando la estructura de chalcona y cambia nuevamente el color, en este caso a azul, aunque otros colorantes de esta familia a pH alto forman chalconas incoloras. 2. Faloidina conjugada con Carbocianina Dye 547 La faloidina es un compuesto natural producido por un hongo de la familia de los Amanita, que actúa como puente de unión entre los filamentos de actina. La faloidina puede enlazarse con otros tejidos, una vez aislada, en este caso Wako la vende conjugada con una carbocianina. Este colorante, como otros compuestos cromogénicos y fluorogénicos, se conjuga con la faloidina para realizar experimentos biológicos. El uso de estos conjugados permite obtener imágenes de gran calidad con las zonas que se pretende estudiar coloreadas, lo que las distingue del resto del tejido donde se va a realizar el ensayo. 3. Rodamine B La rodamina B es uno de los colorantes más usados en los laboratorios de química y en ensayos biológicos. Además de presentar una banda de absorción muy intensa sobre los 520 nm, es fluorescente, con una alta eficiencia cuántica de fluorescencia. Entre los usos más frecuentes de este colorante está la tinción de tejidos, tanto como marcador de un proceso como para usar las

muestras en microscopía. Los derivados de rodamina tienen amplia utilidad como sensores químicos, debido a que la molécula cambia la conformación, y por lo tanto el color, al unirse con otras especies, y estos cambios son usados como señalizadores del proceso de unión. Además, en las técnicas espectroscópicas, las rodaminas son de los colorantes más utilizados cuando se necesita un compuesto rojo o violeta. Otras rodaminas que comercializa Wako son la rodamina 123 y la rodamina 6G. 4. Verde de bromocresol El verde de bromocresol es un colorante que ha sido utilizado como indicador de pH en muchos ensayos biológicos a lo largo del tiempo. Uno de los ensayos más conocidos de los que se realizan con este compuesto es la determinación de albúmina por el método del verde de bromocresol. Este colorante pertenece al grupo de los triarilmetínicos, y sus cambios de color con el pH se deben a la desprotonación y protonación de los grupos hidroxilos que se encuentran en dos de los anillos de la molécula. 5. Rojo de metilo El rojo de metilo es otro de los colorantes usados comúnmente como indicador de procesos ácido base, ya que tiene un acentuado cambio de color amarillo a rojo cuando el pH disminuye. Esta propiedad sirve como base del ensayo de rojo de metilo mediante el cual se pueden clasificar algunos géneros de bacteria por el tipo de fermentación que presentan, una disolución de rojo de metilo a pH fisiológico cambia de amarillo a rojo cuando la fermentación de la glucosa es ácida. Este colorante es un azo compuesto, el ácido dimetilamino4 fenilazo-2 benzóico, y se ha usado ampliamente en la industria para la obtención de nuevos materiales, como polímeros y cristales líquidos que cambian de color en determinadas condiciones.5a En Wako se puede adquirir el rojo de metilo tanto como sal de sodio como en disolución etanólica. 6. 3',3'',5',5''-Tetrabromofenolftaleína La tetrabromofenolftaleína, conocida como TBPP, es un colorante de la familia de las fenoftaleínas pero con sus propias características. Su equilibrio de disociación ácida incluye la formación de un anillo de lactona y la precipitación de este compuesto de disoluciones acuosas, y aunque la precipitación es un proceso reversible hay que tenerlo en cuenta para el desarrollo de aplicaciones con esta molécula. El éster etílico de este colorante también tiene gran número de aplicaciones en ensayos de microbiología e investigaciones químicas. 7. Lac dye (Colorante del gusano de la laca) El colorante natural 25, conocido como colorante de la laca, es extraído de la resina que produce el gusano de la laca. Su color rojo brillante hace que sea un colorante muy apreciado para la producción de pinturas, así como en

cosmética. El colorante de la laca se usa tanto en pinturas con base acuosa como en pinturas de óleo, y en barnices. Este compuesto también puede ser útil para teñir tejidos, procesos que han sido objeto de investigación para mejorar las técnicas tradicionales, por ejemplo con el uso de ultrasonidos. 8. Zeaxantina La zeaxantina es otro colorante natural, en este caso de la familia de los carotenoides, que se caracteriza por su banda de absorción en la región del ultravioleta, que ha hecho que se estudie como fotoprotector. Es uno de los pigmentos de color amarillo con más presencia en la naturaleza, tanto en el reino vegetal como en diversos microorganismos. La zeaxantina se usa principalmente como colorante alimentario y como suplemento dietético, aun cuando no existen evidencias de los beneficios para la salud que pueden aportar estos carotenos cuando son ingeridos en forma de suplementos. 9. Índigo El índigo es un pigmento natural de color azul que se conoce hace muchos años y se popularizó al comenzar a ser usado para teñir los jeans. Actualmente se usa el colorante sintético, pues desde el siglo pasado se logró optimizar la síntesis de la molécula. La molécula que se conoce como índigo es la (2E)-2-(3oxo-1,3-dihidro-2H-indol-2-iliden)-1,2-dihidro-3H-indol-3-on, cuya absorción identifica uno de los colores característicos del espectro, el índigo. 10. Verde de Naftol B El verde de naftol B es un colorante de tipo nitroso. En este caso tiene una estructura análoga al verde de naftol Y, pero los sulfonatos se encuentran en forma de sal de sodio. Estos colorantes son complejos de hierro (III), donde el oxígeno del naftol y el oxígeno del grupo nitroso, en posición meta, se coordinan al átomo de metal. El color en este tipo de compuestos viene dado por la banda de transferencia de carga metal-ligando. Entre las aplicaciones de este colorante se encuentra el dopaje de superficies metálicas, que está siendo investigado en profundidad en las últimas décadas por la importancia de estos materiales para el desarrollo de los diversos dispositivos tecnológicos.

VIII. BIBLIOGRAFIA: 1. https://sites.google.com/site/grupodepolimeros/sintesis-decolorantes-azoicos 2. https://es.slideshare.net/iltaitDes/prctica-9-sntesis-decolorantes-azoicos 3. http://www.bristhar.com.ve/colorantes.html 4. http://publicaciones.eafit.edu.co/index.php/revistauniversidad-eafit/article/viewFile/899/805 5. http://www.wakolatinamerica.com/blog-reactivos/post/10colorantes-usados-en-los-laboratorios-de-quimica/