Mecanoquímica – Oxidación de antraceno a antraquinona

Tiempo de lectura estimado: 4 minutos

La mecanoquímica es una rama de la química que se ocupa de las transformaciones químicas y fisicoquímicas de las sustancias en todos los estados de agregación producidas por el efecto de la energía mecánica.

La antraquinona es un compuesto vital para diferentes aplicaciones, como por ejemplo el de los colorantes ya que es el bloque constitutivo de muchos de ellos. También es empleada en la industria papelera como aditivo para ayudar a la digestión de la pulpa de papel en los procesos alcalinos y como electrolito en baterías de flujo.

La antraquinona se puede obtener a través de varios métodos de síntesis, entre ellos la oxidación del antraceno. Esta oxidación se puede realizar empleando un oxidante como el ácido crómico. Sin embargo, también es posible generar esta reacción empleando fricción, sucediendo una reacción en fase solida libre o semilibre de solventes. Las reacciones mediadas por fricción o esfuerzos mecánicos son estudiadas por la mecanoquímica o triboquímica.

Reacción de la oxidación de antraceno a antraquinona en fase solida
Reacción de la oxidación de antraceno a antraquinona en fase solida

Materiales

  • Molino de bolas con dos cubetas de molienda (20 ml)
  • Siete bolas de molienda de ágata en cada cubeta (10 mm)
  • Tubo para cromatografía flash con placa filtrante G3 (diametro 2 cm, longitud 15 cm) con junta esmerilada
  • Adaptador con junta esmerilada y acoplamiento para tubos de goma
  • Matraz de fondo redondo de 100 ml
  • Embudo de sólidos
  • Rotavapor

Reactivos

  • Antraceno (360 mg)
  • Permanganato de potasio (3.80 g)
  • Oxido de aluminio (90 activa/neutra) (3.80 g)
  • Agua (380 mg)
  • Diclorometano (50 mL)
  • Sulfato de magnesio anhidro

Procedimiento

Tiempo necesario: 2 horas.

Oxidación de antraceno a antraquinona

  1. Oxidación del antraceno

    En cada una de las dos cubetas de molienda se introduce una mezcla de 3,8 g de alúmina y 3,80 g (241 mmol) de permanganato potásico. Se añade en cada una de las cubetas 360 mg (2,02 mmol) de antraceno y 380 mg (21,1 mmol) de agua y se muele la mezcla de reacción a 800 rpm durante 10 minutos.*

  2. Purificación

    El producto se purifica por cromatografía flash de la mezcla de reacción. Se emplea una placa filtrante G3 con junta esmerilada como columna de separación, sulfato magnésico como fase estacionaria y diclorometano como disolvente de elución.

  3. La placa filtrante se llena con una capa de 2 cm de sulfato magnésico y luego con diclorometano hasta la parte superior de la capa de sulfato magnésico. Se emplea un matraz de fondo redondo de 100 mL como recipiente colector.

  4. El sólido marrón-rojizo de las cubetas de molienda se pasa a la parte superior de la capa de sulfato magnésico usando un embudo de sólidos.

  5. Se lava concienzudamente una de las cubetas de molienda junto con sus bolas con 10 mL de diclorometano y luego, con este mismo, la otra cubeta con sus bolas. El líquido se vuelca sobre la columna ya rellena.

  6. Se coloca el adaptador de vidrio esmerilado en la parte superior de la columna, que puede conectarse por medio de un tubo de goma al suministro de aire o de nitrógeno, y se hace pasar la fase líquida con una ligera presión (1.1 – 1.2 bar) hasta que no queda fase líquida encima de la fase sólida de la columna.**

  7. Se llena la columna con 10 mL de diclorometano y se eluye, de nuevo con una ligera presión, otras dos veces más. Seguidamente se deja secar la columna.

  8. Se evapora completamente el disolvente de la disolución eluida empleando rotavapor. La antraquinona se obtiene como un sólido amarillo. Rendimiento: 420 mg (2,02 mmol, 100%); pf 284-287 °C

Notas

La presencia de agua en cantidades equimoleculares con el permanganato usado es crítica para el éxito en la oxidación de un sustrato sólido.

El diclorometano como disolvente de elución es dificilmente reemplazable, debido a que el producto es muy poco soluble en disolventes apolares y los disolventes protonados también disuelven parcialmente el exceso de permanganato.


El sulfato de magnesio impide que se arrastre el permanganato por los solventes empleados.

*  La reacción mecanoquímica no necesita un molino de bolas necesariamente. La mezcla de reacción puede molerse en un mortero manual moliendo durante media hora, hasta que el ligero color violeta se haya transformado en un color marrón claro. (Debe emplearse equipo de seguridad adecuado para esta labor)

** La filtración puede ser llevado a cabo por gravedad a presión atmosférica. Si la filtración se lleva a cabo a presión atmosférica, el tiempo necesario para elaborar el producto aumenta por lo menos una hora.


Para más información Nüchter, M., Ondruschka, B. and Trotzki, R. (2000), Mechanochemische Oxidation organischer Modellverbindungen mit Kaliumpermanganat. J. prakt. Chem., 342: 720-724. https://doi.org/10.1002/1521-3897(200009)342:7<720::AID-PRAC720>3.0.CO;2-M

Recomendaciones de seguridad

En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la práctica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Nivel de dificultad: Bajo


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