tensioactivos - obtención de jabón y detergentes aniónicos cátedra de química orgánica
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Tensioactivos - Obtención de Jabón y Detergentes Aniónicos
Cátedra de Química Orgánica
•Comprobar la relación entre la estructura de la molécula y sus propiedades como tensioactivo a través de la obtención de dos detergentes de uso corriente.
• Ejemplificar la hidrólisis irreversible de los ésteres.•Ejemplificar la obtención de ácidos grasos para su aplicación posterior.• Ejemplificar una reacción de sustitución electrofìlica aromática y el efecto orientador delgrupo alquilo.•Incentivar en el alumno la conciencia de cuidado del medio ambiente.
Los agentes de tensión superficial tienen una estructura molecular particular que les confiere sus propiedades características.
Cola (hidrofóbica)
Cabeza (hidrofílica)
Propiedades
Las propiedades de adsorción de los tensioactivos determinan que las moléculas se hallen habitualmente en la interfase entre una fase oleosa y una fase acuosa o entre una fase acuosa y una fase gaseosa (aire). Esta propiedad molecular conduce a las propiedades macroscópicas de humectación, espuma, detergencia y formación de emulsiones.
Agua Cabezas hidrófilas
AceiteColas
hidrófobas
Propiedades de los Tensioactivos
Pueden agregarse formando micelas: las colas hidrofóbicas queden fuera de contacto con el agua y las cabezas hidrofílicas permanezcan en el agua. Hay habitualmente entre unas pocas docenas a doscientas moléculas de tensioactivo en una micela.
Propiedades de los Tensioactivos
También se agrupan para formar estructuras extendidas en agua,
tal como la bicapa de surfactante mostrada en la figura.
Diferencias entre jabones y detergentes sintéticos
• la estructura de la molécula
• la composición química
• el efecto en agua dura
Los jabones y otros tensioactivos tienen propiedades muy diferentes en agua dura.
La razón de esto es que los jabones tienen un grupo terminal carboxilato, que resulta de la hidrólisis de un ácido graso. El grupo carboxilato forma sales insolubles con los iones metálicos que se hallan en el agua dura (calcio y magnesio).
Una de las fuerzas motoras para el desarrollo de los detergentes fue la necesidad de contar con moléculas de propiedades limpiantes similares a las del jjabón, que no fueran sensibles a los iones metálicos del agua.
Propiedades de Jabones y Detergentes
La protonación del ion oleato para dar ácido oleico puede ocurrir a pH debajo de 4.5.La molécula es insoluble, sin carga y no actúa como tensioactivo (razón por la cual los jabones no son apropiados para usar en medio ácido).
Otros jabones comunes: palmitato, miristato y estearato de sodio.
Aniónicos
La característica definitoria es que es un anión.
Palmitato de sodio(jabón)
Alquil sulfato de sodio
Alquil benceno sulfonato
Usos: Son usados en shampoos, en detergentes
lavavajilla y en polvos para lavar.
En muchas aplicaciones industriales y comerciales, los surfactantes
aniónicos no son ya usados aisladamente.
Típicamente se usan junto con no iónicos para proveer mayor estabilidad.
La exposición prolongada a se ha asociado a hinchazón de la piel, consecuencia de una reacción alérgica condicionada.
Catiónicos
La característica definitoria de un es que es un catión.
Las sales de aminas grasas fueron los primeros sintetizados.
El desarrollo de sales de amonio cuaternario y de alquil piridinio produjo excelentes surfactantes que pueden ser usados en un rango amplio de condiciones.
Usos:
Son típicamente usados como acondicionadores para el cabello y suavizantes de tela.
El amonio cuaternario es fuertemente hidrófilo.
Estos son primariamente usados en suavizantes para tela, ya que las cabezas hidrófilas cargadas positivamente tienden a interactuar fuertemente con las fibras de la tela cargadas negativamente.
No iónicosTradicionalmente han usado las cadenas de polioxietileno como grupo hidrofílico. El polioxietileno es unpolímero soluble en agua.
En la figura se muestra un alcohol etoxilato y un alquilfenol etoxilato. La cadena de polioxietileno forma la cabeza soluble-
Alquil poliglicósidos: en los últimos 20 años han sido considerados la "nueva generación de tensioactivos". En estas moléculas, el grupo hidrofílico es un azúcar : disacáridos, trisacáridos, maltosa y varios otros azúcares.
Ejemplos de alquil poliglicósidos: un alquil glucósido y un éster de glucosa.
Los sorbitán (polisorbatos) son comercialmente significativos.
"Tween 85" (polioxietileno sorbitán trioleato) es uno de ellos.
Usos:
Alcohol etoxilatos and Alquilfenol etoxilatosEstos han sido ampliamente usados en formulaciones alcalinas para la limpieza de metales, limpiadores hospitalarios y reacciones de polimerización en emulsión. Debido al impacto ambiental de su uso, surfactantes tales como el nonilfenil polioxietilen éter están siendo dejados de lado.
Alquil poliglucósidosNo se ha determinado que sean de producción barata. En consecuencia no son ampliamente usados.
Sorbitán ésteres
El uso predominante es en comidas y bebidas, productos farmacéuticos y para cuidado de la piel.
Estos han sido aprobados para el consumo humano y son extensamente usados como emulsificantes en comidas, bebidas y fármacos.
Anfóteros o zwitteriónicos
Es un zwitterion con propiedades tensioactivas.
Ejemplos : un amoniocarboxilato, un amonio sulfato y un óxido de amina.
Usos:
La única área donde estos surfactantes se han vuelto
muy populares es en productos para el cuidado de la piel.
Esto es consecuencia de que tienen un buen ”tacto".
No irritan la piel ni los ojos, y tienen buenas propiedades
surfactantes en un amplio rango de pH..
LABORATORIO
Parte I: Sulfonación del dodecilbenceno
C12H25
+ H2SO4 (SO3)
SO3H
C12H25
H2O+
1 1 1
2
3
45 6
7
8
9
1 10
2
3
45 6
7
8
9
1 1 0
dodecilbenceno
oleum
Ac.para dodecilbencensulfonico
Reaccion de SEAUnico ej. reversible
CH3(CH2)10CH2OH + H2SO4 + H2OCH3(CH2)10 CH2-O-SO3-H+
CH3(CH2)10 CH2-O-SO3-H+ + NaOH CH3(CH2)10 CH2-O-SO3
-Na+ + H2O
LABORATORIO
Parte II: Sulfato de dodecilo y sodio
JABONES
Acidos Grasos
Son acidos carboxilicos de cadena larga (C8 – C20)
• El aceite de oliva tiene acidos grasos con una sola insaturacion
•El aceite de soja contiene acidos grasos con dos o mas insaturaciones
• Los Acidos Grasos saturados tienen una cadena sin dobles ligaduras ( en grasas animales, manteca)
C2 Acético EtanoicoC4 Butírico ButanoicoC6 Caproico HexanoicoC8 Caprílico OctanoicoC10 Cáprico DecanoicoC12 Láurico DodecanoicoC14 Mirístico TetradecanoicoC16 Palmítico HexadecanoicoC18 Esteárico OctadecanoicoC20 Araquídico EicosanoicoC22 Behénico DocoeicosanoicoC24 Lignocérico Tetraeicosanoico
Ácidos grasos saturados
Jabon
Sal sodica de acidos grasos de cadena
Tienen una parte hidrofobica y otra hidrofilica
O Na
O
Sodium stearate
hydrocarbonnon-polar and hydrophobic dissolves in fatty things
carboxylate saltpolar, hydrophilicdissolves in water
Accion limpiadora del Jabon
O Na
O
Na O
O
Na O O
O NaO
Fatty dirt particle
R CO O CH2
CH + 3NaOHOCOR
CH2OCOR
3 R-COONa + HOCH
CH2OH
CH2OH
Reacción de saponificación
Los jabones se obtienen calentando grasas con NaOH conc.