Purificación de compuestos solidos por recristalización y sublimacion PDF

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Los compuestos orgánicos obtenidos por síntesis o aislamiento a partir de sustancias naturales, no son puros ya que usualmente están mezclados con menores cantidades de otros productos (impurezas) que es necesario eliminar....

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Catedra de química orgánica Tecnicatura en Producción de Medicamentos

Purificación de compuestos solidos por recristalización Los compuestos orgánicos obtenidos por síntesis o aislamiento a partir de sustancias naturales, no son puros ya que usualmente están mezclados con menores cantidades de otros productos (impurezas) que es necesario eliminar. La purificación de compuestos cristalinos impuros se realiza generalmente por recristalización con un solvente adecuado o mezclas de ellos. Por lo tanto, el método usual de recristalización consiste en obtener una solución saturada en el punto de ebullición del solvente y luego enfriar a temperatura ambiente o por debajo de ella. El compuesto puro cristaliza y las impurezas quedan en solución (aguas madres). Se dispone de una gran variedad de solventes, pudiéndose elegir el más conveniente para el material que se quiere purificar. Debido a las fuerzas altamente selectivas involucradas en el ajuste de moléculas en una red cristalina, la cristalización, de ser aplicable, es uno de los procedimientos de purificación más efectivos que se dispone. En general una sola recristalización no basta para obtener una sustancia pura, siendo necesario a veces dos o más recristalizaciones. En su forma más simple, el proceso de recristalización consiste en los siguientes pasos: 1.- Elección del solvente adecuado 2.- Preparación de la solución saturada a la temperatura de ebullición del solvente 3.- Decoloración y/o filtración 4.- Formación de los cristales 5.- Separación de los cristales de las aguas madres 6.- Lavados de los cristales 7.- Secado de los cristales Con respecto al punto de fusión, es éste una de las propiedades físicas más importantes para identificar sólidos cristalinos. Desde el punto de vista práctico se puede considerar que el punto de fusión es la temperatura a la cual un sólido, en contacto con el aire, se transforma bajo condiciones de equilibrio, en un líquido. Cuando una sustancia es pura, el rango de temperatura entre las cuales se produce su fusión es muy pequeño (usualmente entre 0,5 a 1ºC). Si es impura ese rango es muy amplio y está por debajo del verdadero punto de fusión. Es por ello que las sucesivas purificaciones de una sustancia orgánica pueden controlarse con su punto de fusión, ya que cuanto más nítido y estrecho sea el rango de fusión más pura puede considerarse la sustancia. Por lo tanto el punto de fusión de una sustancia se usa como criterio de pureza ya que si un compuesto sólido funde a la misma temperatura, antes y después de su purificación, se le considera puro. Si no, se continúan las purificaciones hasta que se obtiene un punto de fusión neto y constante. La caracterización de un compuesto, es decir su identidad, puede lograrse por el punto de fusión mezcla: por ejemplo, si se tiene una sustancia A de PF 159ºC y otra B que tiene el mismo punto de fusión, para saber si se trata de la misma sustancia, se mezclan íntimamente una pequeña cantidad de cada una de ellas y se determina el PF de la mezcla. Si el PF sigue siendo 159ºC, ambas sustancias son idénticas. Si el Pf disminuye, las sustancias son distintas, y casualmente posee el mismo PF.

Técnica operatoria a) Elección del solvente para la recristalización Pruébese la solubilidad de la sustancia en frío y en caliente utilizando tres solventes provistos en el laboratorio. Para ello sígase la siguiente técnica:

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Lic. Mariana Bianchi, Lic. Ramiro Alarcón, Lic. Laura Gervasoni

Catedra de química orgánica Tecnicatura en Producción de Medicamentos 0,1 g de sustancia finamente dividida 1 ml de solvente

agítese y obsérvese

Si se disuelve en frío NO SIRVE

Si no se disuelve en frío PUEDE SERVIR caliéntese y agítese

Si se disuelve, déjese enfriar y obsérvese el rendimiento

Si no se disuelve, agréguese solvente caliente

Si se disuelve antes de haber adicionado 3 ml de solvente, éste SIRVE

Si no se disuelve antes de haber adicionado 3 ml de solvente, éste NO SIRVE

b) Punto de fusión de la sustancia impura Determínese su PF utilizando el dispositivo correspondiente. Agréguese gotas de FeCl3 a la sustancia incógnita (sin purificar). Obsérvese la coloración producida. c) Una vez elegido el solvente (Precaución: algunos de los solventes utilizados son muy inflamables!) procédase de la siguiente manera: en un vaso de precipitados de 50 ml, colóquese 2 g del compuesto bruto, disuélvase en la mínima cantidad del solvente (seleccionado en el item a) a ebullición. Añádase un exceso del solvente adecuado, continúese el calentamiento, si la solución es coloreada procédase a decolorar, para ello retírese el recipiente del fuego, y agréguese carbón activado (aproximadamente al 2%). Caliéntese unos minutos más. Fíltrese en caliente para eliminar el carbón activado y/o las impurezas insolubles, utilizando un embudo de vástago corto, que ha sido calentado previamente en una corriente de vapor. Déjese cristalizar la solución enfriando lentamente la misma, manteniendo el recipiente tapado con un vidrio de reloj y en reposo. Cuando ésta se ha enfriado, fíltrese para recoger los cristales, lávese con dos porciones de 6 ml de solvente frío cada vez. Presiónese los cristales con un tapón invertido, pásese a un papel de filtro, séquese entre dos hojas del mismo, luego séquese totalmente a temperatura ambiente o en estufa. Una vez secos los cristales, determínese el punto de fusión. A una parte de los cristales contenidos en un vidrio de reloj, agréguese unas gotas de FeCl3, obsérvese la coloración producida. d) Identificación de la sustancia incógnita Mézclese unos mg de la sustancia incógnita con unos mg de la sustancia A y determínese el PF mezcla. De igual forma procédase con la sustancia B y C. Las sustancias A, B y C serán sustancias conocidas.

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Purificación por sublimación La sublimación es un proceso que implica el pasaje de sólido a vapor sin fundir y de vapor a sólido sin pasar por el estado líquido. Para analizar este proceso es necesario conocer la curva de equilibrio líquido - sólido - vapor:

P (mm Hg)

aT = curva de equilibrio sólido-vapor

b

S

c

bT = curva de equilibrio sólido-líquido cT = curva de equilibrio líquido-vapor T = punto triple

L T

V a t (ºC) El punto triple, donde coexisten las tres fases (sólido, líquido y vapor), está a una determinada presión y temperatura y es característico de cada sustancia. Para que una sustancia sublime, es decir, pase directamente de sólido a vapor, es necesario trabajar a una presión menor a la correspondiente al punto triple y aumentar la temperatura. Esto es fácil de hacer si la presión de vapor correspondiente al punto triple es suficientemente alta, en consecuencia la velocidad de vaporización será considerable. En este caso las condiciones serán favorables para purificar el sólido por sublimación, a presión atmosférica. Tal es el caso del alcanfor, cuyo punto triple posee una temperatura de 179ºC y una presión de equilibrio de 370 mm Hg. Si se calienta suavemente por debajo de 179ºC, a una presión menor a 370 mm Hg, el sólido vaporizará y luego solidificará sobre una superficie fría. La vaporización continuará hasta que no haya nada de sólido. Cuando la presión de vapor en el punto triple es muy baja, como por ejemplo para el ácido benzoico (6 mm Hg, PF 122ºC), es necesario utilizar presión reducida para aumentar el rendimiento de la sublimación. En general, este procedimiento da productos muy puros con una pérdida considerable y son pocas las sustancias que pueden purificarse por este método a presión atmosférica. Existen distintos métodos de sublimación: a) Sublimación a presión atmosférica (figura 1) El sublimador más simple consiste en: - mechero - trípode - tela de amianto - cápsula de porcelana - vidrio de reloj - hielo

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Figura 1

Figura 2

b) Sublimación a presión reducida (figura 2) El dispositivo consta de: - mechero - trípode - tela de amianto - recipiente para baño de glicerina - agitador - termómetro - trompa de agua o bomba mecánica - tubo largo con adaptador de vacío - dedo frío Por este método pueden purificarse sustancias en cantidades de varios mg a 1 g. Para mayores cantidades se usan equipos más grandes.

Técnica operatoria a) Método de sublimación a presión atmosférica Ármese el dispositivo de la figura 1, colocando la sustancia a sublimar en la cápsula de porcelana. Enciéndase el mechero y regúlese la llave de paso de gas para que la llama sea pequeña. Obsérvese el producto sublimado en la superficie inferior del vidrio de reloj. b) Método de sublimación a presión reducida Ármese el dispositivo de la figura 2, colocando la sustancia a sublimar en el fondo del tubo largo con adaptador para vacío. Tápese dicho tubo con un dedo frío, de tal forma que su extremo inferior quede a 1 cm por encima de la muestra. Introdúzcase este dispositivo en un baño de glicerina, caliéntese dicho baño hasta una temperatura inferior a 50ºC respecto del punto de sublimación de la sustancia y, lograda esta temperatura, conéctese la tubuladura lateral del tubo largo a una trompa de agua o bomba mecánica para reducir la presión interna del sistema. Obsérvese el producto sublimado, luego de unos minutos de calentamiento.

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