Separación Y Purificación De Compuestos Orgánicos II HAROLD AUGUSTO CAMELO LEGUIZAMO, DUVAN ANDRES SOTO QUINTERO, FABIO ENRIQUE SAENZ QUIMICA INDUSTRIAL, QUIMICA ORGANICA 1 SEPTIEMBRE 25 DE 2009.
RESUMEN
a.
b.
c. De izq. A Der.: a. Estructura del Agua, b. Estructura del Tolueno, c. Estructura del etanol; elección elección de un disolvente para una recristalización. recristalización.
En el desarro desarrollo llo de un proceso proceso de recrist recristaliz alizaci ación ón lo que se trata de conseguir conseguir es eliminar las posibles impurezas de un producto final. Estas impurezas suelen ser restos de reac reacti tivo voss que que utili utiliza zados dos en una una síntes síntesis, is, prod produc ucto toss secu secund ndar arios ios,, etc. etc. Para Para la selección del solvente adecuado se debe tener dos cosas en cuenta: Que el producto sea soluble en caliente e insoluble a baja temperatura en el solvente seleccionado. Que Que la impu impure reza za o impu impure reza zass a elim elimin inar ar sean sean lo más más solu solubl bles es en este este disolvente. Con lo que conseguimos que en el proceso de adhesión de las partículas, las impurezas tengan mucha más tendencia a quedarse en la fase liquida liquida que en la solida de forma que tras la filtración de los cristales cristales podamos obtener el producto lo más puro posible 1. •
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_________________________________________________________________________ Cuando se quiere conocer la composición de una sustancia orgánica es necesario seguir tres etapas básicas. Obtener una muestra representativa de la muestra. Separar o aislar cada una de las sustancias componentes de la mezcla para su posterior análisis. •
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Identificación Identificación de cada uno de los componentes de dicha muestra.
La segunda de las etapas es una de las más complejas, laboriosas y difícil de realizar. El conocimiento de los métodos de aislamiento y purificación de un compuesto es
fundamental en Química Orgánica por las siguientes razones: • Poder determinar su estructura • En los procesos de síntesis. • Seguimiento de las reacciones químicas
propiedades físicas de los componentes de una mezcla (puntos de ebullición, densidad, presión de vapor, solubilidad, etc.) ✔ ✔ ✔ ✔
_________________________________ _ 1.
Guias para laboratorio de química, Únincca. 1984 .
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Filtración Decantación Cristalización Métodos de separación Sublimación Destilación Extracción Cromatografía
Estos métodos están basados en las diferencias que existen entre las
ELEC ELECCI CION ON DE UN DISO DISOLV LVEN ENTE TE PARA UNA RECRISTALIZACION: RECRISTALIZACION:
Los productos sólidos que se obti obtien enen en en una una reac reacci ción ón suel suelen en estar estar acomp acompaña añados dos de impure impurezas zas que que hay hay que que elim elimin inar ar para para pode poderr disponer del producto deseado en el mayor grado de pureza posible. El método más adecuado para la elimi eliminac nación ión de las impur impureza ezass que contamina un sólido es por cristalizaciones sucesivas bien en un diso isolven lvente te puro puro,, o bien ien en una mezcla de disolventes. Al procedimiento se le da el nombre genérico de recristalización. El punto crucial de en el proceso de cristalización es la elección adecuada del disolvente que debe cumplir las siguientes propiedades:
a) Alto Alto pode poderr de diso disolu luci ción ón de la sust sustan anci cia a que que se va a puri purifi fica carr a elevadas temperaturas. b) Baja capacidad de disolución de las impure impurezas zas que contam contamina inan n al prod produc ucto to en cual cualqu quie ierr rang rango o de temperatura. c) Ge Gene nera rarr buen buenos os cris crista tale less del del producto que se va a purificar. d) No debe reaccionar con el soluto. e) No debe (inflamable).
ser
peligroso
f) Debe ser barato. g) Fácil de eliminar. Durante la práctica se logra evidencia evidenciarr aspectos aspectos concretos concretos que la literatura da a conocer, ya que al
analiz analizar ar las difere diferente ntess especi especies es o proc proced edim imie ient ntos os se obti obtien enen en los los siguientes resultados: Elección de disolvente en frio: Cuadro De Datos No 1
Disolve nte 1 ml
Acido Cítrico
Acido Benzoico
Naftalen o
Agua
Totalment e soluble
Solubilidad incompleta, presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
Solubilida d incomplet a, presencia de solido en la superficie del agua. Solubilida d incomplet a, presencia de solido al fondo del tubo de ensayo. Solubilida d incomplet a, presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
To Tolue lueno
Solub olubil iliidad incompleta , presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
Solubilidad incompleta, presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
Etanol
Solubilidad incompleta , presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
Solubilidad incompleta, presencia de solido al fondo del tubo de ensayo.
Elección caliente:
de
disolvente
en
Cuadro De Datos No 2
Disolve nte 1 ml
Acido Cítrico
Acido Benzoic o
Agua
No ap aplica
solubiliza
Tolueno
Totalme nte soluble Totalme nte soluble
Etanol
Naftale no
Solubilid ad incomple ta, presenci a de sólidos en la solución Totalmen Totalmen te te soluble soluble Totalmen insoluble te soluble
Fig. 2 Prueba elección de disolvente en caliente: Tolueno, De izq. A Der.: A. cítrico, A. Benzoico y Naftaleno
Según Según los resulta resultados dos obteni obtenidos dos de los diferentes procedimientos realizados es pertinente decir: a. Elección de disolvente en frio: Fig. 1 Prueba elección de disolvente en Frio: Agua, De izq. A Der.: A. cítrico, A. Benzoico y Naftaleno
un
En la adición de de A. cítrico (en solido) y Agua existe una solu solubi bili lida dad d tota total, l, es deci decir, r, no aplica para una posible recristalización. Esta solubilidad están alta debido a que la gran mayoría de ácidos son polares, ya que liberan H o sea un protón y quedan con una carga negativa. según la reacción:
Esto Esto se puede puede expli explicar, car, por que el acido cítrico tiene un radical OH y también tiene C doble enl enlace ace O, esto estoss grup grupos os tien tienen en cargas cargas (ya que el OH se parece parece mucho al agua) así que se vuelve pol polar. ar. Y lo “pol “polar ar disu disuel elve ve lo polar”. Para los casos restantes (cuadro de datos No 1), se presen esentta ausencia de solubilidad
Acido Benzoico
b. Elección
de un disolvente en caliente:
Sin Sin lugar ugar a duda dudass al cambi ambiar ar ciertas condiciones (en este caso la temperatura), se logra obtener otra clase de resultados y darles un análisis un poco más profundo (cuadro de datos No 2) Para los casos relacionados con el agua se descarta el pro procedi cedimi mien ento to para para el Acido cido Cítr Cítric ico, o, ya que que no cump cumple le las las cond condic icio ione ness de cris crista tali liza zaci ción ón expl explic icad adas as ante anteri rior orme ment nte. e. Se logra apreciar que el Acido Benzoico es poco soluble en agua fría pero al aumentar la temp temper erat atur ura a de esta esta tien tiene e buen buena a solu solubi bili lid dad en agua calie liente nte lo mismos que en disolventes orgánicos (en el caso con el tolueno y el etanol). Más Más espe especí cífi fica came ment nte e habl hablan ando do podemos decir que:
Tolueno
Por ejemplo, en el caso del acido Benzoico y el Tolueno no existe solu solubi bili lida dad d en esta esta cond condic ició ión n (temperatura (temperatura ambiente); ambiente); debido que el tolueno es un componente principal o la materia prima para obtener el acido benzoico. Y el acido acido benzoi benzoico co es poco poco solubl soluble e en agua o disolventes orgánicos en bajas temperaturas.
Tolueno Agua
Etanol
Para lo diferentes solventes seleccionados presentan la s siguie siguiente ntess caract caracterí erísti sticas cas,, que no permiten identificar como un buen solvente: una sust sustan anci cia a en cuya cuyass Agua: es una moléculas la distribución de la nube elec electr trón ónic ica a es asim asimét étri rica ca;; por por lo tanto, la molécula presenta un polo
positivo y otro negativo separados por por una una cier cierta ta dist distan anci cia. a. Hay Hay un dipolo permanente. Etanol: Es un caso muy similar al agua, debido a que presenta asimetría y tiene baja masa molecular. Tolueno: las sustancias de carácter orgánico, y donde la nube electrónica presenta simetría son de carácter apolar, es decir carecen de polo polo posi positi tivo vo y nega negati tivo vo en sus sus molé molécu cula las. s. Pero Pero esto esto no quie quiere re decirnos que no existe algún tipo de polaridad polaridad parcial.. parcial.. Todo dependerá dependerá de la geometría de sus moléculas. Si los momentos dipolares individuales de sus enlaces están compensados, la molécu lécula la será será,, en conjun njuntto, apolar. RECRISTALIZACION ACETANILIDA:
DE
LA
todas las impurezas solubles deben quedar disueltas en el agua. Finalmente, los cristales se separan por filtración y se dejan secar. Si con una cristalización sencilla no se llega a una sustancia pura, el proceso puede repetirse empleando el mismo u otro disolvente. Aproxima Aproximadame damente nte este proceso proceso se desarr desarroll ollo o en un tiemp tiempo o estima estimado do de 2 h y 53 min., in., don donde de se se han han obtenido los siguientes datos: Cuadro De Datos No 2
gr. Acetanilid a impura Agua Papel filtro Acetanilid a obtenida
ml
10 85 1.24 0.71
Donde el rendimiento del proceso, se logra definir como: 2
R
ACETANILIDA
Por Por otra otra part parte, e, se ha util utiliz izad ado o un mecanismo donde un sólido conocido (En este caso la Acetanilida), va hacer purificado, y para ello se disuelve en el disolvente caliente (Agua), generalmente a ebullición, la mezcla caliente se filtra para eliminar todas las impurezas insolubles, y entonces la solución se deja enfriar (en este caso cuba de hielo para enfriar y seca secarr en pla plancha ncha)) para para que que se produzca la cristalización. En el caso idea ideal, l, toda toda la sust sustan anci cia a dese desead ada a debe separarse en forma cristalina y
=
A
100
·
B
Donde: R: rendimiento A: masa o volumen de compuesto purificado B: Mas Masa o volu olumen de muest estra inicial
Y eso es igual: R = 0.71 0.7 1 g . 100 1g R= 71 %
Sin Sin embr embrag ago o para para dete determ rmin inar ar el nivel de pureza de la acetanilida, se ejecuta montaje del punto de fusión
Punto de fusión teórico
Acetanilid a impura
113-115 o2 C
Punto de fusión exp. 112-114 o C
El dato obtenido, permite establecer que la acetanilidad obtenida contiene un alto grado de pureza, y esta libre de otros productos. ________________________ ____________________________________ ____________ 1.
Química Química genera general, l, orgáni orgánica ca y bioquímica, bioquímica, JR Holum Holum.. 1ª Ed. 1972
