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esumen.
&l desarrollo de estas prácticas tenía como obeti#o profundizar en la teoría de la %uímica orgánica $ en los di#ersos procesos %ue son utilizados para la separaci!n de compuestos orgánicos' analizando sus características principales *solubilidad' polaridad' fases acuosas' fases orgánicas' orgánicas' acidez o basicidad' entre otras, de estos diferentes compuestos compuestos $ así lograr obtener meores resultados en su separaci!n $ de esta forma' con los conocimientos ad%uiridos $ a partir de ensa$os de laboratorio tales como/ &tracciones &tracciones simples' mltiples' mltiples' acido-base' cromatografías' entre otras reconocer' e#aluar' e#aluar' clasificar $ además determinar o comprobar algunas otras otras caracterí característic sticas as de estos estos compuesto compuestoss orgánicos orgánicos.. 3tro obeti#o obeti#o fue determinar determinar la eficienci eficienciaa de los distinto distintoss m"todos m"todos de separaci!n $ saber cuál es el más adecuado utilizar segn los compuestos a separar $ segn las condiciones específicas de cada caso. urante la realizaci!n de las diferentes pruebas se pudieron contrastar los resultados esperados segn la teoría $ a%uellos obtenidos' de esta manera' en algunos casos los resultados esperados concuerdan con los obtenidos' en otros casos los resultados esperados $ obtenidos no se correspondían de la manera más adecuada.
Palabras Claves! Claves! +oeficiente de distribuci!n' desecantes' emulsi!n' cromatografía.
"ec#a! 1$ de %oviembre de &$1'
Separación y purificación de compuestos orgánicos.
1.
Int Introdu roducc cció ión. n. 1.1. Extracció Extracción n con solventes solventes orgánicos. orgánicos. 1.1.1. Proceso de extracción.
Los compuestos orgánicos obtenidos en una síntesis o aislados de sus fuentes naturales se encuentran generalmente haciendo parte de mezclas. La etracci!n es uno de los m"todos más comunes utilizado para la separaci!n de dichas sustancias en #ía de su posterior purificaci!n $ constitu$e además de un #alioso proceso de ingeniería %uímica para la separaci!n de uno o más componentes de una mezcla lí%uida. &sta t"cnica se emplea en áreas como la %uímica' bio%uímica $ biología para separar un determinado compuesto de otros %ue lo acompa(a. La etracci!n puede definirse como el proceso %ue permite la separaci!n separaci!n de una mezcla empleando empleando un disol#ent disol#ente. e. &n la práctica se acostumbra separar compuestos orgánicos %ue se encuentran disueltos o suspendidos en agua.
1.1.2. Coeficiente de distribución o reparto (Kd).
)%uellas )%uellas sustancias sustancias %ue poseen poseen solubilid solubilidad ad parcial parcial en los sol#en sol#entes tes inmisc inmiscibl ibles' es' tendrá tendrán n concen concentra tracio ciones nes en ambos ambos cuando ocurre la agitaci!n' esa relaci!n de concentraci!n *+o $ +a, es direct directame amente nte propor proporcio cional nal a las solubi solubilid lidade adess resp respec ecti ti#a #ass *So *So $ Sa, Sa, $ cuan cuando do se alca alcanz nzaa el esta estado do de e%uilibrio' a una determinada temperatura' se conoce como coeficiente d distribuci!n o coeficiente de reparto *d,' una constante adimensional. Kd =
Co Ca
So =
Sa
*1,
onde/ Co
/ +oncentraci!n del soluto en el sol#ente orgánico. Ca / +oncentraci!n del soluto en el sol#ente acuoso. 1.1.3. Emulsiones
+on relati#a frecuencia aparecen en el proceso de etracci!n emulsiones *interfaces, %ue impiden una correcta limitaci!n en el embudo embudo de separa separaci! ci!n n de las capas acuosa acuosa $ orgáni orgánica' ca' especialmente' cuando se trata de etracciones con cloruro de metileno. 1.1.4. Efecto salino.
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4uchas sustancias orgánicas tienen cierta solubilidad en agua $ la etracci!n de tales soluciones resulta incompleta. &n muchos casos el procedimiento se meora considerablemente agregando una sal como cloruro de sodio *a+l,' sulfato de sodio *a2S36, o carbonato de potasio *7 2+38,. &n ma$or parte este m"todo produce la separaci!n de las fases debido a/ a, 9na disminuci!n de la ma$oría de los disol#entes orgánicos $ b, 9na disminuci!n de la ma$oría de los disol#entes orgánicos en agua' de tal forma %ue el proceso de etracci!n sea más fácil $ eficiente. 1.1.5. ecado.
Los procesos de síntesis $ aislamiento de compuestos orgánicos generalmente re%uieren disponer de una soluci!n de dicho compuesto en un disol#ente orgánico' contaminado con trazas de agua. Los desecantes %uímicos se utilizan más frecuentemente %ue los procesos físicos *como la destilaci!n azeotropica, $ se pueden di#idir en dos grandes grupos/ a%uellos %ue reaccionan %uímicamente con el agua en un proceso no re#ersible $ a%uellos %ue absorben agua o %ue forman hidratos den forma re#ersible. 9n buen agente de secado %uímico debe reunir #arias condiciones' entre ellas/ • • • •
o reaccionar con las sustancias %ue se #an a secar. :ener gran capacidad de desecaci!n. Secar rápido. Ser fácilmente separable de la sustancia una #ez seca.
1.&. Extracción con ácido base.
La etracci!n li%uido ; li%uido es un proceso mediante el cual una sustancia %ue se encuentra en una mezcla solida o disuelta en un determinado disol#ente es transferida a otro disol#ente.
La acidez $ la basicidad constitu$en el conunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias %uímicas denominadas ácidos $ bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos %uímicos consideran los ácidos como dadores de protones $ las bases como aceptadoras. Los
procesos en los %ue inter#iene un ácido implican tambi"n la participaci!n de su base conugada' %ue es la sustancia %ue recibe el prot!n cedido por el ácido. :ales procesos se denominan reacciones acido ; base.
1.2.2. -eora de /r0nsted o2r,.
&n esta teoría' un ácido se define como una entidad donadora de protones $ una base como una entidad receptora de protones' la cual debe tener un par de electrones para compartir. 9na reacci!n acido ; base es la transferencia de un prot!n de un ácido a una base *cuando el ácido cede un prot!n' este se con#ierte en su base conugada,. La fuerza de un ácido puede ser definida como la tendencia a ceder un prot!n $ la fuerza básica como la tendencia a aceptarlo. 1.2.3. -eora de e2is.
&n esta teoría una base es un compuesto con un par de electrones disponible' $a sea en un orbital no compartido o en un orbital molecular =. Sim embargo' un ácido de Le>is es cual%uier especie con un orbital #acío. &n una reacci!n acido ; base de Le>is el par de electrones no compartido de la base forma un enlace co#alente *denominado coordinado o dati#o,. 1.2.4. -eora de *rr#enius.
)rrhenius defini! a los ácidos como sustancias del tipo ?@ %ue en soluci!n acuosa se disocian produciendo iones ?A $ @- a las bases 43?' como sustancias %ue en soluci!n producen 4A $ 3?-' $ a la neutralizaci!n como el resultado de la combinaci!n de estos iones. La diferencia en la fuerza de los ácidos se puede cuantificar mediante las medidas de la conducti#idad el"ctrica de sus respecti#as disoluciones acuosas cuanto más fuerte es un ácido meor conduce electricidad. Segn la teoría de )rrhenius' la relaci!n entre ambos hechos es clara. La reacci!n de disociaci!n de un ácido en disoluci!n es un caso particular de e%uilibrio %uímico. ebido a todo esto' es importante tener en cuenta %ue las definiciones de )rrhenius se refieren nicamente a sustancias en disoluciones acuosas e ignoran' por tanto' la posibilidad de %ue eistan ácidos $ bases en condiciones diferentes. 1.3. Cromatografa de capa fina , Columba.
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La cromatografía es la separaci!n de dos o más compuestos o iones por la distribuci!n entre dos fases *sistema bifásico,' una de las cuales es m!#il *fase m!#il %ue desplaza de forma diferencial los compuestos a tra#"s de la fase estacionaria, $ la otra es estacionaria *fase estacionaria donde se retienen los compuestos a separar,. &stas dos fases pueden ser/ solida ; li%uida' li%uida ; li%uida o gas ; li%uida. &sta es una prueba %ue puede ser utilizada para/ +onocer el nmero de componentes de una mezcla e identificarlos por comparaci!n con patrones *cromatografía analítica,. Separar mezclas de compuestos $ como m"todo de purificaci!n *cromatografía preparati#a,. 1.3.1. Cromatografa de adsorción.
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La cromatografía de adsorci!n emplea una fase estacionaria solida de carácter polar' adsorbente $ una fase m!#il li%uida' elu$ente. Se utiliza tanto con fines analíticos como preparati#os $ la separaci!n de los componentes de la mezcla #iene determinada por las interacciones polares de los componentes de la misma con las fases estacionaria $ m!#il.
Las mol"culas de soluto s se adsorben en los centros polares de la fase estacionaria @ $ a medida %ue se produce la eluci!n' #an siendo desplazadas por la mol"culas de disol#ente %ue constitu$e la fase m!#il 4. la retenci!n de un soluto se puede ustificar por la competencia %ue se establece entre S $ 4 por adsorberse a los centros polares @' es decir' depende de los #alores de las constantes de los e%uilibrios' %ue están en funci!n de/
eterminar el nmero de componentes en una mezcla. Berificar la identidad de una sustancia. 4onitorear el progreso de una reacci!n. eterminar las condiciones apropiadas para la cromatografía de columna. )nalizar las fracciones obtenidas a partir de la cromatografía de +olumna.
&sta es una forma de cromatografía de adsorci!n solido ; lí%uido %ue constitu$e una t"cnica importante en %uímica orgánica para el análisis rápido de muestras %ue en algunos casos pueden estar en el rango de los 10 -C g. &.
Experimentación &.1. Extracción simple , m4ltiple. &.1.1. Extracción simple.
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1.3.3. Cromatografa analtica en capa fina (CC" o -C).
La cromatografía de capa fina o :L+' es una forma de cromatografía solido ; lí%uido donde la fase estacionaria es normalmente un adsorbente polar $ la fase m!#il puede ser un solo disol#ente o una combinaci!n de disol#entes. La :L+ es una t"cnica micro escala rápida $ econ!mica %ue puede ser usada para/
Figura 1.
6.1 mL para neutralizar la soluci!n' por lo %ue se puede #er %ue la concentraci!n de ácido propanoico es ahora 0.1E64 en la fase acuosa' lo %ue indica %ue 0.262Fg de compuesto
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permanecieron en la fase acuosa mientras %ue 0.062Cg migraron a la fase orgánica. &.1.&.
Extracción m4ltiple.
&.1.3. Efecto salino.
&n este caso Se #uel#e a realizar el proceso de la etracci!n simple' sola %ue esta #ez se adiciona a+l' hasta la saturaci!n' a la soluci!n de ácido propanoico inicial. +on lo %ue se obtiene %ue' al realizar la separaci!n se gastan 8.8 mL de a3? para titular 5mL de la fase acuosa Figura 4.
Figura 2.
)l titular la alícuota de 5 mL' tomada de la fase acuosa una #ez separada *luego de las tres separaciones,' se usaron 8.D mL de soluci!n de a3? 0.2014' por lo %ue se #e %ue la concentraci!n de la soluci!n acuosa es ahora 0.1664 ' lo %ue indica %ue 0.2181g de compuesto permanecieron en la fase acuosa mientras %ue 0.0F25g migraron a la fase orgánica. Figura 3.
&.&. Extracción *cido /ase.
&n esta parte Se prepara una mezcla de ácido benzoico' pmetilanilina $ naftaleno' de la cual se toman 2.082g para realizar la etracci!n de cada componente. &.&.1. Extracción con base (Componente acido).
Se realizan 2 etracciones con 20 mL a3? al 10G $ una ltima con 20 mL de agua' con el prop!sito de retirar la ma$or cantidad de ácido benzoico en la mezcla. )l tratar los etractos con ácido clorhídrico concentrado aparecen cristales blancos en la soluci!n' los cuales se filtran $ se secan' logrando obtener 0.108g de ácido benzoico
Figura 5. &tracci!n de ácido benzoico. Fuente: elaboraci!n propia
&.&.&. Extracción con ácido (componente básico).
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Se realizan 2 etracciones con 20 mL de ?+l al 10 G $ una ltima con 20 mL de agua' en donde la ma$or parte de la pmetilanilina se etraerá de la mezcla. )l tratar el etracto con hidr!ido de sodio concentrado' aparecen cristales amarillentos en la soluci!n' los cuales se filtran $ se secan' logrando etraer 0.60Eg de p-metilanilina.
Figura 7. +romatografía de capa fina. Fuente: elaboraci!n propia
Figura 6.
&.&.3. Extracción neutro).
de
naftaleno
(componente
9na #ez realizadas las etracciones de los componentes ácidos $ básicos de la mezcla' se espera %ue una gran parte del naftaleno' permanezca disuelto en la fase orgánica. &ntonces se usa sulfato de sodio anhidro con el fin de eliminar toda el agua presente en la soluci!n' para despu"s roto e#aporar la mezcla $ obtener así 0.5256g de naftaleno
Figura 7. &tracci!n de naftaleno. Fuente: elaboraci!n propia
&.3. Cromatografa. &.3.1. Cromatografa de capa fina (-C).
Se realiz! este proceso con una mezcla de ibuprofeno con ácido acetilsalicílico' usando una mezcla de acetato de etilo $ heano en diferentes proporciones como fase m!#il' con el fin de analizar cuál es la más apropiada para esta etracci!n' $ una placa de gel de sílice como fase estacionaria.
Los resultados esperados son los presentados en la figura F' pero estos resultados distan de la realidad. Se realiz! la cromatografía de capa fina con una relaci!n de acetato de etilo $ heano de 8/F *8 mL de acetato por F mL de heano, $ F/8' en el primer caso el a#ance de la mezcla no se pudo determinar debido a causas %ue se eplican en la discusi!n $ en el segundo caso *relaci!n F/8, solo se pudo apreciar el a#ance de la aspirina. )demás se realiz! la prueba con tinta comn $ se obtu#o una separaci!n de esta en los colores %ue la forman. Se procedi! además a calcular los Hf en los casos donde fue posible. Los resultados se presentan a continuaci!n/
e los resultados obtenidos se puede decir %ue esto se debi! a %ue el ácido propanoico tiene un segmento polar alrededor del
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grupo carboilo' un segmento apolar alrededor de la cadena al%uílica. Se puede inferir %ue no es un proceso de etracci!n tan eficiente debido a %ue no se etrae tanta cantidad de soluto' cabe anotar %ue es posible %ue al momento de realizar la titulaci!n esta no se haga de manera adecuada mostrando resultados err!neos de concentraci!n.
&sta parte de la practica fue demostrati#a' en donde' por medio de cromatografía de columna se separan los componentes de un etracto de caoba' $ una mezcla de tintes' en donde se puede apreciar c!mo se realiza una cromatografía de columna' $ los factores a tener en cuenta al realizar este proceso.
&.5.&. Extracción m4ltiple.
) partir de los resultados obtenidos de esta prueba se puede apreciar' %ue la etracci!n mltiple es mucho más eficiente' en cuanto a %ue se recoge ma$or cantidad de soluto %ue en la etracci!n simple' #emos %ue el aumento en la recolecci!n de ácido propanoico es de aproimadamente el 60G con respecto a lo obtenido con etracci!n mltiple. &.5.3. Efecto salino.
Figura 8. +romatografía de columna *mezcla de tintas,. Fuente: elaboraci!n propia
&.'. Extracción *cido /ase.
Jracias a todas las pruebas realizadas en esta secci!n se puede decir %ue para la separaci!n de sustancias orgánicas acidas $ básicas' lo meor es producir la sal %ue corresponde' debido a %ue esta es mucho más soluble en un sol#ente polar' lo %ue fa#orece la migraci!n del compuesto a la fase acuosa $ una #ez separada' se puede re#ertir la reacci!n pre#ia mediante el uso de ácidos o bases concentradas' para #ol#er a formar el componente poco soluble en agua *lo cual se #e fa#orecido con un medio frio ' puesto %ue la solubilidad es proporcional a la temperatura, $ despu"s separarlo por el m"todo más adecuado. &.6. Cromatografa. &.6.1. Cromatografa de capa fina (-C).
)l obtener los resultados de esta prueba se lleg! a la conclusi!n %ue una proporci!n 8/F o 6/E de acetato de etilo/ heano es más apropiada debido a %ue logro separar meor los componentes de la mezcla. &.6.&. Cromatografa de columna.
Figura 9. +romatografía de columna *etracto de caoba,. Fuente: elaboraci!n propia
3.
ecomendaciones de seguridad.
urante el desarrollo de todas las pruebas eperimentales se recomienda el uso en todo momento de guantes $ de la bata' ser preca#idos con el maneo de todos los reacti#os utilizados' e#itar general cual%uier chispa *%ue pueda generar combusti!n, tener precauci!n con el maneo del embudo $ la liberaci!n de los gases %ue se generan en algunas reacciones dentro de "l.
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5.
las cantidades de reacti#os o materiales estipuladas en los procedimientos' $a %ue los resultados %ue #imos eran netamente cualitati#os.
Conclusiones •
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La etracci!n con ácido o base se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos' en funci!n de la acidez' de la basicidad o de la neutralidad de "stos' teniendo en cuenta para estos las sales' bases $ ácidos adecuados en cada caso. &n las t"cnicas de etracci!n es importante la selecci!n del sol#ente más adecuado' teniendo en cuenta %ue debe ser mu$ poco soluble en el sol#ente %ue contiene el compuesto a separar %ue debe tener alta capacidad de sol#atar el componente $ %ue posteriormente sea fácil su separaci!n mediante t"cnicas sencillas' por esto suelen usarse sol#entes #olátiles. La etracci!n simple se basa en la diferencia de solubilidad de un componente en dos sol#entes diferentes e insolubles entre sí' por lo cual se escoge un sol#ente tal %ue el compuesto' %ue bien se encuentra en ambos sol#entes' se encuentre en ma$or proporci!n en el sol#ente %ue escoamos.
La etracci!n mltiple se usa para obtener una ma$or cantidad de compuesto' sin embargo ha$ %ue tener en cuenta %ue el compuesto a separar es soluble en ambos sol#entes usados' por lo %ue llegara un punto en el %ue' por más la#ados %ue se realicen con el sol#ente' la cantidad de compuesto %ue migra es mínima' o incluso nula. La #isita al laboratorio permiti! conocer $ manipular diferentes instrumentos' con los cuales se nos fue posible analizar $ caracterizar algunos compuestos orgánicos. espu"s de desarrollar esta práctica se pudo e#idenciar %ue no es estrictamente necesario guardar
•
'.
6.
&n base a las obser#aciones realizadas es mu$ importante mencionar las acciones o aspectos como son errores humanos' incertidumbres de instrumentos $ estado de elementos utilizados *reacti#os, %ue pueden conlle#ar a errores con respecto a los resultados esperados.
ecomendaciones •
Se debe tener mucho cuidado con la manipulaci!n de los materiales' puesto %ue pueden llegar a tener gra#es repercusiones con la salud.
•
&s importante atender a todas las recomendaciones e inducciones del docente a cargo' para e#itar cual%uier posible accidente.
*gradecimientos
Se agradece al docente encargado $ el auiliar de laboratorio' por su dedicaci!n. Kuienes nos guiaron por todo el proceso eperimental $ fueron de gran a$uda para entender e identificar todos los procesos $ reacciones %uímicas %ue estaban ocurriendo delante de nosotros. eferencias 1M ). del S. ?ormaza )naguano' Manual de Prácticas de Química Orgánica I . 4edellin - )ntio%uia' 2012.
2M
H. +hang' Química. 4cJra>-?ill' 2002.
8M
S. N. Oeininger and P. H. Stermitz' Química orgánica. He#erte' 1CDD.
