Introducción. Los análisis volumétricos consisten en la determinación cuantitativa de sustancias químicas mediante la medición exacta de los volúmenes de las disoluciones que entran en reacción, siempre que se conozca la concentración de una de ellas. Estos se pueden clasificar dependiendo del tipo de reacción química que se dé, por ejemplo: volumetría de neutralización, volumetría de precipitación, formación de complejos y redox. La volumetría de neutralización comprende un conjunto de determinaciones que se basan en reacciones que tienen lugar entre un ácido y una base con la correspondiente formación de una sal. Teniendo en cuenta la naturaleza del disolvente utilizado, la volumetría de neutralización se subdivide en acuosa y no acuosa (anhidrovolumetría). Cabe destacar que para los métodos volumétricos de neutrali zación las definiciones de ácidos y álcalis, que presentan particular importancia, son las que propusieron, de manera independiente, Brönsted y Lowry, en 1923., definieron como ácidos, las sustancias que ceden uno o más protones y como bases, las sustancias que aceptan uno o más protones. De esta definición se deduce que pueden existir sustancias que actúen como ácidos o como bases según las circunstancias en que se encuentren. En el siguiente trabajo se estará abordando la volumetría en medio no acuoso, partiendo desde en qué consiste, los tipos de valorantes e indicadores que se emplean, hasta la importancia o relevancia que tiene su aplicación en el ámbito farmacéutico.
Objetivo general:
Conocer los aspectos relevantes de protrometría en medio no acuoso.
Objetivos específicos:
Explicar cómo se lleva a cabo la volumetría en medio no acuso.
Determinar los indicadores y valorantes empleados en este proceso.
Establecer la importancia que tiene en el análisis farmacéutico, la volumetría en medio no acuoso.
Volumetría de neutralización no acuos a. La protometría no acuosa al igual que una volumetría acido base acuosa consiste en la determinación cuantitativa de una sustancia, que se efectúa mediante la medición exacta de dos volúmenes que entran en disolución, pero a diferencia de la protometría acuosa esta se realiza para ácidos y bases muy débiles que no pueden valorarse usando agua como disolvente o son compuestos insolubles en agua. El proceso de valoración en un medio no acuoso no presenta muchas diferencias con los que se llevan a cabo en medio acuoso. Al igual que en este último, el punto final se puede detectar visualmente empleando colorantes orgánicos que exhiben propiedades ácido-base y que presentan diferente color en cada una de esas formas. Como se sabe, el agua es el disolvente más conveniente porque puede actuar como un segundo par ácido-base, tanto frente a ácidos como frente a bases. Sin embargo, para las sustancias débilmente ácidas o débilmente básicas la mayor limitación del agua, como medio de valoración, reside precisamente en ese comportamiento anfótero pues, ante tales sustancias, el agua no actúa como segundo par ácidobase sino como un competidor de ellas frente al agente valorante que se utilice. Por tanto, los ácidos y bases muy débiles (Ka y Kb < 10-7) no pueden ser valorados en medio acuoso porque el agua actúa como un competidor ácido o básico, con similar carácter débil que la sustancia que se pretende valorar, frente al agente valorante fuerte.
La solución más simple a este problema es reemplazar el disolvente por otro que no compita en carácter ácido-base con la sustancia que se desea valorar. Si esta última es débilmente ácida el agua deberá reemplazarse por un disolvente que sea menos ácido que ésta; es decir, que actúe como aceptor de protones frente a esa sustancia. Si por el contrario se desea valorar un compuesto débilmente básico, el agua deberá reemplazarse por un disolvente que posea menor carácter básico que el agua, es decir, que sea más ácido que ésta. De manera general debe tenerse en cuenta que, al sustituir el agua por otro disolvente no acuoso, se persiguen dos objetivos principales:
Que el disolvente no compita con el analito frente al valorante.
Que el analito presente un carácter más fuerte en disolución.
Valoración de bas es
Disolventes:
Los disolventes que se utilizan en la valoración de bases débiles (Kb < 10-7), son de carácter ácido o neutro. El ácido acético glacial es el disolvente más utilizado en la valoración de aquellos compuestos con carácter básico que no pueden ser analizados volumétricamente en medio acuoso. La pureza con que se comercializa este disolvente es suficiente para su empleo con este fin. También se utilizan, con bastante frecuencia, el anhídrido acético para las amidas que no son fácilmente acetilables; el dioxano, o una mezcla de éste con ácido acético; benceno, cloroformo, y algunas mezclas de glicoles con hidrocarburos (por ejemplo, propilenglicol y cloroformo 1:1). Valorantes:
En la anhidrovolumetría debe tenerse en cuenta si el disolvente que se emplea es nivelador o diferenciador frente a los compuestos que participan en la valoración. Por tal motivo, siempre que se emplee el ácido acético como disolvente al valorar una base débil, deberá seleccionarse un valorante que se comporte como ácido
fuerte en el mismo. Tal es el caso del ácido perclórico (HClO4), utilizado, prácticamente, en todas las valoraciones de bases débiles que se llevan a cabo en medio acético anhidro. La disolución valorante también se prepara disolviendo el ácido perclórico en ácido acético, incluso si se emplea el anhídrido acético como disolvente para la valoración, por cuanto la disolución en este último no es estable. Como por lo general debe trabajarse en ausencia total de agua, el conten ido de ésta que acompaña al ácido perclórico que se comercializa como reactivo, se elimina por adición de anhídrido acético, que reacciona con el agua dando ácido acético. Otros valorantes ácidos utilizados son el ácido ptoluensulfónico y el ácido fluorosulfónico (HSO3F). La estandarización de los valorantes ácidos se realiza con biftalato de potasio (hidrógeno ftalato de potasio), cuya reacción con el ácido perclórico es como sigue:
El perclorato de potasio (KClO4) es un precipitado cristalino que no interfiere en la determinación del punto final. Los ácidos sulfónicos utilizados como valorantes, no forman los precipitados correspondientes. Otros patrones primarios que se utilizan para los valorantes ácidos son el tris (hidroximetil-aminometano), el carbonato de sodio y la difenilguanidina.
Ácido Perclórico, Decimo Normal (0,1 N) en Dioxano Preparación: Mezclar 8,5 mL de ácido perclórico con suficiente dioxano para obtener 1000 mL.
Normalización: Pesar con exactitud aproximadamente 700 mg de biftalato de potasio, previamente triturado y secado a 120 o durante 2 horas, y disolverlo en 50 mL de ácido acético glacial en un matraz de 250mL. Agregar 2 gotas de cristal violeta SR y valorar con la solución de ácido perclórico hasta que el color violeta se
convierta en verde azulado. Realizar una determinación con un blanco. Cada mL de ácido perclo´ rico 0,1 N equivale a 20,42 mg de biftalato de potasio. Indicadores:
En la anhidrovolumetría la selección del indicador suele ser empírica. Los indicadores apropiados para las valoraciones de bases débiles son, a su vez, bases muy débiles. Es posible disponer de una serie de indicadores ordenados según las constantes de formación de sus percloratos correspondientes. Algunos ejemplos son:
El violeta cristal.
El sudán III.
El azul nilo A.
La p-naftolbenceína.
El verde de malaquita.
El indicador más asequible para la valoración de bases es el violeta cristal (violeta de genciana). El cambio de color es complejo, pasando del violeta (color básico), por azul, verde-azulado, verde, verde-amarillento y amarillo (color ácido). El color correspondiente al punto final dependerá de la base en particular y del disolvente empleado. Para muchas bases, el cambio de color violeta hasta el azul, marca el punto final de la valoración. La p-nalftolbenceína produce un cambio de color del amarillo (forma básica) hasta verde (forma ácida). Por su parte, el verde de malaquita, que es una base ligeramente más fuerte que la p-naftolbenceína, produce el cambio del color verde al amarillo.
Valoración de ácidos.
Disolventes:
La etilendiamina, n-butilamina y piridina, son disolventes orgánicos básicos que se utilizan para la valoración de ácidos débiles. Puesto que absorben fácilmente el CO2 atmosférico, dan valores altos en la valoración del blanco, por tal motivo es
imprescindible llevar a cabo tal determinación y la corrección correspondiente. La N,N-dimetilformamida (DMF) es también muy utilizada, así como el benceno, metanol, etanol, acetona, metiletilcetona, metil-isobutilcetona y el alcohol terbutílico. Valorantes.
Son comúnmente empleadas como valorantes las disoluciones de los metóxidos de potasio, sodio o litio, en una mezcla de metanol-benceno. Otros valorantes muy útiles son los hidróxidos de tetralquilamonio, específicamente el de tetrabutilam onio. La estandarización de estas disoluciones valorantes se lleva a cabo con el ácido benzoico, el cual es un patrón primario muy utilizado para este fin. Específicamente, esta valoración suele realizarse en corriente de nitrógeno para minimizar la absorción de CO2, aunque, invariablemente, debe realizarse una valoración en blanco para corregir el resultado de la estandarización.
Metóxido de Sodio, Décimo Normal (0,1N) (en Tolueno) (5,402 g en 1000 mL) Preparación: Enfriar en agua helada 150 mL de metanol contenidos en un matraz volumétrico de 1000 mL y agregar, en pequeñas porciones, aproximadamente 2,5 g de sodio metálico recién cortado. Cuando el metal se haya disuelto, agregar tolueno para obtener 1000 mL y mezclar. Conservar la solución preferentemente en el reservorio de una bureta automática adecuadamente protegida del dióxido de carbono y la humedad.
Normalización: Pesar con exactitud aproximadamente 400 mg de ácido benzoico patrón primario y disolver en 80 mL de dimetilformamida en un matraz. Agregar 3 gotas de una solución 1 en 100 de azul timol en dimetilformamida y valorar con el metóxido de sodio hasta un punto final azul. Corregir en función del volumen de la
solución de metóxido de sodio consumido por 80 mL de dimetilformamida. Cada 12,21 mg de ácido benzoico equivalen a 1 mL de metóxido de sodio 0,1 N. Indicadores.
El indicador visual más importante en las valoraciones no acuosas de ácidos débiles es el azul de timol (timolsulfoftaleína), el cual presenta color amarillo en su forma ácida y azul, en su forma básica. Este indicador es apropiado para valorar ácidos carboxílicos, imidas y sulfonamidas, entre otros ácidos débiles. Para valorar algunos fenoles con sustituyentes que aceptan electrones (ácidos aún más débiles) se emplea, más frecuentemente, el violeta azo (p-nitrobencenazo-resorcinol), el cual experimenta un cambio de color del rojo al azul. La fenolftaleína y la timolftaleína son indicadores excelentes cuando se emplean alcoholes o piridina como disolventes.
A plicaciones en el ámbito farmacéutico:
La volumetría no acuosa tiene una gran aplicación en el análisis farmacéutico. En las farmacopeas pueden encontrarse numerosas aplicaciones de este caso particular de la volumetría de neutralización. El carácter débilmente ácido o débilmente básico de muchos fármacos, así como su frecuente insolubilidad en agua, hace necesario el empleo de disolventes no acuosos en el análisis volumétrico de los mismos. Una gran cantidad de sales inorgánicas también pueden valorarse como bases si se disuelven en ácido acético glacial, al igual que muchas sales de ácidos orgánicos. En general, la mayoría de las aminas y muchos alcaloides de determinan mediante este método volumétrico. Como ya ha sido mencionado, las sales de ácidos débiles también se valoran en ácido acético. De hecho, la estandarización del ácido perclórico con biftalato de potasio es un ejemplo de ello. Algunas veces se analizan mezclas de bases, presentes en una misma muestra, seleccionando un disolvente diferenciador para ellas como es el caso del acetonitrilo, aunque la determinación del punto final se realiza visualmente, sino mediante el método potenciométrico, el cual no es objeto del presente curso.
Otra aplicación de la anhidrovolumetría es la determinación de sustancias que no tienen, intrínsecamente, características básicas pero que pueden convertirse, mediante reacción química, en un derivado básico.
Ventajas:
1) Algunas reacciones son tan importantes como la reacción de valoración en medio no acuosa para determinar la cantidad total de agua en muestras (Valoración de Karl Fisher).
2) En medio no acuosos es posible la valoración de mezclas de ácidos con valores de pKa bastante cercanos como el ácido oxálico (pKa2=1.23, pKa1=4.19), el succínico (pKa2=4.19, pKa1=5.52) y el málico (pKa2=3.42, pKa1=5.1). En agua estas valoraciones simplemente no resuelven con técnicas simples de análisis. 3) Además, los diversos disolventes presentan ventajas de solubilidad que el agua no, por ejemplo, la valoración de sustratos orgánicos de alto peso molecular. Esto permite maximizar el número de disoluciones patrón preparadas a partir de patrones primarios, demostrando un auge importante en el análisis industrial. 4) En estos medios también es posible el monitoreo con métodos tradicionales, como el empleo de indicadores del volumen del punto final de valoración, el monitoreo potenciométrico, conductimétrico, amperométrico entre otros.
CONCLUSIONES
Uno de los aspectos más relevantes es saber que el proceso de valoración en un medio no acuoso no presenta muchas diferencias con los que se llevan a cabo en medio acuoso.
La volumetría en medio no acuoso se lleva a cabo mediante la determinación cuantitativa de una sustancia, que se efectúa a través de la medición exacta de dos volúmenes que entran en disolución, para ácidos y bases muy débiles que no pueden valorarse usando agua como disolvente o son compuestos insolubles en agua.
Tanto para la valoración de bases y de ácidos débiles existen disolventes específicos con características que permitan una buena cuantificación.
La protometría no acuosa es importante para el ámbito farmacéutico ya puede utilizarse para cuantificar
la cantidad (concentración) de una
sustancia, ya sea principio activo en un producto terminado o determinar la pureza de una materia prima y definir si es apta para su uso, cuando estas sustancias no son solubles en agua, además de que el carácter débilmente ácido o débilmente básico de muchos fármacos, hace necesario el empleo de disolventes no acuosos en el análisis volumétrico de los mismos.
