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Tema: Volumetría Ácido-Base en Medio no Acuoso Preparado por la Dras. Romina Bianchini y Patricia Castellano
~ Año 2013 ~ El agua es agua es un solvente muy utilizado en estudios de todo tipo • Abundancia en la naturaleza •Económico •No es contaminante •En valoraciones ácido-base se comporta como anfolito
H2O + H2O = H3O+ + OH-
SOLUCIÓN
CAMBIAR EL SOLVENTE
Si la sustancia a titular es un ácido débil deberá emplearse un solvente no ácido o levemente básico Si lo que se quiere titular es una base débil debe utilizarse un solvente no básico o levemente ácido
RAZONES PARA ELEGIR UN SOLVENTE NO ACUOSO Reactivos o productos son insolubles en agua Reactivos o productos reaccionan con el agua El analito es un ácido o una base demasiado débil para titularse en agua
VENTAJAS DE CAMBIAR EL SOLVENTE Se puede titular un número mucho mayor de ácidos y bases en disolventes no acuosos Hay una gran variedad de disolventes no acuosos Debidamente efectuada, da resultados muy exactos
ELECCIÓN DEL SOLVENTE Debe permitir un marcado cambio en la [H+] solvatados en las proximidades del punto de equivalencia
La sustancia a titular debe ser soluble en el disolvente o en un exceso de titulador
El producto de la titulación debe ser soluble, o si es un precipitado debe ser compacto
El disolvente no debe dar reacciones secundarias que interfieran con la sustancia por titular o con el titulador
Debe ser de bajo costo, fácil purificación, líquido a temperatura ambiente, de buena pureza, no tóxico, no inflamable, no explosivo, etc.
ELECCIÓN DEL SOLVENTE CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS Capacidad de disociación Características ácido – base Constante dieléctrica Efectos de nivelación y diferenciación Capacidad de producir ionización y disociación
C APACIDAD DE DISOCIACIÓN Se disocian H2O = H+ + OHEtOH = H+ +EtO Ac2O = Ac+ + OAc-
No todos liberan H+ al disociarse
No se disocian (Éteres, hidrocarburos)
C ARÁCTER ÁCIDO - B ASE (Según la teoría de Bronsted) Protogénicos ( H2SO4) N Protofílicos
Anfipróticos (H2O, CH3OH, AcOH) Apróticos (hidrocarburos, CHCl3)
SOLVENTE
IÓN LIONIO
+
IÓN LIATO
2H2O
H3O+
+
OH-
2 AcOH
AcOH2+
+
OAc-
2MeOH
MeOH2+
+
MeO-
Ac2O
Ac+
+
OAc-
CONSTANTE DIELÉCTRICA F +
-
r
Fuerza de atracción (F) entre dos iones, representados como cargas puntuales (e) de signo opuesto
F = -e2 / D r2
Trabajo de disociación
W = -F r W = e2 / D r
Cuanto menos polar sea el medio resulta más difícil separar los iones de signo opuesto
IONIZACIÓN Y DISOCIACIÓN HX + AcOH
X-.H2OAc+
IONIZACIÓN
Fuerza relativa de los pares ácido conjugado – base conjugada
X- + H2OAc+
DISOCIACIÓN
•Naturaleza de la carga de los constituyentes del par iónico •Constante dieléctrica del medio
EFECTOS DE NIVELACIÓN Y DIFERENCIACIÓN HX + S EL AGUA NO DIFERENCIA LA FUERZA DE ESTOS ÁCIDOS
SH+ + X-
HClO4 + H2O
H3O+ + ClO4-
HCl + H2O
H3O+ + Cl-
HNO3 + H2O
H3O+ + NO3-
SI EL DISOLVENTE ES ÁCIDO FÓRMICO
ÁCIDO
HX + HCOOH BASE HO
UN ÁCIDO DÉBIL EN AMONÍACO
BASE CONJUGADA HCOOH2+ + X ÁCIDO CONJUGADO
O
O
+ NH3
O
-
NH4+ +
MEDIDA DE LA FUERZA DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES • La fuerza de un ácido (HX) o de una base débil puede estimarse a través de la contante de equilibrio (K HX) que mide el grado de reacción con un solvente determinado. Ejemplo, en agua: HX + H2O = X- + H3O+ K HX = [X-][H3O+]/[HX] • Para ácidos y bases débiles puede emplearse un indicador colorimétrico y medir su fuerza relativa en virtud de su capacidad para hacer virar el indicador. En este sistema la constante de equilibrio se llama constante de formación de sal. • Cuando en lugar de un indicador se emplea ácido perclórico, la constante de equilibrio se llama constante de formación de perclorato. B + HClO4 = BH+.ClO4K f (BH+.ClO4-) =
[BH+.ClO4-]/([B]*[HClO4])
FUNCIONAMIENTO DE LOS INDICADORES EN MEDIOS NO ACUOSOS Los indicadores para titulaciones ácido-base en medio no acuosos funcionan en forma similar a la de los empleados en medio acuoso, ya sea donando o aceptando protones. En un disolvente DH:
HIn
+
COLOR A
DH = In-
+
COLOR B
DH2+
En medios acuosos: se selecciona el indicador relacionando su pKa con el pH del punto final de la titulación y el punto final ocurre con un salto de pH. In
+
COLOR A
H3O+ = InH+
COLOR B
+
H2O
DETERMINACIÓN DEL PUNTO FINAL El punto final puede determinarse visual o potenciométricamente La determinación potenciométrica es la metodología mas ágil y moderna 300 mV
100 20
Δ
0 100
Δ 2
-100
mV/ Δ V
mV/ Δ V2
Puede evaluarse el potencial (mV) en función del volumen de titulante agregado, o emplearse métodos de primera o segunda derivada
Cuando el disolvente es no acuoso no puede emplearse el pH como una medida de los protones en solución (por definición pH = -log [H+], siendo éstos protones solvatados, H 3O+).
Debe evaluarse el potencial (mV), el cual es generado por los protones solvatados. El electrodo responde a cambios en la concentración de protones solvatados. Por ejemplo, si se emplea ácido acético (AcOH) como disolvente, el electrodo responderá a variaciones en la concentración de AcOH 2+.
Si se emplea un electrodo de calomel resulta ventajoso sustituir la solución acuosa saturada de KCl por una solución no acuosa (LiClO 4 en ácido acético glacial cuando se efectúan titulaciones en solventes acídicos, o con KCl en alcohol metílico para las titulaciones en solventes básicos).
DETERMINACIÓN DE BASES SOLVENTE: Neutro o acídico (ácido acético glacial, se suele agregar anhídrido acético) TITULANTES: Ácido perclórico en ácido acético. (Se estandarizan contra biftalato de potasio, TRIS o carbonato de potasio) INDICADORES: constante de formación de perclorato similar a la del analito. Violeta de metilo o cristal violeta Bases relativamente fuertes (pKb menor a 10) puede usarse indicador visual Bases más débiles requieren detección potenciométrica del punto final
Determinación de ALBUTEROL (USP 35)
Disolver aproximadamente 400 mg de albuterol, exactamente pesado, en 50 ml de ácido acético glacial, adicionar 2 gotas de violeta cristal y valorar con ácido perclórico 0,1 N ALBUTEROL
OH CH3
NH HO
CH3
H3C HO
Determinación de METIROSINA (USP 35)
Disolver aproximadamente 300 mg de metirosina, exactamente pesado, en 100 ml de ácido acético glacial y valorar con ácido perclórico 0,1 N determinando potenciometricamente el punto final
HO
METIROSINA H3C HO
O
NH2
Determinación de ALBENDAZOL (USP 35)
Transferir aproximadamente 250 mg de albendazol, exactamente pesado, y disolverlo en 100 ml de ácido acético glacial (R). Adicionar 1 gota de azul de oracet B (R) y valorar con ácido perclórico 0,1 N ALBENDAZOL
H N H3C
N
S
O O
CH3
Determinación de HALOPERIDOL (FA VII Ed.)
Pesar exactamente 0,06 g de haloperidol y disolverlo en 25 ml de ácido acético glacial (R). Valorar con solución 0,02 N de ácido perclórico usando α-naftol benceína (R) como indicador. Cl
N OH O
F
HALOPERIDOL
MÉTODO DE PIFER - WOOLISH Para determinar halohidratos, mediante la liberación de la base correspondiente por el agregado de un exceso de acetato de mercurio, que forma el halogenuro mercurial poco disociado 2RNH2.HCl + Hg(OAc)2
HgCl2 + 2RNH2 + 2HOAc
BASE COMO CLORHIDRATO
BASE LIBRE, PUEDE TITULARSE
Determinación de CLORHIDRATO DE ALFENTANILO (USP 35) Disolver aproximadamente 350 mg de clorhidrato de alfentanilo exactamente pesado, en 30 ml de ácido acético glacial. Adicionar 3 ml de solución acética de acetato de mercurio (R) y 3 gotas de p-naftol benzeína (R), y valorar con solución de ácido perclórico 0,1 N CH3 O N N
N N
H3C
N
O
●
O
HCl
N H3C
CLORHIDRATO DE ALFENTANILO
Determinación de CLORHIDRATO DE LOPERAMIDA (USP 35) Disolver aproximadamente 375 mg de clorhidrato de loperamida exactamente pesado, en 100 ml de ácido acético glacial previamente neutralizado. Adicionar 10 ml de solución de acetato de mercurio y valorar con ácido perclórico 0,1 N empleando naftolbenceína como indicador α
HO Cl N
●
O
CLORHIDRATO DE LOPERAMIDA
N H3C
CH3
Determinación de CLORHIDRATO DE AMANTADINA (USP 35) Disolver aproximadamente 120 mg de clorhidrato de amantadina exactamente pesado, en una mezcla de 30 ml de ácido acético glacial y 10 ml de acetato de mercurio (R), y titular con ácido perclórico 0,1 N, determinando potenciométricamente el punto final CLORHIDRATO DE AMANTADINA
●
HCl
NH2
HCl
Determinación de CLORHIDRATO DE APOMORFINA (USP 35) Disolver aproximadamente 300 mg de clorhidrato de apomorfina exactamente pesado, en 100 ml de ácido acético glacial. Adicionar 0,1 ml de anhídrido acético, 5 ml de acetato de mercurio (R), 0,25 ml de violeta cristal y valorar con ácido perclórico 0,1 N
N
CH3
●
HO
HO
HCl ● ½ H2O
CLORHIDRATO DE APOMORFINA
DETERMINACIÓN DE ÁCIDOS SOLVENTE: Neutro o de carácter básico como aminas o amidas (piridina, DMF). TITULANTES: Metóxidos alcalinos o hidróxidos de amonio cuaternario. Se estandarizan frente a ácido benzoico. INDICADORES: Azul de timol o azo violeta. En el caso de ácidos más débiles como los fenoles se emplea orto nitro anilina. Ácidos más fuertes (pKa menor 7) puede usarse indicador visual Ácidos más débiles requieren detección potenciométrica del punto final o visual empleando azo violeta. Tomar precauciones con respecto a la absorción de dióxido de carbono atmosférico (valorar rápidamente y con agitador magnético).
Determinación de ÁCIDO NALIDÍXICO (FA VII Ed.)
Pesar exactamente 250 mg de ácido nalidíxico desecado; disolverlo en 30 ml de DMF previamente neutralizada frente a timolftaleína (SR) y valorar con solución 0,1 N de metóxido de litio (SV). CH3
H3C
N
N
OH
O
O
ÁC. NALIDÍXICO
Determinación de SULFISOXAZOL (USP 35) Disolver aproximadamente 800 mg de sulfisoxazol, exactamente pesados, en 50 ml de DMF. Agregar 5 gotas de una solución 1:100 de azul de timol en DMF y valorar con metóxido de litio 0,1 N
O
O
O
N CH3
S NH CH3
H3C
SULFISOXAZOL
Determinación de ALOPURINOL (USP 35) Disolver aproximadamente 100 mg de alopurinol exactamente pesado en 30 ml de DMF. Valorar con hidróxido de tetrabutilamonio 0,1 N, determinando potenciométricamernte el punto final.
HN
N
O
NH N
ALOPURINOL
Determinación de IDOXURIDINA (USP 35) Disolver aproximadamente 250 mg de idoxuridina, exactamente pesados, en 20 ml de DMF que ha sido neutralizada previamente con metóxido de sodio 0,1 N en tolueno y agregar una solución de azul de timol. Titular con metóxido de sodio 0,1 N en tolueno IDOXURIDINA
H N
O
O
I N
O HO
OH
Determinación de MERCAPTOPURINA (USP 35) Pesar exactamente 0,3 g de mercaptopurina y disolverlo 80 ml de DMF. Añadir 5 gotas de azul de timol al 1 % P/V en DMF y valorar con solución 0,1 N de metóxido de sodio MERCAPTOPURINA
SH H N
N
N
N
