INTRODUCCIÓN A LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO Nº 2, 3, 4

19
INTRODUCCIÓN A LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO Nº 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8
EXTRACCIÓN Y CROMATOGRAFÍA
Extracción y cromatografía son dos formas sencillas y ampliamente utilizadas
como métodos para separar un compuesto deseado de sus impurezas, o para aislar
cada componente presente en una mezcla, y están basadas en el principio de
distribución de las diferentes sustancias entre dos fases inmiscibles.
Es importante, para lograr integración entre el laboratorio y la teoría, aplicar las
técnicas separativas mencionadas al aislamiento de algunos productos naturales.
De esta forma, tendremos las siguientes asociaciones temáticas :
 Cromatografía de adsorción de "Pigmentos Vegetales"
 Cromatografía de partición de "Hidratos de Carbono" y "Pigmentos"
 Arrastre con vapor y extracción diferencial de " Alcaloides, terpenos o
flavonoides"
 Extracción de "Lípidos"
El objetivo de prácticas separativas de laboratorio, aplicadas a los Productos
Naturales, es más amplio que el planteado para la primera parte del curso.
Las prácticas de laboratorio que se han realizado hasta ahora, se basaban en
conceptos teóricos rigurosos. El estudio de dichos temas requería memoria y
razonamiento como operaciones mentales fundamentales.
Las prácticas que se inician a partir de ahora, se fundamentan en principios
teóricos sencillos, y apuntan básicamente a presentar herramientas para la resolución
de problemas separativos concretos. La dificultad está entonces, en utilizar
correctamente esas herramientas, entendiendo la complejidad de los problemas
separativos que se planteen.
De aquí que no basta estudiar lógica y memoriosamente para entender el tema.
Las prácticas se diseñaron para preparar integralmente al estudiante, de tal
forma que se propicia la experimentación con distintos materiales (sustratos,
adsorbentes, solventes de desarrollo, reveladores, etc.) con el objetivo
fundamental de que se planteen problemas experimentales no previstos en la
guía.
Para un aprovechamiento cabal de las posibilidades que brinda cada práctica,
resulta indispensable que cada alumno :
a) Comprenda el significado y la tarea que realizará en el laboratorio.
b) Tenga los conocimientos teóricos sobre el comportamiento de los productos
naturales que se utilizarán.
c) Utilice el margen de creatividad disponible.
d) Rescate la totalidad de la práctica, y no sólo la parte que le tocó realizar.
Referencias bibliográficas
* S. Bawn, W. Bowen: "Laboratory Exercises in Organic and Biological Chemistry"
2º Edición. Mac Millan Publishers, New York 1981.
* G. Walther, S. Morán Palma: "La química en experimentos " Guatemala, 1977.
* W. Smith, J. Mc Carty: "A Laboratory Manual for a Modern Introduction to
Organic Chemistry". 1963. Merril Books, Inc. New York
* Journal of Chemical Education:
1982 = "Química de los limpiadores" Pág. 305.
20
1978= "Qué es un detergente" Pág. 596.
1977= "El pH de los shampoos" Pág. 553.
1972= "El rol de los fosfatos en los detergentes- Determinaciones
cuantitativas" Pág. 15.
1971 = "Aislamiento de trimiristina de nuez moscada" Pág. 255.
* M. Cava , M. Mitchell "Selected Experiments in Organic Chemistry", 1966.
* F. Sixma , H. Wynberg. "A manual of Physical Methods in Organic Chemistry". J.
Wiley and Sons, Inc. London, 1964.
* R. Robertson T. Jacobs. "Laboratory Practice of Organic Chemistry". Mac Millan
Co. London, 1962.
* E. Heftmann. "Chromatography". Reinhold Publishing Corporation New York,
1961
* L Savidan. "Cromatografía". EUDEBA, Buenos Aires, 1979.
* E. y M. Lederer. "Cromatografía". El Ateneo, Buenos Aires, 1960.
* D. Abbot y R. Andrews. "Introducción a la Cromatografía". 2ª ed.
Alhambra,Buenos Aires, 1970.
* I. Smith y J. Feinberg."Cromatografía sobre papel y capa fina. Electroforesis"
Exedra, Buenos Aires,1979.
* L.G. Galagovsky "Química Orgánica: Fundamentos Teorico-prácticos del
Laboratorio." Eudeba, Buenos Aires, 1992.
* A. Pomilio, A. Vitale "Métodos Experimentales de Laboratorio en Química
Orgánica." O.E.A. 1988.
21
TRABAJO PRÁCTICO Nº2
EXTRACCIÓN Y CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA
1.- Objetivos:
Introducir la técnica de extracción y su manipulación experimental.
Introducir la técnica de cromatografía en capa delgada.
2.- Introducción:
El proceso de extracción con solventes es empleado generalmente en el
aislamiento de productos naturales y purificación de mezclas. En algunos casos se la
utiliza para remover impurezas solubles en mezclas de compuestos de interés,
denominándosela en este último caso, lavado.
La cromatografía es una técnica separativa basada en la distribución diferencial
de los componentes de una mezcla entre una fase estacionaria y una fase móvil. En la
cromatografía en capa delgada (c.c.d. o t.l.c., Rin ayer chromatography), se usa una
placa de vidrio, aluminio o plástico como soporte de la fase estacionaria.
3.- Parte experimental
3.1.-Separación de mezclas insolubles en agua.
Para llevar a cabo la separación sistemática de una mezcla insoluble en agua,
se trabaja con 1-2 g de mezcla sólida, que se trata con 50 ml de CH2Cl2 (1) y se
procede según el esquema 1.
La solución orgánica (1) se extrae con NaHCO3 (s.s.), agregándolo lentamente,
con cuidado y agitación (por qué?) (220 ml), queda una solución alcalina de pH
cercano a 8 (2) y una solución en cloruro de metileno (2’).
A continuación se procede a acidificar la solución alcalina (2) con HCl diluído
hasta pH = 2, luego de lo cual se agrega CH2Cl2 (220 ml). El extracto orgánico
obtenido (3’) se lava con agua (220 ml), se seca con MgSO4 (anh), se filtra a un
balón con boca esmerilada y se evapora el solvente a presión reducida en un
evaporador rotatorio, obteniéndose el residuo B (ácidos) .
La solución orgánica (2’) que fue extraída anteriormente, se extrae ahora con
NaOH 10 %. La solución básica resultante (4) se lleva hasta pH ácido con HCl 10 % y
se extrae con CH2Cl2 (220 ml), se obtiene así la solución orgánica (5’). Dicha solución
(5’) se lava con agua, se seca con MgSO4 (anh), que se elimina por filtración y se
evapora el solvente en rotavapor. Se obtienen de esta forma los fenoles (residuo C).
Tenga en cuenta que la fracción obtenida anteriormente es soluble en
NaOH 5% e insoluble en NaHCO3.
La solución orgánica (4’), de la cual se han extraído ya todos los componentes
ácidos, se extrae con HCl 5% (215 ml); queda una fase acuosa ácida (6) y una fase
orgánica (6’). La fase acuosa ácida (6) se alcaliniza con NaOH 10% y se extrae con
CH2Cl2 (215 ml), obteniéndose la fase orgánica (7’). Ésta se lava con agua, se seca
con MgSO4 (anh), se elimina el desecante por filtración y luego el solvente a presión
reducida, obteniéndose el residuo D (aminas insolubles en agua).
La fase orgánica (6’) se lava con agua (215 ml), se seca y se filtra. Se elimina
el solvente y se obtiene el extracto E (componentes neutros).
22
Esquema 1
Mezcla + CH2Cl2 (1)
NaHCO3 (s.s.)
fase acuosa (2)
fase orgánica (2')
1) HCl 10 % (pH = 2)
2) CH2Cl2
NaOH 10% (pH = 12)
fase acuosa (4)
fase orgánica (3')
1) HCl 10 % (pH = 5)
2) CH2Cl2
1) Lavar con agua
2) MgSO4 (anh.)
3) Evaporar svte
fase acuosa (3)
Residuos B (ácidos)
fase orgánica (4')
continúa abajo
fase orgánica (5')
fase acuosa (5)
1) Lavar con agua
2) MgSO4 (anh.)
3) Evaporar svte
Residuos C (fenoles)
fase orgánica (4')
HCl 10%
fase acuosa (6)
fase orgánica (6')
1) NaOH 10 % (pH = 12)
2) CH2Cl2
NaOH 10% (pH = 12)
fase acuosa (8)
fase orgánica (7')
fase acuosa (7)
1) Lavar con agua
2) MgSO4 (anh.)
3) Evaporar svte
fase orgánica (8')
1) Lavar con agua
2) MgSO4 (anh.)
3) Evaporar svte
Residuo E (neutros)
Residuo D (Básicos)
3.2.- Separación de los componentes de la mezcla por cromatografía en capa
delgada
Una vez aisladas y purificadas las sustancias que componen la mezcla, se
sembrarán las mismas en microplacas de sílica gel. En cada placa se sembrarán
separadamente las dos sustancias a los costados y la mezcla original en el centro. Las
manchas deben ser de 3 mm de diámetro cada uno y deben estar a 0,5 cm del borde
inferior de la placa y del borde lateral de la placa.
Para desarrollar las placas, se colocarán éstas en microcubas, que contengan 1
o 2 mm de solvente. en el fondo, de manera tal que al colocar la placa, el solvente no
cubra la zona sembrada de la placa.
23
En primer lugar, se desarrollarán o (correrán) las placas en cubas con solventes
y mezclas de ellos de polaridad creciente (como mínimo utilizar 4 solventes). Se debe
dejar la microplaca en la cuba hasta que el solvente suba, por capilaridad, hasta 0,5
cm del borde superior de la placa, marcando este límite superior.
Luego del desarrollo cromatográfico, se deja evaporar el solvente de cada placa
al aire y se revela sucesivamente con luz visible, UV (254 y 366 nm) y en cámara de
I2. Se dibujarán las microplacas obtenidas en el cuaderno, se calcularán los valores de
Rf de cada uno de las sustancias y se relacionará con la polaridad del solvente.
Se deberá encontrar un solvente o sistema de solventes en el cual los valores
de Rf de las dos sustancias que componen la mezcla oscilen entre 0,3 y 0,7 y además
las manchas de cada uno de los componentes aislados tengan un Rf > 0,2.
A continuación se procederá a identificar cada unos de los componentes
aislados por comparación con patrones disponibles.
Si surgen dudas en la identificación debe variarse la composición del solvente
de manera tal de poder asegurar ,sin lugar a dudas, la identidad de los compuestos
por c.c.d.
Cuestionario
Extracción
1) Una mezcla constituída por los siguientes productos se sometió a los
tratamientos que se indican a continuación :
CO2 H
CO2 CH3
CH3
N
NH2
OH
Cl
O
a) ¿Cuál de los cuatro compuestos es A y en qué se basa su separación de los
otros compuestos.
b) Indique un esquema de separación que permita aislar los compuestos B, C y D.
c) Una vez separadas las sustancias, indique para cada una de ellas una reacción
que confirme la presencia del grupo funcional respectivo.
mezcla
1) éter
2) Solución de NaHCO
3
f ase acuosa 1
f ase etérea 1
1)HCl 5% f río
-éter
2)éter
f ase etérea 2
f ase acuosa 2
- éter
compuestoA
compuestosB, C, D.
24
2) Utilizando métodos extractivos, proponga un esquema de separación de los
componentes de la siguiente mezcla (debe llegar a obtenerlos puros):
A
C
B
HO2 C
H3 CO
O
O
OCH3
OCH3
O
NH2
OH
E
D
CO2 H
HO
O
CHNH2
CH3
OCH3
3) Separe por métodos convenientes la siguiente mezcla de compuestos, de forma
tal que obtenga cada uno por separado.
O
NHCH3
CH3
1
OH
O
NHCH3
4
3
2
CH3
O
O
O
CO2 H
HO2 C
H3 C
5
CH3 O
N(CH3 )2
7
6
Cl
4) Usando métodos extractivos separe, aisle y obtenga puros cada uno de los
siguientes compuestos; considere que tiene una mezcla de 3 g de c/u.
O
N
N
CO2 H
A
B
C
CO2 H
OH
HO
HO
D
O
H3 CO
O
E
25
5) Defina constante de partición. ¿de qué factores depende? ¿Por qué es
conveniente hacer n extracciones de volumen V y no una sola extracción de volumen
n.V?
6) ¿En qué se basa la extracción con Soxhlet?
7) ¿Qué precauciones debe tener cuando trabaja con éter?
8) Proponga un método de separación para las siguientes mezclas
a.- m-propiltolueno (p.eb 182ºC) y anilina (p.eb. 183ºC)
b.- ácido acético (p.eb 118ºC) y butanol (p.eb.116ºC)
c.- fenol, o-nitrofenol y p-nitrofenol.
Cromatografía en capa delgada
9) ¿Qué métodos de separación de mezclas conoce?
10) ¿Qué se entiende por cromatografía? ¿Cuántos tipos de técnicas
cromatográficas se pueden distinguir en base a la naturaleza de la fase móvil y de la
fase estacionaria?
11) ¿Cuáles son las principales aplicaciones de la c.c.d?
12) ¿En que se basa la cromatografía de adsorción? Nombre los adsorbentes más
comunes y ordénelos según su poder de adsorción creciente.
13) Nombre los solventes más comunes y ordénelos de acuerdo con su polaridad
creciente (serie elutrópica).
14) Ordene los siguientes solventes de acuerdo con su poder de elución creciente
en sílica :
a) Cloruro de metileno, cloroformo, tetracloruro de carbono.
b) Metanol, 1-butanol, etanol, 1-propanol.
c) Agua, acetona, ciclohexano, ácido acético, acetato de etilo, benceno,
metanol.
15) Ordene los siguientes grupos funcionales según su orden de elución, en una
columna cromatográfica de adsorción: ácidos carboxílicos, cetonas y aldehídos,
alcoholes, amidas y ésteres, alcanos y alquenos. Fundamente su respuesta.
16) ¿Cómo influyen la polaridad de los compuestos a separar y la naturaleza del
adsorbente y del disolvente en la retención?
17) Conteste las siguientes preguntas, justificando detalladamente :
a) ¿Qué diferencias hay entre cromatografía analítica y preparativa?
b) Si las sustancias que va a analizar son incoloras, ¿cómo las visualiza sobre
la placa?
c) ¿Qué es un revelador? Indique por lo menos cuatro.
d) ¿Qué es un revelador universal? ¿y uno específico? Dé ejemplos.
26
18) Sobre una placa de sílica se sembraron
siguientes:
solo cinco de los compuestos
O
COOH
n-pentano
B
C
A
NH2
COOH
OH
D
O
F
E
Ca3(PO4)2
G
O
OH
La c.c.d se desarrolló en cloroformo y se reveló por carbonización, dando el
resultado que se detalla más abajo. Considerando estos datos indique qué se sembró
en cada punto I...V. ¿Cuáles sustancias no se sembraron.? Justifique todas sus
respuestas.
I
*
II
*
III
*
IV
*
V
*
19) Discuta cual podría ser el orden de Rf creciente sobre sílica de los siguientes
compuestos ( justifique ):
A
B
HO2C
O
OH
OH
HO
CO2H
C
D
20) Dadas las siguientes afirmaciones, conteste a c/u si es Verdadera o Falsa y
justifique :
a) Por cromatografía en capa delgada se pueden obtener puros los
componentes de una mezcla de colesterol, ácido benzoico y cloruro de metileno.
b) Una sustancia A, que en c.c.d. sobre sílica con benceno da Rf = 0,7, al usar
benceno-metanol 1 : 1 dio Rf = 1,2.
27
21) Los compuestos A, B, C, D y E se sometieron a una cromatografía de
adsorción en capa delgada de sílica gel :
A
OH
B
C
CHO
CO2H
D
CHO
E
OH
HO
OH
OH
OH
Utilizando tolueno:etanol (3:1) como solvente de desarrollo se obtuvo el
cromatograma que se indica a continuación :
.
1
.
2
.
3
.
4
.
5
Conteste cuál Rf corresponde a cada sustancia. Justifique brevemente.
22) Como práctica de espectroscopía se incluyen a continuación se presentan
espectros de sustancias sólidas y líquidas. Indique a qué sustancia corresponde cada
juego de espectros.