Solubilidad y Recristalización

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGANICA 502502
GUÍA No 3: SOLUBILIDAD Y RECRISTALIZACIÓN
I. EL PROBLEMA
Hacer uso del concepto de solubilidad en función de la temperatura para obtener un compuesto
puro por recristalización
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
Recristalización
Un sólido resulta ser más soluble en un determinado solvente si se eleva la temperatura de este
último. Dicho en otras palabras, la mayoría de las sustancias sólidas se solubilizan más en caliente
que en frío. Como consecuencia de esto, si disolvemos una sustancia en la menor cantidad posible
de un solvente caliente, al enfriar el sistema obtendremos parte del producto en estado sólido (por
disminución de la solubilidad en el solvente frío).
Cuando tenemos un sólido A impurificado con otro sólido B (lo que quiere decir que la cantidad de
B es mucho menor que la de A, si no, no sería un sólido impurificado sino una mezcla de dos
sólidos), al disolverlos en un solvente reemplazamos las interacciones entre las moléculas por
interacciones entre las moléculas y el solvente, lo que los mantiene en solución. Al bajar
gradualmente la temperatura del sistema, las interacciones con el solvente disminuyen y las
moléculas de A comienzan a agregarse formándose los primeros microcristales. Al llegar a la
temperatura ambiente, las moléculas de A se han reordenado dando lugar a un sólido cristalino
puro, mientras que B permanece en solución. No solamente B queda en solución sino que también
hay algunas moléculas de A solubles: esto se debe a que tanto A como B tienen una cierta
solubilidad en frío en un determinado solvente, y por lo tanto permanecerán en solución. Si bien
este hecho representa una pérdida de masa del compuesto A, dada la baja proporción de B, es
probable que todo B quede en solución al enfriar el sistema, obteniéndose de esta manera un
sólido A más puro que aquel del cual partimos. En este simple principio se basa la purificación por
recristalización.
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Requisitos de solvente.
a.-Que la solubilidad de A sea mínima en frío y máxima en caliente (aumenta el porcentaje de
recuperación de A)
b.-Que B tenga una alta solubilidad en frío (disminuye la posibilidad de coprecipitación de B al
enfriar el sistema).
c.-Que no reaccione con A (la sustancia debe recuperarse inalterada y más pura)
d.-Que en lo posible no tenga un punto de ebullición demasiado bajo (se evaporaría durante el
proceso) ni demasiado alto (costaría mucho secar el precipitado obtenido)
e.-Que no sea inflamable, tóxico o perjudicial para el medio ambiente.
Cuanto más lenta sea la precipitación, más puros serán los cristales obtenidos. En el caso de
insertarse una molécula de B en la red cristalina de A, ésta se vería deformada e imperfecta. Una
precipitación lenta permitiría una redisolución de la zona defectuosa del cristal y una corrección de
la red por reemplazo de la molécula de B por una molécula de A.
Sin embargo pueden existir casos en que la cantidad de solvente sea excesiva y se dificulte la
precipitación, en tales casos es conveniente enfriar el sistema con un baño de agua y hielo.
En el caso de que la relación de solubilidades en frío y en caliente permita una coprecipitación de
B, la purificación será parcial y el proceso deberá repetirse tantas veces como sea necesario hasta
obtener el sólido A puro. Si no se cuenta con otros métodos de análisis, se determinará el punto de
fusión del sólido A luego de cada recristalización.
Se considerará que A está puro cuando coincida el punto de fusión de dos recristalizaciones
sucesivas.
Cuando las impurezas que presenta el sólido a purificar son insolubles en el solvente de
recristalización, las mismas se eliminan por filtración al vacío.
Punto de fusión:
Cuando un sólido está puro, la fusión del mismo se produce a una temperatura casi constante, con
un rango que no supera los 2ºC. Si el sólido se impurifica con alguna otra sustancia orgánica, la
temperatura de fusión disminuye en una proporción variable que dependerá del par de sólidos
considerados y de la magnitud de la impurificación. Paralelamente, el punto de fusión de la mezcla
presenta un considerable aumento en el rango de temperaturas durante el cual tiene lugar dicha
fusión. Un efecto similar se produce cuando el sólido está húmedo, por eso debe secarse bien
antes de tomar el punto de fusión.
La impurificación de un sólido orgánico con un producto inerte, como por ejemplo sales
inorgánicas, partículas de vidrio, polvo, etc., no produce descenso del punto de fusión del sólido.
En esta Experiencia, como sólido a recristalizar se utiliza el principio activo contenido en un
comprimido de un analgésico comercial, por ejemplo, la aspirina o ácido acetilsalicílico1:
1
El profesor podrá seleccionar otro sistema para recristalizar.
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y el compuesto activo del paracetamol
III. TEMAS DE CONSULTA
El preinforme debe contener los siguientes aspectos:
¿Que es un comprimido analgésico?
¿Que comprimidos analgésicos traen ácido acetil salicílico?
Si el compuesto a recristalizar es el ácido acetil salicílico en un comprimido analgésico cuales
serían las impurezas?
Estructura del ácido acetil salicílico .
Señale las funciones orgánicas que puede identificar en la fórmula molecular de este compuesto
Ficha técnica de los compuestos utilizados en la práctica2
Consulte las propiedades físicas del ácido acetil salicílico
¿Que es una hidrólisis?
Consulte las propiedades físicas del ácido salicílico
Escriba la reacción de hidrólisis del ácido acetil salicílico a ácido salicílico. ¿En que condiciones se
realiza esta reacción?
Explique el fenómeno de coprecipitación.
¿En donde se pueden encontrar las tablas de solubilidad de compuestos y como se reporta la
solubilidad?
IV. MATERIALES Y REACTIVOS
Cada grupo de trabajo realizara una destilación durante el tiempo del laboratorio
Materiales
Un placa de calentamiento
Dos vasos de 250 ml
Un embudo corriente o un embudo buchner3
Un matraz con desprendimiento lateral de 250 ml Kitasatos ( si filtra con la bomba de agua)
Un erlenmeyer de 250 ml
Un trípode
2
3
El profesor le indicara el sistema que va a separar.
El profesor seleccionara el método de filtración antes de realizar la práctica
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Un aro de hiero con pinza
Un agitador de vidrio
Un mortero con mano
Una espátula
Un vidrio de reloj
Una pinzas para crisol
Una pipeta de 10 ml graduada
Un tubo de thiel
Capilares para punto de fusión
Alambre de cobre
Un Termómetro
Dos Pinzas para bureta pequeñas
Material general
Soportes
Mecheros
Balanza analítica
Estufa a 90oC
Reactivos:
Aceite mineral
Alcohol
Agua
Ácido acético
hielo
papel de filtro.
V. PROCEDIMIENTO
Recristalización
Pulverizar dos comprimidos con ayuda de un mortero, hasta obtener un polvo fino; pesar en
balanza analítica. Pasar el polvo finamente divido a un vaso de precipitados de 250 ml , agregar
20 ml de agua destilada , agitar y calentar.
Puede suceder que la cantidad de agua sea insuficiente, es decir que aún con el agua a ebullición
no se observe la disolución total del sólido. En ese caso se agrega más agua poco a poco y
moderadamente, con ayuda de una pipeta. Agregar agua en exceso traerá problemas para que el
sólido vuelva a precipitar y se obtendrá un rendimiento bajo.
Cuando observe que el agua hierve y no haya residuos sólidos, deje reposar el vaso en un baño
de agua fría o de agua con hielo.
Luego de algunos minutos se observará la precipitación de un sólido, el cual debe filtrar con
succión. Se utiliza filtrado con succión en lugar del filtrado por gravedad ya que es más rápido, pero
también puede filtrar con embudo normal.
Seque el precipitado obtenido en la estufa, pese y determine el punto de fusión con el tubo de
Thiel4
Repita la misma experiencia utilizando paracetamol y al final compare la forma de los cristales
obtenidos, con los de la aspirina
4
La técnica para determinar el punto de fusión la puede consultar en las guías del curso de química general.
Guía 3.1.
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Para el caso de la aspirina, el punto de fusión del producto puro es de 138-140°C, sin embargo es
probable que el punto de fusión obtenido no sea éste. La diferencia se debe fundamentalmente a
que el ácido acetilsalicílico es un producto lábil, que se hidroliza con facilidad a ácido salicílico
(punto de fusión 158-160°C). Por lo tanto y dado que el ácido salicílico también recristaliza de
agua, el producto obtenido puede estar contaminado con dicho ácido con la consecuente baja del
punto de fusión. Una nueva recristalización tampoco solucionaría el problema ya que el
procedimiento no hace más que favorecer la hidrólisis
Para evitar estas reacciones de hidrólisis y si el profesor lo solicita, se puede purificar por un
sistema de solubilización en alcohol y reprecipitación en agua o bien utilizando una mezcla de
solventes con ácido acético y agua.
Si el punto de fusión no es le esperado debe recristalizar nuevamente en agua o en alcohol de
acuerdo con las indicaciones del profesor.
Si se pesa el comprimido inicialmente y el producto de secado se puede obtener el rendimiento,
este peso requiere una balanza analítica.
Si recristalizó dos veces y peso puede calcular el rendimiento de la recristalización.
VII. PARA EL ANÁLISIS DE LA PRACTICA
Analice los resultados obtenidos y discútalos con respecto a las estructuras de los compuestos y
su solubilidad.
Discuta los resultados obtenidos de acuerdo con las formas cristalinas obtenidas.
¿Es mejor obtener cristales pequeños o grandes?. ¿Qué procedimientos puede utilizar para
obtener cristales pequeños o cristales grandes?.
Explique por que para evitar las reacciones de hidrólisis, se puede purificar con un sistema de
solubilización en alcohol y reprecipitación en agua o bien utilizando una mezcla de solventes con
ácido acético y agua. Explique como lo haría experimentalmente.
Con base en los conocimientos adquiridos sobre solubilidad responda las siguientes preguntas:
1.Se le ha encomendado recristalizar la sustancia A, para lo cual dispones de los solventes X, Y y
Z, con las siguientes propiedades:
Solvente
Punto de ebullición
Solubilidad de A en frío
Solubilidad de A en
caliente
X
35 °C
0,2 g/100 ml
12 g/100 ml
Y
80 °C
4,0 g/100 ml
13 g/100 ml
Z
74 °C
0,4 g/100 ml
15 g/100 ml
¿Cuál de todos ellos consideras el más adecuado para el procedimiento? Y ¿Por qué?
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2. Se dispone de dos partidas industriales de un analgésico A: una de ellas contiene una
impurificación de 3% de un subproducto B, mientras que la otra tiene una impurificación del 20% de
C. ¿Puede purificar ambas utilizando el método de recristalización? ¿Por qué?
3.-Un producto farmacéutico M se comercializa con un tipo particular de excipientes insolubles en
agua. Sabiendo que M puro recristaliza de agua, sugiera cuál sería el procedimiento adecuado
para tratar la muestra comercial.
VIII. BIBLIOGRAFÍA
DAY R.A. 1990 Química analítica cuantitativa. 5 ed . Prentice Hall. México.RUBINSON . 1998. Química Analítica Contemporánea. Pearson. México
FESSENDEN and FESSENDEN. 2000 Química orgánica. Grupo editorial iberoamericano. México
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