EN ESTE LABORATORIO TRATAREMOS DE ELIMINAR LAS IMPUREZAS MEDIANTE EL METODO DE LAS CRISTALIZACIONES SUCESIVAS LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS MESA 02 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS ORGANICOS Escuela Académico Profesional de Ingeniería Industrial Departamento Académico de Química Básica y Aplicada Cátedra de Química Orgánica INFORME cción Nº4 PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS INTEGRANTES: o 15170135 HUALI FLORES MADELEINE o 15170018 GAMERO LEÓN JOSÉ CARLOS o 15170140 LAPEYRE RIVERA SOLANGE o 15170176 ALTEZ INCISO RICARDO o 15170064 HUAMANI SORIANO CARLOS o 14170191 MANRIQUE PEREZ CESAR EDUARDO PROFESOR: Br. Gustavo Ruiz Pacco Grupo: Miércoles 6-8 PM Mesa: 02 Laboratorio de Química Orgánica - Facultad de Farmacia y Bioquímica 2015 1 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS I. PRINCIPIOS TEÓRICOS PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS: ¿QUÉ ES CRISTALIZACIÓN ? La operación de cristalización es aquella por media de la cual se separa un componente de una solución líquida transfiriendolo a la fase sólida en forma de cristales que se precipitan. Es una operación necesaria para todo producto quimico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales que se precipitan. Es una operación necesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente en polvos o cristales, ya sea el azúcar o sacarosa, la sal común o el cloruro de sodio. PRINCIPIO FÍSICO Lo podemos resumir como la solubilidad del compuesto, respecto a la temperatura (de fusión) de la solución. La cristalización es un proceso de formación de un sólido cristalino a partir de un producto fundido o a partir de una disolución. En este segundo caso, los cristales se obtienen al enfriar una disolución saturada en caliente del compuesto sólido en un disolvente adecuado. El disolvente o mezcla de disolventes será seleccionado de acuerdo con la solubilidad del sólido y de las impurezas (es necesario que éstas no cristalicen en las mismas condiciones). Así, es necesario encontrar un disolvente en el que el compuesto sólido que queremos cristalizar sea soluble en caliente e insoluble en frio. Si una primera cristalización no se consigue la purificación completa, el proceso se puede repetir y hablaremos de re cristalización. La cristalización es un proceso por el cual a partir de un gas, un liquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. 2 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS La cristalizació se emplea con bastante frecuencia química para purificar una sustancia sólida. PROCEDIMIENTO Inicialmente es necesario realizar pequeñas pruebas de solubilidad con la finalidad de hallar el disolvente más adecuado. Seguidamente se mezclan en un matraz el sólido a purificar y la mínima cantidad de disolvente para que se solubilice en caliente. Se prepara un montaje a reflujo y se caliente hasta obtener una disolución. Precaución: cuando se aplica calor al sistema, el refrigerante siempre tiene que estar en funcionamiento. Si al llegar a la temperatura de reflujo quedan pequeñas párticulas sólidas en suspensión, es necesario filtrar en caliente(filtración por gravedad) para eliminarlas. En este caso será necesario que el material utilizado para la filtración también este caliente a fin de evitar la precipitación al entrar en contacto la disolución caliente con el material frio. Si la disolución caliente presenta alguna turbidez o impureza coloreada, puede utilizarse carbón activo. A continuación se deja enfriar lentamente hasta que se formen los cristales en el seno de la disolución. Precaución: es necesario tener en cuenta que el proceso de enfriamiento se realiza muy rápido, puede producirse una precipitación en vez de una cristalización. La separación de los cristales del líquido que los contiene(llamados aguas madre) se realiza por filtración al vacío bien por decantación. Una vez filtradas, las aguas madre pueden recuperarse y podemos esperar la cristalización de una cantidad adicional de producto si se elimina parcialmente el disolvent. En este caso hay que tener en cuenta que la proporción entre el producto que queremos cristalizar y las impurezas ha variado y por tanto aumenta la probabilidad de que también precipite alguna impureza. La pureza de los cristales obtenidos se puede comprobar mediante el punto de fusión o por cromatografía en capa fina; además, se puede compararse el resultado obtenido con el de una cromatografía en capa fina de las aguas madre. En la siguiente tabla aparecen los disolventes más empleados en la cristalización de las clases más comunes de compuestos orgánicos: CLASES DE COMPUESTOS DISOLVENTES SUGERIDOS Hidrocarburos Hexano, ciclohexano, tolueno éteres Éter, diclorometano Haluros Diclorometano, cloroformo Compuestos carbonílicos Acetato de etilo, acetona 3 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS Alcoholes y ácidos etanol Sales agua II. PROCEDIMIENTO: Papel filtro MATERIALES: REACTIVOS: Tubo de ensayo Embudo de decantación Cocinilla eléctrica Vaso precipitado Cristales de Actenilida 4 ml de H2O PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Colocar la muestra guardada del experimento 3 en un vaso precipitado más 4 ml de agua destilada y procedemos a disolverlo en la cocinilla eléctrica. Procedemos a colocar el papel filtro en el embudo. Colorar el embudo en un tubo de ensayo y procedemos a verter el contenido del vaso precipitado. Luego de haber eliminado todas las impurezas dejamos enfriar. Llevar a enfrió el tubo de ensaño y esperar la condensación o precipito en el fondo del tubo. Colocar nuevamente un papel filtro en el embudo y este en el tubo de ensayo , procedemos a verter el contenido. 4 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS Se deja escurrir el papel filtro y se entregara para el experimento 5. III. RESULTADOS: CRISTALIZACIÓN INDUCIDA: a uno de los tubos se le agrego un chorro de agua CRISTALIZACIÓN ESPONTANEA: al otro tubo solo se dejó en la gradilla para que enfriase Se aprecia la diferencia en la calidad de los cristales obtenidos Esto se puede resumir en la siguiente tabla: Cristalización Tiempo de formación Cantidad Calidad, forma IV. Inducida Rápida Espontánea Lenta Mayor Baja, sin forma se depositó al fondo Menor Alta, forma acicular CUESTIONARIO: 1) ¿Qué otras técnicas de purificación de compuestos orgánicos se conocen? - Sublimación: se utiliza para separar dos sólidos, uno que tenga la propiedad de sublimar y el otro no. Por ejemplo: el yodo y el sulfato de cobre, lo que ocurre aquí es una volatilización seguida de una sublimación. Este método se da en sustancias volátiles, cuyos vapores al enfriar se convierten en cristales sólidos, pero esto, sin pasar por la fase líquida, y es justamente la purificación del yodo la que se puede dar de esta manera. El punto de sublimación, o 1 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS temperatura de sublimación, es aquella en la cual la presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión externa. Cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia, más fácilmente sublimará. Generalmente, para que una sustancia sublime debe tener una elevada presión de vapor, es decir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles. - Destilación: Una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles es mediante la separación u purificación por destilación. En la destilación se hace uso de la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que constituyen las mezclas. El proceso de la destilación consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasen a fase vapor y, posteriormente, enfriar el vapor hasta recuperar estos componentes en forma líquida mediante un proceso de condensación. Existen tipos de destilación como: destilación simple, al vacío, fraccionada y por arrastre de vapor. - Cristalización: La cristalización es un proceso por el cual ciertas sustancias adoptan la forma cristalina; y se utiliza en las mezclas homogéneas conformadas por un sólido (soluto) disuelto en agua (solvente) para separar la sustancia sólida, eliminando la líquida que no interesa recuperar, por evaporación, usándose frecuentemente en la purificación de sólidos. Se utiliza para ello un cristalizador, que es un recipiente de poca altura, de vidrio y de amplia boca, donde se coloca la mezcla y se procede a calentarla. Al evaporarse el líquido, por el aumento de la energía cinética de sus moléculas, el sólido precipita y queda en el cristalizador, con forma cristalina, o sea, constituyéndose un sólido homogéneo, de moléculas estáticas, delimitado por caras planas, como ocurre para producir sal o azúcar. Bajo estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. Se utiliza el criterio de “lo semejante disuelve a lo semejante” para la elección de un disolvente de cristalización. Los disolventes más usados, en orden de polaridad creciente son el éter de petróleo, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua. - Cromatografía: Está técnica se utiliza para obtener los componentes individuales puros de una mezcla y también para determinar la proporción de estos componentes. La técnica cromatográfica de purificación consiste en separar mezclas de compuestos mediante la exposición de dicha mezcla a un sistema bifásico equilibrado. Todas las técnicas cromatográficas dependen de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles: una fase móvil, llamada también activa, que transporta las sustancias que se separan y que progresa en relación con la otra, denominada fase estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas y la estacionaria puede ser un sólido o un líquido. Las combinaciones de estos componentes dan lugar a los distintos tipos de técnicas cromatográficas que aparecen en la siguiente tabla: 2 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS 2) ¿Qué es la recristalización? - La recristalización es una técnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificación de sustancias sólidas que contienen pequeñas cantidades de impurezas. La muestra a recristalizar se disuelve en un disolvente o mezcla de disolventes a su temperatura de ebullición. Posteriormente, tras una serie de operaciones sencillas, se deja enfriar lentamente de modo que se genera una disolución del compuesto sobresaturada lo que favorece la formación de cristales de este al encontrarse en mayor proporción. La formación y crecimiento de cristales en una red ordenada de forma lenta favorece la incorporación de moléculas del compuesto excluyendo de esta red cristalina las moléculas de las impurezas, de modo que al final se obtiene un sólido enriquecido en el compuesto que queremos purificar. Otra manera de llevar a cabo la recristalización en estos casos sería disolver en caliente en la mínima cantidad posible del disolvente en el que se disuelve bien y adicionar una proporción adecuada del disolvente en el que no es soluble para favorecer su cristalización. 3) ¿Qué son las aguas madres? ¿Qué utilidad le daría usted? Solución en la que originalmente se obtiene un precipitado. Éste se separa de sus aguas madres mediante filtración. Es la solución que resta de una disolución salina que se ha hecho cristalizar y no da ya más cristales. 4) ¿Qué tipos de cristales existen? ¿Qué parámetros influyen en su formación? - Cristales sólidos: estos se diferencian de los sólidos amorfos porque su estructura es prácticamente insuperable en cuanto a su periodicidad. A partir de ciertas muestras se puede distinguir entre un cristal único, en cuanto a su forma o esta puede ser un conjunto de cristales muy chiquitos. Ejm: cuarzo. Cristales iónicos: El cristal está formado por iones positivos y negativos unidos entre sí mediante fuerzas de naturaleza electrostática. Hay que decir que este tipo de cristal son malos conductores del calor y de la electricidad ya que carecen de electrones libres. Pero cuando el cristal es sometido a una temperatura elevada los iones adquieren movilidad y aumenta su conductividad eléctrica. Son duros y a la vez quebradizos. La mayoría de los cristales iónicos tienen puntos de fusión altos, lo cual refleja la gran fuerza de cohesión que mantiene juntos a los iones. Ejm: KCl. 3 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS - Cristales líquidos: este tipo de sustancias son muy utilizas y conocidas por su uso en pantallas de tv, celulares, computadoras, entre muchos otros artefactos. Sin embargo, están muy presentes en la naturaleza, por ejemplo, en membranas celulares, en burbujas de jabón, etc. Las moléculas de estos cristales no están dispuestas azarosamente, sino que tienden a orientarse en cierto sentido. - Cristales covalentes: Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional únicamente por enlaces covalentes. Este tipo de cristal son extremadamente duros y difíciles de deformar, y son malos conductores del calor y por lo tanto de la electricidad ya que no existen electrones libres que trasladen energía de un punto a otro. Ejm: Diamante. - Cristales moleculares: Son sustancias cuyas moléculas son no polares, la característica fundamental de este tipo de cristal es que las moléculas están unidas por las denominadas fuerzas de Van der Waals; estas fuerzas son muy débiles y correspondes a fuerzas de dipolos eléctricos. Su conductividad es nula; es decir no son conductores ni del calor y la electricidad y son bastante deformables y quebradizos. Ejm: SO 2 sólido. - Cristales metálicos: La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto reticular del cristal está ocupado por un átomo del mismo metal. Los cristales metálicos por lo regular tienen una estructura cúbica, suelen ser muy densos. Sus propiedades varían de acuerdo a la especie y van desde blandos a duros y de puntos de fusión bajos a altos, pero todos en general son buenos conductores de calor y electricidad. Ejm: pirita. 4 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS V. Se logró observar que la purificación por recristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en caliente que en frío. Se prefiere que los cristales tengan un tamaño medio debido a que los cristales grandes pueden incluir una gran cantidad de disolventes el cual lleva impurezas disueltas. El tamaño de los cristales se puede controlar por la velocidad de cristalización; una cristalización rápida favorece la formación de cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales grandes. VI. - CONCLUSIONES: RECOMENDACIONES Usar guantes para agarrar los objetos calientes o mojarse con agua fría para prevenir quemaduras. Hacer rápido el proceso ya que el enfriamiento del papel es veloz y esto puede crear problemas en la purificación del soluto. Evitar que el disolvente y el soluto tengan propiedades iguales ya que esto no permitirá una purificación completa. Un solo proceso de cristalización a veces no es suficiente por ciertas impurezas que están atrapadas en la red cristalina, siendo necesaria un nuevo proceso de cristalización. Lavar las herramientas con agua destilada ya que estas pueden poseer sustancias impuras. En caso de quedar residuos del soluto en el matraz se puede agregar el solvente para recuperar el soluto restante. El proceso de purificación puede repetirse con otro disolvente, ya que este no siempre tiene una reacción ideal. BIBLIOGRAFÍA LOZANO, Luz Amparo. Manual de laboratorio de Química Orgánica. UIS. 1993 5 LABORATORIO N 4: PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANICOS Suárez, Freddy. Quimica Noveno Grado. Editorial Romor, Venezuela CAREY, Francis. Química Orgánica. Tercera edición. Ed Mc Graw Hill. 1999 BRICEÑO, Carlos Omar. Química General. Ed Panamericana. 1994 Compendio Preuniversitario de Química, Walter Cartolin Fernández Manual Teórico-Práctico de Química, Ana Medina C. - Nelva Rios H. Libro de Química Orgánica, Carlos Emilio Vasquez Urday 6
