jueves, 26 de septiembre de 2013

PRÁCTICA Nº 6

PRÁCTICA Nº 6

CRISTALIZACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

INTRODUCCIÓN.

Hoy día esta técnica se mantiene como el procedimiento más adecuado para la purificación de sustancias sólidas.  En general, la purificación por cristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un disolvente en caliente que en frio.

El sólido que se va a purificar se disuelve en el disolvente caliente, generalmente a ebullición, la mezcla caliente se filtra para eliminar todas las impurezas insolubles, y entonces la solución se deja enfriar para que se produzca la cristalización.  En el caso ideal, toda la sustancia deseada debe separarse en forma cristalina y todas las impurezas solubles deben  quedar disueltas en las aguas madres.  Finalmente, los cristales se separan por filtración y se dejan secar.  Si con una  cristalización  sencilla no se llega a una sustancia pura, el proceso puede repetirse empleando el mismo u otro disolvente.

La mejor forma de encontrar un disolvente adecuado para la cristalización  de una sustancia determinada es ensayar experimentalmente distintos disolventes.  No obstante, algunas generalizaciones, razonablemente validas, pueden ayudar a simplificar la búsqueda.
 Los compuestos iónicos se disuelven en disolventes polares y los compuestos no iónicos en disolventes no polares.

Los compuestos iónicos se pueden disolver en agua si sus moléculas se ionizan en solución acuosa o pueden asociarse con moléculas  de agua a través de  puentes de hidrogeno.  Por este motivo, los hidrocarburos y sus derivados halogenados son prácticamente insolubles en agua, pero los compuestos en cuyas moléculas existen grupos funcionales tales como alcohol (-OH), aldehído (-CHO), cetona (R-CO-R), acido carboxílico (-COOH) y amida (-CONH2), que pueden formar puentes de hidrogeno con agua, son solubles en este disolvente, a menos que la relación del número total de átomos de carbono al de tales grupos funcionales en la molécula sea superior a 4 ó 5.

Los disolventes hidroxílicos asociados como metanol, etanol, ácido acético, presentan un poder intermedio entre agua y el  éter etílico o benceno.  Son buenos disolventes para los compuestos orgánicos que pueden asociarse.

Un disolvente ideal para una cristalización debe poseer las siguientes características:

-          Un coeficiente de temperatura elevado para la sustancia que  se va a purificar, esto es, debe disolver una gran cantidad de la misma a su temperatura de ebullición y solo una pequeña cantidad a la temperatura ambiente o ligeramente por debajo de ella.

-          Un coeficiente de temperatura bajo para las impurezas.



-          Al enfriarse debe presentar rápidamente cristales bien formados del compuesto que se purifica, de los cuales debe ser fácilmente separable.

-          No debe reaccionar con el soluto.

-          Su utilización no debe ser peligrosa (inflamable).

-          Debe ser barato.

DISOLVENTES MÁS UTILIZADOS PARA CRISTALIZAR SUSTANCIAS

Disolvente

Formula
T fusión
(°C)
T congelación
(°C)
Éter de petróleo

C5H12
33,65
<0
Éter
(C2H5) 2O

34,6
-116
Acetona
(CH3) 2O

56,1

-95
Ligroina
(CH3) 2O

60-80

<0
Cloroformo 

CHCl3
61,3
<0
Alcohol Metilico

CH3OH
64,7
-98
Tetracloruro de carbono 

CCl4
76,7
<0
Acetato de etilo

CH3COOC2H5
77,2
-84
Alcohol etílico

C2H5OH
78,1
-116
Benceno

C6H6
80,2
5,5
Ácido acético

CH3COOH
118,1
16,6
Dimetil forma mida
HCON(CH3)2

153
-61
Nitrobenceno

C6H5NO2
210,9
5,7




Preparación de la solución

Como regla general, el objetivo es disolver el soluto en la mínima  cantidad de disolvente a su temperatura de ebullición.  Se recomienda el siguiente procedimiento: Pulverizar finamente el compuesto a cristalizar, colocar en un matraz de fondo redondo del tamaño adecuado al que se acopla un refrigerante de reflujo.  Se echa un trocito de plato poroso y se cubre el sólido con un volumen del disolvente elegido que se juzgue todavía insuficiente para disolverlo totalmente.

Sobre un baño de agua (o directamente sobre la placa calefactora si el disolvente tiene un punto de ebullición mayor que el agua) se calienta la mezcla hasta ebullición, agitando constantemente al comunicar el líquido un movimiento de giro.  A la solución hirviente se añade más disolvente en pequeñas porciones y continuando la agitación.  Entre cada dos adiciones se debe dejar el tiempo suficiente para que el soluto pueda disolverse.  Se continúa la adición de disolvente hasta que todo el soluto se ha disuelto a la temperatura de ebullición.

Decoloración

Frecuentemente la solución se colorea con impurezas orgánicas de peso molecular elevado que acompañan al  producto natural deseado o que se han formado como productos de descomposición o subproductos en el proceso  de síntesis.  En estos casos el color se puede eliminar hirviendo la solución durante cinco a diez minutos con una pequeña cantidad de carbón adsorbente activado.

Filtración de la solución caliente

La solución caliente se debe filtrar de tal forma que no cristalice nada de soluto ni en el papel de filtro ni en el embudo.  Generalmente, para ello se requiere una filtración rápida con un mínimo de evaporación en el embudo de pitorro corto, previamente calentando en una estufa, y provisto de un filtro de pliegues para aumentar la velocidad de filtración.




Enfriamiento

Durante el enfriamiento de la solución caliente se pretende que cristalice la máxima cantidad de la sustancia deseada con un mínimo de impurezas.  El proceso se realiza en un matraz Erlenmeyer, tapado.  Generalmente, es preferible que los cristales tengan un tamaño medio, porque los cristales grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el cual lleva impurezas disueltas, y los cristales pequeños presentan una gran superficie sobre la que estas quedan adsorbidas.

El tamaño de los cristales se pueden controlar por la velocidad de cristalización; una cristalización rápida favorece la formación de cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales grandes.  Generalmente lo mejor es dejar que el enfriamiento de la disolución sea lento o al menos moderado.  Si la cristalización es demasiado lenta, se puede favorecer rascando con una varilla de vidrio la superficie interior del Erlenmeyer (para que se formen pequeñísimos fragmentos de vidrio que actúen como núcleos de cristalización), o bien, añadiendo, durante el enfriamiento y de vez en cuando, un pequeño cristal del producto para sembrar la solución y provocar su cristalización.

Separación de los cristales

En este paso se pretende separar los cristales formados, quitándoles la mayor cantidad posible de aguas madres, con una evaporación mínima.  Generalmente esto se consigue empleando  un embudo Buchner unido a un quitasato, que a su vez se conecta a la trompa de vacío.
Los quitasatos deberán sujetarse mediante unas pinzas a un soporte.  El Buchner debe ser  de tamaño adecuado, eligiéndose el más pequeño que permita la recogida con holgura de toda la masa cristalina sin que esta llegue a rebasar el borde superior del  embudo.

PASOS PARA LA CRISTALIZACIÓN DE UN COMPUESTO






PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Objetivos

*      Elegir correctamente el disolvente para efectuar una cristalización.
*      Obtener cristales de sulfato de cobre

Materiales

*      8 tubos de ensayo
*      2 vasos de precipitados de 200 ml
*      1 matraz erlenmeyer de 200 ml
*      Gradilla
*      Espatula
*      Mortero
*      Mechero de alcohol
*      Embudo de vidrio
*      Hornilla eléctrica
*      Soporte universal
*      Varilla agitadora
*      2 Pinzas de sujeción metálicos
*      Rejilla de alambre con tela de asbesto
*      Papel filtro
*      Agua destilada
*      Metanol
*      Tolueno
*      Eter
*      Aspirina
*      Ácido Benzoico
*      Ácido Cítrico
*      Naftaleno
*      Sulfato de cobre

Pasos para elegir el disolvente adecuado para la cristalización

En un mortero pulverizar el producto cuya solubilidad se quiere probar.

Colocar 0.1 gramos del producto en un tubo de ensayo

Añadir gota a gota el disolvente que se quiere probar hasta completar 1 ml, esto se realiza con una pipeta y en frío.

Si se disuelve el producto no es adecuado para cristalizar.

Si no se disuelve continua el ensayo.

Calentar el tubo de ensayo en baño maría e ir añadiendo más disolvente de 0.5 ml en 0.5 ml hasta completar 3 ml.

Si el producto se disuelve antes de llegar a este volumen, se dice que es soluble en caliente, por lo tanto sirve para cristalizar.

Realizar este procedimiento para la aspirina, acido benzoico, acido cítrico y naftaleno.

Probar con los siguientes disolventes: agua, metanol, tolueno y éter.

Pasos para obtener cristales de sulfato de cobre

Pesar 50 g de sulfato de cobre finamente dividido.

En un erlenmeyer de 200 ml calienta a ebullición unos 40 ml de agua destilada y disuelve el sulfato de cobre; si no acaba de disolverse del todo, añadir más agua destilada. Una vez disuelto, enfría la disolución introduciendo el erlenmeyer en un recipiente con agua fría o remojándolo al chorro del grifo.

Continúa el enfriamiento hasta que se observe que ya no se formen cristales. Filtra al vacío o por gravedad, recoge el filtrado en un vaso de 250 cm.

Seca los cristales con papel de filtro al aire libre o colócalos en un desecador para que terminen de secar.

En el mismo vaso donde se ha recogido, calienta el filtrado al baño maría sin que llegue a hervir hasta que se haya evaporado la mitad del agua aproximadamente. Deja enfriar a temperatura ambiente hasta la próxima sesión, filtra igual que antes y sécalos con papel de filtro.

Compara el tamaño de los cristales obtenidos de una u otra forma.

CUESTIONARIO

*      De acuerdo con las pruebas de solubilidad, ¿cuál es el grado de polaridad de su compuesto?, Fundamente su respuesta.
*      ¿Cuándo un disolvente es el ideal para efectuar la cristalización de un sólido?, explique. ¿En base a su respuesta, cuál disolvente seleccionará para cristalizar  su problema?.
*      ¿Un sólido que es soluble en determinado disolvente frío, puede ser recristalizado en dicho disolvente?, porqué.
*      ¿Un sólido que es insoluble en un disolvente caliente, puede recristalizarse de él?, porqué.
*      Consulte la toxicidad de los disolventes utilizados en este experimento, diga cuál será la mejor manera de desecharlos.

GLOSARIO

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: baño maría, purificación, trozo de plato poroso, cristal, masa cristalina y carbón adsorbente activado.

BIBLIOGRAFIA

Oliver C. 2012; ”Guía laboratorio de química orgánica”. Universidad Mayor de San Andrés. La Paz- Bolivia.

LARA,C. 2012; ”Manual de prácticas de laboratorio de química orgánica”. Universidad Mayor de San Andrés. La Paz- Bolivia.

Microsoft encarta 2009. 1993-2008 microsoftCorporation. Reservados todos los derechos.

MORALES Y. 2010;  “Manual de experiencias de química Orgánica”.  La Paz-Bolivia. s.e.