UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

QUÍMICA ORGANICA I

PRACTICA 9

EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES ACTIVOS.

CHIRINOS FLORES DENISE ELENA

AGUSTIN PALMA DE LA CRUZ

LABORATORIO L-2D

Clave 5

OBJETIVOS

a) Conocer la técnica de extracción como método de separación y purificación de sustancias integrantes de una mezcla.

b) Elegir los disolventes adecuados para un proceso de extracción.

c) Realizar diferentes tipos de extracción: con disolvente orgánico y disolvente activo, aplicándolos a problemas específicos.

ANTECEDENTES

La extracción, que se puede definir como la transferencia de una sustancia X desde una "fase líquida A" a otra "fase líquida B", inmiscible con la anterior. El reparto de X entre las fases A y B viene dado por la ecuación de Nernst:

CB(X)/CA(X)=KT

donde CB(X) y CA(X) son las concentraciones de X en B y A respectivamente y KT el coeficiente de reparto, que depende de la temperatura.

Coeficiente de distribución:

Cuando una disolución (soluto A en disolvente 1) se mezcla y agita con un segundo disolvente (disolvente2) siendo ambos disolvente no miscible el soluto se distribuye entre las dos fases líquidas. La relación de las concentraciones de soluto en cada fase es una constante denominada coeficiente de distribución (o coeficiente de partición) K definido por donde C2 y C1 son las concentraciones, en gramos por litro, del soluto A en los disolventes 2 y 1 respectivamente. El coeficiente de reparto o distribución de un soluto, ante su líquido de disolución y su líquido que se extrae es constante y depende de la naturaleza de dicho soluto, así como de la naturaleza de ambos disolventes y de la temperatura de trabajo.

Extracción:

La transferencia de un soluto de un disolvente a otro es lo que se denomina extracción. De acuerdo con la expresión de coeficiente de distribución anteriormente comentada es evidente que no todo el soluto se transferirá al disolvente 2 en una única extracción (salvo que el valor de K sea muy grande). Normalmente son necesarias varias extracciones para eliminar todo el soluto del disolvente 1.

Para extraer un soluto de una disolución siempre es mejor usar varias pequeñas porciones del segundo disolvente que usar una única extracción con una gran cantidad.

La extracción puede ser un método tanto de separación como de purificación.

Muy frecuentemente use utiliza la extracción de una mezcla orgánica con un ácido diluido, normalmente HCl al 5 o 10% (también sulfúrico diluido). En tales extracciones se consiguen eliminar impurezas básicas, especialmente aminas orgánicas. Las aminas se convertirán en sus sales catiónicas que serán soluble enagua y serán así extraídas del material orgánico.

RNH2 + HCl---------> RNH3 +Cl- (sal soluble en agua)

De igual manera se puede extraer una mezcla orgánica con una base diluida (bicarbonato al 5% o hidróxido de sodio diluido). En este caso las impurezas ácidas son convertidas en sales aniónicas solubles en agua.

RCOOH + NaOH---------> RCOO- Na+ (sal soluble en agua)

Mezclas de compuestos ácidos, básicos y neutros se pueden separar fácilmente haciendo uso de la técnica de la extracción.

Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior.

En un laboratorio de Química Orgánica, esta operación se suele realizar entre una disolución acuosa (fase acuosa) y otro disolvente inmiscible con el agua (fase orgánica) con la ayuda de un embudo de decantación. La posición relativa de ambas fases (arriba o abajo) depende de la relación de densidades. Los disolventes clorados como: cloroformo, Cloruro de metileno, tetracloruro de carbono quedan siempre en la capa inferior. Disolventes como: éter etílico, acetato de etilo, tolueno, benceno, hexano que dan siempre en la capa superior. Es evidente que disolventes miscibles con el agua no son útiles para este proceso tales como: acetona, metanol y etanol.

Con relativa frecuencia aparecen en el proceso de extracción emulsiones o interfaces que impiden una correcta separación en el embudo de decantación de las capas acuosa y orgánica, especialmente, cuando se trata de extracciones con cloruro de metileno. La forma de solventar este problema se conveniente añadir unos mililitros de salmuera y agitar de nuevo. En la mayor parte de los casos se produce la separación de las fases.

La extracción selectiva se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos.

Los compuestos iónicos son más solubles en agua que los compuestos covalentes y éstos, son más solubles en disolventes orgánicos que aquéllos.

Después del proceso de extracción las capas orgánicas estarán "húmedas" debido a que una pequeña cantidad de agua se disuelve en el disolvente orgánico. Para eliminar esta cantidad de agua se usa un agente deshidratante. Un agente deshidratante es una sal inorgánica que adquiere

agua de hidratación cuando se expone a la humedad o a una disolución húmeda. Normalmente a la disolución húmeda se adicionan unos cristales de sulfato de sodio anhidro. Se deja reposar al menos 15 minutos. Transcurridos ese tiempo se filtra el agente deshidratante usando un filtro y un embudo de vidrio. El filtrado se recoge en un matraz limpio y seco quedando el agente deshidratante en el filtro. Para minimizar pérdidas es conveniente lavar el agente deshidratante con una pequeña cantidad del disolvente orgánico utilizado.

Material

Embudo de separación Quickfit con tapón Agitador de vidrio

Matraz Erlenmeyer de 50 ml * Kitasato de 250 ml * c/manguera

Matraz Erlenmeyer de 125 ml * Embudo de vidrio

Vaso de pp. de 150 ml * Vidrio de reloj

Vaso de pp. de 250 ml * Espátula

Pipeta de 10 ml * Recipiente eléctrico para B.M.

Probeta de 25 ml * Pinza de tres dedos con nuez

Reactivos y sustancias

Éter etílico p-Toluidina Sol. de ácido clorhídrico al 10%

Sol. de hidróxido de sodio concentrado

Naftaleno Ácido Benzoíco Sol. de hidróxido de sodio al 40%

Sol. de ácido clorhídrico concentrado

Procedimiento

Extracción con disolventes orgánicos

Compuesto Disolvente orgánico (éter)

Sol. acuosa NaOH 10%

Sol. acuosa HCl 10%

Ácido:

Base:

Neutro:

Con base a los resultados obtenidos, complete las siguientes reacciones:

Conteste también las siguientes preguntas:

a) De los compuestos que fueron solubles en HCl 10%

i) ¿Cómo los volvería a insolubilizar?

Agregando NaOH concentrado para que se vuelva a desprotonar las diferentes soluciones y se forme un precipitado.

ii) ¿Qué haría para recuperarlos ya como sólidos?

Insolubilizarlos y extraerlos, para después filtrar y secar los residuos sólidos y cuantificarlos

b) De los compuestos que fueron solubles en NaOH 10%

i) ¿Cómo los volvería a insolubilizar?

ii) ¿Qué haría para recuperarlos, ya como sólidos?

Agregando HCl concentrado para protonarlos y generar un precipitado; para extraer, disolver con un disolvente orgánico, absorber con sulfato de sodio anhídrido la humedad, decantar, evaporar el disolvente

c) Si se tuviese un sistema de dos fases inmiscibles, una orgánica y una acuosa con pH ácido, deduzca qué productos de las reacciones anteriores serán más solubles en la fase acuosa.

El que sea un ácido

d) Para el mismo sistema de fases, donde la fase acuosa tenga pH básico, diga qué productos de las reacciones anteriores serán solubles en la fase acuosa.

El que sea una base

e) Con los datos anteriores y las relaciones de las fases involucradas, diseñe un diagrama de separación de compuestos: ácido, básico y neutro, empleando como guía el siguiente esquema

Diagrama de separaciónMezcla

Disolver en 15 mL. De:

Resultados

Agregar 15 ml de:fase orgánica fase acuosa

Agregar 15 ml de:

fase orgánica fase acuosa

Secar con Sulfato de Sodio Anh.

Agregar:

Agregar:

Compuesto Peso %

Ácido

Base

Neutro

Conclusiones

Cuestionario

a)¿Qué es un disolvente activo? Cite cuatro ejemplos.

Es aquel que sirve para realizar una extracción selectiva, el cual reacciona con la mezcla a extraer arrojando un compuesto ya sea ácido, básico o neutro dependiendo de la naturaleza del disolvente. Como ejemplos están: NaOH, KOH, HCl, H2S04, NaHC03

b) ¿En que casos debe utilizarse la extracción selectiva?

La extracción selectiva es recomendable utilizarla cuando existe una gran diferencia en el coeficiente de solvatación (o coeficiente de reparto) entre el disolvente de la mezcla de reacción y uno específico para la purificación del producto.

c) ¿Por qué el compuesto neutro debe obtenerse por destilación del disolvente en el que se encuentra y no por cristalización en dicho disolvente?

Para asi poder quitar el disolvente ya que sí cristalizamos los dos compuestos podrían tener puntos de fusión cercanos y esto evitaría una buena separación

d) ¿Por qué no deben eliminarse directamente por el drenaje, sustancias de desecho como yoduro de potasio, yodo, naftaleno, p-toluidina, cloroformo, ácido clorhídrico e hidróxido de sodio?. ¿Cuál es la forma correcta de hacerlo?

Porque pueden no degradarse y ser peligrosos para la salud.

• Yoduro de potasio: Residuos del producto pueden permanecer en el recipiente "vacío" pero con sus etiquetas para identificar el residuo. Para el manejo de los recipientes vacíos y residuos se deben de tomar las mismas precauciones que en el manejo del producto. Limpiar antes de volver a usar o alterar el contenido de un envase. (Usar solo en el mismo producto)

• Naftaleno: Los desechos resultantes, pueden ser eliminados en un entierro autorizado por la entidad local competente, por incineración controlada ó, de acuerdo a la recomendación de Dow AgroSciences para casos específicos. No contamine alimentos, forraje o agua al almacenar o desechar el producto

• P-toluidina: La disposición final no adecuada del exceso de producto, la mezcla de rociado o del enjugue es una violación de las leyes federales. Si estos desperdicios no pueden eliminarse de acuerdo con las instrucciones de la etiqueta, póngase en contacto con su Secretaría estatal para el control ambiental o de pesticidas.

• Cloroformo: En pequeñas cantidades puede dejarse evaporar en una campana extractora. En caso de grandes cantidades, debe mezclarse con combustible, como queroseno, e incinerarse en equipo especializado para evitar la generación de fosgeno.

• Ácido clorhídrico: Diluir con agua cuidadosamente, neutralizar con carbonato de calcio o cal. La disolución resultante puede vertirse al drenaje, con abundante agua.

• Hidróxido de sodio: El hidróxido de sodio debe ser almacenado en un lugar seco, protegido de la humedad, agua, daño físico y alejado de ácidos, metales, disolventes clorados, explosivos, peróxidos orgánicos y materiales que puedan arder facilmente.

e) Diseñe un diagrama de separación para una mezcla de m-nitro anilina, -naftol y p-diclorobenceno.

f) De acuerdo con un criterio de calidad, especificidad y costo ¿qué tipo de hidróxido de sodio recomendaría para un proceso de extracción de la fase orgánica?

a) Sosa en escamas.

b) Sosa al 50% (sol. acuosa)

c) Hidróxido de sodio grado R.A.

d) Sosa cáustica grado Rayón

La B (Sosa al 50% (sol. acuosa), ya que es más factible a reaccionar tiene en bajo costo de obtención

DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR

OBJETIVOS

a) Conocer las características y modificaciones de esta técnica, así comolos factores que intervienen en ellas.

b) Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando la destilaciónpor arrastre con vapor.

c) Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de éstas técnicas enel aislamiento del aceite esencial.

ANTECEDENTES

La destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separarsustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras novolátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas, uotros compuestos orgánicos no arrastrables.

Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles sigue la Ley de Dalton sobrelas presiones parciales, que dice que: cuando dos o más gases o vapores, queno reaccionan entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce lamisma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, esigual a la presión total del sistema. Su expresión matemática es la siguiente:

PT = P1 + P2 + --- Pn

Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición serála temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a laatmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición delcomponente más volátil.

Si uno de los líquidos es agua (destilación por arrastre con vapor de agua) y sise trabaja a la presión atmosférica, se podrá separar un componente de mayor

punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a 100ºC. Esto esmuy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura deebullición o cerca de ella.

En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con lascondiciones de ser volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja ypunto de ebullición alto.

La destilación por arrastre con vapor también se emplea con frecuencia paraseparar aceites esenciales de tejidos vegetales. Los aceites esenciales sonmezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestoscarbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles y se encuentran en hojas,cáscaras o semillas de algunas plantas.

En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas,conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que esconveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la accióndel vapor de agua.

Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en diferentesindustrias, como son la farmacéutica, alimenticia, en perfumería, entre otrosusos. Actualmente, se constituyen en productos alternativos para la elaboraciónde biopesticidas o bioherbicidas.

La obtención de los aceites esenciales es realizada comúnmente por latecnología llamada de destilación por arrastre con vapor, en sus diferentesmodalidades. La pureza y el rendimiento del aceite esencial dependerán de latécnica que se utilice para el aislamiento.

Cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, generado fuera del equipo

principal, ya sea por una caldera, una olla de presión o un matraz adecuado,esta técnica recibe el nombre de “destilación por arrastre con vapor”,propiamente dicha.

También se puede usar el llamado “método directo”, en el que el material estáen contacto íntimo con el agua generadora del vapor. En este caso, se ponenen el mismo recipiente el agua y el material a extraer, se calientan a ebullición yel aceite extraído es arrastrado junto con el vapor de agua hacia uncondensador, que enfría la mezcla, la cual es separada posteriormente paraobtener el producto deseado. Este método es usado de preferencia cuando elmaterial a extraer es líquido o cuando se utiliza de forma esporádica.

Una variante de esta última técnica es la llamada “hidrodestilación”, en la quese coloca una trampa al final del refrigerante, la cual va separando el aceite delagua condensada, con lo cual se mejora y se facilita el aislamiento del aceiteesencial. También puede montarse como un reflujo, con una trampa deClevenger para separar aceites más ligeros que el agua.

El vapor de agua condensado acompañante del aceite esencial es llamado“agua floral” y posee una pequeña concentración de los compuestos químicossolubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al delaceite obtenido. En algunos equipos industriales, el agua floral puede serreciclada continuamente, o bien, es comercializada como un subproducto(Agua de Colonia, Agua de Rosas, etc.)