TEST I. TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN Y SEPARACIÓN
1.- Supongamos que un determinado compuesto orgánico A, del cual sabemos que su solubilidad en agua es 2 g/l y en CHCl3 es 6 g/l tenemos una disolución de 5 g de A en 150 ml de agua y queremos extraerla empleando 60 ml de CHCl3. ¿Cual sería la cantidad de A extraída si empleamos los 60 ml de CHCl3 de una sola vez?. ¿Y si hacemos dos extracciones con 30 ml cada una?. ¿Y si hacemos tres extracciones de 20 ml?.
Solución.-
Para hacer los cálculos hacemos uso de la expresión de la constante de reparto:
Vamos a llevar a cabo la extracción con 60 ml de CHCl3 de las siguientes maneras:
a) Una sola extracción empleando los 60 ml de CHCl3.
Si llamamos x a la cantidad de sustancias extraída tendremos entonces que:
b) Dos extracciones empleando 30 ml de CHCl3 en cada una.
Procediendo de la misma forma:
1ª Extracción:
2ª Extracción:
Total gramos de A = x + x´ = 1,875 + 1,172 = 3,047 g.
c) Tres extracciones empleando 20 ml de CHCl3 en cada una.
1ª Extracción:
K = Scloroformo
Sagua = 6
2 = 3
= = 3
x 60 5 - x 150
150 x
300 - 60x de donde x = 2,73 gramos de A
= = 3
x 30 5 - x 150
150 x
150 - 30x de donde x = 1,875 gramos de A
= = 3
x´
30 5 - 1,875 - x´
150
150 x´
278,25 - 30x´ de donde x´ = 1,172 gramos de A
= = 3
x1 20 5 - x1 150
150 x1
300 - 60x1 de donde x1 = 1,43 gramos de A
2ª Extracción:
3ª Extracción:
Total gramos de A extraídos = x1 + x2 + x3 = 1,43 + 1,02 + 0,73 = 3,18 g.
--- ooo0ooo ---
2.- Proponer un esquema para separar por extracción una mezcla propanamina, ácido butanoico, bromobenceno y p-metilfenol presentes en una disolución de éter etílico, teniendo en cuenta las propiedades ácido-base de dichas sustancias.
Solución:
Analicemos el carácter ácido-base de los compuestos a separar. Tenemos dos sustancias con carácter ácido, concretamente el ácido butanoico, que es un ácido relativamente fuerte y el p-metilfenol que como todos los fenoles tiene un carácter ácido débil. La propanamina como todas las aminas tiene carácter básico y finalmente el bromobenceno que tiene carácter neutro.
Para proceder a su separación haremos uso de las propiedades ácido-base teniendo en cuenta que las aminas so bases insolubles en agua pero en cambio sus sales si lo son, por ello al ser al propanamina una base la haremos reaccionar con HCl al 10%
para obtener el cloruro correspondiente que si es soluble en fase acuosa formándose dos capas que separamos por decantación. Posteriormente bastará trata la sal de la amina con NaOH al 10% para que precipite la propanamina y de esta forma la separamos.
La disolución acuosa resultante de la separación anterior y la tratamos primero con una disolución saturada de una base débil como es el NaHCO3 que reaccionará con el ácido butanoico pero no con el p-metilfenol formándose el butanoato de sodio que es soluble en agua, separamos la fase acuosa y por tratamiento con HCl diluido hasta pH ácido precipitará el ácido butanoico, que es insoluble en agua, y lo separamos.
Para separar el p-metilfenol, como se trata de un ácido débil lo hacemos reaccionar con una base más fuerte como es el NaOH al 10% se forma la sal sódico correspondiente que es soluble en agua, separamos por decantación y por tratamiento con HCl diluido hasta pH ácido precipita el p-metilfenol que separamos.
= = 3
x2 20 5- 1,43 - x2
150
150 x2
214,2 - 60x2 de donde x2 = 1,02 gramos de A
= = 3
x3 20 2,55 - x3
150
150 x3
153 - 60x3 de donde x3 = 0,73 gramos de A
Finalmente en la disolución de éter etílico queda el bromobenceno que separamos por evaporación del disolvente.
NH2
C O
OH
OH
CH3
Br
DISOLUCIÓN ETÉREA
Dis olución acuosa de HCl al 10%
NH3 Cl SOLUBLE EN AGUA
NH2 INSOLUBLE EN AGUA
NaOH diluido
OH Br
CH3 C
O
OH
DISOLUCIÓN ETÉREA
Disolución acuos a s aturada de NaHCO3
C O
O Na SOLUBLE EN AGUA
HCl diluido has ta pH ácido
OH
CH3
Br
C O
OH INSOLUBLE EN AGUA
DISOLUCIÓN ETÉREA Disolución acuosa de NaOH 10%
O Na
CH3
SOLUBLE EN AGUA
Br
HCl diluido has ta pH ácido OH
CH3
INSOLUBLE EN AGUA
3.- Se tiene la siguiente mezcla de compuestos orgánicos:
Acetona (propanona), con P. ebullición de 56ºC.
Ciclohexanol, con P. ebullición de 161ºC.
Ciclohexanona con P. ebullición 156ºC.
¿Qué técnicas serán necesarias para su separación?.
Solución:
Si observamos los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla podremos observar que entre la acetona y los otros dos componentes hay una diferencia de temperatura de 100ºC como mínimo, por lo cual se puede proceder a su separación a través de una destilación simple.
En lo que respecta a los otros dos componentes de la mezcla, ciclohexanol (P.
eb. 161ºC) y ciclohexanona (P. eb. 156ºC) presentan una diferencia de temperatura de 5ºC por lo cual será necesario recurrir a otra técnica para su separación. Para ello será necesario entonces la técnica de destilación fraccionada y como la diferencia de temperatura es muy pequeña habrá que hacer uso de una columna especial, columna de plato de una longitud adecuada y con un control cuidadoso de la temperatura.
--- ooo0ooo ---
4.- En que se diferencia la cromatografía de columna de la cromatografía en capa fina (TLC).
Solución:
Se trata en ambos casos de técnicas de cromatografía de adsorción, que se diferencian en que el soporte de la cromatografía de columna es una columna de vidrio donde se coloca la fase estacionaria mientras que en la cromatografía de capa fina, la fase estacionaria se distribuye formando una capa delgada sobre un soporte (placa) que puede ser de plástico, vidrio o aluminio.
En la cromatografía en columna el eluyente (fase móvil) se distribuye por la fase estacionaria por efecto de la gravedad, mientras que en caso de la placa fina, el eluyente sube por efecto de la capilaridad a través de la placa.
La cromatografía en columna se utiliza para la separación de los componentes de una mezcla química, tanto para procesos de purificación e identificación cualitativa como para determinar cuantitativamente los compuestos aislados.
La cromatografía en capa fina (TLC) tiene su principal aplicación como modelo para una cromatografía en columna, con el fin de determinar las condiciones más adecuadas, ya que de su estudio se puede deducir cual es el adsorbente y el disolvente
más adecuado a utilizar, además de que nos permite tener una visión de las características de la mezcla que queremos separar.
Su principal ventaja es el poco tiempo que se requiere para la realización de un análisis. Este hecho determinar su utilidad para seguir el curso de una reacción ó detectar la presencia de intermedios que se puedas formar. También se puede utilizar con fines preparativos (separación) para purificar algunos de los componentes de la mezcla pero que esta limitada por las cantidades relativamente pequeñas de compuestos que se pueden aislar.
Asimismo, se pueden utilizar los valores del Rf de las distintas señales con fines comparativos para la identificación de compuestos, si bien solo de una forma general y no definitiva.
--- ooo0ooo ---
5.- Si queremos llevar a cabo la separación de una mezcla de compuestos, indicar los pasos a seguir para llevar a cabo una separación por cromatografía en columna, indicando como elegirías el tipo de disolvente.
Solución:
Los pasos a seguir serían:
1. Proceder a realizar una placa fina para determinar las características y la posible composición de la mezcla a separar.
2. Mediante varios ensayos con placa fina para determinar tanto el disolvente a emplear como el tipo de material que va a constituir la fase estacionaria (gel de sílice, alúmina, etc.)
3. El disolvente más adecuado para la separación sería aquel que por TLC mantiene las señales de los componentes en la mita inferior de la capa fina y con una mejor separación entre los mismos.
4. Una vez elegidas las características de la fase móvil y de la fase estacionaria procedemos a elegir la columna adecuada, para lo cual hemos de tener en cuenta la cantidad de extracto a estudiar y proceder a la preparación de la columna teniendo en cuenta que si la cantidad de materia de relleno es grande es conveniente realizar el montaje de la columna en húmedo, para lo cual se debe humedecer el material con el disolvente menos polar posible.
5. Preparar la cabeza de la columna y una vez montada proceder a su cromatografía.
--- ooo0ooo ---
6.- Responde de forma breve y clara a las siguientes cuestiones:
1. Indica que técnica cromatografíca emplearías para realizar el análisis de una resina epoxi comercial.
Solución:
La técnica más adecuada sería la cromatografía de exclusión por tamaño molecular (tamices moleculares) donde se lleva a cabo la separación de las moléculas en función de su peso molecular y no en función de su polaridad o solubilidad, haciendo uso para ello de las zeolitas sintéticas.
2. En que se diferencia la técnica de cromatografía gas-líquido de la técnica de cromatografía gas-sólido.
La cromatografía gas-líquido se basa en al distribución de los compuesto a separar entre una fase móvil gaseosa y una fase líquida inmovilizada sobre la superficie de un sólido inerte, mientras que la cromatografías gas-solido la fase estacionaria es un sólido en el cual se produce la retención de los compuestos a separar como consecuencia de una adsorción de sustancias gaseosas sobre una superficie sólida. Esta última técnica solo permite el uso de gases de bajo peso molecular lo cual limita su utilidad.
3. ¿Cuáles son las principales ventajas que implica la utilización de las técnicas cromatográficas con fluidos supercríticos?.
Solución:
El uso de los fluidos supercríticos además de la rapidez con que se lleva a cabo el análisis de una muestra, permite el estudio de sustancias que no pueden ser analizadas con los otras técnicas cromatográficas como puede ser el caso de sustancias no volátiles ó térmicamente, así como de aquellos sustancias que no posean grupos funcionales que se puedan determinar mediante el empleo de técnicas espectroscópicas, además de presentar la ventaja de que las sustancias extraídas se pueden recuperar fácilmente con una gran pureza y rendimiento.
A todo ello hay que sumar que los fluidos supercríticos son baratos y no tóxicos, y por lo tanto interesantes desde el punto de vista medioambiental.
4. ¿Qué técnica cromatografíca de adsorción emplearías si quisieras llevar a cabo una separación de compuestos polifuncionales o sustancias bioacticas como azúcares y aminoácidos.
Solución:
Para proceder al estudio de estas tipos de compuestos la técnica a emplea sería la cromatografía en papel, lo cual constituye una técnica de gran importancia para los estudios bioquímicos.
5. En que consiste la cromatografía de intercambio iónico. Indica algunas posibles aplicaciones.
Solución:
Este tipo de cromatografía hace uso de unas sustancias insolubles de elevado peso molecular (polímeros) llamadas resinas de intercambio iónico como consecuencia de que disponen de grupos funcionales ácidos o básicos capaces de ser intercambiados. Se pueden clasificar en aniónicas ó catiónicas en función del tipo de ión que pueden intercambiar.
Este tipo de cromatografía tiene su principal utilidad en los estudio bioquímicos, en farmacia, en conservantes para la industrial alimentaria, etc.
