Tecniques_
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Tecniques_

on

  • 1,713 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,713
Slideshare-icon Views on SlideShare
1,709
Embed Views
4

Actions

Likes
0
Downloads
2
Comments
0

2 Embeds 4

http://eduwiki.cat 3
http://www.eduwiki.cat 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Tecniques_ Tecniques_ Document Transcript

    • PRÀCTIQUES DE QUÍMICA FARMACÈUTICA Curs 2.007 - 2.008 PER A ENTRAR EN EL LABORATORI L’ESTUDIANT HA D’ANAR PROVEÏT DE: • ULLERES DE SEGURETAT • QUADERNET DE PRÀCTIQUES • QUADERN DE LABORATORI • BATA DE LABORATORI • GUANTS DE GOMA INDEX SEGURETAT EN EL LABORATORI DE PRÀCTIQUES PAG 3 TÈCNIQUES EXPERIMENTALS DE TREBALL EN EL LABORATORI PAG 7 PREPARACIÓ DE LA PRÀCTICA I NOTES DE LABORATORI PAG 20 BIBLIOGRAFIA PAG 23 PRÀCTIQUES PAG 24 1
    • NORMES DE SEGURETAT PER A L’ESTADA EN EL LABORATORI Quan un estudiant entre per primera vegada en el laboratori ha de localitzar: eixida d’emergència, dutxes d’emergència, renta ulls, extintors i manta ignífuga. Durant la seua estada en el laboratori, l’alumne haurà d’anar proveït obligatòriament dels següents elements: • Bata • Ulleres de seguretat • Guants de goma Les següents normes són d’obligat i estricte compliment: 1) Queda terminant prohibit fumar o consumir aliments en el laboratori 2) La bata i les ulleres de seguretat hauran d'usar-se en tot moment durant l’estada en el laboratori. No es permetrà l’accés al laboratori d’alumnes que no disposen o no facen ús dels objectes descrits. Els guants hauran d'usar- se sempre durant la manipulació dels productes. 3) Les lents de contacte poden resultar molt perilloses en cas d'esguitades accidentals als ulls. En tals casos, es recomana l’ús d’ulleres graduades o d’ulleres de seguretat especials. 4) Han d'utilitzar-se embuts de vidre per al transvasament de líquids. Si han d'usar-se pipetes, utilitzen-se les peres de goma apropiades. No pipetejar mai líquids amb la boca. 5) Tanquen-se els flascons de reactius i dissolvents immediatament després del seu ús. No inhalar de vapors tant de sòlids com de líquids. Si algun producte desprèn vapors tòxics, haurà de utilitzar-se la vitrina. 6) No hauran de manipular-se mai productes o dissolvents inflamables en la proximitat de mantes i plaques calefactores. Si algun líquid o sòlid es vessa en qualsevol lloc del laboratori, s’haurà de netejar immediatament de la forma adequada. En cas de ruptura de termòmetres, avisar immediatament al professor, per a eliminar el mercuri. 7) Els dissolvents orgànics no han de calfar-se mai directament sinó per mitjà de banys d’aigua allunyats de la font de calor i sempre en matrassos erlenmeyers o tubs d’assaig, mai en gots de precipitats. 8) No han d’abocar-se residus en les piles, sinó en les papereres. No ha de tirar-se material de vidre trencat en les papereres. S’entregarà al professor, per a reposar-ho en el lloc de treball. 9) Atès que s’usa material elèctric (mantes, reguladors, etc.) és necessari mantindre perfectament net i sec el lloc de treball i el material assignat. La manipulació de qualsevol element del dit material haurà de fer-se amb l’aparell en qüestió a temperatura ambient i desconnectat de la xarxa. 10) No tindre mai en marxa mantes o plaques calefactores en buit, és a dir, sense un recipient (got, matràs, etc.) a què calfar. No utilitzeu els reguladors elèctrics a més de mitja potència. 11) En els muntatges de reflux i destil·lacions haurà d'afegir-se el germen d’ebullició ("plat porós") en fred. Abans de començar la calefacció, haurà de verificar-se que el muntatge, particularment que les juntes esmerilades, estiguen ben ajustades. 12) No abandonar mai el lloc de treball mentre s'estiga portant a terme alguna reacció o destil·lació!! L'INCOMPLIMENT DE QUALSEVOL D'ESTES NORMES PODRÀ IMPLICAR DES D'UNA SERIOSA AMONESTACIÓ FINS A L’EXPULSIÓ DE L’ALUMNE DEL LABORATORI! ARMARI DATA GRUP SIGNATURA 2
    • SEGURETAT EN EL LABORATORI DE PRACTIQUES A. MESURES DE SEGURETAT 1.ELEMENTS DE SEGURETAT I VIES D’EVACUACIÓ DEL LABORATORI Abans d’iniciar el treball en el laboratori cal familiaritzar-se amb els elements de seguretat que disposa el mateix. Cal localitzar totes les eixides, siguen o no d’emergència, per si es dóna el cas d’una possible evacuació per foc o qualsevol altra causa. Cal conèixer la localització exacta dels extintors, mantes contra foc, dutxes de seguretat i rentaulls. 2. PROTECCIÓ DELS ULLS. L’ÚS D’ULLERES DE SEGURETAT és OBLIGATORI sempre en el laboratori. No han d'emportar-se lents de contacte en el laboratori, ja que en cas d'accident els productes químics esguitats als ulls o els seus vapors poden passar darrere de les lents i provocar lesions en els ulls abans de poder retirar-les. En estos casos és recomanable l’ús d’ulleres graduades o d’ulleres de seguretat tancades. Si un producte químic esguita dins dels ulls utilitzar immediatament el LLAVA-ULLS i esbaldir completament l’ull afectat durant 15 minuts sense interrupció. Actuar sempre amb urgència, menys de 10 segons. No dirigir un corrent de pressió d’aigua de l’aixeta directa cap a l’ull, doncs llavors podríeu lesionar-lo. Informar el professor encarregat del que succeïx i si és necessari demanar assistència mèdica. 3. COM CAL ANAR VESTIT EN EL LABORATORI L’ús de la bata (preferentment de cotó) és obligatori, ja que per molt atenció que es tinga al treballar, les esguitades dels productes químics són inevitables. Pel mateix motiu és aconsellable no portar minifaldes ni pantalons curts, ni tampoc calces, ja que al ser de fibres sintètiques, en contacte amb determinats productes s'adherixen a la pell. Així mateix es recomana portar sabates tancats i no sandàlies. Els cabells llargs suposen un risc que es pot evitar fàcilment arreplegant-los amb una cua. 4. NORMES HIGIÈNIQUES Mai no MENGEU ni BEGUEU en el laboratori ja que hi ha la possibilitat que els aliments o begudes s'hagen contaminat amb productes químics. Llavar-se sempre les mans després de realitzar un experiment i abans d'abandonar el laboratori. 5. ESTA PROHIBIT FUMAR en el laboratori per raons higièniques i de seguretat. 6. NO INHALEU, OLDGUEU O TASTEU productes químics. 7. PIPETEJEU ELS LÍQUIDS Emprar sempre un dispositiu especial per a pipetejar líquids. No ho feu directament amb la boca. 8. CONDICIONS DE L’ÀREA DE TREBALL L’àrea de treball ha de mantindre's sempre neta, seca i endreçada, sense llibres, abrics, bosses, productes químics vessats, excés de pots de productes químics, equipaments innecessaris i coses inútils. Tots els productes químics vessats han de ser netejats immediatament. 9. CONDUCTA EN EL LABORATORI S’ha de ser cortès i cap exercitar el sentit comú i el bon juí. No s’han de gastar bromes, córrer, jugar, cridar, etc., 10.EXPERIMENTS NO AUTORITZATS Mai es podrà realitzar un experiment no autoritzat pel professor. 11.UTILITZACIÓ D’EQUIPS I APARELLS No utilitzeu mai un equip o aparell sense conèixer perfectament el seu funcionament. En cas de dubte pregunteu sempre al professor. Abans d’iniciar un experiment cal assegurar-se que els muntatges i aparells estiguen en perfectes condicions d’ús. No utilitzar material de vidre en mal estat (augmenta el risc d’accidents). El material i aparells utilitzats han de deixar-se sempre nets i en perfecte estat d’utilització. 3
    • 12.MANIPULACIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS Els productes químics poden ser perillosos per les seues propietats tòxiques, corrosives, inflamables o explosives, etc. E O C F F+ fàcilment extremadament explosiu comburent corrosiu inflamable inflamable T T+ Xn Xi N perillós para el tòxic molt tòxic nociu irritant medi ambient Tots els productes químics han de ser manipulats amb molt atenció. El perill més gran en el laboratori és el foc. La majoria dels productes químics orgànics cremen en presència d’una flama, particularment els dissolvents, els quals són altament inflamables. Cap evitar la presència de flames obertes en el laboratori sempre que siga possible, per exemple la utilització d’una mistera Bunsen. Es recomana col·locar en el seu lloc banys de vapor o silicona, mantes calefactores o plaques calefactores (que hauran de ser retirades immediatament després del seu ús, doncs romanen calents encara que estiguen desenxufades). Si l’ús d’una mistera Bunsen és inevitable assegurar-vos de la no existència de dissolvents o productes inflamables al seu voltant. No inhaleu els vapors dels productes químics i treballar sempre que siga possible en VITRINES EXTRACTORES, especialment quan manipuleu productes tòxics, irritants, corrosius o lacrimògens. Eviteu el contacte dels productes químics amb la pell, especialment amb aquells tòxics i corrosius. En estos casos es recomana la utilització de guants d'un només ús. Mai agarrar un producte d'un recipient no etiquetat. Mai substituir un producte químic en un experiment per un altre, llevat que ho indique el professor. 13. CALFAMENT DE LÍQUIDS Mai calfeu un recipient totalment tancat. Dirigir sempre l’obertura del recipient en direcció contrària a un mateix i a altres persones pròximes . 14. ELIMINACIÓ DE MATERIALS DE REBUIG El material de vidre trencat es guardarà en recipients destinats especialment per a este fi. Els papers i altres desperdicis es tiraran a la paperera. Els productes químics tòxics es tiraran als contenidors especials destinats a este fi. Les dissolucions àcides o bàsiques hi tendràn que ser neutralitzades per a eliminar-les. No tireu directament a la pila productes que reaccionen amb l’aigua (sodi, hidrurs, amidurs, halogenurs d’àcid), o que siguen lacrimògens (halogenurs, de benzil, halocetones), o productes que siguen difícilment biodegradables (polihalogenats; cloroform). No tireu a les piles productes o residus sòlids que puguen embossar-les. En estos casos dipositeu els residus en els recipients adequats. B. QUE CAL FER EN CAS D’ACCIDENT: PRIMERS AUXILIS 1. FOC EN EL LABORATORI Evacuar el laboratori, per xicotet que siga el foc, per l’eixida principal o per l’eixida d’emergència si l'anterior es troba bloquejada. Avisar a tots els companys de treball sense que estenga el pànic i conservant sempre la calma. FOCS XICOTETS: Si el foc és xicotet i localitzat apagar-lo utilitzant l’extintor adequat, arena o cobrint el foc amb un recipient de la mesura adequada per a ofegar-lo. Retirar els productes químics inflamables que es troben al voltant del foc. Mai utilitzar l’aigua per a apagar un foc provocat per la combustió d’un dissolvent. FOCS GRANS: Aïlleu el foc. Utilitzeu els extintors adequats. Si el foc no es pot controlar ràpidament accionar 4
    • l’alarma d’incendis, avisar al servici d’extinció d’incendis i evacuar l’edifici. 2. FOC EN LA ROBA Si se et bota foc la roba demana immediatament ajuda. Tomba’t en el sòl i roda sobre tu mateix amb el propòsit d’apagar les flames. No córregues ni intentes arribar fins a la dutxa de seguretat llevat que estiga molt prop. És responsabilitat teua d’ajudar a algú que s’està cremant. Cobrix-lo amb una manta contrafoc, conduïx-lo fins a la dutxa de seguretat si està prop o fes-lo rodar pel sòl. Mai utilitzes un extintor sobre una persona. Una vegada el foc estiga apagat, hi ha que mantindre a la persona estirada, procurant que no es refrede i proporcionar- li assistència mèdica. 3. CREMADES Les xicotetes cremades produïdes per material calent, banys, plaques o mantes calefactores, etc., es tractaran llavant la zona afectada amb aigua freda durant 10 -15 minuts. Les cremades més greus requerixen atenció mèdica immediata. No utilitzeu cremes i pomades greixos en les cremades greus. 4. TALLS Els talls produïts per la ruptura de material de vidre són un risc comú en el laboratori. Estos talls s’han de llavar bé amb aigua corrent a pressió durant 10 minuts com a mínim. Si són xicotets i deixen prompte de sagnar llavar-los amb aigua i sabó i tapar-los amb una bena o apòsit adequats. Si són grans i no paren de sagnar sol·licitar assistència mèdica immediata. 5. VESSAMENTS DE PRODUCTES QUÍMICS SOBRE LA PELL Tot producte químic vessat sobre la pell ha d'esbaldir-se de forma immediata amb aigua corrent a pressió, com a mínim durant 15 minuts. Les dutxes de seguretat instal·lades en els laboratoris seran utilitzades en aquells casos en què la zona del cos afectada siga gran i no es puga llavar en una pila. Cal llevar tota la roba contaminada a la persona afectada el més ràpidament possible mentres estiga davall la dutxa. Recordeu que la rapidesa en el llavat és molt important per a reduir la gravetat i l’extensió de la ferida. Proporcioneu assistència mèdica a la persona afectada. 6. ACTUACIÓ EN CAS DE PRODUIR-SE CORROSIONS EN LA PELL Per àcids. Talleu el més ràpid possible la roba empapada d’àcid. Llaveu amb aigua a pressió la zona afectada. Neutralitzeu l’acidesa amb bicarbonat sòdic durant 15-20 minuts. Retirar l’excés de pasta formada, eixugar i cobrir la part afectada amb liniment oli -calcari o semblant. Per alcalins. Llaveu la zona afectada amb aigua corrent a pressió i aclarir-la amb una dissolució saturada d’àcid bòric o amb una dissolució d’àcid acètic al 1%. Eixugueu i cobrir la zona afectada amb una pomada d’àcid tànnic. 7. ACTUACIÓ EN CAS DE PRODUIR-SE CORROSIONS EN ELS ULLS En este cas el temps és essencial (menys de 10 segons). Com més ràpid es llaven els ulls menys greu serà el dany produït. Esbaldir els dos ulls amb aigua a pressió durant 15 minuts en un rentaulls, o amb un flascó llavador si es manca d'este. Cal mantindre l'ull obert amb ajuda dels dits per a facilitar la llavada davall les parpelles. Cal rebre sempre assistència mèdica, per xicoteta que semble la lesió. 8. ACTUACIÓ EN CAS D’INGESTIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS Abans de qualsevol actuació concreta demaneu assistència mèdica. Si el pacient es troba inconscient posar-lo en posició inclinada, amb el cap de costat i traure-li la llengua cap a davant. Si està conscient mantindre'l reclinat. Tapeu- lo amb una manta perquè no tinga fred. Estar preparats per a practicar-li la respiració artificial boca a boca. No el deixeu sol. No li doneu begudes alcohòliques precipitadament sense conèixer la quantitat del producte ingerit. L’alcohol en la majoria dels casos augmenta l’absorció dels productes tòxics. No provocar la boçada si el producte ingerit és corrosiu. 9. ACTUACIÓ EN CAS D’INHALACIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS Conduïu immediatament a la persona afectada a un lloc amb aire fresc. Reclameu assistència mèdica el més ràpid possible. Al primer símptoma de dificultat respiratòria iniciar la respiració artificial boca a boca. L’oxigen ha de ser administrat únicament per personal entrenat. Continueu la respiració artificial fins que el metge l'aconselle. Tracteu d'identificar el vapor tòxic. Si es tracta d’un gas utilitzeu el tipus adequat de màscara per a gasos durant el temps que dure el rescat de l’accidentat. Si la màscara disponible no és la correcta caldrà aguantar la respiració el màxim temps possible mentre es romanga en contacte amb els vapors tòxics. 5
    • TELÈFONS D’URGÈNCIA: 112 ASSEGURANÇA ESCOLAR (SERVICI PREVENCIÓ RISCOS LABORALS) (96) 398.33.01 INFORMACIÓ TOXICOLÒGICA (SERVICI PERMANENT) (91) 562.04.20 RECORDA FAMILIARITZA’T AMB ELS ELEMENTS DE SEGURETAT DEL LABORATORI. PROTEGIX ELS TEUS ULLS AMB LES ULLERES DE SEGURETAT. PORTA BATA, LLAVA’T LES MANS ABANS D’ABANDONAR EL LABORATORI. LLIG ATENTAMENT LES INSTRUCCIONS ABANS DE REALITZAR UN EXPERIMENT ASSEGURA’T QUE EL MATERIAL ESTA EN PERFECTES CONDICIONS D’ÚS I QUE ELS MUNTATGES SÓN CORRECTES. MANIPULA TOTS ELS PRODUCTES QUÍMICS AMB MOLTA PRECAUCIÓ. UTILITZA LES VITRINES EXTRACTORES PER A MANIPULAR PRODUCTES QUE PRODUÏSQUEN VAPORS TÒXICS O CORROSIUS. CONSERVA LA TEUA ZONA DE TREBALL NETA I ENDREÇADA, DEIXA SEMPRE EL MATERIAL NET I ORDENAT. SI S’ABOCA UN PRODUCTE ARREPLEGA’L IMMEDIATAMENT. NO MENGES NI BEGUES EN EL LABORATORI. NO FUMES EN EL LABORATORI. MAI OLGUES, INHALES O TASTES PRODUCTES QUÍMICS. MAI CÓRREGUES NI JUGUES EN EL LABORATORI. NO TREBALLES SOL EN EL LABORATORI. MAI FACES EXPERIMENTS NO AUTORITZATS. SEMPRE QUE TINGUES UN DUBTE PREGUNTA AL PROFESSOR. 6
    • TÈCNIQUES EXPERIMENTALS DE TREBALL EN EL LABORATORI Introducció En Química Orgànica experimental podem distingir una sèrie d’operacions que ens permetran convertir els compostos de partida en productes orgànics purs. Simplificant, i de manera resumida, estes operacions són: • Mesura i transferència de les quantitats correctes de productes de partida, reactius i dissolvents per a la reacció. • Muntatge d’un dispositiu adequat en el que portar a terme la reacció. • Aïllament del producte o productes de la mescla de reacció al final de la reacció. A este procediment d'aïllament ens referirem habitualment com el treball de la reacció. • Purificació del producte de reacció. • Determinació de la puresa del producte de reacció. Manipulació de compostos químics Quan es tracta de manejar un compost químic, la seguretat en el seu maneig té una enorme importància, ja que la majoria de compostos d’aquestes pràctiques poden resultar perjudicials per a la salut si no se’ls utilitza adequadament. Abans de començar qualsevol tipus de reacció o procediment, un s’ha de familiaritzar sempre amb les propietats dels compostos químics i dissolvents que es van a usar. Per això, hi ha llibres de referència com l’índex Merck que poden ser consultats sobre punts importants com els següents: 1.- És algun dels compostos o dissolvents corrosiu? Si és així, haurà de fer-se ús de guants. 2.- És algun dels dissolvents o productes especialment inflamable? En cas afirmatiu, s’ha d’evitar la presència de flames o objectes calents en la seua proximitat. 3.- Si algun dels reactius o dissolvents és volàtil i tòxic, desprèn vapors nocius o té una olor desagradable, caldrà utilitzar-ho en una vitrina. En qualsevol cas, davant de qualsevol dubte sobre com utilitzar un compost determinat, el millor és preguntar i actuar sempre amb prudència. Cal repetir que la gran majoria dels compostos orgànics i inorgànics d’aquestes pràctiques són perjudicials per a la salut d’una forma o una altra si no són utilitzats adequadament. Mesura i transferència de compostos químics. Per a que un experiment en química orgànica sintètica tinga èxit és important l’ús de quantitats definides de materials de partida i reactius. Per això, a menys que el professor indique que l’escala a què es porta a terme la reacció es pot canviar, les quantitats de compostos químics que es descriuen en les parts experimentals corresponents han de ser seguides al peu de la lletra. Sòlids. La quantitat correcta d’un sòlid en una reacció es dóna sempre per pes. Per això, el començament d’un experiment implica habitualment la pesada acurada d’un o més reactius i, per descomptat, del producte final. La precisió de la pesada requerida depèn de l’escala de la reacció. Si a la reacció s’empren quantitats Fig. 1: Transferència d’un sòlid del paper, ajudant-se d’una espàtula molt xicotetes, la precisió en la pesada requerida haurà de ser major que si es tracta amb grams de substància de partida. En moltes de les reaccions que anem a portar a terme en aquestes pràctiques, una precisió de 0.01g és prou. En aquells casos en què la quantitat d’un reactiu no és crítica, es pot pesar amb menor precisió. Cal emprar sempre una balança que tinga la precisió requerida. La disponibles en els nostres laboratoris tenen precisions de 0.1 i 0.01g, suficients per als nostres propòsits. 7
    • Per a poder portar a terme la pesada s’ha d’utilitzar algun tipus de suport que continga el compost a pesar. És important que la grandària d'aquest recipient no tinga un pes molt major que el de la mostra a pesar. Per exemple, si es necessita pesar 0.1g d’una substància, no s'hauria d'emprar un recipient de 500mL de capacitat, ja que això introduiria un considerable error en la pesada. En un cas així es pot utilitzar un vial xicotet o un paper. Utilitza una espàtula o una cullera per a transferir la substància del flascó al recipient en què vages a portar a terme la pesada. És molt important que evites abocar compostos sobre el plat de la balança, ja que amb el temps això provoca el seu deterioració. Per a transferir el compost del lloc on es troba després de la pesada al matràs de reacció, es pot emprar un embut de sòlids o, si la pesada es va portar a terme sobre un paper, doblant el paper i ajudant-se d’una espàtula, segons indica la figura 1. És important pesar les quantitats indicades en els procediments corresponents cada pràctica. En moltes ocasions, al afegir un poc de reactiu “de més” resulten menors rendiments en les reaccions, ja que aquestes han sigut optimades amb les quantitats indicades. Líquids Es pot mesurar líquids per pes o per volum, però és més còmode i fàcil fer-ho per volum. La principal excepció a açò són els líquids que puguen ser productes de reacció i que cal pesar per a poder determinar el rendiment de la reacció, pel fet que normalment es desconeix la seua densitat exacta (moltes vegades no són productes completament purs, i per això la densitat que podem trobar en les taules no és vàlida). En eixe cas, es recorre habitualment a la seua pesada. Molts procediments experimentals donen les quantitats de reactius químics líquids en mil·lilitres. Si la quantitat es dóna en grams, és fàcil calcular el volum corresponent si es coneix la densitat d'eixe líquid. Es pot fer ús de diversos recipients distints per a la mesura de líquids. L'elecció del material corresponent depèn de la precisió que es necessite en la mesura. Per a mesures aproximades, per exemple per a mesurar de forma aproximada la quantitat de dissolvent per a portar a terme una reacció, es pot utilitzar les escales aproximades d’un matràs Erlenmeyer o un got de precipitats. En canvi, si es tracta de mesurar una quantitat de reactiu o dissolvent líquid amb major precisió, serà necessari utilitzar un mitjà de mesura més precís, com les provetes o les pipetes, depenent de la quantitat a mesurar. En molts casos s’utilitzen xeringuilles especials per a mesurar xicotetes quantitats de reactius. En les nostres pràctiques, emprarem habitualment provetes, ja que ens donen una precisió adequada per a les nostres necessitats. No es deu pipetejar cap líquid amb la boca per motius de seguretat. Quan cal transferir una quantitat xicoteta d’un líquid d’un matràs a un altre, es pot utilitzar una pipeta Pasteur (o comptagotes). Quan es transvasen líquids des de provetes a matrassos, és important emprar embuts per a evitar vessaments. Una tècnica alternativa amb este propòsit és l’ocupació d’una vareta de vidre, segons s’indica en la figura 2. Figura 2: Ús d’una vareta de vidre en el transvasament d’un líquid Muntatges per a portar a terme reaccions: Reflux Les reaccions orgàniques s’han de portar a terme sempre en muntatges adequats a les característiques de la reacció que es tracte. Els muntatges necessaris en síntesis orgàniques varien molt en complexitat, des d’un simple tub d’assaig fins a un muntatge que supose agitació, atmosfera inerta, addició, termòmetre i refrigerant. En la majoria de casos, les reaccions orgàniques es porten a terme en material de vidre amb juntes estàndard esmerilades, que permeten l'adaptament pràcticament perfecta de diverses peces. Qualsevol que siga el muntatge, ha d’estar adequadament subjecte amb pinces a un suport estable per a evitar que es puga bolcar o desmuntar mentre s’està portant a terme la reacció. En aquestes pràctiques, el muntatge que es va a utilitzar més sovint en les reaccions és el de reflux (Figura 3). Atès que la velocitat d’una reacció química s’incrementa amb la temperatura, moltes reaccions orgàniques es porten a terme a temperatures majors que la de l’ambient, de forma que puguen completar-se en un interval de temps adequat. El mode més comú de portar a terme reaccions orgàniques a temperatures elevades és l'utilitzar un dissolvent a ebullició en un 8
    • muntatge en què el vapor del dissolvent condense en un refrigerant col·locat sobre el matràs de reacció, de manera que torne a la mescla de reacció. Este procediment rep el nom de calfament a reflux o, més simplement, reflux. La temperatura de reacció és molt pròxima al punt d’ebullició del dissolvent triat, per la qual cosa es manté raonablement constant durant tot el transcurs de la reacció mentres tinga lloc l'ebullició. En els muntatges en què fem ús de la tècnica de calfament a reflux, utilitzarem habitualment una manta calefactora per a calfar el matràs de reacció i aconseguir l’ebullició, encara que es poden utilitzar altres fonts de calor en altres casos. Cal recordar afegir sempre un poc de plat porós abans de començar a calfar. El plat porós és un sòlid que actua com a germen d’ebullició i ajuda a evitar els sobreescalfaments. El plat porós es deu afegir a la dissolució freda; si s'afig plat quan el líquid està molt calent, es corre el perill que aquest estiga sobreescalfat i es produïsca una ebullició violenta, produint- se la projeccions de part del líquid fora del muntatge, amb el consegüent Figura 3 Muntatge de reflux perill. En general, es pot posar el regulador de potència al 50% fins que comence a produir-se l’ebullició del dissolvent, procedint llavors a rebaixar la potència gradualment, fins la ebullició suau del dissolvent que deu refluir sense brusquedat. Treball de la reacció: Aïllament del producte Quan la reacció ha acabat, cal aïllar el producte de reacció de la mescla de reacció. Ens referirem al procediment d’aïllament del producte final com el treball de la reacció. El treball d’una reacció consistix simplement en eixe aïllament, i no en la purificació, que s’haurà de portar a terme més endavant, si resulta ser necessària. El mètode de treball de reacció en cada pràctica té en compte sempre les propietats del producte corresponent. Per exemple, si el producte de la reacció és molt volàtil, no és adequat portar a terme una destil·lació simple, ja que aquesta evaporaria el producte junt amb el dissolvent. Si el producte fóra tèrmicament inestable, no seria adequat sotmetre’l a una destil·lació, ja que això podria provocar la seua descomposició, etc. Tenint en compte estos factors, la majoria de les reaccions orgàniques es poden treballar segons un procediment general. Quan el producte de la reacció és un líquid, es pot aïllar de la mescla de reacció per destil·lació fraccionada (vore més endavant). El líquid així obtingut sol sotmetre’s a una nova destil·lació per a purificar-lo finalment. En alguns casos, el producte de reacció és un sòlid que cristal·litza de la mescla de reacció. En aquests casos, el treball de la reacció consistix simplement en la separació d'este per filtració. Habitualment, es purifica un producte obtingut per mitjà d’una recristal·lització. No obstant, en la majoria dels casos, el treball de la reacció suposarà l’addició d’aigua o aigua amb gel a la mescla de reacció. Eneixe cas, potser es separe un sòlid en aquesta etapa. Una filtració a buit, seguida de recristal·lització ens permetria obtindre el producte pur. Si el producte no precipita en aquesta etapa, és necessari recórrer a una extracció amb un dissolvent orgànic amb propietats adequades. Extracció L’extracció és una tècnica que es porta a cap en un embut de decantació. Per mitjà d’extraccions múltiples (habitualment tres), combinades amb un llavat de la fase orgànica, es pot aïllar una dissolució del producte de reacció. El treball de la reacció es pot modificar per mitjà de la introducció d’un llavat amb àcid o amb base, amb la finalitat d’eliminar algun component de la mescla de reacció per mitjà d’una reacció àcid-base. L’extracció és una tècnica que consistix en la transferència d’una substància o solut des d'un dissolvent a un altre insoluble amb el primer. Quan una dissolució d'una substància A en un dissolvent (dissolvent 1) s'agita amb un segon dissolvent (dissolvent 2) amb el qual és immiscible, la substància A es distribuïx entre estos dos. Quan els dos dissolvents se separen de nou en dos fases líquides, s'aconseguix una situació d’equilibri en què la relació de les concentracions del solut en cada fase és constant. Aquest valor constant K, anomenat coeficient de distribució o de partició, ve donat per l’expressió K=[A]1/[A]2, on [A]1 i [A]2 són les concentracions en l’equilibri de la substància A en els dissolvents 1 i 2, respectivament. El coeficient de distribució K té un valor constant per a cada substància 9
    • considerada, i depèn de la naturalesa dels dissolvents utilitzats en cada cas. Els coeficients de repartiment tendixen a afavorir la transferència dels distints soluts cap al dissolvent més afí per a ells. En general, podem dir que les substàncies poc polars tendiran a distribuir-se cap a dissolvents poc polars (dissolvents orgànics), mentre que les substàncies polars tendiran a romandre en dissolvents polars (aigua). Com es va indicar anteriorment, en la majoria dels casos el processat final d’una reacció comporta l’addició d’aigua a la mescla de reacció i la utilització de la tècnica d’extracció entre aigua i un dissolvent orgànic adequat per a separar el producte de la resta de components d’una reacció. La majoria de substàncies orgàniques són molt més solubles en dissolvents orgànics com dietil èter (anomenat simplement èter habitualment), acetat d’etil o diclorometà, que en aigua. Per això, l’extracció amb dissolvents orgànics permet separa aquestes substàncies de l’aigua i d’altres substàncies existents en la mescla de reacció que siguen solubles en aigua. Igualment, es poden portar a terme llavats amb aigua de les dissolucions orgàniques per a eliminar d'estes substàncies polars, tals com restes de sals inorgàniques, àcids o bases forts, o substàncies orgàniques polars de baix pes molecular com a alcohols, àcids carboxílics o amines. La utilitat de la tècnica d’extracció pot ampliar-se per mitjà de la utilització de dissolucions aquoses àcides o bàsiques, segons s’exposa a continuació. L’extracció amb àcids diluïts, habitualment àcid clorhídric al 5% o 10%, té com a principal objectiu l’eliminació d’impureses bàsiques. Les bases són convertides en les seues sals catióniques corresponents per l’àcid utilitzat en l’extracció. Per exemple, si hi ha alguna amina present en el medi de reacció, es transformarà en la sal d’amoni al tractar-la amb un àcid fort, com el HCl aquós: RNH2 + HCl RNH3+Cl- (sal soluble en aigua) Les sals són habitualment més solubles en aigua que en el dissolvent orgànic amb el que es porta a terme l’extracció, per la qual cosa s’extrauen així de la dissolució orgànica. Aquesta operació sol anar seguida d’un llavat amb aigua o una dissolució al 5% de bicarbonat sòdic (pH aproximadament neutre), amb la finalitat d’eliminar qualsevol traça de HCl que haguera pogut quedar en la fase orgànica. Per la seua banda, l’extracció amb bases diluïdes (habitualment carbonat sòdic o bicarbonat sòdic al 5%, depenent del cas), s’utilitza amb la finalitat d’eliminar impureses àcides de la fase orgànica, tals com àcids orgànics, en forma de les seues sals aniòniques corresponents: RCOOH + NaHCO3 RCOO-Na+ (sal soluble en aigua) + H2O + CO2 Les sals aniòniques resultants són solubles en aigua a causa de la seua alta polaritat i, com resultat, les impureses àcides passen de la fase orgànica a la fase aquosa. Habitualment, es porta a terme un llavat addicional amb aigua per a eliminar les traces de dissolució aquosa de bicarbonat que hagueren pogut quedar en suspensió en la fase orgànica. D’altra banda, les substàncies que han estat extretes en les dissolucions àcides o bàsiques poden regenerar-se neutralitzant el reactiu d’extracció. Si una substància àcida ha estat extreta amb bicarbonat sòdic, la substància original pot regenerar-se per acidificació per a ser separada posteriorment de la dissolució acidificada. De forma anàloga, les substàncies bàsiques poden ser recuperades d’un extracte àcid per neutralització amb una base, seguida d’extracció amb un dissolvent orgànic. La transferència total d’un solut a un dissolvent no és possible, a menys que K siga molt elevat, per la qual cosa generalment es necessiten diverses extraccions per a transferir tot el solut del dissolvent 1 al dissolvent 2. Per a extraure un solut d’una dissolució, sempre és millor emprar diverses porcions xicotetes del segon dissolvent que portar a terme una única extracció amb volum major del mateix. En la pràctica, l’extracció es porta a terme sempre en un embut de decantació. A continuació s’explica detalladament el seu ús. Ús de l’embut de decantació. Com acabem de dir, l’embut de decantació és la peça de material més usada en l’extracció de compostos orgànics. Hi ha algunes regles per a usar adequadament l’embut de decantació: Figura 4: Muntatge per a una extracció • Si la clau de l’embut és de vidre esmerilat, ha d'utilitzar-se un poc de greix de silicona per a lubricar-lo abans del seu ús per a evitar que s'engarrote. Si la clau és de teflón, el greix no és necessari. • L’embut de decantació cal mantindre'l utilitzant un cèrcol amb pinça per a evitar que es bolque o el seu contingut es 10
    • vesse. • S’ha de col·locar sempre un matràs Erlenmeyer o un got de precipitats davall l’embut de decantació abans de transferir el líquid dins (Figura 4). Amb això s’evita que el líquid es vesse si al transferir-lo a l’embut ens hem oblidat de tancar la clau. Amb la clau tancada i l’embut en el seu suport (amb un recipient davall), s'afig una mescla a extraure a l’embut, utilitzant un embut per a evitar el vessament del líquid. Com a regla general, no s’ha d’omplir l’embut de decantació més de dos terços de la capacitat total. Si cal extraure un volum gran de mescla, llavors cal utilitzar un embut de decantació de tamany major, en compte d’omplir-lo massa. Això és degut al fet que l’agitació, i amb ella l’extracció, és poc eficaç quan l’embut està quasi ple. Per a poder portar a terme una extracció correcta és necessari que la fase orgànica i la fase aquosa es puguen mesclar eficientment. Açò es pot aconseguir agitant l’embut de decantació. Després d’afegir els líquids a l’embut de decantació, i abans de tancar-lo, sol ser una bona idea el fer-lo girar suaument (sense invertir-lo) perquè les fases es mesclen lleugerament. Aquesta tècnica està particularment recomanada quan es tracta de neutralitzar un àcid amb dissolució aquosa de bicarbonat o carbonat, ja que es forma CO2 i si s’agita directament es pot formar massa pressió dins de l’embut. Es requerix llavors agitar amb més força l’embut perquè es mesclen eficientment les fases, i per a això cal subjectar l’embut ambdós mans. La forma correcta d’agarrar-lo és amb l’embut invertit, recolzat en la palma d’una mà, mentre que amb l’altra mà es controla la clau, segons indica en la figura 5. Cal obrir la clau de tant en tant amb l’embut invertit, amb la finalitat d’eliminar la pressió que es puga anar formant en l'interior. Quan s'òbriga la clau per a eliminar la pressió, és important no apuntar cap a cap company, ja que hi ha el risc que isca líquid projectat. S’agita l’embut de decantació durant uns 10-20 segons. No és recomanable agitar-lo massa vigorosament, atès que és possible que es formen emulsions, i en moltes ocasions estes no són fàcils d’eliminar. Una vegada s’ha agitat l’embut, es procedix a col·locar-lo en el seu suport perquè es produïsca la separació de les fases. Este procés és més o menys lent, depenent de cada cas en particular. Quan s’han separat nítidament les fases dins de l’embut, es procedix a la decantació (Figura 6). Per a això, cal obrir acuradament la clau, de manera que el líquid més dens isca completament. Es tanca llavors la clau. Per a traure de l’embut el líquid menys dens, allò que s’ha adequat és fer-ho per la part superior, per a evitar que es mescle amb les últimes gotes del més dens. Figura 5: Manera correcta de subjectar l’embut de decantació i obrir la clau per a eliminar la pressió interna. En la decantació cal conèixer sempre les densitats de les fases a separar. Si s’empra un dissolvent orgànic més dens que l’aigua (per exemple, el diclorometà o el cloroform), la fase inferior serà la fase orgànica. En canvi, si s’utilitza un dissolvent orgànic menys dens que l’aigua, com l’èter dietílic o l’acetat d’etil, la fase orgànica serà la superior. Si no se sap quina és la fase orgànica, es pot afegir una gota d’aigua i observar amb quina fase s’ajunta. Eixa fase serà l'aquosa. Figura 6: En la decantació cal saber sempre quina és la fase orgànica i quina és la fase aquosa. Si aparegueren emulsions, es pot intentar una o diverses de les següents solucions: deixar reposar l’embut de decantació, fent-lo girar suaument de tant en tant. Afegir un poc de dissolució saturada de clorur sòdic. Afegir una poques gotes d’etanol a l’emulsió. Filtrar l’emulsió a buit, per a eliminar algun sòlid en suspensió. Transferir l’emulsió 11
    • a un matràs Erlenmeyer, i deixar-la reposar tota la nit. Habitualment, alguna d'aquestes tècniques funcionarà, però primer que res cal tindre paciència. Per tot açò és recomanable evitar l’agitació massa vigorosa de l’embut, amb la finalitat d’evitar la formació d’emulsions. Assecat de la dissolució després de l’extracció Quan hem portat a terme l’extracció del compost tenim una dissolució en un dissolvent orgànic que conté el compost desitjat. Atès que la dissolució orgànica s’ha extret o llavat amb una dissolució aquosa, contindrà aigua. Encara que la quantitat d’aigua continguda en la dissolució es pot reduir per llavats amb una dissolució saturada de clorur sòdic en aigua, les últimes traces d’aigua s’han d’eliminar per mitjà del tractament amb un agent dessecant adequat. Els agents assecants més comuns són sals inorgàniques anhidres que prenen aigua fàcilment per a hidratar-se de forma espontània. Al final del procés d’assecat, s’elimina la sal parcialment hidratada per mitjà d’una filtració per gravetat. El procediment complet és el següent : al final de l’extracció, s’aboca la fase orgànica en un matràs Erlenmeyer, evitant que passe aigua de la fase aquosa, que faria més difícil l’assecat. S'afig llavors un poc de l'agent dessecant (que sol ser aproximadament mitja cullerada de clorur càlcic anhidre o sulfat sòdic anhidre) i s’agita suaument el matràs. Si l’agent dessecant s’agrega immediatament i queda pegat a les parets del matràs, s'afig un poc més. Es deixa el matràs en repòs, agitant-lo ocasionalment. El temps d'assecat òptim depén de cada cas en particular, però sol estar entre 5 i 20 minuts. El temps d’assecat depèn de la velocitat amb què s’hidrata l’agent dessecant. Quan es presumix que l’assecat ha sigut complet, es procedix a eliminar l’agent dessecant per mitjà d’una filtració per gravetat, emprant un filtre de plecs per a accelerar el procés. Per a eliminar el dissolvent i possibilitar l’aïllament del producte de reacció, es sotmet la mescla a evaporació per algun mètode adequat. Això ens permetrà aïllar el producte de reacció, que habitualment se sotmetrà a algun tipus de purificació. Filtració La filtració és una tècnica molt comuna en els experiments de Química Orgànica. Es tracta d’una tècnica indispensable per a eliminar sòlids en suspensió. Es porta a terme fent passar el líquid a través d’una barrera porosa, que habitualment és paper de filtre, encara que també es poden emprar plaques filtrants de vidre. Així, el sòlid queda retingut en la barrera sòlida, i el líquid passa. En molts casos la força de la gravetat és prou perquè el líquid passe a través de la barrera filtrant. Parlem llavors de filtració per gravetat. En molts altres casos, no obstant, el sòlid és voluminós i la filtració per gravetat és massa lenta. En eixos casos es pot accelerar el procés considerablement utilitzant la tècnica de filtració a buit, en la qual s’aplica un buit parcial al matràs que rep el filtrat, de manera que la pressió atmosfèrica sobre la superfície del líquid en el filtre force a este a través del filtre. Figura: 7: Mètode per a fer un filtre de plecs, per passos. L’elecció del tipus de filtració depèn del que se vullga aconseguir, però en general s’aplica la següent regla: - Si el que es desitja és el filtrat (líquid) s'empra la filtració per gravetat. - Si el que es desitja és el sòlid, s'empra la filtració a buit. Per això, si el que es desitja és eliminar una xicoteta quantitat d’una substància insoluble en un líquid, s'empra la filtració per gravetat amb un paper de filtre plegat, que la fa més ràpida. Si el que es desitja és arreplegar el sòlid d’una cristal·lització, el millor és emprar la filtració a buit. Figura 8: Filtració per gravetat Filtració per gravetat. Esta tècnica requerix simplement un embut, un tros de paper de filtre, i un matràs per a arreplegar el filtrat (normalment un matràs Erlenmeyer). El paper de filtre ha de tallar-se al tamany adequat perquè no sobreïsca de l'embut. 12
    • El propòsit de doblegar el paper de filtre és accelerar la velocitat de filtració en augmentar la superfície de filtració. Per a fer un filtre de plecs, es talla una peça de paper circular, que es doblega primer per la mitat, i després es van fent plecs, segons s’indica la figura 7. S’ha de subjectar sempre l’embut sobre un anell metàl·lic o amb una pinça per a evitar que es puga bolcar durant la filtració. La dissolució a filtrar s’aboca sobre el paper de filtre i s’arreplega el filtrat (Figura 8). Filtració en calent. La filtració en calent és simplement una variació de la filtració per gravetat que s’utilitza en la tècnica de la cristal·lització (vore més endavant). Quan s’ha dissolt el material a cristal·litzar d’un dissolvent adequat, poden aparéixer impureses que no són solubles encara que s'afija més dissolvent. Amb la finalitat que estes no impedisquen la cristal·lització del producte o l’impurifiquen, és necessari eliminar-les per filtració mentres la dissolució està encara calent. En este cas no es pot filtrar a buit, ja que la pressió reduïda provocaria l'ebullició del dissolvent. La cristal·lització ha de dur-se a terme mentres la dissolució està calenta, abans que comence a cristal·litzar. Per això, és necessari calfar tant l’embut com el matràs col·lector, que sol ser un Erlenmeyer. A l'afegir la dissolució calenta, és convenient utilitzar algun tipus de protecció per a les mans, a fi d’evitar cremades. Filtració a buit. La filtració a buit accelera el procés de filtració, però és necessari emprar material addicional. Atès que la tècnica implica l'aplicació d’un xicotet buit en el matràs receptor (utilitzant una trompa d’aigua), s'empra un matràs amb parets grosses amb una eixida lateral. Este tipus de matràs s’anomena matràs Kitasatos habitualment, i a l’embut es sol anomenar embut Buchner. El matràs ha d’estar subjecte fermament amb un suport per a evitar que es puga bolcar (Figura 9). A través de l’eixida lateral, el matràs Kitasatos es connecta per mitjà de tub de parets grosses (tub de buit) a una trompa d’aigua, que és el mecanisme que provocarà el buit. Per a aconseguir una filtració òptima, l'aixeta a què està connectada la trompa d’aigua ha d’estar oberta completament. L’embut Buchner està fet de porcellana o plàstic i conté un fons pla perforat, sobre el qual es situa un paper de filtre tallat amb el tamany adequat. No s’ha d’utilitzar mai un paper de filtre de tamany major que el necessari per a cobrir els forats de la placa de l’embut, ja que en eixe cas la filtració no seria adequada a causa del pas de líquid sense filtrar entre els plecs del paper. Amb Figura 9 Muntatge de filtració a buit la finalitat d'assegurar un tancament adequat entre l’embut i el matràs, s'empra un adaptador de goma. Abans de començar la filtració, es banya el paper de filtre amb un poc del dissolvent que es va a emprar en la filtració, de manera que el paper de filtre quede pegat a l’embut sobre els orificis d'este, tapant-los completament. S’obri llavors la trompa d’aigua perquè el buit comence a actuar, i s’aboca llavors la mescla a filtrar sobre el filtre. El buit parcial en el matràs col·lector causa una filtració molt més ràpida que si esta es portara a terme per gravetat. Quan tot el líquid haja passat, es trenca el buit traient amb atenció l’embut Buchner del seu adaptador, i es llava amb quantitats xicotetes del dissolvent de cristal·lització fred. No s’ha de llavar sòlids davall succió forta, ja que el líquid passaria massa ràpidament. Per això, quan calga llavar un sòlid després d'haver-lo filtrat, s'empraran porcions xicotetes del dissolvent fred, sense buit, i s'aplicarà després buit perquè se'n vaja el dissolvent. Generalment es repetix este procediment diverses vegades, procurant desfer possibles terrossos del producte (si s'hagueren format) amb una vareta. Un avantatge de la filtració a buit és que si es continua la filtració durant uns minuts després que haja finalitzat el pas de líquid, el sòlid quedarà pràcticament sec. Una vegada s'haja completat la filtració, es trenca el buit i es desconnecta el tub de buit abans de tancar l'aixeta de la trompa d’aigua per a evitar que el buit present dins del matràs provoque l’inundació d'este amb aigua de l'aixeta. Cristal·lització La cristal·lització és la tècnica més simple i efectiva per a la purificació de sòlids. Els compostos cristal·lins són fàcils de manejar i la seua puresa es pot determinar fàcilment per mitjà de la determinació del seu punt de fusió. 13
    • El procés de cristal·lització implica cinc etapes ben definides: dissolució, filtració, cristal·lització, arreplegada dels cristalls i assecat d'estos. Es determina llavors la puresa dels cristalls, i si es necessita que estiguen més purs, se'ls sotmet a una recristal·lització, que consistix a tornar a sotmetre’ls al mateix procés, només que partint d'un material molt més pur. En general, la cristal·lització consistix a dissoldre el sòlid impur en el mínim volum d'un dissolvent calent, filtrant a continuació per a eliminar les impureses insolubles. La dissolució resultant, saturada, juntament amb les impureses solubles en el dissolvent de cristal·lització, es deixa reposar i refredar lentament, amb la qual cosa es formaran cristalls. La dissolució romanent del procés de cristal·lització rep el nom d'aigües mares. El que la cristal·lització servisca com a tècnica de purificació té un fonament, que de manera resumida consistix en el següent. El procés de cristal·lització és un equilibri entre les molècules en dissolució i les que s’incorporen als cristalls. Atès que l’estructura cristal·lina està altament ordenada, molècules diferents, com és el cas de les impureses, no s’inclouen en l’estructura cristal·lina i tornen a la dissolució. Per això, només les molècules del compost requerit es retenen en la superfície de la xarxa cristal·lina i les impureses queden en les aigües mares. Perquè la cristal·lització tinga èxit, ha de tindre lloc lentament perquè els cristalls es puguen formar amb lentitud i puga operar l’equilibri que exclou les molècules d’impureses de la xarxa cristal·lina. Si la dissolució es refreda massa ràpidament, molècules d’impureses quedaran atrapades o incloses en la xarxa cristal·lina. La formació ràpida d’un material sòlid d’una dissolució rep el nom de precipitació, i no té la mateixa efectivitat que la cristal·lització com a tècnica de purificació. És important fer notar que la cristal·lització no funciona sempre. Les substàncies que tinguen una gran quantitat d’impureses sovint no cristal·litzen. En eixe cas és necessari emprar alguna tècnica de purificació preliminar. Dissolució del sòlid a cristal·litzar Per a poder cristal·litzar un compost cal dissoldre la substància en un dissolvent adequat. La primera condició que ha de complir un dissolvent de cristal·lització ideal és que no reaccione amb el compost a cristal·litzar. A més, en general ha de ser prou volàtil perquè siga fàcil d’eliminar dels cristalls, ha de tindre un punt d’ebullició inferior al punt de fusió del compost a cristal·litzar, no ser tòxic i/o inflamable. No obstant, la condició més important que ha de complir un bon dissolvent de cristal·lització és que el compost siga molt soluble en el dissolvent calent i molt poc soluble en el dissolvent fred. Quan es tracta de cristal·litzar compostos coneguts, sabrem normalment quin dissolvent utilitzar, atès que el procediment de la pràctica ho especificarà sempre. En altres casos, caldrà decidir quin és el dissolvent adequat. L’elecció del dissolvent no és un procés sempre fàcil, però en general se sol seguir la regla que "semblant dissol a semblant". Per això, per a la cristal·lització d'una substància poc polar podríem intentar la cristal·lització amb un dissolvent poc polar, com hexà o toluè. Es pot intentar cristal·litzar compostos polars amb dissolvents polars, com l’etanol o l’aigua. En qualsevol cas, en estes pràctiques el dissolvent adequat per a portar a terme les cristal·litzacions s’indicarà en cada procediment experimental. Si una substància no es pot cristal·litzar fàcilment d'un únic dissolvent, es sol recórrer a l’ocupació d’una mescla de dissolvents. En este cas, s’utilitzen dos dissolvents elegits de manera que un d'ells dissolga el compost fàcilment (l'anomenat "bon dissolvent"), mentre que l’altre no (l'anomenat "mal dissolvent"). Per exemple, molts compostos de polaritat moderada són solubles en èter, però no en hexà, i per això es pot utilitzar una mescla d'estos dos dissolvents en la cristal·lització d’un d'estos compostos. En principi es poden utilitzar dos mètodes distints en la cristal·lització d’un compost d’una mescla de dissolvents. En el primer mètode, es dissol el sòlid en la mínima quantitat del bon dissolvent en calent, i s'afig llavors lentament el mal dissolvent calent, fins que la dissolució comence a posar-se tèrbola, la qual cosa és indici de que comença a estar saturada. S'afig unes gotes del bon dissolvent perquè deixe d’estar tèrbola (la mínima quantitat), es filtra llavors la dissolució si és necessari i es deixa cristal·litzar. En el segon mètode, molt menys habitual, i que no emprarem en estes pràctiques, es suspèn el sòlid en una quantitat adequada del mal dissolvent en calent, i llavors s'afig el bon dissolvent lentament fins que el sòlid es dissolga, evitant afegir excés del bon dissolvent. Es filtra llavors la dissolució si és necessari i es deixa reposar. Mescles típiques que funcionen bé en alguns casos són hexà-éter, diclorometà-hexà, èter-acetona i etanol-aigua. L’ús d’una mescla de dissolvents afavorix la formació d’olis en compte de la cristal·lització, per la qual cosa habitualment es preferix cristal·litzar d’un únic dissolvent si és possible. Filtració de la dissolució Habitualment, una vegada hem dissolt el compost impur en un dissolvent calent, la dissolució ha de ser filtrada en calent (vore secció corresponent en l’apartat de filtració) per a eliminar materials insolubles en suspensió, que poden dificultar la cristal·lització. Amb esta finalitat, es filtra la dissolució mentre està calenta a través d’un filtre de paper plegat, arreplegant el filtrat en un matràs Erlenmeyer. 14
    • Quan s’ha filtrat la dissolució calenta, es tapa el matràs Erlenmeyer per a evitar contaminació amb la pols atmosfèrica i que es refrede massa ràpidament. La velocitat de refredament determina el tamany dels cristalls. El refredament lent afavorix la formació de cristalls grans. No s’ha d’agitar la dissolució (ni tampoc agarrar el matràs en què es produïx la cristal·lització), per a no impedir la formació de cristalls grans. Una vegada la dissolució s’ha refredat fins a temperatura ambient, en alguns casos (el professor ho indicarà) pot ser una bona idea el refredar la dissolució des de temperatura ambient fins a 0 ºC posant el matràs en un bany de gel, la qual cosa permet obtindre la major quantitat possible de cristalls. Quan la dissolució ja està freda, es procedix a separar els cristalls de les aigües mares. Es sol emprar una filtració a buit amb este fi. Després de la filtració, i amb la finalitat d’eliminar les aigües mares que impregnen els cristalls, és convenient llavar els cristalls amb xicotetes porcions del dissolvent de cristal·lització fred. Si s’ha utilitzat una mescla de dissolvents en la cristal·lització, s’ha d’emprar una mescla d’eixos dissolvents en la mateixa proporció en les llavades. Quan els cristalls ja han estat separats de les aigües mares, es procedix al seu assecat. Encara que es poden emprar diverses tècniques amb esta finalitat, sol ser prou embolicar-los en paper de filtre i deixar-los en un lloc adequat (preguntar al professor) fins a la següent sessió de pràctiques. La determinació del punt de fusió s’ha de portar a terme amb els cristalls perfectament secs. En cas contrari, la presència de dissolvent falsejaria el resultat. A vegades la dissolució del compost orgànic està fortament acolorida per la presència d’impureses. Si al cristal·litzar el producte les impureses queden en dissolució no hi ha cap problema, però és prou freqüent que les impureses acolorides contaminen els cristalls per a donar un compost acolorit, impur. Per a evitar este inconvenient es pot utilitzar una tècnica que fa ús del fet avantatjós que eixes impureses són adsorbides fàcilment per un adsorbent com el carbó actiu. Per a eliminar el color d’una dissolució, es sol afegir una xicoteta quantitat de carbó actiu (al voltant del 2% del pes de la mostra a cristal·litzar) a la dissolució calenta (però no bullint) a decolorar. Si la dissolució està a una temperatura pròxima al punt d’ebullició, l’addició del carbó actiu la pot fer bullir, amb el consegüent perill de pèrdues per vessament. Després de l’addició es continua calfant la dissolució durant uns 5-10 minuts amb agitació ocasional. En el transcurs d'eixe temps les impureses s'hauran adsorbit de forma pràcticament irreversible sobre la superfície del carbó actiu, per lo que la simple filtració de la dissolució sol deixar la dissolució incolora. A vegades és necessari emprar doble paper de filtre per a evitar que el carbó actiu travesse el filtre. Què fer quan no es formen cristalls. Quan no es produïx la cristal·lització a temperatura ambient es pot emprar algun dels següents mètodes: - Afegir un cristall del compost que es vol cristal·litzar. Este cristall pot actuar com a nucli sobre el qual altres cristalls poden créixer. - Rascar els cantells del matràs amb una vareta de vidre. Este procediment genera micropartícules de vidre que poden actuar com a iniciadors de la cristal·lització. - Eliminar el dissolvent per evaporació, i tornar a cristal·litzar. Açò és adequat generalment només quan el dissolvent de cristal·lització és un compost orgànic de punt d’ebullició no massa alt. Quan es tracta de cristal·litzacions d’aigua, és difícil eliminar esta per evaporació. - Un últim problema que pot aparèixer és que el compost no forme cristalls, sinó que aparega com un oli en el fons del matràs. Açò sol succeir quan el compost està molt impur, o be quan el dissolvent de cristal·lització té un punt d’ebullició superior al punt de fusió de la substància que s'intenta cristal·litzar. Per a evitar este problema, es pot afegir un poc més de dissolvent després de redissoldre l'oli calfant, o afegir més dissolvent si s'està utilitzant una mescla de dissolvents. La cristal·lització d'una dissolució més diluïda pot evitar la formació d’olis. Un refredament més lent també pot ser una solució a este problema. Si el producte no cristal·litza de cap manera, el més probable és que estiga massa impur. En este cas, el més probable és que només es puga cristal·litzar després d’una purificació prèvia per algun altre mètode, com la cromatografia. Destil·lació La destil·lació és una de les tècniques més útils per a la purificació de compostos orgànics líquids. Esta tècnica implica la vaporització d’un compost orgànic per mitjà de l’aplicació de calor, seguida de la condensació del vapor per a donar de nou un líquid, el destil·lat. Hi ha diverses tècniques distintes per a portar a terme una destil·lació. En este apartat farem referència a la més simple d'elles, que és la que s’utilitza en estes pràctiques: la destil·lació simple. 15
    • Aspectes teòrics La pressió del vapor en equilibri amb la fase líquida d’un compost augmenta amb la temperatura. La temperatura a què la pressió del vapor s'iguala a la pressió sobre el líquid rep el nom de punt d’ebullició. Els líquids purs que no es descomponen al calfar-los tenen un punt d’ebullició ben definit. No obstant, atès que a la temperatura del punt d’ebullició s’igualen les pressions parcial de vapor i l’exterior, qualsevol variació de la pressió sobre el líquid farà variar considerablement el punt d’ebullició. Quan un líquid raonablement pur es sotmet a destil·lació, la pressió de vapor d'eixa substància augmenta fins que aconseguix el punt d’ebullició del líquid. En eixe punt, les fases de vapor i líquida estan en equilibri, i la destil·lació té lloc a una temperatura raonablement constant. Cal tindre en compte, no obstant, que nosaltres utilitzarem la destil·lació com a tècnica de purificació d’un líquid impur, per la qual cosa estem, en general, destil·lant una mescla, no un líquid pur. Per això, haurem de tindre en compte els principis que regixen la destil·lació de mescles de líquids volàtils. Els principis que governeu la destil·lació de mescles de líquids miscibles estan representats per dos lleis de la química física: la llei de Dalton i la llei de Raoult. La llei de Dalton de les pressions parcials establix que la pressió total d’un gas, o la pressió de vapor d’un líquid, és la suma de les pressions parcials de vapor dels seus components individuals A i B (PA i PB), de manera que tenim: P = PA + PB La llei de Raoult establix que, a una temperatura i pressió determinades, la pressió parcial de vapor d’un compost en una mescla (PA) és igual a la pressió de vapor del compost pur en eixes condicions (PA pur), multiplicada per la seua fracció molar en la mescla (XA): pur · PA = PA XA Es deriva llavors d’ambdós lleis que la pressió total d’una mescla de líquids volàtils depèn de les pressions de vapor dels components purs i de les seues fraccions molars en la mescla. Ambdós lleis són expressions matemàtiques que ens ajuden a comprendre el que ocorre durant una destil·lació, i descriuen els canvis en la composició del líquid en ebullició i del vapor en equilibri amb ell. Es poden realitzar llavors diagrames que representen les composicions del líquid i el vapor en funció de la temperatura (Figura 10). Estos diagrames se solen representar en una gràfica única, que rep el nom de diagrama de fase. Figura 10: Diagrama de fases d’una mescla de compostos miscibles volàtils A i B que complixen la Llei de Raoult. La figura 10 mostra la destil·lació d’una mescla de dos components de líquids miscibles amb (a) punts d’ebullició marcadament diferents (línia discontínua) i (b) punts d’ebullició semblants (línia contínua). Suposem que començàrem amb una mescla 1:1 dels dos components miscibles A i B, tenint el component Al menys punt d’ebullició. Al principi de la destil·lació, quan el líquid comença a bullir, la composició del líquid és 50% molar en cada component, i la composició del vapor corresponent es calcula dibuixant una línia horitzontal des de la línia de líquid a la línia de vapor. Quan els components A i B tenen punts d'ebullició clarament diferenciats (línia discontínua), al principi de la destil·lació el vapor consistix en component A pràcticament pur. Quan la majoria del compost A s’ha eliminat per destil·lació, el calfament provocarà un augment de temperatura fins al punt d’ebullició del component B. En este cas, estos dos components es poden separar fàcilment en una destil·lació simple. En termes pràctics, això suposa que es poden separar de forma pràcticament completa líquids que diferisquen en els seus punts d’ebullició en almenys 80ºC. Si els punts d’ebullició dels components A i B estan més pròxims (línia contínua), la composició del vapor quan el líquid comença a bullir és d'al voltant 85% de A i 15% de B. Per això no es pot obtindre el component A pur en una única destil·lació. Està clar que, si el destil·lat amb un 85% de A es tornara a fraccionar per destil·lació, es podria obtindre una fracció amb el component A més pur, que al seu torn es podria tornar a destil·lar. Este procediment no té 16
    • utilitat experimental per consumir molt de temps, per la qual cosa s’empra una tècnica denominada destil·lació fraccionada, que queda fora de les empleades en estes pràctiques. Moltes mescles binàries no seguixen la llei de Raoult, i per això no donen el tipus de diagrames de fase que hem vist anteriorment. Algunes mescles, en particular aquelles en què un dels components conté un grup hidroxil, destil·len amb punts d’ebullició constants, i amb una composició constant. En este cas es parla d’una mescla azeotròpica. Este tipus de mescles no es poden separar per destil·lació (ni tan sols per destil·lació fraccionada). Destil·lació simple El muntatge consistix en un matràs esfèric, un cap de destil·lació, i un refrigeren-te a què es connecta una peça adaptadora que permeta l'ús d'un matràs esmerilat com a col·lector del destil·lat, o bé un simple colze de destil·lació, arreplegant el destil·lat habitualment en un matràs Erlenmeyer. en estos dos casos, atés que caldrà determinar el pes de destil·lat obtingut, és necessari tarar el matràs col·lector abans de procedir a la destil·lació amb al finalitat de poder determinar quant destil·lat s'ha obtingut per simple pesada del matràs contenint el destil·lat. En la figura 11 es mostra el muntatge emprat en una destil·lació simple. Figura 11: Muntatge per a una destil·lació simple Cal assegurar-se que el muntatge quede bé subjecte amb les pinces en els llocs adequats. S'ha d'utilitzar sempre un matràs de destil·lació que tinga un volum del menys 1,5 vegades el volum de líquid a destil·lar per a evitar que, al produir-se l'ebullició del líquid, este bote directament al refrigerant i contamine el destil·lat. S’utilitza un embut per a transferir el líquid a destil·lar al matràs de destil·lació. S'afig llavors quelcom de germen de destil·lació ("plat porós") al líquid per a assegurar que la destil·lació procedirà sense sobreescalfaments. Es col·loca el termòmetre a una altura adequada per a llegir la temperatura del vapor que destil·la, no la del líquid. Es calfa el matràs de destil·lació amb una font calefactora adequada (habitualment una manta calefactora amb un regulador de potència). Quan el líquid comença a destil·lar, s'arreplega en una o diverses fraccions en el matràs col·lector. En general, es pot situar el regulador al 50% de potència fins que comence la destil·lació, baixant després la potència perquè la destil·lació tinga lloc a un ritme adequat. Si el líquid a destil·lar té un punt d'ebullició elevat, pot ser necessari situar el regulador a més potència perquè tinga lloc la destil·lació. Pels motius explicats anteriorment, la destil·lació simple només pot separar components líquids que diferisquen en els seus punts d’ebullició en almenys 80 ºC. No obstant, se sol utilitzar esta tècnica habitualment per a purificar líquids que ja són prou purs, eliminant d’ells impureses de punt d’ebullició elevat o sòlids. Si el líquid és relativament pur, el principi de la destil·lació (una xicoteta quantitat de destil·lat) contindrà les impureses de baix punt d'ebullició. Esta fracció s’arreplega mentre la temperatura del vapor encara seguix pujant. Esta fracció rep el nom de cap de destil·lació. Quan la temperatura s’estabilitza a un valor més o menys constant, es pot continuar fins que la major part del líquid haja destil·lat. Les impureses d’elevat punt d’ebullició quedaran en el matràs de destil·lació. No s’ha d’intentar destil·lar mai no deixant sec el matràs de destil·lació. La destil·lació a sequedat és potencialment perillosa, ja que el calfament a temperatures elevades que se sotmet al residu pot resultar en una reacció de descomposició violenta (explosió!). Si la destil·lació simple s’utilitza per a separar dos components amb punts d’ebullició clarament diferents, cal vigilar el termòmetre per a poder detectar canvis de temperatura significatius en el vapor. Tan prompte com la majoria del component mes volàtil haja destil·lat, la temperatura començarà a pujar, i llavors s'ha de canviar el matràs col·lector. S’arreplega el destil·lat fins que la temperatura s'estabilitze de nou. Eixa fracció intermèdia conté una mescla d'estos 17
    • dos components, però ha de ser una part xicoteta del volum total. Quan s'estabilitza la temperatura de nou, s'arreplega una tercera fracció en un nou matràs col·lector. Eixa tercera fracció consistirà bàsicament en el component menys volàtil. Per a poder portar a terme el càlcul de quanta massa hi ha en cada fracció, cal haver tarat prèviament els matrassos recol·lectors. Els resultats d'una destil·lació simple com la descrita s'han de presentar en una taula com la següent: Quantitat de mostra a destil·lar: 15.0 g Punt d'ebullició (ºC) Pes (g) Cap de destil·lació 45-88 0.5 Component A 88-90 5.0 Fracció de mescla A+B 90-180 1.0 Component B 180-183 7.5 Residu — aprox. 1 Criteris de puresa: el punt de fusió i la cromatografia La gran majoria dels compostos orgànics que utilizem habitualment al laboratori són sòlids o líquids, i les propietats físiques d'eixes substàncies amb eixos estats (el punt de fusió, el punt d'ebullició, l'índex de refracció...) són les que s'utilitzen més freqüentment com a indicadors de la seua puresa. El punt de fusió El punt de fusió d'una substància pot donar una idea del seu grau de puresa i també pot tindre interès en la seua identificació. Es sol considerar que un interval curt de punt de fusió (<2°C) entre la primera aparició de gotes de líquid en la mostra que fon i l’ultima traça de sòlid constituïx una evidència que una substància està pura. Cal tindre en compte, no obstant, que en alguns casos una mescla pot donar un punt de fusió amb interval curt si els components estan presents en una proporció definida, constituint el que es coneix com una mescla eutèctica. Esta situació no sol ser habitual. De forma anàloga, encara que un interval ampli de fusió pot indicar que la substància no està pura, hi ha algunes substàncies que es descomponen al fondre, la qual cosa genera impureses que amplien l'interval de fusió. L’enfosquiment de la substància o el despreniment d’un gas poden ser un indici de que el compost s'està descomponent al fondre. També pot ocórrer que si el compost ha inclòs dissolvent de cristal·lització, al calfar es dissolga en este, sense estar fonent realment. Per això, s’ha d’evitar la presència de dissolvent de cristal·lització al mesurar l'interval de fusió: els cristalls han d'estar perfectament secs. El punt de fusió d'una substància es pot utilitzar per a subministrar informació sobre la seua possible estructura. La confirmació de l’estructura d’un compost es pot portar a terme mesclant íntimament del compost desconegut amb el que creiem que és. Si es tracta de la mateixa substància, la mescla donarà un punt de fusió igual a les substàncies abans de mesclar-les. No obstant, si es tracta de substàncies diferents, l'interval del punt de fusió augmentarà, al mateix temps que disminuirà el seu valor, ja que la mescla es comportarà una substància impura. Esta tècnica rep el nom de punt de fusió mixt. El mètode més simple per a la determinació de punts de fusió consistix a introduir una quantitat molt xicoteta del compost el punt de fusió de la qual es va a determinar en un tub capil·lar. S'introduïx llavors el tub en un bany amb un mitjà que permeta determinar la temperatura del bany. Quan s'augmenta lentament la temperatura del bany, s'aconseguirà el moment en què este provoque la fusió del compost en el capil·lar, procedint a determinar les temperatures del començament i del final de la fusió. Per a introduir la mostra en el capil·lar, es presiona aquest sobre un xicotet muntó de la mostra polvoritzada, situada sobre una superfície neta, preferiblement un vidre de rellotge. La pressió aplicada provocarà l'entrada d'una xicoteta quantitat de material en el capil·lar. Perquè eixa xicoteta quantitat s'introduïsca fins al final del capil·lar, es pot deixar caure el capil·lar per dins d'un tub de vidre d'un altura d'uns 50 cm. La força de l'impacte provocarà que la mostra s'introduïsca fins al fons. Es repetix este procediment si és necessari. Perquè la determinació del punt de fusió siga correcta, l’augment de temperatura mentre es produïx la fusió ha de tindre lloc lentament. Si s'augmenta ràpidament, la temperatura que marca el termòmetre i la que hi ha en interior del 18
    • capil·lar no seran iguals, per la qual cosa la determinació serà errònia. Sol ser pràctica habitual l'augmentar la temperatura del bany ràpidament fins a uns 20°C per davall del punt de fusió, i augmentar-la uns 2 °C per minut a partir d'eixe moment. Si no tenim idea de qual va a ser el rang de temperatura en què pot fondre el compost, es pot portar a terme una determinació ràpida preliminar, que ens permetrà esbrinar eixe rang. Una segona determinació, més lenta, ens permetrà determinar l'interval de fusió amb precisió. L'interval de fusió s'indica com l'interval de temperatures entre les quals apareix la primera gota de líquid, i desapareix el sòlid en la seua totalitat. Tan prompte com s'ha portat a terme la determinació de l'interval de fusió, l'aparell es deixa refredar i el tub capil·lar es tira. No s'ha de deixar tubs pels bancs, ja que constituïxen un perill per als altres alumnes. La cromatografia La cromatografia és una tècnica que ens permet visualitzar i separar els components d’una mescla mitjançant l’actuació de dos efectes: la retenció dels components per una fase estacionaria i l’efecte que exerceix sobre aquests mateixos components de la mescla una fase mòbil. Si aquests efectes s’utilitzen correctament es pot determinar la puresa d’un compost per tècniques cromatogràfiques. Segons les característiques de la fase mòbil i de la fase estacionaria hi ha molts tipus de cromatografia. Al laboratori de química orgànica farem servir la cromatografia de capa fina (CCF) per a caracteritzar els productes obtinguts per comparació amb patrons, i així mateix per a comprovar la seua puresa. 19
    • PREPARACIÓ DE LA PRÀCTICA I NOTES DE LABORATORI. Una part important de l'experiència de laboratori en estes pràctiques consistix a deprendre a prendre notes detallades de tots els experiments que portes a terme en ell. Sovint, les notes mal preses en un laboratori causen errors, frustració i pèrdua de temps a causa de la innecessària repetició d'experiments que s'havien realitzat amb anterioritat o a la falta de claredat en l'arreplegada de dades. En este curs de pràctiques, a més de deprendre les tècniques més habituals del laboratori, has de deprendre a prendre dades de forma acurada, prendre nota de les observacions rellevants i planificar l'aïllament i purificació d'una substància per mitjà de l'elaboració d'un diagrama adequat. El quadern de laboratori. No s'han d'utilitzar mai pàgines soltes com a quadern de laboratori, sinó que s'ha d'utilitzar un quadern en què les pàgines estiguen unides, amb la finalitat que estes no es puguen extraviar. El quadern de laboratori és el lloc en què s'ha d'incloure tota la informació rellevant. El professor pot revisar el quadern en qualsevol moment, per la qual cosa cal portar-lo al dia. Mai s’ha de passar en net un quadern de laboratori. Per això cal ser net i acurat a l’hora de fer qualsevol tipus d’anotació en ell. Preparació prèvia de la pràctica en el quadern de laboratori. Es pot estalviar molt de temps en el laboratori si es comprèn el procediment experimental de la pràctica a realitzar i la seua base teòrica. El coneixement de la reacció principal que té lloc, així com de les secundàries, del mecanisme, de l’estequiometria i del procediment experimental són essencials perquè la pràctica resulte profitosa des d'un punt de vista didàctic. També és essencial el comprendre el procediment pel qual se separa el producte principal d'altres substàncies no desitjades. La preparació prèvia de la pràctica significa preparar estos punts abans de la sessió de pràctiques, de manera que estigues preparat per a portar a terme l’experiment de forma eficient, sense pèrdues de temps i comprenent en tot moment què s’està fent en el laboratori i per què. En aquells experiments en què se sintetitza un compost a partir d'altres reactius, és essencial conèixer la reacció principal. Amb la finalitat de facilitar el càlcul estequiomètric que cal portar a terme més tard, primer hi ha que ajustar la reacció. Per això, cal incloure sempre en el quadern l’equació ajustada per a la reacció que es tracte. Utilitzant la pràctica d’obtenció de l’aspirina com un exemple, podríem escriure: CO2 H CO2 H O O + + CH3 CO2 H OH H3 C O CH3 O O Quan siguen conegudes, també has d’incloure al quadern reaccions laterals que puguen donar productes secundaris contaminants abans de començar l’experiment. Estos productes secundaris han de ser separats del que nosaltres desitgem obtindre, utilitzant procediments de purificació. En el cas de la preparació de l’aspirina, la principal reacció secundària és la reacció de l’àcid salicílic per a donar un polímer. O CO2 H N O OH O O O O ... O O També pot ser significativa la reacció d’hidròlisi de l’àcid acetilsalicílic sintetitzat, que pot revertir a l’àcid de partida en certes condicions: 20
    • CO2 H CO2 H H+/H2 O O + CH3 CO2 H OH O Has d’examinar l’estequiometria del procediment experimental per a determinar quin és el reactiu. El reactiu limitant és el reactiu que no està present en excés, i per això, el compost del qual depèn el rendiment global d’obtenció del producte. Esta informació és necessària més tard per a poder calcular el rendiment de la reacció. En el cas de la síntesi de l’àcid acetilsalicílic, el reactiu limitant és l’àcid salicílic, ja que l’anhídrid acètic s’empra en gran excés (fes el càlcul per a comprovar-ho). També has d’incloure en el quadern de laboratori dades com el punt de fusió o ebullició, pesos moleculars, densitats, dades sobre la toxicitat dels productes manejats, i qualsevol altre tipus d’informació rellevant per a la realització de la pràctica. Resulta essencial perquè portes a terme correctament la pràctica el que prepares un esquema del procés del procediment experimental per avançat. En este esquema has d’incloure tots els passos rellevants del procés, indicant clarament l’efecte de cada operació de separació en cada substància resultant de la mescla de reacció. El motiu per a la realització d'este esquema de separació és que quan s’acaba una reacció, el producte final no apareix com una substància pura per art de màgia. Al contrari, hauràs de separar el producte de reacció d’una mescla complexa de productes secundaris, producte de partida que no ha reaccionant, dissolvents i/o catalitzadors. Per a facilitar la comprensió del procediment, has d’establir un esquema de separació en el quadern de laboratori per a l’aïllament del producte desitjat dels seus contaminants. Per a cada pas has d’intentar comprendre el perquè s’ha de portar a terme segons el que indica el procediment experimental. Açò ajuda a familiaritzar-se amb les tècniques bàsiques de separació i purificació utilitzades en Química Orgànica, a més de les circumstàncies en què s’utilitza cada tècnica. En les nostres pràctiques, este esquema té la forma d’un diagrama de flux. Un exemple de diagrama de flux, de nou per al cas de la síntesi de l’aspirina, es mostra en la figura 12. Disolución COOH COOH ( CH3CO )2O Precipitación COOH 70-80ºC OCOCH3 H2SO 4 con H2 O OH OH COOH CH3COOH ( CH3CO )2O CH3COOH H2SO 4 POLIMERO H2SO 4 OH Solido Solido Solido COOH COOH COOH Cristalización OCOCH3 OCOCH3 OCOCH3 EtOH/H2 O Filtración POLIMERO Lavado COOH (Trazas) COOH Disolución (Trazas) OH COOH POLIMERO OH CH3COOH (Trazas) Disolución OH H2SO 4 (Trazas) CH3COOH POLIMERO H2SO 4 Figura 12: Model de diagrama de flux En general, els aspectes principals que han d'arreplegar-se en el quadern de laboratori serien els següents: 1) DESCRIPCIÓ GENERAL DE LA PRÀCTICA a) Tècniques de laboratori que es desenrotllen en la pràctica b) Material necessari c) Característiques físiques(pf, pe, densitat, solubilitat en aigua i en dissolvents orgànics) i toxicitat de reactius i productes d) Quantitat de reactius ( PM, g., mols i proporció entre ells) e) Productes secundaris possibles f) Precaucions especials 2) ESQUEMA DE SEPARACIÓ (diagrama de flux amb fórmules i indicant composició probable de les distintes fases) 21
    • 3) OBSERVACIONS EXPERIMENTALS 4) RESULTATS (producte obtingut amb el seu formula, quantitat, p.f. o p.e., rendiment) 5) COMENTARIS ALS RESULTATS EXPERIMENTALS: Notes a prendre en el laboratori. Quan es comença la pràctica, el quadern de laboratori ha d'estar sempre a mà per a poder consultar les notes preses en la preparació per avançat de la pràctica. En el laboratori, el quadern servix també per a anotar resultats com a pesos obtinguts, volums, determinacions de constants físiques, càlculs, etc. És obvi que esta secció del quadern de laboratori no es pot preparar per adelantat. El propòsit no és el d'escriure una recepta, sinó el d'escriure el que s'ha fet i el que s'ha observat, de forma succinta, però clara. Este tipus d’anotacions haurien de ser prou clares i detallades com perquè puguen ajudar a repetir l’experiment a una persona diferent de la que ha pres les notes. Quan el producte s’ha purificat finalment, cal incloure les dades pertinents, com a punt de fusió/ebullició, color, pes i rendiment. El següent apartat explica com es pot calcular el rendiment d’una reacció. Càlcul de rendiments Una equació química per a la conversió global dels productes de partida en els productes finals s'escriu d'acord amb una estequiometria ideal. De fet, l'estequiometria ideal s'utilitza en la pràctica en poques ocasions. Això és degut al fet que apareixen reaccions secundàries per a donar altres productes; en el cas d'algunes reaccions sintètiques, s'aconseguix un estat d'equilibri en què hi ha una part significativa de producte de partida que es pot recuperar. També pot haver-hi algun reactiu en excés des del principi, o la reacció pot ser incompleta. Tots estos factors contribuïxen que les proporcions en què s'utilitzen els reactius i s'obtenen els productes no coincidisquen quasi mai amb les descrites en l'equació ideal. L'expressió quantitativa de l'eficiència d'una reacció ve donada pel càlcul del rendiment de la reacció. El rendiment teòric d'una reacció és el nombre de mols de producte que s'esperarien obtindre d'una reacció tenint en compte l'estequiometria ideal, ignorant reaccions secundàries, reversibilitat, pèrdues, etc. El rendiment teòric es calcula segons l'expressió: Rendiment teòric = (mols de reactiu limitant) x (proporció estequiomètrica de reactius) La proporció estequiomètrica és el quocient entre el nombre de mols del producte i el nombre de mols del reactiu limitant en l'equació estequiométrica ideal. En el cas de l'aspirina, com s'obté en teoria un mol d'àcid acetilsalicílic per cada mol de reactiu limitant (àcid salicílic), esta proporció és igual a un. O siga, que un mol d'àcid salicílic, en circumstàncies ideals, donaria un mol d'àcid acetilsalicílic. El rendiment és simplement el nombre de mols del producte desitjat obtingut dividit pel rendiment teòric, i s'expressa habitualment en forma de tant per cent: Rendiment =(Mols de producte obtingut x 100) / (rendiment teòric) Per exemple, si partírem de 2 grams d'àcid salicílic (pes molecular=138) i 10 grams d'anhídrid acètic (pes molecular=102) i obtinguérem 1,70 grams d'àcid acetilsalicílic (pes molecular=180), el rendiment es calcularia de la següent manera: En primer lloc, per a determinar quin és el reactiu limitant, cal calcular el nombre de mols dels productes de partida: mols d'àcid salicílic = (grams d'àcid salicílic)/(PM de l'àcid salicílic) = 2/138 = 0,014 mols mols d'anhídrid acètic = (grams d'anhídrid acètic)/(PM de l'anhídrid acètic) = 10/102 = 0,098 mols Atés que en l'equació teòrica només fa falta un mol d'anhídrid acètic per a cada mol d'àcid salicílic, el reactiu limiten- te és l'àcid salicílic, ja que la relació és: (0,098 mols d'anhídrid acètic) / (0,014 mols d'àcid salicílic) = 7 O siga, que hi ha 7 vegades la quantitat teòricament necessària d'anhídrid acètic. Com l'àcid salicílic està en menor proporció que l'anhídrid acètic, és el reactiu limitant. Per a calcular el rendiment cal calcular el nombre de mols d'àcid acetilsalicílic obtingut: mols d'àcid acetilsalicílic obtingut = (grams d'àcid acetilsalicílic)/(PM de l'àcid acetilsalicílic) = 1,70/180 = 22
    • 0,0094 mols. Atès que s’obté teòricament un mol d’àcid acetilsalicílic per cada mol de reactiu limitant (àcid salicílic), el rendiment serà: Rendiment = 100 x ((0,0094 mols d'àcid acetilsalicílic) / (0,014 mols d'àcid salicílic)) x ((1 mol teòric d'àcid acetilsalicílic) / (1 mol teòric d'àcid salicílic)) = 100 x 0,0094 / 0.014 = 67%. Donada la naturalesa del càlcul del rendiment, en general no té sentit especificar més de dos xifres significatives. O siga, que en l'exemple anterior no s'ha de donar un rendiment com el 67,1428%, sinó com 67%. BIBLIOGRAFIA SEGURETAT I NORMES DE LABORATORI: Mesures de Seguretat i Higiene als laboratoris de la Universitat de València. Servei de Prevenció de Riscs Laborals. CARACTERÍSTIQUES DELS COMPOSTS (dades físiques, químiques etc.) s’han de consultar els dos llibres següents, a més d’incloure la informació adicional de les pàgines web indicades. 1. HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS. 2. THE INDEX MERCK. 3. www.sigma-aldrich.com 4. “INTERNATIONAL CHEMICAL SAFETY CARDS”. http://www.ilo.org/public/english/protection/safework/cis/products/icsc/dtasht/ TÈCNIQUES I EXPERIMENTS 5. TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN SÍNTESIS ORGÁNICA”Mª A. Martinez Grau y A. G. Csákÿ. Ed. Síntesis (2001) 6. QUÍMICA ORGÁNICA EXPERIMENTAL. D.L. Pavia, G.M. Lampman y G.S. Kriz Jr., Ed. Eunibar (1978). 7. VOGEL´s TEXTBOOK OF PRACTICAL ORGANIC CHEMISTRY. B.S. Furniss, A.J. Hannaford, P.W.G. Smith, A.R. Tatchell, Ed. Longman (1989). 8. CURSO PRACTICO DE QUÍMICA ORGÁNICA".R. Brewster, C.A. Vanderwert y W.E. McEwen. Ed. Alhambra (1965). 23
    • PRÀCTICA 1: UTILITZACIÓ DEL MATERIAL I EQUIPS DE LABORATORI. TÈCNIQUES DE SEPARACIÓ I PURIFICACIÓ Part 1: Utilització del material i equips de laboratori A continuació tens el dibuix de cada una de les peces que trobaràs en el lloc de treball. Repassa els teus coneixements i indica, davall de cada una d'elles, el seu nom correcte. Pots ajudar-te de l’inventari que trobaràs a les taules, on està indicat tot el material que ha d’haver en el lloc i el seu nom. En aquest apartat s'explicaràn el maneig d'alguns dels equips que es van a utilizar durant les sessions: uns són propis del lloc de treball (manta calefactora, agitador i vareta magnètica) i altres són d'ús comú per a tot el laboratori (plaques calefactores, banys d'aigua, trompes d'aigua, balances, aparells per a la determinació de punts de fusió, estufa, màquina de gel i rotavapor). Part 2: Separació i purificació d'àcid benzoic i alcohol isoamílic Objectius: Aplicació de les tècniques experimentals bàsiques a la separació i purificació de dos productes en una mescla 1) Extracció amb embut de decantació. Procediment experimental: Una mescla formada per 5 mL d'alcohol isoamílic i 5 g àcid benzoic es dissol en 50 mL de diclorometà (aquesta mescla ja està preparada en el laboratori, i has d’agafar 50 mL) La dissolució es passa, amb ajuda d'un embut cònic, a un embut de decantació. La dissolució anterior s'extrau amb tres porcions d’aproximadament, 20 mL de solució 2N NaOH/H2O. La fase orgànica es llava un parell de vegades amb aigua, posteriorment amb salmorra fins a pH neutre i finalment es transvasa a un erlenmeyer per al seu assecat amb sulfat sòdic anhidre. 2) Cristal·lització i determinació de punts de fusió. Procediment experimental: La solució aquosa bàsica s’acidula amb HCl concentrat (gota a gota i amb agitació) fins a pH àcid. L’àcid benzoic precipitat de la fase aquosa s’arreplega, per filtració en Büchner, es llava amb un poc d’aigua i es recristal·litza amb la menor quantitat possible d'aigua calenta. Els cristalls obtinguts s’arrepleguen, s’assequen, es determina el punt de fusió (bibliografia, 121ºC), es pesen i s’entreguen al professor. 3) Destil·lació i determinació de punts d’ebullició. Procediment experimental: La dissolució orgànica es filtra (per a eliminar l’agent dessecant) amb un embut cònic i filtre de plecs, passant-la a un matràs de fons redó, se afig un poc de plat porós i es munta un sistema de destil·lació. La mescla es calfa lleugerament (un 20% de la potència del sistema calefactor) i es destil·len el diclorometà i l'alcohol isoamílic. L'alcohol isoamílic obtingut es pesa i s'entrega al professor de pràctiques. El diclorometà recuperat s’aboca en la botella indicada. 24
    • PRÀCTICA 2: SÍNTESI DE DIFENILHIDATOÏNA. H H C6 H5 H5 C6 O H2 N N N C O OH- HO O O C O C O HO N H2 N H5 C6 N C6 H5 H5 C6 H5 C6 H H Objectius: Síntesi de difenilhidantoïna. Formació d’un sistema heterocíclic. Procediment experimental: En un matràs de fons rodó de 100 mL, es mesclen 2,5 g de benzil, 1,5g d’urea, 10 mL d’NaOH al 30% i 50 mL d’etanol. La mescla es calfa a reflux durant 1 hora. El contingut del matràs es deixa refredar, i després s’aboca sobre 75 mL d’aigua. La suspensió obtinguda es filtra per gravetat i el filtrat s’acidifica amb HCl concentrat. El precipitat blanc que apareix es filtra i s’asseca a buit, recristalitzant-lo finalment d’etanol. PRÀCTICA 3. ACETILACIÓ D’ALCOHOLS: ACETAT D’ISOAMIL O Me H+ O Me Me + + H2O OH HO Me Me O Me Objectius: Aplicació de les tècniques de reflux, extracció i destil·lació a la realització d’una reacció química i a la separació i purificació del producte. Procediment experimental: En un matràs de fons rodó de 100 mL s'introduïxen 15 mL d’alcohol isoamílic i 20 mL d'àcid acètic i se'ls afigen acuradament i amb agitació 3,6 mL d’àcid sulfúric concentrat. La mescla resultant s’agita perquè els components es mesclen bé i es calfa a reflux durant una hora, després es retira del sistema calefactor i es deixa refredar la mescla a temperatura ambient (o es refreda utilitzant un bany de gel i aigua). La mescla de reacció es passa a un embut de decantació amb ajuda d’un embut i es llava amb 50 mL de clorur sòdic aquós 2M. Després d’agitar la mescla diverses vegades, es deixa reposar i se separa la capa aquosa (inferior), despreciant-la. La capa orgànica es llava amb uns 25 mL de dissolució aquosa de bicarbonat sòdic 1 M, agitant acuradament fins que no s'observe despreniment gasós. Separar i rebutjar la capa aquosa i repetir l’operació amb porcions de 25 mL de dissolució de bicarbonat fins que la capa aquosa indique pH neutre o bàsic. La fase orgànica es llava finalment amb 20 mL de clorur sòdic aquós 4M, separant de nou la fase aquosa (inferior) i transferint l’ester (fase superior) a un Erlenmeyer de 100 mL, on s’assecarà afegint mitja cullerada de sulfat sòdic anhidre (o més si és necessari), agitant ocasionalment durant 10-15 minuts. L’ester es passa a un matràs de fons redó de 100 mL sec filtrant a través de cotó o llana de vidre (alternativament es pot decantar el líquid amb atenció que no passe sòlid). Finalment, es destil·la arreplegant el destil·lat entre 135-142 ºC en un vial sec i prèviament tarat per a calcular posteriorment el rendiment. Cal tindre atenció de no destil·lar a sequedat (o siga, que no ha de quedar-se sec el matràs; quan queden un parell de gotes per destil·lar, es retira la manta calefactora per a detindre la destil·lació). 25
    • PRÀCTICA 4: SÍNTESI DE BENZOCAÏNA NH2 NHCOCH3 NHCOCH3 NH2 a) HCl conc (CH3CO)2O KMnO4 b) EtOH/H2SO4 CH3 CH3 COOH CO2CH2CH3 Objetivos: Síntesi en diversos passos. Ús de grups protectors en síntesi orgànica. Part 1: Síntesi de N-acetil-para-toluidina Procediment experimental: En un matràs erlenmeyer de 100 mL s'introduïxen 4 gr de para-toluidina. A continuació s'afigen en vitrina 10 mL d’anhídrid acètic, a poc a poc i agitant. La reacció és molt exotèrmica. La mescla de reacció es deixa en repòs durant 10 minuts i llavors s’aboca sobre 50 mL d’aigua/gel. Si la mescla de reacció cristal·litza en el matràs, s’arrossega el sòlid amb un poc d’aigua freda. La suspensió del producte en aigua s’agita amb una vareta i a continuació el sòlid obtingut s’arreplega per filtració a buit (p.f. 153-154º C). El producte obtingut es conserva per a portar a terme la següent etapa de la síntesi. Part 2: Síntesi d’àcid para-Acetamidobenzoic Procediment experimental: En un got de precipitats s'introduïx la N-acetil-para-toluidina, 200 mL d’aigua i una quantitat de 1.8 g de permanganat potàssic per cada gram de N-acetil-para-toluidina. La mescla es calfa en un bany d’aigua agitant periòdicament fins que adquirix un marcat color marró (aprox. 30 minuts). La dissolució resultant calent es filtra a buit amb ajuda d'un embut Büchner en el que, sobre el paper de filtre, s’ha disposat una capa de sílice de 2 cm de gruix. Si la dissolució filtrada presenta una coloració violàcia, afegir gota a gota etanol fins que el color desaparega. Quan el filtrat siga incolor o lleugerament groc, es deixa refredar i s’acidifica amb àcid sulfúric al 20 %. El sòlid blanc resultant es filtra a buit (pf 259-262º C). Part 3: Síntesi de clorhidrat d'àcid para-Acetaminobenzoic Procediment experimental: (Treballar en vitrina). En un matràs de 100 mL proveït de refrigerant de reflux, es calfen durant 30 min. una mescla de 2,5 g de l’àcid N-acetil-para-aminobenzoic i 25 mL d’àcid clorhídric concentrat. Es deixa refredar i s’arreplega el precipitat de clorhidrat de l'àcid para-aminobenzoic per filtració a buit. Part 4: Síntesi de bezocaïna (per a fer aquesta pràctica és convenient començar, com a mínim, amb 2,5 g de clorhidrat d’àcid para-aminobenzoic) Procediment experimental: En un matràs de 100 mL, amb refrigerant de reflux i en vitrina, es mesclen 2,5 g de clorhidrat d’àcid para-aminobenzoic, 20 mL d'etanol i 1 mL d'àcid sulfúric concentrat. La mescla es calfa a reflux durant dos hores. Després de refredar la mescla, es neutralitza amb una dissolució de carbonat sòdic aquós al 10%. S'extrau amb diclorometà (3 x 15 mL), la fase orgànica se seca amb sulfat sòdic anhidre i s’evapora en el rotavapor. El sòlid obtingut es recristal·litza d’etanol aigua (pf 92º C). 26
    • PRÀCTICA 5: AÏLLAMENT DE LA CAFEÏNA DEL TÉ O Me Me N N O N N Me Objectius: Aïllament d'un producte natural. Anàlisi cromatogràfica dels productes aïllats. Procediment experimental: En un got de precipitats es calfa a ebullició, durant aproximadament 20 minuts, una mescla de 5 gr. de fulles de té, 5 g. de carbonat càlcic en pols i 100 mL d'aigua. A continuació es filtra la mescla en calent a buit. Es deixa refredar el filtrat a temperatura ambient i s’extrau dos o tres vegades amb diclorometà (2 x 20 mL) (no agitar vigorosament per a evitar la formació d’emulsions). Es reunixen les fases orgàniques, es seca sobre sulfat sòdic anhidre i es concentra a sequedat. El residu que queda en el matràs conté la cafeïna que es purifica per cristal·lització d'acetona. Si és necessari es pot recristal·litzar del mateix dissolvent. Es seca el producte i es calcula el percentatge de cafeïna en el té. Si es desitja es pot portar a terme una purificació addicional per sublimació. Anàlisi cromatogràfica de la cafeïna: s'analitzen per cromatografia de capa fina la cafeïna aïllada del té abans i després de la purificació. Es pot utilitzar com a dissolvent de desenrotllament l'acetat d'etil. Determineu el Rf de la cafeïna. Els resultats es compararan amb els obtinguts en les dos pràctiques següents. PRÀCTICA 6: SÍNTESI DE L'ASPIRINA O O O O H+ OH OH + + CH3CO2H O OH O O Acido salicilico Acido acetilsalicilico Objectius: Síntesi d’aspirina. Purificació de l’aspirina per cristal·lització. Determinació de la seua puresa per mitjà del punt de fusió i amb reactius químics. Anàlisi cromatogràfica del producte obtingut. Procediment experimental: En un matràs de fons rodó de 100 mL s’addicionen 1,5g d'àcid salicílic, 3 mL d'anhídrid acètic i de 3 a 4 gotes d'àcid sulfúric en eixe orde. S'agita suaument per a homogeneïtzar la mescla i s'introduïx en un bany d'aigua a 70-80 ºC durant uns 15 minuts agitant ocasionalment. Es retira el matràs del bany i s'addiciona la mescla de reacció inclús calenta a uns 10 mL d'aigua (Nota: l’anhidrid acètic reacciona violentament amb l’aigua i la mescla pot esquitxar). Es refreda ràpidament el matràs en un bany de gel, amb la qual cosa començarà la precipitació de l'aspirina. (Si el sòlid no apareix o precipita un oli, es rasquen suaument amb la vareta les parets del matràs). Quan el producte haja precipitat s'arreplega per filtració a buit, llavant l'erlenmeyer i el producte diverses vegades amb “xicotetes” quantitats d'aigua freda fins que s'haja eliminat l'àcid acètic. Es guarden uns cristalls en un tub d’assaig net. Recristal·lització de l'aspirina: Es transferix el producte a un erlenmeyer i es dissol en la mínima quantitat d’etanol en calent. S’addicionen ràpidament aigua temperada (40-50ºC) fins que aparega turbidesa, i es continua calfant fins a ebullició. Si és necessari es filtrarà en calent, i el filtrat es deixarà reposar primer a temperatura ambient i després en un bany de gel per a que l’aspirina cristal·litze. Finalment, l’aspirina es filtra a buit i es llava amb un poc d’aigua freda. Prova de fenols: Uns pocs cristalls d’aspirina s'introduïxen en un tub d’assaig i es suspenen en uns mL d’aigua. S’addiciona unes gotes de dissolució de clorur fèrric i s’observa el color. Es realitza el mateix amb els cristalls d’aspirina impura guardats amb anterioritat i amb àcid salicílic pur. Comparar les coloracions. La resta d’aspirina es 27
    • deixa assecar (normalment fins a la següent sessió de pràctiques), es pesa i determina el rendiment i punt de fusió. Anàlisi cromatogràfica: Es comparen per cromatografia de capa fina el principi actiu aïllat de la cafaspirina de la pràctica següent amb l’aspirina sintetitzada en aquesta. Es pot utilitzar com a dissolvent de desenrotllament l'acetat d'etil. Determinar el Rf. PRÀCTICA 7: SEPARACIÓ DELS COMPONENTS D’UNA PASTILLA D’ANALGÈSIC Objectius: Separació per extracció de dos compostos de característiques àcid-base diferents. Anàlisi cromatogràfica dels productes aïllats. Procediment experimental: Es tritura una pastilla d'analgèsic (cafeaspirina) i es suspén en la mínima quantitat de metanol. S'afig 20 mL de diclorometà i s'extrau amb una dissolució de Na2CO3 al 10%. La fase orgànica s’asseca sobre sulfat sòdic anhidre i s'evapora el dissolvent quedant un residu de cafeïna que es pot purificar com en l'apartat anterior. D'altra banda la dissolució aquosa s'acidifica amb HCl i s'extrau amb diclorometà. Les fases orgàniques reunides s'assequen sobre sulfat sòdic anhidre i per evaporació del dissolvent s'obté el principi actiu de l'analgèsic que es pot purificar per cristal·lització d'etanol-aigua. Es calcula el rendiment i es determina el seu punt de fusió. Anàlisi cromatogràfica: es comparen per cromatografia de capa fina la cafeïna aïllada del té i l'aïllada de la cafiaspirina així com el principi actiu aïllat d'esta. Es pot utilitzar com a dissolvent de desenrotllament l'acetat d'etil. Determinar el Rf de la cafeïna i del principi actiu. Els resultats es compararan amb els obtinguts en la pràctica anterior. PRÁCTICA 8: SÍNTESI DE PARACETAMOL NH2 NHCOCH3 CH3COOCOCH3 + CH3COOH OH OH Objectius: Síntesi de paracetamol. Control en la reacció de monoacetilació. Procediment experimental: En un matràs erlenmeyer de 250 mL, s’introdueixen 4 g de p-aminofenol en 18 mL d’aigua. S’afegeix lentament 4,5 mL d’anhidrid acètic a la suspensió. La mescla de reacció s’agita i es calfa en un bany d’aigua, controlant que la temperatura del bany no siga mai superior a 80ºC, fins que es dissolga completament el contingut del matràs (aproximadament 15 min.). Es deixa refredar i el sòlid format es separa per filtració a buit, llavant-lo amb aigua. El producte obtés es recristalitza d’aigua i es pot caracteritzar determinant el punt de fusió i/o per CCF per comparació amb una mostra patró (eluents hexà:acetat d’etil 1:3). 28