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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

Facultad de Farmacia y Bioquímica

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Industrial

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA PRÁCTICA N° 03: Purificación de compuestos orgánicos-CRISTALIZACIÓN HORARIO:

Jueves 5 – 7 pm

MESA N°:

1

DOCENTE:

Q.F. Rivas Altez, Walter

INTEGRANTES:  Apaza Yanapa, Sergio Alberto  Cayllahua Soto, Axel Sebastián  Coronel Uriarte, Eiden Stuart  De la Cruz, Huarcaya, Katherine  Olivo Vásquez, Renzo Joe

2019-I Lima - Perú

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL)

INTRODUCCIÓN Los productos sólidos que se obtienen en una reacción suelen estar acompañados de impurezas que hay que eliminar para poder disponer del producto deseado en el mayor grado de pureza posible.

El método más adecuado para la eliminación de las impurezas que contamina un sólido es por cristalizaciones sucesivas bien en un disolvente puro, o bien en una mezcla de disolventes. Al procedimiento se le da el nombre genérico de recristalización.

La cristalización se basa en la solubilidad de la sustancia en un solvente adecuado a diferentes temperaturas. Generalmente la solubilidad aumenta con la temperatura y este incremento puede ser muy variable.

Para lograr la cristalización se parte de una solución saturada del compuesto a una temperatura cercana al p.e (punto de ebullición) del disolvente y, al enfriarse, se deposita la parte no soluble del soluto en forma de cristales. Por ello, un disolvente adecuado debe tener como característica principal que el compuesto a cristalizar sea muy soluble en él a temperatura elevada (generalmente a temperatura de ebullición) y sea muy poco soluble a temperatura baja (temperatura ambiente o algo menores).

Práctica N°3

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COMPETENCIAS - Conocer y comprender el concepto de cristalización. - Describir y comprender los métodos de purificación.

MATERIALES + El producto obtenido en la práctica anterior (ácido salicílico).

+Beaker

+Tubo de ensayo

+Cocinilla

+Gradilla

+Embudo

+Papel filtro

+Etanol

+Bagueta

+Erlenmeyer Práctica N°3

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MARCO TEORICO Cristalización Técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Esta operación se utiliza con frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas.

Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalización y, naturalmente, en cada cristalización resulta una pérdida del soluto deseado que se queda en el líquido madre junto con las impurezas.

Recristalización La recristalización es una técnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificación de sustancias sólidas que contienen pequeñas cantidades de impurezas. Esta técnica se basa en el hecho de que la mayoría de los compuestos incrementan su solubilidad con la temperatura, de modo que la muestra a recristalizar se disuelve en un disolvente o mezcla de disolventes a su temperatura de ebullición. Posteriormente, tras una serie de operaciones sencillas, se deja enfriar lentamente de modo que se genera una disolución del compuesto sobresaturada lo que favorece la formación de cristales de este al encontrarse en mayor proporción. La formación y crecimiento de cristales en una red ordenada de forma lenta favorece la incorporación de moléculas del compuesto excluyendo de esta red cristalina las moléculas de las impurezas, de modo que al final se obtiene un sólido enriquecido en el compuesto que queremos purificar. Se siguen los siguientes pasos para abordar un proceso de recristalización:

a) Elección del disolvente. Para ello se realizan pruebas de solubilidad en distintos disolventes de modo que se introduce un poco del compuesto a recristalizar en distintos tubos de ensayo y se adiciona en cada uno los diferentes disolventes elegidos, se calienta y se observa que ocurre. El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que: -No reacciona con el compuesto. Práctica N°3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL) -Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto. -Disuelve gran cantidad del compuesto cuando está caliente. -Disuelve una pequeña cantidad de compuesto cuando esta frío. -Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secadosrápidamente. - No es tóxico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración. En algunas ocasiones, no es posible encontrar un disolvente puro que cumpla estos requisitos, y en estos casos, se puede utilizar una mezcla compuesta de dos o más disolventes en cantidades adecuadas. Por supuesto, en este caso, además de elegir las proporciones adecuadas de cada uno, es necesario que los disolventes escogidos sean miscibles. b) Preparación de la disolución Como regla general, el objetivo es disolver el soluto en la mínima cantidad de disolvente a su temperatura deebullición. El compuesto a recristalizar, finamente pulverizado, se coloca en un matraz al que se acopla un refrigerante de reflujo. Se echa un trocito de plato poroso y se cubre el sólido con un volumen del disolvente elegido que se juzgue todavía insuficiente para disolverlo totalmente se calienta la mezcla hasta ebullición, agitando constantemente al comunicar al líquido un movimiento de giro. A la solución hirviente se añade más disolvente en pequeñas porciones y continuando la agitación. Entre cada dos adiciones se debe dejar el tiempo suficiente para que el soluto pueda disolverse. Se continúa la adición de disolvente hasta que todo el soluto se ha disuelto a la temperatura de ebullición. c) Filtración en caliente La solución caliente se debe filtrar de tal forma que no cristalice nada de soluto ni en el papel de filtro ni en el embudo. Para ello se requiere una filtración rápida con un mínimo de evaporación en un embudo previamente calentado en una estufa, y provisto de un filtro de pliegues para aumentar la velocidad de filtración. d) Enfriamiento de la disolución Durante el enfriamiento de la solución caliente se pretende que cristalice la máxima cantidad de la sustancia deseada con un mínimo de impurezas. El proceso se realiza en un matraz Erlenmeyer, tapado. Generalmente, es preferible que los cristales tengan un tamaño medio, porque los cristales grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el cual lleva impurezas disueltas, y los cristales pequeños presentan una gran superficie sobre la que éstas quedan adsorbidas. Práctica N°3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL) e) Separación de los cristales En este paso se pretende separar los cristales formados, quitándoles la mayor cantidad posible de aguas madres, con una evaporación mínima. Generalmente esto se consigue empleando un embudo Büchner unido a un matraz, que a su vez se conecta a la trompa de vacío. Los matraces deberán sujetarse mediante unas pinzas a un soporte. El Büchner debe ser de tamaño adecuado, eligiéndose el más pequeño que permita la recogida con holgura de toda la masa cristalina sin que ésta llegue a rebosar el borde superior del embudo. El papel de filtro debe cubrir por completo todos los orificios de la placa del Büchner, pero su diámetro debe ser ligeramente inferior al de esta placa. Al colocarlo debe quedar completamente liso y sin arrugas para que no pueda pasar nada de sólido por sus bordes. Esto se consigue fácilmente humedeciendo el papel con disolvente y haciendo succión.

f) Secado de los cristales Los cristales obtenidos en la última etapa deben quedar libres del disolvente adherido mediante un secado. El embudo se invierte sobre un papel de filtro de superficie lisa doblado en tres o cuatro capas y los cristales se pasan a éste con ayuda de una espátula limpia. Sobre los cristales se colocan otras hojas de papel de filtro y la mayor parte del disolvente se exprime presionando fuertemente. Entonces se pasan los cristales a un vidrio de reloj limpio o una cápsula plana y se cubren con una hoja de papel de filtro para evitar que caigan partículas de polvo. En estas condiciones se pueden dejar secar al aire a la temperatura ambiente o se pueden introducir en un desecador de vacío sobre un desecante que sea eficaz para eliminar el disolvente usado.

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PARTE EXPERIMENTAL 1) Colocamos el Ácido salicílico obtenido en la experiencia anterior en un vaso de 150 mL luego adicionamos 10 mL de alcohol etílico, con ayuda de una bagueta intentamos disolver el sólido.

2) Calentamos la solución hasta que empiece a ebullir (no hervir) en una cocinilla como se ve en la imagen:

3) Inmediatamente filtramos la solución caliente en dos tubos, uno lo enfriamos con un chorro de agua fría y el otro a temperatura ambiente

Enfriamiento al chorro de agua fría.

Enfriamiento a temperatura ambiente. Práctica N°3

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS -

En el primer paso pudimos observar que, aunque movamos la solución de ácido salicílico con etanol con la bagueta el soluto (aspirina), no desapareció

-

En el segundo caso pudimos ver que al calentar desaparecieron algunos pedazos que habían quedado del paso anterior pero aun así quedaban algunos

-

Ya para el tercer paso pudimos observar que los tubos en los que filtramos la solución caliente anterior:

a)

Dejamos enfriar el filtrado por algunos minutos y notamos pequeños cristales en el fondo del tubo

b)

Dejamos enfriar el filtrado mojándolo con un chorro de agua y también se observa formación de cristales -

Un problema que se nos presentó fue la pérdida de muestra al momento del filtrado ya que una parte de los cristales se adhieren a las paredes del vaso.

CONCLUSIONES  Los compuestos orgánicos contienen impurezas que pueden ser separadas por diversos métodos en particular por una recristalización.  Realizar la disolución en caliente es fundamental para obtener una

disolución

saturada y facilitar la cristalización del soluto.  La cristalización es una de las técnicas mayor empleadas y efectivas para la purificación de un soluto.  Se observó una mayor formación de cristales en el tubo que se dejó enfriar Temperatura Ambiente.  No se pueden obtener el 100% de los cristales debido al factor de adherencia.

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CUESTIONARIO 1. ¿Qué otras técnicas de purificación de compuestos orgánicos se conocen? Detallar cada uno de los métodos. A) FILTRACIÓN Por gravedad: Consiste en retener partículas sólidas suspendidas de un líquido o un gas forzando la mezcla a través de una barrera porosa que puede ser mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido. Por succión: La filtración a vacío o por succión se utiliza para mezclas como barros y pastas. El agua al pasar a través de la trompa, en el estrechamiento interior, aumenta su velocidad originando una disminución de presión. Esto origina una succión del aire a través de la conexión con el matraz, originando un pequeño vacío en éste. También se emplea para separar los cristales obtenidos a partir de una disolución. B) DECANTACIÓN: Consiste en separar componentes que contienen diferentes fases siempre que exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases (dos líquidos no miscibles, un sólido de un líquido. etc.) C) SUBLIMACIÓN: Es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido. Se puede considerar como una forma especial de destilar una sustancia sólida. El sólido que sublima se convierte directamente por calefacción (sin fundir) en su vapor, después se condensan sus vapores a sólido mediante enfriamiento Tipos de compuestos Disolventes sugeridos Hidrocarburos Hexano, ciclohexano, tolueno Éteres Éter, diclorometano Haluros Diclorometano, cloroformo Compuestos carbonílicos Acetato de etilo, acetona Alcoholes y ácidos Etanol Sales Agua 6 La temperatura de sublimación es aquella a la cual la presión de vapor del sólido iguala a la presión externa. Para que una sustancia sublime debe tener una elevada presión de vapor, es decir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles Cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia más fácilmente sublimará. La sublimación es un método excelente para la purificación de sustancias relativamente volátiles. Ejemplos: la desaparición de la nieve, sin fundir, en un día de invierno frío pero soleado, el dióxido de carbono sólido, la naftalina y el yodo que subliman a la temperatura ambiente.

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL) D) DESTILACIÓN: La separación y purificación de líquidos por destilación constituye una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles. La destilación hace uso de la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que constituyen una mezcla. Las dos fases en una destilación son la vaporización o transformación del líquido en vapor y la condensación o transformación del vapor en líquido. Existen varios tipos de destilaciones. -

Destilación simple

-

Destilación a vacío o presión reducida

-

Destilación fraccionada

-

destilación en corriente de vapor

E) EXTRACCIÓN: Técnica general más utilizada para el aislamiento y purificación de un compuesto orgánico de una mezcla de reacción o de sus fuentes naturales Se aplica a todo tipo de mezclas ya sean sólidas, líquidas o gaseosas Está fundamentada en la diferencia de solubilidades de los compuestos. Existen varios tipos de extracción. -

Extracción líquido-líquido

-

Extracción solido-líquido

-

Extracción con fluidos supercríticos (efs)

F) CROMATOGRAFÍA: Cromatografía significa “Escribir en Colores” [del griego cromos (color) y grafe (escribir)]. Debe su nombre al biólogo ruso Mikhail Tswett primera persona que utilizó esta técnica (1906) al separar una mezcla de pigmentos naturales. Utilizó una columna larga de vidrio, rellena de sulfato de calcio finamente dividido y con una llave en su extremo inferior. Comprobó que al colocar una mezcla de pigmentos verdes de una planta en una columna que se eluye con éter de petróleo, aparecen unas bandas horizontales con diferentes colores que se corresponden con cada uno de los pigmentos de la mezcla y que indica que ha habido una separación a lo largo de la columna Aproximación a la técnica de Tswett La separación no tiene nada que ver con el color de los compuestos sino con la diferente afinidad de adsorción de los pigmentos hacia el yeso. De esta forma los compuestos que se adsorben más débilmente avanzan por la columna de cromatografía con más rapidez que los compuestos que se adsorben más fuertemente. Aunque el color tiene poco que ver con la cromatografía moderna, su nombre ha persistido Práctica N°3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL) y se sigue utilizando para describir todas las técnicas de separación en las que intervienen una fase móvil y una fase estacionaria. Existen varias formas de cromatografía. -

Cromatografía de adsorción.

-

Cromatografía de reparto.

-

Cromatografía de intercambio iónico.

-

Cromatografía de exclusión molecular.

2. ¿Qué es la recristalización? Es una técnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificación

de

sustancias

sólidas

que

contienen pequeñas cantidades de impurezas. El método más adecuado para la eliminación de estas impurezas que contamina un sólido es por cristalizaciones sucesivas bien en un disolvente puro, o bien en una mezcla de disolventes. Al procedimiento se le da el nombre genérico de recristalización. Este método consta de los siguientes pasos:

1. Elección del disolvente 2. Preparación de la disolución 3. Filtración en caliente: Para eliminar las impurezas solubles. 4. Enfriamiento: Para producir la cristalización o precipitación. 5. Separación de los cristales obtenidos. 6. Secado de los cristales: Para determinar el porcentaje de pureza o rendimiento.

3. ¿Qué son las aguas madres? ¿Qué utilidad le daría usted? Se les llama aguas madres a las soluciones que quedan luego de la precipitación. Se puede utilizar para volver a recristalizar ya que pueden tener considerable cantidad de sustancia, pero hay que tener en cuenta que las impurezas estarán más concentradas y es importante hacer un trabajo esmerado para no confundir los pasos a realizar. Práctica N°3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL) 4. ¿Qué tipos de cristales existen? ¿Qué parámetros influyen en su formación? - Cristales Iónicos.- Son aquellos que se forman mediante iones positivos y negativos que se unen entre sí, como consecuencia de fuerzas electrostáticas. Estos carecen de electrones libres, por lo que son malos conductores de calor y electricidad, al menos que sufran cambios de temperatura elevados, adquiriendo entonces los iones una mayor movilidad, pudiendo adquirir conductividad eléctrica. - Cristales Covalentes.- Estos son aquellos que se mantienen unidos por una red tridimensional de enlaces covalentes. Las uniones entre sus átomos son extremadamente compactas y no poseen electrones libres. Al no contar con electrones libres que puedan trasladar la energía de un punto a otro, estos cristales carecen de la capacidad de conducción de la corriente eléctrica y son pésimos conductores de calor. Así mismo la forma de las moléculas se encuentran enlazadas en formaciones cúbicas, como por ejemplo el diamante, dándoles una dureza estructural muy grande. - Cristales Moleculares.- Son aquellos que se forman en sustancias cuyas moléculas no son polares, y se mantienen unidos gracia a las fuerzas de Vander Waals, y siendo que estas fuerzas son débiles, estos cristales presentan facilidad para la deformación. Son ejemplo de este tipo de cristales los que son formados de SO2 y el hielo. - Cristales Metálicos.- Son aquellos que están constituidos por elementos metálicos, que bien pueden ser puros o combinados, pudiendo contener algunos elementos no metálicos dentro de su estructura. Presentan muy buena conductibilidad para la electricidad, así como para el calor, se caracterizan por ser opacos a la luz visible (a diferencia de gran parte de los cristales como por ejemplo el diamante, zafiro o el cuarzo), además son deformables (en especial con calor). Por lo común sus estructuras moleculares son ordenadas, aunque también puede haberlos con estructuras amorfas. - Cristales líquidos.- Son cristales cuyas moléculas se encuentran en un estado de agregación de la materia, con propiedades características del estado líquido y del sólido. Si bien sus moléculas poseen cierta libertad de movimiento dentro de su “plano”, sus constituyentes presentan un cierto grado de ordenamiento (incluso en la fase o estado líquido), teniendo una posición o fase intermedia entre los sólidos mono cristalinos y los líquidos, presentando propiedades tanto de líquidos como de cristales sólidos. Estos cristales líquidos, se dividen en tres grupos los nemáticolos esmécticos y los colestéricos. Poseen propiedades que se han aprovechado, en especial en la electrónica.

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PRÁCTICA N° 3 1.- Porqué se eligió al alcohol etílico como solvente ideal: El Alcohol etílico (etanol) es utilizado porque se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. 2.- Que tipo de impurezas encontró al realizar la purificación: Con respecto a las masas de las muestras iniciales notamos un una pequeñísima variación de masas lo cual es un factor determinante de existencia de impurezas.

3.- Al realizar la etapa del enfriamiento, qué observó Los cristales obtenidos al final de la recristalización por las dos formas de enfriado notamos que en la primera por la temperatura ambiente los cristales son pequeños y menudos mientras que en la segunda por acción del chorro de agua el tamaño es más grande. No se realizó analices de otro tipo.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

The National Institute for Occupational Safety and Health. Acetylsalicylic acid. [Internet].

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14

jul

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https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0010.html 

Carlos Eduardo Núñez. Purificación por cristalización.[Internet].2008 [Consultado 04/05/2019] Disponible en : http://www.cenunez.com.ar/archivos/44-Acercadelapurificacinporcrsitalizacin.pdf

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 Universidad Complutense de Madrid [Página principal en Internet]. Madrid: Universidad Complutense de Madrid; c2010 [actualizada 5 noviembre 2010; acceso 27 setiembre 2014]. Disponible en: https://www.ucm.es/.

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