PRÁCTICA 3. TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

PRÁCTICA 3. TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES

        El proceso de extracción con disolventes se utiliza en química orgánica para:

- Aislar un compuesto de una sustancia natural.

- Aislar algunos de los componentes de una disolución.

- Eliminar pequeñas cantidades de impurezas  en compuestos orgánicos.

        Ejemplos de este proceso son: la extracción de alcaloides de las hojas y cortezas; de esencias vegetales de las semillas; de aceites esenciales de las flores.

         El proceso de extracción consiste en su aplicación más simple y común, en agitar una mezcla con un par de disolventes inmiscibles, dejando que las sustancias componentes de la mezcla se distribuyan entre los dos disolventes de acuerdo con sus solubilidades. Los disolventes más utilizados en este proceso son: éter etílico, cloruro de metileno, cloroformo, disulfuro de carbono, acetona, varios alcoholes y el agua.

        Por ejemplo, supongamos que en la preparación de un compuesto orgánico, la mezcla de reacción contiene agua, el compuesto preparado (parcialmente en disolución y parcialmente en suspensión), y pequeñas cantidades de otros compuestos orgánicos formados por reacciones secundarias, sales inorgánicas y los ácidos nítrico y sulfúrico diluidos. Si esta mezcla se coloca en un embudo separador y se agita con éter, las distintas sustancias presentes se distribuirán entre la capa etérea y la capa acuosa, de acuerdo con sus solubilidades relativas en cada uno de los disolventes. La mayor parte de los compuestos orgánicos no polares se encontrarán en la capa etérea, mientras que las sales inorgánicas polares, se encontrarán en la capa acuosa.

        Ahora bien, dada una cantidad limitada del disolvente, y con el fin de asegurar los mejores resultados ¿se debe usar el disolvente completo en una sola operación o dividido en varias extracciones?

        Analicemos un ejemplo específico: La extracción de 4 g de ácido n-butírico disueltos en 100 mL de agua con 100 mL de benceno a 150C.

        Se ha comprobado experimentalmente utilizando la ley de distribución o partición, que una sola extracción con 100 mL de benceno permite aislar 3 g de ácido butírico (75%), mientras que tres extracciones permiten aislar 3,5 g (87,5%) del total del ácido. Esto demuestra claramente la eficiencia de las extracciones múltiples cuando el volumen total del disolvente utilizado es el mismo.

Reglas de solubilidad

        La solubilidad de los compuestos orgánicos es una función de las polaridades del disolvente y del soluto. Cuando se disuelve un sólido o un líquido, las unidades estructurales (iones o moléculas) se separan, y el espacio entre ellas es ocupado por moléculas del disolvente.  Para que ocurra la disolución, debe suministrarse energía para vencer las fuerzas interiónicas o intermoleculares. Esta energía proviene de las interacciones electrostáticas soluto-disolvente. En moléculas no polares las interacciones son del tipo de fuerzas de Van der Waals, mientras que en las moléculas polares las interacciones electrostáticas son del tipo dipolo-dipolo, y puentes de hidrógeno (fenómenos de solvatación).

        La solubilidad de un compuesto orgánico tanto en disolventes inertes (agua, alcoholes, éter, hidrocarburos, etc.) como en disolventes químicamente activos (que reaccionan químicamente con la sustancia que se va a extraer), está relacionada directamente con su estructura molecular. Consecuentemente, se pueden predecir las relaciones de solubilidad de una forma cualitativa para varias clases de compuestos, considerando la estructura del soluto y las características físicas y químicas del disolvente.

        La solubilidad en un disolvente químicamente activo depende de la reacción química para formar una sal soluble, y se puede predecir rápidamente si se conocen las propiedades químicas del soluto y del disolvente.

        La solubilidad en un solvente inerte puede predecirse basándose en las siguientes reglas empíricas de solubilidad:

1. Una sustancia es más soluble en un disolvente que tenga más parecido a ella. Así, los alcoholes de bajo peso molecular son solubles en agua, los ésteres son solubles en alcohol y en éter, las grasas son solubles en hidrocarburos, etc.
2. Un compuesto de cadena ramificada es más soluble en un disolvente dado que su isómero de cadena recta. Así, los alcoholes iso-butílicos y ter-butílicos son mucho más solubles en agua que el alcohol n-butílico.
3. En cualquier serie homóloga, los miembros más altos van pareciéndose más a los hidrocarburos en sus propiedades físicas. Así, para la mayor parte de las series homólogas que contienen un solo grupo funcional, la solubilidad en agua es menor que un 4-5% cuando el compuesto llega a cinco átomos de carbono.
4. Los compuestos de alto peso molecular (polímeros, etc.) son usualmente solubles en disolventes inertes. Sin embargo, los polímeros forman en muchos casos dispersiones coloidales en ciertos disolventes.

        Estas reglas pueden constituir una guía conveniente para las relaciones de solubilidad, pero en la práctica pueden encontrarse muchas excepciones.

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