Extracción con disolventes orgánicos y activos Domínguez Martínez Ricardo Clave: 39 Espinosa Soto Carlos Emanuel Clave: 40 Objetivos: Aprender en que consiste una extracción y como se puede llevar a cabo para separar una mezcla. Aplicar estracciones con disolventes orgánicos y/o activos para separar los componentes de una mustra, según su afinidad. Antecedentes: La extracción es una técnica de separación de mezclas que se basa en el carácter de las moléculas; es decir, su afinidad para solvatarse en distintos solventes. Esta propiedad está determinada por una constante de equilibrio llamada cociente de distribución la cual se rige por la relación de las concentraciones del soluto en los dos disolventes;
Donde [Org] la concentración del soluto en la fase orgánica, [Aq] la concentración en la fase acuosa y K es la constante de distribución, que entre mayor sea esta, más eficiente será la extracción. Cabe destacar que las l as dos fases deben de ser inmiscibles. En este caso, la extracción con disolventes orgánicos se basa en que la fase orgánica va a solvatar mayormente al soluto de interés que la fase acuosa, permitiendo su extracción y posteriormente purificación. La extracción por disolventes activos consiste en adicionar disolventes que van a reaccionar reversiblemente con el soluto para diluirlo en fase acuosa inmiscible con la fase orgánica y así poder recuperar el reactivo de interés a partir de la muestra.
RESULTADOS:
RESULTADOS. I)
EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES ORGÁNICOS. Disolvente Etanol Diclorometano Acetona
Dendidad (g/ml) 0.785 1.32 0.792
Punto de ebullición (°C) 78.4 39 56.5
Solubilidad en g/100 ml de agua 2
El diclorometano fue el disolvente elegido, ya que al mezclarse con agua formará 2 fases inmiscibles por su bajo punto de ebullición y alta densidad. a) Extracción Simple:
En está extracción se obtuvo una gran cantidad de fase orgánica (color rosado), que se alojó en el fondo del embudo, y un poco menos de fase acuosa (color amarillento). En ambas fases se observa un color intenso. b) Extracción Múltiple:
En esta extracción fraccionada, se observa que la fase orgánica obtenida a través de cada extracción el color disminuye su intensidad, intensidad, la fase acuosa también presento una una menor intensidad en comparación con la fase acuosa acuosa de la extracción simple.
Análisis. En el embudo observamos cómo es que la fase acuosa se aloja arriba, mientras que la fase orgánica quedo abajo debido a que utilizamos diclorometano y presenta mayor densidad que el agua. La fase acuosa (disolución de yodo-yodurada) tiene un color café amarillento y el diclorometano es transparente pero al mezclar con la disolución de yodo-yoduro, se tiñe rosa. La tinción de la fase orgánica, nos dice que a interaccionado el disolvente y el yodo. En cuanto a la intensidad del color, fue mayor en la extracción simple que en la múltiple (a mayor intensidad en el color: mayor cantidad de soluto en la fase), entonces podemos afirmar que en el caso de la fase orgánica, entre más rosada estuviese es porque hay mayor concentración de yodo, y a mayor color amarillento en la fase acuosa mayor presencia del mismo. Con ello podemos decir que en la extracción múltiple se da una mayor eficiencia, puesto que la diferencia en el color conforme hacemos las extracciones nos dice que cada vez ya hay menos yodo en la fase acuosa, es decir que casi todo paso a la fase orgánica. En cambio en la simple si hay una gran cantidad de fase orgánica y con gran color pero es debido al gran volumen de diclorometano utilizado, y su fase acuosa tiene gran intensidad de color por la presencia todavía de una cantidad considerable de yodo
II)
EXTRACCIÓN SELECTIVA CON DISOLVENTES ACTIVOS. a) Pruebas de solubilidad de compuestos orgánicos en disolventes activos
Compuesto
Disolvente orgánico
Acido Base Neutro
Si Si Si
Sol. Acuosa NaOH 10% (m/V) Si No No
Sol. Acuosa HCl 10% (V/V) No Si No
Basándonos en estas pruebas concluimos que el Ácido Benzoico es el compuesto acido, La toluidina el compuesto básico y el naftaleno el compuesto neutro. b) Separación de muestra Diagrama de separación: ácido, base, neutro.
Mezcla R-COOH R-NH2 Neutro
Fase orgánica
Disolver en 15 mL de: Acetato de Etilo
Fase acuosa
Agregar: HCl 10%
R-NH3+Cl-
R-COOH + Neutro Agregar 15 mL de: NaOH 10%
Agregar: NaOH Conc.
Fase Orgánica Neutro
Fase Acuosa
Precipita
RCOO-Na+
R-NH2
Agregar: HCl Conc.
Secar con sulfato de sodio anhidro (Na2SO4)
Precipite
Destilación simple Secar y pesar
Filtrar el vacio
R-COOH
Secar y pesar
Filtrar al vacio
Secar y pesar
Con base en estos resultados y el inciso siguientes reacciones: a) RCOOH + HCl
“d”
de la información, complete las
No reacciona RCOO -Na+ + H2O
b) RCOOH + NaOH c) R-NH2 + HCl
R-NH3+Cl-
d) R-NH2 + NaOH
No reacciona
e)
No reacciona
f)
No reacciona
Muestra problema = 0.6g Análisis. Guiándonos por por el diagrama de separación, Agregamos Agregamos el HCl 10% y teníamos nuestras nuestras dos fases la orgánica (con ácido y neutro) y la acuosa (con base). Al agregar NaOH concentrado a la fase acuosa para que nuestro solido precipitara, observamos que no ocurrió nada, por lo que concluimos que no tenemos base. A nuestra fase orgánica que nos quedó con ácido y neutro le agregamos NaOH diluido para separarlos y así tener ahora en la fase orgánica a nuestro compuesto neutro y en la fase acuosa al compuesto acido; a este le adicionamos HCl concentrado para que precipitara, (importante: hacerlo en baño baria ya que la reacción es exotérmica y nuestro solido se puede fundir) el cual al formarse concluimos que nuestra muestra problema está compuesta de ácido y neutro y por lo tanto es Naftaleno. Pesando el sólido ácido y neutro obtenemos: Acido: 0.3318g y Neutro: 0.233g Total= 0.5661g
Calculamos el rendimiento: % rendimiento =
x 100 % = 94.35 %
CONCLUSION Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer, bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior y alta densidad. La extracción Múltiple nos dará una mayor eficiencia, por lo tanto será mejor que la simple. Los solventes activos son aquellos que disuelven sustancias no hidrosolubles, además son aquellos que puede puede solubilizar las sustancias sustancias de manera manera casi inmediata es decir no se requiere demasiado tiempo para formar una disolución. La forma más sencilla de entender extracciones ácido base es mediante la creación de un diagrama de flujo que siga las especies que han sido creadas y dónde es que las moléculas residen, por medio de las interacciones entre éstas debidos a sus cargas Cuestionario:
a) Con base en los resultados experimentales, ¿cuál es la mejor técnica de extracción: la simple o la múltiple? Basándonos en la intensidad del color de las fases orgánica y acuosa en las dos extracciones podemos decir que la extracción múltiple permite una mayor extracción del soluto pues el agua queda de color amarillo pálido (KI) y la fase orgánica de un morado intenso. b) ¿En qué casos debe utilizarse la extracción múltiple? Cuando la constante de distribución sea muy baja para el disolvente orgánico usado. c) ¿Será mejor realizar una extracción varias veces con volúmenes pequeños q una sola extracción de volumen mayor? ¿Sí, no y por qué? Es más conveniente realizar extracciones múltiples para obtener una mayor concentración de la fase orgánica d)
¿Cómo se puede eliminar una emulsión?
Agitando, liberando la presión, dejando asentar moviendo suavemente, saturando la fase acuosa con NaCl y centrifugando. e) ¿Qué es un disolvente activo? Cite 5 ejemplos. Es aquél que va a reaccionar con nuestra sustancia problema, permitiéndonos extraerla según sus características ácido-base. NaHCO3, NaOH, H2SO4, HCl, KOH. f) ¿Por qué se debe de liberar la presión al agitar el embudo de separación? Para que no haya mezclas de los vapores de los disolventes, impidiendo la formación de la interface. g) ¿Qué desventaja presentaría un disolvente cuya densidad fuese muy semejante a la del agua? Tendería a Emulsionarse con está y sería difícil distinguir las fases en el embudo. h) ¿En qué casos debe utilizarse la extracción selectiva? Cuándo se sospecha de un carácter ácido-base en la muestra i) ¿Por qué el compuesto neutro debe obtenerse por destilación del disolvente en el que se encuentra y no por cristalización en éste? Porque (como lo requiere la extracción), es muy soluble en éste y no cristaliza. Si es posible obtenerlo puro en la fase acuosa, sería mejor cristalizarlo en ésta. j) ¿Porqué no deben de eliminarse directamente por el drenaje sustancias como KI, I2, naftaleno, p-toludina, HCl e NaOH? ¿Cuál es la forma correcta de hacerlo? Porque todas estas, son especies muy reactivas y podrían formar una cuba de reacción en el drenaje, es mejor recuperarlas correctamente, neutralizar su pH (si aplica) y de esta forma ver si pueden reutilizarse en las l as prácticas k) Diga cuál de los siguientes sistemas de disolventes sería factible para la extracción. explique en que orden quedarían ubicados los disolventes. 1.- Metanol-Agua 2.- Tolueno-Agua 3.- H2SO4- Agua 4.-Hexano-Agua Los sistemas 2 y 4 son factibles, aunque preferentemente se usaría Hexano para la extracción porque su punto de ebullición es más bajo y es menos tóxico. Ambos son menos densos que el agua así que la fase orgánica estaría en el fondo del embudo.
l) Diseñe un diagrama de separación para la mezcla de p-anilina, 4-benzoico y 1bromo3,5dimetoxibenceno
Bibliografía:
1: Vogel Arthur I. PRACTICAL ORGANIC CHEMISTRY: Quantitative Organic Analysis. 3 ed. 1956. pp. 159-163. 2.: Harwood Laurence M. EXPERIMENTAL ORGANIC CHEMISTRY: Principles and Practice. pp. 180 – 180 –185. 185. http://www.fq.uh.cu/dpto/qi/Aimee/sintesis_inor_web/conf_3.htm (28/ago/2006) GalagovskyKurman, Lydia; Química Orgánica: Fundamentos teórico-prácticos para el laboratorio; Editorial Universitaria de Buenos Aires; pags. 107-121. 107- 121.
