No tuve tiempo para investigar esto correctamente, así que les pregunté a los alquimistas en su calabozo (muchachos a media cuadra de distancia) y me dieron lo que copiaron de Internet (es de la Royal Society of Chemistry).
EXTRACCIÓN
Lecturas requeridas: McMurry, Capítulo 2.7 – 2.11, Mohrig, pp. 114-124, 131-140
Técnicas aprendidas previamente que debe comprender y ser capaz de realizar: identificación por punto de fusión, filtración al vacío y recolección de un sólido.
En este experimento, recibirá aproximadamente 1.5 g de una mezcla desconocida de dos o tres de los compuestos a continuación y utilizará extracciones para separar los compuestos entre sí.
Este experimento tiene la intención de simular el tipo de problema que a menudo encuentra un químico orgánico en ejercicio. Una reacción química recién completada puede tener una mezcla de productos para identificar. El proceso de separación e identificación se denomina “elaboración” del producto. Si los ácidos o bases orgánicos están presentes en la mezcla, los procedimientos de extracción efectúan la separación de una mezcla con tanta facilidad que sería una tontería pasar tiempo en una larga cromatografía o destilación. Un químico experimentado puede realizar las operaciones necesarias para aislar e identificar los componentes de una mezcla ácido-base-neutral en una o dos horas. Para discutir este proceso, primero es necesario comprender las propiedades de solubilidad de los ácidos orgánicos, las bases y sus conjugados.
Ácidos orgánicos
Por supuesto, todas las sustancias que contienen átomos de hidrógeno pueden considerarse ácidas en algún grado. Sin embargo, solo aquellas sustancias cuya base conjugada esté relativamente estabilizada formarán sales con bases comunes como NaOH o NaHCO3. En general, los compuestos orgánicos más ácidos son los ácidos carboxílicos, RCO2H o ArCO2H. La gran mayoría de los ácidos carboxílicos son solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. En contraste, las bases conjugadas de los ácidos carboxílicos (iones carboxilato) son generalmente solubles en agua. Por lo tanto, al hacer reaccionar un ácido carboxílico insoluble en agua con una base apropiada, se puede convertir en una sal soluble en agua, como se sugiere en la siguiente ecuación. El proceso puede revertirse tratando un ion carboxilato con un ácido, convirtiendo un compuesto soluble en agua en uno soluble en solventes orgánicos.
Bases organicas
Todas las sustancias orgánicas que contienen electrones que no se unen pueden considerarse bases. Sin embargo, solo el grupo amino es lo suficientemente básico como para formar sales estables en ácido acuoso diluido. Las aminas, en sí mismas, son insolubles en agua, mientras que sus sales son libremente solubles (ver la ecuación a continuación). Al tratar una amina con ácido diluido, se puede convertir una base insoluble en su ácido conjugado soluble. Al igual que con los ácidos carboxílicos, el proceso puede revertirse. El tratamiento de una sal de amonio con base convertirá el compuesto en una especie orgánica soluble (insoluble en agua).
Nota: los ácidos carboxílicos o aminas de bajo peso molecular pueden ser solubles en agua ( p . Ej. , Ácidos fórmico y acético, metilamina).
Compuestos neutros
Para este experimento, los compuestos neutros se pueden considerar como aquellos que no pueden ionizarse en presencia de ácido (5% HCl) o base (5% NaOH). Como estos compuestos no pueden aceptar o donar un hidrógeno, son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos.
El mensaje para llevar a casa es:
Si un compuesto está ionizado (tiene una carga, existe como una sal) será soluble en agua.
Si un compuesto es neutro (no tiene carga, no es una sal), será soluble en solventes orgánicos.
Diagrama de flujo de separación:
Antes de venir al laboratorio, debe dibujar un diagrama de flujo de separación. Debe completar esto antes de recibir su mezcla desconocida. Debe contener un método para separar adecuadamente sus compuestos desconocidos, suponiendo que tenga una mezcla de compuestos orgánicos neutros, ácidos y básicos. Use un Ar-H (un compuesto aromático), RCO2H y RNH2 para representar su neutro, ácido y base desconocidos, respectivamente. Use un formato de diagrama de flujo para mostrar cómo una mezcla de estos tres compuestos se puede separar por extracción. Dibuje ESTRUCTURAS de los resultados de los procedimientos de extracción; en otras palabras, no escriba nombres ( es decir , “el ácido conjugado de la base”). Predecir lo que verá ( es decir , “se formará un precipitado”). A continuación se muestra un diagrama de flujo parcial y los productos químicos que tendrá a su disposición. También debe venir al laboratorio con una idea del volumen y la cantidad de extracciones que necesitará en cada paso.
PROCEDIMIENTO
Como no sabrá cuál de las incógnitas tendrá, deberá realizar todo el proceso de extracción. En algunos casos, cuando se le pide que recolecte un precipitado ( p -bromoanilina y ácido benzoico), es posible que no tenga ningún sólido, no porque haya realizado el experimento de manera incorrecta, sino porque puede que no le hayan dado ninguno de ese compuesto en tu mezcla desconocida ¡¡Así que ten cuidado!! Y recuerde: NO DESECHE NINGUNA CAPA HASTA QUE HAYA AISLADO SU (S) DESCONOCIDO (S).
Graba tu número desconocido !!
En un matraz Erlenmeyer, disuelva su desconocido en 50 ml de éter. Vierte esto en tu embudo separador montado en un anillo.
Vierta 15 ml de solución de HCl al 5% en el embudo, tapón y agite el embudo. Invierta y abra la llave de paso para ventilar la mezcla. Agite unos segundos y repita la ventilación. Una vez que ya no escuche la ventilación de los gases, agite la mezcla vigorosamente durante varios segundos, luego coloque el embudo separador nuevamente en el anillo, retire el tapón y deje que las capas se separen. Drene la capa de ácido / agua en un matraz Erlenmeyer de 100 ml. Repita este procedimiento una vez más con una segunda porción de 15 ml de HCl, combinando los extractos. En general, se realizan “extracciones múltiples”. Los cálculos muestran que las extracciones múltiples son más eficientes que una extracción de 45 ml de igual volumen. Las ecuaciones se encuentran en Mohrig, pp. 115-117.
Si tenía alguna amina en su desconocido, ahora estará en la solución de agua como el hidrocloruro de amina. La amina se puede liberar tratando la solución con base. El proceso de neutralizar un ácido fuerte con una base fuerte (o viceversa ) siempre debe realizarse en un baño de agua con hielo. Agregue NaOH 3 M hasta que el papel de pH indique que un pH de 11 o más. Si tiene amina en su desconocido, ahora tendrá un precipitado, que puede recolectar por filtración al vacío, lavar con agua y dejar secar al aire.
La capa de éter, que todavía está en el embudo de separación, ahora contiene un compuesto neutro (bifenilo o naftaleno) y posiblemente un ácido carboxílico. Extraer con dos porciones de 15 ml de NaOH al 5%, combinando los extractos como antes. La capa base / agua ahora puede contener la sal de sodio del ácido benzoico. Acidifique (baño de agua con hielo) con HCl 6 M a aproximadamente pH 3 (ya debe saber aproximadamente cuánto HCl 6 M se necesitará para hacer esto). Un precipitado debe ser ácido benzoico, que debe recolectar, lavar con agua y secar.
Ahora la capa de éter contiene solo producto neutro, por lo que puede proceder a aislar bifenilo o naftaleno. El éter estará “húmedo”, por lo tanto agregue sulfato de sodio anhidro en incrementos hasta que una adición fresca permanezca granular ( es decir, no se aglomere). (Mohrig, p. 133-135). Decantar cuidadosamente el líquido en un matraz de fondo redondo previamente pesado, enjuagar el agente de secado con un poco más de solvente y agregarlo al matraz de fondo redondo, si lo desea. El disolvente puede entonces evaporarse en el evaporador rotativo. Identifique el sólido recuperado tomando simultáneamente su punto de fusión junto con los puntos de fusión mixtos con muestras puras de las dos incógnitas.
Ejecute un TLC de su compuesto neutro frente a los dos estándares usando hexano como eluyente. Puede detectar la placa de TLC de la solución de éter mientras se está secando y puede desarrollar la placa mientras está rotando el disolvente por evaporación.
Evitar el dolor innecesario
1) ¿Qué capa es la capa de agua? Mire ambas capas en el embudo separador y obtenga una idea de cuán grandes son en relación entre sí. Ahora, agregue agua al embudo . Mira a dónde va el agua. Mira qué capa crece. Agua a agua. Así es como encontrar la capa de agua (acuosa).
2) ¿Cómo es que obtuve tres capas? A veces, cuando viertes agua fresca o algún otro solvente en tu embudo separador, obtienes una pequeña cantidad colgando en la parte superior, y parece que hay tres capas. Sí, parece que hay tres capas diferentes, pero en realidad solo hay dos capas, y una que ha perdido el rumbo. Gire suavemente el embudo y su tercera capa debería desaparecer.
3) ¿Cuál es la densidad del hidróxido de sodio? Acaba de hacer un lavado con una solución de hidróxido de sodio al 5-10%, acaba de leer algo sobre cómo encontrar varias capas en el embudo por sus densidades y, con esta pregunta, acaba de perder el punto. La mayoría de las soluciones de lavado son 5-10% de ingrediente activo disuelto en agua. Esto significa que son 90-95% de agua. Buscar la densidad de los reactivos sólidos es una pérdida de tiempo, ya que la densidad de estas soluciones está muy cerca del agua.
4) Cuando agite su mezcla de solventes orgánicos y acuosos en su embudo separador, ¡no tenga miedo de agitar el embudo vigorosamente! Simplemente chapotear las soluciones de un lado a otro no es muy efectivo. La efectividad de su extracción depende de una mezcla completa de estas dos capas.
5) Si solo se extrae o lava la capa superior, no es necesario retirarla del embudo. Simplemente drene la capa inferior y luego agregue más extracción fresca o solvente de lavado.
6) Si obtienes una emulsión, no tendrás dos capas distintas sino más bien una niebla de partículas. A veces puede romper la carga de las partículas agregando un poco de sal. O revuelva la solución lentamente con una varilla de vidrio. Si decide agregar sal al embudo de decantación, ¡no agregue tanto que obstruya la llave de paso! Por la misma razón, mantenga los agentes secantes fuera del embudo separador.
7) Nunca, nunca, nunca, nunca, deseche nunca ninguna capa hasta que esté absolutamente seguro de que nunca más la volverá a necesitar. ¡No se puede recuperar gran parte de su producto de la trampa del fregadero!
EXTRACCIÓN
Use el principio de “lo similar se disuelve como” para explicar las propiedades de solubilidad del ácido benzoico y su sal de sodio. Haga lo mismo para 4-bromoanilina y su hidrocloruro.
Una mezcla cruda de producto no ácido disuelto en éter etílico contiene ácido acético. Describa un procedimiento de extracción para eliminar el ácido acético de la mezcla del producto.
Le han dado 25 ml de una solución de ácido benzoico en agua, que se estima que contiene aproximadamente 0,75 g del ácido. El coeficiente de distribución del ácido benzoico en éter y agua es aproximadamente 10. Calcule la cantidad de ácido que quedaría en la solución de agua después de dos extracciones de 10 ml con éter. Haga lo mismo con una extracción de 20 ml para determinar qué método es más eficiente. Muestra tu trabajo
¿Por qué es importante neutralizar la solución básica (la que contiene el ácido desconocido) a pH 3 en lugar de solo pH 7? ¿Por qué la solución ácida (que contiene el básico desconocido) se neutraliza a pH 11 o mayor?
Escriba ecuaciones para las reacciones de todas las incógnitas utilizadas en este experimento, y use flechas curvas para mostrar el movimiento de los electrones. Identifique claramente esas reacciones que involucran su (s) desconocido (s)
