Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Química, C.U

Departamento de Química Orgánica.(1311) Química Orgánica Laboratorio

Prof. M. en C. Jacinto Eduardo Mendoza PérezAlumnos: González Sánchez Karina, José Nicolás Vite Ruiz

Reporte de Práctica #3 “Cristalización por par de disolventes”

1. Resumen

La cristalización es un método de separación de mezclas, que es usado para purificar las sustancias, mientras más fina la cristalización de una sustancia mejor será su pureza, en este método por disolventes debe de medirse la solubilidad entre ellos y con el compuesto, observar si pueden disolverse en frio, o en caliente y si hay precipitados o cristales, también necesitamos determinar si los disolventes son próticos o apróticos, además de ciertos cuidados al momento de filtrar al vacio. Otro método de separación de mezclas nos devolverá a las aguas madre con algunas impurezas, un ejemplo claro es el benzoato de fenilo que es insoluble en frío con agua y en caliente si es soluble, pero si lo retiras de la fuente de calor, este se precipitara. También es difícil que después de disolverse, obtengamos los cristales, para poder obtenerlos, es necesario hacer ciertos procedimientos entre disolventes para tener una cristalización exitosa; es necesario eliminar la turbidez entre las sustancias para que exista una buena disolución y cristalización.Podemos mencionar que este proceso es muy útil en química orgánica, porque después de cristalizar y dejar el sólido, podemos determinar el punto de fusión, para ver si es totalmente puro, si no lo es, hay que recristalizar.

2. Antecedentes

Existen fuerzas de atracción entre el soluto y el disolvente, comparables en magnitud a las existentes entre partículas de soluto o las partículas del disolvente. Mientras mayor sea la fuerza de atracción entre moléculas desiguales, mayor será la solubilidad y mientras más intensas sean las fuerzas entre las moléculas del soluto entre sí, y las del disolvente entre sí, menor será la solubilidad. La solubilidad es directamente proporcional a la magnitud de las fuerzas intermoleculares, estas fuerzas interactúan con el soluto, y de esta interacción dependerá la solubilidad.

Los disolventes próticos son sustancias muy polares, que contienen partes con protones, y por lo tanto pueden formar enlaces de hidrogeno (puentes de hidrógeno) con los solutos.

Los disolventes apróticos son sustancias que no contienen hidrógenos ácidos, por lo tanto no pueden formar enlaces de hidrógeno (puentes de hidrógeno).

Los compuestos orgánicos sólidos a temperatura ambiente se purifican mediante la técnica de cristalización (que es la técnica más simple y eficaz para purificarlos), esta técnica consiste en disolver el sólido que se pretende purificar en un disolvente o mezcla de disolventes caliente y permitir que la disolución enfríe lentamente, generando así, una disolución saturada, que al enfriarse, se sobresatura produciendo la cristalización, que al enfriarse ira precipitando.

Este fenómeno se denomina cristalización. Si el crecimiento del cristal es lento, selectivo entonces el compuesto es puro. En cambio, si el proceso es rápido y no selectivo, se trata de una sustancia impura.

El proceso de cristalización es un proceso dinámico, donde las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de la red cristalina excluye la participación de impurezas, mediante la lenta formación de los cristales (mediante el enfriamiento). Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido, las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina.

La solubilidad es la capacidad media de la capacidad de disolverse un determinado soluto en un determinado solvente a una temperatura fija, varía en función de las electronegatividades de los átomos que componen los enlaces e influye directamente en la solubilidad.

La polaridad de un disolvente es aquella que mide su polaridad y le confiere propiedades de solubilización de diferentes solutos. La polaridad y la solubilidad de los compuestos orgánicos en disolventes polares, aumenta con la disminución de la longitud de la cadena hidrocarbonada, la presencia de grupos funcionales polares y la capacidad de formación de enlaces de hidrógeno (puentes de hidrógeno) con el disolvente. Aunque la polaridad de un disolvente depende de muchos factores, puede definirse como su capacidad para solvatar y estabilizar cargas. Como punto de referencia, empiezan a considerarse polares aquellos disolventes que poseen una constante dieléctrica superior a 15.

Precauciones indispensables para el manejo de disolventes:

Saber con qué disolventes se está trabajando. Leer las etiquetas y las hojas de seguridad de los disolventes. Verificar que las condiciones del área de trabajo sean las adecuadas (buena

ventilación, vías de acceso libres, etc.) Encender y verificar que funcione correctamente la campana de extracción (para

controlar el desprendimiento de los gases de los disolventes). Manejar con la debida precaución las sustancias con riesgo de reacción (para evitar

proyecciones por un mal manejo).

La técnica mas empleada para la purificación de compuestos sólidos, consiste en disolver el soluto en la mínima cantidad de disolvente caliente apropiado, se deja enfriar la solución para que se formen cristales y así poder separarlos por medio de la cristalización.

Una vez encontrado el par de disolventes para purificar la sustancia sólida, se procede a recristalizarla.

Se pesa la sustancia y se coloca en un matraz Erlenmeyer, se agrega poco a poco el disolvente que la solubiliza agitando y calentado hasta la disolución total. Se deja enfriar la solución caliente en un embudo de filtración rápida y se colecta el filtrado en otro matraz Erlenmeyer. A esta solución caliente, se le añade gota a gota el disolvente en el que es insoluble el sólido hasta que aparezca una turbidez. Se agita y si la turbidez desaparece, se añaden más gotas del mismo disolvente y se vuelve a agitar el matraz, hay que seguir adicionando disolvente hasta que la turbidez permanezca. Una vez que la turbidez permanece, hay que eliminar la turbidez calentando el matraz en un baño maría con agitación constante. Luego, se deja enfriar un poco a temperatura ambiente y después en un baño de hielo hasta que el sólido cristalice.

Por último, se separan los cristales filtrando al vacio, se lavan un poco con disolvente frío, se dejan secar y posteriormente, se pesan y se calcula el rendimiento de la cristalización.

El disolvente ideal será aquel que disuelve al compuesto en caliente y no lo disuelve en frío, en donde los disolventes deben de ser miscibles entre sí.

Se pueden utilizar pares de disolventes que sean miscibles entre sí, por ejemplo:

Metanol-Agua Etanol-Agua Acetato de etilo-Etanol

Acetato de etilo-Hexano Éter-Acetona

Es preferible que los cristales tengan un tamaño medio, ya que si los cristales son grandes estos pueden incluir una gran cantidad de disolvente, el cual lleva impurezas disueltas.

3. Resultados

Solubilidad en disolventes orgánicos (par de disolventes)

En 6 tubos de ensaye, se coloca 1mL de los posibles disolventes (1mL de cada uno en cada tubo de ensaye) y un poco (la punta de la espátula) de las sustancias problema. Se observará si se pudo disolver en frío, en caliente (en caso de que no se haya podido disolver en frío). Después se ponen a enfriar en una cama de hielo y se observa si hay o no formación de cristales.

Tabla 1. Solubilidad en disolventes orgánicos.

Disolventes Hexano Acetato de etilo Acetona Etanol Metanol AguaSoluble en frío X √ √ X X X

Soluble en caliente X √ √ √Formación de cristales X X X √

Disolventes que se van a utilizar: Acetona y ____________.

Cristalización por par de disolventes

Masa de la muestra problema: 0.73g + 0.26g (papel)Masa de los cristales: 0.26g + 0.18g (papel)

Tabla 2. Punto de fusión (Aparato de Fisher)Punto de fusión (°C) Inicio Final

Muestra problema (impuro) 58 59Muestra problema (cristales,

puro)59 60

*La muestra problema es Benzonato de Fenilo.

Rendimiento: %R = 0.500.26 X 100 = 52%

4. Discusión

Primero se determino en que disolventes es soluble y en cuales no nuestra muestra problema (Benzoato de Fenilo), la muestra problema va a ser soluble frente a unas sustancias en frío (acetato de etilo y acetona) y en otras en caliente (etanol, metanol y agua). Es importante averiguar esto, ya que el compuesto en caliente se debe de mantener al volumen con el cual se realizó la disolución, ya que se puede evaporar una cierta cantidad, provocando la perdida de muestra problema.

Al momento de enfriar en la cama de hielo-agua, no se muestra ninguna cristalización, excepto en el agua. Puesto que nuestra sustancia problema (a partir de ahora llamado Benzonato de Fenilo), es insoluble en frío al agua, y para que exista la disolución de ambos, el agua tiene que estar hirviendo y en cuanto se retira del calor, se debería de observar el comienzo de la cristalización, cosa que no ocurrió; para que comenzara la cristalización, fue necesario evaporar el exceso de disolvente. Una vez evaporado este exceso, fue posible ver los cristales.

Es necesario eliminar la turbidez de la disolución para que exista una completa cristalización además de dejar fuera los residuos externos que pudieran contaminar nuestra muestra.

Las cualidades que presentan los disolventes son particularmente curiosas, ya que deben de ser miscibles entre sí (esta propiedad de la solubilidad se debe a las fuerzas intermoleculares, ya que estas harán que el compuesto sea prótico o aprótico) ya que “Lo similar disuelve a lo similar”.

Después de cristalizar, obtendremos (por filtración al vacio), el filtrado para purificar el benzonato de fenilo. Hay que obtener cuidado con el vacio, ya que puede ser muy potente y filtrar parte del benzonato de fenilo dejando nuestra muestra problema incompleta, también se debe de tener cuidado de no contaminar nuestra sustancia, ya que pueden existir impurezas y es lo que queremos eliminar a través de la cristalización.

También es importante mencionar, que la cristalización es un proceso por el cual a partir de un gas, liquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, que es la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en química orgánica para purificar una sustancia sólida.

En este espacio, se discutirá como es que las fuerzas intermoleculares y las estructuras moleculares de las sustancias son factores que dan la propiedad de solubilidad en las sustancias.

Las moléculas con dipolo como el agua, pueden disolverse en otra molécula con dipolo ya sea a través del dipolo inducido o a través del dipolo, o por el dipolo instantáneo. En el caso del acetato de etilo y agua, el acetato es una molécula no polar y el agua es polar, por lo tanto, una es aprótica y la otra es prótica; al momento de hacer la disolución quedara una emulsión coloidal diferida en 2 fases. Son estas propiedades las que le dan, las propiedades de solubilidad y las que siguen la regla de “Lo similar, disuelve lo similar”.

5. Conclusiones

Tomando en cuenta ciertas características importantes (como que los disolventes por partes sean miscibles entre sí), también es importante determinar la temperatura de fusión, por esta se revela la identidad de la sustancia problema, en este caso, el benzonato de fenilo tuvo una de 59~60°C.

Este método, nos sirve para purificar sustancias, además de determinar en qué compuestos puede ser o no soluble una sustancia. Las medidas de seguridad que se deben de tomar en cuenta para la cristalización, y la diferencia de solventes próticos y apróticos. El cuidado y la importancia de la filtración al vacio, la extracción de las aguas madre, mientras más fina la cristalización, mejor y más pura será nuestra sustancia problema. Hay que tomar en cuenta que al calentar, se debe de conservar el volumen.

En conclusión, la cristalización es un método de separación de mezclas bastante interesante para realizar la purificación de un compuesto desconocido.

6. Referencias

McMurry, J. “Química Orgánica”. 7a edición. Cengage Learning, México, 2008. Carey, F. A. “Química Orgánica”. 6ta edición. McGraw-Hill. México, 2006. Wade, L. G. Jr. “Química Orgánica” Vol. 1. 7a edición. Pearson Education, México.

2011. http://www.molbase.com/properties_93-99-2-moldata-243261.html#tabs

7. Anexos

Tabla 3. Algunos compuestos y sus grupos funcionales.Compuesto Estructura Grupo Funcional

Hexano Alcano

Benzofenona

Cetona e Hidroxilo

Cetona

Benzonato de Fenilo

Ester

Acetato de Etilo

Etanol

Hidroxilo

Metanol