Appunti di Preparazione estrattiva e sintesi dei farmaci

Fattori di valutazione

La selettività è la capacità di separare una sostanza di interesse da altri componenti interferenti, permettendo un'identificazione inequivocabile; viene espressa dal fattore di ritenzione o di ritardo. Questo è dato dal rapporto fra la distanza percorsa dalla sostanza (=0 se la sostanza è totalmente trattenuta dall’adsorbente; =1 se la sostanza non è trattenuta).

La riproducibilità di Rf dipende da: uniformità particelle e spessore FS; T che influenza la composizione di FM; la saturazione della camera; la quantità di miscela seminata. L’efficienza esprime la capacità della TLC di tenere la macchia compatta. Questa dipende da: la granulometria di FS; la miscela eluente; le condizioni sperimentali; l'impaccamento FS.

Risoluzione

La risoluzione esprime la capacità di fornire macchie separate: dipende da efficienza e selettività. Rs deve essere maggiore di uno. (Rs = d/Wa+Wb/2)

La capacità e la quantità di campione che può essere depositata sulla TLC per avere una buona separazione. Quantità maggiori danno macchie irregolari e scarsa separazione.

TLC in miscela

Si seminano la miscela in esame e gli standards che ci si aspetta di trovare per poi confrontarne gli Rf. Per identificare un singolo composto, nella TLC in miscela, si semina il composto incognito, il campione di riferimento e una miscela dei due. Se le macchie sono allineate, si tratta della stessa sostanza.

TLC bidimensionale

Si usa in presenza di miscele molto complesse. Si semina uno spot nell'angolo di una lastrina quadrata e si fa una separazione con opportuno eluente, poi si ruota la lastrina di 90° e si eluisce con eluente diverso. Se invece si utilizza sempre lo stesso eluente si può verificare la presenza di sostanze che decomponono. Le macchie appaiono in diagonale se non c’è decomposizione.

TLC preparativa

Si utilizzano lastre di vetro più spesse, nelle quali si possono seminare maggiori quantità di miscela. La semina non viene fatta in un punto, ma lungo una linea. Infine, viene asportato lo strato di adsorbente e la sostanza viene recuperata tramite estrazione con solvente.

Misurazione e trasferimento di prodotti chimici

Quale scala utilizziamo?

La micro scala (meno di 1g, v tra 25-100 ml) che prevede un’agitazione meccanica.

Come si misurano i reagenti?

Nel nostro caso con una bilancia di precisione che ha una medio-alta accuratezza di 0,001 g (3 cifre decimali, margine che non influenza la reazione) e capacità di 400 g. I liquidi di cui conosciamo la densità nel nostro caso vengono misurati con strumenti graduati non tarati (hanno minore accuratezza, ma sono propri dei lab. di sintesi), come la vetreria per misure e prelievi, ad es. la pipetta.

Agitazione

A cosa serve l’agitazione?

L’agitazione facilita la dissoluzione di uno dei due componenti, permette un corretto mescolamento dei reagenti, uniforma il riscaldamento, mescola miscele di solventi immiscibili e facilita il decorso di reazioni in fase eterogenea.

Cosa sono le reazioni in fase omogenea?

Sono quelle reazioni in cui i reagenti si trovano nella stessa fase e la frequenza delle collisioni non è influenzata dall’agitazione, ma dalla dimensione delle particelle, la diffusività, la viscosità del solvente e la temperatura (l’agitazione permette il controllo della temperatura e la selettività).

Cosa sono le reazioni in fase eterogenea?

Sono quelle reazioni in cui i reagenti si trovano uno in fase liquida e l’altro in un’altra fase (solida, liquida, gassosa). In questi sistemi la reazione avviene nell’interfase e la sua velocità è sempre influenzata da natura dei reagenti e T (come nei sistemi omogenei), ma anche dalla superficie dell’interfase e dalla velocità di diffusione di reagenti e prodotti, che aumentano nel caso di un’agitazione efficace.

Es: Idrogenazione

Quali tipi di agitazione?

L’agitazione magnetica sfrutta un magnete immerso nella miscela e il campo magnetico rotante. È semplice, permette l’agitazione di sistemi chiusi e l’accoppiamento con sistemi riscaldanti, ma non è adatta per i liquidi troppo viscosi o per le reazioni condotte in grande scala.

L’agitazione meccanica ha un motore che fa muovere l’agitatore. È idonea per i sistemi eterogenei, viscosi e in larga scala, ma meno semplice.

Cosa sono i PCT?

Finire

Separazione delle fasi

Come avviene la separazione delle fasi in una miscela eterogenea solido-liquido?

• Per decantazione
• Per centrifugazione
• Per filtrazione

Filtrazione

Come avviene la filtrazione?

Si lascia passare la miscela solido-liquido in un filtro che trattiene il solido, ottenendo un filtrato liquido. Il filtro può essere carta, vetro poroso o membrane filtranti; se siamo interessati al filtrato usiamo filtri a pieghe (più veloce), mentre, se siamo interessati al solido, filtri a cono. La carta da filtro ha tre proprietà: porosità (in base alla grandezza delle particelle che la possono attraversare), ritenitività (capacità di trattenere le particelle) e velocità (che impiega il liquido ad attraversare il solido).

L’imbuto può essere:

• Buchner, per grandi quantità (x filtrazione a P ridotta), che rimane saldo durante l’aspirazione e viene usato con un disco di carta da filtro
• Gooch che ha un setto di vetro poroso (no carta)
• Hirsch per piccole quantità.

Quali tipi di filtrazione?

• Filtrazione per gravità a pressione atmosferica è la più comune e sfrutta semplicemente la gravità (liquido attraverso l’imbuto con la carta).
• Filtrazione a caldo per mantenere un soluto in soluzione (sol. Sature): mantenere la miscela vicina al P.Eb., preriscaldare l’imbuto, lieve ebollizione del filtrato.
• Filtrazione sottovuoto, a pressione ridotta, che utilizza un sistema di aspirazione che genera una differenza di P tra superficie esterna e interna del filtro maggiore di quella idrostatica esercitata dal liquido. Questo permette maggiore velocità e filtrazione più completa. Come sistema di aspirazione viene utilizzata la pompa Venturi che si basa sulla teoria per la quale un fluido in movimento in un condotto chiuso, attraversando una sezione inferiore (es. Una strozzatura) diminuisce la sua pressione e aumenta la sua velocità (Effetto Venturi). Gli inconvenienti che possono verificarsi sono; solido passa l’imbuto, filtrato ribolle o schizza e viene aspirato lateralmente.

Purezza

Si ritiene pura una sostanza che sottoposta a ripetuti processi di purificazione presenti invariati i valori di tutte le sue grandezze fisiche caratteristiche. Un composto è considerato puro quando il tenore delle impurezze che contiene è inferiore al limite di sensibilità dei sistemi analitici impiegati per rivelarle.

Per cosa è necessario il controllo della purezza?

• Per sostanze sintetizzate/isolate da estratti
• Per verificare la conservazione delle sostanze che tendono a degradarsi
• Per verificare il grado di purezza di campioni commerciali.

Su cosa si basa il controllo della purezza?

• Sul P.F. per i solidi cristallini
• Sul P.Eb. e/o l’indice di rifrazione per i liquidi
• Sul potere rotatorio specifico per i composti chirali
• Sull’omogeneità in diversi sistemi cromatografici (TLC, HPLC, GC)
• Sull’analisi elementare qualitativa tramite determinazione della % di C, H e N.

Queste tecniche vengono combinate per avere un risultato più certo.

Punto di fusione

Che cos’è il P.F.?

È la temperatura alla quale la fase solida è in equilibrio con la fase liquida. In una sostanza omogenea il PF è una costante fisica che la caratterizza e ne permette così l’identificazione e la valutazione del grado di purezza. Si fa in genere riferimento ad un intervallo di fusione.

A cosa serve?

Per l’identificazione, la stabilità al riscaldamento (fino a che punto si può riscaldare finché non si alteri), entità delle forze che tengono unite le molecole nel reticolo cristallino (il calore vince le forze di attrazione secondarie), caratterizzazione della sostanza non nota, purezza (minime impurezze abbassano PF e allargano l’intervallo; elevato grado di purezza con intervallo 0,5-1°C). L’eutettico è la miscela di sostanze con PF (o eutettico) inferiore rispetto a quello delle singole sostanze.

Cosa avviene durante la determinazione del PF?

• La fusione
• La decomposizione (con intensa colorazione e sviluppo di gas, può essere determinata dalla velocità di riscaldamento)
• La carbonizzazione (annerimento senza fusione)
• Il rammollimento e la contrazione del solido
• La sublimazione (alta tensione di vapore)

Uso del PF in laboratorio?

Per identificazione e purezza, previo essiccamento (poiché il solvente che eventualmente rimane nel reticolo allarga il PF), si trova il PF con il Tubo di Thiele (max 230°C) o, meglio, l’apparecchio a blocco riscaldante (max 300°C e impostazione del gradiente di T).

A cosa serve il PF in miscela?

Ci permette di identificare sostanze con stesso PF: es. Se ho un solido che fonde a 120°C, per vedere se si tratta dell’acido benzoico lo mescolerò con quest’ultimo; se il PF non si abbassa è l’acido benzoico.

Cosa sono i solidi cristallini?

Sono solidi costituiti da una disposizione periodica e ordinata delle loro molecole nel reticolo.

Cosa sono i solidi amorfi?

Sono solidi con ordine assente o limitato delle proprie molecole. Non hanno un PF costante e possono trasformarsi in solidi cristallini in determinate condizioni termodinamiche e cinetiche.

Che cos’è un polimorfismo?

Indica la presenza di un solvente nel reticolo cristallino (pseudopolimorfismo). Ne è un esempio il paracetamolo. Queste forme possono avere PF e solubilità diverse influenzando la velocità di dissoluzione, la biodisponibilità, la stabilità chimica del farmaco stesso.

Resa di una reazione

Esprime l’efficienza di una reazione e delle procedure di isolamento e purificazione adottate.

Che cos’è la resa teorica?

È la quantità massima (peso) di prodotto che si può ottenere da un determinato ammontare di reagenti.

Che cos’è la resa reale?

È il peso effettivo del prodotto puro ottenuto dalla reazione ed è normalmente inferiore alla resa teorica. Può essere effettiva o sperimentale.

Come si riportano i risultati sperimentali?

Attraverso la resa percentuale che corrisponde a resa reale/resa teorica x 100. Una resa percentuale del 100% è una resa quantitativa.

Reazioni

Come può essere il rapporto tra le quantità molari dei reagenti in una miscela di reazioni?

• Uguale al rapporto dei loro coefficienti nell’equazione bilanciata, caso in cui tutti i reagenti vengono consumati totalmente
• Non uguale al rapporto dei coefficienti nell’equazione bilanciata, caso in cui solo una sostanza verrà totalmente consumata.

A cosa serve un eccesso di reagente?

Spesso nella pratica si usano reagenti con quantità che non rispettano il rapporto stechiometrico (difetto molare). L’uso di un eccesso di un reagente rispetto ad un altro può essere utile per: convertire completamente un reagente nel prodotto desiderato; accelerare una reazione lenta; spostare l’equilibrio e compensare la perdita di un reagente a causa di reazioni collaterali. I reagenti in eccesso rimangono parzialmente nel recipiente alla fine della reazione.

Che cos’è un reagente limitante?

È il reattivo presente in minor quantità molare, dopo un’eventuale correzione determinata dalla stechiometria. L’ammontare in moli del reagente limitante determina la quantità di moli in prodotto formatosi, dunque la resa, e la quantità in moli di reagente in eccesso consumata.

Quali fattori provocano un incremento della resa?

• Le reazioni reversibili con posizionamento dell’equilibrio sfavorevole al prodotto desiderato
• Le reazioni collaterali che formano prodotti secondari
• I tempi di reazione, T, solvente, concentrazione...
• La perdita di prodotto durante la purificazione
• La presenza di sostanze contaminanti nei reagenti che comportano una ridotta efficienza della reazione.

Che cos’è la conversione?

È la possibilità di recuperare da una reazione del materiale di partenza non reagito. È espressa in % ed è data da moli prodotto ottenuto/moli reagente consumato x 100.

Es:

• 1° caso Resa del 60%: tutto il reagente consumato si è trasformato nel prodotto, la conversione sarà del 100% ed il 40% di reagente inalterato potrà essere recuperato e riutilizzato.
• 2° caso Resa del 60%: il 40% di reagente non trasformato nel prodotto desiderato, ha fornito il 40% di prodotti secondari e non può quindi essere recuperato, la conversione sarà solo del 60%.

La conversione percentuale è maggiore-uguale alla resa percentuale.

Che cos’è l’eccesso enantiomerico?

Corrisponde alla resa ottica espressa in percentuale ed esprime la quota di enantiomero in eccesso.

Che cos’è il recupero % in peso?

Corrisponde alla resa nelle estrazioni da matrici naturali e viene data da peso sostanza isolata/ peso materiale di partenza x100.

Fattori sperimentali che influenzano il decorso di reazioni organiche

Per ottenere una resa massima ottimizzando le reazioni collaterali, dunque la selettività della reazione, deve avvenire una progettazione dell’apparecchiatura di reazione.

Quali sono i fattori importanti da tenere in considerazione per una corretta trasformazione chimica?

• La purezza dei reagenti
• La concentrazione
• Il mescolamento (ordine e velocità di aggiunta)
• Il solvente di reazione
• La temperatura
• L’atmosfera di reazione
• I catalizzatori.

Dove troviamo la purezza dei reagenti?

Viene riportata sull’etichetta come limite massimo di impurezza consentito e valore effettivo per le varie impurezze.

A cosa serve la concentrazione?

La concentrazione delle specie chimiche è importante poiché un’equazione chimica bilanciata fornisce esatte indicazioni sulla stechiometria, evidenziando i rapporti molari con i quali i reagenti si combinano per dare prodotti. Il controllo della concentrazione delle specie chimiche è necessario, non solo durante la fase iniziale, ma durante tutta la reazione, poiché l'ambiente di reazione è un sistema dinamico in cui la concentrazione può variare nel tempo. La concentrazione influenza il risultato di una reazione seguendo il principio di Le Chatelier per cui se si registra un aumento dei prodotti, l'equilibrio cambia per ridurne l'incremento e quindi si sposta verso i reagenti.

Che cosa influenza la velocità della reazione?

A livello cinetico la velocità della reazione è invece influenzata alla pressione parziale dei reagenti (Ptot x frazione molare).

Che cos’è il fattore entropico?

Anche la diluizione dei reagenti è determinante nella competizione tra trazioni intra ed intermolecolari. L’aumentare del numero di -(CH2)n- rende meno favorevole la reazione intermolecolare. Questo viene definito fattore entropico.

A cosa serve il corretto mescolamento dei reagenti?

Alcune reazioni specifiche richiedono un controllo dell’ordine e della velocità con le quali vengono aggiunti i reagenti per evitare reazioni collaterali e per controllare i processi esotermici. Anche per evitare che elevate concentrazioni di reagente vadano a reagire con il prodotto formatosi si procedete con uno specifico ordine di mescolamento o con l’allontanamento dei prodotti di reazione.

Qual è la funzione principale del solvente?

Il solvente garantisce una trasformazione il più possibile selettiva in fase omogenea e controlla la velocità di reazione. Agisce anche da condensatore assorbendo e dissipando l’energia prodotta dalla reazione. Dal momento che molte reazioni vengono eseguite in soluzione dove solventi e reagenti possono interagire efficacemente, possono anche avvenire fenomeni di solvatazione o formazione di complessi con reagenti o prodotti che vanno ad influenzare il decorso della reazione.

Come si sceglie un solvente?

In base alla purezza del solvente (diversa regioselettività), un reagente che presenta buone caratteristiche solventi, o in presenza di equilibri, può essere impiegato come solvente. Il solvente può avere eventualmente dei co-solventi.

Quando è importante la temperatura?

Quando ci sono delle reazioni organiche che hanno bisogno di un’energia di attivazione elevata, questa viene fornita sotto forma di calore. Quando, invece, si tratta di reazioni con sostanze instabili estremamente reattive si procede a temperature più basse per evitare reazioni collaterali che limitano la resa e la selettività della reazione. Inoltre, la temperatura concorre a determinare la natura e la distribuzione dei prodotti.

Come si controlla l’atmosfera di reazione?

Che cos’è un catalizzatore?

È un qualsiasi componente che accelera il decorso di una reazione abbassando l’energia di attivazione senza alterare l’equilibrio: in questo modo si hanno delle condizioni più blande che facilitano il controllo sulla selettività e la resa.

Quali caratteristiche deve avere un catalizzatore?

A seconda della natura di reagente e catalizzatore troviamo due diversi tipi di catalisi: catalisi omogenea, quando questi si trovano nella stessa fase; catalisi eterogenea quando si trovano in fasi differenti. I catalizzatori possono anche essere enzimatici; questi hanno una elevata efficienza e selettività, ma sono meno stabili in pH, temperatura e solventi organici e più costosi, oltre che poco riciclabili.

A cosa serve il registro di laboratorio?

A permettere la riproducibilità del lab work da parte di altri ricercatori.