Laboratorio di estrazione e sintesi dei farmaci - Appunti

Laboratorio di

Chimica Organica I

Docente

Prof. Fabrizio Fabris

fabrisfa@unive.it

Collaboratori Tecnici

Dr. Matteo Bertoldini

Dr. Aldo Talon

I NDICE

Cromatografia su Strato Sottile (TLC) pag. 3

Prima esperienza Cromatografia su Colonna pag. 6

Seconda esperienza Saggi di Riconoscimento di Alcuni Gruppi Funzionali pag. 8

Terza esperienza Estrazione Liquido-Liquido pag. 12

Quarta esperienza Ricristallizzazione pag. 17

Quinta esperienza Estrazione Solido-Liquido (Soxhlet) pag. 21

Sesta esperienza Distillazione Frazionata pag. 23

Settima esperienza Distillazione a Pressione Ridotta pag. 25

Ottava esperienza pag. 27

Nomogramma di Correlazione Pressioni-Temperature

Reazione di Diels-Alder (Cicloaddizione) pag. 28

Nona esperienza Reazione di Acetalizzazione pag. 30

Decima esperienza

Undicesima esperienza Esterificazione di Fisher pag. 32

pag. 35

Lista delle Sostanze Utilizzate nel Corso delle Esperienze 2

Laboratorio di Chimica Organica I fabrisfa@unive.it Prima Esperienza

C S S (TLC)

ROMATOGRAFIA SU TRATO OTTILE

Thin Layer Chromatography

La cromatografia su strato sottile può risultare estremamente utile in chimica organica al fine di stabilire:

a) il numero di sostanze presenti in un campione; b) l'identità delle sostanze presenti in un campione; c) la

stabilità di un composto sulla silice; d) il miglior eluente per una cromatografia su colonna; e) l'esito di

una separazione cromatografica su colonna; f) il grado di avanzamento di una reazione.

carta da filtro, barattoli con coperchio a vite, cilindro graduato da 10 mL, pipette

Materiale necessario:

Pasteur e tettarelle, solventi (esano, diclorometano, dietiletere, acetato di etile, etanolo), miscela

incognita, sostanze di riferimento (antracene, naftalene, 2-naftolo, acetanilide, benzofenone, acido

benzoico) provette piccole e portaprovette, capillari, fogli da TLC, pinzette chirurgiche, lampada UV,

iodio.

Determinazione del numero e dell'identità delle sostanze presenti in un campione incognito

Tagliare un rettangolo

Preparazione della camera di eluizione.

di carta da filtro di circa 5x10 cm, piegarlo a L e sistemarlo

all'interno di un barattolo di vetro con tappo a vite. Con

l'ausilio di un cilindretto graduato da 10 mL preparare la

miscela di solventi che si intenda utilizzare e versarla nel

barattolo. Chiudere col coperchio e agitare in modo da

mescolare la soluzione, bagnando bene la carta da filtro e

saturando di vapori la camera. Quando si usi una nuova

miscela eluente, si versi la precedente nel bidone di recupero dei solventi organici e si asciughi l'interno

del barattolo e la carta col phon (sotto cappa). I solventi più comuni possono essere ordinati rispetto alla

loro polarità in modo seguente: esano < diclorometano < dietiletere < etil acetato < etanolo. Come primo

approccio generalmente si provano, nell'ordine di polarità le seguenti miscele:

1 100% esano; 4 50% di acetato di etile in esano;

2 50% di diclorometano in esano; 5 100% acetato di etile;

3 100% diclorometano; 6 50% etanolo in acetato di etile.

In taluni casi, può risultare conveniente variare i rapporti tra i componenti (polare e apolare) al fine di

ottimizzare separazione (e.g. 3 : 7 diclorometano/esano) Prelevare circa 20 mg (una punta

Preparazione della soluzione del campione incognito e dei riferimenti.

di spatola) di sostanza incognita in una provetta pulita e scioglierla in circa 3 mL di diclorometano. Fare

altrettanto con le sostanze di riferimento messe a disposizione. Immergere un capillare in ogni provetta

(da non scambiarsi!!). Tagliare da un foglio per TLC una striscia di circa 7x5 cm, avendo cura di

Preparazione della lastrina.

non toccarla con le dita sulla superficie ricoperta di silice. A poco meno di 1 cm dalla base (lato stretto)

tracciare con la matita una linea orizzontale e segnare una serie di punti corrispondenti alla miscela e ai

riferimenti messi a disposizione (vedi figura 1). Annotare sotto i punti il nome di ciò che si andrà a eluire

(miscela e riferimenti) e sulla sommità della lastrina la composizione della miscela eluente che si andrà a

utilizzare. Immergere la punta di un capillare di vetro nella soluzione incognita, toccare con la punta del

capillare il punto segnato sulla lastrina corrispondente al riferimento, lasciando depositare il contenuto del

capillare sulla silice. Asciugare il solvente soffiando leggermente sulla superficie della lastrina. Ripetere

l'operazione per le soluzioni dei riferimenti.

Usando un paio di pinzette, immergere delicatamente la lastrina nella soluzione eluente e

Eluizione.

tappare il barattolo. Lasciare che il solvente arrivi a circa 1/2 cm dall'estremità superiore della lastrina ed

estrarre con le pinzette la lastrina. Segnare subito con la matita il livello raggiunto dall'eluente e asciugare

rapidamente la superficie soffiando o con un phon.

Illuminare la lastrina con la lampada a raggi UltraVioletti (ATTENZIONE! I raggi UV

Visualizzazione.

possono portare gravi lesioni alla vista). La superficie della lastrina risulterà illuminarsi di verde

lasciando in ombra le zone ove siano presenti sostanze in grado di assorbire la radiazione UV. Segnare

con la matita le macchie evidenziate dalla lampada. Le sostanze non mostrate dagli UV potranno essere

evidenziate lasciando la lastrina per alcuni minuti in un barattolo contenente iodio su gel di silice. Anche

in questo caso si segneranno con la matita le macchie imbrunite dallo iodio (il processo è reversibile e

dopo poco le macchie scompaiono). esano AcOEt

Con questo eluente:

Con questo eluente: - posso concludere che la

- posso concludere che la miscela contenga C

miscela contenga A - posso escludere che la

- posso escludere che la miscela contenga D

miscela contenga B

- non posso discriminare - non posso discriminare

se contenga C o D se contenga A o B A B C D

mix

A B C D

mix (R

f). Dopo aver evidenziato le macchie, ricavare il rapporto di

Determinazione del rapporto di eluizione

eluizione delle sostanze di riferimento, per ogni miscela eluente. Tale valore si ottiene dividendo la

distanza percorsa dalla macchia per la distanza percorsa dal fronte del solvente, come riportato

nell'esempio seguente. 4

3:7 AcOEt/esano

Esempio di determinazione

del rapporto di eluizione limite raggiunto dal

fronte del solvente

(da segnare a matita)

L livello raggiunto

punto di partenza dall'eluente nel barattolo

l R

= / = 0.35±5

l L

R f

(ottimale per cromatografia su colonna)

alla fine delle esperienze le miscele di solventi devono essere gettate nel

Smaltimento dei materiali:

bidone “rosso” dei solventi esausti. Le provettine contenenti i campioni di riferimento vanno lavate con

bidone “rosso” dei solventi esausti. I fogli delle TLC usati possono essere

acetone, che và gettato nel

gettati nel cestino della carta straccia. 5

Laboratorio di Chimica Organica I fabrisfa@unive.it Seconda Esperienza

C C

ROMATOGRAFIA SU OLONNA

La cromatografia su colonna permette la purificazione di composti aventi rapporti di eluizione (R

f)

sufficientemente differenti, in scala preparativa (dai pochi milligrammi a decine di grammi).

due pinze con relativi morsetti, una colonna cromatografica munita di serbatoio,

Materiale necessario:

cotone, bacchetta di vetro, beuta, gel di silice, diclorometano, beacker, imbuto, anello di suberite, provetta

grande, miscela di naftalene e 2-naftolo, sabbia, bilancia, pipette Pasteur e tettarelle, provettine piccole e

portaprovette, capillari, fogli da TLC, camera di eluizione, lampada UV, pallone da 100 mL a collo largo,

rotoevaporatore, capillari chiusi da punto di fusione, apparato per la determinazione del punto di fusione.

Separazione del naftalene dal 2-naftolo su gel di silice come fase stazionaria

Fissare con due pinze la colonna in modo che risulti ben verticale e a

Preparazione della colonna.

un'altezza tale da poter posizionare sotto il rubinetto una beuta appoggiata su un elevatore. Montare sulla

sommità il serbatoio per il solvente e assicurarsi che sul fondo della colonna sia presente una pallina di

cotone e che il rubinetto sia chiuso. Pesare 7 g di gel di silice in un beacker da 100 mL e aggiungervi 60

mL di diclorometano. Mescolare accuratamente la silice con l'eluente, facendo in modo di eliminare bolle

di aria eventualmente formate. Versare la miscela nella colonna cromatografica col serbatoio con l'ausilio

di un imbuto, recuperando il solido rimasto nel beacker con due aliquote da 10 mL di diclorometano. Con

un anello di suberite dare nel contempo dei colpetti (delicati!) sulla colonna in modo da far salire le bolle

d'aria eventualmente presenti nella colonna. Aprire il rubinetto, raccogliendo il liquido eluito nella beuta,

fino a che il livello del liquido avrà raggiunto il livello della silice decantata. Chiudere il rubinetto e

rimuovere il serbatoio per il solvente.

In una provetta grande sciogliere il campione (300 mg circa) nel minimo

Caricamento della colonna.

volume di diclorometano e trasferire la soluzione sulla sommità della silice con l'ausilio di una pipetta

Pasteur. Aprire il rubinetto lasciando che la soluzione contenente il campione penetri nella silice. Lavare

la provetta contenente il campione con una minima quantità di diclorometano e ripetere le operazioni

precedenti di trasferimento e penetrazione nella silice. Sostituire la beuta di raccolta con una provettina.

delicatamente l'eluente contenuto

Versare sulla sommità della silice un poco di sabbia (1-2 cm) e versare

nella beuta nella colonna fino al collo della colonna. Riposizionare il serbatoio sulla colonna e versare

delicatamente il resto dell'eluente.

Lasciare fluire l'eluente attraverso il rubinetto aperto e raccogliere le frazioni in

Raccolta delle frazioni.

dodici provette piccole (eventualmente numerate), da riporre ordinatamente nel portaprovette.

Aggiungere ulteriore diclorometano se non bastasse. 6

Tracciare su due fogli da TLC di 5x7 cm sei

Visualizzazione dell'esito della separazione tramite TLC.

punti di semina numerati (1 -> 6 e 7 ->12). Prelevare col capillare da ogni provetta e depositare sul punto

corrispondente. Eluire con lo stesso solvente utilizzato per la cromatografia su colonna ed evidenziare le

macchie eluite con la lampada UV, segnando a matita le ombre osservate.

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12 7 8 9 10 11 12

Esempio di separazione riuscita parzialmente

Esempio di separazione ben riuscita. (la frazione 3 contiene entrambe le sostanze)

presumibilmente per l'utilizzo di un solvente troppo polare

Le frazioni (pulite) contenenti il primo prodotto eluito sono versate in un

Raccolta dei prodotti eluiti.

pallone da 100 mL a collo largo. Si rimuove il diclorometano tramite rotavapor e si determina il punto di

fusione del solido risultante. Analogamente si proceda per il secondo eluito.

alla fine delle esperienze le miscele di solventi devono essere gettate nel

Smaltimento dei materiali:

bidone “rosso” dei solventi esausti. I campioni solidi di naftalene e 2-naftolo vanno gettati nel bidoncino

dei solidi. La colonna contenente il gel di silice umida và fissata capovolta sopra un beacker sotto cappa:

il gel di silice asciugandosi cadrà nel beacker e verrà gettato nel bidoncino dei solidi. Le provettine

contenenti i campioni di riferimento e i palloncini vanno lavati con acetone, che và gettato nel bidone

“rosso” dei solventi esausti. I fogli delle TLC usati possono essere gettati nel cestino della carta straccia. 7

Laboratorio di Chimica Organica I fabrisfa@unive.it Terza Esperienza

S R A G F

AGGI DI ICONOSCIMENTO DI LCUNI RUPPI UNZIONALI

I saggi di riconoscimento sono reazioni estremamente semplici e di sicura riuscita, che permettono di

confermare la presenza di alcuni gruppi funzionali in un composto incognito: tipicamente l’esito del

saggio è reso evidente da marcati cambiamenti di colore o altri segnali facilmente apprezzabili, senza

l’ausilio di particolare strumentazione.

provette di varie misure, pipette Pasteur e tettarelle, cicloesene, soluzione 0.1 M di

Materiale necessario:

bromo in tetracloruro di carbonio, soluzione all’1% di permanganato di potassio acquoso, 1-butanolo, 2-

butanolo, acido cloridrico concentrato, reattivo di Lucas [zinco(II) cloruro (20 g) in acido

ter-butanolo,

cloridrico concentrato (13 mL)], soluzione al 5% di argento(I) nitrato, soluzione al 10% di idrossido di

sodio, soluzione all'1% di ammoniaca acquosa, benzaldeide, esanale, acetone, soluzione acquosa di KI

3

[30 g di iodio e 17 g di potassio ioduro in 85 mL di acqua].

Riconoscimento di olefine

In una provetta piccola versare circa 0.5 mL di composto incognito (e.g. cicloesene) e

Con bromo.

aggiungere goccia a goccia una soluzione 0.1 M di bromo in tetracloruro di carbonio (ATTENZIONE!!),

osservando l'istantanea decolorazione del bromo, dovuta alla formazione del dibromuro (e.g. trans-1,2-

dibromocicloesano). Br

Br

+ Br Br

rosso

incolore incolore

In una provetta piccola versare circa 0.5 mL di composto incognito (e.g. cicloesene)

Con permanganato.

e aggiungere alcune gocce di una soluzione all'1% di permanganato di potassio acquoso, agitando la

miscela si osserverà il viraggio da viola a marrone, dovuto alla concomitante formazione di biossido di

manganese e del diolo (e.g. cis-1,2-cicloesandiolo). OH +

+ KMnO MnO

4 2

marrone

OH

violetto

incolore incolore 8

Riconoscimento di alcoli terziari, secondari e primari

In tre provette versare circa 0.5 mL di alcol primario, secondario e terziario (e.g. 1-

Con acido cloridrico.

butanolo, 2-butanolo, e aggiungere circa 3 mL di acido cloridrico concentrato: solo l'alcol

ter-butanolo)

terziario reagisce mostrando la separazione di due fasi. Cl

+ –

+ Cl

OH H Cl – H O

2 immiscibile in

acqua

e OH

OH

non reagiscono

In tre provette versare circa 0.5 mL di alcol primario, secondario e terziario (e.g. 1-

Con reattivo di Lucas.

butanolo, 2-butanolo, e aggiungere circa 5 mL di reattivo di Lucas:

ter-butanolo)

- l'alcol terziario reagisce istantaneamente, come evidenziato dalla separazione di due fasi;

- l'alcol secondario reagisce lentamente (10-20 min), dando origine a due fasi distinte;

- l'alcol primario reagisce solo a caldo (bagno-maria), mostrando due fasi immiscibili.

+ HCl

·HCl

ZnCl

2 ZnCl

2

O ·H O

– ZnCl

– HCl Cl

OH 2 2

H immiscibile in acqua

reagisce reagisce lentamente,

OH OH

istantaneamente solo a caldo

Riconoscimento di aldeidi

In una provetta grande si pone 1 mL di una soluzione al 5% di argento(I) nitrato e vi

Reattivo di Tollens.

si aggiunge goccia a goccia una soluzione al 10% di idrossido di sodio, fino a che non si formi più nuovo

precipitato scuro. Quest'ultimo viene solubilizzato per aggiunta di una soluzione all'1% di ammoniaca

acquosa. 2 NH

NaOH 3 Ag(NH ) OH

AgNO AgOH 3 2

3 - NaNO solubile

3

In una provetta piccola versare 3 gocce di composto incognito (e.g. benzaldeide, esanale) e aggiungere

circa 0.5 mL di reattivo di Tollens: le aldeidi reagiscono riducendo il complesso di argento ad argento

9

metallico, ossidandosi a loro volta ad acidi carbossilici. I chetoni rimangono inalterati. [preparare due

provette contenenti l'aldeide aromatica e quella alifatica]

O O + H O

2 Ag 3 NH

2 Ag(NH ) OH + NH + +

+ 2

3

3 2 4

–

R H R O

+1 0

2 Ag 2 Ag

–

2 e

+1 +3

C

C

ATTENZIONE!! Il reattivo di Tollens lasciato asciugare forma composti esplosivi: diluire

abbondantemente con acqua le miscele da gettare nel bidone delle “acque di primo lavaggio”.

Riconoscimento di α-metilchetoni

In una provetta grande si pongono 1 mL di α-metilchetone (e.g. acetone) in 5

Reazione dello iodoformio.

mL di idrossido di sodio al 10%. Si aggiunge lentamente una soluzione acquosa di KI (addotto tra iodio

3

e potassio ioduro, che aumenta la solubilità dello iodio in acqua), fino a persistente colorazione bruna. Lo

iodoformio si separa dalla soluzione sotto forma di solido che precipita sul fondo e che può essere filtrato

su Gooch, lavato con acqua ed essiccato (il p.f. riportato in letteratura è di 118-120 °C). Il test dà esito

positivo con chetoni recanti almeno un α-metile. Consegnare lo iodoformio ottenuto al docente.

O

O O O

I

–

OH 2 –

I –

I

–

R CH I

R CH R CH R CH

2

3 2 2

I

O O O

– –

I I

OH , OH ,

2 2

I

R CH R CHI R CI

– –

I I

2 2 3

– –

I I

O O

O

–

OH C CHI

+ + 3

iodoformio

R CI I R O

R OH

3 (giallo e

insolubile

in acqua)

Smaltimento dei materiali

- alla fine del test di riconoscimento con il bromo la provetta và lavata con acetone, che va gettato

bidone “rosso” dei solventi esausti;

nel 10

- alla fine del test di riconoscimento con il permanganato di potassio la provetta và lavata con

di primo lavaggio”, quindi può essere buttata nel

abbondante acqua, che va gettata nel bidone “acque

bidone della vetreria;

- alla fine del test di riconoscimento con acido cloridrico e con il reattivo di Lucas le provette vanno

lavate con acqua, che va gettata nel bidone “acque di primo lavaggio” e quindi con acetone, che va gettato

bidone “rosso” dei solventi esausti;

nel

- alla fine del test di riconoscimento con il reattivo di Tollens le provette vanno lavate con

abbondante acqua, che va gettata nel bidone “acque di primo lavaggio”, quindi possono essere buttate nel

bidone della vetreria rotta o conservate per proprio piacere;

- alla fine del test di riconoscimento con iodoformio la provetta va lavata con acqua, che va get