Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci - cristallizzazione

Purificazione di sostanze solide

Una sostanza si definisce pura quando, sottoposta a ripetuti trattamenti di purificazione, mantiene inalterate le sue grandezze fisiche caratteristiche.

F. Ortuso - Analisi dei Medicinali II

Metodi di purificazione

Esistono due metodi principali per la purificazione delle sostanze solide: la cristallizzazione (semplice o frazionata) e la sublimazione. L’avvenuta purificazione può essere confermata attraverso il punto di fusione.

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Cristallizzazione

La cristallizzazione è la dissoluzione della sostanza a caldo in un solvente in cui la sostanza stessa sia insolubile a temperatura ambiente; per successivo raffreddamento si ha deposizione di cristalli della sostanza purificata. Infatti:

• Le impurezze possono essere più o meno solubili della sostanza nel solvente prescelto.
• Le meno solubili restano indisciolte nella soluzione a caldo e si separano per filtrazione a caldo.
• In soluzione va la sostanza e le impurezze solubili che si trovano, rispetto ad essa, ad una concentrazione minore; con il raffreddamento la soluzione diventa sovrasatura rispetto alla sostanza che cristallizza, ma non rispetto alle impurezze, che si trovano in concentrazione minore e che quindi restano in soluzione.

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Processo di cristallizzazione

Il processo di cristallizzazione può essere sintetizzato in:

• Scelta del solvente opportuno;
• Dissoluzione della sostanza da purificare nel solvente all’ebollizione;
• Filtrazione a caldo della soluzione ottenuta per eliminare le impurezze insolubili;
• Raffreddamento della soluzione filtrata ed ottenimento dei cristalli;
• Separazione dei cristalli dalle acque madri;
• Lavaggio ed essiccamento dei cristalli.

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Cristallizzazione: scelta del solvente

Fra i solventi inorganici il più usato è l’H₂O. In certi casi si usa l’H₂O con aggiunta di piccole quantità di acidi e basi. Di rado si usano POCl₃, SO₂Cl₂, SOCl₂ ed H₂SO₄. I solventi organici più usati sono: CH₃OH, CH₃CH₂OH, mentre l’etere va usato solo quando indispensabile offrendo notevoli inconvenienti per il suo basso punto di ebollizione e perché molto infiammabile. Per sostanze difficilmente solubili si usano CH₃COOH e la piridina, aventi un elevato potere solvente anche a freddo. In alcuni casi si ricorre alle miscele di solventi (es. H₂O/EtOH, ligroina/benzolo).

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Le caratteristiche di un solvente adatto per la cristallizzazione di una sostanza sono:

• La curva di solubilità della sostanza nel solvente deve salire rapidamente con la temperatura, in maniera che essa si sciolga molto a caldo e poco a freddo. Si raffredda la soluzione al di sotto della temperatura ambiente con ghiaccio per facilitare la separazione del composto cristallino.
• Il solvente deve essere inerte, non reagire con la sostanza: ad esempio non si usa mai l’alcool per cristallizzare un cloruro acido in quanto si otterrebbe l’estere.
• Le impurezze che accompagnano la sostanza devono essere rispetto ad essa o molto più o meno solubili nel solvente impiegato.
• Il solvente deve possedere una volatilità intermedia (T.eb. > 60 °C < 140 °C) e comunque la sua temperatura di ebollizione deve essere minore della temperatura di fusione del soluto.

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I solventi possono essere:

• Polari protici: es. H₂O, CH₃OH
• Apolari protici: es. CH₃COOC₂H₅
• Apolari: es. C₆H₆, CH₃-C₆H₅

La scelta del solvente deve anche tenere conto della cristallizzabilità potenziale (C=cp). C è la concentrazione della sostanza da cristallizzare dove C_s rispetto al solvente ed è la sua solubilità alla temperatura considerata nel medesimo solvente.

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Preparazione della soluzione

Preparazione della soluzione satura alla temperatura di ebollizione. Si procede ponendo prima la sostanza e poi aggiungendo circa una metà del solvente e successivamente si scalda quasi all’ebollizione: si aggiunge poi gradualmente il resto del solvente necessario alla completa dissoluzione, dopo aver allontanato la provetta dalla fiamma. Se la soluzione bollente è limpida non si filtra perché non si hanno impurezze insolubili a caldo; in caso contrario si filtra attraverso un filtro posto in imbuto riscaldato con il solvente all’ebollizione per evitare cristallizzazione della sostanza sul filtro freddo.

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Filtrazione, lavaggio ed essiccamento dei cristalli

Per separare i cristalli dalle acque madri si usa il Buchner col fondo di porcellana collegato con l’apposita beuta da vuoto. Il filtro di carta deve essere delle stesse dimensioni del fondo per evitare perdite. Il Buchner presenta dei vantaggi rispetto al comune filtrazione: permette grande rapidità riducendo di circa 10 volte il tempo necessario, inoltre per la limitata superficie della carta vengono ridotti al minimo i pericoli di perdita. L’aspirazione determina un iniziale essiccamento del prodotto. Quando la filtrazione è cessata, si deve staccare prima la gomma e poi chiudere l’acqua per la pompa: operando inversamente avremmo dei pericolosi risucchi. Per filtrazioni più accurate si usano i Gooch, col fondo di vetro poroso. Tenere pulita la beuta dove si raccolgono le acque madri, queste non vanno mai buttate potendo servire nel caso che passi nel filtrato anche del solido.

Dopo aver staccato il vuoto si aggiunge qualche goccia di solvente in modo che si possa scendere lentamente attraverso i cristalli sul Buchner e lavarli meglio da residui di acque madri; si riattacca poi il vuoto e si lascia asciugare. Per il lavaggio conviene usare piccole porzioni di solvente ogni volta. L’essiccamento dei cristalli si esegue dapprima comprimendoli con una spatola su un pezzo di porcellana porosa che assorbe per capillarità il liquido presente, indi ponendoli sotto vuoto e riscaldando per eliminare le ultime tracce di solvente.

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