Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci - nozioni

Università di Padova

Facoltà di Scienze MM FF NN

Corso di Laurea in Chimica

Corso di chimica organica III, modulo C: laboratorio

a.a. 2007-2008
Dr. Marcella Bonchio
Dipartimento di Scienze Chimiche
Università di Padova
Email: marcella.bonchio@unipd.it

Calendario e programma

Settimana Argomenti
III semestre 2006

• 1 settimana: Introduzione al laboratorio, isomerizzazione del maleato, ossidazione del calcone
• 2 settimana: Sintesi dell’aspirina, riduzione di un chetone
• 3 settimana: Sintesi di una cumarina (condensazione di Knoevenagel), identificazione strutturale di un composto incognito
• Almeno 2 settimane: Consegna quaderno di laboratorio prima dell’appello

Note

- Il corso di laboratorio (modulo C) si articola in 48 ore di frequenza del laboratorio e 12 ore di teoria. Queste ultime sono dedicate sia all’approfondimento degli argomenti di teoria (moduli A e B) con esercitazioni mirate, sia alla presentazione delle esperienze di laboratorio, delle procedure sperimentali e degli strumenti, a disposizione in laboratorio, per l’indagine strutturale dei composti organici.

- La frequenza è obbligatoria. Per la corretta esecuzione delle tecniche sperimentali e quindi per la sicurezza personale e di tutte le altre persone che frequentano il laboratorio, è necessario affrontare il laboratorio con serietà e preparazione. Questo richiede un approfondimento personale dei diversi argomenti affrontati durante le lezioni in aula, prima dello svolgimento sperimentale delle esperienze.

- In caso di dubbi o incomprensione di qualsiasi argomento relativo al laboratorio, si consiglia di rivolgersi sempre ai docenti o agli assistenti presenti in laboratorio. Le assenze devono essere giustificate e segnalate ai docenti per telefono o email agli indirizzi riportati in “Informazioni Generali” (vedi Indice).

Testi consigliati

• R.M. Roberts, J.C. Gilbert, S.F. Martin: "Chimica Organica Sperimentale". Zanichelli Editore (BO), prima edizione 1999.
• R. M. Silverstein, F.X. Webster: "Identificazione spettroscopica di composti organici". Casa Editrice Ambrosiana (MI), 1999 (traduzione della VI edizione americana).

Testi di approfondimento

• B.S. Furniss, A.J. Hannaford, P.W.G. Smith, A.R. Tatchell: "Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry-5th Edition". Longman Scientific & Technical (Harlow, UK), 1989.
• 'The Handbook of Chemistry and Physics' CRC Press, Boca Raton, Florida (71st ed.,1990-1991).

Programma settimanale

Giorno Laboratorio ore 14.30-18.30 VI p.

• LU 31/3: Inizio laboratorio: 4h, descrizione laboratorio; norme di comportamento, programma, presentazione esperienze 1 e 2, consegna banchi
• MA 1/4: 1° esperienza: isomerizzazione maleato, tutti i gruppi (A,B)
• ME 2/4: 1° esperienza fine (gruppi A), 2° esperienza (gruppi B) ossidazione calcone
• GIO 3/4: 2° esperienza (gruppi A) ossidazione calcone, 1° esperienza fine (B)
• VE 4/4: Fine 1° settimana di laboratorio

• LU 7/4: 3 esperienza (gruppi A) aspirina, 2° esperienza fine (gruppi B) ossidazione calcone
• MA 8/4: 2° esperienza fine (A) ossidazione calcone, 3 esperienza (gruppi B) aspirina
• ME 9/4: 3 esperienza_fine (gruppi A) aspirina, 4 esperienza (gruppi B) riduzione di chetone
• GIO 10/4: 4 esperienza (gruppi A) riduzione di chetone, 3 esperienza fine (gruppi B) aspirina
• VE 11/4: Fine 2° settimana di laboratorio

• LU 14/4: 5 esperienza (gruppi A) sintesi cumarina, riduzione di chetone, 4 esperienza fine (gruppi B)
• MA 15/4: 4 esperienza fine (gruppi A) riduzione di chetone, 5 esperienza (gruppi B) sintesi cumarina
• ME 16/4: 5 esperienza fine (A e B) sintesi cumarina, INCOGNITO (tutti)
• GIO 17/4: 5 esperienza fine (A e B) sintesi cumarina, CONSEGNA INCOGNITO (tutti)
• VE 18/4: Fine 3° settimana di laboratorio

Indice

• Introduzione
  • Informazioni generali 6
  • Dotazione di vetreria e accessori 7
  • Norme di comportamento e sicurezza nel laboratorio 10
• Procedure fondamentali
  • Il quaderno di laboratorio 14
  • Riscaldamento con riflusso 16
  • Cristallizzazione 18
  • Filtrazione 19
  • Estrazione con imbuto separatore 20
  • Anidrificazione 22
  • Utilizzo dell’evaporatore rotante 24
  • Preparazione di un tubo NMR 25
  • Preparazione di un campione per analisi IR 26
  • Preparazione di un campione per analisi TLC e GC-MS 27
• Esperienze
  • Isomerizzazione del dietil maleato 29
  • Ossidazione del calcone a calcone epossido 33
  • Sintesi dell’acido acetilsalicilico (aspirina) 37
  • Riduzione del benzofenone ad alcol con sodio boro idruro 40
  • Sintesi del cumarin-3-carbossilato di etile (condensazione di Knoevenagel) 44
  • Identificazione di un composto incognito 48
• Appendice
  • Istruzioni per l’uso dello spettrometro NMR Bruker 250 MHz 50
  • Istruzioni per l’uso del programma di elaborazioni di spettri MESTRE-C 53
  • Istruzioni per la registrazione di un’ analisi GC-MS 57
  • Istruzioni per la registrazione di uno spettro IR 59
  • Esempio della compilazione del quaderno di laboratorio 60

Informazioni generali

Docenti ed Assistenti presenti in laboratorio:

• Prof. Marcella Bonchio - Email: marcella.bonchio@unipd.it - Tel: 049 8275670
• Dr. Miriam Mba - Email: miriam.mba@unipd.it
• Dr. Andrea Sartorel - Email: a.sartorel@itm.cnr.it
• Dr. Filippo Stella - Email: filippo.stella@unipd.it

Ubicazione e reperibilità:
Il laboratorio didattico ha sede al sesto piano del Centro Interchimico. Tel: 049 8275274
La frequenza del laboratorio è prevista dalle ore 14.30 alle ore 18.30 dal lunedì al giovedì, per tre settimane come indicato nel calendario del corso (vedi all’inizio). Eventuali variazioni verranno comunicate agli studenti durante le ore di lezione al mattino e attraverso avvisi inseriti nelle web-pages: http://www.chimica.unipd.it/~chimica/ http://www.chfi.unipd.it/~m.bonchio/organica3.htm

Materiale necessario

Ogni studente deve portare in laboratorio:

• Questo manuale di laboratorio
• Un quadernone a quadretti per la stesura della relazione sull’esperienza e la registrazione di tutte le osservazioni sperimentali inerenti alla stessa
• Calcolatrice e cancelleria personali
• Un camice da laboratorio

Gruppi di lavoro

Ogni studente dividerà la postazione di lavoro (banco + vetreria) con uno o due compagni. Le esperienze verranno condotte dal gruppo mentre ogni singolo studente deve compilare il proprio quaderno di laboratorio, in modo autonomo e personale.

Valutazione dell’attività del laboratorio

Il giudizio relativo al modulo di laboratorio sarà integrato nella valutazione dell’esame totale e sarà basato su:

• La preparazione e manualità del singolo studente
• L’osservanza delle norme di sicurezza
• La compilazione del quaderno di laboratorio
• L’ordine e la pulizia del banco di lavoro del gruppo

Accesso al laboratorio

Ogni studente deve presentare, compilata in ogni parte, la scheda di preparazione all’esperienza: PRE-Lab, (preparazione al laboratorio), come descritto successivamente nella sessione dedicata al quaderno di laboratorio.

Dotazione di vetreria e accessori (dotazione di gruppo)

• Distillatore di liebig (cono 12)
• Coda per distillazione (cono 12)
• Raccordo di Claisen (cono 12)
• Raccordo di riduzione (cono 12x26)
• Raccordo di espansione (cono 12x26)
• Refrigeranti a bolle (cono 12, cono 26)
• Colonna di vigreux
• Tubo a cloruro di calcio (cono 12, cono 26)
• Termometro semplice
• Termometro per distillazione (cono 12)
• Pipetta graduata da 10ml
• Imbuto buchner in porcellana (d 5cm, d 8cm, d 12cm)
• Imbuto di vetro semplice (d 5cm, d 8cm, d 12cm)
• Imbuto separatore (250 ml, 500 ml)
• Imbuto gocciolatore cilindrico
• Cristallizzatore (d 5cm, d 8cm)
• Vetrino di orologio (d 5cm, d 8cm, d 12cm)
• Portaprovette
• Pinza in legno
• Cilindro graduato (25, 50, 250 ml)
• Beuta normale (50, 100, 250, 500 ml)
• Beuta cono 12 (50, 100 ml)
• Beuta cono 26 (250, 500 ml)
• Beuta da vuoto (100, 250, 500 ml)
• Bicchiere, “Beaker”, (50, 100, 250, 500, 1000 ml)
• Palloni cono 12 (50, 100 ml)
• Palloni cono 26 (100, 250, 500 ml)
• Pallone a tre colli 12x26x12 (250, 500 ml)
• Tappi in vetro o plastica (cono 12, 26)
• Bacchetta di vetro
• Tettarelle in lattice
• Spatola in acciaio
• Propipetta in gomma
• Occhiali di protezione

Dotazione di vetreria e accessori (illustrazioni rappresentative)

• Beute normali
• Beuta da vuoto
• Beuta cono
• Beakers
• Pallone
• Pallone a tre colli
• Refrigerante
• Refrigeranti a bolle
• Imbuto gocciolatore
• Imbuto separatore
• Imbuti
• Cristallizzatori
• Vetrini d’orologio
• Cilindri graduati
• Raccordo di Claisen
• Pinze e morsetti
• Anelli di sostegno
• Spatole in acciaio
• Tubi per acqua e vuoto
• Mantelli riscaldanti
• Agitatori magnetici
• Ancoretta magnetica
• Tubo NMR
• Pastigliatori IR

Norme di comportamento e sicurezza nel laboratorio

La sicurezza del laboratorio è responsabilità personale di ognuno. È necessario lavorare con attenzione e consapevolezza in ogni fase della realizzazione dell’esperimento. Questo significa, in primo luogo, approfondire la preparazione dell’esperimento prendendo coscienza della natura dei solventi e dei reagenti che verranno utilizzati, spesso sostanze infiammabili, corrosive, tossiche. Si deve, quindi, porre particolare cautela al loro utilizzo che deve avvenire solo in condizioni di sicurezza evitando: inalazione diretta, travasi azzardati, manipolazione non protetta (camice, guanti, occhiali), fiamme libere. Lo smaltimento di solventi e reagenti deve essere effettuato secondo le procedure indicate.

Le norme di comportamento possono essere riassunte per punti considerati fondamentali e inderogabili:

• Indossare sempre il camice e gli occhiali di protezione e, quando necessario, i guanti.
• Assolutamente vietato fumare. Non sono ammesse fiamme libere in laboratorio per nessun motivo.
• Vietato portare e consumare bevande e cibi.
• Si deve conoscere la collocazione e l'uso corretto dei dispositivi di emergenza (uscita di sicurezza, estintori, docce, lavaocchi, coperta ignifuga).
• Prepararsi prima di iniziare l'esperimento. Studiare e capire le procedure sperimentali e le reazioni utilizzate nell’esperimento. Documentarsi sulle proprietà di solventi, reagenti, intermedi e prodotti (punto di ebollizione, corrosività, tossicità, rischio di esplosioni) per poter operare con sicurezza. Indicazioni specifiche (uso della cappa, di uno schermo protettivo, di guanti, ecc.) sono fornite nelle schede relative ai diversi esperimenti. Imparare i simboli di pericolosità riportati nei cataloghi ed elencati nell’ultima pagina di questo manuale per tutti i reagenti e prodotti delle diverse esperienze.
• Seguire rigorosamente le istruzioni e non prendere l'iniziativa di modificare in alcun modo le procedure indicate nelle schede degli esperimenti senza prima consultare gli incaricati del corso.
• Non versare alcun prodotto, solvente di scarto o residuo solido o liquido negli scarichi dei lavandini o nei cestini della carta straccia. Usare gli appositi contenitori approntati per la raccolta dei residui e degli scarti.
• Gettare la vetreria di scarto (pipette, capillari e la vetreria rotta non recuperabile) e la vetreria rotta da riparare solo negli appositi contenitori di raccolta.
• Tenere il proprio banco e tutte le aree di lavoro comuni (bilance, cappe, banchi strumenti) sempre puliti e in ordine.
• Non lasciare mai contenitori con prodotti o soluzioni privi di un'etichetta con l'indicazione del contenuto e del vostro nome. Lavare la vetreria subito dopo l'uso.

Norme di comportamento e sicurezza nel laboratorio: sicurezza personale

Non dimenticare di indossare gli occhiali di protezione e il camice. Si sconsiglia l’uso di lenti a contatto, e si raccomanda di indossare indumenti che consentono una adeguata protezione del corpo e dei piedi. I sandali non sono calzature adeguate. Non indossare sciarpe, cravatte e legare i capelli troppo lunghi.

Istruzioni generali per l’utilizzo di composti chimici

Esistono alcune avvertenze da segnalare per l’utilizzo di particolari classi di composti:

• Sostanze infiammabili (esempi: etere etilico, acetone, esano, etanolo, metanolo)
  Il livello di cautela dipende dalle caratteristiche di infiammabilità e pericolosità della sostanza. Fra i solventi riportati sopra l’etere etilico è altamente infiammabile e volatile. I vapori possono incendiarsi a contatto con una sorgente di riscaldamento o fiamma libera. Si raccomanda di:
  • Lasciare raffreddare sempre il pallone di reazione prima di aprirlo.
  • Non rovesciare solventi su piastre riscaldanti accese o mantelli riscaldanti.
  • Controllare la temperatura di ebollizione del solvente e non sovrariscaldare ma procedere sempre con cautela, controllando il riflusso regolare del solvente nel refrigerante dell’apparecchiatura a riflusso (vedi dopo).
• Solventi organici e composti volatili (esempi: etere di petrolio, acetone, cloruro di-metilene, etere etilico, cloroformio, anidride acetica)
  Solventi organici quali etere etilico o cloruro dimetilene se inalati accidentalmente possono causare: irritazione delle prime vie respiratorie, intossicazione, nausea, o anche depressione del sistema nervoso centrale. Si raccomanda:
  • Di usare sempre tali reagenti sotto cappa
  • Lasciare chiuse le bottiglie dei solventi quando non in uso
  • Non inalare di proposito i vapori delle miscele di reazione
  • Non usare pipette con la bocca.
• Sostanze corrosive (esempi: acido cloridrico, solforico, idrossido di sodio, anidride acetica)
  Acidi e basi forti possono causare lesioni gravi se accidentalmente vengono a contatto con zone esposte della pelle, occhi, o inalati nelle prime vie respiratorie. Il loro utilizzo richiede quindi particolare cautela ed attenzione nei travasi, nelle aggiunte, in qualsiasi operazione di smaltimento (neutralizzazione, diluizione, etc). Si raccomanda di usare sempre occhiali di protezione, guanti, camice, calzature adeguate.

Smaltimento dei residui di laboratorio

In generale viene differenziato lo smaltimento di:

• Soluzioni acquose: preventivamente neutralizzate
• Solventi e composti organici clorurati
• Solventi o composti organici

Istruzioni dettagliate verranno fornite agli studenti in laboratorio. Si raccomanda di non smaltire miscele di reazione o acque di lavaggio prima di avere controllato il loro contenuto (lastrine TLC, NMR, etc), la loro acidità (cartine di pH), la eventuale presenza di perossidi (cartina amido-iodurata).

Utilizzo della vetreria

Si consigliano alcune precauzioni di ordine pratico:

• Evitare di appoggiare recipienti di vetro in prossimità del bordo del bancone di lavoro.
• Assicurare sempre il recipiente di reazione con morsetti, pinze o anelli.
• Controllare lo stato della vetreria prima di usarla, per escludere fessurazioni, rubinetti non funzionanti o altro.
• Non cercare di forzare giunti bloccati.
• Mettere la vetreria rotta nell’apposito contenitore.
• Per prevenire ferite da taglio si consiglia di usare guanti di gomma per lavare la vetreria, e di indossare comunque sempre gli occhiali di protezione.
• Posizionare i morsetti e le pinze correttamente ed in modo che l’assemblaggio della vetreria non risulti in tensione. (vedi procedure fondamentali)

Utilizzo del materiale elettrico

Tra le apparecchiature in dotazione, in questo laboratorio verranno usati frequentemente mantelli riscaldanti e/o agitatori magnetici (vedi illustrazioni sopra). I mantelli riscaldanti sono caratterizzati da dimensioni diverse in relazione a...