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 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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CALENDARIO e PROGRAMMA

SETTIMANA ARGOMENTI

II 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). 2 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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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

giorno Laboratorio ore 14.30-18.30 VI p.

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 Fine 2° settimana di laboratorio

11/4

giorno Laboratorio ore 14.30-18.30 VI p.

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

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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

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INTRODUZIONE

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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 lunedi’ al giovedi’,

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 (vedi dopo)

- 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: (i) sulla preparazione e manualità del singolo studente; (ii)

sull’osservanza delle norme di sicurezza; (iii) sulla compilazione del quaderno di

laboratorio; (iv) sull’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.

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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 7 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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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

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DOTAZIONE DI VETRERIA E ACCESSORI

(illustrazioni rappresentative)

Vetrini d’orologio Cilindri graduati Raccordo di Claisen

Pinze e morsetti Anelli di sostegno Spatole in acciaio

Tubi per acqua e Mantelli riscaldanti Agitatori magnetici

vuoto

Ancoretta magnetica Tubo NMR Pastigliatori IR

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NORME DI COMPORTAMENTO E SICUREZZA NEL LABORATORIO

La sicurezza del laboratorio è responsabilità personale di ognuno. E’ 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

1. Indossare sempre il camice e gli occhiali di protezione e, quando necessario, i

guanti.

2. Assolutamente vietato fumare. Non sono ammesse fiamme libere in laboratorio per

nessun motivo.

3. Vietato portare e consumare bevande e cibi.

4. Si deve conoscere la collocazione e l'uso corretto dei dispositivi di emergenza (uscita

di sicurezza, estintori, docce, lavaocchi, coperta ignifuga)

5. Prepararsi prima di iniziare l'esperimento. Studiare e capire le procedure sperimentali

e le reazioni utilizzate nell’esperimento. Documentarsi sulle proprieta' 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Tenere il proprio banco e tutte le aree di lavoro comuni (bilance, cappe, banchi

strumenti) sempre puliti e in ordine.

10. 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.

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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

1) Lasciare raffreddare sempre il pallone di reazione prima di aprirlo.

2) Non rovesciare solventi su piastre riscaldanti accese o mantelli riscaldanti.

3) 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

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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:

1) di usare sempre tali reagenti sotto cappa

2) lasciare chiuse le bottiglie dei solventi quando non in uso

3) non inalare di proposito i vapori delle miscele di reazione

4) 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. 11 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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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