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Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci - nozioni Appunti scolastici Premium

Appunti per il Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci della professoressa Monforte su questi temi: riscaldamento con riflusso, cristallizzazione, filtrazione, estrazione con imbuto separatore, anidrificazione, utilizzo dell'evaporatore rotante, preparazione di un campione di analisi.

Esame di Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci docente Prof. A. Monforte

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ESTRATTO DOCUMENTO

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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 al volume del

pallone che si intende riscaldare (100, 250, 500 ml) e sono collegati tramite cavo elettrico

ad un regolatore di temperatura (generalmente con una scala da 0-10) che viene

direttamente collegato al quadro elettrico.

In tutte le operazioni di riscaldamento si agisce sul regolatore della temperatura con

- attenzione, e moderazione. Generalmente non è mai usato a fondo scala.

non si devono versare solventi o soluzioni corrosive sui cavi elettrici

- prima di aprire il pallone di reazione, il mantello riscaldante deve essere spento,

- scollegato dalla rete, e possibilmente allontanato.

prima di essere risposto, il mantello riscaldante deve essere freddo.

-

Gli agitatori magnetici sono forniti di una regolazione della velocità di agitazione che deve

essere controllata in modo da evitare spruzzi, rottura della vetreria, etc. Si raccomanda di

non appoggiare gli agitatori su di un lato perchè questo può danneggiare la posizione del

magnete e la capacità di agitazione. 12 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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PROCEDURE FONDAMENTALI

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IL QUADERNO DI LABORATORIO

Un aspetto importante dell’attività nel laboratorio riguarda la registrazione accurata

di dati, osservazioni e risultati relativi all’esperimento svolto. Questa registrazione va

eseguita nel quaderno di laboratorio, per quanto possibile durante il corso

dell’esperimento, altrimenti non appena saranno state completate le analisi dei prodotti.

Nel caso si iniziasse una nuova esperienza prima di aver completato le analisi di quella

precedente è necessario lasciare nel quaderno una o due facciate libere per l’inserimento

dei dati mancanti. Anche se molte delle esperienze di questo corso saranno svolte in

gruppo, ciascuno studente deve avere e tenere aggiornato un proprio quaderno di

laboratorio. Il quaderno sarà controllato periodicamente dai docenti che avranno cura di

segnalare improprietà o carenze nella stesura per facilitare l’acquisizione da parte dello

studente del metodo corretto per svolgere questa parte dell’attività di laboratorio. Alcune

indicazioni specifiche cui attenersi:

• Scrivere sulla prima pagina: nome cognome,corso di laurea, anno di corso e numero di

matricola, posizione del banco in laboratorio.

• Scrivere a penna

• Numerare tutte le pagine

• Usare le prime due facciate per l’indice e mantenerlo sempre aggiornato

• Riportare sempre la data

Organizzazione del quaderno:

Lo scopo è quello di stendere una relazione accurata e concisa delle procedure

sperimentali adottate in modo che possano essere riprodotte da chiunque ottenendo gli

stessi risultati. Il quaderno di laboratorio deve essere organizzato in tre parti (vedi anche

esempio riportato nell’appendice):

I. Scheda Pre-lab (parte scritta prima di accedere al laboratorio per eseguire l’esperienza)

La fase di preparazione personale all’esecuzione di ogni esperienza ha come obiettivo la

comprensione sia della teoria (tipo di reazione, meccanismo, tecniche spettroscopiche),

che della procedura sperimentale (stechiometria dei reagenti, sintesi, isolamento e

caratterizzazione del prodotto). Questa fase di studio preliminare permetterà una

esecuzione della esperienza in modo cosciente e quindi più sicuro, più rapido e più

produttivo. La scheda Pre-Lab costituisce la prima sezione da compilare nel quaderno

prima di ogni esperienza e deve contenere le informazioni seguenti:

data: giorno/mese/anno

Titolo: riportare un titolo descrittivo dell’esperienza

obiettivo: descrivere in una frase lo scopo della esperienza

Equazione chimica bilanciata (se possibile): scrivere la reazione e la stechiometria

Tabella dei reagenti: riportare in tabella i dati necessari per l’esecuzione della reazione, e

quindi: nomi dei reagenti iniziali, dati fisici (punto di fusione di ebollizione p.e.

p.f. (°C),

(°C/torr), densità (g/ml), grammi, ml, moli. 14 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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Resa teorica*: Calcolare la resa teorica del prodotto cioè la quantità di prodotto attesa

sulla base della conversione quantitativa del reagente limitante (quello in difetto). Riportare

i calcoli eseguiti

Meccanismo (dove possibile): scrivere uno schema di meccanismo per la reazione da

eseguire mettendo in evidenza, dove appropriato, gli intermedi di reazione attesi.

Procedura: scrivere per punti le fasi della esperienza e fare la lista della vetreria e delle

apparecchiature necessarie.

II. Procedura sperimentale e osservazioni (scritta durante il laboratorio)

in questa fase vanno descritte tutte le operazioni effettuate in laboratorio per la

realizzazione dell’esperienza. In modo conciso ma dettagliato, annotando anche: (i) stato

della soluzione (omogenea, eterogenea) (ii) tempi di reazione, (ii) variazioni di colore della

miscela di reazione, (iii) formazione di precipitato, (iv) colore del solido isolato,

osservazioni condotte nel corso della reazione, dell'isolamento e della purificazione del

prodotto etc. Bisogna riportare i grammi effettivamente pesati, volumi di solventi per la

reazione e nella fase di lavaggio e di estrazione, etc. Disegnate lo schema della

apparecchiatura montata per l’esperimento.

III. Risultati e Conclusione

In questa sezione si inseriscono i dati relativi al prodotto ottenuto (o alla miscela di

prodotti) e la discussione degli spettri per la caratterizzazione dello stesso e quindi:

il peso e la resa percentuale del prodotto grezzo e, qualora sia previsto uno stadio di

- purificazione, anche il peso e la resa percentuale del prodotto purificato.

dati analitici del(i) prodotto(i): aspetto fisico, p.e. (°C/torr) o p.f. (°C), valori questi

- che vanno confrontati con i dati di letteratura. Allegare eventuali spettri (in originale o

fotocopia) con una breve interpretazione

1 H-NMR, GC-MS, IR registrati

discussione degli spettri

- discussione dei risultati ottenuti: della resa ottenuta, della selettività della reazione,

- etc.

*Calcolo della resa teorica

Per definizione è l’ammontare di prodotto derivante dalla conversione quantitativa del reagente iniziale.

Dipende dalla stechiometria della reazione e non tiene conto di eventuali reazioni secondarie che decorrono

parallelamente alla reazione principale sottraendo reagente, nè di perdite dovute a procedure di lavorazione

ed estrazione del prodotto.

Per calcolare la resa teorica è necessario disporre di una equazione bilanciata. In secondo luogo bisogna

identificare i reagenti in eccesso e quindi il reagente in difetto (reagente limitante), cioè quello che determina

la resa in prodotto. La resa teorica si calcola quindi determinando le moli iniziali del reagente limite e

calcolando, in base alla stechiometria della reazione, le moli attese di prodotto. Da queste, moltiplicate per il

PM del prodotto, si determina la resa teorica in grammi.

La fase finale dell’esperienza richiede che dopo aver isolato il prodotto e determinato il peso ottenuto

resa

sperimentalmente, si determini la resa ottenuta confrontandola con quella teorica e calcolando la

percentuale: (grammi ottenuti/grammi teorici)x100 15 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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APPARECCHIATURE E TECNICHE

In questa sezione vengono illustrate alcune fra le apparecchiature di uso piu' comune.

Ricordarsi, prima di aggiungere i reagenti, di controllare sempre l'apparecchiatura (buona

rotazione degli agitatori, assemblaggio privo di tensioni, uso delle pinze nei punti corretti,

uso di elevatori per consentire di intervenire rapidamente per interromepere il

riscaldamento o raffreddare con un bagno a ghiaccio, ecc.). Il posizionamento corretto di

pinze e morsetti è mostrato di seguito

RISCALDAMENTO A RIFLUSSO

Nella gran maggioranza dei casi le reazioni sono condotte in sistemi aperti

all'atmosfera, spesso con la protezione di un tubo a calcio cloruro. Verificare sempre che

il tubo non sia bloccato (ovvero che sia permesso il passaggio di aria). Il riscaldamento del

sistema si effettua con tecnica di riflusso, detto anche ricadere.

Con questa tecnica la miscela di reazione viene riscaldata alla temperatura di ebollizione

del solvente, e i vapori del solvente vengono abbattutti con un refrigerante a bolle o a

serpentina in modo efficace. Il sistema può essere mantenuto all’aria o in atmosfera inerte

sotto flusso di gas inerte (azoto o argon) come mostrato nello schema di apparecchiatura

illustrato di seguito.

Il riscaldamento può essere effettuato con un bagno ad olio o con un mantello riscaldante,

regolato per mantenere un riflusso regolare del solvente nel recipiente di reazione.

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Si raccomanda:

utilizzare un elevatore sul quale posizionare il sistema di riscaldamento in modo

- da rimuoverlo agevolmente

controllare l’ingresso dell’acqua di raffreddamento nel refrigerante: sempre dal

- basso verso l’alto

ingrassare con silicone il giunto tra il pallone e il refrigerante

- lasciare raffreddare il pallone prima di rimuovere il refrigerante.

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CRISTALLIZZAZIONE

Il prodotto di reazione, dopo essere stato isolato, viene purificato mediante tre tecniche

principali: cristallizzazione, distillazione o cromatografia. Nel corso di laboratorio, verrà

utilizzata la tecnica di cristallizzazione.

la cristallizzazione sfrutta l'ottenimento di una soluzione sovrasatura del prodotto, in due

modi:

- per lento raffreddamento (a temperatura ambiente o inferiore) di una soluzione satura al

punto di ebollizione e filtrata a caldo. Questa procedura viene indicata come tecnica

caldo-freddo.

- per aggiunta di un co-solvente, in cui il prodotto non e' solubile, ad una soluzione satura

a temperatura ambiente; l'aggiunta prosegue fino al momento in cui scompare

l'intorbidimento della soluzione o della miscela (Nota: non sempre si separano due fasi).

Coppie di solventi spesso usate sono: etere/etere di petrolio(o n-esano); cloroformio/etere

di petrolio(o n-esano); cloruro di metilene/etere di petrolio(n-esano); acetone/etere;

acetone/acqua; etanolo/acqua; metanolo/acqua.

Procedura per la cristallizzazione con tecnica caldo-freddo:

In generale si opera sciogliendo il composto nella minima quantità di un opportuno

solvente e si scalda all’ebollizione con l’apparecchiatura a riflusso e sotto agitazione

magnetica per favorire la dissoluzione del solido a caldo. Se rimane del solido indisciolto si

filtra la soluzione a caldo con filtro a pieghe. Una volta ottenuta una soluzione omogenea

si rimuove l’ancoretta magnetica e si lascia raffreddare lentamente. I cristalli ottenuti

vengono filtrati sotto vuoto su filtro buchner o gootch.

Spesso se la cristallizzazione non inizia spontaneamente, puo' essere indotta con

l'aggiunta di qualche cristallino del prodotto, se disponibile, oppure grattando la parete

interna del recipiente in corrispondenza alla superficie della soluzione con una bacchetta

di vetro oppure raffreddando la soluzione a -70°C e riportandola a temperatura ambiente

sempre grattando la parete interna del recipiente. La temperatura della soluzione

sovrasatura dovrebbe essere di almeno 30°C inferiore al punto di fusione del prodotto da

ricristallizzare. Se questa condizione non si verifica spesso il prodotto separa come un olio

anziche' formare un precipitato cristallino.

cristallizzazione per lento raffreddamento di una soluzione di un solido (esagoni) in presenza di un

impurezza (triangoli). Il raffreddamento lento favorisce l’impaccamento della forma cristallina relativa al

composto di interesse e l’ottenimento di cristalli puri

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FILTRAZIONE

La filtrazione è una tecnica usata per la separazione di un solido da una soluzione. Si

utilizza la filtrazione a gravità su filtro a pieghe o la filtrazione sotto vuoto con filtri buchner

o gootch.

Filtrazione a gravità

generalmente usata per filtrare impurezze solide o agente anidrificante da una soluzione

organica. I’impurezza rimane sul filtro e viene smaltita. Per eseguire la filtrazione è

necessario disporre di una beuta normale, un imbuto di vetro e un filtro preparato con

carta da filtro come descritto di seguito e mostrato nelle immagini:

1. scegliere la dimensione del filtro in modo che piegato risulti di pochi millimetri al di sotto

del bordo dell’imbuto

2. piegare la carta a cono, come mostrato nelle immagini

3. inserire il filtro nell’imbuto supportato da un anello

4. bagnare il filtro con un po’ di solvente e procedere alla filtrazione percolando la

soluzione lungo una bacchetta di vetro diretta al centro del filtro

Per filtrare solventi organici, è preferibile piegare la carta da filtro a pieghe come mostrato

nello schema di seguito. Questo rende la filtrazione più veloce.

Filtrazione sotto vuoto

usata preferenzialmente per raccogliere il solido di interesse, per esempio i cristalli ottenuti

dopo una ricristallizzazione caldo-freddo. Si utilizza un filtro (buchner o gootch) collegato

ad una beuta da vuoto. La filtrazione risulta rapida perchè il passaggio della soluzione

attraverso la carta da filtro è indotto dalla pressione ridotta creata all’interno della beuta da

vuoto. Per questa tecnica è richiesto: 19 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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un filtro buchner con un filtro di carta circolare di grandezza tale da non toccare le

- pareti del filtro ma da coprire i buchi della superficie

una beuta da vuoto assicurata da pinza e morsetto

- un cono di gomma da usare come riduttore per il filtro

- una pompa ad acqua o analoga sorgente di vuoto ed un tubo da vuoto

-

La filtrazione si conduce come mostrato nella serie di illustrazioni. Dopo aver assemblato il

sistema, si bagna il filtro di carta con poco solvente, si applica il vuoto e si continua la

filtrazione. Alla fine dei lavaggi appropriati, si lascia il solido sul filtro sotto vuoto ed

eventualmente si copre il filtro con un tappo di gomma per rimuovere completamente il

solvente. Per recuperare il filtro di carta con il solido, si toglie la connessione della beuta

con il vuoto e si appoggia il filtro su un vetrino di orologio.

ESTRAZIONE CON IMBUTO SEPARATORE

L’estrazione con imbuto separatore è una tecnica utilizzata per separare composti

caratterizzati da una diversa solubilità in due solventi non miscibili. Tali solventi formano

quindi due fasi, che si separano in base alla diversa densità formando una fase superiore

e una fase inferiore. Generalmente uno dei due solventi è acqua mentre l’altro è un

solvente organico non miscibile con l’acqua (acetato di etile, etere etilico, cloruro di

metilene). La fase organica estrae il composto organico, mentre nella fase acquosa

restano disciolti sali, solventi miscibili con acqua, altre impurezze idrosolubili. L’imbuto

separatore è utilizzato per miscelare i due solventi e visualizzare le due fasi che si

formano. Per esempio se consideriamo i due sistemi di estrazione (1) etere dietilico-acqua

e (2) acqua-cloruro di metilene, la posizione della fase organica relativamente alla fase

acquosa è opposta e dipende dalla diversa densità dei due solventi, ovvero:

CH OCH CH ) d = 0.71 g/ml

Etere dietilico (CH

3 2 2 3

Cloruro di metilene (CH Cl ) d = 1.33 g/ml

2 2

Acqua d=1.00 g/ml

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Questo fenomeno è mostrato nelle immagini seguenti in cui la presenza di un colorante

rosso permette l’immediata visualizzazione della fase acquosa. In particolare, la soluzione

acquosa nel sistema (1) etere dietilico-acqua, è la fase inferiore, mentre nel sistema (2)

acqua-cloruro di metilene, è la fase superiore.

Procedura per l’estrazione con imbuto separatore

1) assemblare l’imbuto ed il rubinetto come mostrato nelle immagini, preparare un tappo di

plastica di dimensioni adeguate, e un anello di sostegno fissato con un morsetto.

Controllate la tenuta del rubinetto prima di procedere all’estrazione

2) caricare l’imbuto con la soluzione da estrarre e introdurre in sequenza la fase di

lavaggio

3) verificare la separazione delle fasi ed individuare la fase organica contenente il prodotto

4) miscelare le due fasi in modo energico e sfiatare l’imbuto spesso

5) raccogliere la fase inferiore dal rubinetto e travasare la fase superiore dal cono

dell’imbuto separatore. Ripetere la procedura fino alla fine dell’estrazione.

assemblare i pezzi

del rubinetto con la

guarnizione nera

prima del dado rosso.

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ANIDRIFICAZIONE

Il processo di sintesi e isolamento del prodotto organico spesso richiede il trattamento

della miscela di reazione con una fase acquosa. Le tracce di acqua che rimangono nella

soluzione organica o nel solido recuperato devono essere eliminate nella fase finale

dell’isolamento del prodotto. Questo processo viene chiamato anidrificazione e può essere

realizzato generalmente in due modi:

Estrazione con una soluzione satura di sodio cloruro (BRINE)

• Utilizzo di agenti anidrificanti solidi

Lavaggio con BRINE

Si tratta di estrarre in imbuto separatore la miscela di reazione con una soluzione satura di

cloruro di sodio in acqua. L’acqua presente nella fase organica viene estratta dalla

soluzione salina ad elevata concentrazione, che in questo modo si diluisce. La procedura

da usare è quindi quella di una classica estrazione in imbuto separatore descritta nel

capitolo precedente. La densità della soluzione acquosa di NaCl satura è1.2 g/mL.

Agenti anidrificanti solidi

Per rimuovere tracce di acqua dalla soluzione organica, generalmente vengono usati sali

inorganici anidri, che idratandosi velocemente sottraggono l’acqua in eccesso, secondo la

reazione mostrata di seguito nel caso del solfato di sodio:

·

Na SO + H 0 Na SO 10H O

2 4 2 2 4 2

I sali inorganici più comunemente usati per questo scopo sono elencati in tabella.

Agente capacità velocità applicazioni

anidrificante

Cloruro di calcio, Alta media Usato preferenzialmente per idrocarburi.

CaCl (esaidrato)

2 Di uso generale. Con indicatore blu per

Bassa

Solfato di calcio, veloce forma anidra e rosa per forma idrata. Usato in

(Drierite) (emiidrato)

CaSO 4 tubi essiccanti

Solfato di magnesio, Alta (<di Proprietà acide, quindi non usato per

veloce

SO )

MgSO Na composti sensibili all’acidità

4 2 4

Carbonato di Proprietà basiche e quindi usato per basi

Media media

CO

potassio K organiche o composti sensibili all’acido

2 3

Solfato di sodio, Alta O elevate

bassa Neutro. Usato per quantità di H

2

SO

Na (decaidrato)

2 4

Procedura

L’agente anidrificante viene normalmente aggiunto alla soluzione organica posta il una

beuta di grandezza adeguata per permettere una buona agitazione della soluzione. Il sale

inorganico viene aggiunto in porzioni, fino ad ottenere una dispersione del sale nella

soluzione e non solamente cristalli aggregati nel fondo della beuta. Questa condizione è

illustrata nelle immagini seguenti. 22 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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L’anidrificante aggiunto all’inizio Ulteriori aggiunte portano La condizione ottimale si realizza

O in eccesso e si

sequestra l’H sempre alla formazione di grumi quando l’anidrificante aggiunto

2

deposita nel fondo della beuta sul fondo e sulle pareti della rimane pulverulento e galleggia

formando blocchi aggregati. beuta nella soluzione

Il tempo di anidrificazione del solvente dipende dalla quantità di H O presente e dalla

2

quantità di anidrificante aggiunto. In generale si lascia a riposo la beuta di anidrificazione

per un tempo >20 min. per rimuovere l’agente anidrificante dalla soluzione organica si filtra

per gravità utilizzando un filtro a pieghe e si lava con poco solvente il sale anidrificante sul

filtro.

Microanidrificazione in pipetta

Per anidrificare volumi piccoli di soluzione organica (per

esempio per la preparazione di un tubo NMR ) è possibile

preparare una pipetta pasteur, caricata con agente

anidrificante ed opportunamente chiusa al’estremità

inferiore da un “tappo” di cotone. Il sistema è mostrto in

figura. La soluzione da anidrificare viene fatta percolare

nella micro-colonna direttamente nel recipiente desiderato,

per esempio un tubo NMR.

Alternativamente una piccola quantità di soluzione da

anidrificare (circa 0.5 ml) viene posta in una provetta da

saggio e trattata con agente anidrificante (una punta di

spatola). Dopo 5 minuti la miscela viene filtrata su una

pipetta pasteur chiusa all’estremità da cotone direttamente

nel tubo NMR.

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UTILIZZO DELL’EVAPORATORE ROTANTE

L’evaporatore rotente viene utilizzato per concentrare una soluzione o per rimuovere

completamente un solvente volatile-basso bollente. Nello schema di strumentazione

mostrato di seguito sono evidenziate le parti essenziali della strumentazione.

L’apparecchiatura funziona a pressione ridotta ed è dotata di un motore che permette la

rotazione del pallone (per avere una ebollizione controllata) e di un bagno ad acqua

riscaldante.

Procedura

1) riempire il pallone al massimo fino a metà volume

2) assicurare il pallone al riduttore dell’evaporatore con una pinza di plastica (rossa o

gialla)

3) aprire il rubinetto dell’acqua di raffreddamento ad un flusso moderato

4) accendere l’evaporatore e il bagno e cominciare la rotazione del pallone

5) accendere la pompa da vuoto e chiudere il rubinetto del vuoto sull’evaporatore

6) immergere il pallone nel bagno riscaldante

Per rimuovere il pallone dall’evaporatore rotante

1) sollevare il pallone dal bagno

2) fermare la rotazione

3) spegnere la pompa

4) aprire il vuoto sull’evaporatore (sfiatare il pallone)

5) rimuovere il pallone

6) chiudere l’acqua e spegnere l’evaporatore

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PREPARAZIONE DI UN TUBO NMR

La preparazione del campione e del tubo NMR è fondamentale per ottenere spettri

interpretabili e derivare le informazioni necessarie alla attribuzione dei segnali e alla

identificazione della struttura molecolare.

A questo scopo devono essere osservate alcune istruzioni generali:

1) usare tubi puliti ed asciutti (tracce di acetone o H O

2

vengono rilevate nello spettro NMR)

2) Se possibile, la quantità di campione non deve essere <10

mg. E’ preferibile preparare campioni concentrati, 20-30

mg di campione in 0.5-0.75 ml di solvente deuterato.

3) usare solo solventi deuterati. In laboratorio verrà usato

principlamente il cloroformio deuterato (CDCl )

3

4) Il livello del solvente deuterato nel tubo NMR deve arrivare

a 3-5 cm di altezza come mostrato in figura

5) La soluzione deve risultare omogenea, senza particelle di

solido sospese, fasi acquose separate o altro. Nei due casi

citati sopra, è necessario filtrare la soluzione o anidrificare

il campione (vedi procedura di microanidrificazione)

6) il riferimento TMS sarà già contenuto nella bottiglia di

solvente deuterato.

7) fare attenzione a non inquinare la bottiglia di solvente

deuterato

8) etichettare il tubo NMR con una striscia di carta forata (non usare adesivi, non scrivere

in pennarello sul tubo) dove indicare: nome e cognome, sigla (iniziali-numero

esperienza-pagina del quaderno, tipo di analisi), disegno struttura prodotto atteso. Per

1

esempio: Giulio Natta (GN_esp1_4_ H-NMR), dietilfumarato.

9) trasportare il tubo mettendolo in un beaker o in una beuta.

I tubi NMR sono riutilizzabili e per questo devono essere lavati accuratamente per non

contaminare il campione successivo con residui del campione precedente e tracce di

solvente di lavaggio. Il tubo deve essere quindi svuotato nel recipiente adibito allo

smaltimento di solventi clorurati e quindi lavato almeno 3 volte con acetone e ancora

lavato nella apparecchiatura di lavaggio per tubi NMR sistemata sotto cappa. Il tubo viene

asciugato con un flusso di aria applicato attraverso un capillare in plastica ed

eventualmente messo in stufa a 50 °C per almeno 1 ora.

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PREPARAZIONE DI UN CAMPIONE PER ANALISI IR

La preparazione del campione per l’analisi IR dipende dallo stato fisico del campione:

per campioni liquidi

si utilizzando due dischi di NaCl

- I dischi vanno presi solo dal bordo cercando di non toccare direttamente la supercie

- (immagine 1) Pulire la superficie dei dischi con alcune gocce di cloruro di metilene o

etanolo e un fazzolettino di carta morbida, con attenzione cercando di non graffiarla.

non usare mai acqua per pulire i dischi di NaCl

- appoggiare i dischi su un fazzolettino di carta morbida sotto cappa e applicare sulla

- superficie di uno dei due dischi 1 o 2 gocce del liquido (anidro) (immagine 2).

coprire il disco caricato con il liquido con l’altro disco in modo che il campione si

- distribuisca su tutta la superficie (immagine 3).

quindi posizionare la coppia dei dischi nel contenitore apposito e fermare le viti di

- tenuta (almeno due e opposte) in modo da fissare il sistema ma senza troppa forza per

non danneggiare i dischi.

posizionare la cella così realizzata nello spettrofotometro e registrare lo spettro.

- alla fine pulire i dischi come descritto sopra (immagine 4).

- 1 2 3 4

campione solido

è necessario avere a disposizione: 1 mortaio, 1 pestello, KBr in polvere anidro, 1

- pastigliatore (immagine 1)

pesare 50-100 mg di kBr e 1 o 2 mg di campione e metterli nel mortaio. Trattare la

- miscela solida con un pestello fino a renderla omogenea. (immagine 2)

trasferire la miscela nel pastigliatore e stringere la vite, quindi trasferire il pastigliatore

- nella pressa (immagine 3)

la pastiglia deve essere rimossa con attenzione dal pastigliatore per non romperla e

- non deve essere opaca per registrare uno spettro interpretabile.

lavare tutto con acqua e acetone e asciugare bene.

- 1 2 3

26 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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C A O R G A

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PREPARAZIONE DI UN CAMPIONE per TLC e GC-MS

Tecniche cromatografiche vengono generalmente utilizzate sia per applicazioni analitiche

per: (i) seguire il decorso della reazione, (ii) determinare l'identita' e la purezza del

prodotto che preparative per: separare miscele di componenti. In laboratorio verranno

la cromatografia su strato sottile (TLC,

utilizzate per scopi analitici due tecniche principali:

thin layer chromatography) e la gas cromatografia (GC) abbinata alla massa (GC-MS). La

prima è adatta a composti solidi o liquidi con punto di ebollizione relativamente elevato; la

gas cromatografia, al contrario, e' particolarmente indicata per composti volatili. La

cromatografia su strato sottile (TLC) e' il metodo piu' comunemente usato per a) saggiare

la purezza di un composto; b) identificare un prodotto noto in una miscela; c) seguire e

verificare l’andamento di una reazione chimica. Verranno utilizzate lastrine di gel di silice

contenenti un indicatore fluorescente che permette la visualizzazione degli eluiti per

esposizione della lastra sviluppata alla luce UV. Alternativamente gli eluiti possono essere

rivelati trattando la lastrina con un opportuno reattivo (iodio, 2,4-dinitrofenilidrazina,

KMnO4, acido fosforomolibdico).

Procedura:

in una provetta da saggio contenente circa 0.5 ml di eluente (o solvente volatile quale cloroformio o

-

cloruro di metilene) introdurre 2 gocce di miscela di reazione, oppure 1 goccia, introdotta con un capillare, di

composto liquido, oppure qualche cristallo di solido preparare nello stesso modo i campioni contenenti i

reagenti di riferimento

sulla lastrina di silice a circa 1-2 cm dal bordo si segna in matita una riga e alcuni punti con sigle di

-

riconoscimento. In corrispondenza di questi punti si caricano le soluzioni di riferimento e quella relativa alla

miscela da analizzare.

la lastrina viene posta nella camera di eluizione contenente l’eluente (10 ml). E' necessario provare

-

alcuni eluenti diversi (solventi puri o piu' comunemente miscele di solventi di diversa polarita', per es. etere

di petrolio/etere etilico, in diverse proporzioni) per poi scegliere l'eluente ottimale per la separazione dei

componenti la miscela di reazione.

Per capillarità il solvente sale sulla lastrina eluendo il composto organico. La diversa interazione del

-

composto organico con il solvente e con la fase stazionaria (silice) determinerà una diversa velocità di

eluizione e una diversa posizione della macchia relativa al composto sulla lastrina di silice, determinata

che per una definita miscela di eluente, è specifico per ogni sostanza organica (Rf =

misurando il valore di R f

distanza percorsa dall'eluito/distanza percorsa dal fronte dell'eluente).

Quando il fronte del solvente ha raggiunto ¾ della lastrina, la TLC può essere tolta dalla camera, il fronte

-

del solvente viene segnato con una riga a matita e la TLC viene asciugata.

le macchie sono generalmente visualizzate sotto la lampada UV (ricordarsi di indossare gli occhiali di

-

protezione) e segnate in matita. Sul quaderno di laboratorio devono essere riportate le condizioni di

eluizione (composizione della miscela di eluenti in percentuale) e il valore di Rf dei vari componenti presenti

nella miscela di reazione analizzata. R = a/b

f

a= distanza dal centro della macchia alla base

-

di eluizione segnata con una riga in matita

- b= distanza percorsa dal fronte del solvente

non troppo concentrati possono

I campioni risultati adatti alla analisi TLC e quindi

essere utilizzati per l’analisi GC-MS. Vedi istruzioni nell’appendice.

27 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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ESPERIENZE

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ESPERIENZA N° 1: ISOMERIZZAZIONE DEL DIETILMALEATO

O

O C

H O

3

O H

CH

H 3 I 2

riscaldamento a

riflusso

H H O C H

O CH 3

3 O

O Dietil fumarato

Dietil maleato

Materiali:

• pallone da 100 mL ad un collo, cono 26

• refrigerante a bolle

• mantello riscaldante piccolo

• materiale per analisi cromatografica su strato sottile (TLC)

• dietil maleato (10 g)

• iodio (0.1 g)

• soluzione al 10% di tiosolfato sodico

• cloruro di metilene

• etere di petrolio

• solfato di magnesio anidro

Procedura

• Prelevare con una pipetta graduata un volume di maleato di etile corrispondente a 10

g (da calcolare nella scheda PRE-LAB), metterlo in un pallone da 100 mL e

aggiungere quindi 0.1 g di iodio (pesato sulla bilancia tecnica)

• Collegato il refrigerante a bolle ed il mantello riscaldante, aprire l’acqua di

raffreddamento e portare all'ebollizione il contenuto del pallone (ATTENZIONE! il dietil

maleato bolle a temperatura elevata, controllare e inserire il dato nella scheda PRE-

LAB). Lasciare a riflusso per 60 minuti

• Predisporre l’occorrente per l’analisi TLC: preparare in un cilindro graduato 10 mL di

eluente (etere etilico:etere di petrolio=50:50), e preparare in provette da saggio i

campioni di riferimento relativi al reagente di partenza ed al prodotto atteso.

• Trascorsi i 60 minuti di riscaldamento, rimuovere il mantello riscaldante e lasciare

raffreddare il pallone ed il suo contenuto. Prelevare quindi con una pipetta Pasteur una

goccia della miscela di reazione e trasferirla in una provetta da saggio contente circa 1

mL dell’ eluente preparato per la TLC.

• Eseguire l’analisi TLC caricando su una lastrina la soluzione della miscela di reazione

preparata al punto precedente e i composti puri di riferimento, cioè il reagente (dietil

maleato) ed il prodotto di reazione.

• Una volta eluita la lastrina cromatografica, visualizzare le macchie mediante lampada

UV, calcolare gli R relativi ai diversi composti, e verificare se la reazione è andata a

f

completezza.

• Trasferire tutta la miscela di reazione in un imbuto separatore da 250 mL, aggiungere

30 mL di cloruro di metilene [ATTENZIONE!, è essenziale che la miscela di reazione

sia a temperatura ambiente prima dell’aggiunta dell’etere etilico] e 30 mL di una

29 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

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C A O R G A

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a .

soluzione al 10% di tiosolfato di sodio. Agitare vigorosamente l’imbuto separatore

ricordandosi di sfiatare spesso.

• Lasciare separare le fasi; trasferire la fase organica in una beuta da 100 mL,

aggiungere solfato di magnesio anidro, tappare e lasciare anidrificare per almeno 15

minuti agitando saltuariamente.

• Pesare sulla bilancia tecnica un pallone da 100 ml ad un collo cono 26 pulito ed

asciutto. Filtrare la soluzione eterea in questo pallone utilizzando un imbuto con filtro a

pieghe. Rimuovere l’etere all'evaporatore rotante. Dopo aver ben asciugato l’esterno

del pallone, pesarlo sulla bilancia tecnica. Il peso del prodotto viene ricavato per

differenza fra le due pesate.

• Calcolare la resa del prodotto. 1

• Caratterizzare il prodotto mediante spettroscopia HNMR, IR, e spettrometria di

massa. Confrontare gli spettri ottenuti con quelli del reagente di partenza.

Analisi GC-MS

Abundance Scan 43 (3.464 min): FUM4.D dietil maleato

99

800000

750000 condizioni cromatografiche:

700000 = 250°C,

T

650000 injector

600000 T = 280°C

550000 detector

500000 T .= 120°C per 3 minuti

450000 iniz

400000 R= 5°/minuto

350000

300000 T = 200 °C

127

250000 finale

200000 .

tempo di ritenzione= 3.46 min

150000

100000 29 82

50000 54 143

45 71

15 117

39

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

m/z-->

Abundance dietil fumarato

Scan 299 (5.950 min): FU2.D 127 condizioni cromatografiche

200000

180000 = 250°C,

T

injector

160000 T = 280°C

detector

140000 99 T .= 120°C per 3 minuti

120000 iniz

100000 R= 5°/minuto

80000 T = 200 °C

finale

60000 tempo di ritenzione= 3.64 min.

40000 29 55 Spettri IR

82

71

20000 45 143

117

18 157

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

m/z--> 30 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

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a . dietil maleato

dietil fumarato

31 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

N I

C A I

I

I

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a .

1

spettri HNMR

dietil maleato in CDCl

3 2.00 4.02 6.65

9.00 8.50 8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 5.50 5 .00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

ppm (t1)

dietil fumarato in CDCl

3

2.05 5.30 8.07

7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

ppm (t1) 32 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

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C A O R G A

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- M

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o ( a .

a .

ESPERIENZA N° 2: OSSIDAZIONE DEL CALCONE A CALCONE OSSIDO

O O

O

C H O C

2 2

-

OH

Materiali:

• pallone da 100 mL ad un collo, cono 26

• pipetta graduata

• filtro buchner d=5 cm

• beuta da vuoto da 100 ml

• lastrine TLC e camera di eluizione

• calcone (1g)

• acqua ossigenata 36% (1.5 ml)

• metanolo (10 ml)

• idrossido di sodio (0.6 g; 6 pastiglie)

• acqua deionizzata

• cloruro di metilene

• n-esano o etere di petrolio

Procedura

• Pesare in un pallone da 100 ml (cono 26), munito di ancoretta magnetica, 1g di

calcone. Aggiungere 20 ml di metanolo e raffreddare in bagno di acqua e ghiaccio la

soluzione.

• O al 36% prelevandoli da una buretta

In un piccolo recipiente trasferire 1.5 ml di H

2 2

posta sotto cappa. Con una pipetta pasteur, aggiungere quindi goccia a goccia l’acqua

ossigenata alla soluzione di reazione costantemente raffreddata in bagno di acqua e

ghiaccio. (ATTENZIONE L’H O è un perossido, usare con cautela)

2 2

• O e aggiungere questa

Sciogliere 6 pastiglie di NaOH (circa 0.6 g) in 2 ml di H

2

soluzione goccia a goccia alla soluzione di reazione tenuta in bagno di acqua e

ghiaccio.

• Dopo 10 minuti eseguire una lastrina TLC (eluente CH Cl :n-esano=9:1) per verificare

2 2

il decorso della reazione e usare una cartina amido-iodurata per controllare l’eventuale

presenza di acqua ossigenata non reagita.

• Quando la reazione è decorsa a sufficienza si aggiungono 30 mL di acqua

deionizzata. Si filtra il prodotto su filtro buchner, si lava con acqua deionizzata (2x5

ml).

• Si esegue una lastrina per verificare la purezza del prodotto, utilizzando il reagente

come riferimento (calcolare gli Rf e riportarli nel quaderno).

• Per anidrificare il prodotto, si trasferisce il solido isolato in una beuta da 100 ml (cono

26) e si aggiungono 25 ml di CH Cl . la soluzione viene anidrificata con MgSO anidro

2 2 4

per 15-20 min. e quindi filtrata e trasferita in un pallone da 100 ml (cono 26)

precedentemente pesato. Il solvente viene rimosso all’evaporatore rotante. Calcolare

la resa e caratterizzare il prodotto con spettri NMR, IR e GC-MS.

33 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

N I

C A I

I

I

- M

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a .

Analisi GC-MS 1,3-difenil-2-

Abundance propen-1-one

Scan 1605 (18.622 min): CALCONE1.D (calcone)

207

60000 condizioni

55000 cromatografiche:

50000 T = 220 °C

45000 injector

T = 280 °C

40000 detector

35000 T .= 180°C

iniz

77

30000 isoterma

25000 t. di ritenzione=

131

20000 .

12.00 min

103

15000 179

10000 51

28 89 165

5000 18 63 152

39 191

115

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210

m/z-->

Abundance Scan 1301 (15.668 min): CALCONEE.D

34000 105

32000 1,3-difenil-2,3-

30000 epossi-1-propanone

28000 (calcone ossido)

26000

24000 condizioni

22000 cromatografiche:

20000

18000 T = 220 °C

injector

16000 77 T = 280 °C

14000 detector

12000 T .= 180°C

iniz

10000

8000 isoterma

28

6000 207 .

89 t. di ritenzione= 12.21 min

224

4000 51

18 165

2000 131 196

63

39 179

152

118

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

m/z--> 34 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

N I

C A I

I

I

- M

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a .

Spettri IR 35 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

N I

C A I

I

I

- M

O D U L O C : l

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o ( a .

a .

1

spettri HNMR

1,3-difenil-2-propen-1-one (calcone)in CDCl

3

7.863 7.784 7.575 7.257

1.85 0.80 9.00

8.13 8.00 7.88 7.75 7.63 7.50 7.38 7.25 7.13

ppm (t1)

1,3-difenil-2,3-epossi-1-propanone (calcone ossido) in CDCl

3

2.14 9.43 1.17 1.02

8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 5.50 5.00 4.50 4.00

ppm (t1) 36 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

N I

C A I

I

I

- M

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o ( a .

a .

ESPERIENZA N° 3: SINTESI DELL’ACIDO ACETIL SALICILICO (ASPIRINA)

O

O

COOH COOH

CH C

OH 3 H+ O C CH 3

O

+ + CH COOH

3

CH C

3 O

Reazione collaterale

COOH COOH O COOH

HO C O

OH OH +

H

+

Materiali:

• pallone da 100 mL ad un collo, cono 26

• filtro buchner

• beuta da vuoto da 100 ml

• beaker da 100 ml

• lastrine TLC e camera di eluizione

• acido salicilico (2.15 g)

• anidride acetica (5 ml )

• acido solforico (4 gocce)

• NaHCO (25 ml soluzione satura )

3

• HCl 6N

• cloruro di metilene

Procedura

• Pesare in un pallone da 100 ml (cono 26), munito di ancoretta magnetica, 2.15 g di

SO

acido salicilico. Sotto cappa, aggiungere 5 ml di anidride acetica e 4 gocce di H 2 4

concentrato.

• Chiudere con tubo a cloruro di calcio, agitare fino a soluzione del reagente, quindi

munire il pallone di un refrigerante a bolle e riscaldare in bagno di acqua a 60 gradi per

15 minuti.

• Rimuovere il bagno ad acqua e lasciare raffreddare la miscela di reazione a

temperatura ambiente: l’aspirina dovrebbe precipitare spontaneamente. Se questo

non si verifica, grattare le pareti con una bacchetta di vetro non smussata.

• Raffreddare in bagno di ghiaccio e aggiungere 50 ml di H O precedentemente

2

raffreddata in ghiaccio. Filtrare su buchner, recuperare tutto il solido nel pallone con le

acque madri, infine lavare il solido con due porzioni di acqua ghiacciata da 10 ml.

• Aggiungere il solido grezzo a 25 ml di NaHCO soluzione satura in bicchiere da 100

3

ml, con agitazione

• Attraverso un filtro a pieghe ed imbuto filtrare il materiale insolubile (costituito da

dimero e oligomeri dell’acido salicilico) in un bicchiere da 100 ml, quindi con cautela

acidificare a pH 2-3, con agitazione, la soluzione di bicarbonato con HCl 6N.

• L’aspirina precipitata viene recuperata per filtrazione con gooch o buchner, e lavata

con poca acqua deionizzata leggermente acidula con HCl. 1

• Caratterizzare il prodotto con spettri IR e NMR. anidrificare il campione per H-NMR

• Effettuare un’analisi TLC (eluente etere petrolio\acido acetico\etanolo 8\1\1)

37 2 0 0 7 - 2 0 0 8 )

C H I

M

I

C A O R G A

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I

I

- M

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a .

Spettri IR 38


PAGINE

62

PESO

2.35 MB

AUTORE

Moses

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Moses di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Laboratorio di preparazioni estrattive e sintesi dei farmaci e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Monforte Anna Maria.

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