Quaderno laboratorio metodologie sintetiche - professoressa Cateni

Metodologie sintetiche ed analitiche in chimica farmaceutica: quaderno di laboratorio

Nome Cognome

Anno accademico 2018/2019

Università degli studi di Trieste – Facoltà di Chimica e Tecnologie Farmaceutiche

Sommario

• Estrazione della caffeina dalle foglie di The..........................31
• Cromatografia su colonna: separazione di due indicatori. . .11
• Sintesi dell’aspirina (ac. acetilsalicilico)...............................14
• Sintesi di Hantszch di un derivato della nifedipina...............19
• Sintesi sulfanilammide..............................................................25
• Sintesi della fenitoina..............................................................29

Estrazione della caffeina dalle foglie di The

Obiettivo

Estrazione della caffeina pura dalle foglie di The nero.

Reagenti

• 25,00 g di foglie di The nero
• 10,00 g di CaCO3
• Na2SO4 (un cucchiaio)

Solventi

• 250 mL di H2O distillata
• CH2Cl2 (30 mL per tre volte)
• 6 mL di acetone CH3COCH3
• Etere di petrolio (qualche goccia)

Strumentazione

Pallone grande di reazione Refrigerante e tubi di Piastra riscaldante a 2 colli plastica Ancoretta magnetica Calotta per pallone Pinze Keck grande Termometro Beuta da 100 mL Filtro a pieghe Imbuto separatore Imbuto di vetro per liquidi Bacchetta di vetro Lastra in gel di silice Imbuto di plastica per Anello metallico per TLC polveri Camera di eluizione per Cilindri graduati Cucchiaio di plastica TLC Beuta codata da 100 Imbuto Buchner Rotavapor mL Carta da filtro Vetrino da orologio Spatola di nickel Becher Occhiali di protezione Cristallizzatore.

Cenni teorici

Xantine

3 XANTINE

STRUTTURA BASE: 1H-PURINA 2,6-DIONE (XANTINA)

XANTINE

Basi puriniche: pK presenza dell’anello imidazolico (molto deboli ≈ 13)

Basi puriniche: pK presenza dell’anello imidazolico (molto deboli ≈ 13)

bb

TEOFILLINA e TEOBROMINA: hanno un protone acido.

• (N9) 05/0

composto pkaa 1.40

CAFFEINA 1.40

composto pk (acido)a

TEOFILLINA 1.05

TEOFILLINA 1.05

CAFFEINA -

TEOBROMINA 1.37

TEOBROMINA 1.37

TEOFILLINA 8.6

TEOBROMINA 10.0

CAFFEINA: 1,3,7-trimetilxantina (R =R =R =CH )

• CAFFEINA: 1,3,7-trimetilxantina (R =R =R =CH )

1 3 7 31 3 7 3

TEOFILLINA: 1,3-dimetilxantina (R = R =CH ; R =H)

• TEOFILLINA: 1,3-dimetilxantina (R = R =CH ; R =H)

1 3 3 71 3 3 7

TEOFILLINA ETILENDIAMMINA O AMMINOFILLINA: sale della teofillina

• TEOFILLINA ETILENDIAMMINA O AMMINOFILLINA: sale della teofillina

con etilendiammina ([Teofillina] N(CH ) NH )∙H

con etilendiammina ([Teofillina] N(CH ) NH )∙H

XANTINE 2 2 2 2 22 2 2 2 2

TEOBROMINA: 3,7-dimetilxantina (R =H; R =R =CH )

• TEOBROMINA: 3,7-dimetilxantina (R =H; R =R =CH )

1 3 7 31 3 7 3

TEOFILLINA e TEOBROMINA: hanno un protone acido.

• T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

3434

composto pk (acido)a 35

CAFFEINA -

TEOFILLINA 8.6

TEOBROMINA 10.0 17

XANTINE T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

TEOFILLINA (e TEOBROMINA): reazione con sali d’argento

• 35

teofillinato d’argento

composto bianco che precipita ⇒ composto bianco che precipita

XANTINE

Tabella riassuntiva

TEOFILLINA (e TEOBROMINA): reazione con sali d’argento

• T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste 364 possibilità di dissociare il protone è

XANTINE importante perché permette di differenziare i composti tra di loro

Tabella riassuntiva

composto Solubilità Solubilità in p.f. in acqua NaOH °C

CAFFEINA mod. s * no 235

TEOFILLINA ps si 270

TEOFILLINA ms - 270

ETILENDIAMMINA (pH 9)

TEOBROMINA mps si 320

* ms a caldo

Possibilità di dissociare il protone è importante perché permette di differenziare i composti tra di loro.

Proprietà xantine

Proprietà xantine: T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

• Deboli stimolanti centrali (caffeina è la più potente);
• 37
• Stimolazione bulbare: aumento frequenza e profondità degli atti respiratori (trattamento asma, broncopneumopatia cronica ostruttiva, prevenzione apnee infantili);
• Rilassamento muscolatura bronchiale;
• Stimolazione diretta del miocardio (teofillina è la più potente);
• Vasocostrizione centrale: azione antiemicrania della caffeina;
• Aumento della filtrazione glomerulare: diuresi;
• Parte delle loro proprietà analettiche e stimolanti comportamentali sono dovute alla inibizione non selettiva delle PDE (attività broncodilatante HCl e H2O2 utile nell’asma, attività stimolante in SNC, diuresi, vasocostrizione);
• Oltre alla inibizione delle PDE l’azione delle xantine è dovita alla azione sui recettori adenosina.

Sintesi metilxantine allossana

XANTINE

Sintesi metilxantine allossana

REAZIONE DELLA MURESSIDE ac. 5-amminobarbiturico (uramile) tautomeria resta reac. purpurico giallo purpurato d’ammonio o muresside

Principi teorici: la separazione

Questo esperimento prevede varie tecniche di separazione e purificazione per ottenere la caffeina presente nelle foglie del thè in miscela con altre sostanze naturali quali cellulosa, tannini, pigmenti flavonoidici e clorofilla.

T. Gianferrara – Analisi dei Farmaci – Corso di studi in CTF – Università di Trieste

La cellulosa è il componente principale delle foglie del thè ed è un polimero del 38 glucosio, con legame beta 1-4, insolubile in H2O.

5

I tannini sono componenti polifenolici con pesi molecolari compresi tra 500 e 3000 suddivisi in due classi: idrolizzabili e non idrolizzabili.

Filtrazione

FILTRAZIONE: permette di eliminare le impurezze da un liquido o da una soluzione separando il prodotto solido da una soluzione.

Filtrazione per gravità: filtrazione di una soluzione attraverso la carta da filtro posta in un imbuto di vetro la forza di gravità spinge il liquido ad attraversare la carta dove rimane la componente solida.

Si possono usare due tipi di filtri: filtro a cono o filtro a pieghe (maggior superficie a disposizione e aumento velocità di filtrazione).

Filtrazione sottovuoto: è più rapida e serve per recuperare il solido (cristalli). Necessaria una sorgente di vuoto, una beuta codata, un anello di Gauche e una carta da filtro ritagliata in modo tale che i pori del filtro non vengano intasati da particelle fini.

Si possono usare due tipi di imbuti: imbuto Buchner (per quantitativi maggiori di sostanza) e imbuto Hirsch.

Estrazione

ESTRAZIONE: permette il trasferimento di un soluto da un solvente ad un altro, insolubile con il primo, secondo una distribuzione regolata dall’equazione K=C2/C1 (costante di ripartizione = rapporto tra la concentrazione del soluto nel solvente 2 e nel solvente 1).

Viene utilizzato un imbuto separatore con un collo con tappo e rubinetto.

Aggiunto il solvente 2 (CH2Cl2), immiscibile con il solvente 1 (H2O), si agita e sfia più volte. Poi si lascia riposare il sistema, si toglie il tappo e si attende affinché le due fasi si separino. Si drena, attraverso il rubinetto, la fase organica sottostante che ha estratto il soluto dal solvente acquoso.

Distillazione con Rotavapor

DISTILLAZIONE con ROTAVAPOR (evaporatore rotante): permette di eliminare parzialmente (concentrare) o totalmente (evaporare a secco) il solvente da una soluzione. Il solvente è allontanato sotto forma di vapore, pertanto la soluzione diventa sempre più concentrata. Il soluto rimane in soluzione poiché in genere ha un p. eb. più elevato del solvente.

Il Rotavapor è formato da: pallone di evaporazione riempito con la soluzione e parzialmente immerso in bagnomaria, pallone di raccolta del solvente che evapora, refrigerante (con acqua che entra da sopra e esce da sotto), pompa da vuoto.

Cristallizzazione

CRISTALLIZZAZIONE: permette la trasformazione di sostanze amorfe in sostanze cristalline e si basa sulla dissoluzione di una sostanza in un solvente a caldo e successivo raffreddamento lento della soluzione. È un processo molto lento e selettivo. Si preferiscono solventi in cui il solido sia molto solubile a caldo e meno a t.a., favorendo così la cristallizzazione.

Schema di separazione

6 SCHEMA)DI)SEPARAZIONE:)! The!(25!g)!+!CaCO3!(10!g)!+!H2O!(250!mL)!!!!!!!!!! Acqua,!caffeina,!cellulosa,!clorofilla,!tannini,!glucosio,!! CaCO3,!gallato!di!calcio,!calciotannini,!prodotti!dell’ox!! (TUTTO!NEL!PALLONE)!!! FILTRAZIONE!(per!gravità)!!! Solubile:)Insolubile:)! acqua!cellulosa!! caffeina!calciotannini!! clorofilla!gallato!di!calcio!! tannini!CaCO3!!! glucosio!(nel!filtro)!! CaCO3!! Prodotti!dell’ox!!! ESTRAZIONE)con)CH2Cl2))! Strato)acquoso:) Fase)organica:)acqua! CH2Cl2!!clorofilla!(molta)! Caffeina!(molta)!tannini! Clorofilla!(poca)!glucosio!caffeina!(poca)!CaCO3!Prodotti!dell’ox!! DISTILLAZIONE)con)Rotavapor))!! Caffeina!(molta)!Clorofilla!(poca,!soluzione!verdina)!!!!!!!!!!!!! CRISTALLIZZAZIONE)in)miscela)! acetone)–)etere)di)petrolio))!! CAFFEINA)!!

Procedimento

5!!Nell’asta di sostegno fissare, con apposite pinze, il refrigerante con i relativi tubi di plastica e senza trappola (in quanto viene riscaldata acqua). Preparare la piastra riscaldante con calotta sovrapposta.

Pesare 25,00 g di the nero all’interno di una beuta e metterlo all’interno di un pallone grande a due colli da 500 mL. Inserire ancoretta di dimensioni maggiori. Inserire, con apposito imbuto di plastica per polveri, 10,00 g di CaCO3 e aggiungere 250 mL di H2O. Chiudere il pallone con appositi tappi e agitare. Lubrificare il giunto dove inserisco il refrigerante con una goccia di silicone ed eventuali altri colli da chiudere con tappi. Fissare il pallone al refrigerante con una pinza Keck.

Aprire il rubinetto che porta acqua al refrigerante e iniziare il riscaldamento portando la piastra a 200 °C. Proseguire il riscaldamento a ricadere e contare 730 minuti da quando si vede il reflusso sul tubo del refrigerante. Necessaria agitazione costante per evitare la precipitazione di cellulosa e tannini.

Proseguire filtrando per gravità la sospensione ancora calda all’interno di una beuta, attraverso un imbuto di vetro con filtro a pieghe. Lasciare decantare utilizzando la bacchetta di vetro per non far cadere il solido. Cambiare il filtro più volte altrimenti si ottura.

Nel filtro vengono trattenuti cellulosa, calciotannini, gallato di calcio, CaCO3. Nel liquido filtrato c’è la componente più solubile: acqua, caffeina, clorofilla, tannini, glucosio, CaCO3, prodotti dell’ossidazione.

Porre il filtrato a t.a. in imbuto separatore con rubinetto chiuso. Procedere l’estrazione con CH2Cl2 volatile. È preferibile fare più estrazioni (in questo caso 3) piuttosto che aumentare il volume.

Per ogni estrazione prelevare 30 mL di CH2Cl2 sotto cappa e coprire con foglio di alluminio per evitare l’evaporazione. Agitare per aumentare il contatto tra le due fasi e sfiato per evitare un eccessivo aumento di pressione. Ripetere l’operazione più volte. Attendere fino a separazione delle due fasi con collo superiore aperto in quanto il solvente a contatto con l’aria è l’H20. Lo strato organico di CH2Cl2 ha densità maggiore per cui rimane sotto, lasciando l’acqua sopra. Se non avviene una separazione netta, rompere le eventuali emulsioni con una bacchetta di vetro con movimenti delicati. A separazione di fase avvenuta aprire il rubinetto e raccogliere la fase organica in una beuta da 100 mL.

Ripetere l’operazione di estrazione per 3 volte e raccogliere il solvente organico sempre nella stessa beuta, che conterrà molta caffeina e poca clorofilla (soluzione verdina).

All’inizio e dopo ciascuna delle 3 estrazioni con CH2Cl2 prelevare una piccola aliquota della fase acquosa e porla in una provetta asciutta. Con un capillare fare le 4 semine in lastrina TLC di gel di silice. Seminare anche lo standard prelevando 1 o 2 cristallini di caffeina di riferimento e sciogliendoli in 1 ml di CH2Cl2. L’eluente sarà formato da una soluzione 9:1 di CH2Cl2 e MeOH e verrà inserito in camera di eluizione chiusa e lasciata saturare. Viene inserita poi la lastrina TLC con le semine, sempre chiudendo la camera di eluizione. Estrarre la lastrina quando il solvente è arrivato a 1 cm dalla fine. Ai raggi UV si può notare come il contenuto di caffeina nella soluzione sovrastante, all’interno dell’imbuto separatore, diminuisca ad ogni estrazione, evidenza del fatto che il solvente organico la sta estraendo man mano.

Aggiungere un po’ di Na2SO4 con cucchiaio di plastica per disidratare la fase organica.

Filtrare per gravità con filtro a pieghe direttamente nel pallone e lavare l’Na2SO4 rimasto sul filtro con qualche goccia di DCM.

Al Rotavapor collegare il pallone e immergerlo parzialmente in bagno termostatato a 40°C. Collegare il refrigerante alla pompa per fare il vuoto e il pallone di raccolta, messo in ghiaccio, per permettere al solvente che evapora e condensa nel refrigerante di venire raccolto. Attivare la rotazione per circa 10 minuti fino a evaporazione completa del CH2Cl2. Nel pallone iniziale rimane residuo a secco biancastro (caffeina un po’ amorfa) o leggermente verdastro se c’è ancora della clorofilla.