Teoría de la extracción.
"Extracción" se refiere a la transferencia de compuesto(s) de un sólido o líquido a un disolvente o fase diferente. Cuando se añade una bolsita de té al agua caliente, los compuestos responsables del sabor y el color del té se extraen de los posos y pasan al agua. El café descafeinado se elabora utilizando disolventes o dióxido de carbono supercrítico para extraer la cafeína de los granos de café. En el laboratorio de química, lo más habitual es utilizar la extracción líquido-líquido, un proceso que tiene lugar en un embudo separador. Se coloca en el embudo una solución que contiene componentes disueltos y se añade un disolvente inmiscible, lo que da lugar a dos capas que se agitan juntas. Lo más habitual es que una capa sea acuosa y la otra un disolvente orgánico. Los componentes se "extraen" cuando pasan de una capa a la otra. La forma del embudo de decantación permite un drenaje y una separación eficaces de las dos capas.
Fig.1 Esquema de la extracción
Los compuestos pasan de un líquido a otro en función de su solubilidad relativa en cada líquido. Una guía rápida para la solubilidad es el principio de "lo semejante se disuelve con lo semejante", lo que significa que los compuestos no polares deberían extraerse fácilmente en disolventes no polares (y viceversa). Los compuestos responsables del sabor y el color del té deben ser polares si se extraen fácilmente en agua caliente. Cuando se deja equilibrar entre dos líquidos en un embudo de decantación, la mayor parte de un compuesto suele acabar en la capa en la que es más soluble.
Fig.2
Procedimientos paso a paso para las extracciones.
Extracción simple.
Las imágenes de esta sección muestran una extracción simple de rojo de metilo (compuesto coloreado, Fig. 3) de una solución acuosa (capa inferior) a 25 ml de acetato de etilo (capa superior). La solución acuosa tiene originalmente un color rosado, ya que el rojo de metilo aparece rojo en solución ácida (la solución acuosa se hizo a partir de 50 ml de agua, 5 gotas de 0,1MHCl y 5 gotas de solución indicadora de rojo de metilo al 1%). El rojo de metilo tiene un gran coeficiente de partición y se extrae de la capa acuosa al acetato de etilo en este proceso.
Progreso de la extracción del rojo de metilo (el compuesto coloreado) de la capa acuosa ácida (abajo) a la capa orgánica (arriba). Las inversiones se hicieron lentamente para ver la extracción paso a paso. Incluso con una mezcla suave, el rojo de metilo se extrae rápidamente.
Preparar la configuración (para una sola extracción)
1. Obtenga un embudo de decantación (Fig.4 a).- a) Si el embudo separador tiene una llave de paso de teflón, vuelva a montar la llave de paso si se desmontó para secarla, colocando las piezas en el orden apropiado (Fig.4 b). Asegúrese de que la llave de teflón esté moderadamente apretada para que pueda girar con facilidad, pero no tan floja que el líquido pueda filtrarse alrededor de la junta.
- b) Si se utiliza una llave de vidrio (Fig.4 c), es probable que no necesite más preparación. Debe utilizarse una capa muy fina de grasa para sellar la llave de paso y evitar que se congele. Si se dispone de llaves de paso de vidrio y de teflón, es mejor elegir las de teflón, ya que siempre existe la posibilidad de que el disolvente disuelva la grasa utilizada con las llaves de paso de vidrio y contamine la muestra.
- c) Consiga también un tapón (de teflón o de vidrio esmerilado) que encaje bien en la junta superior del embudo (Fig.4 a).
2. Coloque el embudo de decantación en una abrazadera anular sujeta a un soporte anular o a un enrejado. Los embudos se rompen con facilidad, así que amortigüe el embudo en la abrazadera metálica utilizando trozos de tubo de goma o plástico hendido (Fig.4 d).
.4
a) Embudo separador, b) Orden correcto de los componentes de la llave de paso, c) Llave de paso de vidrio, d) Embudo en la abrazadera anular amortiguada.2. Añadir las soluciones (para extracción simple)
3. Antes de verter nada en un embudo de decantación, asegúrese de que la llave de paso está en la posición "cerrada", en la que la llave de paso está horizontal (Fig.5 a). Como medida de seguridad, coloque siempre un matraz Erlenmeyer debajo del embudo de decantación antes de verter el líquido (Fig. 5 b). De este modo se puede recoger el líquido en caso de que la llave de paso se deje abierta accidentalmente, o si la llave de paso está suelta y el líquido se escapa involuntariamente.
4. Con un embudo, vierta el líquido a extraer en el embudo de decantación (Fig.5 b). Nunca debe utilizarse un embudo de decantación con un líquido caliente o tibio. La junta de vidrio esmerilado de la parte superior de un embudo de decantación es más propensa a pegarse al tapón si en algún momento hubo líquido en la junta. Verter el líquido en el embudo de decantación con un embudo de tallo corto evita mojar la junta, por lo que es menos probable que se congele durante la mezcla.
3. Antes de verter nada en un embudo de decantación, asegúrese de que la llave de paso está en la posición "cerrada", en la que la llave de paso está horizontal (Fig.5 a). Como medida de seguridad, coloque siempre un matraz Erlenmeyer debajo del embudo de decantación antes de verter el líquido (Fig. 5 b). De este modo se puede recoger el líquido en caso de que la llave de paso se deje abierta accidentalmente, o si la llave de paso está suelta y el líquido se escapa involuntariamente.
4. Con un embudo, vierta el líquido a extraer en el embudo de decantación (Fig.5 b). Nunca debe utilizarse un embudo de decantación con un líquido caliente o tibio. La junta de vidrio esmerilado de la parte superior de un embudo de decantación es más propensa a pegarse al tapón si en algún momento hubo líquido en la junta. Verter el líquido en el embudo de decantación con un embudo de tallo corto evita mojar la junta, por lo que es menos probable que se congele durante la mezcla.
Vierta una cantidad del disolvente extractivo en el embudo de decantación, tal como indica el procedimiento (Fig.5 c). No es necesario utilizar cantidades precisas de disolvente para las extracciones, y los volúmenes pueden medirse en una probeta graduada. Si un procedimiento requiere 20 ml de disolvente, es aceptable utilizar entre 20 y 25 ml cada vez.
Mezclar las soluciones (para una sola extracción).
6. Coloque el tapón en el embudo y sujételo de forma que los dedos de una mano cubran firmemente el tapón, mientras que la otra mano agarra el fondo del embudo (Fig.6 a).
7. 7. Invierta suavemente el embudo (Fig. 6 b) y agite un poco la mezcla. Aunque no es raro que algo de líquido se cuele en la junta de vidrio esmerilado al invertirla, debería ser mínimo. Si al invertir el embudo gotea líquido sobre los dedos o los guantes, es probable que el tapón no sea del tamaño adecuado.
Mezclar las soluciones (para una sola extracción).
6. Coloque el tapón en el embudo y sujételo de forma que los dedos de una mano cubran firmemente el tapón, mientras que la otra mano agarra el fondo del embudo (Fig.6 a).
7. 7. Invierta suavemente el embudo (Fig. 6 b) y agite un poco la mezcla. Aunque no es raro que algo de líquido se cuele en la junta de vidrio esmerilado al invertirla, debería ser mínimo. Si al invertir el embudo gotea líquido sobre los dedos o los guantes, es probable que el tapón no sea del tamaño adecuado.
8. Inmediatamente después de agitar, y con el embudo todavía invertido, "ventile" el embudo abriendo brevemente la llave de paso para liberar la presión (Fig. 6 c). La presión aumenta en el embudo a medida que el disolvente se evapora en el espacio de cabeza y contribuye con vapor adicional a la ∼1 atmósfera inicial de presión de aire en el embudo. Con disolventes muy volátiles (como el éter dietílico), puede oírse un "swoosh" al purgar, y pequeñas cantidades de líquido pueden incluso salir por la llave de paso. Si sale líquido por la llave de paso, deje que vuelva al embudo. El ruido asociado al venteo normalmente cesa después de la segunda o tercera inversión, ya que el espacio de cabeza se satura de vapores de disolvente y las presiones dentro y fuera del embudo se igualan.
Nota de seguridad: Nunca apunte la llave de paso hacia alguien mientras ventila, ya que es posible que le salpique algo de líquido.
9. 9. Cierre la llave de paso y mezcle las soluciones un poco más enérgicamente, deteniéndose periódicamente para purgar el sistema. Existen opiniones divergentes sobre la intensidad con la que deben mezclarse las soluciones en los embudos de decantación y durante cuánto tiempo. Como guía general, una mezcla suave durante 10-20 segundos debería ser suficiente. Con algunas soluciones (por ejemplo, el diclorometano), hay que tener cuidado de no agitar demasiado enérgicamente, ya que estas soluciones suelen formar emulsiones (en las que la interfase entre las soluciones no se aclara). Con soluciones propensas a las emulsiones, se debe agitar suavemente el embudo durante un minuto.
10. 10. Coloque el embudo de decantación en posición vertical en la pinza anular para que las capas se separen completamente. La interfase entre las capas debería asentarse con bastante rapidez, a menudo en unos 10 segundos. Si la interfase está turbia o no está bien definida (se ha formado una emulsión), consulte la sección de resolución de problemas para obtener consejos.
Separar las capas (para una sola extracción)
11. El líquido no drenará bien de un embudo separador si el tapón permanece puesto, ya que el aire no puede entrar en el embudo para reemplazar el líquido desplazado. Si el líquido drenara del embudo sin ser reemplazado por un volumen igual de aire, se formaría una presión negativa en el embudo. Por lo tanto, antes de vaciar líquido de un embudo de decantación, retire el tapón (Fig.7 a).
12. 12. Vaciar la mayor parte de la capa inferior en un matraz Erlenmeyer limpio, colocando la abrazadera anular de forma que la punta del embudo de decantación quede encajada en el matraz Erlenmeyer para evitar salpicaduras (Fig.7 b). Detener el vaciado cuando la interfase esté a menos de 1 cm del fondo de la llave de paso.
13. 13. Agitar suavemente el embudo para desprender las gotas que se hayan adherido al vidrio (Fig. 7 c). Puede utilizarse una varilla agitadora de vidrio para derribar las gotas persistentes que se adhieran.
14. 14. A continuación, escurra la capa inferior, deteniéndose cuando la interfase acabe de entrar en la cámara de la llave de paso (Fig. 7 d). Etiquete el matraz Erlenmeyer (por ejemplo, "capa inferior").
Nota de seguridad: Nunca apunte la llave de paso hacia alguien mientras ventila, ya que es posible que le salpique algo de líquido.
9. 9. Cierre la llave de paso y mezcle las soluciones un poco más enérgicamente, deteniéndose periódicamente para purgar el sistema. Existen opiniones divergentes sobre la intensidad con la que deben mezclarse las soluciones en los embudos de decantación y durante cuánto tiempo. Como guía general, una mezcla suave durante 10-20 segundos debería ser suficiente. Con algunas soluciones (por ejemplo, el diclorometano), hay que tener cuidado de no agitar demasiado enérgicamente, ya que estas soluciones suelen formar emulsiones (en las que la interfase entre las soluciones no se aclara). Con soluciones propensas a las emulsiones, se debe agitar suavemente el embudo durante un minuto.
10. 10. Coloque el embudo de decantación en posición vertical en la pinza anular para que las capas se separen completamente. La interfase entre las capas debería asentarse con bastante rapidez, a menudo en unos 10 segundos. Si la interfase está turbia o no está bien definida (se ha formado una emulsión), consulte la sección de resolución de problemas para obtener consejos.
Separar las capas (para una sola extracción)
11. El líquido no drenará bien de un embudo separador si el tapón permanece puesto, ya que el aire no puede entrar en el embudo para reemplazar el líquido desplazado. Si el líquido drenara del embudo sin ser reemplazado por un volumen igual de aire, se formaría una presión negativa en el embudo. Por lo tanto, antes de vaciar líquido de un embudo de decantación, retire el tapón (Fig.7 a).
12. 12. Vaciar la mayor parte de la capa inferior en un matraz Erlenmeyer limpio, colocando la abrazadera anular de forma que la punta del embudo de decantación quede encajada en el matraz Erlenmeyer para evitar salpicaduras (Fig.7 b). Detener el vaciado cuando la interfase esté a menos de 1 cm del fondo de la llave de paso.
13. 13. Agitar suavemente el embudo para desprender las gotas que se hayan adherido al vidrio (Fig. 7 c). Puede utilizarse una varilla agitadora de vidrio para derribar las gotas persistentes que se adhieran.
14. 14. A continuación, escurra la capa inferior, deteniéndose cuando la interfase acabe de entrar en la cámara de la llave de paso (Fig. 7 d). Etiquete el matraz Erlenmeyer (por ejemplo, "capa inferior").
Fig7
a) Quitando el tapón antes de vaciar el embudo, b) Vaciando hasta la interfase, c) Agarrando las gotas (utilizando un sistema diferente), d) Parando cuando la interfase está en la llave de paso.15. Vierta la capa superior del embudo de decantación en otro matraz Erlenmeyer limpio (Fig.8 a), asegurándose de etiquetar de nuevo este matraz (Fig.8 b). La técnica adecuada consiste en vaciar la capa inferior a través de la llave de paso y verter la capa superior desde la parte superior del embudo. Este método minimiza la remezcla de las soluciones, ya que sólo la capa inferior toca el vástago del embudo.
16. No tire nunca ningún líquido de una extracción hasta que esté absolutamente seguro de que tiene el compuesto deseado. Las capas no deseadas pueden desecharse adecuadamente cuando el compuesto deseado esté en sus manos (por ejemplo, después de que el rotavapor haya eliminado el disolvente).
Los errores cometidos durante las extracciones (por ejemplo, continuar con la capa equivocada), pueden solucionarse siempre que las soluciones no se hayan depositado en el contenedor de residuos. Las capas también deben guardarse hasta después de la evaporación porque el compuesto deseado puede no ser muy soluble en el disolvente utilizado. Si el compuesto no se extrajera en un disolvente, se podría probar con otro disolvente más tarde, de nuevo sólo si las capas no se hubieran tirado todavía.
Limpieza (para una sola extracción)
Para limpiar un embudo de decantación, enjuáguelo primero con acetona en un recipiente de residuos. A continuación, lave el embudo con agua y jabón en su mesa de trabajo. Desmonte la llave de paso de teflón (si se utiliza). Después de enjuagarlo con agua destilada, deje que las piezas se sequen separadas en su armario (Fig.8 c).
Los errores cometidos durante las extracciones (por ejemplo, continuar con la capa equivocada), pueden solucionarse siempre que las soluciones no se hayan depositado en el contenedor de residuos. Las capas también deben guardarse hasta después de la evaporación porque el compuesto deseado puede no ser muy soluble en el disolvente utilizado. Si el compuesto no se extrajera en un disolvente, se podría probar con otro disolvente más tarde, de nuevo sólo si las capas no se hubieran tirado todavía.
Limpieza (para una sola extracción)
Para limpiar un embudo de decantación, enjuáguelo primero con acetona en un recipiente de residuos. A continuación, lave el embudo con agua y jabón en su mesa de trabajo. Desmonte la llave de paso de teflón (si se utiliza). Después de enjuagarlo con agua destilada, deje que las piezas se sequen separadas en su armario (Fig.8 c).
Extracciones múltiples.
En esta sección se dan instrucciones paso a paso sobre cómo extraer una solución acuosa con un disolvente orgánico menos denso que el agua (la capa orgánica estará en la parte superior). Como ejemplo, las instrucciones están escritas para extraer una solución acuosa tres veces usando 25 ml de éter dietílico cada vez (3×25 ml de éter dietílico). Un resumen del procedimiento de las dos primeras extracciones se encuentra en Fig.9 Dos extracciones cuando la capa orgánica está en la parte superior.
Fig.9 Dos extracciones con la capa orgánica en la parte superior
Extracción nº 1
1. Realice una única extracción utilizando aproximadamente 25 ml de éter dietílico (no es necesario indicar la cantidad exacta), como se ha descrito anteriormente, asegurándose de etiquetar adecuadamente cada capa (por ejemplo, "capa orgánica superior" y "capa acuosa inferior").
Extracción nº 2
2. Devolver la capa acuosa al embudo de decantación. No es necesario lavar el embudo entre extracciones.
3. 3. Añadir una nueva porción de 25 ml de éter dietílico al embudo de decantación. Tapar el embudo, invertir y agitar con aireación, y dejar que se separen las capas.
En este paso, debe haber dos capas en el embudo de decantación. Si no hay dos capas, es probable que se haya añadido la capa equivocada al embudo en el paso 2 (un error frecuente). Una forma de comprobar si éste fue el error es añadir un poco de agua con una botella de agua. Si la capa devuelta al embudo de decantación es la capa orgánica (incorrecta), el agua de la botella de agua no se mezclará con la solución, sino que caerá en forma de gotas al fondo. Si la capa orgánica (incorrecta) se devolvió accidentalmente al embudo de decantación, no hay ningún daño, ya que la capa orgánica simplemente se diluyó. Vuelva a verter el líquido en el matraz diseñado para la capa orgánica y, en su lugar, añada la solución acuosa al embudo.
4. Drenar la capa acuosa inferior en un matraz Erlenmeyer: es aceptable utilizar el mismo matraz que se utilizó para la capa acuosa en la primera extracción (que puede haber sido etiquetado como "capa acuosa inferior").
5. 5. Dado que lo más habitual es combinar las capas orgánicas en extracciones múltiples, la capa orgánica superior puede verterse del embudo de decantación al mismo matraz que se utilizó para la capa orgánica en la primera extracción (que puede haberse etiquetado como "capa orgánica superior"). En este matraz debe haber unos 50 ml de éter dietílico procedente de las dos extracciones.
Extracción nº 3
6. Repita la extracción una tercera vez añadiendo la capa acuosa de la segunda extracción al embudo de decantación, seguida de otra porción fresca de 25 ml de éter dietílico. Tapar el embudo, invertir y agitar con aireación, y dejar que se separen las capas.
7. 7. Vaciar la capa acuosa en el matraz apropiado y verter de nuevo la capa superior en el matraz de la capa orgánica, donde debería haber aproximadamente 75 ml de éter dietílico procedente de las tres extracciones.
1. Realice una única extracción utilizando aproximadamente 25 ml de éter dietílico (no es necesario indicar la cantidad exacta), como se ha descrito anteriormente, asegurándose de etiquetar adecuadamente cada capa (por ejemplo, "capa orgánica superior" y "capa acuosa inferior").
Extracción nº 2
2. Devolver la capa acuosa al embudo de decantación. No es necesario lavar el embudo entre extracciones.
3. 3. Añadir una nueva porción de 25 ml de éter dietílico al embudo de decantación. Tapar el embudo, invertir y agitar con aireación, y dejar que se separen las capas.
En este paso, debe haber dos capas en el embudo de decantación. Si no hay dos capas, es probable que se haya añadido la capa equivocada al embudo en el paso 2 (un error frecuente). Una forma de comprobar si éste fue el error es añadir un poco de agua con una botella de agua. Si la capa devuelta al embudo de decantación es la capa orgánica (incorrecta), el agua de la botella de agua no se mezclará con la solución, sino que caerá en forma de gotas al fondo. Si la capa orgánica (incorrecta) se devolvió accidentalmente al embudo de decantación, no hay ningún daño, ya que la capa orgánica simplemente se diluyó. Vuelva a verter el líquido en el matraz diseñado para la capa orgánica y, en su lugar, añada la solución acuosa al embudo.
4. Drenar la capa acuosa inferior en un matraz Erlenmeyer: es aceptable utilizar el mismo matraz que se utilizó para la capa acuosa en la primera extracción (que puede haber sido etiquetado como "capa acuosa inferior").
5. 5. Dado que lo más habitual es combinar las capas orgánicas en extracciones múltiples, la capa orgánica superior puede verterse del embudo de decantación al mismo matraz que se utilizó para la capa orgánica en la primera extracción (que puede haberse etiquetado como "capa orgánica superior"). En este matraz debe haber unos 50 ml de éter dietílico procedente de las dos extracciones.
Extracción nº 3
6. Repita la extracción una tercera vez añadiendo la capa acuosa de la segunda extracción al embudo de decantación, seguida de otra porción fresca de 25 ml de éter dietílico. Tapar el embudo, invertir y agitar con aireación, y dejar que se separen las capas.
7. 7. Vaciar la capa acuosa en el matraz apropiado y verter de nuevo la capa superior en el matraz de la capa orgánica, donde debería haber aproximadamente 75 ml de éter dietílico procedente de las tres extracciones.
Resolución de problemas.
En esta sección se describen problemas y soluciones comunes en las extracciones.Sólo hay una capa
La razón más común para tener una sola capa en un embudo separador cuando debería haber dos (como cuando el procedimiento indica "separar las capas"), es haber cometido un error. Lo más probable es que se haya añadido la capa equivocada al embudo de decantación; por ejemplo, sin saberlo, se añadió la capa orgánica en lugar de la acuosa. Cuando se añade disolvente orgánico a una capa orgánica en el embudo de decantación, el resultado es una sola capa. El error puede subsanarse mientras no se hayan tirado todavía las capas. Si se añade la capa correcta al embudo, todo funcionará según lo previsto. Para evitar cometer este error en el futuro, asegúrate de etiquetar los matraces Erlenmeyer. Además, asegúrate de no tirar nunca una capa hasta que estés completamente seguro de que lo has hecho todo correctamente.
Una razón ocasional por la que sólo se forma una capa en un embudo de decantación es si hay grandes cantidades de compuestos presentes que se disuelven en ambos disolventes, por ejemplo, si hay grandes cantidades de etanol, que se disuelve bien tanto en disolventes acuosos como orgánicos. En esta situación, lo mejor es eliminar el compuesto problemático (es decir, el etanol) en un evaporador rotatorio antes de la extracción.
Hay tres capas
La razón más común para que haya tres capas en un embudo de decantación es una mezcla inadecuada (Fig. 10 a). Si el embudo se agita con más vigor, es probable que se asiente en dos capas (Fig.10 b). También es posible que la tercera capa intermedia sea una emulsión, en la que las dos capas no están completamente separadas.
La razón más común para tener una sola capa en un embudo separador cuando debería haber dos (como cuando el procedimiento indica "separar las capas"), es haber cometido un error. Lo más probable es que se haya añadido la capa equivocada al embudo de decantación; por ejemplo, sin saberlo, se añadió la capa orgánica en lugar de la acuosa. Cuando se añade disolvente orgánico a una capa orgánica en el embudo de decantación, el resultado es una sola capa. El error puede subsanarse mientras no se hayan tirado todavía las capas. Si se añade la capa correcta al embudo, todo funcionará según lo previsto. Para evitar cometer este error en el futuro, asegúrate de etiquetar los matraces Erlenmeyer. Además, asegúrate de no tirar nunca una capa hasta que estés completamente seguro de que lo has hecho todo correctamente.
Una razón ocasional por la que sólo se forma una capa en un embudo de decantación es si hay grandes cantidades de compuestos presentes que se disuelven en ambos disolventes, por ejemplo, si hay grandes cantidades de etanol, que se disuelve bien tanto en disolventes acuosos como orgánicos. En esta situación, lo mejor es eliminar el compuesto problemático (es decir, el etanol) en un evaporador rotatorio antes de la extracción.
Hay tres capas
La razón más común para que haya tres capas en un embudo de decantación es una mezcla inadecuada (Fig. 10 a). Si el embudo se agita con más vigor, es probable que se asiente en dos capas (Fig.10 b). También es posible que la tercera capa intermedia sea una emulsión, en la que las dos capas no están completamente separadas.
Fig.
a) Tres capas iniciales debidas a una mezcla inadecuada, b) Dos capas resultantes de una mezcla más enérgica.Hay material insoluble en la interfase.
Una pequeña cantidad de película insoluble entre dos capas no es infrecuente durante una extracción. Los materiales poliméricos tienden a reposar entre las capas, ya que las interacciones de los disolventes se reducen al mínimo en la interfase. Una pequeña película no es algo de qué preocuparse porque si una pequeña cantidad llega a la capa orgánica, un paso posterior de secado y filtración a menudo la eliminará.
La interfase no se ve.
En ocasiones, los compuestos de un embudo de decantación son tan oscuros que ocultan la interfase entre las dos capas. Si esto ocurre, hay varios métodos que pueden ayudarle a ver la interfase. Uno de ellos consiste en sostener el embudo de decantación al trasluz o iluminar el vidrio con una linterna (Fig. 11 b). La luz adicional a veces permite ver la interfase. Un segundo método consiste en observar cuidadosamente las capas mientras se inclina el embudo hacia delante y hacia atrás (Fig. 11 c). El ojo a veces puede detectar diferencias sutiles en la forma en que fluyen los líquidos. Un tercer método es añadir un poco más de disolvente al embudo para diluir un poco una de las capas, o añadir un disolvente diferente para alterar el índice de refracción.
Las capas no se separan bien (se forma una emulsión)
Fig
Las emulsiones pueden producirse por varias razones.
1. La densidad de cada capa puede ser tan similar que exista una débil motivación para que los líquidos se separen.2. 2. Puede haber compuestos jabonosos u otros agentes emulsionantes que disuelvan unos componentes en otros.
Las emulsiones pueden ser muy difíciles de rectificar, y es mejor evitarlas en primer lugar agitando suavemente en el embudo separador las soluciones propensas a las emulsiones (por ejemplo, diclorometano con soluciones muy básicas o densas). No obstante, si se forma una emulsión, hay algunas formas de intentar clarificarlas.
- a) Para emulsiones suaves, agitar suavemente las capas y tratar de derribar las gotas en suspensión con una varilla agitadora de vidrio.
- b) Si es posible, deje reposar la solución durante un tiempo (incluso hasta la siguiente sesión de laboratorio). Con tiempo suficiente, algunas soluciones se asientan por sí solas. Esto, por supuesto, puede no ser práctico.
- c) Para volúmenes pequeños, utilice una centrifugadora si dispone de ella. Una centrifugadora acelera el proceso de dejar que una emulsión se asiente por sí sola. Recuerde que la centrifugadora debe estar equilibrada para que no se tambalee. Divide las soluciones en partes iguales, colocando tubos de igual volumen uno frente al otro dentro de la centrifugadora.
- d) Si se forma una emulsión porque las dos capas tienen densidades similares, intenta alterar la densidad de cada capa para que sean más diferentes. Para aclarar una emulsión, intente disminuir la densidad de la capa superior o aumentar la densidad de la capa inferior. Por ejemplo, si se produce una emulsión con acetato de etilo (capa superior) y una solución acuosa (capa inferior), añada un poco de NaCl. El NaCl se disolverá en la capa acuosa y aumentará la densidad de la solución acuosa. Alternativamente, añade más acetato de etilo, que diluirá la capa orgánica y disminuirá su densidad. Como último recurso, añada un poco de pentano, que se mezclará con la capa orgánica superior y disminuirá su densidad (el pentano es uno de los disolventes orgánicos menos densos). La adición de pentano se utiliza como último esfuerzo, ya que afectará negativamente a la capacidad de la capa orgánica para extraer compuestos algo polares.
Si se produce una emulsión con una solución acuosa (capa superior) y diclorometano (capa inferior), añada un poco de agua de una botella de agua a presión para diluir la capa superior y disminuir su densidad. Este método funcionó bien para aclarar la emulsión de la Fig. 13 c, como demuestra la Fig. 13 d. - c) Intenta disminuir la solubilidad de un componente en el otro. Un método consiste en añadir NaCl o NH4Cl al embudo separador, que se disuelve en la capa acuosa y disminuye la capacidad de los compuestos orgánicos para disolverse en agua ("salificación").
Extracción ácido-base
Cómo funcionan.
Una modificación de las extracciones previamente discutidas en este capítulo es realizar una reacción química en el embudo separador para cambiar la polaridad y, por lo tanto, la partición de un compuesto en las capas acuosa y orgánica. Un método común es realizar una reacción ácido-base, que puede convertir algunos compuestos de formas neutras a iónicas (o viceversa).
Por ejemplo, imagine que una mezcla de ácido benzoico y ciclohexano se disuelve en un disolvente orgánico como el acetato de etilo en un embudo de separación. Para separar los componentes, se puede intentar un lavado con agua para eliminar el ácido benzoico, pero el ácido benzoico no es particularmente soluble en agua debido a su anillo aromático no polar, y sólo se extraerían pequeñas cantidades en la capa acuosa (Fig.14 a).
Por ejemplo, imagine que una mezcla de ácido benzoico y ciclohexano se disuelve en un disolvente orgánico como el acetato de etilo en un embudo de separación. Para separar los componentes, se puede intentar un lavado con agua para eliminar el ácido benzoico, pero el ácido benzoico no es particularmente soluble en agua debido a su anillo aromático no polar, y sólo se extraerían pequeñas cantidades en la capa acuosa (Fig.14 a).
Fig.
Lavado de una mezcla de ácido benzoico y ciclohexano con: a) agua, b) NaOH acuoso.Sin embargo, la separación de una mezcla de ácido benzoico y ciclohexano es posible utilizando un lavado con una base, como NaOH. Debido a su naturaleza ácida, el ácido benzoico puede sufrir una reacción con NaOH de la siguiente manera, dando lugar a la sal carboxilato benzoato sódico.
Las propiedades de solubilidad de los ácidos carboxílicos son sustancialmente diferentes de las de sus sales de carboxilato correspondientes. El salicilato de sodio es aproximadamente 350 veces más soluble en agua que el ácido salicílico debido a su carácter iónico (Fig.15), y es bastante insoluble en disolventes orgánicos como el éter dietílico.
Por lo tanto, un lavado con NaOH convertiría el ácido benzoico en su forma de carboxilato iónico, que entonces sería más soluble en la capa acuosa, lo que permitiría extraer el benzoato sódico a la capa acuosa. El ciclohexano permanecería en la capa orgánica, ya que no tiene afinidad por la fase acuosa, ni puede reaccionar con el NaOH de ninguna manera. De esta manera, se puede separar una mezcla de ácido benzoico y ciclohexano (Fig.14 b). Si se desea, la capa acuosa puede acidificarse posteriormente con HCl(aq) para volver a convertir el ácido benzoico en su forma neutra.
Lavados con bicarbonato sódico
Puede utilizarse una extracción ácido-base para extraer ácidos carboxílicos de la capa orgánica a la capa acuosa. Como se discutió en la sección anterior, el NaOH puede utilizarse para convertir un ácido carboxílico en su forma de carboxilato iónico más soluble en agua. Sin embargo, si la mezcla contiene un compuesto deseado que puede reaccionar con el NaOH, debe utilizarse una base más suave, como el bicarbonato sódico. Se produce una reacción similar.
Lavados con bicarbonato sódico
Puede utilizarse una extracción ácido-base para extraer ácidos carboxílicos de la capa orgánica a la capa acuosa. Como se discutió en la sección anterior, el NaOH puede utilizarse para convertir un ácido carboxílico en su forma de carboxilato iónico más soluble en agua. Sin embargo, si la mezcla contiene un compuesto deseado que puede reaccionar con el NaOH, debe utilizarse una base más suave, como el bicarbonato sódico. Se produce una reacción similar.
Una diferencia al utilizar la base NaHCO3 en lugar de NaOH es que el subproducto ácido carbónico (H2CO3) puede descomponerse en agua y gas carbónico. Cuando se agita una solución ácida con bicarbonato sódico en un embudo de decantación, hay que tener cuidado de agitar suavemente y ventilar con más frecuencia para liberar la presión del gas.
Un ejemplo de una reacción que a menudo utiliza el lavado con bicarbonato sódico en el trabajo es una reacción de esterificación de Fischer. Para demostrarlo, el ácido benzoico se sometió a reflujo en etanol junto con ácido sulfúrico concentrado para formar benzoato de etilo (Fig.16 a y b). Una placa de TLC de la mezcla de reacción a 1 hora de reflujo mostró ácido carboxílico residual sin reaccionar (Fig.16 c), lo que no es raro debido a la energética de la reacción.
Un ejemplo de una reacción que a menudo utiliza el lavado con bicarbonato sódico en el trabajo es una reacción de esterificación de Fischer. Para demostrarlo, el ácido benzoico se sometió a reflujo en etanol junto con ácido sulfúrico concentrado para formar benzoato de etilo (Fig.16 a y b). Una placa de TLC de la mezcla de reacción a 1 hora de reflujo mostró ácido carboxílico residual sin reaccionar (Fig.16 c), lo que no es raro debido a la energética de la reacción.
Fig.
a) Reactivos en reflujo, b) Esquema de la reacción, c) TLC después de 1 hora de reflujo, donde la primera línea (BA) es el ácido benzoico, la segunda línea (Co) es la co-spot y la tercera línea (Pr) es la mezcla de reacción (corrida con 1:1 hexanos:acetato de etilo y visualizada con luz UV).El ácido carboxílico residual puede eliminarse del producto éster deseado mediante una extracción ácido-base en un embudo de decantación. Un lavado con bicarbonato sódico convierte el ácido benzoico en su forma más hidrosoluble de benzoato sódico, extrayéndolo en la capa acuosa (Fig. 17). Además, el bicarbonato sódico neutraliza el ácido catalítico en esta reacción.
A
El bicarbonato sódico es preferible al NaOH en este proceso, ya que es una base mucho más débil; el lavado con NaOH podría provocar la hidrólisis del producto éster.
Mezclas de ácidos y bases
Como se ha comentado anteriormente, las propiedades ácido-base de los compuestos pueden utilizarse para extraer selectivamente determinados compuestos de las mezclas. Esta estrategia puede extenderse a otros ejemplosMezclas de ácidos y bases
Extracción de bases
Los compuestos básicos, como las aminas, pueden extraerse de soluciones orgánicas agitándolas con soluciones ácidas para convertirlas en sales más solubles en agua. De este modo, pueden extraerse de una capa orgánica a una acuosa.Extracción de ácidos carboxílicos frente a fenoles
Como se ha comentado anteriormente, los ácidos carboxílicos pueden extraerse de una capa orgánica a una acuosa agitándolos con soluciones básicas, lo que los convierte en sus sales más solubles en agua.
Como se ha comentado anteriormente, los ácidos carboxílicos pueden extraerse de una capa orgánica a una acuosa agitándolos con soluciones básicas, lo que los convierte en sus sales más solubles en agua.
Una reacción similar ocurre con los fenoles (PhOH), y también pueden extraerse a una capa acuosa de NaOH (Fig.18 a).
Sin embargo, los fenoles son considerablemente menos ácidos que los ácidos carboxílicos, y no son lo suficientemente ácidos como para reaccionar completamente con NaHCO3, una base más débil. Por lo tanto, se puede utilizar una solución de bicarbonato para separar mezclas de fenoles y ácidos carboxílicos (Fig.18 b).
Sin embargo, los fenoles son considerablemente menos ácidos que los ácidos carboxílicos, y no son lo suficientemente ácidos como para reaccionar completamente con NaHCO3, una base más débil. Por lo tanto, se puede utilizar una solución de bicarbonato para separar mezclas de fenoles y ácidos carboxílicos (Fig.18 b).
Fig.
a) Extracción tanto de ácidos carboxílicos como de fenoles en NaOH(aq) al 5%, b) Extracción sólo de ácidos carboxílicos en NaHCO3(aq) al 5%.Extracción de compuestos ácidos, básicos y neutros
Las propiedades ácido-base discutidas anteriormente permiten purificar una mezcla que contiene componentes ácidos (por ejemplo, RCO2H), básicos (por ejemplo, RNH2) y neutros mediante una serie de extracciones, como se resume en la Fig.19 (que utiliza un disolvente orgánico menos denso que el agua).
Las propiedades ácido-base discutidas anteriormente permiten purificar una mezcla que contiene componentes ácidos (por ejemplo, RCO2H), básicos (por ejemplo, RNH2) y neutros mediante una serie de extracciones, como se resume en la Fig.19 (que utiliza un disolvente orgánico menos denso que el agua).
Fig.tros
Se supone que los lectores que realizan este tipo de experimentos están familiarizados con la realización de extracciones simples y múltiples. En esta sección se describen las diferencias entre los procedimientos generales de extracción y el proceso resumido en la Fig. 19.
1. 1. Aislamiento del componente ácido:
a) Cuando el componente ácido se encuentra en la capa acuosa de un matraz Erlenmeyer, puede convertirse de nuevo en componente neutro mediante la adición de HCl(aq) 2M hasta que la solución dé un pH de 3-4 (determinado con papel pH). Si hay grandes cantidades de ácido y la acidificación requiere un volumen demasiado grande de HCl(aq) 2M, puede añadirse HCl(aq) concentrado gota a gota. Las concentraciones más bajas de HCl(aq) son menos peligrosas, pero aumentar mucho el volumen de la capa acuosa afectaría a la eficacia de las extracciones y filtraciones posteriores.
b) Tras la acidificación, pueden tomarse dos rutas, dependiendo de si el componente ácido es sólido o líquido.
1. 1. Aislamiento del componente ácido:
a) Cuando el componente ácido se encuentra en la capa acuosa de un matraz Erlenmeyer, puede convertirse de nuevo en componente neutro mediante la adición de HCl(aq) 2M hasta que la solución dé un pH de 3-4 (determinado con papel pH). Si hay grandes cantidades de ácido y la acidificación requiere un volumen demasiado grande de HCl(aq) 2M, puede añadirse HCl(aq) concentrado gota a gota. Las concentraciones más bajas de HCl(aq) son menos peligrosas, pero aumentar mucho el volumen de la capa acuosa afectaría a la eficacia de las extracciones y filtraciones posteriores.
b) Tras la acidificación, pueden tomarse dos rutas, dependiendo de si el componente ácido es sólido o líquido.
- Si se forma un sólido tras la acidificación de la sal iónica, puede recogerse mediante filtración por succión. Este método sólo debe utilizarse si se observan grandes cantidades de cristales de gran tamaño. Si se forman cristales finos (que son bastante comunes), obstruirán el papel de filtro e interferirán con un drenaje adecuado. Si sólo se observa una pequeña cantidad de sólido en comparación con la cantidad teórica, es probable que el compuesto sea bastante soluble en agua, y la filtración conduciría a una baja recuperación.
- Si no se forma sólido tras la acidificación (o si se forman cristales finos o poca cantidad de sólido), vuelva a extraer el componente ácido en un disolvente orgánico (×3). Como regla general, utilice para las extracciones un tercio de disolvente que la capa original (por ejemplo, si utiliza 100 ml de solución acuosa, extraiga con 33 ml de disolvente orgánico cada vez). Asegúrese de enfriar primero la solución acuosa en un baño de hielo antes de la extracción si la acidificación creó un calor notable. Seguir con un lavado con salmuera (×1) si se utiliza éter dietílico o acetato de etilo, secar con un agente desecante y eliminar el disolvente mediante evaporador rotatorio para dejar el componente ácido puro.
2. Aislar el componente básico:
Utilizar un proceso similar al aislamiento del componente ácido, excepto basificar la solución utilizando NaOH(aq) 2M hasta que dé un pH de 9-10 determinado por papel pH.
3. 3. Aislamiento del componente neutro:
El componente neutro será el compuesto "sobrante" en la capa orgánica. Para aislarlo, lavar con salmuera (×1) si se utiliza éter dietílico o acetato de etilo, secar con un agente desecante y eliminar el disolvente mediante evaporador rotatorio para dejar el componente neutro puro.
Utilizar un proceso similar al aislamiento del componente ácido, excepto basificar la solución utilizando NaOH(aq) 2M hasta que dé un pH de 9-10 determinado por papel pH.
3. 3. Aislamiento del componente neutro:
El componente neutro será el compuesto "sobrante" en la capa orgánica. Para aislarlo, lavar con salmuera (×1) si se utiliza éter dietílico o acetato de etilo, secar con un agente desecante y eliminar el disolvente mediante evaporador rotatorio para dejar el componente neutro puro.
Conclusiones.
Los métodos de extracción se utilizan para extraer algunas sustancias de una mezcla. Estas sustancias pueden ser bases, ácidos o neutros (polares o no polares). Por ejemplo, este método se utiliza durante la producción de anfetamina en la etapa de decantación: recoger la capa superior que contiene la base de anfetamina en alcohol. Se puede secar un poco con sulfato de magnesio anhidro, y la escoria se puede extraer adicionalmente con un disolvente no polar (éter, benceno, tolueno), el disolvente se evapora a continuación. La producción de mefedrona incluye la manipulación con embudo de separación y la extracción. Además, la extracción ácido-base se utiliza en la purificación de algunas sustancias psicoactivas a partir de impurezas.
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