Recristalización.
En química, la recristalización es una técnica utilizada para purificar sustancias químicas. Al disolver tanto las impurezas como un compuesto en un disolvente adecuado, se puede eliminar de la solución el compuesto deseado o las impurezas, dejando el otro. Su nombre se debe a los cristales que suelen formarse cuando precipita el compuesto. Alternativamente, la recristalización puede referirse al crecimiento natural de cristales de hielo más grandes a expensas de los más pequeños.
El método de purificación se basa en el principio de que la solubilidad de la mayoría de los sólidos aumenta con el incremento de la temperatura. Esto significa que, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad de soluto que puede disolverse en un disolvente.
Se disuelve un compuesto impuro (las impurezas también deben ser solubles en el disolvente), para preparar una solución muy concentrada a una temperatura elevada. La solución se enfría. Al disminuir la temperatura, disminuye la solubilidad de las impurezas en la solución y de la sustancia que se purifica. La sustancia impura cristaliza antes que las impurezas, suponiendo que hubiera más sustancia impura que impurezas. La sustancia impura cristalizará en una forma más pura porque las impurezas no cristalizarán todavía, dejando así las impurezas en la solución. En este punto se debe utilizar un proceso de filtración para separar los cristales más puros. El procedimiento puede repetirse. Las curvas de solubilidad pueden utilizarse para predecir el resultado de un procedimiento de recristalización.
La recristalización funciona mejor cuando.
El método de purificación se basa en el principio de que la solubilidad de la mayoría de los sólidos aumenta con el incremento de la temperatura. Esto significa que, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad de soluto que puede disolverse en un disolvente.
Se disuelve un compuesto impuro (las impurezas también deben ser solubles en el disolvente), para preparar una solución muy concentrada a una temperatura elevada. La solución se enfría. Al disminuir la temperatura, disminuye la solubilidad de las impurezas en la solución y de la sustancia que se purifica. La sustancia impura cristaliza antes que las impurezas, suponiendo que hubiera más sustancia impura que impurezas. La sustancia impura cristalizará en una forma más pura porque las impurezas no cristalizarán todavía, dejando así las impurezas en la solución. En este punto se debe utilizar un proceso de filtración para separar los cristales más puros. El procedimiento puede repetirse. Las curvas de solubilidad pueden utilizarse para predecir el resultado de un procedimiento de recristalización.
La recristalización funciona mejor cuando.
- La cantidad de impurezas es pequeña.
- La curva de solubilidad del soluto deseado aumenta rápidamente con la temperatura.
Cristalizaciónmonosolvente, ejemplo con explicaciones.
La cristalización ilustrada en esta sección muestra la purificación de una muestra de aproximadamente 1 g de NBS - bromosuccinimida (NBS) antigua, que se encontró en su botella de reactivo como un polvo naranja. La cristalización utiliza agua como disolvente, que no presenta problemas de inflamabilidad, por lo que se utiliza una placa caliente.Si se va a realizar una cristalización utilizando disolventes orgánicos inflamables, se recomienda un baño de vapor y en algunas situaciones es necesario (cuando se utiliza éter dietílico, acetona o éter de petróleo de bajo punto de ebullición). El siguiente procedimiento debe utilizarse como guía para el proceso, y algunas diferencias clave entre el uso de agua y disolventes orgánicos se discuten en una sección futura.
Preparar el montaje:
- Transferir el sólido impuro a cristalizar a un matraz Erlenmeyer de tamaño adecuado (Fig.2 a). Si el sólido es granular, pulverícelo primero con una varilla agitadora de vidrio.
- No se recomienda realizar la cristalización en un vaso de precipitados. La boca estrecha de un matraz Erlenmeyer facilita la agitación y minimiza la evaporación durante el proceso, ya que los vapores del disolvente se condensan en las paredes del matraz (refluyen en las paredes del matraz). La boca estrecha de un Erlenmeyer también permite tapar más fácilmente el matraz durante la etapa de enfriamiento, o incluso taparlo potencialmente para cristalizaciones largas. Un matraz de fondo redondo tampoco es ideal para la cristalización, ya que la forma del matraz dificulta la recuperación de un sólido al final del proceso.
- Es importante que el matraz no esté demasiado lleno ni demasiado vacío durante la cristalización. Si el matraz está lleno hasta más de la mitad con disolvente caliente, será difícil evitar que se desborde. Si el matraz contiene disolvente hasta una altura inferior a 1 cm, la solución se enfriará demasiado rápido. Es habitual utilizar entre 10 y 50 veces más disolvente que muestra, y una guía aproximada es utilizar un matraz en el que la muestra apenas cubra el fondo en una capa fina.
- Coloque un poco de disolvente en un vaso de precipitados o en un matraz Erlenmeyer junto con unas cuantas piedras para hervir en la fuente de calor, y llévelo a ebullición suave. Utilice un vaso de precipitados si va a verter el disolvente y un matraz Erlenmeyer si va a pipetear el disolvente. Si se prevé un paso de filtración en caliente para más adelante en el procedimiento, preparar también una pinza anular que contenga un embudo con papel de filtro estriado (Fig.2 b).
Añada la cantidad mínima de disolvente caliente.
- Cuando el disolvente esté hirviendo, sujete el vaso de precipitados con un protector de manos caliente (Fig.2 d), guantes de algodón o un soporte de toalla de papel hecho enrollando una hoja de toalla de papel en un rectángulo largo (Fig.2 c). A un lado de la fuente de calor, vierta una pequeña porción de disolvente hirviendo en el matraz que contiene el sólido impuro, para recubrir el fondo del matraz. Si la cristalización se realiza a pequeña escala (utilizando un matraz Erlenmeyer de 50 ml o más pequeño), puede ser más fácil utilizar una pipeta para transferir porciones del disolvente al matraz.
- Es habitual no colocar el sólido seco sobre la fuente de calor antes de añadir el disolvente, o el sólido podría descomponerse. Cuando el sólido esté disperso en una pequeña cantidad de disolvente, puede colocarse sobre la fuente de calor.
- Colocar el matraz que contiene el sólido impuro y el disolvente sobre la fuente de calor. Utiliza algún método para evitar golpes (piedras de ebullición si piensas "filtrar en caliente", un palo de ebullición), y lleva la solución a ebullición suave (Fig.3 a).
- Añadir disolvente en porciones (Fig.3 b), agitando para ayudar a la disolución, hasta que el sólido se disuelva (Fig.3 d). Para 100 mg-1g de compuesto, añadir porciones de 0,5-2 ml cada vez. Tenga en cuenta que un sólido puede tardar en disolverse completamente, ya que la disolución tiene un aspecto cinético. Debe dejarse que cada adición llegue completamente a ebullición antes de añadir más disolvente, y debe dejarse algún tiempo entre las adiciones. No dejar tiempo para la disolución y, en consecuencia, añadir demasiado disolvente es una de las principales fuentes de error en la cristalización.
No es infrecuente que aparezcan gotitas de líquido durante el proceso de calentamiento (Fig. 4). Esto ocurre cuando el material se "engrasa" o se funde antes de disolverse. Si esto ocurre, las gotitas de líquido son ahora el compuesto que está cristalizando, así que continúe añadiendo disolvente en porciones hasta que las gotitas de líquido también se disuelvan completamente. - Observe cuidadosamente la solución para juzgar si el tamaño de los trozos sólidos (o gotitas líquidas) cambia con el disolvente adicional: si no lo hacen, puede tratarse de una impureza insoluble. La adición de un exceso de disolvente en un intento de disolver las impurezas insolubles afectará negativamente a la recuperación. Si hay impurezas sólidas insolubles, la solución debe filtrarse (introduzca un paso de filtración en caliente en este punto). Las impurezas coloreadas también pueden eliminarse en este punto con carbón vegetal.
Deje que la solución se enfríe lentamente.
- Cuando el sólido esté apenas disuelto, retire el matraz de la fuente de calor utilizando un protector de manos calientes, un soporte para toallas de papel o un guante, y déjelo a un lado para que se enfríe. Retirar la varilla de ebullición o la barra agitadora si se utilizan para proteger los golpes (las piedras de ebullición pueden extraerse del sólido en un momento posterior si se utilizan).
- Para favorecer un enfriamiento lento, coloque el matraz sobre una superficie que no conduzca bien el calor, como una toalla de papel doblada. Cubra la boca del matraz Erlenmeyer con un vidrio de reloj para retener el calor y el disolvente (Fig.5 a). Deje que la solución alcance lentamente la temperatura ambiente.
- A medida que la solución se enfríe, se formarán cristales sólidos (Fig. 5 b). Si la solución sólo está tibia al tacto o turbia y no se han formado cristales, utilice una varilla agitadora de vidrio para rayar el vidrio e iniciar la cristalización.
- Una vez iniciada la cristalización, los cristales deben crecer lentamente a medida que disminuye la temperatura. Una cristalización ideal tarda entre 5 y 20 minutos en cristalizar completamente, dependiendo de la escala. Una cristalización completa en menos de 5 minutos es demasiado rápida.
- Cuando la solución esté a temperatura ambiente, coloque el matraz en un baño de hielo (mezcla de hielo y agua) durante 10-20 minutos para reducir aún más la solubilidad del compuesto y maximizar la formación de cristales (Fig.5 d). Coloque también una porción de disolvente en el baño de hielo, que se utilizará más tarde para enjuagar durante la filtración por succión.
- Utiliza la filtración por succión para recuperar el sólido de la mezcla.
Fig.
a -c) Enfriamiento y cristalización del NBS, d) Enfriamiento posterior en un baño de hielo junto con un poco de disolvente (en la botella) para el aclarado.Cristalización dedisolventes mixtos, ejemplo con explicaciones.
La cristalización ilustrada en esta sección muestra la purificación de una muestra de aproximadamente 1 g de ácido trans-cinámico. El ácido trans-cinámico es soluble en metanol e insoluble en agua, y esta cristalización utiliza un disolvente mixto de metanol y agua para dar una recuperación del 74%.
Se supone que el experimentador que realiza esta técnica ha realizado o leído previamente sobre una cristalización con un único disolvente.
- Determine dos disolventes miscibles que puedan utilizarse para la cristalización (Fig.7 a): el compuesto deseado debe ser soluble en un disolvente (denominado "disolvente soluble") e insoluble en el otro disolvente (denominado "disolvente insoluble").
- Transfiera el sólido impuro a cristalizar a un matraz Erlenmeyer de tamaño adecuado (Fig.7 b).
- Introduzca un poco de "disolvente soluble" en el matraz (Fig.7 c), añada una varilla para hervir (o piedras para hervir, si lo prefiere) y, a continuación, caliente sobre un baño de vapor (Fig.7 d). Si se utilizan los disolventes mixtos metanol/agua o etanol/agua, se puede utilizar una placa calefactora con precaución.
Fig.
a) El ácido trans-cinámico es insoluble en agua y soluble en metanol, b) Añadir el sólido al matraz, c) Añadir metanol fuera de la fuente de calor, d) Añadir suficiente metanol para disolver el sólido.- Añadir más "disolvente soluble" en porciones hasta que el sólido se disuelva (Fig.8 a). Asegúrese de dejar tiempo entre cada adición, y deje que cada adición llegue completamente a ebullición antes de añadir más.
- Añadir el "disolvente insoluble" en porciones, calentando hasta que la solución se vuelva turbia (Fig.8 c).
- Añadir el "disolvente soluble" gota a gota calentando hasta que la solución se aclare de nuevo (Fig.8 d).
Fig.
a) Adición del disolvente soluble (metanol) suficiente para disolver el sólido, b) Adición del disolvente insoluble (agua) gota a gota, c) Enturbiamiento sostenido tras la adición de suficiente disolvente insoluble, d) Adición de disolvente soluble para clarificar.- Retirar el matraz de la fuente de calor, quitar la varilla de ebullición y colocar el matraz sobre una toalla de papel doblada varias veces. Tapar la boca del matraz Erlenmeyer con un vidrio de reloj y dejar que la solución se enfríe lentamente hasta alcanzar la temperatura ambiente (Fig.9 a).
- A medida que la solución se enfría, deberían formarse cristales sólidos (Fig.9 b). Si es necesario, utilice una varilla de vidrio para agitar el matraz e iniciar la cristalización. Coloca los cristales en un baño de agua helada durante 10-20 minutos y recoge el sólido mediante filtración por succión.
Filtración en caliente.
Una filtración en caliente se utiliza generalmente en algunas cristalizaciones, cuando un sólido contiene impurezas que son insolubles en el disolvente de cristalización. También es necesaria en la cristalización cuando se utiliza carbón vegetal para eliminar impurezas muy coloreadas de un sólido, ya que el carbón es tan fino que no se puede eliminar por decantación.
Una filtración en caliente se realiza vertiendo primero unos pocos ml de disolvente a través de un embudo que contiene un "papel de filtro estriado". Un papel de filtro estriado tiene muchas hendiduras y una gran superficie, lo que permite una filtración rápida. El embudo se deja calentar mientras la mezcla que se va a filtrar se lleva a ebullición. A continuación, la mezcla hirviendo se vierte a través del papel de filtro en porciones (Fig.10 b y d).
Una filtración en caliente se realiza vertiendo primero unos pocos ml de disolvente a través de un embudo que contiene un "papel de filtro estriado". Un papel de filtro estriado tiene muchas hendiduras y una gran superficie, lo que permite una filtración rápida. El embudo se deja calentar mientras la mezcla que se va a filtrar se lleva a ebullición. A continuación, la mezcla hirviendo se vierte a través del papel de filtro en porciones (Fig.10 b y d).
Fig10
a) Vertido de disolvente a través del embudo caliente (nota: en esta situación se utiliza una placa caliente, ya que el disolvente es agua), b) Filtrado de una solución que contiene impurezas insolubles, c y d) Variaciones utilizando un clip en lugar de una abrazadera de anillo para sujetar el embudo.Lo mejor es utilizar una abrazadera anular para sujetar el embudo de filtración, aunque el embudo también podría colocarse simplemente encima del matraz. Si no se utiliza una abrazadera anular, se recomienda colocar un clip doblado entre el matraz y el embudo para permitir que el aire desplazado salga del matraz inferior a medida que el líquido drena (Fig.10 c y d). Sin una abrazadera anular, el montaje es más propenso a volcarse, por lo que el uso de una abrazadera anular es considerablemente más seguro.
La filtración en caliente se utiliza para filtrar soluciones que cristalizarán cuando se dejen enfriar. Por lo tanto, es importante que el embudo se mantenga caliente durante la filtración por contacto con los vapores calientes del disolvente, o podrían formarse cristales prematuramente en el papel de filtro o en el vástago del embudo (Fig.11).
La filtración en caliente se utiliza para filtrar soluciones que cristalizarán cuando se dejen enfriar. Por lo tanto, es importante que el embudo se mantenga caliente durante la filtración por contacto con los vapores calientes del disolvente, o podrían formarse cristales prematuramente en el papel de filtro o en el vástago del embudo (Fig.11).
La cristalización en el papel de filtro puede obstruir la instalación y provocar una pérdida de rendimiento (ya que el papel de filtro se tirará posteriormente). La cristalización en el tallo dificulta la filtración y puede actuar como tapón en el fondo del embudo. Una ventaja de la filtración en caliente es que el disolvente hirviendo en el matraz de filtración ayuda a disolver los cristales que se forman prematuramente en el tallo del embudo. Con la filtración en caliente, se aconseja utilizar un embudo de tallo corto (Fig.12 a) o un embudo sin tallo (Fig.12 c) si está disponible, en lugar de un embudo de tallo largo (Fig.12 b), ya que es menos probable que el material se cristalice en un tallo corto o ausente.
Fig.
a) Embudo de tallo corto, b) Embudo de tallo largo (no utilizar para filtración en caliente), c) Embudo sin talloComo es esencial que una solución se filtre rápidamente antes de que tenga la oportunidad de enfriarse en el embudo, se suele utilizar un "papel de filtro acanalado" (Fig. 13 b y c) en lugar del papel de filtro plegado en cuadrantes que a veces se utiliza con la filtración por gravedad (Fig. 13 a). El mayor número de pliegues del papel de filtro acanalado se traduce en una mayor superficie y una filtración más rápida. Los pliegues también crean espacio entre el papel de filtro y el embudo de vidrio, lo que permite que el aire desplazado salga más fácilmente del matraz a medida que escurre el líquido.
Procedimientos paso a paso.
La filtración en caliente se utiliza a menudo con la cristalización, y este procedimiento debe insertarse después del paso de disolución, pero antes de apartar la solución para que se enfríe lentamente.
Preparar el equipo de filtración
- Obtengan un embudo sin tallo o de tallo corto (Fig. 14 a) e introdúzcanlo en una abrazadera anular, sujeta a un soporte anular o enrejado (o, alternativamente, obtengan un sujetapapeles doblado para el propósito que se muestra en la Fig. 14 b).
- Acanalar un papel de filtro del tamaño adecuado para el embudo en forma de acordeón (las instrucciones figuran en la Fig. 15 y el acordeón resultante en la Fig. 14 a). Cuando lo coloques en el embudo, el papel no debe ser más corto que la parte superior del embudo, o la solución podría deslizarse más allá del papel de filtro cuando se vierta.
Las.
- Con un matraz Erlenmeyer limpio del tamaño adecuado para la cristalización debajo del embudo y sobre la fuente de calor, vierte unos ml de disolvente caliente en el embudo (Fig.14 d).
a) Si se utiliza una pinza anular, ajústela de modo que quede un pequeño espacio entre la boca del Erlenmeyer y el fondo del embudo: esto permite desplazar el aire cuando el líquido fluye hacia el interior del matraz. Si el espacio es demasiado grande, los vapores calientes escaparán sin calentar el embudo.
b) Si no se utiliza una abrazadera anular, coloque un clip doblado entre el matraz y el embudo (Fig.14 b). - Deje que el disolvente hierva y caliente todo el montaje. Si utilizas carbón vegetal, introduce ahora ese procedimiento.
Fig16
a) Filtrado en caliente, b) Sujetando un matraz caliente con un portarrollos de papel, c) Líquido mojando el portarrollos de papel demasiado ancho.Filtrar la solución en porciones.
- Cuando el matraz de filtración esté bastante caliente y la solución a filtrar esté hirviendo, vierta la mezcla hirviendo en el embudo de filtración en porciones. Toque el matraz con el papel de filtro en el embudo mientras vierte (Fig. 16 a).
- Nota de seguridad: el matraz puede estar muy caliente, y los vapores calientes pueden quemarle la mano al verter (vierta de lado, de modo que la mano no quede por encima del embudo). Si el matraz está demasiado caliente para sujetarlo con las manos, utiliza un "soporte para toallas de papel" para sujetarlo (Fig. 16 a):
a) Doble una sección de toalla de papel varias veces de modo que la tira resultante tenga aproximadamente una pulgada de ancho. Si lo desea, fije la tira con unos trozos de cinta adhesiva.
b) Al sujetar un matraz, el soporte de la toalla de papel debe quedar por debajo del borde del matraz. De este modo, el líquido no se dirigirá hacia la toalla de papel al verterlo (la toalla permanece seca en la Fig. 16 a), pero se moja con la toalla demasiado ancha en la Fig. 16 c).
Fig17
a) El matraz se devuelve a la fuente de calor entre vertidos, los papeles de filtro que b) deben enjuagarse, c) no deben enjuagarse.- Cuando no se vierta la mezcla a filtrar, devolver el matraz a la fuente de calor (Fig. 17 a).
- Cuando la mezcla esté completamente filtrada, coloque el matraz vacío sobre la encimera (nota de seguridad: no caliente un matraz vacío, o podría agrietarse). Inspeccionar el embudo: si se observan cristales en el papel de filtro (como en la Fig. 17 b), enjuagar con unos ml de disolvente hirviendo para disolverlos. En la Fig. 17 c no es necesario enjuagar.
- Examine el filtrado (el líquido que ha atravesado el papel de filtro). Si se utilizó carbón vegetal y el filtrado es gris, o se pueden ver finas partículas negras, entonces el carbón vegetal pasó a través del papel de filtro, ya sea por un agujero o por utilizar un tamaño de malla de filtro incorrecto. Si los compañeros no tienen gris en sus soluciones, es probable que haya sido un agujero. Repite el paso de filtración en caliente con un papel de filtro y un matraz nuevos.
Last edited by a moderator:
