Teoria da extração.
"Extração" refere-se à transferência de composto(s) de um sólido ou líquido para um solvente ou fase diferente. Quando um saquinho de chá é adicionado à água quente, os compostos responsáveis pelo sabor e pela cor do chá são extraídos do pó para a água. O café descafeinado é feito com o uso de solventes ou dióxido de carbono supercrítico para extrair a cafeína dos grãos de café. No laboratório de química, é mais comum usar a extração líquido-líquido, um processo que ocorre em um funil de separação. Uma solução contendo componentes dissolvidos é colocada no funil e um solvente imiscível é adicionado, resultando em duas camadas que são agitadas juntas. É mais comum que uma camada seja aquosa e a outra seja um solvente orgânico. Os componentes são "extraídos" quando passam de uma camada para a outra. O formato do funil de separação permite a drenagem e a separação eficientes das duas camadas.
Fig.1 Esquema da extração
Os compostos passam de um líquido para outro dependendo de sua solubilidade relativa em cada líquido. Um guia rápido para a solubilidade é o princípio "semelhante dissolve semelhante", o que significa que os compostos não polares devem ser prontamente extraídos em solventes não polares (e vice-versa). Os compostos responsáveis pelo sabor e pela cor do chá devem ser polares se forem facilmente extraídos em água quente. Quando se permite o equilíbrio entre dois líquidos em um funil de separação, a maior parte de um composto geralmente acaba na camada em que ele é mais solúvel.
Fig.2
Procedimentos passo a passo para extrações.
Extração única.
As imagens desta seção mostram uma única extração de vermelho de metila (composto colorido, Fig. 3) de uma solução aquosa (camada inferior) para 25 ml de acetato de etila (camada superior). A solução aquosa originalmente tem uma cor rosa, pois o vermelho de metila aparece vermelho em solução ácida (a solução aquosa foi feita com 50 ml de água, 5 gotas de 0,1MHCl e 5 gotas de solução indicadora de vermelho de metila a 1%). O vermelho de metila tem um grande coeficiente de partição e é extraído da camada aquosa para o acetato de etila nesse processo.
Progresso da extração do vermelho de metila (o composto colorido) da camada aquosa ácida (parte inferior) para a camada orgânica (parte superior). As inversões foram feitas lentamente para ver a extração em etapas. Mesmo com uma mistura suave, o vermelho de metila é extraído rapidamente.
Preparar a configuração (para extração única)
1. Obtenha um funil de separação (Fig. 4 a).- a) Se o funil de separação tiver uma torneira de Teflon, remonte a torneira se ela tiver sido desmontada para secar, colocando as peças na ordem apropriada (Fig. 4 b). Certifique-se de que a torneira de Teflon esteja moderadamente apertada, de modo que ainda possa girar facilmente, mas não tão frouxa que o líquido possa vazar ao redor da junta.
- b) Se estiver usando uma torneira de vidro (Fig. 4 c), ela provavelmente não precisará de preparação adicional. Deve-se usar uma camada muito fina de graxa para vedar a torneira e evitar o congelamento. Se houver torneiras de vidro e de teflon disponíveis, o teflon é a melhor opção, pois sempre há a possibilidade de o solvente dissolver a graxa usada nas torneiras de vidro e contaminar a amostra.
- c) Obtenha também uma rolha (Teflon ou vidro esmerilhado) que se encaixe bem na junta superior do funil (Fig. 4 a).
2. Coloque o funil de separação em um grampo de anel preso a um suporte de anel ou treliça. Os funis são fáceis de quebrar, portanto, amorteça o funil na braçadeira de metal usando pedaços de borracha cortada ou tubo plástico (Fig. 4 d).
Adicione as soluções (para extração única)
3. Antes de despejar qualquer coisa em um funil de separação, certifique-se de que a torneira esteja na posição "fechada", onde a torneira está na horizontal (Fig. 5 a). Como medida de segurança, sempre posicione um frasco Erlenmeyer embaixo do funil de separação antes de despejar (Fig. 5 b). Isso pode reter o líquido caso a torneira seja acidentalmente deixada aberta ou se a torneira estiver solta e o líquido vazar involuntariamente.
4. Usando um funil, despeje o líquido a ser extraído no funil de separação (Fig. 5 b). Um funil de separação nunca deve ser usado com um líquido quente ou morno. A junta de vidro esmerilhado no topo de um funil de separação é mais propensa a grudar na rolha se houver líquido na junta em algum momento. Despejar o líquido no funil de separação usando um funil de haste curta evita molhar a junta, de modo que ela terá menos probabilidade de congelar durante a mistura.
3. Antes de despejar qualquer coisa em um funil de separação, certifique-se de que a torneira esteja na posição "fechada", onde a torneira está na horizontal (Fig. 5 a). Como medida de segurança, sempre posicione um frasco Erlenmeyer embaixo do funil de separação antes de despejar (Fig. 5 b). Isso pode reter o líquido caso a torneira seja acidentalmente deixada aberta ou se a torneira estiver solta e o líquido vazar involuntariamente.
4. Usando um funil, despeje o líquido a ser extraído no funil de separação (Fig. 5 b). Um funil de separação nunca deve ser usado com um líquido quente ou morno. A junta de vidro esmerilhado no topo de um funil de separação é mais propensa a grudar na rolha se houver líquido na junta em algum momento. Despejar o líquido no funil de separação usando um funil de haste curta evita molhar a junta, de modo que ela terá menos probabilidade de congelar durante a mistura.
Despeje uma quantidade do solvente extrativo no funil de separação, conforme indicado pelo procedimento (Fig. 5 c). Não é necessário usar quantidades precisas de solvente para extrações, e os volumes podem ser medidos em um cilindro graduado. Se um procedimento exigir 20 ml de solvente, é aceitável que sejam usados de 20 a 25 ml de cada vez.
Misture as soluções (para extração única)
6. Coloque a tampa no funil e segure-o de forma que os dedos de uma mão cubram a tampa com segurança, enquanto a outra mão segura a parte inferior do funil (Fig. 6 a).
7. Inverta suavemente o funil (Fig. 6 b) e agite um pouco a mistura. Embora não seja incomum que algum líquido se infiltre na junta de vidro fosco quando invertida, isso deve ser mínimo. Se o líquido pingar em seus dedos ou luvas quando você inverter o funil, provavelmente a tampa é do tamanho errado.
Misture as soluções (para extração única)
6. Coloque a tampa no funil e segure-o de forma que os dedos de uma mão cubram a tampa com segurança, enquanto a outra mão segura a parte inferior do funil (Fig. 6 a).
7. Inverta suavemente o funil (Fig. 6 b) e agite um pouco a mistura. Embora não seja incomum que algum líquido se infiltre na junta de vidro fosco quando invertida, isso deve ser mínimo. Se o líquido pingar em seus dedos ou luvas quando você inverter o funil, provavelmente a tampa é do tamanho errado.
8. A pressão pode se acumular dentro do funil de separação quando as soluções são misturadas, portanto, imediatamente após a agitação e com o funil ainda invertido, "ventile" o funil abrindo brevemente a torneira para permitir a liberação da pressão (Fig. 6 c). A pressão se acumula no funil à medida que o solvente evapora no espaço livre e contribui com vapor adicional para a pressão inicial de ar de ∼1 atmosfera no funil. No caso de solventes altamente voláteis (como o éter dietílico), é possível ouvir um "swoosh" definitivo ao ventilar, e pequenas quantidades de líquido podem até mesmo sair pela torneira. Se o líquido sair pela torneira, tente permitir que ele seja drenado de volta para o funil. O ruído associado à ventilação normalmente cessa após a segunda ou terceira inversão, pois o espaço livre fica saturado com vapores de solvente e as pressões dentro e fora do funil são equalizadas.
Observação de segurança: nunca aponte a torneira na direção de alguém enquanto estiver ventilando, pois é possível que algum líquido respingue na pessoa.
9. Feche a torneira e misture as soluções com um pouco mais de vigor, parando periodicamente para ventilar o sistema. Há diferenças de opinião sobre a intensidade com que as soluções devem ser misturadas em funis de separação e por quanto tempo. Como orientação geral, uma mistura suave por 10 a 20 segundos deve ser suficiente. Com algumas soluções (por exemplo, diclorometano), deve-se tomar cuidado para não agitar muito vigorosamente, pois essas soluções geralmente formam emulsões (onde a interface entre as soluções não fica clara). Com soluções propensas a emulsões, um funil deve ser agitado suavemente por um minuto.
10. Coloque o funil de separação na posição vertical na pinça de anel para permitir que as camadas se separem completamente. A interface entre as camadas deve se estabilizar rapidamente, geralmente em 10 segundos ou mais. Se a interface estiver turva ou não estiver bem definida (formou-se uma emulsão), consulte a seção de solução de problemas para obter dicas.
Separe as camadas (para extração única)
11. O líquido não será bem drenado de um funil de separação se a tampa permanecer fechada, pois o ar não poderá entrar no funil para substituir o líquido deslocado. Se o líquido for drenado do funil sem ser substituído por um volume igual de ar, haverá a formação de uma pressão negativa no funil. Portanto, antes de drenar o líquido de um funil de separação, remova a tampa (Fig. 7 a).
12. Drene a maior parte da camada inferior em um frasco de Erlenmeyer limpo, posicionando o anel de fixação de modo que a ponta do funil de separação fique encaixada no frasco de Erlenmeyer para evitar respingos (Fig. 7 b). Interrompa a drenagem quando a interface estiver a 1 cm do fundo da torneira.
13. Agite suavemente o funil para desalojar quaisquer gotículas que estejam grudadas no vidro (Fig. 7 c). Uma haste de agitação de vidro pode ser usada para derrubar as gotículas mais persistentes.
14. Em seguida, drene a camada inferior, parando quando a interface entrar na câmara da torneira (Fig. 7 d). Rotule o frasco Erlenmeyer (por exemplo, "camada inferior").
Observação de segurança: nunca aponte a torneira na direção de alguém enquanto estiver ventilando, pois é possível que algum líquido respingue na pessoa.
9. Feche a torneira e misture as soluções com um pouco mais de vigor, parando periodicamente para ventilar o sistema. Há diferenças de opinião sobre a intensidade com que as soluções devem ser misturadas em funis de separação e por quanto tempo. Como orientação geral, uma mistura suave por 10 a 20 segundos deve ser suficiente. Com algumas soluções (por exemplo, diclorometano), deve-se tomar cuidado para não agitar muito vigorosamente, pois essas soluções geralmente formam emulsões (onde a interface entre as soluções não fica clara). Com soluções propensas a emulsões, um funil deve ser agitado suavemente por um minuto.
10. Coloque o funil de separação na posição vertical na pinça de anel para permitir que as camadas se separem completamente. A interface entre as camadas deve se estabilizar rapidamente, geralmente em 10 segundos ou mais. Se a interface estiver turva ou não estiver bem definida (formou-se uma emulsão), consulte a seção de solução de problemas para obter dicas.
Separe as camadas (para extração única)
11. O líquido não será bem drenado de um funil de separação se a tampa permanecer fechada, pois o ar não poderá entrar no funil para substituir o líquido deslocado. Se o líquido for drenado do funil sem ser substituído por um volume igual de ar, haverá a formação de uma pressão negativa no funil. Portanto, antes de drenar o líquido de um funil de separação, remova a tampa (Fig. 7 a).
12. Drene a maior parte da camada inferior em um frasco de Erlenmeyer limpo, posicionando o anel de fixação de modo que a ponta do funil de separação fique encaixada no frasco de Erlenmeyer para evitar respingos (Fig. 7 b). Interrompa a drenagem quando a interface estiver a 1 cm do fundo da torneira.
13. Agite suavemente o funil para desalojar quaisquer gotículas que estejam grudadas no vidro (Fig. 7 c). Uma haste de agitação de vidro pode ser usada para derrubar as gotículas mais persistentes.
14. Em seguida, drene a camada inferior, parando quando a interface entrar na câmara da torneira (Fig. 7 d). Rotule o frasco Erlenmeyer (por exemplo, "camada inferior").
15. Despeje a camada superior do topo do funil de separação em outro frasco Erlenmeyer limpo (Fig. 8 a), certificando-se de rotular novamente esse frasco (Fig. 8 b). É uma técnica adequada drenar a camada inferior pela torneira e despejar a camada superior pela parte superior do funil. Esse método minimiza a re-mistura das soluções, pois somente a camada inferior toca a haste do funil.
16. Nunca jogue fora nenhum líquido de uma extração até ter certeza absoluta de que tem o composto desejado. As camadas indesejadas podem ser descartadas adequadamente quando o composto desejado estiver em suas mãos (por exemplo, depois que o evaporador rotativo tiver removido o solvente).
Os erros cometidos durante as extrações (por exemplo, continuar com a camada errada) podem ser resolvidos desde que as soluções não tenham sido colocadas no recipiente de resíduos! As camadas também devem ser guardadas até depois da evaporação porque o composto desejado pode não ser muito solúvel no solvente usado. Se o composto não conseguir ser extraído em um solvente, um solvente diferente poderá ser tentado mais tarde, novamente somente se as camadas ainda não tiverem sido jogadas fora.
Limpeza (para extração única)
Para limpar um funil de separação, primeiro enxágue-o com acetona em um recipiente de lixo. Em seguida, lave o funil com água e sabão em sua bancada. Desmonte a torneira de Teflon (se usada). Depois de enxaguar com água destilada, deixe as peças secarem separadas em seu armário (Fig. 8 c).
Os erros cometidos durante as extrações (por exemplo, continuar com a camada errada) podem ser resolvidos desde que as soluções não tenham sido colocadas no recipiente de resíduos! As camadas também devem ser guardadas até depois da evaporação porque o composto desejado pode não ser muito solúvel no solvente usado. Se o composto não conseguir ser extraído em um solvente, um solvente diferente poderá ser tentado mais tarde, novamente somente se as camadas ainda não tiverem sido jogadas fora.
Limpeza (para extração única)
Para limpar um funil de separação, primeiro enxágue-o com acetona em um recipiente de lixo. Em seguida, lave o funil com água e sabão em sua bancada. Desmonte a torneira de Teflon (se usada). Depois de enxaguar com água destilada, deixe as peças secarem separadas em seu armário (Fig. 8 c).
Extrações múltiplas.
Nesta seção, há instruções passo a passo sobre como extrair uma solução aquosa com um solvente orgânico menos denso que a água (a camada orgânica ficará na parte superior). Como exemplo, as instruções são escritas para extrair uma solução aquosa três vezes usando 25 ml de éter dietílico de cada vez (3×25 ml de éter dietílico). Um resumo do procedimento das duas primeiras extrações está na Fig.9 Duas extrações quando a camada orgânica está na parte superior.
Extração nº 1
1. Faça uma única extração usando aproximadamente 25 ml de éter dietílico (não é necessária uma quantidade exata), conforme descrito anteriormente, certificando-se de rotular adequadamente cada camada (por exemplo, "camada orgânica superior" e "camada aquosa inferior").
Extração nº 2
2. Retorne a camada aquosa ao funil de separação. Não há necessidade de lavar o funil entre as extrações.
3. Adicione uma nova porção de 25 ml de éter dietílico ao funil de separação. Tampe o funil, inverta-o e agite-o com ventilação e, em seguida, deixe as camadas se separarem.
Nesta etapa, deve haver duas camadas no funil de separação. Se não houver duas camadas, é provável que a camada errada tenha sido adicionada ao funil na etapa 2 (um erro comum). Uma maneira de testar se esse foi o erro é adicionar um pouco de água de uma garrafa de esguicho. Se a camada retornada ao funil de separação for a camada orgânica (incorreta), a água da garrafa de esguicho não se misturará com a solução e, em vez disso, cairá como gotículas no fundo. Se a camada orgânica (incorreta) tiver sido acidentalmente devolvida ao funil de separação, não haverá nenhum dano, pois a camada orgânica foi simplesmente diluída. Despeje o líquido de volta no frasco destinado à camada orgânica e, em vez disso, adicione a solução aquosa ao funil.
4. Drene a camada aquosa inferior em um frasco Erlenmeyer: é aceitável usar o mesmo frasco que foi usado para a camada aquosa na primeira extração (que pode ter sido rotulado como "camada aquosa inferior").
5. Como é mais comum combinar as camadas orgânicas em várias extrações, a camada orgânica superior pode ser despejada do funil de separação no mesmo frasco que foi usado para a camada orgânica na primeira extração (que pode ter sido rotulado como "camada orgânica superior"). Nesse frasco, deve haver cerca de 50 ml de éter dietílico das duas extrações.
Extração nº 3
6. Repita a extração uma terceira vez, adicionando a camada aquosa da segunda extração ao funil de separação, seguida de outra porção fresca de 25 ml de éter dietílico. Tampe o funil, inverta e agite com ventilação e, em seguida, deixe as camadas se separarem.
7. Drene a camada aquosa para o frasco apropriado e despeje novamente a camada superior no frasco da camada orgânica, onde deve haver aproximadamente 75 ml de éter dietílico das três extrações.
1. Faça uma única extração usando aproximadamente 25 ml de éter dietílico (não é necessária uma quantidade exata), conforme descrito anteriormente, certificando-se de rotular adequadamente cada camada (por exemplo, "camada orgânica superior" e "camada aquosa inferior").
Extração nº 2
2. Retorne a camada aquosa ao funil de separação. Não há necessidade de lavar o funil entre as extrações.
3. Adicione uma nova porção de 25 ml de éter dietílico ao funil de separação. Tampe o funil, inverta-o e agite-o com ventilação e, em seguida, deixe as camadas se separarem.
Nesta etapa, deve haver duas camadas no funil de separação. Se não houver duas camadas, é provável que a camada errada tenha sido adicionada ao funil na etapa 2 (um erro comum). Uma maneira de testar se esse foi o erro é adicionar um pouco de água de uma garrafa de esguicho. Se a camada retornada ao funil de separação for a camada orgânica (incorreta), a água da garrafa de esguicho não se misturará com a solução e, em vez disso, cairá como gotículas no fundo. Se a camada orgânica (incorreta) tiver sido acidentalmente devolvida ao funil de separação, não haverá nenhum dano, pois a camada orgânica foi simplesmente diluída. Despeje o líquido de volta no frasco destinado à camada orgânica e, em vez disso, adicione a solução aquosa ao funil.
4. Drene a camada aquosa inferior em um frasco Erlenmeyer: é aceitável usar o mesmo frasco que foi usado para a camada aquosa na primeira extração (que pode ter sido rotulado como "camada aquosa inferior").
5. Como é mais comum combinar as camadas orgânicas em várias extrações, a camada orgânica superior pode ser despejada do funil de separação no mesmo frasco que foi usado para a camada orgânica na primeira extração (que pode ter sido rotulado como "camada orgânica superior"). Nesse frasco, deve haver cerca de 50 ml de éter dietílico das duas extrações.
Extração nº 3
6. Repita a extração uma terceira vez, adicionando a camada aquosa da segunda extração ao funil de separação, seguida de outra porção fresca de 25 ml de éter dietílico. Tampe o funil, inverta e agite com ventilação e, em seguida, deixe as camadas se separarem.
7. Drene a camada aquosa para o frasco apropriado e despeje novamente a camada superior no frasco da camada orgânica, onde deve haver aproximadamente 75 ml de éter dietílico das três extrações.
Solução de problemas.
Esta seção descreve problemas e soluções comuns em extrações.Há apenas uma camada
O motivo mais comum para ter apenas uma camada em um funil de separação quando deveria haver duas (como quando o procedimento diz para "separar as camadas") é ter cometido um erro. O que provavelmente aconteceu é que a camada errada foi adicionada ao funil de separação - por exemplo, a camada orgânica foi adicionada, sem saber, em vez da camada aquosa. Quando o solvente orgânico é adicionado a uma camada orgânica no funil de separação, o resultado é apenas uma camada. O erro pode ser corrigido, desde que as camadas ainda não tenham sido jogadas fora! Se a camada correta for adicionada ao funil, tudo funcionará como planejado. Para evitar cometer esse erro no futuro, certifique-se de etiquetar os frascos Erlenmeyer. Além disso, nunca jogue fora uma camada até ter certeza absoluta de que fez tudo corretamente.
Um motivo ocasional para a formação de apenas uma camada em um funil de separação é a presença de grandes quantidades de compostos que se dissolvem em ambos os solventes, por exemplo, se houver grandes quantidades de etanol, que se dissolvem bem em solventes aquosos e orgânicos. Nessa situação, a melhor abordagem é remover o composto problemático (ou seja, o etanol) em um evaporador rotativo antes da extração.
Há três camadas
O motivo mais comum para a formação de três camadas em um funil de separação é a mistura inadequada (Fig. 10 a). Se o funil for sacudido com mais vigor, ele provavelmente se assentará em duas camadas (Fig. 10 b). Também é possível que uma terceira camada intermediária seja uma emulsão, na qual as duas camadas não estão totalmente separadas.
O motivo mais comum para ter apenas uma camada em um funil de separação quando deveria haver duas (como quando o procedimento diz para "separar as camadas") é ter cometido um erro. O que provavelmente aconteceu é que a camada errada foi adicionada ao funil de separação - por exemplo, a camada orgânica foi adicionada, sem saber, em vez da camada aquosa. Quando o solvente orgânico é adicionado a uma camada orgânica no funil de separação, o resultado é apenas uma camada. O erro pode ser corrigido, desde que as camadas ainda não tenham sido jogadas fora! Se a camada correta for adicionada ao funil, tudo funcionará como planejado. Para evitar cometer esse erro no futuro, certifique-se de etiquetar os frascos Erlenmeyer. Além disso, nunca jogue fora uma camada até ter certeza absoluta de que fez tudo corretamente.
Um motivo ocasional para a formação de apenas uma camada em um funil de separação é a presença de grandes quantidades de compostos que se dissolvem em ambos os solventes, por exemplo, se houver grandes quantidades de etanol, que se dissolvem bem em solventes aquosos e orgânicos. Nessa situação, a melhor abordagem é remover o composto problemático (ou seja, o etanol) em um evaporador rotativo antes da extração.
Há três camadas
O motivo mais comum para a formação de três camadas em um funil de separação é a mistura inadequada (Fig. 10 a). Se o funil for sacudido com mais vigor, ele provavelmente se assentará em duas camadas (Fig. 10 b). Também é possível que uma terceira camada intermediária seja uma emulsão, na qual as duas camadas não estão totalmente separadas.
Há material insolúvel na interface.
Uma pequena quantidade de filme insolúvel entre duas camadas não é incomum durante uma extração. Os materiais poliméricos tendem a repousar entre as camadas, pois as interações com o solvente são minimizadas na interface. Não é necessário se preocupar com uma pequena película porque, se uma pequena quantidade chegar à camada orgânica, uma etapa subsequente de secagem e filtragem geralmente a removerá.
A interface não pode ser vista.
Ocasionalmente, os compostos em um funil de separação são tão escuros que obscurecem a interface entre as duas camadas. Se isso acontecer, há vários métodos que podem ajudá-lo a ver a interface. Um deles é segurar o funil de separação contra a luz ou apontar uma lanterna para o vidro (Fig. 11 b). A luz adicional às vezes permite que você veja a interface. Um segundo método é observar cuidadosamente as camadas enquanto se inclina o funil para frente e para trás para o lado (Fig. 11 c). Seu olho pode, às vezes, perceber diferenças sutis na forma como os líquidos fluem. Um terceiro método é adicionar um pouco mais de solvente ao funil para diluir um pouco uma das camadas ou adicionar um solvente diferente para alterar o índice de refração.
As camadas não se separam bem (forma-se uma emulsão)
As emulsões podem ocorrer por vários motivos.
1. A densidade de cada camada pode ser tão semelhante que há pouca motivação para que os líquidos se separem.2. Pode haver compostos semelhantes a sabão ou outros agentes emulsificantes presentes que dissolvem alguns componentes uns nos outros.
As emulsões podem ser muito difíceis de retificar, e é melhor evitá-las agitando suavemente as soluções propensas a emulsões (por exemplo, diclorometano com soluções altamente básicas ou densas) no funil de separação. No entanto, se uma emulsão for formada, há algumas maneiras de tentar clarificá-la.
- a) Para emulsões leves, agite suavemente as camadas e tente derrubar as gotículas suspensas com uma haste de agitação de vidro.
- b) Deixe a solução descansar por um período de tempo (até o próximo período de laboratório), se possível. Com tempo suficiente, algumas soluções se estabilizam por conta própria. É claro que isso pode não ser prático.
- c) Para volumes pequenos, use uma centrífuga se houver uma disponível. Uma centrífuga acelera o processo de deixar uma emulsão se assentar sozinha. Lembre-se de que a centrífuga precisa estar equilibrada, caso contrário, poderá se desprender da bancada. Divida as soluções igualmente, colocando tubos de igual volume um em frente ao outro dentro da centrífuga.
- d) Se uma emulsão for formada porque as duas camadas têm densidades semelhantes, tente alterar a densidade de cada camada para torná-las mais diferentes. Para ajudar a esclarecer uma emulsão, tente diminuir a densidade da camada superior ou aumentar a densidade da camada inferior. Por exemplo, se uma emulsão ocorrer com acetato de etila (camada superior) e uma solução aquosa (camada inferior), adicione um pouco de NaCl. O NaCl se dissolverá na camada aquosa e aumentará a densidade da solução aquosa. Como alternativa, adicione mais acetato de etila, que diluirá a camada orgânica e diminuirá sua densidade. Como último recurso, adicione um pouco de pentano, que se misturará com a camada orgânica superior e diminuirá sua densidade (o pentano é um dos solventes orgânicos menos densos). A adição de pentano é usada como um esforço final, pois afetará negativamente a capacidade da camada orgânica de extrair compostos um tanto polares.
Se ocorrer uma emulsão com uma solução aquosa (camada superior) e diclorometano (camada inferior), adicione um pouco de água de uma garrafa de esguicho para diluir a camada superior e diminuir sua densidade. Esse método funcionou bem para clarear a emulsão na Fig. 13 c, conforme evidenciado na Fig. 13 d. - c) Tente diminuir a solubilidade de um componente no outro. Um método é adicionar NaCl ou NH4Cl ao funil de separação, que se dissolve na camada aquosa e diminui a capacidade dos compostos orgânicos de se dissolverem na água ("salga").
Extração ácido-base
Como funcionam.
Uma modificação das extrações discutidas anteriormente neste capítulo consiste em realizar uma reação química no funil de separação para alterar a polaridade e, portanto, a partição de um composto nas camadas aquosa e orgânica. Um método comum é realizar uma reação ácido-base, que pode converter alguns compostos de formas neutras para formas iônicas (ou vice-versa).
Por exemplo, imagine que uma mistura de ácido benzoico e ciclohexano seja dissolvida em um solvente orgânico, como acetato de etila, em um funil de separação. Para separar os componentes, pode-se tentar fazer uma lavagem com água para remover o ácido benzoico, mas o ácido benzoico não é particularmente solúvel em água devido ao seu anel aromático não polar, e apenas pequenas quantidades seriam extraídas para a camada aquosa (Fig. 14 a).
Por exemplo, imagine que uma mistura de ácido benzoico e ciclohexano seja dissolvida em um solvente orgânico, como acetato de etila, em um funil de separação. Para separar os componentes, pode-se tentar fazer uma lavagem com água para remover o ácido benzoico, mas o ácido benzoico não é particularmente solúvel em água devido ao seu anel aromático não polar, e apenas pequenas quantidades seriam extraídas para a camada aquosa (Fig. 14 a).
Fig.
Lavagem de uma mistura de ácido benzoico e ciclohexano com: a) água, b) NaOH aquoso.No entanto, a separação de uma mistura de ácido benzoico e ciclohexano é possível usando uma lavagem com uma base, como NaOH. Devido à sua natureza ácida, o ácido benzoico pode sofrer uma reação com NaOH da seguinte forma, resultando no sal de carboxilato benzoato de sódio.
As propriedades de solubilidade dos ácidos carboxílicos são substancialmente diferentes de seus sais de carboxilato correspondentes. O salicilato de sódio é cerca de 350 vezes mais solúvel em água do que o ácido salicílico devido ao seu caráter iônico (Fig. 15), e é bastante insolúvel em solventes orgânicos, como o éter dietílico.
Portanto, uma lavagem com NaOH converteria o ácido benzoico em sua forma de carboxilato iônico, que seria mais solúvel na camada aquosa, permitindo que o benzoato de sódio fosse extraído para a camada aquosa. O ciclohexano permaneceria na camada orgânica, pois não tem afinidade com a fase aquosa, nem pode reagir com o NaOH de forma alguma. Dessa forma, uma mistura de ácido benzoico e ciclohexano pode ser separada (Fig. 14 b). A camada aquosa pode ser posteriormente acidificada com HCl (aq), se desejado, para converter o ácido benzoico de volta à sua forma neutra.
Lavagens com bicarbonato de sódio
Uma extração ácido-base pode ser usada para extrair ácidos carboxílicos da camada orgânica para a camada aquosa. Como discutido na seção anterior, o NaOH pode ser usado para converter um ácido carboxílico em sua forma de carboxilato iônico mais solúvel em água. No entanto, se a mistura contiver um composto desejado que possa reagir com o NaOH, deverá ser usada uma base mais suave, como o bicarbonato de sódio. Ocorre uma reação semelhante.
Lavagens com bicarbonato de sódio
Uma extração ácido-base pode ser usada para extrair ácidos carboxílicos da camada orgânica para a camada aquosa. Como discutido na seção anterior, o NaOH pode ser usado para converter um ácido carboxílico em sua forma de carboxilato iônico mais solúvel em água. No entanto, se a mistura contiver um composto desejado que possa reagir com o NaOH, deverá ser usada uma base mais suave, como o bicarbonato de sódio. Ocorre uma reação semelhante.
Uma diferença ao usar a base NaHCO3 em vez de NaOH é que o subproduto ácido carbônico (H2CO3) pode se decompor em água e gás dióxido de carbono. Ao agitar uma solução ácida com bicarbonato de sódio em um funil de separação, deve-se ter o cuidado de agitar suavemente e ventilar com mais frequência para liberar a pressão do gás.
Um exemplo de reação que frequentemente usa a lavagem com bicarbonato de sódio na preparação é a reação de esterificação de Fischer. Para demonstrar, o ácido benzoico foi refluxado em etanol junto com ácido sulfúrico concentrado para formar benzoato de etila (Fig. 16 a e b). Uma placa de TLC da mistura de reação em 1 hora de refluxo mostrou ácido carboxílico residual não reagido (Fig. 16 c), o que não é incomum devido à energia da reação.
Um exemplo de reação que frequentemente usa a lavagem com bicarbonato de sódio na preparação é a reação de esterificação de Fischer. Para demonstrar, o ácido benzoico foi refluxado em etanol junto com ácido sulfúrico concentrado para formar benzoato de etila (Fig. 16 a e b). Uma placa de TLC da mistura de reação em 1 hora de refluxo mostrou ácido carboxílico residual não reagido (Fig. 16 c), o que não é incomum devido à energia da reação.
O ácido carboxílico residual pode ser removido do produto de éster desejado usando uma extração ácido-base em um funil de separação. Uma lavagem com bicarbonato de sódio converte o ácido benzoico em sua forma mais solúvel em água de benzoato de sódio, extraindo-o para a camada aquosa (Fig. 17). Além disso, o bicarbonato de sódio neutraliza o ácido catalítico nessa reação.
O bicarbonato de sódio é preferível ao NaOH nesse processo, pois é uma base muito mais fraca; a lavagem com NaOH pode causar hidrólise do produto éster.
Misturas de ácidos e bases
Como discutido anteriormente, as propriedades ácido-base dos compostos podem ser utilizadas para extrair seletivamente determinados compostos de misturas. Essa estratégia pode ser estendida a outros exemplosMisturas de ácidos e bases
Extração de bases
Os compostos básicos, como as aminas, podem ser extraídos de soluções orgânicas agitando-os com soluções ácidas para convertê-los em sais mais solúveis em água. Dessa forma, eles podem ser extraídos de uma camada orgânica para uma camada aquosa.Extração de ácidos carboxílicos vs. fenóis
Conforme discutido anteriormente, os ácidos carboxílicos podem ser extraídos de uma camada orgânica para uma camada aquosa, agitando-os com soluções básicas, o que os converte em seus sais mais solúveis em água.
Conforme discutido anteriormente, os ácidos carboxílicos podem ser extraídos de uma camada orgânica para uma camada aquosa, agitando-os com soluções básicas, o que os converte em seus sais mais solúveis em água.
Uma reação semelhante ocorre com os fenóis (PhOH), e eles também podem ser extraídos em uma camada aquosa de NaOH (Fig. 18 a).
Entretanto, os fenóis são consideravelmente menos ácidos do que os ácidos carboxílicos e não são ácidos o suficiente para reagir completamente com NaHCO3, uma base mais fraca. Portanto, uma solução de bicarbonato pode ser usada para separar misturas de fenóis e ácidos carboxílicos (Fig. 18 b).
Entretanto, os fenóis são consideravelmente menos ácidos do que os ácidos carboxílicos e não são ácidos o suficiente para reagir completamente com NaHCO3, uma base mais fraca. Portanto, uma solução de bicarbonato pode ser usada para separar misturas de fenóis e ácidos carboxílicos (Fig. 18 b).
Extração de compostos ácidos, básicos e neutros
As propriedades ácido-base discutidas anteriormente permitem que uma mistura contendo componentes ácidos (por exemplo, RCO2H), básicos (por exemplo, RNH2) e neutros seja purificada por meio de uma série de extrações, conforme resumido na Fig. 19 (que usa um solvente orgânico menos denso que a água).
As propriedades ácido-base discutidas anteriormente permitem que uma mistura contendo componentes ácidos (por exemplo, RCO2H), básicos (por exemplo, RNH2) e neutros seja purificada por meio de uma série de extrações, conforme resumido na Fig. 19 (que usa um solvente orgânico menos denso que a água).
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Supõe-se que os leitores que realizam esse tipo de experimento estejam familiarizados com a realização de extrações simples e múltiplas. Nesta seção, são descritas as diferenças entre os procedimentos gerais de extração e o processo resumido na Fig. 19.
1. Isolamento do componente ácido:
a) Quando o componente ácido está na camada aquosa em um frasco Erlenmeyer, ele pode ser convertido de volta ao componente neutro por meio da adição de HCl 2M (aq) até que a solução apresente um pH de 3-4 (conforme determinado pelo papel de pH). Se grandes quantidades de ácido estiverem presentes, de modo que a acidificação exigiria um volume muito grande de HCl 2M (aq), o HCl concentrado (aq) pode ser adicionado gota a gota. As concentrações mais baixas de Hcl(aq) são menos perigosas, mas o aumento do volume da camada aquosa em uma grande quantidade afetaria a eficiência das extrações subsequentes e das etapas de filtragem.
b) Após a acidificação, dois caminhos podem ser seguidos, dependendo se o componente ácido é sólido ou líquido.
1. Isolamento do componente ácido:
a) Quando o componente ácido está na camada aquosa em um frasco Erlenmeyer, ele pode ser convertido de volta ao componente neutro por meio da adição de HCl 2M (aq) até que a solução apresente um pH de 3-4 (conforme determinado pelo papel de pH). Se grandes quantidades de ácido estiverem presentes, de modo que a acidificação exigiria um volume muito grande de HCl 2M (aq), o HCl concentrado (aq) pode ser adicionado gota a gota. As concentrações mais baixas de Hcl(aq) são menos perigosas, mas o aumento do volume da camada aquosa em uma grande quantidade afetaria a eficiência das extrações subsequentes e das etapas de filtragem.
b) Após a acidificação, dois caminhos podem ser seguidos, dependendo se o componente ácido é sólido ou líquido.
- Se um sólido se formar após a acidificação do sal iônico, ele poderá ser coletado por meio de filtração por sucção. Esse método só deve ser usado se forem observadas grandes quantidades de cristais de tamanho grande. Se houver formação de cristais finos (o que é bastante comum), eles obstruirão o papel de filtro e interferirão na drenagem adequada. Se apenas uma pequena quantidade de sólido for observada em comparação com a quantidade teórica, é provável que o composto seja bastante solúvel em água, e a filtração levaria a uma baixa recuperação.
- Se não houver formação de sólido após a acidificação (ou se houver formação de cristais finos ou pouca quantidade de sólido), extraia o componente ácido de volta para um solvente orgânico (×3). Como regra geral, use um terço da quantidade de solvente para as extrações em relação à camada original (por exemplo, se estiver usando 100 ml de solução aquosa, extraia com 33 ml de solvente orgânico de cada vez). Certifique-se de resfriar primeiro a solução aquosa em um banho de gelo antes da extração se a acidificação tiver gerado um calor perceptível. Faça uma lavagem com salmoura (×1) se estiver usando éter dietílico ou acetato de etila, seque com um agente secante e remova o solvente por meio de um evaporador rotativo para deixar o componente ácido puro.
2. Isolamento do componente básico:
Use um processo semelhante ao do isolamento do componente ácido, mas basifique a solução usando NaOH 2M (aq) até obter um pH de 9 a 10, conforme determinado pelo papel de pH.
3. Isolamento do componente neutro:
O componente neutro será o composto "restante" na camada orgânica. Para isolá-lo, lave com salmoura (×1) se estiver usando éter dietílico ou acetato de etila, seque com um agente secante e remova o solvente por meio de um evaporador rotativo para deixar o componente neutro puro.
Use um processo semelhante ao do isolamento do componente ácido, mas basifique a solução usando NaOH 2M (aq) até obter um pH de 9 a 10, conforme determinado pelo papel de pH.
3. Isolamento do componente neutro:
O componente neutro será o composto "restante" na camada orgânica. Para isolá-lo, lave com salmoura (×1) se estiver usando éter dietílico ou acetato de etila, seque com um agente secante e remova o solvente por meio de um evaporador rotativo para deixar o componente neutro puro.
Conclusão.
Os métodos de extração são usados para extrair algumas substâncias da mistura. Essas substâncias podem ser básicas, ácidas ou neutras (polares ou não polares). Por exemplo, esse método é usado durante a produção de anfetamina na etapa de decantação: coletar a camada superior que contém a base de anfetamina em álcool. Ela pode ser um pouco seca com sulfato de magnésio anidro, e a escória pode ser extraída adicionalmente com um solvente não polar (éter, benzeno, tolueno), e o solvente é então evaporado. A produção de mefedrona inclui a manipulação com funil de separação e extração. Além disso, a extração ácido-base é usada na purificação de algumas substâncias psicoativas de impurezas.
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