Transcript Estrazione
20/10/2014
Purificazione
di
sostanze
organiche
1. Cristallizzazione 2. Sublimazione 3. Distillazione
4. Estrazione
5. Cromatografia
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Estrazione
Il processo di estrazione con solventi è impiegato per l’isolamento di sostanze da soluzioni o da miscugli solidi, quando gli altri composti siano poco solubili nel solvente utilizzato.
Il processo si basa sulla
distribuzione
di un composto tra
due solventi immiscibili
in cui esso sia solubile.
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Estrazione
Impieghi più comuni
a)
allontanamento
da una soluzione acquosa dei
prodotti di una reazione organica
mediante estrazione con solventi; b)
allontanamento di sali inorganici da un miscuglio di reazione
(eventualmente diluito con un solvente organico) mediante estrazioni con acqua; c)
separazione
da un miscuglio di composti organici (in un solvente organico) delle
sostanze acide
e
basiche
presenti, per estrazioni con soluzioni acquose diluite di basi o acidi minerali.
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Estrazione
La
ripartizione
di una sostanza tra due solventi tra loro immiscibili nei quali essa sia solubile è regolata dalla
legge di Henry
:
C
A
/
C
B
=
K
r
C A e C B = concentrazione della sostanza nei solventi A e B
K = coefficiente di ripartizione
A
pressione e temperatura costanti
I composti organici, solubili in solventi apolari, vengono con questi estratti da soluzioni acquose, diminuendo la loro solubilità in H 2 O, quando è necessario, mediante saturazione della fase acquosa con un elettrolita come NaCl.
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K
r 1 2 3 4 99
Estrazione
I Estrazione 50% 66,67% 75% 80% 99% Residuo 50% 33,33% 25% 20% 1%
K
r
C
A
= ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ C
B Tabella 1 II Estrazione 25% 22,22% 18,75% 16% 0,99% Residuo 25% 11,11% 6,25% 4% 0,01% III Estrazione 12,50% Residuo 12,50% 7,41% 3,70% 4,69% 3,20% 0,0099% 1,56% 0,80% 0,0001%
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Estrazione:
dimostrazione sulle aliquote di solvente
In un processo di estrazione, dato un certo volume di solvente, si può operare con
una sola estrazione
o
farne ripetute con piccoli volumi
(modalità più efficace; vedi dimostrazione alla fine del capitolo).
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Strumenti
per
estrazione
Imbuto separatore
è lo strumento utilizzato per poter separare le due fasi immiscibili.
Nell’imbuto separatore viene posta la miscela in un dato solvente, ad esempio H 2 O, e si aggiunge un solvente organico immiscibile con essa (CHCl 3 o Et 2 O).
Si dibatte violentemente e si lascia stratificare. Se il solvente aggiunto ha una densità minore dell’H 2 O (Et 2 O), esso costituirà la fase superiore delle due che si sono stratificate; nel caso in cui il solvente aggiunto abbia densità maggiore dell’H 2 O (CHCl 3 ), esso costituirà la fase inferiore.
Fase organica Fase acquosa Fig.
22: Imbuto separatore.
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Strumenti
per
estrazione
SOLVENTI
DI ESTRAZIONE
PIU’
LEGGERO
DELL’ACQUA
CH 3 COOEt EtOEt ETERE DI PETROLIO
PIU’
PESANTE
DELL’ACQUA
CH 2 Cl 2 CHCl 3 8
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Strumenti
per
estrazione
Uso dell’imbuto separatore
1 3 4 2
Si agita e si fanno
fuoriuscire i gas
puntando verso l’alto.
Attenzione
allo sviluppo di vapori.
Svuotare il liquido più denso (sotto) …
dopo aver tolto il tappo!
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Strumenti per estrazione:
continuo estrazione in
A volte può essere conveniente effettuare una estrazione continua, cioè estrarre con lo stesso solvente i principi attivi contenuti in una droga o in un preparato farmaceutico.
Le sostanze che si vogliono estrarre possono essere contenute in un solvente o essere contenute in una droga solida, in funzione delle diverse situazioni si possono usare vari sistemi.
a) Estrazione solido ‐ liquido:
apparecchio di Soxhlet permette l'estrazione di sostanze da una droga solida ( es. parti di piante, miceli di funghi, preparati farmaceutici ecc).
b) Estrazione liquido ‐ liquido:
le sostanze da estrarre sono contenute in acqua, per esempio, il solvente che può essere usato per estrarre in continuo, può essere più denso dell’acqua o meno denso dell’acqua. In ciascuno di questi due casi l’apparecchiatura da usare deve essere naturalmente differenziata.
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Strumenti per estrazione:
continuo
Apparecchio di Soxhlet
Questo apparecchio serve per estrarre un solido ed è costituito da un
pallone
, dall’
estrattore munito di sifone
e da un
refrigerante
.
In
A
si pone la sostanza in un ditale di carta da filtro o di vetro poroso, quindi si riscalda il pallone in cui è presente il solvente prescelto per l’estrazione; i vapori raggiungono attraverso il raccordo
B
il refrigerante
C
in cui si condensano e ricadono quindi in
A
venendo a contatto con la sostanza da estrarre. Quando il livello del solvente avrà raggiunto l’altezza del sifone
S
tutto il liquido sifonerà nel pallone. In tal modo il solvente puro continuerà ad evaporare e l’operazione si ripeterà fino a quando si ottiene l’estrazione completa.
estrazione in
B C A S Fig.
23: Apparecchio di Soxhlet.
Strumenti per estrazione:
continuo estrazione in
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Fig. 24: Funzionamento estra ‐ zione a caldo con Soxhlet.
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Strumenti per estrazione:
continuo estrazione in
Liquidi più pesanti
B
Liquidi più leggeri
C A Fig. 25: Apparecchi per estrazione a caldo per solventi di estrazione più pesanti e più leggeri rispetto all’altro solvente (di solito H 2 O).
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Estrazione
Essiccamento degli estratti
Gli estratti organici ottenuti riuniti sono saturi di H 2 O che deve essere rimossa prima di procedere all’evaporazione del solvente.
Per far ciò si utilizzano dei sali inorganici che formano idrati con l’H 2 O che satura il solvente.
L’efficienza dipende dal grado di idratazione del sale (capacità di assorbimento) e dalla velocità con cui il sale assorbe l’H 2 O.
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Estrazione
Essiccamento degli estratti 1. Cloruro di calcio
‐ Pur avendo una elevata capacità di assorbimento è poco rapido. È inoltre di uso limitato perché forma complessi con composti contenenti ossigeno o azoto (ad es. alcooli, fenoli, ammine ecc.);
2. Solfato di magnesio
‐ È economico, chimicamente inerte e agisce rapidamente con alta capacità di assorbimento;
3. Setacci molecolari e silicati complessi
rigorosamente anidri; ‐ Hanno una struttura porosa che trattiene selettivamente le molecole d'acqua e sono pertanto utili per ottenere liquidi
4. Solfato sodico
‐ Ha un'alta capacità di assorbimento ma una azione essiccante lenta e non completa; inoltre può essere utilizzato solo a bassa temperatura;
5. Solfato di calcio (Drierite)
‐ È rapido ma ha una limitata capacità d’assorbimento. Può essere rigenerato per riscaldamento;
6. Carbonato di potassio
‐ È usato spesso per essiccare soluzioni contenenti composti basici; ha una modesta capacità di assorbimento.
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Estrazione:
dimostrazione sulle aliquote di solvente
In un processo di estrazione, dato un certo volume di solvente, si può operare con
una sola estrazione
o
farne ripetute con piccoli volumi
(modalità più efficace).
Un volume
V
(mL) della soluzione acquosa contenete
W 0
(g) di composto organico disciolto viene estratto ripetutamente con nuove porzioni da
S
(mL) di un solvente organico immiscibile con H 2 O.
Se
W 1
è la quantità di soluto che resta nella soluzione acquosa dopo la prima estrazione, la
concentrazione
del composto (g/mL) sarà nella fase acquosa
W 1 /V
, mentre sarà
(W o ‐ W 1 )/S
nella fase immiscibile con H 2 O.
C A (H2O)
Considerando la legge di Henry:
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = K C B (solv.org)
si ottiene
W 1 /V ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = K (W 0 ‐ W 1 )/S W 1 S ‐‐‐‐ x ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = K V (W 0 ‐ W 1 ) KV = W 1 S ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (W 0 ‐ W 1 ) KVW 0 ‐ KVW 1 = W 1 S KVW 0 = W 1 S + KVW 1 KVW 0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ W 1 = S + KV 1 ‐‐‐‐‐‐ W 1 = S + KV ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ KVW 0 KVW 0 W 1 = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ S + KV
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Estrazione:
dimostrazione
sulle
aliquote
di
solvente
Dopo la seconda estrazione, effettuata nelle medesime condizioni, nel volume
V
della soluzione iniziale rimarrà un quantitativo
W 2
di composto organico disciolto:
KV W 2 = W 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ S + KV KV KV KV W 2 = W 0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ x ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = W 0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ S + KV S + KV S + KV 2
Ripetendo il processo
n
volte:
KV W n = W 0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ S + KV n
Esempio: S = 50 mL n = 3
Effettuando il processo in una singola estrazione ma con un volume pari ad avremmo ottenuto:
nS KV W 1 ’= W 0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ nS + KV
E’ evidente che
W n
è minore di
W 1 ’
, cioè la
quantità di residuo nella soluzione acquosa è minore effettuando più estrazioni con aliquote di solvente
.
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