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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1

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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