Apostila de experimentos - Química orgânica

Apostila de experimentos - Química orgânica

(Parte 6 de 13)

2.2- CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA:

A cromatografia em camada fina (ou delgada) é uma técnica simples, barata e muito importante para a separação rápida e análise quantitativa de pequenas quantidades de material. Ela é usada para determinar a pureza do composto, identificar componentes em uma mistura comparando-os com padrões; acompanhar o curso de uma reação pelo aparecimento dos produtos e desaparecimento dos reagentes e ainda para isolar componentes puros de uma mistura.

Na cromatografia de camada delgada a fase líquida ascende por uma camada fina do adsorvente estendida sobre um suporte. O suporte mais típico é uma placa de vidro (outros materiais podem ser usados).

Sobre a placa espalha-se uma camada fina de adsorvente suspenso em água (ou outro solvente) e deixa-se secar. A placa coberta e seca chama-se "placa de camada fina". Quando a placa de camada fina é colocada verticalmente em um recipiente fechado (cuba cromatográfica) que contém uma pequena quantidade de solvente, este eluirá pela camada do adsorvente por ação capilar.

Figura 2: Cromatografia em camada delgada.

A amostra é colocada na parte inferior da placa, através de aplicações sucessivas de uma solução da amostra com um pequeno capilar. Deve-se formar uma pequena mancha circular. À medida que o solvente sobe pela placa, a amostra é compartilhada entre a fase líquida móvel e a fase sólida estacionária. Durante este processo, os diversos componentes da mistura são separados. Como na cromatografia de coluna, as substâncias menos polares avançam mais rapidamente que as substâncias mais polares. Esta diferença na velocidade resultará em uma separação dos componentes da amostra. Quando estiverem presentes várias substâncias, cada uma se comportará segundo suas propriedades de solubilidade e adsorção, dependendo dos grupos funcionais presentes na sua estrutura (Figura 2).

Depois que o solvente ascendeu pela placa, esta é retirada da cuba e seca até que esteja livre do solvente. Cada mancha corresponde a um componente separado na mistura original. Se os componentes são substâncias coloridas, as diversas manchas serão claramente visíveis. Contudo, é bastante comum que as manchas sejam invisíveis porque correspondem a compostos incolores. Para a visualização deve-se "revelar a placa". Um método bastante comum é o uso de vapores de iodo, que reage com muitos compostos orgânicos formando complexos de cor café ou amarela. Outros reagentes para visualização são: nitrato de prata (para derivados halogenados), 2,4-dinitrofenilidrazina (para cetonas e aldeídos), verde de bromocresol (para ácidos), ninhidrina (para aminoácidos), etc.

Um parâmetro freqüentemente usado em cromatografia é o "índice de retenção" de um composto (Rf). Na cromatografia de camada fina, o Rf é função do tipo de suporte (fase fixa) empregado e do eluente. Ele é definido como a razão entre a distância percorrida pela mancha do componente e a distância percorrida pelo eluente.

Portanto:

Rf= dc / ds

Onde:

dc = distância percorrida pelo componentes da mistura.

ds = distância percorrida pelo eluente.

Quando as condições de medida forem completamente especificadas, o valor de Rf é constante para qualquer composto dado e correspondente a uma propriedade física. Este valor deve apenas ser tomado como guia, já que existem vários compostos com o mesmo Rf.

Sob uma série de condições estabelecidas para a cromatografia de camada fina, um determinado composto percorrerá sempre uma distância fixa relativa à distância percorrida pelo solvente. Estas condições são:

1- sistema de solvente utilizado;

2- adsorvente usado;

3- espessura da camada de adsorvente;

4- quantidade relativa de material.

2- METODOLOGIA

Na aula de hoje serão apresentadas as técnicas básicas para o desenvolvimento de cromatografia em camada delgada e cromatografia em coluna.

Na cromatografia em camada delgada (CCD) serão analisados e identificados os componentes coloridos extraídos de folhas verdes (clorofila A e B) e os da cenoura (-caroteno), assim como os componentes de uma droga analgésica, comparando-os com padrões. Será ainda estudado o efeito do solvente no valor do Rf para os compostos -naftol e p-toluidina.

Na cromatografia em coluna serão separados os componentes de uma mistura colorida de azul de metileno e alaranjado de metila em duas colunas diferentes, uma contendo alumina como fase estacionária e a outra contendo sílica gel. A alumina, ou óxido de alumínio, tem ação básica e interage fortemente com espécies ácidas. Por sua vez, a sílica gel interage com espécies básicas devido a natureza ácida do óxido de silício.

3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1- CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA:

3.1.1- PREPARAÇÃO DAS PLACAS CROMATOGRÁFICAS: Prepare duas placas para cromatografia em camada fina a partir de lâminas de vidro de microscópio. Agite com um bastão de vidro uma suspensão espessa de sílica em tetracloreto de carbono em um béquer de 50 mL. Quando a pasta resultante estiver homogênea mergulhe na mistura as duas placas juntas, face a face, por um a dois segundos, retire-as e deixe-as secar ao ar.

3.1.2- SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE UMA MISTURA: Com um capilar, semeie duas manchas a 1 cm da base da placa e separadas entre si; uma de extrato de folhas verdes e outra de extrato de cenoura. Coloque então a placa em uma cuba cromatográfica contendo o eluente (acetato de etila : éter de petróleo 2:3). O nível de eluente deve estar abaixo do nível das manchas na placa.

Após a eluição deixe secar a placa. O ß-caroteno (polieno isolado da cenoura) aparece como uma mancha amarela próxima ao topo da placa; as clorofilas A e B aparecem como manchas verde oliva e verde azulada, respectivamente. Calcule os Rf.

3.1.3- EFEITO DO SOLVENTE NO VALOR DE Rf:Em uma placa de sílica gel ativada aplique, com ajuda de um capilar, uma solução diluída de ß-naftol e outra de p-toluidina (use cloreto de metileno ou éter como solvente) e deixe desenvolver o cromatograma usando como eluente os seguintes solventes (faça uma placa para cada eluente):

a) cloreto de metileno puro.

b) cloreto de metileno contendo 25% de acetato de etila.

c) cloreto de metileno contendo 50% de acetato de etila.

Após o solvente atingir o topo da placa, retire a placa da cuba, evapore o solvente na capela e coloque-a numa atmosfera de iodo para revelar a manchas das substâncias.

Calcule o Rf para cada amostra em cada mistura de solvente.

Qual é o efeito causado sobre o Rf pelo aumento da proporção do acetato de etila na mistura de solvente utilizado?

3.1.4- ANÁLISE DOS COMPONENTES DE UM ANALGÉSICO: Pegue 3 tubos de ensaio. No primeiro, coloque o comprimido da amostra. No segundo, coloque ácido acetilsalicílico e no terceiro tubo coloque a cafeína. Nos 3 tubos, coloque 2,5 mL de metanol, macere o sólido e agite cada tubo por 3-5 minutos. Em seguida, filtre e despreze o sólido. Com a ajuda de um tubo capilar, aplique a uma distância de 1 cm uma da outra as três soluções metanólicas em duas placas cromatográficas distintas. Dependendo da concentração desta solução, duas ou três aplicações serão suficientes.

Prepare a seguir dois sistemas de eluentes: i) acetona : clorofórmio 1:1 e ii) tolueno : clorofórmio : ácido acético glacial : metanol 12:5:1,8:0,1.

Prepare duas cubas cromatográficas, uma para cada sistema de eluentes. Coloque cada placa cromatográfica dentro de uma cuba. Após a eluição, retire as placas da cuba. Deixe-as secar. Após a secagem, coloque-as em uma atmosfera de iodo para revelar as manchas. Em 1-3 minutos, aparecerão manchas amareladas sobre as placas. Remova então as placas de dentro da cuba de iodo, contornando cada mancha com o tubo capilar. Calcule o Rf.

3.2- CROMATOGRAFIA EM COLUNA:

3.2.1- EMPACOTAMENTO DA COLUNA: Prepare uma coluna para cromatografia utilizando alumina neutra como fase fixa, da seguinte maneira: agite com um bastão em um béquer, 15 a 20 g de alumina em tetracloreto de carbono, até obter uma pasta fluida, homogênea e sem bolhas de ar incluídas. Encha a terça parte da coluna cromatográfica com tetracloreto de carbono e derrame, então, a pasta fluida de alumina, de modo que ela sedimente aos poucos e de forma homogênea. Caso haja bolhas de ar oclusas na coluna, golpeie-a suavemente, de modo a expulsá-las. Controle o nível do solvente abrindo ocasionalmente a torneira da coluna. Terminada a preparação, o nível de tetracloreto de carbono deve estar 1 cm acima do topo da coluna de alumina.

3.2.2- SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE UMA MISTURA: Distribua homogeneamente sobre o topo da coluna de alumina, com auxílio de uma pipeta ou conta-gotas, 1 a 3 mL de uma solução etanólica de alaranjado de metila e azul de metileno. Após a adsorção pela coluna, proceda a eluição com etanol, vertendo cuidadosamente o solvente pelas paredes internas da coluna, tomando cuidado para não causar distúrbios ou agitação na coluna. Ao mesmo tempo, abra a torneira para escoar o solvente.

Elua todo o azul de metileno com etanol. Elua, primeiro com água, o alaranjado de metila retido na coluna e em seguida com uma solução aquosa de ácido acético.

Repita o mesmo procedimento acima utilizando sílica gel como fase fixa da coluna. Observe que a ordem de eluição se inverte, isto é, o alaranjado de metila sai com etanol enquanto o azul de metileno fica retido na coluna.

4- QUESTIONÁRIO

1- Cite os principais tipos de forças que fazem com que os componentes de uma mistura sejam adsorvidos pelas partículas do sólido:

2- Cite as características do solvente para lavar ou arrastar os compostos adsorvidos na coluna cromatográfica:

3- Fale sobre o princípio básico que envolve a técnica de cromatografia:

4- Por quê se deve colocar papel filtro na parede da cuba cromatográfica?

5- Se os componentes da mistura, após a corrida cromatográfica, apresentam manchas incolores, qual o processo empregado para visualizar estas manchas na placa cromatográfica?

6- O que é e como é calculado o Rf?

7- Quais os usos mais importantes da cromatografia de camada delgada?

8- A alumina, ou óxido de alumínio, tem ação básica e interage fortemente com espécies ácidas; por sua vez, a sílica gel interage com espécies básicas devido a natureza ácida do óxido de silício. Baseado nessas informações, explique o comportamento distinto dos dois corantes empregados quando se usa alumina ou sílica como fase fixa. A estrutura dos dois produtos está apresentada abaixo:

EXPERIÊNCIA 06

EXTRAÇÃO COM SOLVENTES REATIVOS

1- INTRODUÇÃO

O processo de extração com solventes é um método simples, empregado na separação e isolamento de substâncias componentes de uma mistura, ou ainda na remoção de impurezas solúveis indesejáveis. Este último processo é geralmente denominado lavagem.

A técnica da extração envolve a separação de um composto, presente na forma de uma solução ou suspensão em um determinado solvente, através da agitação com um segundo solvente, no qual o composto orgânico seja mais solúvel e que seja pouco miscível com o solvente que inicialmente contém a substância.

Quando as duas fases são líquidos imiscíveis, o método é conhecido como "extração líquido-líquido". Neste tipo de extração o composto estará distribuído entre os dois solventes. O sucesso da separação depende da diferença de solubilidade do composto nos dois solventes. Geralmente, o composto a ser extraído é insolúvel ou parcialmente solúvel num solvente, mas é muito solúvel no outro solvente.

A água é usada como um dos solventes na extração líquido-líquido, uma vez que a maioria dos compostos orgânicos são imiscíveis em água e porque ela dissolve compostos iônicos ou altamente polares. Os solventes mais comuns que são compatíveis com a água na extração de compostos orgânicos são: éter etílico, éter diisopropílico, benzeno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, diclorometano e éter de petróleo. Estes solventes são relativamente insolúveis em água e formam, portanto, duas fases distintas. A seleção do solvente dependerá da solubilidade da substância a ser extraída e da facilidade com que o solvente possa ser separado do soluto. Nas extrações com água e um solvente orgânico, a fase da água é chamada "fase aquosa" e a fase do solvente orgânico é chamada "fase orgânica".

Para uma extração líquido-líquido, o composto encontra-se dissolvido em um solvente A e para extraí-lo, emprega-se um outro solvente B, e estes devem ser imiscíveis. A e B são agitados e o composto então se distribui entre os dois solventes de acordo com as respectivas solubilidades. A razão entre as concentrações do soluto em cada solvente é denominada "coeficiente de distribuição ou de partição", (K).

Assim:

(Equação 1)

onde: CA = concentração do composto no solvente A (em g/mL);

CB = concentração do composto no solvente B (em g/mL).

De uma maneira geral, para deduzir a fórmula que expressa o processo de extração, supõem-se que:

S = quantidade em gramas do soluto no solvente A;

VB = Volume de B (em mL);

VA = Volume de A (em mL);

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