Laboratorio di chimica organica per Scienze Biologiche Luca Valgimigli

Definizione problema ipotesi Esperimento Conclusioni Vetreria Reazioni Separazioni Purificazioni Estrazioni

Analisi Misure di costanti fisiche Punto di fusione Punto di ebollizione Indice di rifrazione Rotazione specifica Analisi strumentale Cromatografia-TLC Gas cromatografia HPLC HPLC/MS Gas cromatografia MS Esi MS, MALDI MS. NMR, IR, UV

pinze Beuta da vuoto becker Pallone beute Strumenti del laboratorio di organica. Vetreria Per isolare prodotti naturali, condurre reazioni chimiche o caratterizzare sostanze, il chimico organico si serve di alcuni strumenti molto semplici. La definizione comune di questa attrezzatura è “vetreria di laboratorio”. Sono le “pentole” e i “coperchi” che il chimico organico utilizza per eseguire le trasformazioni e le operazioni richieste. Di seguito vengono riportate alcun figure che riproducono la vetreria che utilizzerete nelle varie esperienze condotte in questo laboratorio. pinze Beuta da vuoto becker Pallone beute

Buckner Gooch imbuti Refrigerante Uscita acqua Ingresso acqua Da collegare con tubo di gomma

Altra utile attrezzatura.. 5 Pinze di sostegno Tubi di gomma Anelli di sostegno

4 Vetrini da orologio Cilindri graduati Provette

Tecniche e apparati Metodi di Riscaldamento Metodi di Agitazione Tecniche di purificazione Filtrazione Cristallizzazione Estrazione Distillazione (Semplice e frazionata, cenni) Cromatografia (su colonna, su carta, su strato sottile (TLC)

Elimino il solido attraverso una filtrazione! Due tipi. Mi interessa il solido (il prodotto organico è un solido) . Filtrazione Su buckner o su gooch. Non mi interessa il solido. Uso filtro a pieghe (filtro di carta). Esempi filtro. Esecuzione filtrazione.

Filtrazione. Una reazione dal vero! Solido!

Cristallizzazione e filtrazione 9 Cristallizzazione e filtrazione Piegare il filtro Inserirlo nell’ imbuto e..utilizzarlo!

Filtrazione buckner. Come eseguirla 10 1 2 3 4 5 6

Cristallizzazione e filtrazione La cristallizzazione è una tecnica utilizzata per purificare dei solidi. Il procedimento è basato sulla diversa solubilità tra il composto desiderato e le impurezze presenti in un composto organico. In genere i composti organici sono piu’ solubili in un solvente caldo che in uno freddo. La molecola organica da riscristallizzare deve essere quindi solubile a caldo e insolubile o poco solubile a freddo. In generale si opera sciogliendo il composto nella minima quantità di un opportuno solvente e si scalda generalmente all’ebollizione. E’ sempre opportuno inserire piccole quantità di ebollitori (carborundum, porcellana, vetro) per garantire un ebollizione regolare. Se il solido non si scioglie completamente, invece di aggiungere altro solvente lo si filtra a caldo. La soluzione , ottenuta la dissoluzione del composto organico si lascia raffreddare. Il organico precipita mentre le impurezze rimaranno discione nel solvente. I cristalli ottenuti vanno raccolti per filtrazione sotto vuoto. Preparazione filtro per filtrazione a caldo. Filtro normale

Cristallizazione. Tecnica di purificazione di solidi Ci sono due tecniche Un solvente Miscela di solventi Solvente. La solubilità dipende dalla T. Mediante la cristallizzazione si purifica un solido. Le impurezze Possono essere solubili o insolubili. Se sono insolubili e invece il prodotto si scioglie a caldo si filtra. Se invece l’impurezza si scioglie, si deve scegliere un solvente in cui il prodotto organico si scioglie a caldo ed è insolubile (o poco solubile) a freddo.

Nel caso di un miscela di solventi, si scalda il composto organico Dove è MENO solubile sino al punto di ebollizione e si aggiunge, goccia a goccia, il solvente dove il prodotto e più solubile sino a dissoluzione avvenuta. A questo punto si lascia raffreddare. Come si sceglie il solvente?? Punto di fusione del prodotto. Se è basso devo stare attento a non scegliere il solvente con p. Eb alto Altrimenti si forma un olio. Scelgo il solvente con la regola generale Il simile scioglie il simile. Composto polare?? Solvente polare! apolare Medio polare

Esempio… Solido polare. Acqua o Metanolo. Provare. Si scioglie a freddo? Si scioglie a caldo? Come si opera? Non si aggiunge troppo solvente. Si aggiunge Solvente lentamente, a caldo, il minimo. Se vedo che dopo molte aggiunte non si scioglie … aggiungo un solvente diverso, poi filtro a caldo Le impurezze si filtrano per gravità, su carta. Grandezza cristalli. Inseminazione. I cristalli si isolano con Buckner.

Cosa succede alla soluzione. I solventi sono tutti miscibili con acqua? No! In funzione della loro DENSITA’ posso essere o sopra all’acqua O sotto. Vedo due fasi! Caso 1 Caso 2 Acqua Acqua

Chi è sopra? Ci sotto? Solventi miscibili con acqua: MeOH, THF, EtOH, DMSO, DMF Solventi Immiscibili con acqua: Et2O. CH3COOEt, Toluene, CH2Cl2, CHCl3, Esano, Sopra: Et2O, Toluene, Esano, CH3COOEt, Sotto: CH2Cl2, CHCl3 Il prodotto organico è sciolto nel solvente! Come faccio a recuperarlo? Devo separarlo dall’acqua. Uso un imbuto separatore

Estrazione Imbuto separatore 6 L’estrazione è la tecnica utilizzata per separare composti in base alla loro differenti solubilità in due solventi che non sono miscibili tra di loro ( formano due fasi, una sopra l’altra). Comunemente uno dei due solventi è acqua mentre l’altro è un solvente organico non miscibile con l’acqua (acetato di etile, etere etilico, cloruro di metilene). In genere un composto organico si scioglie molto poco in acqua. Utilizzando un imbuto separatore si possono velocemente separare le due fasi. La fase acquosa sarà sopra o sotto in funzione della densità del solvente organico. Ad esempio l’etere etilico che è meno denso dell’acqua sara’ sempre (sempre!) sopra, mentre utilizzando il cloruro di metilene, questo sarà sotto. Introdotto la miscela dei solventi si utilizza l’imbuto come un “barman” e alla fine si separano le fasi. Imbuto separatore

7 1 2 3 Le fasi sono separate!

Si raccoglie la fase “sotto 8 Si raccoglie la fase “sotto Si raccoglie la fase “sopra”

La cromatografia Si sfrutta la cromatografia per separare una miscela di diversi componenti grazie alla loro diversa mobilità. Abbiamo: Liquido-solido fase mobile = liquido (solvente o miscela di) fase stazionaria = solido (adsorbente) Silice Allumina Cellulosa Gravità Cromatografia su colonna Flash

Cromatografia liquido-liquido (HPLC) Fase mobile (liquido) Fase stazionara (liquido depositato su supporto) Cromatografia gas-liquido Fase mobile = gas Fase stazionaria = liquido altobollente depositato

Separazione per cromatografia: la TLC. 11 La cromatografia su starto sottile e’ una tecnica facile e molto utile per separare composti in base alla loro polarità e alla loro interazione con la silice. In chimica organica l’analisi con TLC (dall’inglese thin layer chromatography) e’ utilizzata per a) saggiare la purezza di un composto. b) identificare un prodotto noto in una miscela c) seguire e verificare l’andamento di una reazione chimica. Il saggio della TLC si esegue su una piastra di plastica su cui e’ stata depositata della silice (attenzione a riconoscere su quale lato è depositata la silice!). Sulla silice a circa 1-2cm dal bordo si segnano dei punti ( a matita!!) e su questi punti, per mezzo di un capillare, si pongono delle gocce di una soluzione che si vuole esaminare e che contiene il prodotto organico. La lastrina di silice viene posta in una camera di sviluppo. Questa camera è costituita da un becker coperto o da un altro contenitore. La camera contiene una miscela di solventi di solito due, uno piu’ polare dell’ altro, in opportune percentuali. La lastrina deve essere posta nella camera con il bordo dove sono state depositate le macchie, vicino al solvente. Per capillarità il solvente sale sulla lastrina eluendo il composto organico. La diversa interazione tra solvente e fase stazionaria (silice) sarà funzione del tipo di composto organico e determinera’ una diversa velocita’ di salita. Quando il fronte del solvente avrà raggiunto ¾ della lastrina, la TLC puo’ essere tolta dalla camera e asciugata. Il composto organico potrà essere rivelato mediante diverse tecniche: raggi ultravioletti (UV), iodio, sviluppatori (reazioni organiche).Una volta individuata la macchia sulla lastrina deve essere segnata a matita (se non si usano reagenti chimici) e si calcola l’Rf. L’Rf e’ il rapporto tra distanza percorsa dalla macchia e distanza percorsa dal fronte del solvente. L’Rf è specifico, definita la miscela eluente, per ogni sostanza organica.

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Il Punto di Fusione Il punto di fusione è una proprietà fisica utilizzata dai chimici organici per identificare un composto e determinare la sua purezza. Punto fusione = temperatura alla quale un solido e un liquido sono in equilibrio a 1 atm di pressione. Il punto di fusione si misura guardando fondere il prodotto organico in un apparecchio munito di termometro. Quando avviene la fusione si legge e si annota la temperatura alla quale è avvenuta. Per poter individuare questa temperatura il composto organico si introduce in un piccolo capillare. Il capillare viene posto in un apparecchiatura opportuna (apparecchio per la misura del punto di fusione)

Il composto è posto nel capillare Criteri di purezza: il punto di fusione Il composto è posto nel capillare Composto organico Sul fondo(poco!)

Se sono presente delle impurezze di norma cè un abbassamento del punto di fusione T °C Composizione