tecniche per seguire l`andamento di una reazione
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tecniche per seguire l`andamento di una reazione
Per effettuare una reazione chimica correttamente: 1. Si purificano (se necessario) reagenti e solventi. 2. Si mescolano i reagenti nelle opportune condizioni di reazione. ) 3. Si segue l’andamento della reazione. 4. Si lavora la reazione. 5. Si analizza il grezzo della reazione. 6. Si separano i prodotti. 7. Si controlla la purezza dei prodotti. 8. Si purificano (se necessario) i prodotti. TECNICHE PER SEGUIRE L’ANDAMENTO DI UNA REAZIONE E’ importante poter verificare se il substrato stia reagendo (e quindi scomparendo) ed il prodotto/i si stia formando (e quindi comparendo). TECNICHE SPETTRALI Sono utili quando reagenti e prodotti hanno caratteristiche spettrali diverse (per es. un picco IR o un segnale 1H NMR o il massimo di assorbimento UV-vis. 1 TECNICHE CROMATOGRAFICHE Le separazioni cromatografiche si basano sul fatto che sostanze diverse si ripartiscono diversamente tra due fasi (fase stazionaria e fase mobile), generalmente sulla base della diversa polarità. Cromatografia di ADSORBIMENTO Cromatografia di RIPARTIZIONE Fase stazionaria Fase mobile tecnica Sostanze separate SOLIDO LIQUIDO ADSORBIMENTO ampia gamma di molecole alifatiche ed aromatiche Fase inversa molecole organiche polari gel permeation macromolecole a scambio ionico molecole cariche (amminoacidi) LIQUIDO LIQUIDO RIPARTIZIONE molecole organiche termicamente labili LIQUIDO GAS RIPARTIZIONE molecole organiche volatili Nella cromatografia di ADSORBIMENTO le sostanze vengono adsorbite sulla fase stazionaria, di solito un solido polare. L’adsorbimento è un processo fisico, con interazioni polari (legame idrogeno, interazioni dipolo-dipolo, forze di van der Waals) La fase stazionaria (l’adsorbente) è un solido poroso, molto puro, in granelli di piccole dimensioni, in grado di interagire sia con solventi che con soluti Silice (gel di silice) SiO2 Allumina Al2O3 Una volta che la miscela da separare è stata caricata sull’adsorbente, si eluisce con uno o più solventi (si fa passare il solvente, detto eluente, attraverso la fase stazionaria). 2 L’eluizione può essere fatta per gravità (discendente) o per capillarità (ascendente). L’eluente compete con le sostanze adsorbite per i siti di interazione della fase stazionaria e di conseguenza sposta le sostanze adsorbite. Eluenti di polarità diversa hanno capacità diversa di spostare un dato soluto dal sito attivo del supporto su cui è stato adsorbito. Maggiore è la polarità del solvente, più efficientemente questo compete per l’interazione con l’adsorbente è più rapidamente il soluto verrà spostato Sostanze adsorbite con interazioni più deboli (composti meno polari) verranno spostati più facilmente di sostanze con interazioni più forti con la fase stazionaria (composti più polari) separazione Le proprietà eluenti del solvente hanno permesso di costruire la serie eluotropica, che li ordina dal meno polare al più polare. L’ordine può variare cambiando adsorbente. Serie eluotropiche dei più comuni solventi silice allumina cicloesano pentano tetracloruro di carbonio toluene (metilbenzene) cloroformio dietil etere acetato di etile acido acetico metanolo pentano cicloesano tetracloruro di carbonio toluene (metilbenzene) dietil etere cloroformio acetato di etile metanolo acido acetico POLARITA’ - Cromatografia su Strato Sottile, TLC (T Thin Layer Chromatography) La cromatografia su strato sottile è una cromatografia di adsorbimento La fase stazionaria è stesa su un supporto solido e l’eluente sale per capillarità 3 Diversi fattori determinano l’efficienza di una separazione cromatografica ADSORBENTE 11 Dovrebbe essere molto selettivo verso le sostanze da separare Non deve adsorbire troppo fortemente Altrimenti tutti I composti restano vicino al punto di applicazione e non si ha separazione. 22 Non deve adsorbire troppo debolmente Altrimenti tutti i composti si muovono con il fronte del solvente e non si ha separazione. ELUENTE Dovrebbe essere molto selettivo nella capacità di desorbire le sostanze da separare. Una proprietà importante del solvente è quella di venire adsorbito sulla fase stazionaria. Se il solvente viene adsorbito più fortemente dei composti da separare, ne prende il posto sulla fase stazionaria ed I composti verranno eluiti insieme Tutti i composti si muovono con il fronte del solvente e non si ha separazione. Se il solvente viene adsorbito meno fortemente di tutti i composti da separare, non riesce a desorbirli Tutti I composti restano vicino al punto di applicazione e non si ha separazione. Se il solvente è adsorbito più fortemente di qualche composto della miscela e meno fortemente di altri, faciliterà il desorbimento dei composti che può sostituire sulla fase stazionaria, senza favorire il desorbimento degli altri si ha separazione. fronte del solvente linea di applicazione La particolare combinazione di adsorbente ed eluente che darà una buona separazione dei composti di una miscela si può determinare SOLO PER TENTATIVI 4 Per indicare quanto abbia “camminato” un composto su TLC con un dato eluente, si definisce il rapporto frontale, Rf distanza percorsa dal composto Rf = distanza percorsa dal fronte del solvente I valori di Rf dipendono molto dalla natura dell’adsorbente e da quella dell’eluente. Per verificare se un composto incognito corrisponda o no ad un composto noto, si devono far correre affiancati, sulla stessa lastrina, mello stesso cromatogramma: se i percorsi sono identici, ci sono buone possibilità che anche i composti lo siano. TECNICA DELLA TLC 1. Si prende una lastrina: la fase stazionaria è depositata su un supporto solido (per es., vetro o alluminio) Non toccate la fase stazionaria, ma tenete la lastrina sui lati, se non volete cromatografare quello che avete sulle dita o sui guanti! 2. Si segna una riga con la matita a circa 1 cm di altezza Non usate penna, se non volete…eluire l’inchiostro. Non premete con la matita: il segno deve essere leggero: se fate un solco, impedite la corretta eluizione. 3. Si immerge un capillare in una soluzione della miscela da esaminare, con un solvente che eapori facilmente. Il liquido sale per capillarità. 4. Si appoggia il capillare sulla linea tracciata, avendo cura di toccare appena la superficie. Soffiare leggermente sulla macchia, per fare evaporare il solvente. Appoggiare il capillare sullo stesso punto. punto In questo modo si aumenta la quantità della sostanza applicata, senza allargare troppo la macchia. 5. Si prepara la “camera di sviluppo”: un recipiente che si possa chiudere, in cui si versa il solvente adatto per la miscela in esame (trovato in precedenza per tentativi). Si inserisce un rettangolo di carta da fltro, che si bagna con il solvente. Si inserisce la lastrina e si chiude il recipiente. Per avere risultati riproducibili l’atmosfera nella camera di sviluppo deve essere saturata con il solvente di eluizone. Rettangolo di carta da filtro imbevuto di solvente Il livello del solvente non deve superare il punto di applicazione delle sostanze sulla lastrina: altrimenti la sostanza si scioglie nel solvente e non viene eluita. 5 6. Il solvente sale per capillarità. Si interrompe quando il fronte del solvente è arrivato a circa 1 cm dalla fine della lastrina. Non lasciate che l’eluente salga oltre il bordo della lastrina! Potreste perdervi una sostanza che cammina con il fronte del solvente. 7. Si toglie la lastrina, si lascia asciugare il solvente e si visualizzano le macchie sulla lastrina. Se i composti sono colorati, si vedono direttamente. Se non sono colorati vanno visualizzati a Con lampada UV Molti tipi di lastrine contenengono una sostanza fluorescente che brilla quando si mette sotto una lampada UV. La lastrina brilla e i composti si vedono come macchie scure (spengono la fluorescenza) o come macchie fluorescenti di colore diverso. NON guardate MAI direttamente la luce UV!!! b Con iodio Si inserisce la lastrina in un recipiente contenente vapori di iodio, che dà interazioni deboli con molti composti (ma non con tutti) Le macchie scompaiono lentamente, una volta tolta la lastrina dal recipiente. c Visualizzazione distruttiva Si spruzza acido solforido sulla lastrina, che poi si mette in stufa a 110°C. In corrispondenza dei composti si ha una macchia carbonizzata. Dopo la visualizzazione: 1. Si misura la distanza tra il fronte del solvente ed il punto di applicazione 2. Si misura la distanza tra la macchia (centro della macchia) ed il punto di applicazione 3. Si fa il rapporto tra i due valori, ottenendo il rapporto frontale, Rf, che può andare da 0,0 a 1,0 L’analisi TLC permette di determinare rapidamente: -se un grezzo di reazione è una miscela di composti - l’identità di un composto se è disponibile uno standard. 6 Errori da evitare Troppa sostanza. Le macchie diffondono e non si vede separazione quantità minore troppa sostanza oppure scodano fronte del solvente troppa sostanza: lastrina sovraccarica linea di applicazione Ripetere l’analisi usando una quantità minore Le sostanze sono state applicate troppo vicino. La diffusione impedisce di capire di quale campione si tratta era in A o in B? Le macchie incominciano a sovrapporsi A B Macchia troppo vicina al bordo la macchia non è ben circondata da adsorbente e solvente Gli Rf non sono accurati; si ha perdita di campione 7 Talvolta le macchie non hanno l’aspetto rotondo “giusto”, anche se applicate nella quantità corretta a b c Composti con gruppi funzionali fortemente acidi o basici (es. acidi carbossilici o ammine) vengono fortemente adsorbiti e perciò sono eluiti con difficoltà Nel momento dell’applicazione si è appoggiato il capillare con troppa forza e parte dell’adsorbente si è staccato nel punto di applicazione: il solvente passa intorno e questo provoca uno sviluppo irregolare, con formazione di una mezzaluna Si è usato un solvente troppo polare per applicare il campione sulla lastrina: ha provocato spostamento di parte del campione già prima dell’inizio dell’eluizione a b c 8