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.
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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).
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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
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Diversi fattori determinano l’efficienza di una separazione cromatografica
ADSORBENTE
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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
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