Laboratorio de Química Orgánica · Lab techniques
Separaciones y purificación
Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.
¿Atascado con separaciones y purificación? Escanea el problema.
Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.
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Lo que aprenderás
- Use pKa values to choose the aqueous acid or base that moves one compound of a mixture into the water layer, and push the arrows of each proton transfer.
- Plan a recrystallization, calculate solvent volume and maximum recovery, and judge purity and identity from melting points.
- Choose between simple, fractional, vacuum and steam distillation, and dry an organic solution correctly.
- Calculate and interpret Rf values, predict elution order on silica and reverse-phase media, and choose an eluent for a column.
Lección gratis
El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.
Leer la lección gratis (5 partes)
Extracción ácido-base
Los compuestos orgánicos neutros prefieren la capa orgánica; los iones prefieren el agua. Por tanto, una transferencia de protón hace pasar un compuesto de una capa a otra. Una transferencia de protón favorece el lado del ácido más débil, así que una base extrae un ácido solo si el ácido conjugado de la base es más débil (pKa mayor) que el compuesto. El ácido benzoico (pKa ≈ 4.2) es desprotonado por el hidrogenocarbonato de sodio, cuyo ácido conjugado, el ácido carbónico, tiene pKa ≈ 6.35; el ácido carbónico pierde entonces CO₂, así que abre la llave del embudo para ventilar. Los fenoles (2-naftol, pKa ≈ 9.5) necesitan NaOH (agua, pKa 15.7). Las aminas se extraen con HCl diluido como iones amonio (pKa del ion anilinio ≈ 4.6); las amidas no son lo bastante básicas. Cada compuesto se recupera invirtiendo la transferencia de protón: acidifica un carboxilato hasta pH ≈ 2, basifica un ion amonio hasta pH ≈ 12, varias unidades por encima de su pKa. Varias extracciones pequeñas superan a una grande: cada porción deja atrás la fracción V(agua) / (V(agua) + K × V(orgánica)) de un soluto neutro, donde K es su coeficiente de reparto. El éter dietílico (densidad 0.71 g/mL) flota sobre el agua; el diclorometano (1.33 g/mL) se va al fondo.
Recristalización y punto de fusión
Un buen disolvente de recristalización disuelve bien el compuesto en caliente y mal en frío, mientras que las impurezas o bien permanecen disueltas en el disolvente frío o nunca se disuelven y se eliminan por filtración por gravedad en caliente. Usa el volumen mínimo de disolvente en ebullición; lo que quede disuelto a la temperatura final se pierde, así que la recuperación máxima = (masa − solubilidad en frío × volumen) / masa. Un compuesto demasiado soluble en un disolvente e insoluble en otro se recristaliza a partir de la pareja de disolventes miscibles: disuélvelo en el mínimo del buen disolvente caliente, añade el disolvente pobre caliente hasta el punto de enturbiamiento y luego enfría. Enfría despacio para que la red cristalina en crecimiento rechace las impurezas. Si la disolución se satura por encima del punto de fusión del sólido, el compuesto se separa como aceite en lugar de cristalizar. Un sólido puro funde de forma neta (intervalo de 1–2 °C); las impurezas bajan y ensanchan el intervalo. Un punto de fusión mixto con una muestra auténtica confirma la identidad: si no hay descenso, es el mismo compuesto.
Destilación y secado
El punto de ebullición aumenta con fuerzas intermoleculares más intensas: el éter dietílico (35 °C) y el 1-butanol (118 °C) comparten la fórmula C₄H₁₀O, pero solo el alcohol forma puentes de hidrógeno. Añade trozos de ebullición o agita antes de calentar, para que el líquido hierva de forma uniforme en lugar de sobrecalentarse y saltar. La destilación simple separa líquidos cuyos puntos de ebullición difieren en más de unos 70 °C, o un líquido volátil de un sólido no volátil; las parejas más próximas necesitan una columna de fraccionamiento. La destilación al vacío baja el punto de ebullición de compuestos que se descomponen al calentarlos, y la destilación por arrastre de vapor codestila compuestos inmiscibles con el agua por debajo de 100 °C porque las presiones de vapor de los dos líquidos se suman. Los azeótropos, como el etanol al 95.6% en agua, no pueden separarse más por destilación. Antes de evaporar una capa orgánica, lávala con salmuera y luego añade MgSO₄ o Na₂SO₄ anhidros hasta que el polvo fresco fluya libremente. Para aminas, el K₂CO₃ básico (o el Na₂SO₄ neutro) es la opción segura: el CaCl₂ se une a aminas y alcoholes, y los agentes secantes ácidos protonan las aminas.
TLC y cromatografía en columna
En gel de sílice, los compuestos polares se unen con más fuerza y recorren menos distancia: Rf = distancia recorrida por la mancha ÷ distancia recorrida por el frente del disolvente. Un eluyente más polar eleva todos los Rf. Los ácidos carboxílicos dejan estelas a menos que se añada un poco de ácido acético al eluyente. Para seguir una reacción, corre el material de partida, una co-mancha de material de partida más mezcla de reacción, y la mezcla de reacción en carriles contiguos; la co-mancha demuestra que los dos compuestos se separan. Las placas y columnas de fase reversa (C18) invierten el orden: el compuesto más polar eluye primero. Para una columna flash, elige el eluyente que dé al compuesto objetivo un Rf de aproximadamente 0.25–0.35; un compuesto eluye después de unos 1/Rf volúmenes de columna. Los compuestos aromáticos y conjugados se ven bajo luz UV de 254 nm; los compuestos saturados necesitan un revelador como KMnO₄.
Lo que conviene recordar
Toda purificación aprovecha una diferencia física: carga (extracción), solubilidad frente a temperatura (recristalización), volatilidad (destilación) o adsorción sobre una superficie polar (cromatografía). Nombra primero la diferencia y luego elige la técnica y las condiciones que la amplifican.
Problemas de práctica (40)
Practicar es gratis con una cuenta.
Dibuja el mecanismo 4
Extracción ácido-base
- El hidrogenocarbonato de sodio acuoso extrae el ácido benzoicoDibuja la transferencia de protón que convierte el ácido benzoico, soluble en éter, en benzoato soluble en agua durante un lavado con bicarbonato, y explica con los valores de pKa por qué es favorable.
- El ácido clorhídrico diluido extrae la 4-cloroanilinaDibuja el hidronio protonando el grupo amino de la 4-cloroanilina, lo que convierte la amina soluble en éter en un ion anilinio soluble en agua.
- Recuperación de la 4-cloroanilina al basificar el extracto ácidoDibuja el hidróxido quitando el protón del N–H del 4-cloroanilinio para que la amina neutra pueda reextraerse en éter, y decide qué tan básica debe ser la disolución.
- El 2-naftol se extrae con hidróxido de sodio acuosoDibuja el hidróxido desprotonando el 2-naftol y la resonancia que deslocaliza la carga del naftóxido hacia el anillo, y explica por qué el bicarbonato no puede hacer lo mismo.
Predice el producto 3
Cromatografía
- Más acetato de etilo en el eluyentePredice cómo el aumento de la polaridad del eluyente cambia los valores de Rf sobre gel de sílice.
Extracción ácido-base
- ¿Qué capa es cuál?Predice cuál de las dos capas de una extracción bifásica es la orgánica a partir de las densidades de los disolventes.
- ¿Qué precipita cuando se acidifica el extracto?Predice la especie que precipita al acidificar un extracto de carboxilato, usando su pKa.
Clasificar 4
Cromatografía
- ¿Qué mancha necesita un revelador?Clasifica compuestos como visibles o invisibles bajo luz UV de 254 nm en una placa de TLC fluorescente a partir de sus cromóforos.
Extracción ácido-base
- ¿Qué compuesto sobrevive a un lavado ácido?Reconoce que las amidas, a diferencia de las aminas, no se extraen con ácido acuoso diluido.
- ¿Qué compuesto extrae el bicarbonato?Identifica qué componente de una mezcla pasa a la disolución acuosa de hidrogenocarbonato de sodio comparando su pKa con el del ácido carbónico.
Recristalización y punto de fusión
- Elegir un disolvente de recristalizaciónClasifica posibles disolventes según el comportamiento de solubilidad necesario para la recristalización.
Comparar 3
Cromatografía
- Orden de elución en fase reversaPredice qué compuesto eluye primero de una columna de fase reversa (C18), donde el orden de polaridad se invierte respecto de la sílice.
- Ordenar valores de Rf sobre síliceOrdena compuestos según su Rf sobre gel de sílice a partir de su capacidad de formar puentes de hidrógeno con la fase estacionaria.
Destilación y secado
- Puentes de hidrógeno y punto de ebulliciónOrdena compuestos oxigenados por punto de ebullición a partir del número de grupos O–H que forman puentes de hidrógeno.
Calcular 6
Cromatografía
- ¿A qué distancia eluyen las bandas?Estima el volumen de eluyente que separa dos bandas en una columna flash a partir de sus valores de Rf en TLC.
- Calcular un valor de RfCalcula un valor de Rf a partir de las distancias recorridas por una mancha y por el frente del disolvente.
Extracción ácido-base
- ¿Cuánta amina está protonada a pH 1?Calcula la relación entre amina protonada y neutra a un pH dado a partir del pKa de su ácido conjugado.
- Tres extracciones pequeñas frente a una grandeCalcula la masa recuperada mediante extracciones repetidas a partir de un coeficiente de reparto y compárala con una sola extracción.
Recristalización y punto de fusión
- Mejor recuperación posibleCalcula el porcentaje máximo de recuperación de una recristalización a partir de la solubilidad en frío y el volumen de disolvente.
- ¿Cuánta agua caliente?Calcula el volumen mínimo de disolvente en ebullición necesario para disolver una muestra a partir de su solubilidad en caliente.
Encuentra el error 2
Extracción ácido-base
- Una separación hecha en el orden equivocadoDiagnostica por qué lavar con hidróxido antes que con bicarbonato no logra separar un ácido carboxílico de un fenol.
Recristalización y punto de fusión
- El producto se separó como aceiteDiagnostica por qué un sólido de bajo punto de fusión se separa como aceite durante la recristalización y elige un remedio.
Interpreta la evidencia 4
Cromatografía
- ¿Ha terminado la reducción?Interpreta una placa de TLC de tres carriles (material de partida, co-siembra, reacción) para juzgar si una reacción está completa.
Destilación y secado
- ¿Ya está seca la disolución?Interpreta el aspecto del sulfato de magnesio para juzgar cuándo una disolución orgánica está seca.
Recristalización y punto de fusión
- Interpretar un intervalo de fusiónInterpreta un intervalo de fusión bajo y amplio como evidencia de un sólido impuro.
- Identifica un compuesto desconocido por punto de fusión mixtoInterpreta los puntos de fusión mixtos para identificar un compuesto desconocido entre varios con el mismo punto de fusión.
Planea una síntesis 6
Cromatografía
- Elegir el eluyente de columna a partir de la TLCElige el eluyente de una columna flash a partir de los datos de TLC, usando el intervalo de Rf objetivo y la separación respecto de una impureza.
Destilación y secado
- Secado de una disolución de una aminaElige un agente secante compatible con una amina básica en disolución orgánica.
- ¿Cuándo se necesita una columna de fraccionamiento?Decide a partir de las diferencias de punto de ebullición qué mezcla requiere destilación fraccionada en lugar de simple.
Extracción ácido-base
- Separar un ácido, un fenol y un compuesto neutroOrdena los lavados y las etapas del tratamiento que separan un ácido carboxílico, un fenol y un compuesto neutro disueltos en éter.
Recristalización y punto de fusión
- Eliminar impurezas insolubles y coloreadasPlanifica cómo eliminar impurezas insolubles y carbón decolorante de una disolución caliente de recristalización sin perder producto.
- Recristalización con un par de disolventesPlanea una recristalización con disolventes mezclados para un compuesto que es muy soluble en un disolvente e insoluble en otro.
Explica por qué 8
Cromatografía
- Un ácido carboxílico forma una mancha alargadaExplica por qué los ácidos carboxílicos forman manchas alargadas sobre sílice y cómo un aditivo ácido en el eluyente afina la mancha.
Destilación y secado
- Piedras de ebulliciónExplica por qué se usan piedras de ebullición o agitación cuando se calienta un líquido hasta ebullición.
- ¿Por qué lavar con salmuera?Explica el propósito de un lavado con cloruro de sodio saturado antes de secar una capa orgánica.
- El límite del etanol al 95%Explica por qué la destilación fraccionada de etanol acuoso se detiene en torno al 95,6% de etanol.
- Destilación por arrastre de vapor del limonenoExplica por qué un aceite inmiscible en agua y de punto de ebullición alto codestila con el agua por debajo de 100 °C.
- ¿Por qué destilar al vacío?Explica cómo reducir la presión permite destilar un líquido de punto de ebullición alto y sensible al calor.
Extracción ácido-base
- ¿Por qué se ventila el embudo?Explica por qué hay que ventilar con frecuencia un embudo de decantación durante un lavado con bicarbonato de una disolución ácida.
Recristalización y punto de fusión
- ¿Por qué enfriar despacio?Explica por qué una disolución caliente de recristalización se enfría despacio antes del baño de hielo.
¿Atascado con separaciones y purificación? Escanea el problema.
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