Universidad de Costa Rica David Rodríguez Sánchez
Escuela de Química A95355
QU- 0245 17/05/2012
Purificación de naproxeno por medio de cristalización
Resumen:
Se realizó una purificación de naproxeno, tomando como base, las pastillas
“Aleve” que funcionan como analgésico contra el dolor, se realizaron
preeliminares para determinar que disolvente se debía utilizar en la
cristalización, resultando una mezcla de isopropanol con agua el más efectivo
observado, se eliminaron las impurezas por medio de filtración al vacío y por
gravedad además de agregar carbón activado, se realizo un secado de los
cristales obtenidos y se pesaron, dando un porcentaje de recuperación de
cristales de alrededor de 46%.
Introducción
La cristalización es un método importante de purificación de un sólido, se
realiza una disolución del sólido con un
disolvente y se da una separación de sustancias, esta separación de sustancias
tiene como base
el hecho de que la mayoría de los sólidos orgánicos son más solubles en
disolventes en caliente que en frío.
Una parte importante de una cristalizaciónes la elección del disolvente, un
disolvente es una sustancia que permite a otra, disociarse en ella, este debe
poseer una serie de características importantes para evitar el fallo en este
experimento.
El disolvente a escoger no debe solubilizar totalmente al sólido en frío pero
si debe de hacerlo totalmente en caliente, además, su punto de ebullición debe
ser menor que el punto de fusión del sólido, no debería de ser toxico ni
inflamable, aunque, esta característica no siempre es tan fácil de cumplir y
por ultimo, el disolvente no debe reaccionar con la sustancia a la cual se está
buscando purificar.[1]
Al purificar un sólido es claro que se debe buscar en algún momento, eliminar
impurezas que contiene el mismo, para esto se utiliza la filtración, este es un
proceso que usualmente ayuda a separar la sólidos de líquidos, esto se logra
mediante un medio poroso que permita el paso únicamente de aquellos compuestos
que se encuentran en estado líquido y la retención en el filtro de los sólidos,
2 tipos de filtración conocidos son la filtración al vacío y la filtración por
gravedad.
La filtración al vacío es la más utilizada en la industria ya que es más
rápida, se debe realizar a temperatura ambiente y para esta se necesita un kitasato, una bomba de vacío, un embudo Buchner o Hirsch
(dependiendo de la cantidad de sólido) y papel filtro. Por otro lado, la
filtración por gravedad es más lenta y se debe realizar con el equipo caliente
(no a temperatura ambiente), para esta se necesita, un
embudo con espiga, unerlenmeyer y papel filtro. Otro método
para eliminar impurezas, es la adición a la mezcla de carbón activado, suave
agitación y luego filtrar por gravedad.
Uno de los pasos finales de una cristalización es el secado, este usualmente se
realiza al aire libre simplemente, sin embargo, si se necesita apurar el
proceso se pueden colocar los cristales formados en el horno, bajo una lámpara
infrarroja o al vacío en un desecador.
El objetivo de esta práctica es aprender mediante la técnica de cristalización
a purificar una sustancia, y a realizar todos los pasos que este proceso
conlleva para ponerlo en práctica en un futuro inmediato y comprender como
trabaja la industria con estas sustancias puras, que al mezclarlas, se obtienen
algunos productos comerciales que se consumen o utilizan en la vida cotidiana.
Parte experimental:
Se realizo una cristalización para purificar el componente naproxeno de las
pastillas comerciales “aleve”, se trituró las pastillas con un mortero para
homogenizarlas, se agregó HCl concentrado, se filtró al vacío, el sólido
obtenido se mezcló con el disolvente elegido (isopropanol + agua destilada), se
agitó y se agregó carbón activado, se filtró pero esta vez por gravedad, el
líquido obtenido se dejó reposar hasta que se formaron los cristales, luego se
introdujo en un baño de hielo y posteriormente se filtró de nuevo al vacío,
siendo el sólido, los cristales puros obtenidos, se dejaron secar los cristales
bajo una lámpara encendida y se pesaron los cristales puros. Tambien se pudo
empezar agregandoprimero el disolvente a las pastillas trituradas, eliminando
impurezas con el carbón activado y luego precipitando la sal neutra de
naproxeno con el ácido, continuando posteriormente con el mismo procedimiento
anterior para la obtención de los cristales.
Resultados:
Cuadro I: Pesos calculados en gramos de las pastillas “aleve” antes de
realizados los experimentos (1: iniciando con la acidificación, 2: Iniciando
con el disolvente en caliente) , además, pesos y porcentajes de recuperación
obtenidos de los cristales luego de realizados los experimentos
| |Pesos obtenidos en gramos |
| |Experimento 1: |Experimento 2: |
|Pastilla (etiqueta, componente activo: Naproxeno) c/u |0,220g |0,220g |
|Pastilla sin triturar c/u |0,33 g |0,33 g |
|Pastillas trituradas (por mortero) |0,61g |0,53 g |
|para la cristalización |(2 pastillas) |(2 pastillas) |
|Cristales obtenidos (naproxeno puro) |0,204 g |0,255 g |
|% de recuperación |46.36 % |57.95 % |
Punto de fusión de los cristales obtenidos:157- 158.4 ËšC
Cuadro II: Solubilidad del naproxeno impuro en diferentes disolventes orgánicos
en frío y en caliente.
|Disolvente |Estructura |Solubilidad en frío |Solubilidad en caliente |
|Acetona | |Insoluble |Insoluble |
|Agua destilada | |Parcialmente soluble |Parcialmente soluble |
|Isopropanol | |Parcialmente soluble |Parcialmente soluble |
|mezcla (isopropanol + agua destilada) | |Parcialmente soluble
|Totalmente soluble |
Cálculos:
% de recuperación= masa de los cristales puros x 100 (ecuación 1)
masa de los cristales impuros
% de recuperación para el experimento 1= 0.204 x 100 = 46.36%
0.44
% de recuperación para el experimento 2= 0.255 x 100= 57.95 %
0.44
Reacción:
Figura 1: estructura en 2D del naproxeno como sal sódica y como sal neutra a la
hora de aumentar o disminuir acidez.[2]
Discusión:
En el primer paso de el experimento (si se empieza acidificando), es importante
tomar en cuenta que el naproxeno se encuentra como una sal sodica que tiene una
tendencia básica, al agregar elácido, en este caso HCl concentrado, la sal pasa
a ser una sal neutra (figura 1), esta es la adecuada a utilizar para una
correcta cristalización de este compuesto, sea cual sea el paso por el que se
comience, en algún momento se debe acidificar la muestra para obtener lo antes
mencionado.
Teniendo la mezcla acidificada, se filtra al vacío, obteniendo como sólido, el
naproxeno como sal neutra que se utiliza a lo largo del experimento, la
filtración al vacío se realizó con el equipo en frío, esto se da ya que como su
nombre lo indica, en el equipo se crea un vacío con una bomba, esto disminuye
la presión dentro del sistema, termodinamicamente la presión es proporcional a
la temperatura, entonces, los los puntos de ebullición de los componentes
utilizados disminuyen cuando estos se encuentran dentro del equipo, si se
calentara el equipo podría darse la evaporación de algún o algunos componentes
y se perdería muestra, situación que no conviene en lo absoluto.[3]
La escogencia del disolvente es importante al realizar una cristalización, por
tanto se debe escoger el adecuado, este no debe solubilizar al sólido en frío
ya que si esto sucediera no existiría una adecuada filtración, ya que el
objetivo de esta es eliminar impurezas y para que esto suceda el sólido se debe
de lavar con el disolvente en frío y que cuando se caliente exista una
disociación completa del soluto en este, dejando como sólidos únicamente
aquellas impureza que son insolubles en dicho disolvente.
El hecho de que el disolvente no seainflamable o toxico, es recomendado por
precaución, ya que el experimento lo realizan personas que se podrían ver
perjudicadas por quemaduras al calentar el disolvente, si este
fuera inflamable, o intoxicaciones, en caso de que se inhalara o se consumiera
por equivocación.
Una mezcla de 50 % Isopropanol (figura 2)+ 50 % agua destilada (figura 3) fue
el disolvente elegido para realizar la cristalización, ya que cumple a
cabalidad con los requisitos que debe tener un disolvente, ambos son polares,
esto es lo adecuado para diluir el sólido a purificar (naproxeno) (figura 4),
además, el punto de ebullición de ambos componentes es de 52.4 ËšC y 100ËšC,
mientras que el punto de fusión del sólido en la literatura es de 153 ËšC[4]
esto es importante ya que a si no fuera así, al calentar la mezcla existiría la
posibilidad de que el sólido se fundiera y a la hora de enfriar, en vez de
formarse cristales se formaran aceites, ya que el sólido ya habría pasado al
estado líquido en algún momento del calentamiento, en caso de que esto
ocurriera, se debe agitar vigorosamente la mezcla y luego enfriar en baño de
hielo o agregar un poco más de disolvente e intentar lo anterior.
Figura 3: estructura en 3D de agua
Figura 2: esrtructura en 3D de isopropanol
Figura 4: Estructura en 3D de naproxeno como sal neutra
Habiendo escogido el disolvente adecuado, se solubilizó el sólido obtenido en
la primera filtración (al vacío) en él, luego se eliminaron las impurezas
solubles e insolubles, esto se logrómediante adición de carbón activado y otro
metodo de filtración.
La otra forma de filtrar es la que se realiza por gravedad, esta no necesita
bomba de vacío ni embudo de Hirsch, es más lenta pero también efectiva, esta se
realiza con el equipo caliente y se necesita que el papel filtro sea doblado en
forma de abanico para permitir el paso de aire hacia el embudo, al no disminuir
la presión, no disminuye la temperatura ni los puntos de ebullición, entonces
existiría la posibilidad de que al enfriarse la mezcla, se diera una
solidificación de alguno de sus componentes, en otras palabras, ocurra una
cristalización antes de lo debido y esto tampoco conviene ya que podría
cristalizar algún compuesto impuro.[5]
Como se mencionó anteriormente, para una eliminación de impurezas más efectiva
en la cristalización se agregó una pequeña cantidad de carbón activado antes de
filtrar por segunda vez (por gravedad), el carbón activado es un sólido que
contiene una área superficial muy grande, causado por una gran cantidad de
microporos que permiten absorber impurezas de la disolución, en esta parte del
experimento se filtró por gravedad en caliente, en el papel filtro quedaron las
impurezas, mientras que en el líquido filtrado es donde se formaron los
cristales, esto se logro al enfriarse lentamente el equipo y la mezcla.[6]
Dichos cristales tenían la apariencia de pelitos blancos, si esto no sucedía se
debía disminuir aún más la temperatura introduciendo el erlenmeyer en un baño
de hielo, este ultimo paso se realizó y alparecer, los cistales se engrosaban,
sin embargo, no fue así, por el contrario, los cristales formados se dejaron de
apreciar poco a poco, esto se debió a que posiblemente era innecesario
introducir el erlenmeyer en el baño de hielo, ya que esto solo se debía
realizar, si los cristales no se formaban a temperatura ambiente.
En este punto llegó la tercera filtración, en este caso de nuevo al vacío, esta
tenía como objetivo separar los cristales de naproxeno del disolvente que aún
contenía, como los cristales no se observaban tan claramente como al inicio, al
filtrar se produjo en el papel filtro, una capa plateada que luego de secar
bajo la lámpara fue removida obteniendo delgados cristales puros y
transparentes.
Las pastillas “aleve” utilizadas para este experimento tenian un peso de 220 mg
(0.220 g) cada una indicado en su respectiva etiqueta, experimentalmente, al
pesar cada pastilla (cuadro I) estas pesaban 0.33 g, esto se debe a que en la
pastilla se menciona el peso únicamente el componente activo de la misma, el
cual se compara con los gramos de los cristales obtenidos luego del experimento
para ver cual fue el porcentaje de recuperación (ecuación 1) luego de todos los
procesos realizados.
Las pastillas en general poseen varios componentes extra del ingrediente
activo, esto se da por varias razones, en ocasiones se le agregan componentes
que le ayudan al cuerpo a degradar más rápidamente el ingrediente activo y
causar un efecto a una mayor velocidad, por otro lado, algunos componentes
tienen la función de queel componente activo mantenga un efecto por más tiempo
en el consumidor y en otras ocasiones los componentes extra simplemente se
encargan de proteger al componente activo para que no se descomponga ni se
contamine antes de ser consumido.
El porcentaje de recuperación fue mayor en el experimento 2, esto no era de
esperar ya que en ellos se realizan básicamente los mismos pasos pero en
distinto orden, para el experimento 1, el porcentaje de recuperación de
naproxeno puro fue menor en más de 10% que en el experimento 2, a pesar de que
en el experimento uno se utilizo aproximadamente 0.10 g más de pastilla
triturada (cuadro I), esto quiere decir en el experimento 1 se perdió más
muestra de naproxeno.
En el experimento 1 el ácido se agrega como primer paso a la pastilla
triturada, hasta disolver y ahí se filtró al vacío obteniendo la sal neutra
como sólido, por otro lado en el experimento 2, el ácido se agrega luego de
haber disuelto la pastilla triturada en el disolvente, adicionado carbón
activado y filtrado al vacío, en este punto podría radicar la diferencia del
porcentaje de recuperación.
En el experimento 1 se realiza una filtración (al vacío) extra que no se
realiza en el experimento 2, se podría pensar que entre mas filtraciones se
realicen, mas se purificará el sólido, sin embargo, existe la posibilidad de
que la filtración al vacío sea demasiado fuerte para una cantidad tan pequeña
de sólido y entonces, parte del sólido puro traspasara el filtro por la fuerza
de la bomba o simplemente se quedará en lasorillas del embudo de hirsch[7] sin
ser posteriorente removido y utilizado, ahí se habría perdido parte de la
muestra pura, esta sería la razón de la mayor efectividad del experimento 2 en
comparación con el 1.
Conclusiones
Los experimento realizados dieron porcentajes de recuperación diferentes,
siendo más efectivo el experimento donde se utilizó un poco menos de cantidad
de pastillas trituradas, esto quiere decir que la cantidad de pastilla a
utilizar no es proporcional a la recuperación obtenida en porcentaje, lo cual
implica que no es necesario utilizar grandes cantidades de pastilla triturada
si se quiere mejorar el % de recuperación.
La filtración al vacío es más rápida pero no necesariamente más efectiva, un detalle importante es que siempre que lo que se
necesitaba conservar era el sólido entonces se utilizaba filtración al vacío,
mientras que cuando se necesitaba conservar el líquido se utilizaba la
filtración por gravedad.
Parte importante de la cristalización es el secado de los cristales, este
secado no fue tan efectivo ya que no quedaba mucho tiempo y había que pesar los
cristales de naproxeno obtenidos, en otras condiciones, se debe dejar más
tiempo los cristales a temperatura ambiente, ojala tapado, para que no absorba
agua del ambiente.
La escogencia del
disolvente se dio únicamente tomando en cuenta las pruebas de solubilidad, lo
ideal sería también tomar en cuenta toxicidades e inflamabilidad sobre todo, ya
que esto ayudaría a evitar desagradables sorpresas como quemaduras ointoxicaciones al inhalar
esta sustancia mientras evapora.
La práctica podría mejorar si se estableciera la misma cantidad de soluto a
purificar para todos ya que aunque en dos experimentos distintos se use la
misma cantidad de pastillas, a la hora de esta ser homogenizada se pierde
muestra y no se logra utilizar la misma cantidad en ambos, esto si podría
influir ya que según las etiquetas, el componente activo pesa cierta cantidad y
no se puede asegurar que lo que se pierda de muestra a la hora de homogenizar
sean impurezas o en este caso, naproxeno.
[1] Armaredo, W.; Chai, C. Purification of laboratory chemicals, 5 ed.
Butterworth Heinemann; USA,
2003. pp. 15
[2] Lamoreoux, G.; Pérez, A.; Artavia, G.; Cortés, C. Manual de laboratorio de
química orgánica I, 1 ed; San José, Costa Rica, 2012. pp. 72.
[3] Pavia, K.; Lampman,E.
Introduction to laboratory techniques, 1 ed. Harcut Brace and company; USA. 1998. pp
642,643.
[4] Lide, R. Handbook of chemistry and physics, 84 ed. CRC PRESS; New York, 2003. pp. 601, 790.
[5] Fieser, L.; Williamson, K. Organic Experiments, 7 ed. D.C. Heath and
company; Massachusetts.
1992. pp. 32.
[6] Furniss, S.; Hannaford, J.; Smith, G.; Tatchell, R. Vogel´s, textbook of
practical organic chemistry, 5 ed. Longman scientific and technical; New York.
1989. pp. 140-141.
[7] Galagovsky, L. Química orgánica Fundamentos teórico- prácticos para el
laboratorio, 5 ed. EUDEBA; Buenos
Aires. 1992. pp. 53
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
