Relazioni di Laboratorio di Preparazione, Estrazione e Sintesi di Farmaci

2011-2012

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FERRARA

CHIMICA E TECNOLOGIE FARMACEUTICHE

Relazioni di “Laboratorio di preparazione, estrazione e sintesi dei farmaci” Prof. Stefano Manfredini

Alessandro Malfatto N° di matricola: 083886 [email protected]

Microsoft Office 2010 ACD/Labs 6.0 Professional Alfa Aesar SciFinder ®

Esperienza n° 1

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 24/10/11

Separazione di una miscela di composti mediante estrazione. Obiettivo: Separare una miscela ternaria equiponderale, costituita da Acido Benzoico, 4-cloro-anilina e Bifenile, nei singoli componenti. Miscela: O Cl

OH H2N

Acido Benzoico

4-Cloro-Anilina

Bifenile

Reagenti: -

CH2Cl2 (DicloroMetano) Etere di Petrolio Acetato di Etile

-

Soluzione di Idrossido di Sodio 3 N Soluzione di Acido Cloridrico 3N Na2SO4 (Sodio Solfato Anidro)

Principio del metodo: Il metodo prevede l’estrazione dei differenti componenti noti della miscela sfruttando le loro caratteristiche chimico-fisiche, in particolare la loro diversa affinità per determinati solventi in opportune condizioni di pH o temperatura. - L’acido Benzoico, poco solubile in ambiente acquoso, può essere convertito nella sua forma ionizzata (polare) ad opera di una base, e quindi essere separato dalla matrice organica. - La 4-Cloro-Anilina (basica), è anch’essa estraibile dalla fase organica, rendendola più solubile nella fase acquosa abbassando il pH. - Il Bifenile, affine quasi esclusivamente alla fase organica verrà separato, dal solvente per evaporazione di quest’ultimo; in quanto il bifenile ha una temperatura di ebollizione pari a 256 °C, al contrario del diclorometano, molto più volatile, che bolle già a 40 °C Procedimento: Parte Prima: -

Prelevare esattamente circa 3 gr della miscela di partenza (→3,07 gr), e porli in una beuta contenente 50 mL di Diclorometano; Agitare fino a completa solubilizzazione; Eseguire una Cromatografia su strato sottile (TLC) di Verifica.

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24/10/11

Parte Seconda: -

-

TLC di Verifica

Preparare una camera cromatografica con una miscela eluente a base di Etere di Petrolio e Acetato di etile, rispettivamente nel rapporto 9:1 (4,5 mL + 0,5 mL); Effettuare una corsa cromatografica, verificando infine che il pattern

Cl

H2N

O

della lastrina da TLC evidenzi 3 macchie più o meno distinte → →

Parte Terza:

OH

Estrazione Dell’Acido Benzoico

- Versare la soluzione ottenuta nella “Parte Prima” in un imbuto Separatore; - Basificare aggiungendo 40 mL di NaOH 3N; - Agitare energicamente l’imbuto separatore, ricordandosi di sfiatare di tanto in tanto (il solvente è molto volatile). - Porre l’imbuto separatore su un sostegno, Rimuovere il tappo e lasciar Decantare attendendo la separazione delle due Fasi (L’acqua ha una densità inferiore al Diclorometano, pertanto starà sopra, mentre la fase organica sarà Sotto). - Aprire il rubinetto e raccogliere la Fase organica. - Ripetere il procedimento della “Parte Seconda” sulla matrice organica, verificando questa volta che vi siano solo 2 macchie (4-Cloro-Anilina + Bifenile). Nel caso vi fosse la terza macchia di Acido benzoico, valutare una ulteriore estrazione in imbuto separatore.

Parte Quarta: -

Eseguire la stessa procedura della “Parte Terza”; Al posto di Basificare occorre però Acidificare con 40 mL di HCl 3N Effettuare nuovamente una TLC di verifica sulla fase organica e verificare che vi sia la presenza di una sola macchia corrispondente al Bifenile; in caso contrario, valutare una ulteriore estrazione in imbuto separatore.

Parte Quinta: -

-

-

Estrazione della 4-Cloro-Anilina

Anidrificazione e Separazione del Bifenile

Bifenile

Eliminare eventuali tracce di Acqua presenti nella fase organica aggiungendo poco alla volta il Sodio Solfato anidro. Frammentare eventuali aggregazioni con una bacchetta di vetro e continuare ad aggiungere Na2SO4 fino a quando non smetterà di aggregarsi. (Aggiungere con moderazione, in quanto un eccesso, abbassa la resa dell’estrazione) Lasciar riposare per 15 minuti, quindi filtrare con Cotone Idrofilo in un imbuto a coda di rondine, facendo fluire la soluzione dentro un Pallone precedentemente pesato (→104,24 gr). Effettuare un’evaporazione sotto vuoto con il Rotavapor a una temperatura attorno ai 45 °C; Lasciar raffreddare il pallone; quindi pesarlo nuovamente (→105,13 gr).

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24/10/11

Identificazione e Purificazione: ACIDO BENZOICO – Precipitazione e Filtrazione: -

-

L’acido benzoico estratto precedentemente si trova al momento sotto forma di sale in un solvente acquoso. Per poterlo separare dalla matrice acquosa occorre riportarlo alla forma non ionizzata, acidificando la soluzione con HCl 20% fino a pH 3 (verifica tramite cartina tornasole). L’operazione va effettuata in un bagno di ghiaccio per ridurre la solubilità dell’acido benzoico in acqua. Filtrare velocemente sotto vuoto con un filtro di Gooch, e risciacquare con poca acqua gelata (10 mL). Porre il residuo in una capsula precedentemente tarata (→39,21 gr), quindi far essiccare in stufa per un’intera notte. Pesare quindi la capsula con il prodotto essicato (→39,86 gr) e calcolare la resa percentuale.. Verificare quindi la purezza dell’acido benzoico determinando il punto di fusione. (→117 – 123 °C)

4-CLORO-ANILINA – Precipitazione e Filtrazione: -

Preparare un bagno di ghiaccio in cui mettere la beuta con la 4-cloro-anilina in soluzione; Aggiungere NaOH 20% fino a pH 10 (verifica con cartina tornasole); Lasciare a riposo per una Notte Filtrare a vuoto con un filtro Gooch e risciacquare con 10 mL di acqua gelida. Recuperare il residuo su filtro e porlo su un vetrino da orologio precedentemente tarato (→39,42 gr). Lasciar asciugare per una notte sul bancone o in un essiccatore. Pesare quindi il vetrino (→40,28 gr) e calcolare la resa percentuale Verificare la purezza determinando il punto di fusione. (→ 66 – 70 °C)

BIFENILE: -

Determinare il punto di Fusione del Bifenile per valutarne la purezza (→62 – 67 °C).

Determinazione del Punto di Fusione di una Sostanza: -

-

Inserire la sostanza purificata di interesse nell’apposito apparecchio.. e accenderlo; Osservare il variare dello stato fisico della sostanza in esame; in particolare annotare la temperatura alla quale si osserva la prima goccia (punto di rugiada) e la temperatura alla quale tutta la massa cristallina è allo stato liquido. Fare la media dei 2 valori ottenuti e verificare che rientri nel range tabulato della sostanza pura.

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24/10/11

Dati Ottenuti:

Resa %:

Errore %:

Melting Point

Intervallo tabulato di riferimento

Acido Benzoico: - gr pesati: - gr teorici:

0,65 1,023

63,52 %

-36,48 %

120 °C

121 – 124 °C

4-Cloro-Anilina: - gr pesati: - gr teorici:

0,86 1,023

84,03 %

-15,97 %

68 °C

67 – 72 °C

0,89 1,023

86,97 %

-13,03 %

64,5 °C

69 – 72 °C

Bifenile: -

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gr pesati: gr teorici:

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24/10/11

Esperienza n° 2

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 25/10/11 Sintesi dell’ISONIAZIDE (INI).

Obiettivo: Formazione di un legame amidico tra isonicotinato di metile e idrazina per ottenere l’Isoniazide. Reazione riassuntiva: O

CH3

O

O

NH NH2

+

H2N

NH2

N

Isonicotinato di Metile

N

Idrazina

Isoniazide (INI)

Altri Reagenti:  EtOH 95°  Etere Etilico  Acetato di Etile

 Metanolo  Alcol Isopropilico

H3C

CH3 OH

Principio del metodo: La parte centrale dell’esperienza consiste nella formazione di un legame Amidico. Perché questa reazione avvenga è essenziale la presenza di due specie; un Nucleofilo e un Elettrofilo. In questo caso il Nucleofilo è l’Idrazina, mentre l’elettrofilo è costituito dal gruppo carbonilico dell’isonicotinato di metile. Quando l’Idrazina si accosta al gruppo carbonilico la coppia elettronica del suo HOMO inizia a interagire con il LUMO (π*) formando un nuovo legame σ; questo causa la rottura del legame π C=O e il trasferimento degli elettroni coinvolti nel legame sull’ossigeno elettronegativo. Si ha così la formazione di un intermedio tetraedrico instabile. La reazione può proseguire con l’espulsione dell’alcossido o tornando indietro. In questo caso tenderà maggiormente a progredire con l’espulsione dell’alcossido (–R-O-) in quanto questo gruppo uscente ha una pKaH di ≈16, mentre il gruppo (–NH2-) ha una pKaH di ≈35. Nella seconda parte dell’esperienza si attuerà una cristallizzazione; tecnica che permette una purificazione del soluto per merito della sua proprietà di variare la solubilità nel solvente a seconda della temperatura di questo.

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25/10/11

Procedimento: Parte Prima:

Reazione

Porre all’interno di un pallone da 100 mL 2 gr di isonicotinato di metile (→ 1,75 mL), 30 mL di EtOH e 2,2 gr (→ 2,2 mL) di Idrazina; Isonicotinato di Metile: Densità: 1,161 gr/mL

Idrazina: Densità: 1,161 gr/mL

Collegare il pallone a un refrigerante, e porre il tutto sopra un mantello riscaldante; L’intensità del riscaldamento deve essere tale che l’anello di riflusso si trovi tra un terzo e metà del refrigerante. Dal momento in cui la miscela bolle, lasciare a riflusso per un’ora. Parte Seconda:

TLC di Verifica

Dopo 50 minuti effettuare una prima Cromatografia su strato sottile (TLC) di Verifica: Preparare una camera cromatografica con una miscela eluente a base di Acetato di etile e Metanolo, rispettivamente nel rapporto 4:1 (4 mL + 1 mL); Effettuare una corsa cromatografica, verificando infine che il pattern della lastrina da TLC evidenzi la presenza di un prodotto di reazione; per farlo occorre confrontare il pattern della reazione con quello di uno dei 2 reagenti (es: Isonicotinato di Metile in Etere Etilico) → → Se risulta questo pattern significa che la reazione è avvenuta, in quanto la macchia dell’isonicotinato di metile (reagente limitante) è sparita e si vede solo la macchia della presunta Isoniazide. Parte Terza:

Evaporazione e Cristallizzazione Isonicotinato di metile

Far evaporare tutto l’Etanolo presente nel pallone con il rotavapor, impostandolo a una temperatura di almeno 78 °C; Porre il pallone sopra un imbuto riscaldante e collegarlo a un refrigerante.. quindi aggiungere a spipettate l’alcol isopropilico, fino a completa dissoluzione dell’isoniazide. Non aggiungerne oltre 7 mL; è importante che il soluto sia disciolto nella minima quantità necessaria di solvente. Lasciar raffreddare fino a temperatura ambiente, quindi porre in un bagno di ghiaccio; Il decremento della temperatura porterà alla formazione dei cristalli di isoniazide… (frizionare con una bacchetta di vetro le pareti esterne del pallone per favorire la cristallizzazione) Filtrare sottovuoto con un filtro Gooch, e risciacquare con 10-15 mL di Etere etilico. Recuperare il residuo sul filtro e porlo in una capsula preventivamente pesata (→ 45,45 gr). Mettere in stufa ad essiccare per una notte.. Il giorno seguente, ripesare la capsula (→ 47,31 gr), calcolare la resa percentuale ed il punto di fusione (→ 170 °C – 175 °C). Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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25/10/11

Reazione

Analisi dei Dati Ottenuti: La reazione è avvenuta in eccesso di Idrazina; di conseguenza il reagente limitante è l’isonicotinato di metile:  Isonicotinato di metile: PM: 137,136 gr/mol Gr: 1,75 mL · 1,161 gr/mL = 2,03 gr Moli: 2,03 gr / 137,136 gr/mol = 1,48·10-2 mol

Reagente Limitante

 Idrazina: PM: 32,045 gr/mol Moli: 2,2 gr / 32,045 gr/mol = 0,069 mol

Reagente in eccesso

 Isoniazide: PM:

137,139 gr/mol

Nel calcolo della resa% occorre quindi tenere conto solo dei grammi o moli di isonicotinato pesate.

Isonicotinato di metile: - mol pesate:

Resa %:

Melting Point:

91,64 %

172,5 °C

1,48·10-2

Isoniazide: - gr ottenuti: 1,86 - mol ottenute: 1,35·10-2

169 – 174 °C

Intervallo tabulato di riferimento

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25/10/11

Esperienza n° 3

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 26/10/11 Sintesi dell’Acido Acetil Salicilico .

Obiettivo: Sintesi, isolamento e purificazione dell’acido acetil salicilico, partendo da Anidride acetica e Acido Salicilico in ambiente fortemente acido. Reazione riassuntiva: H O

H3C

O

O

O

O

+

O

H2SO4 O

H

Δ

+ H3C

CH3

H3C

OH

O

CH3 HO

O

O

O +

O

-

CH3

HO

Acido Salicilico

Anidride Acetica

Acido Acetil Salicilico

Altri Reagenti: -

Etere di petrolio Acetato di Etile

-

Metanolo Etanolo 95%

-

Diclorometano FeCl3

Principio del metodo: La reazione per la sintesi dell’acido acetil salicilico consiste in una esterificazione. Questa reazione oltre a essere lenta, ha un equilibrio; per questo motivo avviene in un ambiente fortemente acido e a temperature superiori a quella ambientale. Queste condizioni favoriscono uno spostamento dell’equilibrio verso i prodotti e riducono i tempi di reazione. In particolare, l’ambiente acido aumenta l’elettrofilia del carbonile sull’anidride acetica, favorendo un attacco nucleofilo da parte dell’ossidrile in posizione 2 sul nucleo benzoico. Un altro fattore da tenere costantemente controllato è appunto la temperatura, che non deve superare i 60 °C. Questo perché l’acido salicilico contiene nella stessa molecola una funzione carbossilica HO acida e un ossdrile fenolico; ne consegue che in linea di principio, si possa dare origine a una O reazione di polimerizzazione, con la formazione di un poliestere dell’acido salicilico. Se la O temperatura viene mantenuta nella norma questo non dovrebbe accadere. O

HO OH

O O

HO

+ OH

O HO

O H

O

O

HO

O

+

O O

Nella seconda parte, l’aspirina ottenuta viene purificata per cristallizzazione; in questo caso si sfrutta il principio della diversa solubilità del principio attivo in O un altro solvente.

O

O

O

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HO

26/10/11

Procedimento: Parte 1: -

-

-

Porre all’interno di una beuta 10 gr di acido salicilico e 15 gr di anidride acetica (13,8 mL); Aggiungere 2-3 gcc di Acido Solforico concentrato e porre il tutto in un bagno riscaldante (sotto cappa); Mescolare continuamente la miscela con un termometro, e controllare con un termometro che la temperatura si mantenga costante a 60 °C per 20 minuti; questo per evitare fenomeni di polimerizzazione. Verificare il termine della reazione tramite una TLC, preparando la camera cromatografica con Etere di petrolio e acetato di etile in un rapporto pari a 7:3 (3,5 mL di etere di petrolio e 1,5 mL di acetato di etile). Per effettuare la TLC si preleva un’aliquota di prodotto di reazione e si addiziona al metanolo. Il confronto viene fatto con acido salicilico in metanolo. Sottoponendo la lastrina all’UV si dovrebbe ottenere la seguente situazione → Aggiungere quindi 50 mL di acqua distillata a freddo.. la soluzione dovrebbe diventare torbida. Acido A questo punto filtrare con gooch e risciacquare con 30 mL di acqua distillata Salicilico Reazione fredda… infine, recuperare il residuo sul filtro.

Parte 2: -

Purificazione e Cristallizzazione

Aggiungere al precipitato 20 mL di Etanolo al 95% e scaldare con un phon fino a completa dissoluzione. Aggiungere 75 mL di acqua calda e lasciar cristallizzare durante la notte. Il giorno seguente, filtrare sotto vuoto con gooch e risciacquare con 25 mL di acqua distillata fredda. Porre il residuo sul filtro in una capsula preventivamente tarata (→ 45,49 gr), e lasciar essiccare il tutto per una notte. Pesare quindi la capsula con il prodotto essiccato (→ 54,99 gr), calcolare la resa percentuale e verificare il punto di fusione (130 – 139 °C).

Analisi dei Dati Ottenuti: La reazione è avvenuta in eccesso di Anidride Acetica; di conseguenza il reagente limitante è l’Acido Salicilico:  Acido Salicilico: PM: 138,121 gr/mol Moli: 10 gr / 138,121 gr/mol = 7,23·10-2 mol

Reagente Limitante

 Anidride acetica: PM: 102,088 gr/mol Moli: 15 gr / 102,088 gr/mol = 0,147 mol

Reagente in eccesso

Nel calcolo della resa% occorre quindi tenere conto solo dei grammi o moli di acido salicilico pesate.

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26/10/11

Acido Salicilico: - moli pesate: 7,23·10-2 Aspirina: - gr ottenuti: 9,5 - moli ottenute: 5,27·10-2

Resa %:

Melting Point:

72,93 %

134,5 °C

134 – 136 °C Saggio dei Fenoli: Questo saggio va effettuato sulle acque madri e sul prodotto ottenuto per verificare l’eventuale presenza di acido salicilico. -

Intervallo tabulato di riferimento

Prelevare un po’ di campione e sciglierlo in 1 mL di CH2Cl2 Aggiungere quindi qualche goccia di FeCl3 Se la soluzione non assume alcun colore viola significa che non vi è la presenza di acido salicilico nel prodotto cristallizzato, e non occorre alcuna purificazione ulteriore Se si aggiunge l’FeCl3 a un’aliquota di acque madri, si dovrebbe evidenziare una colorazione viola, indice che è presente dell’acido salicilico che non ha reagito

Presenza di Polimeri: La presenza di polimeri si evidenzia durante la fase di cristallizzazione perché si ottiene una soluzione torbida che non diventa limpida con l’aggiunta di etanolo. Occorre in questo caso fare una filtrazione a vuoto con gooch.

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26/10/11

Esperienza n° 4

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 27/10/11 Saponificazione del Para-nitro-benzoato di Metile.

Obiettivo: Idrolisi del 4-nitrobenzoato di metile a 4-nitrobenzoato di sodio, processo definito “saponificazione”; con successiva acidificazione per ottenere il corrispondente acido 4nitrobenzoico. Reazione:

O O

N

O

O

N

O

O

O

O

O

N

O

N

NaOH

HCl

O

-

HO

O

O

-

CH3

O

HO HO

H3C

O

O

O

O

HO

N

-

HO

-

4-nitrobenzoato di Sodio

Metil 4nitrobenzoato

Acido 4nitrobenzoico

Altri Reagenti: -

NaOH in Perle HCl 20%

-

Etere Etilico Etere di Petrolio

-

Acetato d’etile Etanolo

Principio del metodo: L’esperienza prevede l’idrolisi di un Estere (il para-nitrobenzoato di Metile) ad Acido carbossilico (Acido Para-nitrobenzoico); il Tutto in ambiente fortemente Basico. Perché la reazione avvenga occorre scaldare. L’idrolisi di un Estere può avvenire sia in ambiente Acido che Basico; dal punto di vista del numero dei passaggi da eseguire sembrerebbe più conveniente usare un ambiente acido che potenzi l’elettrofilia del gruppo carbonilico dell’estere, per arrivare direttamente al prodotto finale. Ai fini pratici e della resa, risulta però migliore lavorare in un ambiente basico. Questo perché la basicità rende irreversibile la reazione, spostando verso destra tutto l’equilibrio; A questo punto si tratta solo di acidificare, per passare dalla forma ionica a quella anionica. Procedimento: Parte 1: -

Saponificazione

Pesare esattamente circa 1,33 gr di NaOH in Perle (→1,33 gr), 3 gr di p-nitrobenzoato di metile (→ 3,00 gr) e porli in un pallone da 250 mL insieme a 50 mL di H2O deionizzata. Porre il pallone in un Sistema Riscaldante refrigerante, e mantenerlo per 30 minuti dall’inizio dell’ebollizione. Porre nel frattempo 40 mL di HCl 20% (6M) in un bagno di ghiaccio

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-

-

Trascorsi i 30 minuti, effettuare una TLC di verifica sul prodotto. Miscela Eluente composta da Etere di petrolio e Acetato d’etile, rispettivamente nel rapporto 3:2. Il confronto va fatto con p-nitrobenzoato di metile sciolto in etere etilico. Nel caso la reazione non sia completamente avvenuta occorre portare a ebollizione per altri 30 minuti.

Parte 2: -

-

Procedere ponendo il bagno di ghiaccio con l’HCl 6M sopra una piastra agitante e P-nitrobenzoato Reazione di Metile aggiungendo un’ancoretta magnetica. Versarvi quindi il Prodotto della reazione e mantenere l’agitazione per 5 minuti. Verificare che il pH sia Acido con la cartina tornasole. Filtrare quindi con Gooch e lasciar asciugare a temperatura ambiente, quindi annotare il Valore (→4,31 gr) e calcolare la Resa.

Parte 3: -

Acidificazione

Cristallizzazione

Porre il prodotto ottenuto in un pallone e aggiungere 20 mL di Etanolo al 95%. Mettere il tutto in un sistema riscaldante refrigerante e mantenerlo fino a completa solubilizzazione del prodotto nell’alcol etilico. Rimuovere quindi il pallone e lasciarlo raffreddare fino a temperatura ambiente. A questo punto porlo in un bagno di ghiaccio per completare la cristallizzazione. Filtrare quindi con Gooch risciacquando con 15-20 mL di acqua deionizzata fredda. Porre il residuo sul filtro in una capsula precedentemente tarata, quindi lasciare in stufa per una notte (→39,23 gr). Pesare nuovamente la capsula (→41,70 gr), quindi determinare Resa e punto di fusione (228 – 250 °C).

Analisi Dati Ottenuti:

4-nitrobenzoato di Metile: (P.M. 181,15) - Gr pesati: 3,02 - moli pesate: 1,667·10-2 Acido 4-nitrobenzoico (umido): (P.M. 181,15) - gr ottenuti: 2,47 - moli ottenute: 1,478·10-2

Acido 4-nitrobenzoico: (Secco): (P.M. 181,15) - gr ottenuti: 2,47 - moli ottenute: 1,478·10-2

Resa %:

Melting Point:

154,70%

239 °C

88,66%

239 – 241 °C

Intervallo tabulato di riferimento

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03/05/10

Esperienza n°5

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 27/10/11 Estrazione Dell’Eugenolo dai chiodi di Garofano.

Obiettivo: Estrarre l’Eugenolo dai chiodi di garofano, usando 4 tecniche differenti; per poi valutare la più efficace o la più efficiente. EUGENOLO:

HO

H3C

H2C

O

PRIMO METODO – ESTRAZIONE SOLIDO LIQUIDO – CON DICLOROMETANO – CH2Cl2: Pesare esattamente circa 4 gr di chiodi di garofano (→ 4,05 gr), quindi polverizzarli in un mortaio; Versare la polvere così ottenuta in un pallone da 100 mL, aggiungervi 50 mL di diclorometano (Usarne una parte per il lavaggio del mortaio) e un’ancoretta magnetica. Preparare sotto cappa un bagno d’acqua e verificare che la temperatura rimanga costante a 50 °C tramite un termometro. Porvi all’interno il pallone e collegarlo a un refrigerante; quindi mantenere a bagno sotto agitazione per 15 minuti da quando la soluzione inizia a bollire. Successivamente rimuovere il pallone e lasciar raffreddare; quindi filtrare a vuoto con gooch addizionato di Celite. Eseguire una TLC di verifica sul filtrato. Miscela eluente costituita da Etere di Petrolio e Acetato di Etile rispettivamente nel rapporto 4:1. Il confronto va fatto con Eugenolo puro sciolto in Diclorometano. Versare il filtrato in un Pallone da 100 mL preventivamente tarato (→ 75,4 gr); quindi far evaporare il solvente al rotavapor. Successivamente pesare nuovamente il pallone (→ 76,16 gr), per determinare resa Eugenolo Eugenolo e recupero percentuale. Puro Estratto SECONDO METODO – ESTRAZIONE SOLIDO LIQUIDO – CON ETERE ETILICO: Pesare esattamente circa 4 gr di chiodi di garofano (→ 4,02 gr), quindi polverizzarli in un mortaio; Versare la polvere ottenuta in un pallone da 100 mL e aggiungervi 50 mL di Etere Etilico e un’ancoretta magnetica.. Preparare sotto cappa un bagno d’acqua, verificando con un termometro che la temperatura raggiunga e rimanga costante a 40 °C. Porvi all’interno il pallone e collegarlo al refrigerante; quindi mantenere a bagnomaria sotto agitazione per 15 minuti da quando la soluzione inizia a bollire. Trascorso il tempo, rimuovere il pallone e lasciar raffreddare sul banco; quindi filtrare sotto vuoto con gooch e celite. Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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27/10/11

Eseguire una TLC sul filtrato per verificare l’avvenuta estrazione dell’eugenolo. La miscela eluente costituita è da Etere di Petrolio e Acetato di Etile rispettivamente nel rapporto 4:1. Il confronto va fatto con Eugenolo puro sciolto in Diclorometano. Versare il filtrato in un Pallone da 100 mL preventivamente tarato (→ 100,62 gr); quindi far evaporare il solvente al rotavapor. Successivamente pesare nuovamente il pallone (→ 101,40 gr), per determinare resa e recupero percentuale. TERZO METODO – ESTRAZIONE SOLIDO LIQUIDO CON CLORURO DI METILENE E SUCCESSIVA PURIFICAZIONE:

Eugenolo Puro

Pesare esattamente circa 4 gr di chiodi di garofano (→ 4,07 gr), quindi polverizzarli in un mortaio; Versare la polvere ottenuta in un pallone da 100 mL e aggiungervi 50 mL di Diclorometano. Preparare sotto cappa un bagno d’acqua, verificando con un termometro che la temperatura raggiunga e rimanga costante a 50 °C. Porvi all’interno il pallone e collegarlo al refrigerante; quindi mantenere a bagnomaria sotto agitazione per 15 minuti da quando la soluzione inizia a bollire. Trascorso il tempo, rimuovere il pallone e lasciar raffreddare sul banco; quindi filtrare sotto vuoto con gooch e celite. Eseguire una TLC sul filtrato per verificare l’avvenuta estrazione dell’eugenolo. La miscela eluente costituita è da Etere di Petrolio e Acetato di Etile rispettivamente nel rapporto 4:1. Il confronto va fatto con Eugenolo puro sciolto in Diclorometano. Versare il filtrato in un imbuto separatore e aggiungervi 20 mL di NaOH al 5%; agitare energicamente lasciar decantare e recuperare la fase acquosa (surnatante) Aggiungere alla fase organica altri 20 mL di NaOH al 5%, agitare energicamente e recuperare la fase acquosa (all’interno della quale si è solubilizzato l’eugenolo salificato) Riunire le fasi acquose recuperate e acidificare con HCl 10% fino a pH acido. Versare la soluzione in un imbuto separatore e procedere con due estrazioni con 40 mL di diclorometano. (in caso di formazione di un’emulsione, aggiungere del Brine) Eliminare eventuali tracce di acqua aggiungendo sodio solfato anidro.. quindi filtrare su cotone idrofilo dentro un pallone da 100 mL precedentemente tarato (→65,55 gr); Far evaporare il solvente al rotavapor, quindi pesare nuovamente il pallone (→ 66,14 gr) e determinare resa e recupero percentuale. QUARTO METODO – DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI VAPORE: Pesare esattamente circa 8,5 gr di chiodi di garofano (→ 8,55 gr) e polverizzarli in un mortaio; Versare la polvere ottenuta in un pallone da 250 mL e aggiungervi 100 mL di acqua distillata… Collegare il pallone a un sistema di distillazione in corrente di vapore.. (Per riscaldare si usa un mantello riscaldante) Procedere fino a ottenere circa 80 mL di distillato all’interno del pallone di raccolta da 100 mL.. Raffreddare quindi in un Bagno di ghiaccio. Eseguire 3 Estrazioni in imbuto separatore con 30 mL di Etere Etilico; Riunire infine le fasi organiche, anidrificare con Sodio solfato Anidro e filtrare su cotone idrofilo all’interno di un pallone precedentemente tarato (→142,76 gr). Far evaporare il solvente al rotavapor, quindi pesare nuovamente il pallone (→ 143,71 gr) e determinare resa e recupero percentuale. Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Eugenolo Estratto

Acqua CH2CL2

Analisi dei Dati Ottenuti: Il contenuto medio di olio essenziale estratto dalle varie qualità di chiodi di garofano in commercio ammonta al 17-22% p/p. Di questo, il 72-90% p/p è Eugenolo. Ne consegue che il contenuto medio di Eugenolo nei chiodi di garofano è circa il 15,6% p/p . E’ possibile quindi calcolare approssimativamente i grammi teorici di Eugenolo (E.) che si sarebbero potuti estrarre da una quantità “x” di chiodi di garofano (c.g.) impostando la proporzione → 15.6 : 100 = x : gr c.g. pesati

 Primo Metodo – CH2Cl2: - Gr c.g. pesati: 4,05 gr - Gr E. teorici: 0,63 gr - Gr E. estratti: 0,76 gr  Secondo Metodo – Et2O: - Gr c.g. pesati: 4,02 gr - Gr E. teorici: 0,63 gr - Gr E. estratti: 0,78 gr  Terzo Metodo – CH2Cl2 + Purificazione: - Gr c.g. pesati: 4,07 gr - Gr E. teorici: 0,63 gr - Gr E. estratti: 0,59 gr  Quarto Metodo – Distillazione: - Gr c.g. pesati: 8,55 gr - Gr E. teorici: 1,33 gr - Gr E. estratti: 0,95 gr

Resa %

Recupero %

120 %

18,76 %

123 %

19,4 %

93,65 %

14,49 %

71,42 %

11,11 %

Analisi delle percentuali: Il Diclorometano e l’Etere Etilico sono ottimi solventi, in grado di estrarre un’elevata quantità di olio essenziale. Una resa del 120% associata a un recupero del 18,76% suggerisce che il Diclorometano abbia estratto tutto l’olio essenziale composto da Eugenolo e altre sostanze come EugenilAcetato e Cariofillene ecc… Lo stesso vale per l’Etere etilico. Questi solventi sono relativamente economici e sono particolarmente adatti per un’estrazione a basso costo di un prodotto che non richiede un elevato grado di purezza. Il terzo metodo prevede sempre l’utilizzo di diclorometano; l’estrazione è però seguita da un processo di purificazione.. In questo modo si limita l’estrazione di tutte quelle sostanze poco solubili in acqua e/o che non possono essere salificate con una base. I valori di resa (93,65%) e di recupero (14,49%) ottenuti, sono molto simili a quelli tabulati. Questo metodo permette quindi un’esaustiva estrazione più selettiva di Eugenolo  Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Il Quarto metodo prevede l’estrazione di Eugenolo per distillazione in corrente di vapore. I valori di % ottenuti suggeriscono che Tutto l’Eugenolo sia stato estratto e che si sia ottenuto un ottimo grado di purezza. Questo però a scapito della resa → del 71,42%. C’è però da dire che l’acqua è un solvente decisamente economico.. e che il processo può essere eseguito industrialmente in continuo… Occorre quindi valutare bene quale sia (tra le ultime due) la metodologia complessivamente più remunerativa :P

Analisi della TLC: Questa affianco, è una lastrina da TLC sviluppata con Permanganato di Potassio (KMnO4). A differenza di quanto si poteva presumere analizzando e confrontando le percentuali ottenute di resa e recupero, si può notare come il terzo metodo (Diclorometano + Purificazione) non impedisca a una buona percentuale di sostanze di arrivare nel prodotto finale. L’estrazione in Corrente di Vapore sembra essere quindi il sistema Migliore per ottenere a basso costo e con poche risorse un’elevata percentuale di Eugenolo Puro  Se invece si preferisce ottenere un buon recupero % di un prodotto, a seconda dei punti di vista, di minore qualità.. Si può ricorrere alla semplice estrazione con solvente (Diclorometano→Metodo 1 o Etere Etilico→ Metodo 2). Il terzo metodo, che apparentemente era il più promettente, si è rivelato invece essere il meno efficace ed efficiente… (…sempre supponendo che la TLC non sia stata falsata da errori nella preparazione…)

Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Esperienza n° 6

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 28/10/11 Estrazione del Limonene dalle Bucce d’arancia. Obiettivo: Estrarre il Limonene dalla buccia di 4 arance.

Limonene:

CH2 H3C CH3

Reagenti: -

Etere Etilico

-

Acqua :P

Principio del metodo: Il limonene è una molecola che presenta un solo centro chirale e pertanto può essere caratterizzata per il suo potere ottico rotatorio. Per estrarre il limonene dalla matrice naturale (la buccia d’arancia) si esegue una distillazione in corrente di vapore. Questo tipo di distillazione è molto sfruttato quando si ha a che fare con sostanze termolabili che si degradano a temperature prossime al loro punto di ebollizione. L’aggiunta di acqua permette di abbassare la temperatura di ebollizione delle sostanze organiche permettendo la loro distillazione. Il prodotto ottenuto alla fine della distillazione sarà sostanzialmente una miscela di acqua e limonene. Quest’ultimo potrà essere separato facilmente dalla fase acquosa mediante estrazione con un solvente in cui è più solubile (Es: Etere Etilico). Procedimento: Tagliare a pezzetti la buccia di 3 arance, e porle in un pallone da 1000 mL preventivamente pesato (→ 287,16 gr)… Annotare quindi il peso del pallone con le bucce di arancia (→ 463,48 gr), Aggiungere quindi 300 mL di acqua distillata al pallone e collegarlo al sistema di distillazione in corrente di vapore. Il Pallone di raccolta da 100 mL va immerso in un bagno di ghiaccio; il termometro va posizionato con il bulbo appena al di sotto del braccio di distillazione. Distillare quindi per 1 h. Al termine, prelevare il pallone di raccolta e versarne il contenuto all’interno di un imbuto separatore.. Procedere quindi con 3 estrazioni con 30 mL di etere etilico. Riunire le fasi organiche e anidrificare con Sodio solfato anidro per eliminare eventuali tracce di acqua. Filtrare con cotone idrofilo, attraverso un imbuto a coda di Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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rondine, in un pallone da 100 mL preventivamente tarato (→ 79,88 gr). Allontanare quindi il solvente per evaporazione sottovuoto mediante l’uso del Rotavapor (senza scaldare) Pesare quindi il pallone (→ 81,49 gr) e determinare resa e recupero % Determinazione del potere ottico Rotatorio: Essendo una molecola chirale, il limonene è una molecola otticamente attiva in grado di ruotare il piano di vibrazione della luce polarizzata.. Si procede aggiungendo una goccia del prodotto finale (→ 0,0142 gr) in un matraccino da 2 mL tarato con una bilancia analitica. Portare quindi a volume con etanolo da spettroscopia e infine.. Analizzare il campione al polarimetro, annotando i tre valori forniti dallo strumento e facendo la media (→ 0,6996) Analisi dei Dati Ottenuti: Nella buccia d’arancia è presente circa 1-2,5% di olio essenziale. Di questo, più del 90% è costituito da limonene. Possiamo quindi dire che approssimativamente per 100 gr di buccia d’arancia 1,66 gr sono di limonene (L.) . E’ possibile allora impostare la proporzione: 1,66 : 100 = x : gr buccia pesata .

-

Buccia Pesata: 175,84 gr Gr di L. Teorici: 2,92 gr Gr di L. Estratti: 1,61 gr

Resa %

Recupero %

Grado di Purezza

55,13 %

0,91 %

87,19 %

Calcolo del potere ottico rotatorio α:

 α letto: è la media dei 3 valori forniti dallo strumento → 0,6996  c: è la concentrazione espressa in gr su 100 mL →  l: è la lunghezza del cammino ottico.. ed è pari a 1  α limonene puro: 113°

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28/10/11

Esperienza n° 7

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 02/11/11 Sintesi della Fenacetina.

Obiettivo: Sintesi del paracetamolo tramite N-acetilazione del para-aminofenolo; per poi proseguire con la sintesi della fenacetina tramite la reazione di sintesi degli eteri di Williamson. Reazioni Riassuntive:

O

O

H2O

HO

+

O

-

O

CH3 H3C

O

O

-

CH3

CH3 O

O

+

NH

H3C

H

O NH

O

NH

H H3C

O

CH3

H2O

H3O

NH2

HO

para-amino fenolo

+

H3C

HO

O

+

OH2

-

HO

Anidride Acetica

Paracetamolo Reazione 1

H3C

OH Etanolo

+

Na

H3C

Sodio Metallico

O

-

+

Na

Etilato sodico Reazione 2

O

O CH3

O CH3

HN

CH3

HN

HN

+

+

+ O

H

+

O

CH3 -

+

-

+

CH3 H3C

Paracetamolo

CH3 HO

O

Na

+

O Na

-

Na Br

Br

BromoEtile

Etilato sodico

Fenacetina

Reazione 3

Altri Reagenti: -

Acetato di Etile Etere di petrolio

-

Metanolo HCl 10%

-

Etanolo

Principio del metodo: La prima reazione consiste in un’acetilazione del gruppo aminico del para-amino-fenolo. Per evitare la formazione di prodotti secondari non voluti occorre aggiungere l’acqua prima dell’anidride acetica. In questo modo l’azoto fa un attacco nucleofilo su un carbonile dell’anidride acetica, e viene espulso un acetato come gruppo uscente (l’acetato ha una pKa inferiore dell’amina).

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02/11/11

Nella seconda parte dell’esperienza si sintetizzerà la fenacetina tramite reazione di Williamson. Questa reazione consiste nella sintesi di un’etere partendo da un Alcol e un alogenuro alchilico. Per fare in modo che l’alcol possa attaccare nucleofilicamente l’alogenuro alchilico occorre aumentare la sua nucleofilia strappandogli un protone e trasformandolo nel relativo alcossido. Per poter strappare quel protone occorre lavorare in un ambiente fortemente basico; condizione ottenuta aggiungendo l’etilato sodico prodotto sul momento tramite la reazione tra Sodio metallico e alcol etilico. Perché la reazione sia priva di rischi, occorre necessariamente lavorare con solventi anidri. Da notare che in questa reazione viene usato un alcossido per strappare un protone al paracetamolo e generare così un altro alcossido. Per evitare quindi che si abbia la formazione di prodotti non voluti, occorre lavorare in condizioni stechiometriche di etilato CH3 CH3 sodico o in eccesso di BromoEtano (l’alogenuro + O Na alchilico); inoltre conviene aggiungere l’etilato + Na Br O + sodico PRIMA del bromo etano. Questo perché l’etilato sodico può reagire esso stesso con CH3 H3C Br l’alogenuro alchilico per dare la reazione SN2→ Procedimento: Parte 1: -

-

-

-

Sintesi del Paracetamolo

Pesare 11 grammi di para-amino-fenolo (→ 11,11 gr) e inserirli in un pallone da 250 mL. Aggiungere quindi 30 mL di H2O deionizzata e 12 mL di anidride acetica. Porre il pallone in un sistema riscaldante refrigerante e lasciare a riflusso fino a completa dissoluzione del para-amino-fenolo. A questo punto lasciar raffreddare per 20 minuti. Effettuare una TLC per verificare l’avvenuta reazione. Miscela eluente composta da Acetato di etile ed etere di petrolio in rapporto 7:3 (3,5 mL di acetato di etile + 1,5 mL di Etere di petrolio). Il campione della reazione va confrontato con para-amino-fenolo in metanolo. Nel caso la reazione non fosse completata, riscaldare per altri 10 min ed eseguire nuovamente la TLC. Lasciar raffreddare gradualmente a temperatura ambiente, quindi portare Para-aminoReazione in bagno di ghiaccio. Il paracetamolo inizierà cristallizzare. fenolo Filtrare sottovuoto con gooch utilizzando 25 mL di H2O fredda per il lavaggio. Effettuare una TLC di verifica sul residuo ottenuto. Stessa miscela eluente in rapporto 7:3. Sciogliere alcuni cristalli di paracetamolo in metanolo e confrontarli con il para-amino-fenolo sottoposto a stesso trattamento. Versare il paracetamolo ottenuto in una capsula preventivamente tarata (→ 39,23 gr) ; quindi porre in stufa a essiccare per una notte. Pesare quindi il vetrino con il prodotto essiccato (→ 49,14 gr), quindi calcolare la resa percentuale e verificarne la purezza ricavando il punto di fusione (→ 163 - 173 °C). Para-aminofenolo

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Reazione

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Analisi dei Dati Ottenuti: La reazione è avvenuta in eccesso di Anidride Acetica; di conseguenza il reagente limitante è l’Acido Salicilico:  Para-amino-fenolo: PM: 109,03 gr/mol Moli: 11,11 gr / 109,03 gr/mol = 0,1019 mol

Reagente Limitante

 Anidride acetica: PM: 102,088 gr/mol Gr: 12 mL · 1,082 gr/mL = 12,98 gr Moli: 12,98 gr / 102,088 gr/mol = 0,127 mol

Reagente in eccesso

Nel calcolo della resa% occorre quindi tenere conto solo dei grammi di acido salicilico pesati Resa %:

Melting Point:

64,33%

168 °C

Para-amino-fenolo: - moli pesate: 0,1019 mol Paracetamolo: - gr ottenuti: 9,91 gr - moli ottenute: 0,0655 gr

168 – 172 °C Parte 2: -

-

-

Preparazione dell’etilato sodico.

Sotto cappa, preparare un pallone da 250 mL a 3 colli inserendovi all’interno un’ancoretta magnetica. Porlo sopra una piastra Intervallo tabulato di riferimento agitante e collegarlo a un sistema refrigerante con valvola a CaCl2 per aumentare le condizioni di anidricità. Aggiungere quindi da un collo laterale 50 mL di Etanolo Assoluto. In un beker da 100 mL contenente etere di petrolio aggiungere velocemente il sodio metallico (1,52 gr per 10 gr di Paracetamolo ottenuti), quindi spezzettarlo con le forbici. Con l’ausilio di una pinzetta mettere i pezzetti di sodio metallico nel pallone tramite un collo laterale. Accendere quindi la piastra agitante e attendere che tutto il sodio reagisca. Quando tutto il sodio è passato in soluzione portare in un bagno di ghiaccio e aggiungere rapidamente il paracetamolo precedentemente ottenuto (→ 9,83 gr) . Aggiungere quindi 7,5 mL di EtBr da un collo laterale. Sostituire la piastra agitante con un mantello riscaldante e accenderlo. Dal momento in cui si raggiunge l’ebollizione, lasciare a riflusso per un’ora Effettuare quindi una TLC di Verifica per valutare la fine della reazione.

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Parte 3: -

-

Miscela eluente composta da Acetato di Etile ed etere di petrolio in rapporto 8:2 (6mL + 1,5 mL) In una provetta versare 0,5 mL di prodotto di reazione, 0,5 mL di HCl 10% e 1 mL di Acetato di Etile; quindi lasciar decantare fino a separazione delle 2 fasi (organica in alto); Prelevare la fase organica e preparare la lastra cromatografica, confrontando il campione con paracetamolo in Etanolo. Verificare quindi che la reazione sia avvenuta. In caso contrario, aggiungere altri 3-4 mL di EtBr quindi porre nuovamente a riflusso.

Parte 4: -

-

TLC di Verifica

Paracetamolo Fenacetina

Precipitazione e Cristallizzazione

Il pallone a 3 colli a questo punto contiene Fenacetina in Etanolo assoluto e l’NaBr Precipitato (vedi reazione 3). Aggiungere 10 mL di Acqua deionizzata e mescolare bene… (l’NaBr passerà in soluzione, mentre la fenacetina insolubile in acqua precipiterà). Porre il pallone in un bagno di ghiaccio per completare la precipitazione. Recuperare il precipitato tramite filtrazione con gooch. Porre il precipitato isolato in una beuta e aggiungere 40 mL di Etanolo al 95%; Scaldare con il Phon fino a completa dissoluzione; quindi aggiungere 120 mL di acqua calda. Se si notasse un intorbidimento al versamento dell’acqua occorre riscaldare di nuovo per portare tutto in soluzione.. Lasciare quindi a riposo per una notte. Il giorno seguente, porre la beuta in un bagno di ghiaccio per completare la cristallizzazione; Effettuare una filtrazione con gooch (tenendo da parte le acque madri per un eventuale recupero) I cristalli recuperati sul filtro vanno posti su una capsula preventivamente tarata (→ 67,80 gr), quindi a essiccare in stufa per una notte. Il giorno seguente pesare la capsula (→ 77,06 gr) e determinare la resa percentuale e il punto di fusione della Fenacetina (→ 136 – 140 °C).

Analisi dei dati ottenuti: Paracetamolo: - PM: 151,17 u - gr pesati: 9,83 gr - moli pesate: 0,0650 mol

Resa %:

79,38%

Fenacetina:

Melting Point:

138 °C

- PM: 179,22 u - gr ottenuti: 9,26 gr - moli ottenute: 0,0516 mol

134 – 137 °C

Intervallo tabulato di riferimento Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Esperienza n° 8

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 28/10/11

Riduzione del Para-nitro-benzoato di Metile ad Alcol p-nitro benzilico. Obiettivo: Ridurre chemo-selettivamente il gruppo estereo del Para-nitro-benzoato di metile ad alcol primario utilizzando come sistema riducente NaBH4-Metanolo. Reazione:

O

CH3 O

OH

NaBH4 MeOH

O

-

THF 65 °C 15-60 min

+

N

O

O

-

+

N

O

p-nitrobezoato di metile

Alcol p-nitro benzilico

Reagenti: -

NaBH4 Metanolo

-

HCl 2 M THF

-

Acetato d’etile Etanolo

Principio del metodo: In linea generale, le reazioni di riduzione effettuate con Sodio Boro Idruro sono sicure, poco costose e possono essere eseguite in condizioni di pressione e temperatura ambientali. Il Sodio Boro Idruro viene generalmente impiegato nella riduzione di Aldeidi e Chetoni o di altri gruppi funzionali; ma non è certo comune il suo impiego nella riduzione di esteri (come in questo caso). In condizioni normali infatti i derivati degli acidi carbossilici non possono essere ridotti con questo agente riducente.. Ad ogni modo, possono essere impiegati degli additivi che aumentino l’attività del NaBH4. In letteratura possono essere trovati vari esempi, come l’aggiunta di iodio al sodio boro idruro in tetraidrofurano che porta alla formazione di H3B–THF → attivo nei confronti degli esteri.. In questo caso utilizzeremo invece un sistema NaBH4–MeOH per ridurre un estere benzilico nel corrispondente alcol 

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Procedimento: Pesare esattamente circa 3 gr di p-nitrobenzoato di metile (→3,00 gr) e metterli all’interno di un pallone a 2 colli da 250 mL insieme a 40 mL di THF e a un’ancoretta magnetica. Dopo aver posto il sistema sotto forte agitazione, aggiungere in piccole porzioni 2,5 gr di NaBH4 (le moli di composto da ridurre e quelle del riducente devono essere in rapporto 1:4) A questo punto, collegare il pallone a un refrigerante e a un imbuto gocciolatore contenente 40 mL di metanolo; Riscaldare quindi con un mantello riscaldante fino a ebollizione della miscela (65 °C) e lasciare a riflusso per 15 minuti. Al termine, rimuovere il mantello e lasciar raffreddare la miscela mantenendola sotto agitazione.

P-nitrobenzoato diMetile

Aggiungere quindi goccia a goccia, attraverso l’imbuto gocciolatore, 40 mL di metanolo e lasciar reagire per circa un’ora. Al termine, verificare l’avvenuta reazione attraverso una TLC usando come miscela eluente: Etere di petrolio e Acetato di Etile rispettivamente nel rapporto 3:2. Il confronto va fatto con p-nitro-benzoato di metile sciolto in THF o metanolo. Porre il pallone in un bagno di ghiaccio e, mantenendo il sistema in agitazione, aggiungere 25 mL di HCl al 5% (2M). Verificare che il pH sia acido (3-4) attraverso una cartina tornasole. In caso Alcol p-nitro contrario, aggiungere poca acqua o 1-2 spipettate di HCl 10%.. In questo modo, benzilico neutralizziamo ed eliminiamo eventuali borati e gli idrossidi.. E l’alcossido (p-nitrofenil metanolato di sodio) viene protonato a ottenere il corrispettivo alcol. A questo punto la soluzione può essere concentrata al rotavapor per rimuovere la fase organica volatile (THF e metanolo)… Arrestare il processo alla formazione della condensa di acqua sul collo del pallone.. L’alcol p-nitro benzilico può essere quindi estratto dalla fase acquosa effettuando tre estrazioni con 15 mL di Acetato di etile in imbuto separatore. Riunire le fasi organiche, anidrificare con sodio solfato anidro e filtrare con cotone idrofilo.. quindi eliminare tutta la fase organica al rotavapor → Si ottiene un precipitato grezzo di colore giallino.. Solubilizzare il precipitato in 10 mL di Etanolo 95% e successivamente aggiungere 50 mL di acqua calda. Portare a ebollizione e lasciar raffreddare; la ricristallizzazione è facilitata ponendo il pallone di reazione in un bagno di ghiaccio e sfregando le pareti interne con una bacchetta di vetro. Recuperare i cristalli ottenuti filtrando sotto vuoto con gooch e lavando con pochi mL di acqua fredda. Recuperare i cristalli ponendoli su una capsula preventivamente tarata (→ 67,80 gr); quindi lasciarli essiccare in stufa per una notte. Pesare nuovamente la capsula (→ 68,92 gr) e determinare resa e punto di fusione (→ 84 – 87 °C).

Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Dati Ottenuti:

p-nitrobenzoato di metile: - gr pesati: - moli pesate:

Resa %:

Melting Point:

44,16%

85.5 °C

(P.M. 181,14)

3,00 -2 1,656·10

alcol p-nitro benzilico: (P.M. 153,13) - gr ottenuti: 1,12 - moli ottenute: 7,314·10-3

86 – 88 °C

Intervallo tabulato di riferimento

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Esperienza n° 9

Anno: 2011/2012 Data esperienza: 07/11/11

Riduzione con Bakers’ Yeast e Purificazione su Colonna cromatografica . Obiettivo: Riduzione asimmetrica di un β -chetoestere (Acetoacetato di Etile) utilizzando come agente riducente gli enzimi prodotti dal comune lievito di birra e successiva purificazione del prodotto ottenuto attraverso una colonna cromatografica. Reazione riassuntiva:

O

O

OH

Bakers' Yeast H3C

O

O

OH

H O

CH3

H3C

Aceto Acetato di Etile

CH3

+

O

H O

CH3

H3C

Etil (3S)-3-Idrossibutanoato

Etil (3R)-3-Idrossibutanoato

93 %

7%

Altri Reagenti: -

Zucchero

-

Etere Etilico

-

Etere di Petrolio

Principio del metodo: Gli alcoli e gli idrossiesteri con un centro chirale possono essere utili intermedi nella produzione di svariate sostanze chimiche. Essendo la separazione dei racemi alcolici piuttosto complessa, l’idrogenazione enantioselettiva dei corrispettivi chetoni costituisce una via interessante nella sintesi di determinati enantiomeri puri. Per questo tipo di reazione possono essere utilizzati sia catalizzatori chimici opportunamente trattati che bio-catalizzatori.. In questo caso si sfruttano i secondi; gli enzimi prodotti dal lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae). Questa riduzione è particolarmente vantaggiosa, sia perché si esegue a temperature relativamente basse e in assenza di Idrogeno sotto pressione.. sia dal punto di vista economico e ambientale. Al sistema di reazione viene inoltre aggiunto dello zucchero.. utilizzato generalmente come fonte di Idrogeno e Carbonio e come donatore di elettroni nella rigenerazione dei cofattori del lievito di birra. 3-idrossibutanoato di Etile Silice

Acetoacetato di Etile

Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

Il β-idrossiestere ottenuto dalla reazione viene successivamente separato dal reattivo di partenza (non ridotto) attraverso una cromatografia su colonna con gel di silice come fase stazionaria. La separazione si basa sulla diversa affinità delle due molecole per la fase eluente (apolare) e la fase stazionaria (polare). In particolare, l’acetoacetato di etile (reagente) è meno polare del 3idrossi-butanoato di etile (prodotto); di conseguenza sarà il primo a uscire dalla colonna cromatografica. Pagina 1

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Procedimento: Parte 1 – Riduzione: -

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A un Pallone da 1 L aggiungere 400 mL di Acqua di rubinetto, 60 gr di Zucchero, 40 gr di lievito e un’ancoretta magnetica; Preparare un bagnomaria sopra una piastra riscaldante e immergervi il pallone. Verificare con un termometro che la temperatura raggiunga e non superi i 30-35 °C quindi mantenere agitata la soluzione per almeno 1 ora. Estrarre il pallone dal bagnomaria e sempre sotto agitazione aggiungere 4 mL di Acetoacetato di Etile; quindi lasciar fermentare a temperatura ambiente per 24 h.

Parte 2 – TLC di Verifica: -

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Trascorse le 24 ore, sospendere l’agitazione, prelevare con una pipetta alcuni mL della sospensione ottenuta e versarli in una provetta da saggio; Aggiungere quindi alcuni mL di Etere Etilico per estrarre il prodotto di reazione nella fase organica ed analizzare quest’ultima su TLC preparando la camera cromatografica con Etere di Petrolio ed Etere Etilico in rapporto 1:1. Essendo il prodotto poco rilevabile è opportuno caricare la lastrina da TLC 3-4 volte; Come confronto usare Acetoacetato di etile in Etere Etilico. La lastrina da TLC va quindi sviluppata con KMnO4 e scaldando a lungo con un phon. Se la reazione è avvenuta si dovrebbe ottenere una lastrina come questa ↗

Acetoacetato 3-idrossibutanoato di di Etile Etile

Parte 3 – Estrazione: Il 3-idrossi-butanoato di Etile in fase acquosa va a questo punto separato dalla sospensione di lievito mediante filtrazione. Il lievito ha una consistenza abbastanza gelatinosa e andrà a costituire sul filtro una torta che tenderà a impaccarsi riducendo notevolmente la portata della filtrazione. Per evitare ciò occorre addizionare dei diluenti inerti come la Celite. -

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Aggiungere al pallone di reazione 16 gr di celite, quindi mantenere in agitazione per 15 minuti Preparare nel frattempo un sistema di filtrazione a vuoto con Gooch aggiungendo e compattando uno straterello di celite sopra il setto poroso. Filtrare quindi sotto vuoto e recuperare la fase acquosa. Aggiungere quindi NaCl fino a saturazione e filtrare su cotone idrofilo.. Eseguire a questo punto 3 estrazioni in imbuto separatore con 50 mL di Etere Etilico In questa fase vi è un’elevata probabilità che si formi un’emulsione. Occorre quindi agitare non troppo vigorosamente la fase acquosa e quella organica.. In caso di emulsione stabile, provare addizionando alcuni mL di Etanolo o Brine. In alternativa provare a rompere l’emulsione filtrando su celite. Riunire le fasi organiche, anidrificare con sodio solfato anidro, filtrare su cotone idrofilo in un pallone.. quindi eliminare il solvente con il rotavapor..

Parte 4 – Preparazione della colonna cromatografica e Purificazione: L’operazione di riempimento della colonna con l’assorbente (Silice) è la fase più critica nel processo di cromatografia. Non vi devono essere irregolarità e bolle d’aria che possano portare al fenomeno della canalizzazione; per questo l’impaccamento a secco è sconsigliato. Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Riempire una colonna cromatografica, ben lavata e asciugata, con silice fino ad arrivare a poco oltre la metà. Preparare quindi all’interno di un beker la miscela eluente costituita da etere etilico ed etere di petrolio in rapporto 6:4 (→150 mL + 100 mL) e versarvi lentamente all’interno la silice mescolando accuratamente con una bacchetta di vetro. Versare la miscela ottenuta all’interno della colonna; quindi, aiutandosi con una pipetta pasteur, pulirne le pareti facendovi scorrere della miscela eluente.. Attraverso una canna di gomma, battere energicamente la colonna per eliminare eventuali bolle d’aria intrappolate nella fase stazionaria. Rimuovere a questo punto l’eccesso di fase eluente aprendo il rubinetto della colonna e aspettando che il livello di solvente arrivi poco sopra la sommità dell’assorbente. Aggiungere quindi il campione con una pasteur, avendo cura di non perturbare lo strato superficiale di silice.. Aprire leggermente il rubinetto e lasciar assorbire il campione sulla sommità della colonna; aggiungere delicatamente altro solvente e ripetere l’operazione 2-3 volte… A questo punto, aggiungere con una pasteur altra miscela eluente, portandosi a 5-6 cm dalla sommità della fase stazionaria.. successivamente, riempire la colonna e fissare alla sommità un imbuto di carico che contenga il resto della fase eluente. Iniziare infine la separazione su colonna cromatografica aprendo il rubinetto e raccogliendo in opportune provette da saggio uguali frazioni di volume. Verificare attraverso una TLC (Etere di petrolio Etere Etilico 1:1) la presenza o meno di reagenti o prodotti di reazione, confrontando con Acetoacetato di Etile puro.

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Riunire le provette la cui TLC è risultata positiva al prodotto di reazione; e versarne il contenuto in un pallone preventivamente tarato (→105,3 gr). Allontanare quindi il solvente per evaporazione sottovuoto mediante l’uso del Rotavapor Pesare nuovamente il pallone (→ 106,72 gr) e determinare la resa %

Determinazione del potere ottico Rotatorio: Essendo il prodotto di reazione una molecola chirale otticamente attiva è possibile valutare il grado di purezza analizzando il potere ottico rotatorio al polarimetro. Si procede aggiungendo una goccia del prodotto finale (→ 0,0127 gr) in un matraccino da 2 mL tarato con una bilancia analitica. Portare quindi a volume con cloroformio e infine.. Analizzare il campione al polarimetro, annotando i tre valori forniti dallo strumento e facendo la media (→ 0,2125) Malfatto Alessandro 083886 Università di Ferrara

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Dati Ottenuti:

Acetoacetato di Etile: - mL prelevati: - moli prelevate:

(V.M. 128,1 mL/gr)

3-OH-butanoato di Etile: - gr ottenuti: - moli ottenute:

(P.M. 132,16 gr/mol)

Resa %:

Grado di Purezza:

34,30 %

72,36 %

4 3,12·10-2

1,42 1,07·10-2

Calcolo del potere ottico rotatorio α:

 α letto: è la media dei 3 valori forniti dallo strumento → 0,1838  c: è la concentrazione espressa in gr su 100 mL →  l: è la lunghezza del cammino ottico.. ed è pari a 1  α 3-idrossi-butanoato di etile (tabulato): 40°

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