Purificación de compuestos por recristalización

La recristalización es una técnica de purificación de compuestos sólidos.

Para realizar la recristalización, se mezcla un compuesto sólido impuro con un disolvente caliente para formar una solución saturada. A medida que esta solución se enfría, la solubilidad del compuesto disminuye y los cristales puros crecen a partir de la solución.

La recristalización se utiliza a menudo como paso final después de otros métodos de separación, como la extracción o la cromatografía en columna. La recristalización también se puede utilizar para separar dos compuestos con propiedades de solubilidad muy diferentes. Este video ilustrará la selección de solventes para la recristalización, la purificación de un compuesto orgánico a partir de una solución, e introducirá algunas aplicaciones en química.

La cristalización comienza con la nucleación. Las moléculas de soluto se unen para formar un pequeño cristal estable, al que sigue el crecimiento de cristales. La nucleación ocurre más rápido en los sitios de nucleación, como cristales de semillas, arañazos o impurezas sólidas, que espontáneamente en solución. La agitación también puede fomentar una nucleación rápida. Sin embargo, el crecimiento rápido puede conducir a la incorporación de impurezas si no se cultiva en condiciones óptimas.

La solubilidad de un compuesto tiende a aumentar con la temperatura y depende en gran medida de la elección del disolvente. Cuanto mayor sea la diferencia de solubilidad a alta y baja temperatura, más probable es que el soluto salga de la solución a medida que se enfría y forme cristales.

El disolvente elegido debe tener un punto de ebullición de al menos 40?? C, por lo que hay una diferencia de temperatura significativa entre la ebullición y la temperatura ambiente. El punto de ebullición del solvente también debe estar por debajo del punto de fusión del soluto para permitir la cristalización. El enfriamiento rápido de la solución induce la formación de muchos sitios de nucleación, por lo que favorece el crecimiento de muchos cristales pequeños. Sin embargo, el enfriamiento lento induce la formación de menos sitios de nucleación y favorece cristales más grandes y puros. Por lo tanto, se prefiere el enfriamiento lento.

Además, se puede seleccionar un disolvente para minimizar las impurezas. Si la impureza de una solución es más soluble que el soluto en sí, se puede lavar de los cristales completamente formados con solvente frío. Sin embargo, si una impureza es menos soluble, primero se cristalizará y luego se puede filtrar fuera de la solución calentada, antes de la recristalización del soluto.

Si ningún disolvente tiene las propiedades necesarias, se puede utilizar una mezcla de disolventes. Para un par de solventes, el primer solvente debe disolver fácilmente el sólido. El segundo disolvente debe tener una solubilidad más baja para el soluto y ser miscible con el primer disolvente. Los pares de solventes comunes incluyen acetato de etilo y hexano, tolueno y hexano, metanol y diclorometano, y agua y etanol.

Ahora que comprende los principios de la recristalización, repasemos un procedimiento para la purificación de un compuesto orgánico por recristalización.

Para comenzar este procedimiento, coloque 50 mg de la muestra en un tubo de ensayo de vidrio.

Añadir 0,5 mL de disolvente a temperatura ambiente. Si el compuesto se disuelve completamente, la solubilidad en el solvente frío es demasiado alta para ser utilizada para la recristalización. De lo contrario, caliente la mezcla en el tubo de ensayo hasta que hierva.

Si el compuesto no se disuelve completamente en el disolvente hirviendo, caliente otra porción de disolvente hasta que hierva. Agregue el solvente hirviendo gota a gota al tubo de ensayo hasta que el sólido se disuelva por completo o hasta que el tubo de ensayo contenga 3 mL de solvente. Si el sólido aún no se disuelve, entonces su solubilidad en este solvente es demasiado baja.

Confirme que las impurezas son insolubles en el solvente caliente para que puedan filtrarse después de la disolución o solubles en el solvente frío para que permanezcan en solución una vez completada la recristalización. Si un disolvente cumple con todos los criterios, es adecuado para la recristalización.

Para iniciar la recristalización, caliente el disolvente hasta que hierva en una placa caliente en un matraz Erlenmeyer con una barra agitadora. Colocar el compuesto a recristalizar en otro matraz Erlenmeyer a temperatura ambiente.

A continuación, añada una pequeña porción de disolvente caliente al compuesto. Agite la mezcla en el matraz y luego colóquela también en la placa caliente. Repita este proceso hasta que la muestra se haya disuelto por completo o hasta que la adición de disolvente no provoque más disolución.

Agregue un 10% de exceso de solvente caliente a la solución para tener en cuenta la evaporación. Coloque el papel de filtro en una configuración de embudo B?chner. Filtre la solución para eliminar las impurezas insolubles. Si se forman cristales durante la filtración, disuélvalos con gotas de disolvente caliente.

Enfríe la solución en la mesa de trabajo. Cubra el matraz para evitar la pérdida de disolvente por evaporación y para mantener las partículas fuera de la solución.

Deje el matraz sin tocar hasta que se haya enfriado a temperatura ambiente. La agitación durante el enfriamiento puede causar una cristalización rápida, produciendo cristales menos puros. Si no es evidente la formación de cristales al enfriarse, induzca la cristalización rascando suavemente las paredes internas del matraz con una varilla de vidrio o agregando un pequeño cristal semilla del compuesto que se está recristalizando.

Si no se puede inducir la formación de cristales, vuelva a calentar la solución para hervir parte del solvente y luego enfríe el solvente a temperatura ambiente una vez más.

Una vez que se hayan formado los cristales, prepare un baño de hielo. Manteniendo la solución cubierta, enfríe la solución en el baño de hielo hasta que la cristalización parezca estar completa.

Sujete un matraz de filtración a un soporte de anillo y conecte el matraz a una línea de vacío. Coloque un embudo B?chner y un adaptador en la boca del matraz.

Vierta la mezcla de solución y cristales en el embudo y comience la filtración al vacío. Enjuague los cristales que queden en el matraz y colóquelos en el embudo con disolvente frío. Lave los cristales del embudo con disolvente frío para eliminar las impurezas solubles.

Continúe aspirando aire a través del embudo para secar los cristales y luego apague la bomba de vacío. Si es necesario, se puede dejar que los cristales se dejen reposar a temperatura ambiente para que se sequen al aire o se pueden colocar en un desecador antes de almacenar el sólido cristalizado.

Las impurezas amarillas presentes en el compuesto crudo se han eliminado, produciendo un sólido blanquecino. En función de la identidad del compuesto y las impurezas, la pureza de los cristales puede verificarse mediante espectroscopia de RMN, mediciones del punto de fusión o inspección visual.

La purificación por recristalización es una herramienta importante para la síntesis y el análisis químicos.

La cristalografía de rayos X es una poderosa técnica de caracterización que identifica la estructura atómica tridimensional de una molécula. Esto requiere un monocristal puro, que se obtiene por recristalización. Algunas clases de moléculas, como las proteínas, son difíciles de cristalizar, pero sus estructuras son extremadamente importantes para comprender sus funciones químicas. Con una cuidadosa selección de las condiciones de recristalización, incluso estas clases de moléculas pueden analizarse mediante cristalografía de rayos X. Para obtener más información sobre este proceso, vea el video de esta colección sobre el cultivo de cristales para cristalografía.

Los reactivos impuros pueden causar reacciones secundarias no deseadas. La purificación de reactivos por recristalización mejora la pureza y el rendimiento del producto. Una vez que se ha aislado y lavado un producto sólido, también se puede aumentar el rendimiento de la reacción eliminando los volátiles del filtrado y recristalizando el producto del sólido resultante. Las proteínas anticongelantes, o AFP, se expresan en muchos organismos que viven en ambientes helados. Las AFP dificultan el crecimiento interno del hielo al unirse a los planos de hielo, inhibiendo la recristalización en cristales de hielo más grandes. Diferentes AFP se unen a diferentes tipos de planos de cristal de hielo. La investigación de los mecanismos de unión de las AFP implica adsorberlas en cristales de hielo individuales. El crecimiento adecuado de un solo cristal de hielo es esencial para obtener resultados claros e informativos. Estas proteínas tienen aplicaciones desde la ingeniería de cultivos resistentes al frío hasta la criocirugía.

Acabas de ver la introducción de JoVE a los compuestos purificantes por recristalización. Ahora debería estar familiarizado con los principios de la técnica, un procedimiento de purificación y algunas aplicaciones de la recristalización en química.

¡Gracias por mirar!