2.7: Purificação de Compostos por Recristalização

Realize todas as etapas em um capô de fumaça para evitar a exposição a vapores solventes.

1. Selecionando um Solvente

1. Coloque 50 mg da amostra (N-bromosuccinimida) em um frasco de Erlenmeyer.
2. Adicione 0,5 mL de solvente fervente (água). Se a amostra se dissolver completamente, a solubilidade no solvente frio é muito alta para ser um bom solvente de recristalização.
3. Se a amostra não se dissolver no solvente frio, aqueça o tubo de ensaio até que o solvente ferva.
   1. Se a amostra não tiver se dissolvido completamente neste momento, adicione mais solvente fervente em termos de gota, até que todo o sólido se dissolva. Se for preciso mais de 3 mL para dissolver a amostra no solvente quente, a solubilidade neste solvente é provavelmente muito baixa para torná-lo um bom solvente de recristalização.
4. Se a primeira escolha de solvente não for um bom solvente de recristalização, tente outros. Se um único solvente que funciona não puder ser encontrado, tente um sistema de dois solventes.
   1. Se você não encontrar um sistema de solvente único adequado, então um par de solventes pode ser necessário. Ao identificar um par de solventes, existem várias considerações-chave 1) O primeiro solvente deve prontamente dissolver o sólido. 2) O segundo solvente deve ser miscível com o solvente^1º, mas ter uma solubilidade muito menor para o soluto.
   2. Como regra geral , "gosta de dissolver likes" significando que compostos polares tendem a ser solúveis em solventes polares e compostos não polares são frequentemente compostos não polares solúveis.
   3. Pares de solventes comuns(Tabela 1)
5. Certifique-se de que o solvente tenha um ponto de ebulição de pelo menos 40 °C, para que haja uma diferença razoável de temperatura entre solvente fervente e solvente de temperatura ambiente.
6. Certifique-se de que o solvente tenha um ponto de ebulição abaixo de 120 °C, por isso é mais fácil remover os últimos traços de solvente dos cristais.
7. Certifique-se também de que o ponto de ebulição do solvente seja menor do que o ponto de fusão do composto, de modo que o composto se forme como cristais sólidos em vez de como um óleo insolúvel.
8. Confirme que as impurezas são insolúveis no solvente quente (para que possam ser filtradas a quente, uma vez que o composto é dissolvido) ou solúveis no solvente frio (para que permaneçam dissolvidos durante todo o processo).

2. Dissolvendo a amostra em solvente quente

1. Coloque o composto para ser recristalizado em um frasco de Erlenmeyer. Esta é uma escolha melhor do que um béquer, uma vez que os lados inclinados ajudam a prender vapores solventes e retardar a taxa de evaporação.
2. Coloque o solvente (água) em um frasco erlenmeyer separado, e adicione lascas ferventes ou uma barra de mexida para mantê-lo fervendo suavemente. Aqueça-o para ferver em uma placa quente.
3. Adicione solvente quente a um frasco à temperatura ambiente contendo o composto em pequenas porções, girando após cada adição, até que o composto seja completamente dissolvido.
   1. Durante o processo de dissolução, mantenha a solução quente o tempo todo, descansando-a na placa quente, também. Não adicione mais solvente quente do que o necessário - apenas o suficiente para dissolver a amostra.
4. Se uma parte do sólido não parece se dissolver, mesmo depois de mais solvente quente ter sido adicionado, é provável que seja devido à presença de impurezas muito insolúveis. Se isso acontecer, pare de adicionar solvente e faça uma filtragem quente antes de prosseguir.
   1. Para realizar uma filtragem quente, dobre um pedaço de papel filtro em uma forma de cone fluted e coloque-o em um funil sem haste de vidro.
   2. Adicione um excesso de 10-20% de solvente quente à solução quente para permitir a evaporação no procedimento.
   3. Despeje a solução através do papel. Se os cristais começarem a se formar a qualquer momento durante o processo, adicione uma pequena porção de solvente quente para dissolvê-los.

3. Resfriamento da solução

1. Coloque o frasco contendo o composto dissolvido em uma superfície que não conduza o calor muito rapidamente, como um conjunto de papel toalha em um banco.
2. Cubra levemente o frasco enquanto esfria para evitar a evaporação e para evitar que a poeira caia na solução.
3. Deixe o frasco intacto até esfriar à temperatura ambiente.
4. Uma vez formados os cristais, coloque a solução em um banho de gelo para garantir que a quantidade máxima de cristais seja obtida. As soluções devem ser deixadas intactas no banho de gelo por 30 minutos a 1 h, ou até que o composto pareça ter cristalizado completamente fora de solução.
5. Se nenhuma formação de cristal for evidente, ela pode ser induzida arranhando as paredes internas do frasco com uma haste de vidro ou adicionando um pequeno cristal de sementes do mesmo composto.
   1. Se isso ainda não funcionar, então muito solvente foi provavelmente usado. Reaqueça a solução, deixe alguns solventes ferverem e depois esfrie-a.

4. Isolar e Secar os Cristais

1. Coloque o frasco frio contendo os cristais recém-formados em um banco.
2. Cubra levemente o frasco para evitar a evaporação e para evitar que a poeira caia na solução.
3. Isole os cristais por filtragem de vácuo, usando um funil Büchner ou Hirsch (aperte o frasco em um suporte de anel primeiro).
4. Enxágüe os cristais no funil Büchner com uma pequena quantidade de solvente fresco e frio (o mesmo solvente usado para a recristalização) para remover quaisquer impurezas que possam estar grudando nos cristais.
5. Para secar os cristais, deixe-os no funil do filtro e desenhe ar através deles por vários minutos. Os cristais também podem ser secos ao ar, permitindo que eles fiquem descobertos por várias horas ou dias. Métodos mais eficientes incluem secagem a vácuo ou colocação em um desiccador.

Mesa 1. Pares de solventes comuns.

A recristalização é uma técnica de purificação de compostos sólidos.

Para realizar a recristalização, um composto sólido impuro é misturado com solvente quente para formar uma solução saturada. À medida que esta solução esfria, a solubilidade do composto diminui e cristais puros crescem a partir da solução.

A recristalização é frequentemente usada como uma etapa final após outros métodos de separação, como extração ou cromatografia em coluna. A recristalização também pode ser usada para separar dois compostos com propriedades de solubilidade muito diferentes. Este vídeo ilustrará a seleção de solventes para recristalização, purificação de um composto orgânico a partir da solução e apresentará algumas aplicações em química.

A cristalização começa com a nucleação. As moléculas de soluto se juntam para formar um pequeno cristal estável, que é seguido pelo crescimento do cristal. A nucleação ocorre mais rapidamente em locais de nucleação, como cristais de sementes, arranhões ou impurezas sólidas, do que espontaneamente em solução. A agitação também pode estimular a nucleação rápida. No entanto, o crescimento rápido pode levar à incorporação de impurezas se não for cultivado em condições ideais.

A solubilidade de um composto tende a aumentar com a temperatura e é altamente dependente da escolha do solvente. Quanto maior a diferença de solubilidade em alta e baixa temperatura, maior a probabilidade de o soluto sair da solução à medida que esfria e formar cristais.

O solvente escolhido deve ter um ponto de ebulição de pelo menos 40?? C, portanto, há uma diferença significativa de temperatura entre a ebulição e a temperatura ambiente. O ponto de ebulição do solvente também deve estar abaixo do ponto de fusão do soluto para permitir a cristalização. O resfriamento rápido da solução induz a formação de muitos locais de nucleação, favorecendo assim o crescimento de muitos pequenos cristais. No entanto, o resfriamento lento induz a formação de menos locais de nucleação e favorece cristais maiores e mais puros. Assim, o resfriamento lento é preferido.

Além disso, um solvente pode ser selecionado para minimizar as impurezas. Se uma impureza da solução for mais solúvel do que o próprio soluto, ela pode ser lavada dos cristais totalmente formados com solvente frio. No entanto, se uma impureza for menos solúvel, ela cristalizará primeiro e poderá ser filtrada da solução aquecida, antes da recristalização do soluto.

Se nenhum solvente tiver as propriedades necessárias, pode ser utilizada uma mistura de solventes. Para um par de solventes, o primeiro solvente deve dissolver prontamente o sólido. O segundo solvente deve ter uma solubilidade inferior para o soluto e ser miscível com o primeiro solvente. Os pares de solventes comuns incluem acetato de etila e hexano, tolueno e hexano, metanol e diclorometano e água e etanol.

Agora que você entende os princípios da recristalização, vamos passar por um procedimento de purificação de um composto orgânico por recristalização.

Para iniciar este procedimento, coloque 50 mg da amostra em um tubo de ensaio de vidro.

Adicione 0,5 mL de solvente à temperatura ambiente. Se o composto se dissolver completamente, a solubilidade no solvente frio é muito alta para ser usada para recristalização. Caso contrário, aqueça a mistura no tubo de ensaio até ferver.

Se o composto não se dissolver completamente no solvente em ebulição, aqueça outra porção do solvente até ferver. Adicione o solvente em ebulição gota a gota ao tubo de ensaio até que o sólido se dissolva completamente ou até que o tubo de ensaio contenha 3 ml de solvente. Se o sólido ainda não se dissolver, sua solubilidade neste solvente é muito baixa.

Confirme se as impurezas são insolúveis no solvente quente para que possam ser filtradas após a dissolução ou solúveis no solvente frio para que permaneçam na solução após a conclusão da recristalização. Se um solvente atender a todos os critérios, ele é adequado para recristalização.

Para iniciar a recristalização, aqueça o solvente até ferver em uma placa quente em um frasco Erlenmeyer com uma barra de agitação. Colocar o composto a recristalizar noutro erlenmeyer à temperatura ambiente.

Em seguida, adicione uma pequena porção de solvente quente ao composto. Agite a mistura no frasco e coloque-a também na placa quente. Repita este processo até que a amostra esteja completamente dissolvida ou até que a adição de solvente não cause mais dissolução.

Adicione um excesso de 10% de solvente quente à solução para compensar a evaporação. Coloque o papel de filtro em uma configuração de funil B?chner. Filtre a solução para remover as impurezas insolúveis. Se os cristais se formarem durante a filtração, dissolva-os com gotas de solvente quente.

Resfrie a solução na bancada. Cobrir o balão para evitar a perda de solvente por evaporação e para manter as partículas fora da solução.

Deixar o balão em repouso até arrefecer à temperatura ambiente. A agitação durante o resfriamento pode causar cristalização rápida, produzindo cristais menos puros. Se nenhuma formação de cristal for evidente após o resfriamento, induza a cristalização arranhando suavemente as paredes internas do frasco com uma haste de vidro ou adicionando um pequeno cristal de semente do composto que está sendo recristalizado.

Se a formação de cristais não puder ser induzida, reaqueça a solução para ferver um pouco do solvente e, em seguida, resfrie o solvente à temperatura ambiente mais uma vez.

Assim que os cristais se formarem, prepare um banho de gelo. Mantendo a solução coberta, resfrie-a no banho de gelo até que a cristalização pareça estar completa.

Prenda um frasco de filtração a um suporte de anel e conecte o frasco a uma linha de vácuo. Coloque um funil Böchner e um adaptador na boca do balão.

Despeje a mistura de solução e cristais no funil e comece a filtração a vácuo. Lavar os cristais restantes no balão para o funil com solvente frio. Lave os cristais no funil com solvente frio para remover as impurezas solúveis.

Continue puxando o ar pelo funil para secar os cristais e, em seguida, desligue a bomba de vácuo. Se necessário, os cristais podem ser deixados em temperatura ambiente para secar ao ar ou colocados em um dessecador antes de armazenar o sólido cristalizado.

As impurezas amarelas presentes no composto bruto foram removidas, produzindo um sólido esbranquiçado. Com base na identidade do composto e nas impurezas, a pureza dos cristais pode ser verificada por espectroscopia de RMN, medições de ponto de fusão ou inspeção visual.

A purificação por recristalização é uma ferramenta importante para síntese e análise química.

A cristalografia de raios-X é uma poderosa técnica de caracterização que identifica a estrutura atômica tridimensional de uma molécula. Isso requer um único cristal puro, que é obtido por recristalização. Algumas classes de moléculas, como as proteínas, são difíceis de cristalizar, mas suas estruturas são extremamente importantes para a compreensão de suas funções químicas. Com uma seleção cuidadosa das condições de recristalização, mesmo essas classes de moléculas podem ser analisadas por cristalografia de raios-X. Para saber mais sobre esse processo, veja o vídeo desta coleção sobre o cultivo de cristais para cristalografia.

Reagentes impuros podem causar reações colaterais indesejadas. A purificação de reagentes por recristalização melhora a pureza e o rendimento do produto. Uma vez que um produto sólido tenha sido isolado e lavado, o rendimento da reação também pode ser aumentado removendo voláteis do filtrado e recristalizando o produto do sólido resultante. As proteínas anticongelantes, ou AFPs, são expressas em muitos organismos que vivem em ambientes gelados. Os AFPs impedem o crescimento interno do gelo ligando-se aos planos de gelo, inibindo a recristalização em cristais de gelo maiores. Diferentes AFPs se ligam a diferentes tipos de planos de cristal de gelo. Investigar os mecanismos de ligação da AFP envolve adsorvê-los em cristais de gelo únicos. O crescimento adequado de um único cristal de gelo é essencial para resultados claros e informativos. Essas proteínas têm aplicações desde a engenharia de culturas resistentes ao frio até a criocirurgia.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE à purificação de compostos por recristalização. Agora você deve estar familiarizado com os princípios da técnica, um procedimento de purificação e algumas aplicações da recristalização em química.

Obrigado por assistir!