Purificação de Compostos por Recristalização

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!