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TeoriaTeoria dada ExtraoExtrao

QFL314- Qumica Orgnica Experimental

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SEPARAESSEPARAESSistemas heterogneos

filtrao

centrifugao decantao

Isolamento de produtos extrao

a. extrao por solvente

b. extrao por micela reversa

c. extrao por fludo supercrtico

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EXTRAOEXTRAO

Extraes

transferncia de solutos de uma fase lqida ou slidapara um solvente lqido

qi o- qi o

slido- lqido

supercrtica: um proceso de extrao lqida no qual seempregam fludos comprimidos ao invs de solventes usuais

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A extrao lquido-lquido um mtodo til naseparao de componentes (substncias) de umamistura

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Vamos ver um exemplo:

Imagine uma mistura deacar em leo vegetal(tem sabor doce) e vocquer separar o acardo leo. Voc observaue as artculas de

acar so muitopequenas para filtrar evoc suspeita que oacar se encontra

parcialmente dissolvidono leo vegetal.

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A extrao Lquido-lquido se baseia na transferncia

de um soluto de uma fase lquida para outra de acordocom a sua solubilidade.

A extrao se torna uma ferramenta til na seprao decompostos orgnicos se forem escolhidos os solventesde extrao adequados. Assim, essa tcnica pode ser

usadapara separar seletivamente uma substncia deuma mistura ou para remover impurezas de uma

soluo. Na prtica, normalmente uma das fases auma das fases agua ou uma soluo aquosa e a outra um solventegua ou uma soluo aquosa e a outra um solventeorgnico que imiscvel com a gua.orgnico que imiscvel com a gua.

Para um composto determinado, as diferenas desolubilidade entre os solventes podem ser quantificadassendo denominadas de CoeficienteCoeficiente dede distribuiodistribuio..

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Coeficiente de Partio Kp

(Coeficiente de Distribuio Kd)Quando um composto misturado em um funil deseparao com dois solventes imiscveis, o composto ir

se distribuir entre os dois solventes.

o entes

guaUm solvente orgnicoimiscvel em gua

A maioria dos compostosorgnicos mais solvelnos solventes orgnicos.

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A uma determinada temperatura, a razo deconcentraes de um soluto em cada solvente uma constante. Essa razo chamada deCoeficiente de distribuio, K.

(quando solvente1 e solvente2 so lquidos imiscveis.Por conveno o solvente orgnico o [1] e a gua o [2])

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Suponhamos que um composto possui um coeficiente dedistribuio K = 2 entre solvente1 and solvente2

Se voc usar umaquantidade maior dosolvente de extrao,uma maior quantidadeser extrada.

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O que aconteceira se

vc extrasse 2 vezescom 100 mL desolvente?

Voc ainda tem 100 mL dosolvente1, contendo 100partculas.

Adicione uma segunda poro de

100 mL de solvente2 puro.

200 mL de solvente2 : 240particulas do composto. Umaextrao com 200 mL fornece umTOTAL de 240 particulas,

contra 267 em duas etapas

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mais eficientefazer duasextraes com 1/2do volume dosolvente de

extrao do queuma com um grandevolume!

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Quanto maior o nmero de pequenasextraes,mairo ser a quantidade de soluto removida.Entretanto, para otimizar a eficincia a regrageral extrar trs vezes com com 1/3 dovolume.

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Extrao Quimicamente Ativa (cido-base)

possivel mudar as caractersticas de solubilidadede um composto? Como?A maioria dos copostos orgnicos mais solvel em solventes

orgnicos do que em gua, normalmente o coeficiente departio K > 4Contudo, algumas classes especficas de compostos orgnicosodem ser alteradas uimicamentealteradas uimicamente ara se tornarem maismais

solveis em gua.solveis em gua.

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Que tipos de compostos orgnicos podem ser feitossolveis em gua? Os cidos e as bases orgnicas

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Como podem cidos ou bases orgnicos seremconvertidos em uma forma solvel em gua?

cidos carboxlicos(pKa = 3 a 4)

5% de soluo aquosade NaOH. O NaOH

uma base inorgnicaforte.

tambm pode reagircom fracas bases

inorgnicas(soluo aquosa de

NaHCO3 )

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Vamos tentar um exemplo de problema.Aqui temos uma mistura de cido benzico enaftaleno dissolvidos em diclorometano.

Voc quer separar esses doiscompostos. O que voc

pode fazer?

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Pode usar uma soluo aquosa de NaOH 5% ou umasoluo saturada de NaHCO3, para extrair o cido

benzico como uma forma de sal.

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Fenis so considerados cidos orgnicos fracos. Fenol, ocomposto base da srie, parcialmente solvel em gua (1 g irdissolver em 15 mL de gua), enquanto que fenis substitudos no

o so. Uma soluo aquosa de bicarbonato desdio (NaHCO3),uma base fraca, no ir desprotonar fenis paratorn-los inicos, porque no suficientemente forte. No entanto, otratamento com NaOH, uma base forte, pode mudar a sua forma de

fenol (sal) inica.

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Vamos tentar um outro exemplo de problema.

Aqui temos uma mistura de cido benzico ep-metoxifenol, dissolvidos emdiclorometano.

Voc quer separar esses doiscompostos. O que vocpode fazer?

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cidos orgnicos

fortes, tais comocido benzico,seriam desprotonadose ionizados, en uanto

NaOH era muito forte a base, portanto, no diferencia oscidos orgnicos fortes e fracos. A utilizao de uma base

inorgnica fraca tal como NaHCO3 ir diferenciar entre oscompostos

cidos orgnicosfracos, tais comofenis, NO seriamdesprotonados.

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Organic Bases (amines) can be converted to their saltform when treated with an aqueous solution of an inorganicacid such as HCl (hydrochloric acid).

Recall that salts are ionic and generally soluble in water

but not soluble in water-immiscible organic solvents.

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Let's try a third sample problem.Here is a mixture of benzoic acid and p-chloroaniline, dissolved in

dichloromethane.

You want to se arate

these two compounds.What will you do?

You may use an aqueous solution ofeither 5% HCl, to extract the amine asa salt form and benzoic acid hasremained in the organic layer

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Pode-se separar quatro classes de compostos diferentes de uma mistura combase nas suas diferenas de solubilidade especficas. As quatro classes

so:1.Aminas (base orgnica) 2. cidos Carboxlicos (cidos fortes) 3. Fenis(cidos fracos) 4. Compostos Neutros.

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After the separation of the mixture of four components, we will have foursolutions: each solution contains one component.

The first three compounds are chemically altered, existing in their salt formdissolved in aqueous solution. The fourth compound is not chemically altered,

but it is dissolved in an organic solvent.We now want to recover each compoundin its original state (i.e., in the non-ionic form) to complete the experiment. Wecall this step isolation or recovery.

Let's see, one by one, how to recover each compound obtained from the

separation process

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Isolation (Recovery) of aminesAn amine is a basic compound. It is protonated in the presence of excess HClforming a salt that is soluble in aqueous solution. This is how you separated theamine from the original mixture containing it.

An amine is soluble in acidic aqueous

solution because it forms a salt, anionic form.

However, if ou chan e the H

of the solution to basic theamine can no longer staydissolved because it is no longerionic! This process is calledbasification.

Basification is done by carefullyadding concentrated NaOHsolution to the solution containingthe amine salt until it becomes

basic.

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In the basification step, you useconcentrated NaOH solution tominimize the volume of the finalsolution. Recall that a dilutesolution of HCl was used toextract the amine as its water-soluble salt (see the picture onthe right side).Basification must be donecarefully, portion by portion, withswirling each time because theacid-base neutralization reactionis exothermic.

Check the pH of the solution to

ensure that it is basic. (~pH 10)

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Isolation (Recovery) of Acids

There are two different groups of organic acids: carboxylic acids (strong acids) and

phenols (weak acids).In the separation procedure, acids were extracted using (weak orstrong) basic aqueous solutionsBoth acids can be returned to the original form in the samemanner! Organic acids are currently dissolved in a basic aqueoussolution, because the acid forms a salt, an ionic form. When youmake the aqueous solution acidic, the organic acids no longerremain dissolved because they are no longer ionic and usuallyprecipitate out of solution. This process is called acidification.

Acidification is done by carefully addingconcentrated HCl solution until the mixturebecomes acidic,

When the weak base, NaHCO3, was theextracting solution, CO2 gas will evolve

during acidification.

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The recovery of organic acidsrequires acidification withconcentrated HCl solution. Recallthat in the extraction step forthe separation of an organic acideither dilute NaHCO3 or NaOHwas used. Concentrated HCl willnow help minimize the volume ofthe final aqueous solution

c cat on must e onecarefully, portion by portion, withswirling each time because theacid-base neutralization reactionis exothermic.Check the pH of the solution toensure that it is acidic. (~pH 3)

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Separatory Funnel Extraction Procedure

Separatory funnels are designed to facilitate the mixing of immiscible liquids

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Separatory Funnel Extraction Procedure

1. Support theseparatory funnel in a

ring on a ringstand.Make sure stopcock isclosed

2. Pour in liquid tobe extracted

3. Add extractionsolvent

4. Add ground glassStopper (well greased)

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Separatory Funnel Extraction ProcedureShake the separatory funnel.

Pick up the separatoryfunnel with the stopper inpalce and the stopcockclosed, and rock it oncegently.

Then, point the stem up and slowly open thestopcock to release excess pressure. Close the

stopcock. Repeat this procedure until only a smallamount of pressure is released when it is vented

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Separatory Funnel Extraction ProcedureShake the separatory funnel vigorously.

Now, shake the funnel vigorously for a few seconds. Releasethe pressure, then again shake vigorously. About 30 sectotal vigorous shaking is usually sufficient to allow solutes tocome to equilibrium between the two solvents.

Vent frequently to prevent pressure buildup,which can cause the stopcock and perhapshazardous chemicals from blowing out. Takespecial care when washing acidic solutions withbicarbonate or carbonate since this produces alarge volume of CO

2gas

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Separatory Funnel Extraction ProcedureSeparate the layers.

Let the funnel restundisturbed until the layersare clearly separated

While waiting, remove thestopper and place a beakeror flask under the sepfunnel.

Carefully open the stopcock andallow the lower layer to draininto the flask. Drain just to the

point that the upper liquidbarely reaches the stopcock