Tecniche di Separazione e Purificazione

1. Filtrazione Decantazione Cromatografia Elettroforesi Centrifugazione Estrazione con solvente Distillazione Cristallizzazione Tecniche di Separazione e Purificazione Composto Grezzo Miscela di Composti

2. Sistemi Eterogenei Solido/Liquido Filtrazione per Gravità Recupero Fase Solida • Carta da filtro • Dimensione dei pori • Contenuto di ceneri • Lana di vetro • Setti di vetro poroso • Introdurre l’imbuto nel sostegno • Regolare altezza sostegno • Inserire il filtro nell’imbuto • Bagnare il filtro per garantire aderenza • Versare la sospensione nel filtro (previa decantazione) utilizzando una bacchetta di vetro • (Lavare il solido recuperato) Recupero Fase Liquida

3. Sistemi Eterogenei Solido/Liquido Filtrazione a Pressione Ridotta • Buchner/Carta da filtro • Hirsch • Setti di vetro poroso (Gooch) • lunghezza del gambo • dimensioni dei pori

4. Sistemi Eterogenei Solido/Liquido Filtrazione a Pressione Ridotta • Scelta del filtro, della beuta codata e della guarnizione • Fissare la beuta con una pinza • Posizionare disco filtrante (Buchner) • Collegare la beuta alla pompa da vuoto • Bagnare il filtro • Versare la sospensione nel filtro (bacchetta) • Lavare il solido recuperato • Asciugare il solido per aspirazione

5. Purificazione per cristallizzazione • Differente solubilità solido da purificare/impurità • Al variare del solvente o di una miscela di solventi • Solido solubile impurità insolubili • Solido insolubile impurità solubili ⇨ opportuna miscela • Al variare della temperatura • Solido solubile a caldo • Impurità solubili anche a freddo • Impurità insolubili anche a caldo • Scelta del solvente • Inerte • Differente solubilità impurezze/prodotto • Favorire la formazione di cristalli • Opportuna volatilità Prove di solubilità

6. Sistemi Omogenei Solidi o Liquidi Estrazione con Solvente Campione EstraenteSeparazione fasi Recupero Composto • Elevata DSol composto/impurità • Totale immiscibilità con la soluzione del composto • Inerzia chimica • Facilità recupero composto d > 1 d < 1 Et2O Etere petrolio MeCOOEt Benzene CHCl3 CH2Cl2 CCl4

7. H2O + [sol]A H2O + soluto CHCl3+ [sol]B CHCl3 Estrazione con Solvente Coefficiente di ripartizione Legge di Nerst Medesimo stato molecolare del soluto T costante CA = K·CB coefficiente di ripartizione CA CA > CB Estrazione di più sostanze K1≠ K2b= K1/K2 K > 100 CA = CB CA < CB fattore di separabilità CB Isoterma di ripartizione

8. 1° estrazione 2° estrazione n° estrazione Estrazione con Solvente Estrazioni Multiple VA mL di soluzione acquosa m0 g di sostanza contenuti VS mL di estraente organico per ogni lavaggio m1 g di sostanza in VA dopo la prima estrazione A parità di volume di estraente utilizzato, l’efficienza cresce con il numero delle estrazioni effettuate

9. 1 estrazione 3 estrazioni 5 estrazioni Estrazione con Solvente Estrazioni Multiple VA 250 mL di soluzione acquosa m0 5 g di sostanza contenuti K = 0.25 VST 150 mL di estraente organico in totale mn g di sostanza in VA dopo la n-ma estrazione

10. Tecniche di EstrazioneEstrazione Discontinua K elevato • Posizionare l’imbuto nel sostegno e chiudere il rubinetto • Versare (con un imbuto) la soluzione da estrarre e il solvente estraente • Tappare l’imbuto e capovolgerlo tenendo bene il tappo e il rubinetto • Agitare più volte facendo sfiatare (attenzione!!) • Riporre l’imbuto sul sostegno fino a separazione delle fasi • Raccogliere la prima frazione contenente il composto estratto • Ripetere l’estrazione con solvente fresco e unire le fasi raccolte • Lavare con H2O la fase organica raccolta • Essiccare con disidratanti (Na2SO4, MgSO4) • Eliminare il disidratante per filtrazione • Recuperare e purificare il composto

11. Tecniche di EstrazioneEstrazione in Continuo Estrazione liquido/liquido d < 1 d > 1 Estrazione solido/liquido

12. Punto di fusione/ebollizione Analisi Elementare Potere Ottico Rotatorio Densità NMR Spettroscopia UV-Visibile Spettrometria di Massa Spettroscopia Infrarossa Tecniche di Caratterizzazione Composto puro

13. Tecniche di Caratterizzazione Spettroscopia Metodi Spettroscopici Interazione luce-materia Trasmessa Riflessa Assorbita Integralmente Assorbita Selettivamente Radiazione elettromagnetica Lunghezza d’onda l( 1 nm = 10-9 m) Distanza tra due massimi consecutivi Frequenza n(Hz = 1 s-1) n° di oscillazioni complete per secondo c(m·s-1) Velocità della luce nel vuoto 3·108 m·s-1 Spettrofotometri Spettri c = n·l n = Indice di rifrazione n>1 cm<c c/n Velocità della luce nella materia

14. Tecniche di Caratterizzazione Spettroscopia Dualismo onda-particella Fascio di particelle (fotoni) aventi energia E = hn = hc/l Interazioni radiazione-materia E = Et+ Ee + Ev + Er E DE = hn ↑ DE = hn Livelli rotazionali Livelli vibrazionali Livelli elettronici

15. Posizione lmax = DE = Ee2-Ee1 Cromofori Gruppi funzionali che danno luogo ad assorbimenti caratteristici CH2=CH2 165 nm CH≡CH 175 nm C≡N 340 nm Spettroscopia UV-visibile E E = hn 40-300 kcal/mol 200 nm Ee2 Ee1

16. Spettroscopia UV-visibile tetrahydrofolate (----) 10-formyltetrahydrofolate (───)

17. Spettroscopia UV-visibileLegge di Lambert-Beer Intensità Beam-splitter • Probabilità della transizione • Ridistribuzione elettronica • Popolazione degli stati • Quantità di sostanza I = I0·e-kl T = I/I0 = e-kl A = log I/I0 I0= Intensità radiazione incidente I = Intensità radiazione emergente k = coefficiente assorbimento (l) l = spessore del campione T = Trasmittanza A = Assorbanza A = e·c·l • c = concentrazione (M) • = coefficiente di assorbimento molare (M-1cm-1) l = cammino ottico (cm) • Lunghezza d’onda fissa • Soluzioni diluite c < 10-2M

18. Lo Spettrofotometro • Sorgente • Monocromatore • Cella portacampione • Rilevatore • Registratore

19. Applicazioni QuantitativeCurva di Calibrazione Una retta di calibrazione o di taratura permette di stabilire una relazione di dipendenza lineare fra una grandezza sperimentalmente determinabile X (ad es. concentrazione) ed una qualche risposta del sistema Y (ad esempio una proprietà spettrofotometrica o elettrochimica). Effettuata la calibrazione, la retta permette di risalire a valori incogniti della grandezza X tramite misure di Y. Esempio L’assorbanza A misurata a 220 ed a 275 nm (UV) dipende linearmente dalla concentrazione C di nitrati presenti in una soluzione acquosa diluita (A  C). Si preparano 10 soluzioni aventi differente concentrazione di nitrati, e se ne misura l’assorbanza. Con le coppie di punti (Ci,Ai) si costruisce una retta di taratura, e mediante misure di assorbanza si risale alla concentrazione dei nitrati in campioni incogniti (ad es. acque minerali).

20. Metodo dei Minimi Quadrati Serve a trovare la retta migliore (regressione lineare) passante per una serie di valori sperimentali o calcolati che dipendano linearmente dalla variabile dipendente. Ogni punto i-esimo che appare sul grafico è definito dalle coordinate (xi, yi) Equazione di una retta: y = mx + b x = variabile indipendente y = variabile dipendente m = pendenza o coefficiente angolare b = intercetta

21. Metodo dei Minimi Quadrati Vengono calcolati i valori di m e di b che minimizzano i quadrati degli scarti ri2 fra i valori sperimentali yexp e calcolati ycalc per ogni valore di yi (0< i < n).

22. Metodo dei Minimi Quadrati m = 0.49 ± 0.01 b = 0.01 ± 0.154