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Facultad de Ciencias Veterinarias Universidad de Buenos Aires Química Orgánica de Biomoléculas Guía de Laboratorio 20162016 Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 1 Contenidos CONDICIONES GENERALES DE SEGURIDAD ........................................................ 2 Elementos habituales en un laboratorio de química orgánica .......................................... 6 Materiales de laboratorio .............................................................................................. 6 Reacción de neutralización ............................................................................................... 8 Titulación .......................................................................................................................... 8 Trabajo Experimental ..................................................................................................... 12 Soluciones reguladoras .................................................................................................. 14 Trabajo experimental ...................................................................................................... 15 INFORME N° ............................................................................................................ 17 CUESTIONARIO ................................................................................................... 18 Reacciones de caracterización de aldehídos ................................................................... 19 y cetonas ......................................................................................................................... 19 TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall ................................................................................................. 19 INFORME N° ............................................................................................................ 22 CUESTIONARIO ....................................................................................................... 23 Extracción y análisis de analgésicos por cromatografía en capa delgada ..................... 24 Extracción Ácido-Base ................................................................................................... 24 Cromatografía ............................................................................................................. 26 INFORME N° ............................................................................................................ 35 CUESTIONARIO ................................................................................................... 36 Hidrólisis de lecitina y reconocimiento de ..................................................................... 37 sus componentes ............................................................................................................. 37 INFORME Nº ............................................................................................................. 40 CUESTIONARIO ....................................................................................................... 41 Aislamiento de las proteínas de la leche reacciones de reconocimiento ........................ 42 TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall ................................................................................................. 43 INFORME N° ............................................................................................................ 46 CUESTIONARIO ................................................................................................... 47 Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 2 CONDICIONES GENERALES DE SEGURIDAD • Es obligatorio el uso de GUARDAPOLVO, como barrera de protección ya que por mucho cuidado que se tenga al trabajar, las salpicaduras de productos químicos o biológicos son inevitables. • El guardapolvo será preferentemente de algodón, material más resistente a los ácidos, álcalis y al fuego (otros tejidos pueden adherirse a la piel en caso de incendio, aumentando el daño) y tener broches en lugar de botones (para que en caso de accidente sea más fácil despojarse del mismo), de manga larga, tener los puños ajustados a las muñecas y usarse completamente abrochados. • Los guardapolvos se usaran solamente en el laboratorio y mientras se ejecuta la tarea. No pueden llevarse fuera del laboratorio a otras áreas como oficinas, sanitarios, comedor, etc. • No utilizar ninguna vestimenta por encima del guardapolvo. • No es aconsejable llevar minifalda o pantalones cortos que dejan desprotegida una parte de las piernas, ni tampoco medias tipo cancán, (las fibras sintéticas en contacto con determinados productos químicos se adhieren a la piel). • Es obligatorio el uso de zapatos cerrados. No se debe utilizar sandalias, ojotas u otros zapatos abiertos, como así tampoco zapatos de taco cuando se trabaja con animales. • En caso de tener el pelo largo, deberá llevarlo sujeto, de tal modo que no quede expuesto en el área de trabajo. • Utilizar guantes en todas aquellas tareas que lo requieran. Seleccionar el tipo de guante correcto, según la sustancia a manipular o el tipo de tarea a realizar. • Utilizar anteojos de seguridad en todas aquellas tareas que lo requieran • No deberá trabajar con accesorios como pulseras, colgantes, collares, que puedan enganchar y volcar materiales. • No comer ni beber. • No llevar las manos a la boca u ojos cuando haya estado manipulando productos químicos o biológicos. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 3 • No inhalar, probar u oler, productos químicos. Nunca acercar la nariz para inhalar directamente sobre un producto químico. • No guardar alimentos en los armarios o heladeras del laboratorio. • Por razones higiénicas y de seguridad, está prohibido fumar en el laboratorio Recomendaciones El laboratorio es un lugar de trabajo: deben tenerse en cuenta ciertas pautas de conducta para que las tareas que se realizan se desarrollen dentro de un marco de seguridad. Cómo trabajar para obtener buenos resultados Orden en la mesada de trabajo Durante el trabajo se debe mantener la mesada limpia y seca. Sólo deben estar presentes los elementos necesarios para la práctica, guardando en el cajón todo aquello que no se ha de utilizar. No deben colocarse sobre la mesa de trabajo ropas ni tampoco libros o papeles que no sean imprescindibles. Los elementos de trabajo deben guardarse limpios. Manejo de sustancias químicas Se debe poner atención en el manejo de sustancias químicas, pues éstas pueden ser de carácter irritante, corrosivo, tóxico, etc. Se deben usar las cantidades de reactivos indicados en la guía. Se debe tapar el reactivo inmediatamente después de ser usado y cuidar que sea con su tapón correspondiente. Antes de tomar los frascos con reactivos se debe observar que éstos estén limpios y secos. No dañar las etiquetas, pues si la lectura fuera confusa podría inducir al uso indebido de una sustancia con accidentes de graves consecuencias (explosiones, mezclas tóxicas, etc.). Trabajo con atención Se debe concurrir al laboratorio con guardapolvo y habiendo leído la guía del trabajo práctico a efectuar y sus fundamentos teóricos. Se debe poner atención en el trabajo para la propia seguridad; se debe trabajar en calma, evitando movimientos bruscos. Se recomienda hablar sólo lo necesario y en voz baja. No correr. No distraer a los compañeros. Nunca se debe fumar, comer o beber durante el trabajo. Se Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 4 debe evitar llevarse las manos a la cara, a los ojos, etc., ya que pudo haber tocado sustancias irritantes o tóxicas sin que lohubiere notado. Indumentaria protectora El uso del guardapolvo es una buena medida de protección para evitar la acción directa de productos sobre la piel o la ropa. Se recomienda: 1) usar calzado cerrado para evitar el efecto de posibles salpicaduras de los productos usados. 2) mantener el cabello recogido puede evitar accidentes. Pinzas de madera Para el manipuleo de tubos de ensayos se utilizan pinzas de madera. Cuando se calienta un tubo de ensayos debe orientarse la boca del mismo previendo la posibilidad de que se produzcan proyecciones (evitar dirigirlo hacia personas cercanas). Color de las cañerías Para evitar confusiones hay una norma general de aplicación en laboratorios; las cañerías están pintadas de distintos colores para distinguirlas según de que se trate: * amarillo = gas * rojo = vacío * verde = agua Elementos de seguridad En ciertos casos, especialmente cuando se manipulan sustancias altamente irritantes, volátiles y tóxicas es conveniente utilizar elementos de seguridad. Protección ocular Existen antiparras especiales para protección ocular cuyo uso es recomendable. Protección respiratoria Hay máscaras de distintos tipos con diferente grado de filtración según las sustancias químicas empleadas. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 5 Protección bucal NO SE DEBE PIPETEAR CON LA BOCA sino utilizando pera de goma u otros dispositivos. Guantes protectores Es apropiado el uso de guantes para proteger las manos. Hay distintos tipos según la finalidad del uso: protección de la acción del calor, protección del efecto de las sustancias químicas, etc.. Recomendaciones finales Antes de retirarse del laboratorio se procederá a la limpieza con detergente y escobilla del material de vidrio empleado en el trabajo práctico y luego se lo colocará en su lugar o sobre la mesa de trabajo, según se indique. Lavarse las manos antes de retirarse del laboratorio. Lea cuidadosamente las recomendaciones especiales de cada trabajo práctico. En caso de accidente avisar inmediatamente al docente. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 6 Elementos habituales en un laboratorio de química orgánica Materiales de laboratorio Elementos de uso corriente Pipetas Hay de dos tipos: graduadas y aforadas. Pipetas graduadas: hay de distinta capacidad y graduación. Ej.: 1ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml, 20 ml, 25 ml, etc. de capacidad y graduadas al 1/10, 1/100. Pipetas aforadas: son tubos que presentan 1 ensanchamiento en su parte central. El volumen total está marcado por una línea, en cuyo caso se llama pipeta de simple aforo o por dos líneas, en cuyo caso se llama de doble aforo. Hay de distintas capacidades: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 25, 50 y 100 ml. Se diferencian de las graduadas porque poseen escurrimiento más lento y son más exactas. Probetas Hay probetas graduadas y sin graduar. Probetas graduadas: pueden ser con pico y sin tapa o sin pico y con tapa, que puede ser de plástico o de vidrio. Poseen pié, que puede ser de plástico o de vidrio. Hay de distintas capacidades: 5, 10, 25, 50, 100, 200, 250, 500, 1000, 2000 ml. Probetas sin graduar: se usan para densimetría. Buretas Son tubos largos graduados, provistos en el extremo inferior de una llave (robinete) que permite la fácil descarga de líquidos. Están graduadas. Hay de distintas capacidades y distinta graduación. Existen de distintas formas de llenado, con cero automático (queda enrasada automáticamente), con tubo acodado, con frasco de depósito de la sustancia a usarse. Matraz aforado Son recipientes en forma de pera con cuello largo, con una línea fina en el cuello que marca el aforo. Presentan tapón, que puede ser de plástico o de vidrio. Se utilizan cuando se preparan soluciones: después de disuelta la sustancia en un volumen aproximado de líquido, se coloca en el matraz (si estuviera caliente se espera a que esté fría) y luego se lleva a volumen exacto hasta el enrase con agua destilada. Balones-Matraces Hay balones y matraces, sin graduar, con cuello esmerilado (sin tapa) que forman parte de equipos. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 7 Erlenmeyer Son recipientes cónicos con o sin tapa. Pueden tener tapa de plástico o de vidrio. Son usados comúnmente en titulaciones. Refrigerante Son tubos encamisados que se usan para condensar vapores. Son de distinta longitud y de distinto diseño. Por ej.: de tubo recto (Liebig). Vasos de precipitados Son recipientes cilíndricos con pico; de distinta capacidad: 20, 50, 100, 250, 500, 1000, 2000, 4000 ml, etc.. Embudo Se presentan con vástago corto y largo (filtración rápida) de distinta capacidad. Se emplean como soporte de papel de filtro. Tubo de ensayos Son de distinta capacidad, sin tapa, con tapa, graduados, aforados, etc.. Mecheros Hay distintos tipos de mecheros y se diferencian en diseño y capacidad de entregar calor, llegando a alcanzar distintas temperaturas (700ºC, 1000ºC, etc.). Telas metálicas Son enrejados que se usan para proteger el material de vidrio de un calentamiento excesivo distribuyendo uniformemente el calor. Ampolla de decantación La ampolla de decantación se utiliza para separar distintas fases, pueden tener diferentes formas, desde esféricas hasta elongadas en forma de pera. Tienen un robinete en la parte inferior por donde drena el contenido del vástago. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 8 Reacción de neutralización Titulación Fundamentos teóricos Cuantificación volumétrica Unos de los procedimientos mas usados para la determinación de la concentración de una especie química en solución es la titulación o valoración. Estos métodos están basados en reacciones químicas entre la sustancia que se va a dosar (analito) y otra sustancia de concentración conocida (titulante), la cual cumple la función de estándar. Para que una reacción química pueda ser utilizada en un método analítico, debe cumplir una serie de requisitos, entre los que se encuentran los siguientes: • la reacción entre el analito y el titulante se debe producir en una proporción bien definida, es decir que la estequiometría de la misma debe estar exactamente establecida. • La reacción debe ser completa, es decir que el equilibrio químico debe estar completamente desplazado hacia los productos. • Debe ser tal que permita establecer exactamente la cantidad de titulante necesaria para reaccionar completamente con el analito. Generalmente la determinación se hace mediante la medición de algún volumen por ello, éstos métodos forman parte del análisis volumétrico. Titulación Es una técnica cuantitativa que consiste en agregar volúmenes bien medidos de un reactivo adecuado y de concentración conocida (llamada solución valorada) a la muestra problema, cuya concentración se quiere determinar. Si la titulación se basa en una reacción de neutralización, se trata de una titulación ácido base Usualmente, en una titulación se agrega con una bureta una solución valorada hasta que la cantidad total agregada es equivalente (según la estequiometría de la reacción) a la de la sustancia que se investiga. Este punto se llama punto de equivalencia. Indicador Es un reactivo que se coloca en el sistema a valorar, tiene la función de producir algún cambio observable en la solución (color, aparición de precipitado, etc), en las cercanías del punto de equivalencia. El punto en el cual se produce dicho cambio, se denomina punto final de la titulación. El punto final no coincide, necesariamente, con el punto de equivalencia, este último es el punto final teórico. A la diferencia porcentual entre el volumen del punto final Guía deLaboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 9 y el volumen del punto equivalente, se la conoce como error de titulación. Este es el error mínimo que se comete en una volumetría, ya que además existen siempre los errores aleatorios propios de cualquier proceso de medición. Peso equivalente El peso equivalente, el equivalente gramo, o el equivalente de una sustancia, es el peso en gramos de la sustancia que cede un átomo gramo de ión hidronio, u ión hidroxilo en el caso el caso de reacciones de ácido base. Ejemplo: En las titulaciones ácido base siempre es sencilla la deducción del peso equivalente En las titulaciones de ácidos monopróticos un equivalente es igual a un mol de acuerdo con la reacción: H3O+ + Cl - + Na+ + HO- ---------- Na+ +Cl- + H2O Es decir en el caso del ácido HCl el peso equivalente (Peq) = Mr del HCl así Mr = 36,5.g/Mol = 36,5g/Equiv. = Peq En el caso del ácido sulfúrico el peso equivalente es igual = Mr /2 = 98g/Mol/2 así Peq = 49g/Equiv. de acuerdo con la reacción: 2 H3O+ + SO4-2 + 2 Na+ + 2 HO- ---------- 2 Na+ + SO4-2 + H2O Es decir que una masa de 36,5 g de HCl contiene los mismos equivalentes Ácido-Base que una masa de 49g de ácido sulfúrico. Normalidad y ecuación de titulación Es una forma de expresar la concentración de una solución y se la define como el número de equivalentes por litro de solución. El número de equivalentes se calcula dividiendo la masa de sustancia disuelta por el peso equivalente de la misma (neq=Masa/Peq). Cuando se llega al punto de equivalencia los equivalentes de ácido y base son iguales y se cumple que Va Na = Vb Nb. Titulación ácido-base 1.-Ácido fuerte con base fuerte Como los ácidos y bases fuertes están totalmente ionizados, es muy simple calcular la variación de la concentración de ion hidrógeno, y el pH durante el curso de la neutralización. Si se comienza con 100 ml de ácido clorhídrico 1 N y agregamos 90 ml de hidróxido de sodio: [H+]=5,3 x 10-2 N pH =1,3 Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 10 Cuando se hayan agregado 100 ml de NaOH 1 N se alcanzará el punto de equivalencia. Con 101 ml de NaOH 1 N , habrá 1 ml de base en exceso en un volumen de 201 ml. Por lo tanto: [OH-]= 5 x 10-3 N ; [H+]=10-14/5 x 10-3 [H+]=2 x 10-12 M pH=11,7 En la siguiente tabla se analizan las variaciones de pH durante la titulación de HCl con NaOH para diferentes concentraciones de ácido y base agregados . Se parten de100ml de ácido fuerte (HCl 1N, 0,1N y 0,01N) respectivamente. Se calculan los pH después de agregados sucesivos de hidróxido de sodio de concentración igual a la del ácido. Vol NaOH Agregado (ml) Solución 1 N Solución 0,1N Solución 0,01N [H+] pH pH pH 0 1.0 0 1.0 2.0 50 3,3.10-1 0.5 1.5 2.5 90 5.10-2 1.3 2.3 3.3 98 1.10-2 2.0 3.0 4.0 99 5.10-3 2.3 3.3 4.3 99.8 1.10-3 3.0 4.0 5.0 99.9 5. 10-4 3.3 4.3 5.3 100.0 10-7 7.0 7.0 7.0 100.1 2.10-11 10.7 9.7 8.7 100.2 1.10-11 11.0 10.0 9.0 101 2.10-12 11.7 10.7 9.7 102 1.10-12 12.0 11.0 10.0 110 2.10-13 12.7 11.7 10.7 Titulación de HCl 0,1N con NaOH 0,1N Cuando se titulan ácidos y bases más diluidos, los cambios de pH cerca del punto de equivalencia son menos abruptos. Por ejemplo, después de agregar 98 ml de NaOH 0,1N a 100 ml de HCl 0,1N el pH es igual a 3. Por agregado posterior de NaOH, la solución comienza a cambiar de color por el efecto que produce la variación de color del indicador según la acidez del medio. Después de haber agregado 99.8ml de NaOH, el pH es 4. A esta altura estamos a 0.2 ml del punto de equivalencia. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 11 Titulación de HCl con Na OH 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 120 Vol de NaOH agreg(ml) pH HCl 1 N con NaOH 1 N Titulación de HCl 0,01N con NaOH 0,01N Para esta titulación debe usarse un indicador diferente al del caso anterior, pues con el anaranjado de metilo no se observa un cambio de color nítido. En este caso, después de agregar 90 ml de NaOH, el pH es 3,3. Con igual criterio, después de agregar 99,8 ml de NaOH, el pH será 5. 2.-Titulación de Carbonato con HCl En el organismo es frecuente encontrar mezclas de CO32- y HCO3- . Si se titula una cantidad determinada de CO32- con HCl se observará, en primer lugar, que cada mol de CO32- reacciona con un mol de H+ (provenientes del HCl) para dar un mol de HCO3- según: CO32- +H+ HCO3- El HCO3- producido a su vez se neutralizará con un segundo mol de HCl según: HCO3- +H+ CO2+ H2O Se deduce que el volumen de HCl necesario para convertir el CO32-en HCO3- será el mismo que para neutralizar el HCO3- a CO2 y H2O, pues en cada reacción intervino un equivalente. Al agregar el ácido, el CO32- se convierte en HCO3- y la fenolftaleína produce el cambio de color de la solución. El mismo volumen de HCl utilizado para la conversión de CO32- a HCO3-, se requerirá para convertir este HCO3-, (formado a partir del CO32-) en Cl-, H2O y CO2. En este último caso, se utilizará naranja de metilo como indicador, que favorecerá la observación nítida del punto de equivalencia. Como se trata de especies provenientes de ácidos débiles ( para el ácido carbónico Ka1=3,3 x 10-7 y la Ka2=5 x 10-11) el primer punto de equivalencia se encontrará a pH>7 y el segundo punto de equivalencia a pH < 7. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 12 Trabajo Experimental Titulación de una solución de HCl a partir de una solución valorada de NaOH Materiales Agarradera para bureta Agua destilada Bureta Fenolftaleína Pipetas aforadas de 50 mL Solución de NaOH 0,5 N Probetas de 100 mL Solución de HCl Erlenmeyer de 250 mL Solución de H2SO4 Soporte universal Características del ácido clorhídrico: Cuando el ácido está concentrado es una solución acuosa que contiene no menos del 35% p/p de Cloruro de Hidrógeno, es un líquido incoloro fumante, con olor irritante. Advertencia: es corrosivo, muy irritante para el sistema respiratorio. En el trabajo práctico se lo utiliza en una dilución que es la queremos determinar. Características del Hidróxido de sodio: El hidróxido de sodio puro es un sólido blanco muy higroscópico, cáustico, que puede dañar seriamente la vista y se debe evitar el contacto con la piel. Muchas calidades analíticas de este reactivo contienen pequeñas cantidades de agua y de carbonatos, por lo tanto no se puede preparar una solución patrón disolviendo una cantidad de hidróxido de sodio en agua, sino que es necesario valorarla contra una droga patrón. La solución que manejamos en el trabajo práctico ha sido valorada previamente con Ftalato de Potasio (Patrón primario). Características de la solución de fenolftaleína: Es un ácido orgánico , cuya forma disociada tiene un color diferente al de la forma no disociada. Para cada indicador existe un ámbito de pH en el cual se produce el cambio de color, y se lo llama intervalo de viraje. En el caso de la fenolftaleína el intervalo es ( 8-9,8 ).A pH menor a 8 es incolora y a ese pH comienza a tomar color púrpura . Procedimiento Se coloca en un erlenmeyer de 250 ml, 50 ml de solución de HCl y se le agregan 100 ml de agua destilada.Se colocan en el erlenmeyer dos gotas de solución de fenolftaleína usada como indicador. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 13 En una bureta se coloca la solución de NaOH 0,5 N (previamente valorada) enrasando a cero .Se descarga el líquido contenido en la bureta gota a gota y agitando continuamente. Cuando se produce el cambio de color (incoloro a rosado) se ha llegado al punto final y se procede a anotar el volumen de NaOH. Aplicando la formula : Na : normalidad del ácido Nb: normalidad de la base. Va Na = Vb Nb Vb: volumen de la base . Va: volumen del ácido - Calcule la Normalidad del ácido. - Lavar bien la bureta INFORME Nº REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN APELLIDO Y NOMBRE...................................................................................... FECHA .............................. TURNO.............................. JEFE:.......................................... 1 - Objetivo del Trabajo Práctico 2 - Reacción de neutralización 3 - Esquema del equipo utilizado 4 - Volumen de NaOH utilizado Normalidad de la solución de NaOH Volumen de solución de ácido Cálculos: Normalidad de la solución de ácido Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 14 Soluciones reguladoras (Sistemas buffer) Las soluciones reguladoras poseen la propiedad de oponerse a los cambios de pH cuando a ellas se agregan pequeñas cantidades de ácidos o bases. Las soluciones reguladoras usadas frecuentemente están constituidas por un ácido débil y una sal formada por el mismo ácido débil con una base fuerte (por ejemplo: solución de ácido acético - acetato de sodio); o por una base débil y una sal formada por la misma base débil y un ácido fuerte (por ejemplo: solución acuosa de amoníaco - cloruro de amonio). Sistemas buffer en los organismos animales Los organismos animales necesitan mantener el pH de su medio interno dentro de un estrecho rango para que se puedan llevar a cabo las funciones vitales. Para ello existen en el organismo sistemas buffer que, conjuntamente con el normal funcionamiento de los sistemas respiratorio, renal y circulatorio impiden grandes variaciones de pH que son incompatibles con la vida. Por ejemplo, en el hombre el rango normal del pH de la sangre se encuentra entre 7.38 y 7.42. Por debajo o por encima de estos niveles el organismo presenta acidosis o alcalosis respectivamente. En otras especies el rango normal es el siguiente: caballo: 7,20 - 7,55 vaca: 7,35 - 7.50 perro: 7,32 - 7.48 Los principales sistemas buffer del organismo son: - dióxido de carbono acuoso - bicarbonato (CO2 (aq) /HCO-3) - hemoglobina (HHb / Hb- ) - oxihemoglobina (HHbO /HbO-) - fosfato monoácido - fosfato diácido ( HPO4 2- /H2PO4-) - proteínas (HPr/Pr-) Estos sistemas se encuentran distribuidos en los fluidos intra y extracelulares. El principal amortiguador en el plasma y en los fluidos intersticiales de los vertebrados es el sistema dióxido de carbono acuoso - bicarbonato, mientras que en los glóbulos rojos es el sistema de la hemoglobina. Para comprender mejor la acción reguladora, tomemos como ejemplo el sistema dióxido de carbono acuoso - bicarbonato. Su acción se representa mediante las siguientes reacciones de equilibrio: CO2 + 2H2O HCO3- + H3O+ Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 15 En el caso de una disminución del valor del pH (acidosis), debida a un aumento de la concentración de iones hidronio, el equilibrio representado mediante la ecuación se desplaza hacia la izquierda, de acuerdo con el principio de Le Chatelier. Como consecuencia de ello aumenta la concentración del dióxido de carbono en el fluido. Esto produce un aumento de la velocidad de eliminación de CO2 a nivel pulmonar. En el caso de un aumento en el valor del pH (alcalosis) se produce una disminución de la concentración de iones hidronio. El equilibrio representado mediante la ecuación se desplaza hacia la derecha, a fin de mantener la normal concentración de iones hidronio. Por consiguiente la concentración de CO2 disminuye. Como consecuencia disminuye también la velocidad de eliminación de CO2 a nivel pulmonar. La sangre es un tejido formado por sustancia intercelular líquida llamada plasma y células sanguíneas. En el caso particular de la sangre la sustancia intercelular es líquida y se llama plasma. El plasma está formado por agua, gases disueltos, sales disueltas y proteínas plasmáticas: albúminas, globulinas y fibrinógeno. Para obtener plasma se debe someter a la sangre a centrifugación utilizando un anticoagulante. Las células sanguíneas son eritrocitos o glóbulos rojos, leucocitos o glóbulos blancos y restos celulares llamados plaquetas. El suero sanguíneo está formado por todos los componentes de la sangre excepto las células y el fibrinógeno. Esta proteína se convierte en fibrina, la cual forma parte del coágulo sanguíneo. Para obtener suero se debe colocar la sangre en un tubo y esperar a que coagule, se retraiga el coágulo y luego se pueda separar el suero. Medición del pH La medición del pH puede realizarse mediante métodos colorimétricos (empleo de indicadores); pero se logra mayor exactitud mediante el empleo de métodos potenciométricos. Para medir el pH por este último método se utiliza un aparato llamado peachímetro que consta básicamente de un sistema de medición de tensiones, conectado a dos electrodos, uno de ellos llamado electrodo de vidrio y el otro electrodo de referencia o de calomel (Hg2Cl2). Ambos electrodos pueden hallarse montados en un mismo dispositivo, llamado electrodo combinado. Al sumergir el electrodo combinado en la solución cuyo pH se desea medir se genera entre los dos electrodos (el de vidrio y el de referencia) una diferencia de potencial que es directamente proporcional al pH de la solución. Esta diferencia de potencial se mide mediante un voltímetro, calibrado en unidades de pH. Cuando el peachímetro no se halla en funcionamiento, es necesario tener la precaución de mantener el electrodo sumergido en una solución apropiada, según las características del mismo. Trabajo experimental Capacidad reguladora del suero y de la orina Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 16 Materiales agua destilada HCl 0,1 M electrodo combinado NaOH 0,1 M peachímetro solución buffer de pH 7 pipetas suero piseta orina vasos de precipitados 10 cm3 Procedimiento 1. Ajuste del peachímetro - Se enciende el peachímetro y se ajusta la temperatura de trabajo del aparato a la temperatura de la solución (en este caso, temperatura ambiente), mediante el empleo de la perilla correspondiente. - Se retira el electrodo de la solución en la que está sumergido, se lo lava con agua destilada, empleando para ello la pipeta y se lo seca con papel de filtro. - Para ajustar el peachímetro,se sumerge el electrodo combinado en una solución buffer de pH 7 y se ajusta mediante el control correspondiente hasta que la lectura en la escala coincida con el pH del buffer. - Se retira el electrodo de la solución, se lo lava nuevamente con agua destilada, se seca y se lo sumerge en la solución standard, quedando el peachímetro en condiciones de trabajo. 2. Determinación de la variación del pH del agua destilada por agregado de ácido o base - Se colocan 12 cm3 de agua destilada en un vaso de precipitados de 25 cm3 y se determina el pH de la misma. - Se toman dos alícuotas de agua destilada del vaso anterior, de 5 cm3 cada una y se colocan en sendos vasos de 10 cm3. - A una de las alícuotas se le agregan 0,3 cm3 de HCl 0,1 M. - Se homogeneiza por agitación y se determina el pH de la solución resultante. - Se lava el electrodo con agua destilada y se seca. - A la otra alícuota se le agregan 0,3 cm3 de NaOH 0,1 M - Se homogeneiza por agitación y se determina el pH de la solución resultan - Se lava el electrodo con agua destilada, se seca y se sumerge en la solución standard. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 17 3. Determinación de la capacidad reguladora de la orina - Se repite idéntica secuencia de operaciones que en el punto 2 reemplazando el agua destilada por orina. 4. Determinación de la capacidad reguladora del suero - Se repite idéntica secuencia de operaciones que en el punto 2 reemplazando el agua destilada por suero sanguíneo. _______________________________________________________________ INFORME N° CAPACIDAD REGULADORA DEL SUERO Y DE LA ORINA APELLIDO Y NOMBRE....................................................................................... FECHA.......................................... TURNO.......................................... JEFE.............................. 1 - Objetivo del Trabajo Práctico 2 - Completar el siguiente cuadro de valores pH pH pH Agua destilada Orina Suero Agua destilada + HCl Orina + HCl Suero + HCl Agua destilada + NaOH Orina +NaOH Suero + NaOH 3 – Conclusiones Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 18 CUESTIONARIO Titulación 1) Describa brevemente la técnica de titulación. 2) ¿Cuál es el objeto de usar un indicador? ¿Qué indicadores ácido- base conoce? 3) Mencione dos indicadores ácido- base con diferente rango de viraje especificando el cambio de color producido en cada uno de ellos en función del pH. 4) Se titulan 20 ml de NaOH 0,1N con HCl 0,1N usando fenolftaleína como indicador: a)¿Cuál es el pH en el punto de equivalencia? b) Complete el siguiente cuadro y grafique pH=f(Vol) Vol HCl agreg [H+] Color de la solución pH 0,0 5,0 10,0 20,0 5)¿Cuál es la diferencia entre punto de equivalencia y punto final? Sistemas buffer 1) Explique por qué se utilizan iguales volúmenes de orina, suero y agua para comparar el poder regulador. 2) Si el suero fisiológico se reemplazara por solución fisiológica (qué es una solución de cloruro de sodio al 0,9 % masa/volumen), ¿Se observaría comportamiento buffer? Justifique. 3) Formule la ecuación de Henderson - Hasselbach y mencione cuáles son los límites dentro de los cuales hay regulación de pH. 4) ¿Cómo funciona el sistema buffer CO2(aq) / HCO3- en el fluido extracelular para una acidosis y una alcalosis? 5) ¿Cuál o cuáles son los sistemas buffer que regulan en el suero? 6) Indique qué volumen de soluciones de NaAc y de ácido HAc, ambos 0,1M tomaría para preparar 100 ml de una solución buffer cuyo pH es 4,75.¿Cuántos ml de solución de HCl 0,01M debe agregar para disminuir el pH en 0,01 unidades? Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 19 Reacciones de caracterización de aldehídos y cetonas Los aldehídos y las cetonas pueden ser alifáticos o aromáticos según las características de los restos carbonados unidos al grupo funcional carbonilo. Los aldehídos y cetonas presentan reacciones comunes, pero se comportan de manera diferente frente a los agentes oxidantes. Los aldehídos se oxidan con mucha facilidad, dando ácidos carboxílicos. TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall RReeaacccciioonneess ddee ooxxiiddaacciióónn 1 - Reacción de Fehling (para reconocer aldehídos) Materiales Pipeta Tubos de ensayos Solución de Fehling I (solución acuosa de sulfato de cobre) Pera de goma Tela metálica Mechero Solución de Fehling II (solución acuosa de hidróxido de sodio y tartrato de sodio y potasio). Trípode Solución de formaldehído Gradilla Acetona Pinza de madera Solución de glucosa Características del formol Es una solución acuosa de formaldehído (metanal) que contiene no menos de 37%, ni más de 41% (p/v) y contiene cantidades variables de etanol o metanol o ambos para evitar la polimerización. Es un líquido incoloro con olor característico, picante e irritante que ataca a las mucosas de garganta y nariz. Advertencia: es tóxico, corrosivo y cancerígeno. Uso: es un desinfectante muy activo que se usa para esterilizar material quirúrgico. También se usa para conservación de piezas anatómicas. Características de la glucosa Es un polvo blanco, cristalino o granuloso, inodoro y de sabor dulce, también conocido como dextrosa. Uso: se usa en la preparación de solución isotónica de dextrosa: es una solución que contiene 50 gramos de glucosa por litro de agua. También se usa en la preparación de solución hipertónica de dextrosa: solución 300 g / l. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 20 Características de la acetona Es un líquido polar, incoloro, volátil e inflamable. Uso: como solvente. Advertencia: INFLAMABLE Características del sulfato de cobre Se presenta en cristales como sulfato de cobre penta hidrato de color azul. Advertencia: nocivo, irritante. Características del tartrato de sodio y potasio Se presenta en cristales prismáticos incoloros, inodoros, solubles en agua fría. Se lo conoce también como sal de Rochela o sal de Seignette. Procedimiento - Tubo de ensayo 1: verificar que el tubo esté limpio y colocar 2 ml de solución de Fehling I + 2 ml de solución de Fehling II + 1 ml de formaldehído. - Tubo de ensayo 2: verificar que el tubo esté limpio y colocar: 2 ml de solución de Fehling I + 2 ml de solución de Fehling II + 1 ml de solución de glucosa. - Tubo de ensayo 3: verificar que el tubo esté limpio y colocar: 2 ml de solución de Fehling I + 2 ml de solución de Fehling II + 1 ml de acetona. - Se calientan los tres tubos en un baño de agua hirviente. Anote los cambios observados. 2 - Reacción de Tollens (para reconocer aldehidos) Materiales Mechero Tubos de ensayos Solución concentrada de hidróxido de amonio Pipeta Solución de nitrato de plata al 5% Pera de goma Solución de hidróxido de sodio al 5% Tela metálica Vaso de precipitados Características del nitrato de plata Se presenta como cristales incoloros, inodoros que expuestos a la luz o en presencia de sustancias orgánicas se colorea de gris o gris parduzco. Uso: puro o asociado a otras sustancias en barritas con uso cáustico. Preparación de solución oftálmica al 1%, llamada colirio oftálmico. Advertencia: corrosivo. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 21 Procedimiento - Preparar tres tubos de ensayo (1, 2 y 3) de la siguiente forma: verificar que los tubos estén limpio y colocaren CADA UNO, 2 ml de solución de nitrato de plata al 5% + una gota de solución de hidróxido de sodio al 5% + gota a gota solución concentrada de hidróxido de amonio hasta disolución del precipitado de hidróxido de plata formado; agregando luego un leve exceso de hidróxido de amonio - Tubo de ensayo 1: agregarle a lo ya preparado 1 ml de solución de formaldehído - Tubo de ensayo 2: agregarle a lo ya preparado 1 ml de solución de glucosa. - Tubo de ensayo 3: agregarle a lo ya preparado 1 ml de acetona. - Se calientan los tres tubos en un baño de agua hirviente. Anote los cambios observados. 3 - Reacción de oxidación con permanganato de potasio Materiales Pipeta Formaldehído Gradilla Ácido sulfúrico Pera de goma Vaso de precipitados Solución diluida de permanganato de potasio Mechero Tubo de ensayos Tela metálica Características del ácido sulfúrico Es un líquido incoloro, inodoro, de consistencia oleosa. Muy cáustico e higroscópico. Densidad: 1.836-1.840 g/cm3 (comparar con la densidad del agua). Advertencia: se disuelve en agua con gran desarrollo de calor. Si se desea preparar una dilución, tener en cuenta que SIEMPRE SE AGREGA SULFÙRICO AL AGUA (Y NO AL REVÉS) mientras se agita con varilla el líquido acuoso, muy cautelosamente. Es corrosivo y tóxico. Procedimiento - Se colocan en un tubo de ensayos 5 ml de una solución diluída de permanganato de potasio, se acidulan con dos gotas de ácido sulfúrico y se agrega 1 ml de solución de formaldehído. Se calienta el tubo en un baño de agua hirviente. - Se observa el cambio de coloración. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 22 INFORME N° REACCIONES DE CARACTERIZACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS APELLIDO Y NOMBRE....................................................................................... FECHA.......................................... TURNO.......................................... JEFE.............................. 1- OBJETIVO DEL TRABAJO PRÁCTICO 2- REACCIÓN DE FEHLING a) con formaldehído b) con glucosa c) con acetona 3- REACCIÓN DE TOLLENS a) con formaldehído b) con glucosa c) con acetona 4- REACCIÓN DE OXIDACIÓN CON PERMANGANATO DE POTASIO Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 23 CUESTIONARIO 1) Formule la reacción de Fehling. ¿Cuál es la función del tartrato de sodio y potasio en ésta reacción? Si en la reacción de Fehling el aldehído se oxida, ¿por qué se obtiene una sal y no un ácido? ¿Cuál es la señal positiva de la reacción? 2) Formule la reacción de Tollens. ¿Cuál es la función del agregado de hidróxido de amonio? ¿Cuál es la señal positiva observable? 3) ¿Por qué no reacciona la acetona frente a los reactivos de Fehling y Tollens? 4) ¿Cómo es la reacción con KMnO4/H2SO4?¿Cuál es la señal positiva? 5) Complete el siguiente cuadro: Compuesto Orgánico Fórmula Química Producto obtenido en la reacción de Fehling Producto obtenido en la reacción de Tollens Producto en la reacción con KMnO4/H2SO4 Ciclohexanona Propanona Fructosa Acetaldehído Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 24 Extracción y análisis de analgésicos por cromatografía en capa delgada Extracción Ácido-Base FFuunnddaammeennttooss tteeóórriiccooss El método de extracción ácido-base es muy utilizado cuando alguna de las sustancias a recuperar presentan características ácidas o básicas. Los compuestos orgánicos con carácter ácido o básico que estén disueltos en un solvente orgánico pueden llevarse a una fase acuosa aprovechando sus propiedades ácido-base. Por lo tanto, este método permite separar mezclas de compuestos que difieran en sus características de acidez o basicidad. El procedimiento de extracción consiste en transformarlos secuencialmente en su sal correspondiente haciéndolos reaccionar con una solución acuosa ácida o básica. Hay pocos grupos funcionales orgánicos suficientemente ácidos o básicos para poder interactuar con bases o ácidos inorgánicos. Los ácidos carboxílicos y los fenoles reaccionan con bases fuertes para dar las sales correspondientes, según representamos con las siguientes ecuaciones: R–COOH + NaOH → R–COO–Na+ + H2O Ph–OH + NaOH → Ph–O–Na+ + H2O donde "Ph" representa al grupo fenilo (C6H5). Los ácidos carboxílicos, más ácidos que los fenoles, también reaccionan con bicarbonato de sodio mientras que los fenoles no lo hacen. R–COOH + NaHCO3 → R–COO–Na+ + H2O + CO2 Ph–OH + NaHCO3 → NO HAY REACCIÓN Las aminas reaccionan con ácidos inorgánicos fuertes para dar también sales solubles en agua: R–NH2 + HCl → R–NH3+Cl– El método de separación de mezclas por extracción ácido-base consiste en: 1 Disolver la mezcla orgánica a separar en un solvente con las siguientes características: i. todos los componentes deben ser solubles en él ii. debe ser inerte (no debe reaccionar con ninguno de los componentes de la mezcla) iii. debe ser inmiscible con el agua iv. debe tener un punto de ebullición lo suficientemente bajo como para permitir recuperar las sustancias disueltas en él por evaporación Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 25 2 Agregar una solución ácida o básica para extraer a la fase acuosa el componente deseado (como una de sus sales). 3 Neutralizar la fase acuosa 4 Extraer nuevamente con solvente orgánico. 5 Evaporar en forma separada las fracciones orgánicas hasta sequedad para poder recuperar los compuestos Los fundamentos de este procedimiento se resumen en lasiguiente tabla: Categoría Funcionalidad Se extrae con Reacción ácido-base Ácidos orgánicos fuertes Ácido carboxílico Base débil (5% NaHCO3) RCOOH → RCOO-Na+ Ácidos orgánicos débiles Fenol Base fuerte (5% NaOH) ArOH → ArO-Na+ Bases orgánicas Amina Ácido fuerte (5% HCl) RNH2 → RNH3+Cl- Neutros Otros No extraíble ácido-base) No hay reacción Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 26 Cromatografía FFuunnddaammeennttooss tteeóórriiccooss La cromatografía es una técnica que permite separar los componentes de una mezcla mediante su distribución diferencial entre una fase fija y una fase móvil. Cada uno de los componentes puede ser separado de los demás; y también puede determinarse la cantidad de cada uno en la mezcla. La cromatografía puede utilizarse con fines analíticos (cuali o cuantitativos) y preparativos. La fase fija puede ser un sólido poroso, finamente dividido como por ejemplo en la cromatografía de adsorción, o un líquido depositado como película delgada sobre un material poroso inerte como en la cromatografía de partición. La fase móvil puede ser un líquido puro o una mezcla homogénea ó puede ser un gas como en la cromatografía gaseosa. De acuerdo a sus características estructurales los compuestos pasarán distintas fracciones de tiempo en la fase fija. El que pase más tiempo en la fase fija se moverá más lentamente y podrá ser separado de los otros. Existen varios tipos de cromatografía. Cromatografía de adsorción Cromatografía de partición Cromatografía de filtración por geles (o tamices moleculares o exclusión) Cromatografía de intercambio iónico Cromatografía de afinidad Existen también varias técnicas que se aplican a algunos de los tipos mencionados, por ejemplo: Cromatografíaen capa delgada (C.C.D.) Cromatografía en columna Cromatografía en papel Cromatografía gaseosa La técnica en capa delgada es para uso analítico o preparativo y la columna es siempre preparativa. Según la técnica empleada hay consideraciones especiales para los distintos pasos en el proceso cromatográfico. Pero se puede decir que dicho proceso consta de cinco etapas principales: 1 - Armado de la placa o columna: implica la disposición espacial que adopta la fase estacionaria. 2 - Siembra: se refiere al contacto inicial de la mezcla a separar con la fase estacionaria, para su posterior desarrollo. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 27 3 - Desarrollo: es el pasaje de la fase móvil a través de la fase estacionaria. 4 - Detección: Implica la localización de cada compuesto. Tipos de cromatografía 1 - Cromatografía de adsorción El proceso de cromatografía de adsorción se basa en la separación de un soluto entre una fase sólida de adsorbente y una fase móvil que es el solvente de elución El fenómeno de adsorción ocurre en la superficie del gránulo de la fase fija, y se fundamenta en la atracción entre el soluto y el adsorbente por formación de uniones dipolo-dipolo y formación de puentes de hidrógeno. El soluto es adsorbido en la superficie del adsorbente y luego desorbido por el solvente de elución. Es necesario que la fase estacionaria posea partículas que sean tan pequeñas como sea posible para que exista una superficie grande de modo que la adsorción y desorción de los solutos se verifique frecuentemente. Los adsorbentes presentan diferente grado de polaridad. Unos son polares, como la alúmina y la sílica gel y otros menos polares, como el carbón activado. Los solventes usados en la fase móvil deben ser de alta calidad, miscibles entre sí cuando se usan mezclas, no deben reaccionar con las sustancias a separar. La capacidad de un solvente de movilizar a una sustancia se denomina poder de elución. Series elutrópicas de solventes son ordenamientos de solventes según su poder de elución para una determinada fase estacionaria. Por ejemplo, para adsorbentes polares en orden creciente de poder eluyente se encuentran: éter de petróleo < Visualización del proceso cromatográfico Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 28 tolueno < acetato de etilo < acetona < metanol. O sea cuanto mayor sea la polaridad del solvente, mayor será su poder de elución. 2 - Cromatografía de partición En la cromatografía de partición, la fase estacionaria es líquida y la fase móvil también es un líquido inmiscible con el anterior. La separación se basa en la distribución selectiva de la sustancia entre las fases, en función del coeficiente de partición o sea, este tipo de cromatografía se basa en la diferente solubilidad de los compuestos en cada una de las fases. [soluto] fase fija Coeficiente de partición: = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ [soluto] fase móvil 3 - Cromatografía de filtración con geles (exclusión) 4 - Cromatografía de intercambio iónico La fase estacionaria consta de una matriz polimérica sobre cuya superficie se han unido químicamente grupos funcionales de tipo iónico, por ejemplo, ácidos carboxílicos o sulfónicos (intercambio catiónico) o amonios cuaternarios (intercambio aniónico). A medida que la fase móvil pasa sobre esta superficie, los solutos iónicos son retenidos por formación de uniones electrostáticas con los grupos funcionales. Las fases móviles que se usan en la cromatografía de intercambio iónico son siempre líquidas. La fase estacionaria es una sustancia polimérica que contiene numerosos poros de dimensiones moleculares. Los solutos cuyo tamaño molecular es suficientemente pequeño dejan la fase móvil al difundir dentro de los poros. Las moléculas más grandes que no penetran en esos poros quedan en la fase móvil y no son retenidas. Este método es muy adecuado para separar mezclas en las cuales los solutos varían considerablemente de tamaño molecular. Por ejemplo, la cromatografía de exclusión es una forma eficiente de separar proteínas diferentes entre sí. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 29 Res-COO−H+ + Na+ → Res-COO−Na+ + H+ Res-SO3−H+ + Na+ → Res-SO3−Na+ + H+ Res-NH 4+ HO− + CI− → Res-NH4+ CI− + HO− 5 - Cromatografía de afinidad Se utiliza para material biológico, por ejemplo: fase fija antitrombina para separar heparina de una mezcla de glicosaminoglicanos. Es muy especifica para separar un compuesto determinado de una mezcla compleja. Técnicas cromatográficas a - Cromatografía en capa delgada La cromatografía en capa delgada se puede realizar con fines analíticos o preparativos, y es de adsorción o partición. En el primer caso, se extiende sobre una placa de vidrio una capa delgada y uniforme de adsorbente mezclado con una sustancia ligante, como por ejemplo sulfato de calcio, suspendido en un solvente adecuado. En una misma placa se pueden cromatografiar muestras diferentes, siempre que la siembra de las mismas se realice sobre una misma línea paralela al borde del vidrio. La placa una vez cargada se introduce en una cámara de vidrio con tapa, que contiene al eluyente. Esta cámara debe estar saturada con los vapores del solvente de desarrollo. El nivel del eluyente debe ser tal, que esté en contacto con el adsorbente pero sin tocar la línea de siembra. Para la elección del solvente de desarrollo es necesario tener en cuenta, entre otros factores, el adsorbente utilizado y la polaridad de las sustancias que se desean separar. El solvente asciende a través del adsorbente y cuando alcanza una altura conveniente se retira la placa de la cámara y se deja evaporar el solvente. Si las sustancias separadas son coloreadas se observan las manchas correspondientes a cada una de ellas a simple vista. Cuando las sustancias no son coloreadas es necesario revelar la placa una vez seca; para ello se pulveriza con un reactivo que produzca con las sustancias que interesan reacciones de coloración. Relación de frente Para poder medir el desplazamiento alcanzado por cada componente de la mezcla y por el patrón, con una medida tal que resulte independiente del tiempo y de las dimensiones de la placa, se utiliza el concepto de (RF) Relación de frente y se lo define como el cociente entre la distancia recorrida por la sustancia y la distancia recorrida por el eluyente. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 30 distancia recorrida por la sustancia RF = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ distancia recorrida por el eluyente La distancia recorrida por la sustancia se mide desde la línea de siembra hasta el centro de la mancha; y la distancia recorrida por el eluyente se mide desde la línea de siembra hasta la línea del frente del solvente. El RF depende de la sustancia y del sistema cromatográfico utilizado. Los RF son siempre menores o iguales a 1. b - Cromatografía en columna Se utiliza un tubo de vidrio que se llena con la fase fija correspondiente. Por ejemplo, en la cromatografía de adsorción en columna se llena con el adsorbente suspendido en solvente de elución. La mezcla a analizar se siembra sobre la parte superior del adsorbente, disuelta en el mismo solvente. Los componentes de la mezcla se separan mediante la elución que consisteen el pasaje de solvente (fase móvil) a través de la columna. Los diferentes procesos cromatográficos descriptos (adsorción, partición, intercambio iónico, filtración con geles, afinidad) pueden realizarse en columna. La cromatografía en columna es siempre preparativa. c - Cromatografía en papel La cromatografía en papel es una cromatografía de partición en la cual la fase fija es el agua que hidrata la fibra de celulosa de un papel cromatográfico. Las muestras se siembran siguiendo un procedimiento similar al empleado para cromatografía en capa delgada. Se coloca la hoja de papel en una cubeta de vidrio hermética que se halla saturada con los vapores del solvente con el que se va a eluir. Se deja saturar el papel con los vapores del solvente y recién entonces se agrega el eluyente. La cromatografía puede ser ascendente cuando se sumerge el borde del lado sembrado del papel en el solvente y este asciende por capilaridad a través de él o descendente cuando el eluyente se coloca en una cubeta, de la que cuelga el papel y el solvente baja a través de él. Cromatografía instrumental 1 - Cromatografía gaseosa El término cromatografía gaseosa se aplica a los procesos en los cuales la fase móvil es un gas y en los que la distribución de los componentes de una mezcla se logra mediante cualquiera de los procesos cromatográficos de adsorción o partición. Si el principal mecanismo que produce la distribución es la adsorción en un sustrato sólido, el método se denomina “cromatografía gas-sólido”. Si el mecanismo principal involucra la partición entre la fase gaseosa y una fina Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 31 película de un líquido depositado sobre un sólido inerte, el método es una cromatografía de partición “gas-líquido” (CGL). En esta técnica la fase móvil es un gas llamado carrier; los más comúnmente usados son: nitrógeno o argón. (figura 6). El gas debe ser inerte a la muestra y a la fase fija. Debe ser térmicamente estable. Esquema de un cromatógrafo gaseoso Las columnas de cromatografía gaseosa son tubos muy finos. Habitualmente se utilizan columnas capilares. Características de las columnas capilares Diámetro Gran longitud (Pueden llegar hasta 50 metros) El sustrato líquido (fase estacionaria) cubre la pared interior de la columna. Alto poder de resolución. La muestra se inyecta en un cromatógrafo donde se vaporiza y es arrastrada por el gas trasportador a través de la columna donde se produce la separación de los componentes. A la salida de la columna existe un dispositivo que permite detectar los diferentes componentes de la mezcla inyectada llamado detector. Tiempo de retención El modo característico de interacción entre una determinada carga de columna, y los componentes que se cromatografían, se expresa en términos de “tiempos de retención”, que es el tiempo que transcurre entre el instante en que la mezcla se introduce en la columna y el momento en que se detecta su aparición. Cuanto mayor sea la interacción entre el soluto y la fase estacionaria, mayor será su tiempo de retención. 2 - Cromatografía gas - líquido - espectometría de masa (cgl- em) En una cromatografía gas-líquido CGL, luego de separados los compuestos se pueden identificar con un detector de espectometría de masa. La EM es una técnica destructiva. En la fuente iónica, se transfiere energía a la molécula produciendo su Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 32 ionización. El exceso de energía de la molécula ionizada permite su descomposición, generándose fragmentos neutros y cargados. El esquema de fragmentación, basado primariamente en la detección de iones positivos, constituye el espectro de masa. El espectro de masa brinda dos tipos de información; la masa de los iones obtenidos y su abundancia y permite la identificación de los compuestos. 3 - Cromatografía líquida de alta resolución (clar) La fase móvil en la CLAR es un líquido. Los procesos para la retención de las moléculas de la muestra en la fase estacionaria son los ya descriptos para la cromatografía tradicional: partición, absorción, Intercambio iónico, exclusión (geles). En CLAR se usa también la “fase reversa” como fase estacionaria. Este es un tipo de cromatografía de partición en el cual las sustancias se eluyen en orden inverso a su polaridad. Las características de la fase móvil, pueden cambiarse durante el análisis. En cromatografía gaseosa se usan programas de temperatura. En cromatografía líquida se usan programas de solvente. Esquema de un cromatógrafo líquido de alta resolución La bomba que impulsa a la fase móvil para que pueda atravesar la columna a una velocidad adecuada: debe suministrar un flujo continuo y constante. La CLAR puede ser analítica o preparativa. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 33 Extracción y análisis de analgésicos por cromatografía en capa delgada Los analgésicos comprenden una gran variedad, entre los cuales se encuentran la aspirina, el paracetamol y el ibuprofeno. A veces se agrega cafeína como estimulante en estos compuestos, además del almidón, la lactosa y otros excipientes. TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall Extracción ácido / base Materiales Ampolla de decantación Ácido clorhídrico Tubos de ensayos Diclorometano Erlenmeyer Metanol Cafiaspirina Solución 5% NaOH Procedimiento - Pulverizar el contenido de 20 (veinte) tabletas de Cafiaspirina y transferirlo a un erlenmeyer de 125 ml. - Agregar 20 ml de una solución diclorometano / metanol (1:1). Agitar durante un minuto. - Filtrar la suspensión obtenida. - Separar 1ml de la solución en un tubo de ensayo. Solución A - Transferir el volumen restante (19 ml) a una ampolla de decantación. - Agregar 15 ml de NaOH 5%. Agitar siguiendo la técnica de extracción. - Separar la fase acuosa (superior). Repetir con otros 15 ml de NaOH 5%. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 34 - Reunir los extractos acuosos. Reservar la fase orgánica (solución B). - Acidificar la fase acuosa (papel pH) con HCl diluido. Extraer dos veces con 15 ml de diclorometano. - Separar la fase orgánica (solución C). Cromatografía en capa delgada Materiales Cuba Acetato de etilo Placa de sílica gel Ácido acético Metanol Tolueno Yodo Procedimiento - Tomar una alícuota de las soluciones A, B y C. - Sembrar dichas alícuotas en una placa de sílica gel (adsorción). - Desarrollar con mezcla de tolueno- acetato de etilo- ácido acético- metanol (20:10:3:0,2) - Revelar en cuba de Yodo. - Comparar los Rf de las manchas observadas. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 35 INFORME N° EXTRACCIÓN Y ANÁLISIS DE ANALGÉSICOS POR CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA APELLIDO Y NOMBRE....................................................................................... FECHA.......................................... TURNO.......................................... JEFE.............................. OBJETIVO DEL TRABAJO PRÁCTICO ESQUEMA DE LA EXTRACCIÓN ÁCIDO - BASE REACCIÓN ÁCIDO – BASE CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA Revelado en cuba de yodo i) Solución A ii) Solución B iii) Solución C Cálculo de los Rf i) Solución A ii) Solución B iii) Solución C Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 36 CUESTIONARIO Extracción ácido-base 1) ¿En qué se basa el método de extracción ácido base para separar mezclas? 2) Se dispone en el laboratorio de una mezcla de los siguientes compuestos: ¿Cómo procedería parasepararla? 3) ¿Cómo procedería para purificar un fenol que se encuentra mezclado con un ácido carboxílico? 4) Se tienen los siguientes compuestos para hacer reaccionar con NaOH(aq) 5%. ¿Cuál de ellos dará reacción positiva? Justifique. Compare los resultados que obtendría si los hiciera reaccionar con Naº. a) etanol b) ciclohexanol c) terbutanol. Cromatografía 1) Explique brevemente en que se basa la cromatografía de adsorción. 2) Explique brevemente en que se basa la cromatografía de partición. 3) Explique en qué se basa la separación de sustancias en la cromatografía de intercambio iónico. 4) Explique en qué se basa la separación de sustancias en la cromatografía de exclusión por tamaño. 5) ¿Qué entiende por Rf?¿Cómo lo determina?¿Cómo detecta la presencia de una sustancia por cromatografía en placa?¿Podría llegar a cuantificarla? 6) En la cromatografía líquida de alta resolución (CLAR) a) La fase móvil es ¿líquida o gaseosa? b) ¿Qué entiende por gradiente de elución? 7) Los compuestos A y B se sometieron a una cromatografía de adsorción en capa delgada en sílica gel. Se utilizó tolueno: etanol (3:1) como solvente de extracción. Indique: a)¿Cuál de las dos sustancias tiene mayor Rf? b) Efectúe un esquema simple de la placa que obtendría según su criterio, aclarando la posición de cada punto. Justifique su respuesta. A B COOH OH NH2 COOH Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 37 Hidrólisis de lecitina y reconocimiento de sus componentes Las lecitinas son Fosfolípidos en las cuales el ácido fosfórico se halla esterificado con la colina. En la hidrólisis se introduce una molécula de agua en cada una de las uniones ésteres, provocando la ruptura de las mismas. La hidrólisis puede ser en medio ácido en medio básico o catalizada por enzimas La hidrólisis de lípidos en medio básico se conoce con el nombre de saponificación. Como productos de la hidrólisis básica de las lecitinas se obtienen: glicerol, sales de sodio o potasio de los ácidos grasos (jabones), ortofosfato de sodio y colina. TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall Saponificación de la lecitina Materiales Agarradera Etanol Balón Varilla de vidrio Vaso de precipitados Lecitina Solución de cloruro de sodio Solución de hidróxido de sodio al 30 % Doble nuez Mechero Tubos de goma Refrigerante Soporte universal Tela metálica Trípode Procedimiento - Se colocan en un balón de 125 cm3, 5 g de lecitina, 7 cm3 de solución de hidróxido de sodio al 30% y 7 cm3 de etanol. Mediante una varilla se mezcla bien la pasta, se adosa un refrigerante a reflujo (figura 1) y se calienta sobre tela metálica hasta ebullición. Se mantiene la ebullición durante 30 minutos, agitando periódicamente. - Se vierte la solución caliente sobre 50 cm3 de solución saturada de cloruro de sodio helada contenida en un vaso de precipitados de 250 cm3. - El jabón así obtenido se filtra al vacío. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 38 Equipo de calentamiento a reflujo Soporte Universal Figura 1: Reacciones de reconocimiento a) Reconocimiento del glicerol Materiales Espátula Sulfato ácido de potasio Pinza de madera Tubo de ensayo Procedimiento Advertencia: - usar pinza de madera - correcta dirección del tubo - no oler en forma directa - Se colocan en un tubo de ensayos unas gotas del filtrado, se mezclan con una punta de espátula de sulfato ácido de potasio y se calienta el tubo a fuego directo hasta que se produzcan vapores blancos. Estos tienen un olor muy irritante debido a la formación de acroleína. b) Reconocimiento del fósforo Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 39 Materiales Cápsula de porcelana Ácido nítrico Mechero Molibdato de amonio 10% Tubo de ensayos Nitrato de amonio 30% Procedimiento - Se colocan 2 ml del filtrado en una cápsula de porcelana y se llevan a sequedad. - Se retira el mechero y se deja enfriar. - Se disuelve el residuo con ácido nítrico concentrado. - Se trasvasa a un tubo de ensayos y se agregan 2 ml de nitrato de amonio al 30% y 2 ml de molibdato de amonio al 10%. - Un precipitado amarillo de fosfomolibdato de amonio demuestra la presencia de fósforo en el filtrado. c) Reacción del jabón Materiales Espátula o varilla Cloruro de Calcio 10% Pipeta Pera de goma Tubo de ensayos Procedimiento - Se disuelve una punta de espátula en un tubo de ensayos en 5 ml de agua caliente - Se agregan 3 gotas de solución de CaCl2 al 10 %. - Se observa el precipitado obtenido. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 40 INFORME Nº RECONOCIMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LECITINA Apellido y Nombre............................................................................................. Fecha......................... Turno.......................... Jefe........................................ 1 - Objetivo del Trabajo Práctico 2 - Esquema del equipo utilizado 3 - Reacción de saponificación de la lecitina 4 - Reconocimiento del glicerol a- Reacción b- Característica observada 5 - Reconocimiento del fósforo a- Reacción b- Característica observada 6 - Reconocimiento del jabón a- Reacción b- Característica observada Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 41 CUESTIONARIO 1)¿Por qué se utiliza en la reacción de saponificación una mezcla de agua y alcohol? 2) Formule la reacción de saponificación de la lecitina. 3)¿Por qué es necesario efectuar el calentamiento a reflujo? 4) ¿Por qué se vierte la solución obtenida de la saponificación de la lecitina en una solución saturada de cloruro de sodio helada? 5) Formule la reacción de reconocimiento del glicerol. Indique la señal positiva. 6) Formule la reacción de reconocimiento del fósforo. Indique la señal positiva. 7) Formule la reacción de reconocimiento del jabón. Indique la señal positiva. 8) Explique las diferencias en las propiedades físicas y químicas entre los jabones y los ácidos grasos. 9) Explique la diferencia estructural entre jabones y detergentes e indique cómo influye la estructura en la biodegradabilidad. 10)¿Por qué se diferencian jabones y detergentes en su acción limpiadora? Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 42 Aislamiento de las proteínas de la leche reacciones de reconocimiento La leche es una secreción líquida heterogénea, que contiene sustancias elaboradas por la glándula mamaria y sustancias que difunden a través del epitelio glandular. Presenta las siguientes características: Densidad promedio: 1,030 – 1,032 g/cm3 (a 15,5ºC) pH: 6,5 – 6,6 Descenso crioscópico: 0,55ºC Agua: 87,6 % Sustancias grasas: 2,8 – 5 % Hidratos de carbono: Lactosa:4,75 – 5,5 % Proteínas: Caseína: 2,7 – 3 % Albúminas: 0,4 – 0,5 % Globulinas: 0,05 – 0,1 % Minerales: 0,7 – 0,9 % (Ca, P, Mg, K, Na) Vitaminas: A, B1, B2, B6, PP, H, C, D, E, F. Gases: dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno. Enzimas: amilasa, fosfatasa, galactasa, lipasa, catalasa. Contiene también leucocitos, células epiteliales, bacterias. La composición de la leche varía según la especie animal y aún dentro de una misma especie experimenta variaciones debidas a la raza, individuo, número de partos, época de lactación, alimentación, etc. Composición de las principales leches (en gramos por litro): Mujer Vaca Yegua Cabra Oveja Extracto seco total 117-120 125-130 95-100 125-145 170-185 Materia grasa 32-35 35-40 9-15 35-50 55-70 Azúcares 65-70 47-52 60-65 40-50 43-50 Caseína 10-12 27-30 10-12 30-32 45-50 Albúmina y globulina 5-6 4-5 7-8 5-7 8-10 Sales 2-3 9-9.5 3-4 7-9 9-10 Durante los 3 o 4 días que preceden al parto y los 5 o 7 días que le siguen, la mama segrega un líquido viscoso, amarillento, amargo y poco abundante que se denomina calostro. Este se diferencia de la leche por su pobre contenido en lactosa y caseína, siendo en cambio muy rico en sales y otras proteínas como inmunoglobulinas; cuyas funciones son otorgarle inmunidad a las crías, las cuales en las primeras horas de vida poseen su intestino permeable a estas proteínas sin ser previamente digeridas en el estómago. Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 43 Composición comparada de la leche de vaca y el calostro (en gramos por litro): Calostro Leche Materia seca 252 130 Grasas 50 39 Proteínas totales 160 35 Caseínas 30 27 Albúminas 40 4.5 Globulinas 80 0.7 Lactosa 30 49 Minerales 12 7.5 Los componentes orgánicos más importantes de la leche son: 1- Lípidos Los lípidos que se encuentran en mayor proporción en la leche son: grasas propiamente dichas, lecitinas, colesterol y carotenos. Estas sustancias forman un sistema en emulsión. 2- Hidratos de carbono El principal azúcar de la leche es la lactosa, disacárido reductor formado por una molécula de glucosa y una de galactosa. Es seis veces menos dulce que la sacarosa y su proporción en la leche es muy constante. 3- Proteínas Las proteínas más abundantes de la leche son las caseínas albúminas y globulinas. Las caseínas son por definición las proteínas que precipitan de la leche descremada a pH 4,6 y a 20° C. Son proteínas conjugadas tienen grupos fosfato generalmente esterificando los hidroxilos libres de las serinas. Las diferentes moléculas de caseína se encuentran asociadas en micelas y constituyen el 80 % del contenido proteico de la leche. Las proteínas del suero constituyen el 20 % restante, son globulares y solubles en un intervalo de pH amplio, incluso a pH ácido siempre que no se hayan desnaturalizado por calor. En las proteínas del suero se encuentran lactoglobulinas y lactoalbúminas entre otras. TTrraabbaajjoo eexxppeerriimmeennttaall Materiales Embudo Acido acético al 10% Mechero Hidróxido de sodio al 10% Papel de filtro Pera de goma Solución de fenolftaleína Pipeta Plato poroso Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 44 Tejido de nylon para filtrar Tela metálica Termómetro Trípode Varilla de vidrio Vaso de precipitados Características de la fenolftaleína Polvo blanco, cristalino, inodoro, casi insoluble en agua, soluble en alcohol. Uso: en solución es un indicador de pH. Su color varía entre pH 8,2 y 9,8. En medio ácido es incoloro y en medio alcalino es color rojo violáceo. Características: es laxante y purgante en humanos, carece de acción purgante en perros y gatos. Características del ácido nítrico Líquido límpido, incoloro, humeante al aire, colorea epidermis y albúminas en general. Advertencia: corrosivo. Los frascos en que se conserva el ácido nítrico deben estar llenos sólo hasta los 9/10 con objeto de evitar que los gases que se desprenden hagan saltar el tapón o estallar el frasco. Manéjese con precaución: no lo ponga nunca en contacto con vasos metálicos. Antes de mezclarlo reflexione sobre la reacción que pueda producir. Separación de la caseína de la leche Procedimiento - Se colocan 250 ml de leche descremada en un vaso de precipitados de 500 ml y se calienta en baño de agua a 40ºC. - Se agrega con una pipeta de 10 ml ácido acético al 10 % gota a gota hasta que no se observe formación de precipitado (aproximadamente 10 ml). - Se filtra el precipitado obtenido y se reservan las aguas madres para la obtención de lactoalbúmina. - Se lava el precipitado con poca agua fría. - Se coloca la caseína en un plato poroso, se seca y se reserva para realizar las reacciones de reconocimiento. Separación de la lactoalbúmina Procedimiento - Se coloca el filtrado procedente de la separación de la caseína en un vaso de precipitados de 500 ml. - Se agregan tres gotas de solución de fenolftaleína y se neutraliza con solución de hidróxido de sodio al 10 % (aprox. 10 ml) hasta ligero color rosado. Luego se Guía de Laboratorio de Quimica Orgánica de Biomoléculas 2016 45 añade gota a gota solución de ácido acético al 10 % hasta desaparición del color. - Se calienta a ebullición el contenido del vaso de precipitados durante 20 minutos agitando con varilla de vidrio. - Se deja enfriar y se filtra el sólido empleando un embudo común y papel de filtro plegado. - Se reserva el sólido obtenido para las reacciones de reconocimiento. Reacciones de reconocimiento a) Reacción xantoproteica Materiales Espátula Ácido nítrico (c) Pinza de madera Pipeta Pro-pipeta Tubos de ensayos Varilla de vidrio Procedimiento Recuerde la advertencia sobre el calentamiento de tubos de ensayos: 1- Uso de la pinza de madera. 2- Direccionar el tubo. - Se coloca en un tubo de ensayos una punta de espátula de caseína. - Se agrega sobre la proteína 0.5 ml de ácido nítrico concentrado, se calienta
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