DISTILLAZIONEDISTILLAZIONE

Tecnica di separazione di liquidi basata sulla differenza del punto di ebollizione dei componenti della miscela. Consiste nella vaporizzazione della miscela e nella raccolta dei vapori in un recipiente separato.

Temperatura di ebollizioneTemperatura di ebollizione.

Temperatura alla quale la pressione di vapore di liquido eguaglia la pressione esterna.

Impieghi principaliImpieghi principali:

1. Separare miscele di liquidi.2. Eliminare un solvente da una soluzione (es. evaporatore rotante).3. Isolare un prodotto che si forma in una reazione (es. distillandolo via via che si forma).4. Spostare un equilibrio a destra (es. distillazione azeotropica).

Principi teoriciPrincipi teoriciSoluzione ideale binaria composta da A e B.

PA = χA. P°L

A

PB = χB. P°L

B

PA, PB = pressione di vapore dei componenti in miscela

χA,χB = frazione molare (L= fase liquida e V=fase vapore)

P°, P° = pressione di vapore dei componentipuri

Pt = pressione totale

A B

legge diRaoult

PA = χA. PV

t

PB = χB. PV

t

legge diDalton Pt = PA + PB

χχA=1 χB=1

P°A

P°B

T= cost.

TIPI DI DISTILLAZIONETIPI DI DISTILLAZIONE:

1. Distillazione semplice;2. Distillazione frazionata;3. Distillazione sotto vuoto;4. Distillazione in corrente di

vapore.

PA χA. P°L

A

PB χB. P°L

B

= =χA

. PVt

χB. PV

t

χA. P°L

A

χB. P°L

B

=χA

. PVt

χB. PV

t

χAV

χBV

=χA

. P°LA

χB. P°L

B

3 casi

P° > > P°A BχA

V

χBV

> >χA

L

χBLB soluto

non volatile

La fase vapore contiene

solo il componente A

P° > P°A BχA

V

χBV

>χA

L

χBL

La fase vapore èpiù ricca

nel componente più

volatile A

P° = P°A BχA

V

χBV

=χA

L

χBL

La fase vapore ha la stessa

composizione della fase liquida (non si

può applicare la distillazione)

A e B hannola stessa Teb

Diagramma binario lenticolareDiagramma binario lenticolare

P= cost.

χ

1. 1. Distillazione sempliceDistillazione sempliceApparecchiaturaApparecchiatura

P° > > P°A B

La distillazione semplice ha successo solo nei due casi A e C.

B è non volatile

ΔTA,B < 100 ΔTA,B > 100Differenza molto elevata tra i

Punti di ebollizione di A e B

2. 2. Distillazione frazionataDistillazione frazionataSi impiega quando i due liquidi A e B presentano un ΔT < 100 °C. Ad esempio la miscela benzene (80 °C) – toluene (110 °C). Se si esegue una distillazione semplice di questa miscela si ottiene il seguente andamento:

T(°C)

T(°C)

ΔT

TA (80°C)

TB (110°C)

Si inserisce un colonna di frazionamentocolonna di frazionamento fra la caldaia e la testa di distillazione, riempita di materiale dotato di elevata area superficiale (palline o anelli di vetro, fili di acciaio etc.). Se la colonna ha l’opportuna efficienza dalla distillazione si ottengono tre sole frazioni.

(gradientetermico)

Consiste teoricamente nellConsiste teoricamente nell’’effettuare una serie (effettuare una serie (nn) di cicli di ) di cicli di evaporazione/ condensazioneevaporazione/ condensazione della miscela al fine di ottenere, della miscela al fine di ottenere, dopo dopo ll’’ennesimo cicloennesimo ciclo, un condensato che contiene il componente pi, un condensato che contiene il componente piùù volatile volatile allo stato puro.allo stato puro.Si può dimostrare che dopo n cicli, la composizione della fase vSi può dimostrare che dopo n cicli, la composizione della fase vapore e apore e quella iniziale della fase liquida sono legate dalla seguente requella iniziale della fase liquida sono legate dalla seguente relazione:lazione:

nComposizione del Composizione del

vapore dopo n ciclivapore dopo n cicliComposizione iniziale Composizione iniziale

della fase liquidadella fase liquida

dove a = 0

0volatilitvolatilitààrelativarelativa

yA(n)

yB(n)

= χA(1)

χB(1)

a

se a =0

0 > 1> 1

si ha che dopo n cicli si ha che dopo n cicli

> >> >

la fase vapore si arricchisce fortemente del la fase vapore si arricchisce fortemente del componente picomponente piùù volatile volatile

yA(n)

yB(n)

χA(1)χB(1)

T(°C)

Esempio: distillazione di una miscela A (50 °C) e B (90 °C) al 5% di A e 95% di B. Sarebbero necessarie 5 distillazioni semplici per separare la miscela.

Efficienza di una colonna di frazionamentoEfficienza di una colonna di frazionamento

NN°° Piatti teorici:Piatti teorici: n.ro di cicli di vaporizzazione/condensazione necessari per la separazione.Dipendono da:• Dimensioni della colonna• Tipo di riempimento

vigreaux

Distillazione azeotropicaDistillazione azeotropicaUn AZEOTROPO è una miscela costituita da due o più sostanze che si comportano all’ebollizione come un composto puro, dato che bolle a temperatura costante producendo un vapore che ha la stessa composizione del liquido.

Azeotropo di minimo(o positivo)

Azeotropo di massimo

Apparecchio di Dean-Stark

Una delle principali applicazioni della distillazione azeotropica è lo spostamento a destra dell’equilibrio che prevede la formazione di acqua. Si esegue la reazione in benzene distillando l’azeotropo di minimo acqua/benzene (Peb69°C).Due esempi sono l’esterificazione di Fisher e la sintesi di acetali.

R CO

O H R ' O H R CO

O R ' H 2 O+ +H +

1. Esterificazione di Fisher

2. Sintesi di acetali

R CO

H R ' O H R CO R '

H H 2 O+ +H +

2

O R '

Ac. carbossilico alcool estere

aldeide alcoolacetale

H2O

benzene

NB. Il punto di ebollizione dell’alcool deve essere superiore a 69 °C che è la Teb dell’azeotropo.

3. 3. Distillazione sotto vuotoDistillazione sotto vuoto

nomogrammanomogramma

Si impiega per composti aventi Teb a pressione atmosferica superiore a 200200°°CC. Oltre questo valore aumenta il pericolo di degradazione termica dei composti organici con innesco di reazioni di pirolisi, polimerizzazione e condensazione.I sistemi più comuni per fare il vuoto sono:• LL’’evaporatore rotanteevaporatore rotante, che usa una pompa ad acqua (P 10 – 25 torr) ed abbassa la Teb di circa 100 °C.• Pompa meccanicaPompa meccanica, che opera a diffusione d’olio (P 0.1 torr) ed abbassa la Teb di 200 °C circa.Una stima più precisa del Teb può essere fatta usando un nomogramma.

ApparecchiaturaApparecchiatura

4. Distillazione in corrente di vapore4. Distillazione in corrente di vapore

Ptotale = χA. P°A + χB

. P°B

Ptotale = P°A + P°B

Liquidi miscibili

Liquidi immiscibili

Permette l'isolamento o la purificazione di Permette l'isolamento o la purificazione di liquidi liquidi termolabilitermolabili o o alto alto bollentibollenti IMMISCIBILI CON LIMMISCIBILI CON L’’ACQUA.ACQUA.Questo tipo di distillazione consente di Questo tipo di distillazione consente di distillare a temperature distillare a temperature inferiori a 1OOinferiori a 1OO°°CC, liquidi con punti di ebollizione anche molto , liquidi con punti di ebollizione anche molto elevati, purchelevati, purchéé siano immiscibili con l'acqua e non subiscano siano immiscibili con l'acqua e non subiscano processi idrolitici.processi idrolitici.Una miscela costituita da due liquidi praticamente immiscibili hUna miscela costituita da due liquidi praticamente immiscibili ha una a una tensione di vapore che tensione di vapore che èè data dalla somma delle tensioni di vapore data dalla somma delle tensioni di vapore dei due componenti. La tensione di vapore del sistema di liquididei due componenti. La tensione di vapore del sistema di liquidiimmiscibili immiscibili èè quindi maggiore della tensione di vapore di ogni singolo quindi maggiore della tensione di vapore di ogni singolo componente e il punto di ebollizione della miscela componente e il punto di ebollizione della miscela èè sempre inferiore sempre inferiore al punto di ebollizione del componente pial punto di ebollizione del componente piùù basso bollentebasso bollente. .

gA/PMA P°A

gB/PMB P°B=

gA P° . PMAA

gB P° . PMBB=

Composizione in peso del distillatoComposizione in peso del distillato

moliA P°A

moliB P°B=

Durante la distillazione la composizione della fase vapore rimanDurante la distillazione la composizione della fase vapore rimane e costante essendo data unicamente dal rapporto tra le pressioni dcostante essendo data unicamente dal rapporto tra le pressioni di i vapore dei componenti puri.vapore dei componenti puri.

COMPOSIZIONE DEL DISTILLATOCOMPOSIZIONE DEL DISTILLATO

ApparecchiaturaApparecchiatura

CROMATOGRAFIACROMATOGRAFIALa cromatografia può essere definita come una tecnica di separazione di miscele omogenee, basata sulla differente distribuzione dei componenti da separare tra due fasi immiscibili; una di esse, definita fissa o stazionaria (FS), è costituita da un letto attraverso il quale si muove l’altra fase che è definita mobile (FM).

XFMKD = CFM

CFSXFS

Coefficiente didistribuzione

F a s e m o b i l e

F a s e f i s s a ( l e t t o )

d i r e z i o n e d i s c o r r i m e n t o

ABC

A

A B C

A

A

B

B

C

C

B C>

e s t r e m i t à d e l l af a s e f i s s a

( d e p o s i z i o n e )

K D K D K D>

A B C

F S

C O L O N N A

A B C

S T R A T O S O T T I L E

A

B

C

F M

A

B

C

F M

La FASE MOBILE può essere liquida o gassosa.

• cromatografia in fase liquida (colonna, TLC)• gas-cromatografia

La FASE FISSA può essere solida o liquida

L’equilibrio di distribuzione è dinamico, cioè si ha un continuo trasferimento delle sostanze dalla fase stazionaria alla fase mobile e viceversa; come conseguenza di questi ripetuti processi le sostanze migrano allorché si trovano nella fase mobile mentre non si spostano quando sono nella fase stazionaria e la velocità di spostamento dipenderà dalla differenza delle costanti di distribuzione KD delle sostanze per le due fasi.

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

KD =CFM

CFS Coefficiente didistribuzione

isoterma di ripartizioneisoterma di ripartizione

Cm

Cst

Ogni componente di una miscela ha il suo KOgni componente di una miscela ha il suo KDD tra le fasi e tra le fasi e conseguentemente la sua isoterma di ripartizioneconseguentemente la sua isoterma di ripartizione

La bontLa bontàà di un metodo cromatografico si misura con la risoluzionedi un metodo cromatografico si misura con la risoluzione (R).(R).

2 [t2 [tRR -- ttR R ]]R =R =AA BB

[[WhWhAA + + WhWhBB ]]

R dipende da 3 fattori: R dipende da 3 fattori: CAPACITCAPACITÀÀ (k(k’’), ), SELETTIVITSELETTIVITÀÀ ((α) α) eded EFFICIENZAEFFICIENZA (N)(N)

1) 1) FATTORE DI CAPACITFATTORE DI CAPACITÀÀ: affinit: affinitàà del soluto per la fase stazionaria (ovvero la sua del soluto per la fase stazionaria (ovvero la sua velocitvelocitàà di migrazione lungo la FS) di migrazione lungo la FS)

[t[tRR -- ttMM ] / ] / ttMMkk’’ ==

2) 2) SELETTIVITASELETTIVITA’’: detto anche : detto anche fattore di separazionefattore di separazione, esprime la separazione in , esprime la separazione in funzione del fattore di capacitfunzione del fattore di capacitàà

KK’’BB / k/ k’’AAαα ==

3) 3) EFFICIENZAEFFICIENZA: capacit: capacitàà di un sistema cromatografico (es. colonna) di minimizzare di un sistema cromatografico (es. colonna) di minimizzare lo slargamento della banda durante la migrazione. Si misura con lo slargamento della banda durante la migrazione. Si misura con NN ((numero di piatti numero di piatti teoriciteorici) oppure con ) oppure con HETPHETP ((altezza equivalente di un piatto teoricoaltezza equivalente di un piatto teorico). N ed HETP ). N ed HETP dipendono dal diametro delle particelle (L= lunghezza della FS).dipendono dal diametro delle particelle (L= lunghezza della FS).

16 (t16 (tRR / / WWbb))22NN == L / NL / NHETPHETP ==

Equazione generale che esprime la capacitEquazione generale che esprime la capacitàà separativa di un sistema separativa di un sistema cromatografico:cromatografico:

••Lunghezza della colonnaLunghezza della colonna••Diametro delle particelleDiametro delle particelle

••Tipo di fase stazionariaTipo di fase stazionaria••Composizione della fase mobileComposizione della fase mobile

TIPI DI CROMATOGRAFIATIPI DI CROMATOGRAFIA

TLCColonnaHPLC

- Carta- Gas cromatografiaGas inerti

Solventi organiciacqua

FASI ESSENZIALI DI UN PROCESSO CROMATOGRAFICOFASI ESSENZIALI DI UN PROCESSO CROMATOGRAFICO

1.1. Caricamento del campioneCaricamento del campione o della miscela da analizzare in una zona ristretta della fase o della miscela da analizzare in una zona ristretta della fase stazionaria;stazionaria;2.2. EluizioneEluizione della misceladella miscela dalla fase stazionaria per effettuare la separazione attraversodalla fase stazionaria per effettuare la separazione attraverso un opportuna scelta (e/o un opportuna scelta (e/o

variazione) delle caratteristiche della fase mobile (polaritvariazione) delle caratteristiche della fase mobile (polaritàà, composizione chimica etc.) o di altri parametri;, composizione chimica etc.) o di altri parametri;3.3. RivelazioneRivelazione dei composti separati.dei composti separati.

BANDABANDA: si suole indicare la zona di fase stazionaria occupata da uno o più componenti del campione.ELUENTEELUENTE: termine con cui viene solitamente indicata la fase mobile.ELUIZIONEELUIZIONE: si indica l’operazione di separazione facendo passare l’eluente attraverso una colonna cromatografica. ELUATOELUATO: liquido uscente dall’estremità della colonna.

CROMATOGRAFIE DI ADSORBIMENTO [Colonna, TLC, HPLC]CROMATOGRAFIE DI ADSORBIMENTO CROMATOGRAFIE DI ADSORBIMENTO [Colonna, TLC, HPLC][Colonna, TLC, HPLC]

CROMATOGRAFIA SU COLONNALa miscela dei composti da separare viene messa in cima a una colonna di vetro cilindrica riempita (impaccata) con finissime particelle di materiale adsorbente (fase solida stazionaria). L'adsorbente viene poi continuamente dilavato da un flusso dieluente (fase mobile) che scende attraverso la colonna.

A B C

F S

C O L O N N A

A

B

C

F M

Adsorbimento ed adsorbentiL’ADSORBIMENTO può essere definito come la capacità che hanno alcuni solidi porosi e finemente divisi di tener legate molecole sulla loro superficie.Le molecole possono venire adsorbite sia che si trovino allo stato di vapore che disciolti in un liquido.

•il gel di silice (SiO2. x H2O)

•l’allumina (Al2O3. x H2O)

DIMENSIONI. 60 mesh ossia 250 μ per la cromatografia per gravità e 200 - 400 mesh ossia 40 - 75 μ per la flash cromatografia

Composti non polari forze di Van der Waals.Composti organici polari: forze dipolo-dipolo, coordinazione, legarne di idrogeno, salificazione.

Interazioni

QUANTO PIU E POLARE IL GRUPPO FUNZIONALE TANTO PIU FORTE SARÀ IL LEGAME CON L' ALLUMINA O CON IL GEL DI SILICE.

salificazione > coordinazione > legame di idrogeno > dipolo-dipolo > Van der Waals

silicato di sodio Acido silicico(gel di silice)

allumina

Si preparano rispettivamente Si preparano rispettivamente per trattamento del silicato di sodio con per trattamento del silicato di sodio con HClHCle per disidratazione delle per disidratazione dell’’idrossido di alluminio.idrossido di alluminio.

Adsorbenti: GEL DI SILICE (SiO2) ed ALLUMINA (Al2O3)

Cromatografia in fase normale e cromatografia in fase inversa

F a s e d i r e t t aa u m e n t o d e l l ' a d s o r b i m e n t o s u f a s i s t a z i o n a r i e p o l a r i ( S i O 2 , A l 2 O 3 )

- C O 2 H - O H - N H 2 - S H - C H O C = O - C O 2 R - O R C = C C l , B r , I

F a s e i n v e r s aa u m e n t o d e l l ' a d s o r b i m e n t o s u f a s i s t a z i o n a r i e a p o l a r i

FASE NORMALE:• FASE STAZIONARIA è di natura fortemente polare (per esempio gel di silice o allumina) • FASE MOBILE è NON POLARE (per esempio n-esano o etere etilico).

FASE INVERSA:• FASE STAZIONARIA è NON POLARE, per esempio palline di vetro ricoperte di materiale apolare (film idrocarburico) • FASE MOBILE è UN LIQUIDO O MISCELA DI LIQUIDI POLARE (per esempio acqua o alcool ).

Parametri che influenzano la separazione

1. scelta dell'assorbente 2. scelta dell’eluente 3. dimensioni della colonna 4. velocità di eluizione (o flusso)

L'ASSORBENTE E L’ELUENTE DEVONO ESSERE SCELTI IN MODO CHE NÈ L'UNO NÈ L'ALTRO SIA ECCESSIVAMENTE FAVORITO NELLA COMPETIZIONE PER LE MOLECOLE DI SOLUTO IN CONDIZIONI DI EQUILIBRIO.

1. scelta dell'assorbente

• Gel di silice: è meno polare (ΔEPauling= 1.7) ed è utilizzato per la separazione dei diversi gruppi funzionali come IDROCARBURI, ALCOOLI, CHETONI, ESTERI, ACIDI, E AMMINE.

• L’allumina è un po’ più polare della silice (ΔEPauling= 2.0) ed è utilizzata per la separazione dei gruppi funzionali già descritti ma meno polari(sostanze troppo polari sarebbero infatti troppo ritenute sull’allumina).

• Silicato di magnesio (Florisil): è meno polare della silice e si usa spesso per separare gli ZUCCHERI ACETILATI, GLI STEROIDI E GLI OLI ESSENZIALI.

• Cellulosa, amido e zuccheri: utili per i composti polifunzionali di origine vegetale e animale (PRODOTTI NATURALI)

2. scelta dell‘eluente

Regole empiriche:1. la quantità di assorbente deve essere di 25-30 volte in peso la quantità di materiale che si deve separare;2. la colonna deve avere un rapporto tra altezza e diametro di circa 8:1

Per scegliere l’eluente che possieda le caratteristiche ottimali ci sono le seguenti possibilità:

1.Scegliere un unico eluente:2.Scegliere una miscela di eluenti, 3.Usare un gradiente di eluizione

3. dimensioni della colonna

• Il flusso deve essere lento per permettere alla miscela da separare di stabilire l'equilibrio tra le fasi stazionaria e mobile fondamentale per la distribuzione differenziata.

• Il flusso deve essere sufficientemente veloce da impedire alle sostanze di avanzare più velocemente per diffusione che per trascinamento verso il basso della colonna. In questo caso le bande si allargano, si diluiscono e la separazione peggiora.

4. Flusso della fase mobile

La scelta dell’eluente ottimale è frutto di un compromesso:1. l’eluente deve essere sufficientemente polare per sciogliere il soluto,2. l’eluente deve essere poco polare per evitare la competizione con il soluto verso i siti di adsorbimento della fase fissa.• Un eluente troppo polare può sostituire totalmente il soluto sul sito della fase fissa “forzandolo” completamente nella fase mobile. IL

risultato sarebbe il completo dilavamento senza separazione.• Così, mentre i composti di bassa polarità come idrocarburi, alogenuri etc. sono facilmente trasportati da eluenti apolari come l’esano o

l’etere di petrolio, un chetone assorbito sull'allumina, invece, sarà difficile da spostare con solo etere di petrolio, ma sarà spostato troppo rapidamente dall’acetone.

CONTROLLO DELLA CROMATOGRAFIA

1. Composti da separare sono colorati:2. Per pesata dei recipienti3. Indicatore fluorescente inorganico (es. ZnS):4. TLC: è la tecnica più usata per seguire l'andamento della separazione su colonna. 5. Metodi strumentali sofisticati e tecniche spettroscopiche (assorbimento uv, indice di rifrazione etc.).

1. Bloccaggio della colonna in posizione esattamente verticale;2. Preparazione di una base di supporto sulla quale appoggerà il riempimento (strato di sabbia o di ovatta) in modo che

questo non possa uscire dal fondo della colonna.3. Riempimento della colonna (impaccamento) introducendo l’adsorbente nella forma di una sospensione preparata in

un recipiente separato aggiungendo l'assorbente solido, poco per volta, a un po' di eluente. Bisogna agitare sino a raggiungimento di una perfetta omogeneità e fino a che tutte le bolle d'aria intrappolate nella sospensione siano uscite. L’adsorbente deve essere distribuito in modo uniforme ed essere privo di irregolarità, bolle d'aria o fessure.

4. Introduzione del campione: la miscela da separare si applica in cima alla colonna senza diluirla, se è un liquido, oppure sciolta in una piccolissima quantità di solvente polare se si tratta di un solido. Questo è necessario perché la migliore separazione dei componenti si ottiene quando la banda iniziale del campione è molto stretta.

5. Eluizione: si eluisce lentamente con il solvente, o i solventi in miscela (o anche in gradiente, sempre dal meno polare al più polare e mai il viceversa) raccogliendo separatamente dal basso della colonna frazioni di eluato di 10-50 ml circa. L’eluente è in genere alimentato dall’alto con opportune pompe oppure con serbatoi montati sulla sommitàdella colonna.

6. I principali problemi che deriverebbero da un non corretto impaccamento sono: i) l’avanzamento non orizzontale della banda e ii) la canalizzazione che si verifica quando una parte del fronte della banda avanza di più della maggior parte della banda stessa.

FASI SPERIMENTALI DELLA CROMATOGRAFIA SU COLONNA

CROMATOGRAFIA SU STRATO SOTTILETLC (Thin Layer Chromatography)

A B C

A

B

C

F M

1. Cromatografia di adsorbimento in cui la fase stazionaria è distesa uniformemente su una lastra di vetro o di alluminio (che funge da supporto), alla quale si fa aderire per mezzo di un agente legante (di solito CaSO4 in percentuale del 10%), in modo da formare uno strato sottile sul quale la fase mobile viene fatta muovere verso l’alto per azione capillare;

2. Gli adsorbenti più comunemente usati sono il gel di silice e l’allumina.3. Le dimensioni delle particelle di fase stazionaria (5-10 μm);4. Spessore di fase stazionaria: 0,25 mm per TLC analitica; 2 mm per TLC preparativa;5. Sono disponibili in commercio anche lastre per uso preparativo con Spessore di fase stazionaria di ca. 0,25 mm6. Gli eluenti usati gli stessi della cromatografia su colonna;

La deposizione del campione avviene mediante un capillare (1 o 2 μl di soluzione, 1 o 2 ml per TLC preparativa)

Si possono applicare più macchie diverse purché queste siano opportunamente distanziate e poste alla stessa altezza.

Deposizione del campione

Sviluppo

La lastra è inserita in una camera di sviluppo contenente una quantità di eluente che sale per capillarità lungo la lastrina determinando la separazione dei soluti in macchie a diversa altezza.

Fattore di ritenzione Rf

L’analisi qualitativa si basa sul fatto che la posizione delle macchie rispetto al fronte del solvente è caratteristica di ogni sostanza ed è riproducibile, nelle stesse condizioni, poiché dipende dall’affinità delle sostanze per il solvente e per la fase stazionaria. In particolare, si definisce Rf (fattore di ritenzione) il rapporto tra il cammino percorso dalla macchia relativa ad una sostanza ed il cammino percorso dal fronte del solvente.

TLC preparativa

TLC analitica

Metodi di visualizzazione •Se le sostanze separate sono colorate, si osserveranno delle macchie disposte a diverse distanze. In questo caso é facile valutare il numero dei componenti la miscela e, nel caso di una TLC preparativa, recuperarli.•Se le sostanze separate non sono colorate ma assorbono all’UV (sostanze con gruppi cromofori come C=O, NO2, aromatici etc.; λ 254 nm o 366 nm), queste possono essere localizzate sulla piastra usando un indicatore di fluorescenza mescolato con la fase stazionaria e irradiando la piastra con luce ultravioletta.

Reagenti chimici di visualizzazione• iodio forma complessi di colore bruno o giallo con molti composti organici• nitrato d’argento (per gli alogenuri alchilici dà macchie scure di AgX) • l’acido solforico concentrato e poi si riscalda in stufa a 1100C. (carbonizzazione)

Applicazioni della TLC1) Riconoscimento dell’identità di due composti (dal valore di Rf);2) Determinazione del numero dei componenti di una miscela;3) Scelta del solvente più conveniente per una separazione cromatografica su

colonna;4) Controllo di una separazione cromatografica su colonna;

5) Verifica dell’avanzamento di una reazione.

CROMATOGRAFIA SU CARTA

Quando il riempimento della colonna è reso più compatto, usando un adsorbente con dimensioni delle particelle più piccole, si realizza, a parità di volume, un’area superficiale maggiore. Di conseguenza si stabiliscono un numero di gran lunga più elevato di siti di equilibrio tra le due fasi e quindi anche in una colonna piuttosto corta il grado di separazione migliora notevolmente (P raggiunte fino a 70 atm).

•La colonna cromatografica è generalmente riempita di silice o di allumina.•dimensioni delle particelle molto più piccole, da 5 a 20 micrometri di diametro.•La colonna può essere costruita di vetro spesso o di acciaio inossidabile.•Il sistema di eluizione può essere isocratico o in gradiente.

CROMATOGRAFIE DI RIPARTIZIONECROMATOGRAFIE DI RIPARTIZIONE[Carta, [Carta, GascromatografiaGascromatografia

• Sebbene possa apparire molto vicina alla TLC, la cromatografia su carta è in realtà una tecnica di RIPARTIZIONE LIQUIDO-LIQUIDO. • La carta è costituita in gran parte da CELLULOSA PURA, ma non funziona da fase stazionaria. Avviene invece che la cellulosa assorba

VAPOR D'ACQUA dall'atmosfera, in particolare da un'atmosfera che ne sia satura. La cellulosa può assorbire fino al 22% circa di acqua ed è proprio quest'acqua assorbita sulla cellulosa che funziona da fase stazionaria.

• Per garantire la saturazione della cellulosa molti solventi di sviluppo usati per questa tecnica cromatografica contengono anche acquacome componente della miscela.

• A mano a mano che il solvente sale i composti vengono ripartiti tra la fase acquosa stazionaria e il solvente in movimento. • La FASE ACQUOSA È STAZIONARIA e per questo i componenti della miscela più idrosolubili o quelli che hanno la massima capacità di

formare legami di idrogeno sono quelli che vengono trattenuti meglio e che migrano più lentamente.• La cromatografia su carta dà risultati particolarmente buoni con composti di polarità elevata o con sostanze polifunzionali. L'impiego più

comune della cromatografia su carta riguarda sostanze come gli zuccheri, gli amminoacidi e i pigmenti naturali.

HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY (HPLC)

GASCROMATOGRAFIA (GLC)

• La gascromatografia (glc) prende anche il nome di cromatografia in fase vapore e di cromatografia di ripartizione gas-liquido.• Il principio alla base della tecnica è per l’appunto la ripartizione dei soluti tra una FASE MOBILE, costituita da un GAS INERTE

(tipicamente azoto, elio o argon), ed una FASE STAZIONARIA costituita da un LIQUIDO (tipicamente un olio altobollente supportato su materiale solido inerte o solido ceroso bassofondente).

• La tecnica permette la separazione di composti volatili i cui punti di ebollizione differiscono anche meno di 0.5 °C. In questo senso essa èdi gran lunga superiore alla distillazione frazionata.

• Può essere usata sia come tecnica analitica che come tecnica preparativa.• I composti che possono essere separati vantaggiosamente comprendono i gas (per esempio l'ossigeno (p.eb. -183°C) e l'azoto (p.eb. -

196°C)), sino alla categoria dei composti organici con punto di ebollizione superiore a 400°C.• L'unica esigenza per ottenere un buon risultato è che essi abbiano un’apprezzabile tensione di vapore a una temperatura alla quale

possano essere separati e che essi siano termicamente stabili alla temperatura usata.

IL GASCROMATOGRAFO

carrier

Gli elementi fondamentali dell'apparecchiatura sono :BLOCCO DI INIEZIONE (o iniettore), che è una camera riscaldata (200-300 °C) dove esso viene immediatamente vaporizzato e introdotto in una corrente di gas mobile, che prende il nome di gas di trasporto (o carrier).COLONNA riempita di particelle solide inerti rivestite di un film liquido di fase stazionaria.. FORNO la cui temperatura può essere controllata. RIVELATORE che genera un segnale elettrico al passaggio dell’analita.REGISTRATORE (cromatogramma).

( C H 3 ) 3 S i O S i

C H 3

C H 3

O S i ( C H 3 ) 3

n S E 3 0

LA COLONNALA COLONNA

IMPACCATE: un tubo di rame o di acciaio inossidabile di diametri compresi tra 3 mm e 6 mm. La lunghezza varia tra 1 m e 5 m.fase stazionaria: liquido altobollente applicato su un materiale di supporto, una cera o un solido bassofondente. I liquidi più usati sono idrocarburi ad alto punto di ebollizione, oli siliconici, cere, poliesteri e polieteri (ad es. polietilenglicoli come la Carbowax). La piùusata per gli scopi del laboratorio di chimica organica è la gomma siliconica“polidimetilsilossano” nota con la sigla commerciale SE30.Supporti. il mattone refrattario macinato, farina fossile, perle di vetro, silice, allumina o polvere di carbone.

CAPILLARI: le colonne più moderne sono altamente efficienti nella separazione, essendo costituite da capillari di silice fusa (diametri di 0.25 mm) con lunghezze a partire da 30 m. Le fasi stazionarie sono legate alle pareti interne della colonna formando un film sottilissimo ed uniforme (0.25 m) e non prevedono materiale di supporto.

polidimetilsilossano

PRINCIPI DELLA SEPARAZIONE E FATTORI CHE LA INFLUENZANOPRINCIPI DELLA SEPARAZIONE E FATTORI CHE LA INFLUENZANO

LA TEMPERATURA DEL FORNO.• Uno dei principali fattori che influenzano la separazione è la TENSIONE DI VAPORE dei componenti la miscela.• Pertanto in una serie omologa di prodotti avranno importanza i PESI MOLECOLARI

LA SCELTA DELLA FASE STAZIONARIA.• GRUPPI FUNZIONALI e POLARITÀ• CRITERIO È CHE PER I CAMPIONI POLARI È MEGLIO USARE UNA FASE LIQUIDA POLARE, MENTRE PER I CAMPIONI NON POLARI È

INDICATA UNA FASE LIQUIDA NON POLARE.

LA VELOCITÀ DEL FLUSSO DEL GAS DI TRASPORTO.• È comunque necessario che il flusso sia sufficientemente elevato per impedire che qualcosa rimanga nella colonna (flussi tipici 10 ml/min).

LA LUNGHEZZA DELLA COLONNA.

ANALISI QUALITATIVAANALISI QUALITATIVACROMATOGRAMMA. un diagramma (cromatogramma) nel quale si riporta in ordinata la corrente del rivelatore ed in ascissa il tempo di eluizioneTEMPO DI RITENZIONE. Il tempo che passa dall'iniezione sino all'uscita di una certa sostanza dalla colonna (costante fisica come l’Rf può usato a scopi qualitativi).

ANALISI QUANTITATIVAANALISI QUANTITATIVA

AREA DEL PICCO. L'area sottesa da un picco gascromatografico è proporzionale alla quantità (moli) del composto eluito.

AREA= Prodotto dell’altezza del picco per la larghezza a metà altezza (h x w)

Composizione della miscela. Può essere ottenuta rapportando a cento l’area dei picchi.

ta tbtempo

Aa= 680 mm2

Ab= 2320 mm2

h

w

At= 680 + 2320= 3000 mm2

%a= 680 x 100 = 22.7 %22.7 %

3000%b= 2320 x 100 = 77.3 %77.3 %

3000

RIVELATORE A IONIZZAZIONE DI FIAMMA (FIDRIVELATORE A IONIZZAZIONE DI FIAMMA (FID).). L'effluente dalla colonna è miscelato con idrogeno e aria e quindi introdotto in una fiamma. La maggior parte dei composti organici, quando pirolizzati alla temperatura di una fiamma idrogeno/aria, produce ioni ed elettroni che conducono l’elettricità attraverso la fiamma.

c o l o n n a

H 2

a r i a

a n o d o

c a t o d o

f i a m m aAr e g i s t r a t o r e

C H + O C H O + + e -

Solamente un atomo di carbonio su 105 produce uno ione. Tuttavia, questa produzione è stazionaria e strettamente proporzionale al numero di atomi di carbonio che entrano nella fiamma. Il rivelatore a ionizzazione di fiamma non rivela gas non combustibili come CO2, H2O, SO2, NOx ed NH3. Gli ioni CHO+ prodotti nella fiamma quando nell’effluente è presente l’analita portano corrente al collettore catodico al di sopra della fiamma e quindi fanno aumentare la corrente registrata, che viene rivelata come un picco dal registratore. La sensibilità della ionizzazione di fiamma è 10-13 g/s. Non richiedendosi particolari requisiti per il gas di trasporto, si potrà utilizzare N2 o He.

Al FID, tenuto ad elevata temperatura (200 – 300 °C), viene applicato tra l’ugello del bruciatore (anodo) e un elettrodo collettore (catodo), sistemato sopra la fiamma, un potenziale di alcune centinaia di volt. La corrente risultante (circa 10-12 A) è quindi inviata ad un amplificatore e ad un registratore e rappresenta la corrente di fondo. Gli atomi di carbonio dei composti organici (eccezion fatta per quelli carbonilici e carbossilici) producono nella fiamma radicali CH, i quali nella fiamma danno luogo a ioni CHO+ reagendo con gli atomi di ossigeno presenti: