Uno de los usos más importantes que explicamos es el de la EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
Afinidad De Disolventes
El dicho que se repite con más frecuencia en el laboratorio químico es probablemente: lo semejante disuelve lo semejante. Pensemos por un momento por qué debe ser así: aquellos compuestos que tienen estructuras similares deben ser afines entre sí. Por ejemplo, un alcohol tal como el metanol o el etanol, que contiene un grupo hidroxilo y sólo un pequeño residuo orgánico, debe ser completamente soluble en agua. Sobre una base molecular, este hecho es debido a que el grupo funcional (el grupo hidroxilo) de cada uno puede interactuar de un modo semejante. Podemos anticipar también que un ácido carboxílico, tal como el acético (vinagre), será completamente soluble en agua, porque tanto el agua como el ácido acético tienen grupos funcionales polares.
Por otra parte, un hidrocarburo tal como el ciclohexano no será probablemente soluble en agua porque es más orgánico (o parecido a la gasolina) que acuoso. Ciertamente sería de esperar que el ciclohexano sea soluble en pentano porque ambas moléculas son hidrocarburos.
El principio básico de la técnica de la extracción es en realidad una mera extensión de la anterior discusión. Un compuesto que se expone frente a dos disolventes distintos, se disolverá en aquél que se asemeje más a sus propiedades moleculares. Por ejemplo, si se pusieran en un matraz 100 mL de agua y 100 mL de pentano y se añadieran a la mezcla 10 g de cloruro sódico, hallaríamos que el cloruro sódico sólo se disolvería en la capa acuosa. Si en lugar de añadir cloruro sódico se añadieran 10 mL de ciclohexeno, sería de esperar que el ciclohexeno se disolviera casi exclusivamente en la capa de pentano. En el último caso no hallaríamos hidrocarburo alguno en la capa acuosa. De este modo, lo semejante disuelve lo semejante.
Si se añade metanol a la mezcla agua-pentano, se disolverá en la fase acuosa porque el grupo hidroxilo es muy afín al agua. Muy poco metanol se disolvería en la capa de pentano porque el grupo hidroxilo polar domina el comportamiento de esta pequeña molécula para efectos de solubilidad.
Debe quedar claro que la extracción puede ser un método muy poderoso para la purificación de los compuestos orgánicos. Esto es especialmente cierto cuando se emplean materiales iónicos en la preparación de productos orgánicos. Por ejemplo, en la reacción indicada más abajo, el éster formado tiene una cadena hidrocarbonada, sin ningún grupo funcional fuertemente polar. El subproducto de la reacción es una sal (NaBr):
CH3CH2CH2CH2CH2Br + NaOCOCH3 ------- CH3CH2CH2CH2CH2OCOCH3 + NaBr
Si se agita la mezcla de reacción con una suspensión de pentano y agua, la sal se disolverá en la capa acuosa y el grupo éster no polar lo hará en el hidrocarburo. La separación de las capas, seguida de la evaporación de cada una, dará el producto orgánico puro y la sal pura.
Coeficientes De Reparto
La solubilidad de un compuesto en un disolvente es característica del compuesto y del disolvente a cualquier temperatura. Por ejemplo, a 25°C el ácido benzoico tiene las solubilidades siguientes en los disolventes que se mencionan:
Agua --- 3,4 g/L
Etanol --- 450 g/L
Cloroformo --- 222 g/L
Tetracloruro de carbono --- 33,3 g/L
Obsérvese que el ácido benzoico es ligeramente soluble en disolventes polares (agua) y no polares (CCl4), pero muy soluble en disolventes de polaridad intermedia. Esta es de nuevo una demostración de que lo semejante disuelve lo semejante.
El coeficiente de reparto se defina como la relación de la solubilidad de un compuesto en una de dos fases inmiscibles, con respecto a su solubilidad en la otra. En la tabla siguiente se dan algunos coeficientes de reparto representativos entre el agua y un disolvente orgánico.
Valores de Kd/Compuesto/Par de disolventes /Coeficiente de reparto (Kd)
Agua --- 3,4 g/L
Etanol --- 450 g/L
Cloroformo --- 222 g/L
Tetracloruro de carbono --- 33,3 g/L
Obsérvese que el ácido benzoico es ligeramente soluble en disolventes polares (agua) y no polares (CCl4), pero muy soluble en disolventes de polaridad intermedia. Esta es de nuevo una demostración de que lo semejante disuelve lo semejante.
El coeficiente de reparto se defina como la relación de la solubilidad de un compuesto en una de dos fases inmiscibles, con respecto a su solubilidad en la otra. En la tabla siguiente se dan algunos coeficientes de reparto representativos entre el agua y un disolvente orgánico.
Valores de Kd/Compuesto/Par de disolventes /Coeficiente de reparto (Kd)
Ácido benzoico / Tetracloruro de carbono–agua /38.0
Anilina / Diclorometano–agua / 3.3
Nitrobenceno / Diclorometano–agua / 51.5
1,2–Dihidroxibenceno / Diclorometano–agua / 0.2
Si CA y CB son las concentraciones en las fases A y B, entonces, a una dada temperatura, se cumple que:
(constante, cualquiera de las dos fases puede ser la fase acuosa y se debe aclarar)
Kd es el llamado coeficiente de reparto, partición o distribución.
Una aproximación al valor de Kd estaría dada por al razón de los valores de solubilidad que presenta la sustancia en cada uno de los solventes.
Por ejemplo:
a 25 °C la solubilidad del ácido acetilsalicílico (aspirina) es 4,27 g/100 mL de éter etílico, y 1,22 g/100 mL de agua.
Cuando se agrega aspirina sólida (pulverizada) a una mezcla de iguales volúmenes de agua y éter etílico, la concentración de aspirina en el éter será, aproximadamente 3,5 veces mayor que en la fase acuosa:
Kd = (masa soluto/100ml eter) / (masa soluto/100ml agua) = 3,5
Cuando se agrega aspirina sólida (pulverizada) a una mezcla de iguales volúmenes de agua y éter etílico, la concentración de aspirina en el éter será, aproximadamente 3,5 veces mayor que en la fase acuosa:
Kd = (masa soluto/100ml eter) / (masa soluto/100ml agua) = 3,5
Este valor sería el coeficiente de reparto de eter en agua
¿En base a qué se elige el solvente de extracción?
Los compuestos orgánicos son generalmente más solubles en solventes orgánicos que en agua, y por lo tanto, pueden extraerse de soluciones acuosa. La elección del solvente de extracción depende de la solubilidad del compuesto a extraer, de la volatilidad, inflamabilidad y toxicidad de los posibles solventes a emplear. Nuevamente aplicamos la regla que dice “lo similar disuelve lo similar”. Cuanto mayor sea la afinidad de la muestra orgánica por el solvente de extracción elegido, más fácilmente se extraerá.
