A - Sintesi

¥ 0.015 moli di acido salicilico (pari a 2.07 g essendo il peso molare di questo acido pari a 138.12 g/mol) vengono posti in una beuta da 125 ml.

¥ Si aggiungono, con una pipetta, 5 ml di anidride acetica (0.05 molare) e successivamente, con un contagocce (operando sotto cappa coi guanti) acido solforico concentrato. L'acido solforico agisce da catalizzatore, mentre l'anidride acetica agisce da agente acetilante. Si ha:

acido salicilico + anidride acetica => acido acetilsalicilico + acido acetico

B

¥ Si agita (stirrer) fino a scioglimento dell'acido salicilico, quindi si scalda (possibilmente a b.m.) per almeno 10 min; indi si lascia raffreddare a temperatura ambiente: si avrà la cristallizzazione dell'acido acetilsalicilico, la quale può essere facilitata grattando la parete interna della beuta e/o raffreddando ulteriormente la soluzione immergando la beuta in un bagno di ghiaccio. ¥ Ultimata la formazione dei cristalli si aggiungono 50 ml di acqua e si raffredda in bagno di ghiaccio. ¥ Il cristallizzato viene separato dalla fase liquida tramite filtrazione sottovuoto (con pompa ad acqua e imbuto Buchner). In particolare il liquido risultante dalla filtrazione viene sfruttato più volte per lavare dalla beuta gli ultimi cristalli lì rimasti (che vengono immessi nel Büchner), ed infine viene nuovamente raffreddato per permettere la cristallizzazione dell'eventuale acido acetilsalicilico ancòra presente. (Volendo si può calcolare una prima resa). B - Purificazione

¥ I cristalli ottenuti dalla filtrazione si immettono in un becker da 150 ml. Si aggiungono quindi 25 ml di soluzione acquosa satura di NaHCO3 : si agita fino a quando l'effervescenza scompare. Si formeranno dei polimeri (impurezze) che sono insolubili e quindi eliminabili per filtrazione sottovuoto con Büchner.

¥ Si versa, piano, il filtrato in un becker contenente 3.5 ml di HCl conc. + 10 ml di acqua. Si raffredda in bagno di ghiaccio per facilitare la ppt.

¥ Tramite filtrazione sottovuoto con Büchner si ottengono i cristalli (questa filtrazione presuppone lavaggio dei cristalli con acqua fredda - per evitarne la solubilizzazione - e loro compressione con un tappo, per esempio. L'acqua deve essere fredda per limitare al minimo il passaggio dei cristalli in soluzione).

¥ I cristalli a questo punto vanno asciugati in stufa (ad una temperatura opportunamente lontana dal p.f.). Infine si può determinare il p.f. (che dovrebbe essere compreso tra 135 e 136 °C) e la resa della reazione.

C - Resa

I dati ottenuti sono:

p.f. dei cristalli: 122 - 126 °C. Resa totale 1.34 g pari a 0.0073 moli (p.m. a.a. 180.12 g/mol) Resa % 49.6 (100% = 0.015 moli di acido salicilico)

D - Ricristallizzazione ( ulteriore purificazione)

¥ Si sciolgono i cristalli nel minimo quantitativo (2-3 ml ca., in una beuta da 25 ml) di acetato di etile a caldo per b.m. (l'acqua - calda - non è il solvente ideale in quanto in essa l'acido acetilsalicilico in una certa percentuale si decompone). E' possibile trasferire quantitativamente i cristalli nel becker e poi aggiungere il solvente in quantità appena sufficiente a scioglierli.

¥ Si scaldano un beker ed un imbuto con filtro a pieghe (si inserisce il gambo dell'imbuto con il filtro nel becker, nel quale c'è un po' di acetato di etile, si scalda il tutto così i vapori di acetato di etile salendo dal becker scaldano anche l'imbuto e il filtro). Si filtra poi la soluzione (calda) ottenuta al punto precedente.

¥ Si fa raffreddare il filtrato a temperatura ambiente: se l'acido acetilsalicilico non cristallizza si fa evaporare un po' di solvente per concentrare la soluzione e/o si raffredda in bagno di ghiaccio e/o si gratta la parete interna della beuta con una bacchetta di vetro.

¥ Si filtra sottovuoto (i cristalli rimasti nella beuta possono essere recuperati con qualche ml di acetato di etile, freddo).

¥ Si seccano i cristalli per 12h in stufa, lontano dal p.f. I cristalli purificati hanno rivelato avere un p.f. pari a 136 °C.

E - Analisi

Interpretazione dello spettro infrarosso

Numero d'onda (cm-1) ? 3000 A Nujol 2900 B leg. C-H del metile 2500 - 3000 C stiramento leg. O-H dell'acido cabossilico segnale debole 1740 - 1710 C I° carbonile estereo 1690 D carbonile acido aril carbossilico 1620 E anello aromatico 1495 F anello aromarico 1390 G leg. C-H del O-COCH3 1350 H OCOCH3 impronta digitale 1330 I OH impronta digitale 1300 - 1100 L stiramento C=O, carbonile estereo o acido, impronta digitale 770 - 730 M 4 H aromatici adiacenti, impronta digitale

Interpretazione dello spettro del 13C

PPM osservato PPM teorico ?

20 -CH3 estereo

74-80 solvente

169.759 C carbonilico dell'estere (schermante) 170.000 C carbonilico dell'acido (deschermante)

122.299 122 Carbonio aromatico C "3" 124.078 124.5 C "1" 126.219 126.1 C "5" 132.570 132.7 C "6" 134.938 134.6 C "4" 151.327 152.1 C "2"

Interpretazione dello spettro NMR dell'idrogeno

PPM osservato ?

0 solvente

2.35 integrazione: 3H - singoletto, non ha accoppiamenti. Per ciò, e per la sua posizione, è il segnale del -CH3.

7 - 8.3 ci sono 4 segnali, tutti di area unitaria, associabili agli idrogeni dell'anello aromatico. Questi segnali sono costituiti da 2 doppietti e da 2 tripletti: ciò significa che due di questi idrogeni accoppiano (sono vicinali) ad un altro idrogeno, mentre due sono vicinali ad altri due idrogeni.

I due segnali "esterni" - doppietti - sono degli idrogeni 3 e 6, mentre i segnali "interni" - tripletti - sono degli idrogeni 5 e 4. Il gruppo estereo è elettrondonatore e genera un effetto schermante in posizione orto e para, per cui i protoni in queste due posizioni (3 e 5) risuonano a campi più alti:

7.15 doppietto, H "3" 7.35 tripletto, H "5"

Il gruppo acido carbossilico è elettronattrattore ed ha un effetto deschermante sui protoni in orto ed in para, perciò essi risuonano a campi più bassi:

7.60 tripletto, H "4" 8.15 doppietto H "6"

Ciò può essere verificato misurando le costanti di accoppiamento, le quali indicano che i segnali accoppiati sono:

tripletto 7.35 PPM con il doppietto a 8.15 PPM, ossia H "5" con H "6" tripletto 7.60 PPM con il doppietto a 7.15 PPM, ossia H "4" con H "3"

7.25 solvente

Cenni all'analisi della spettrometria di massa:

Si utilizza uno strumento costituito da un settore elettrostatico e da uno magnetico ("doppio fuoco"). Il campione viene ionizzato nella piccola camera di ionizzazione, tramite impatto elettronico (70 eV o 20 eV per ottenere solo i picchi più imortanti) gli ioni ottenuti sono poi accelerati nel campo elettrico e separati in base al rapporto massa/carica, nel settore magnetico.

Lo spettrometro è formato da una sorgente di energia, dalla apparecchiatura a pompe rotative e diffusive per fare un forte vuoto, dalle resistenze per portare l'ambiente a circa 200 °C, dai settori elettrostatico e magnetico, dal fotomoltiplicatore (che amplifica il segnale e lo manda al computer analizzatore). Con un gas cromatografo a monte dell'apparecchio di analisi della massa si può effettuare l'analisi di miscele altrimenti difficilmente analizzabili: si separano i singoli picchi e di ognuno di essi si fa una analisi della massa.

In pratica poi è necessario regolare opportunamente diversi parametri

Interpretazione dello spettro della massa

Ione molecolare M+ m/e = 180 (i segnali con valore di m/e "maggiori" di M+ sono dovuti ad impurezze)

M+ - C2H2O m/e 180 - 42 = 138 M+ - C2H2O - H2O m/e 180 - 42 - 18 = 120 M+ - COCH3 - COOH m/e 180 - 43 - 45 = 92 C5H5+ (anello arom.) m/e = 65 M+ - COCH3 - COOH - CO m/e 180 - 43 - 45 - 28 = 64 M+ - COCH3 - COOH - CHO m/e 180 - 43 - 45 - 29 = 63 COOH m/e = 45 COCH3+ m/e = 43

Non compare però il segnale classico - per l'aspirina - a m/e 163 dovuto alla perdita dell' OH.

L'Acido Acetilsalicilico dal punto di vista della Farmacologia

Introduzione - l'Infiammazione

L'infiammazione e una normale risposta protettiva a un danno tissutale causato da un trauma fisico, da sostanze chimiche nocive o da microrganismi. L'infiammazione e un tentativo dell'organismo di inattivare o distruggere gli organismi invasori, di rimuovere le sostanze irritanti e di preparare il terreno per la riparazione tissutale. Quando la riparazione e completa, il processo infiammatorio solitamente recede. Pero, a volte, l'infiammazione e innescata da un agente innocuo come un polline, o da una risposta autoimmune, come in alcune forme di asma e di artrite reumatoide. In alcuni casi, le stesse reazioni di difesa possono provocare un danno tissutale progressivo e i farmaci antiinfiammatori o immunosoppressivi possono rendersi necessari per modulare il processo infiammatorio.

L'infiammazione e innescata dalla liberazione di mediatori chimici dai tessuti danneggiati e da migrazione di cellule. Gli specifici mediatori chimici variano con il tipo di processo infiammatorio e comprendono amine come l'istamina e la 5-idrossitriptamina; lipidi, come prostaglandline; piccoli peptidi, come la bradichininana, peptidi piu grossi come la interleukina-1. La scoperta di questa varieta di mediatori chimici ha fornito la spiegazione dell'apparente paradosso che farrmaci differenti sono efficaci nel trattare una forma di infiammazione ma non altre. Pertanto, un farmaco puo interferire con l'azione di un mediatore importante in un tipo di infiammazione, ma essere senza effetto in processi infiammatori che non coinvolgono il mediatore che costituisce il suo bersaglio.

Le Prostaglandine

Molti dei farmaci antiinfiammatori non steroidei (FANS) agiscono impedendo la sintesi delle prostaglandine. Pertanto, per una comprensionc dei FANS è necessaria una descrizione delle azioni e della biosintesi delle prostaglandine, derivati di acidi grassi insaturi contenti 20 atomi di carbonio ed una struttura ciclica ad anello.

Ruolo delle prostaglandine come mediatori locali

Le prostaglandine e i composti a esse simili sono prodotte in piccolissime quantita praticarnente da tutti i tessuti. In generale, le prostaglandine agiscono sui tessuti nei quali sono sintetizzate e sono rapidamente metabolizzate a prodotti inattivi nel loro sito d'azione. Percio, le prostaglandine non circolano nel sangue in concentrazioni significative.

I trombossani, i leucotrieni e gli acidi idroperossieicosatetraenoici e idrossieicosatetranoici (HPETE e HETE) sono lipidi simili alle prostaglandine; sono sintetizzati dagli stessi precursori delle prostaglandine e usano vie metaboliche simili.

Sintesi delle prostaglandine

Acido arachidonico: questo acido grasso a 20 atomi di carbonio è il precursore principale delle prostaglandine e dei composti simili. L'acido arachidonico è presente come componente dei fosfolipidi delle membrane cellulari principalmente nel fosfatidilinositolo e in altri lipidi complessi). L' acido arachidonico libero è liberato dai fostolipidi dei tessuti per azione della fosfolipasi A2 e altre idrolasi degli acidi grassi, attraverso un processo controllato da ormoni e da altri stimoli.

Vie della cicloossigenasi e della lipossigenasi: esistono due vie principali nella sintesi degli eicosanoidi dall'acido arachidonico . Tutti gli eicosanoidi con struttura ad anello (cioè le prostaglandine, i trombossani e le prostacicline) sono sintetizzati attraverso la via della cicloosiigenasi. I leucotrieni, gli HETE e gli HPETE sono derivati idrossilati degli acidi grassi a catena lineare e sono sintetizzati attraverso la via della lipossigenasi.

Azioni delle prostaglandine

Meccanismo d'azione: molte delle azioni delle prostaglandine sono mediate dal loro legame ai recettori di membrana con conseguente attivazione o inibizione dell'adenilciclasi. In alcuni tessuti però le prostaglandine agiscono, a quanto pare, con meccanisi che non coinvolgono il cAMP. La PGF2alfa, i leucotrieni e il trombossano 2 mediano certe azioni facendo aumentare il Ca++ intracellulare.

Funzioni nell'organismo: le prostagandine prodotte all'interno dei tessuti agiscono come segnali chimici locali che regolano finemente la risposta di uno specifico tipo di cellule. Le prostaglandine sono uno dei mediatori chimici implicati nei processi allergici e infiammatori.

I FANS

I farmaci antiinfiammatori non steroidei (FANS) sono un gruppo di sostanze chimicamente differenti tra loro che hanno come effetto principale l'inibizione della sintesi delle prostaglandine. L'acido acetilsalicilico è il prototipo di questo gruppo, e il farmaco con il quale sono confrontati tutti gli altri composti antiinfiammatori. Circa il 15 % dei pazienti presenta un'intolleranza all'acido acetilsalicilico. Perciò è principalmente per questi soggetti che gli altri FANS risultano utili. Inoltre, alcuni dei FANS piu recenti sono marginalmente superiori all'acido acetilsalicilico in certi pazienti, perchè hanno una attivita antiinfiammatoria maggiore e/o perche provocano irritazione gastrica in misura inferiore, consentendo cosi una piu agevole somministrazione e una migliore osservanza del regime terapeutico da parte del paziente. Però, i nuovi FANS sono anche 15 volte piu costosi dell'ac ido acetilsalicillco e alcuni si sono rivelati più tossici sotto altri aspetti

Acido acetilsalicilico e altri salicilati

L'acido acetilsalicilico è peculiare tra i FANS nell'acetilare irreversibilmente e quindi inibire la clicloossigenasi. Gli altri FANS sono tutti inibitori reversibili. L'acido acetilsalicilico è anche rapidamente deacetilato da parte delle esterasi dell'organismo, producendo salicilato, che ha anch'esso effetti antiinfiammatori, analgesici ed antipiretici.

Meccanismo d'azione: gli effetti antipiretici e antiinfiammatori dei salicilati sono dovuti principalmente all'inibizione della sintesi delle prostaglandine nei centri termoregolatori dell'ipotalamo e nei siti bersaglio periferici. Il blocco della sintesi delle prostaglandine impedisce la sensibilizzazione dei recettori del dolore agli stimoli meccanici e chimici. L'acido acetilsalicilico puo anche deprimere gli stimoli del dolore a livello di siti sottocorticali (cioe, il talamo e l'ipotalamo).

Azioni: riduzione della infiammazione riduzione del dolore, dovuto probabilmente alla PGE2 (azione analgesica) riduzione della temperatura corporea, se elevata, dovuta probabilmente alla PGE2 inibizione della produzione di trombossano A2, necessario alla coagulazione

Effetti collaterali: sofferenza epigastrica, dovuta al blocco della produzione delle prostaglandine: alcune di esse promuovono la sintesi di muco, altre inibiscono la secrezione gastrica

possibilità di ritenzione di sodio e di acqua (=> edema e/o iperkaliemia) in quanto le prostaglandine agiscono anche a livello renale nella omeostasi

aumentata possibilità di contrarre la sindrome di Reye (epatite fulminante) se dato in presenza di infezioni virali ai bambini

Cenni di farmacocinetica: La somministrazione può essere fatta per via orale. E' buono l'assorbimento tramite la membrana dello stomaco. La distribuzione dell'acido acetilsalicilico avviene anche attraverso placenta e barriera ematoencefalica. L'acido acetilsalicilico è metabolizzato dal fegato ed i suoi metaboliti eliminati dal rene, con cinetica di primo ordine se la dose è bassa, di ordine zero se alta.

A - Sintesi

¥ 0.021 moli di anilina (pari a 1.97 g essendo il peso molare di questa sostanza pari a 94 g/mol, e pari a 1.93 ml essendo la densità di qesta soluzione 1.02 g/ml) vengono posti in un pallone da 125 ml, operando con pipetta e guanti.

¥ Si aggiungono, con una pipetta, 15 ml di acqua e poi, sotto agitazione, 2.5 ml di anidride acetica (goccia a goccia).

- scompare la fase oleosa presente prima dell'aggiunta dell'anidride acetica - si formano grumi bianchi galleggianti - il tutto raggiunge una colorazione bianco-giallastra: è avvenuta quindi la precipitazione dell'acetanilide grezza.

L'anidride acetica ha reagito con l'anilina. La reazione può venir descritta semplicemente e formalmente in questo modo: un idrogeno proveniente dal gruppo -NH2 dell'anilina va a formare acido acetico insieme ad una molecola di acetato proveniente dall'anidride acetica, mentre la parte rimanente dell'anidride (formalmente: CH3CO+) si sostituisce all'idrogeno proveniente dal gruppo amminico: in questo modo si ha la formazione del gruppo ammidico (-NH-COCH3) e quindi dell'acetanilide. Più descrittivo è però il meccanismo di reazione sotto indicato:

B - Ricristallizzazione

¥ Dopo aver ottenuto i cristalli "grezzi" si aggiungono 50 ml di acqua* e si agita - a caldo (con apparecchio per effettuare il riflusso dei vapori) - finchè i cristalli non tornano in soluzione e il tutto non diviene limpida. Si termina il riscaldamento e si preleva 1 ml di soluzione, il quale va immesso in un becker e lasciato raffreddare a temperatura ambiente. Poi si recuperano i cristalli con acqua e si filtrano sottovuoto.

¥ La soluzione rimasta nel pallone viene addizionata di carbone attivo (una spatola) e portata lentamente ad ebollizione; contemporaneamente viene mantenuta in agitazione (non aggiungere il carbone attivo quando la soluzione sta già bollendo in quanto si verificherebbe forte effervescenza).

¥ La soluzione successivamente viene filtrata (imbuto + filtro a pieghe), considerando che tutta la vetreria usata (ed anche il filtro) devono essere caldi. Il pallone può essere lavato, per non perdere materiale, con acqua calda che poi va versata sul filtro. L'acqua calda proveniente dal lavaggio del pallone ha anche la funzione di riportare in soluzione eventuali cristalli di acetanilide che si siano formati sul filtro durante la filtrazione

¥ Si raffredda prima a temperatura ambiente e poi in bagno di ghiaccio (per circa 15 min) per favorire la ri-cristallizzazione dell'acetanilide, ora più pura. Poi si filtra (sottovuoto) asciugando bene i cristalli, che poi vanno messi ad asciugare in stufa per 12h. Essi, in confronto ai cristalli non trattati con carbone attivo, sono leggermente più incolori.

¥ A questo punto si può valutare la resa e i p.f. sia dei cristalli trattati con carbone che di quelli grezzi.

C - Resa - I dati ottenuti sono:

p.f. dei cristalli grezzi 112 - 113 °C p.f. dei cristalli trattati 114 - 116 °C Resa totale: 2.03 g pari a 0.015 moli (peso molare acetanilide: 136 g/mol) Resa %: 71.4 (100% = 0.021 moli di anilina)

D - Analisi

Interpretazione dello spettro infrarosso

Numero d'onda (cm-1) ?

3300 - 3400 leg. N-H ammindico secondario non ciclico

~3000 Nujol

2900 leg. C-H del metile

1600 - 1680 stiramento C=O ammidico secondario

~1500 anello aromatico

700 - 800 5 leg. C-H aromatici adiacenti

Interpretazione dello spettro del 13C

PPM osservato PPM teorico ?

25 -CH3 78 - 80 solvente 118 - 140 C aromatici

118 118.1 C "2" & C "6" 124 122.6 C "4" 128 128.2 C "3" & C "5" 138 139.1 C "1"

170 C carbonilico

Interpretazione dello spettro del 3H

PPM osservato ?

0 solvente 1.6 integrazione: 1 - singoletto -NH (?)

2.15 integrazione: 3 - singoletto -CH3 7.0 - 7.6 H aromatici

7.1 integrazione: 1 - tripletto H "4" 7.3 integrazione: 2 - multipletto H "3" & H "5" 7.45 integrazione: 2 - doppietto H "2" & H "6"

Interpretazione dello spettro della massa dell'acetanilide ( a 70 eV*)

Ione molecolare M+ m/e = 135

M+ - CH3 m/e 135 - 15 = 120 M+ - COCH3 m/e 135 - 43 = 92 (94 fuori scala che "vale" 93 , nel grafico) C6H6 anello esaatomico carico + = 78 (77 nel grafico) C5H6 anello pentaatomico carico + = 66 C5H5 anello ciclopentanilico carico + = 65 CO+CH3 = 43 ? = 39

* i picchi contraddistinti - nel grafico - con il simbolo (20) significa che comparivano anche nello spettro ottenuto a 20 eV.

A - Sintesi

¥ 1.96 g di cristalli di acetanilide (pari a 0.014 moli) vengono posti in un becker da 40ml, insieme a 1.86 ml di acido acetico glaciale.

¥ Si sciolgono i cristalli, a caldo e sotto cappa: si ottiene quindi una soluzione limpida ma viscosa, la quale va successivamente raffreddata finchè inizia la precipitazione (cristalli rosati).

¥ Si aggiungono 4.0 ml di acido solforico, sempre sotto cappa, il quale dà sviluppo di calore. I cristalli, sotto agitazione, si sciolgono e si ottiene nuovamente una soluzione limpida e viscosa.

¥ Si pone in becker con la soluzione in un bagno di ghiaccio e sale, sempre sotto agitazione e sotto cappa, finche' la temperatura interna al becker raggiunge un valore di 1 ± 1 °C. Entrati in tale range di temperatura si addizionano, goccia a goccia (sempre in bagno di ghiaccio & sale) 2.06 ml di miscela solfonitrica (1.47 ml di acido nitrico conc. + 0.59 ml di acido solforico conc.), prestando attenzione che la temperatura della soluzione non superi i +10 °C.

Si ha la nitrazione in posizione para della acetanilide, con sviluppo di acqua in rapporto stechiometrico 1:1 con le molecole di para-nitro-acetanilide. Infatti l'idrogeno in para viene rimosso (sottoforma di ione H+) e si somma formalmente al gruppo "HO-" che è cio che rimane dell'acido nitrico HNO3 dopo che è avvenuta la reazione di nitrazione*.

La Nitrazione - meccanismo di reazione

Dal lato preparativo la nitrazione (sostituzione aromatica) viene piu spesso condotta con una miscela di acido nitrico e acido solforico concentrati, la cosiddetta o miscela nitrante. Secondo la teoria classica, la presenza dell'acido solforico e giustificata dal fatto che esso dovrebbe assorbire l'acqua formatasi nel corso della nitrazione stessa secondo l'equazione

C6H6 + HNO3 => C6H5-NO2 + H2O

e con cio impedirebbe il verificarsi della reazione inversa. Questa spiegazione è insoddisfacente sotto molti aspetti, non ultimo il fatto che il nitrobenzene, una volta formato, non risulta attaccabile da parte dell'acqua nelle condizioni della reazione! E' certo che la nitrazione e un processo lento in assenza di acido solforico, e tuttavia l'acido solforico di per se stesso non ha praticamente effetto sul benzene nelle condizioni normalmente impiegate. Sembrerebbe così che nel sistema l'acido solforico agisca sull'acido nitrico piuttosto che sul benzene.

Questo modo di vedere e confermato dal fatto che le soluzioni di acido nitrico in acido solforico concentrato mostrano una depressione del punto di congelamento molecolare quattro volte maggiore di quella attesa, cio che e stato interpretato come dovuto alla formazione dei quattro ioni:

HNO3 + 2H2SO4 <=> NO2+ + H3O+ + 2HSO4-

La presenza di NO2+ , il catione nitronio, in questa soluzione e anche in numerosi sali è stata confermata spettroscopicamente, e anzi alcuni sali sono stati realmente isolati. In acido solforico concentrato, l'acido nitrico è tutto quanto praticamente convertito in NO2+ , e non v'è dubbio che quest'ultimo sia il vero reagente elettrofilo nella nitrazione in queste condizioni. Se la funzione dell'acido solforico è essenzialmente quella di fornire un mezzo fortemente acido in cui NO2+ possa essere messo in liberta dall'acido nitrico, ci si dovrebbe aspettare che anche altri acidi forti, per esempio HClO4, promuovano la nitrazione. In realta si trova che le cose procedono proprio in questo modo, e che HF e BF3 sono ugualmente efficienti. La scarsa capacita nitrante dell'acido nitrico da solo nella nitrazione del benzene viene spiegata nel senso che esso contiene soltanto pochi NO2+, la piccola quantita presente di tale catione è ottenuta dal seguente processo in due tempi: inizialmente (equilibrio veloce) tra due molecole di acido nitrico uno fa da base e uno da acido, poi l'acido coniugato (H2NO3+) formato origina, con una molecola di HNO3 (lentamente) i seguenti ioni:

H3O+ NO3- NO2+ (catione nitronio)

Le cinetiche delle reazioni di nitrazione non sono facili da seguire nelle normali condizioni preparative: infatti la solubilita per esempio del benzene nella miscela nitrante e sufficientemente bassa perche la velocita della nitrazione risulti dipendente dalla velocita con la quale l'idrocarburo immiscibile si scioglie nella miscela. Prescindendo da questo fatto, il passaggio che controlla l'intera reazione e quasi certamente l'attacco iniziale da parte di NO2+ e non la successiva rimozione del protone dall'anello benzenico da parte di HSO4- o da parte di un altro anione. Che quest'ultimo passaggio non costituisca lo stadio che determina la velocita globale della reazione e stato confermato dagli studi sulla nitrazione di un nitrobenzene in cui gli atomi di idrogeno erano stati sostituiti dal deuterio.

¥ Dopo aver terminato l'aggiunta delle miscela solfonitrica si lascia la soluzione sotto mescolamento per circa 2 ore, a temperatura ambiente, sotto cappa. Man mano che il tempo passa la soluzione acquista un aspetto viscolo e giallastro.

¥ Trascorso il tempo su indicato si trasferisce con cautela il contenuto del becker in un altro becker contenente 29.4 grammi di acqua e ghiaccio. Si lascia a riposo per 15 minuti. Si ha ppt della p- nitro anilina grezza.

¥ I cristalli vengono filtrati sottovuoto (buchner) e poi vengono lavati ripetutamente finchè l'acqua di lavaggio non diviene neutra. Si può controllare il pH intingendo nella beuta che raccoglie l'acqua di lavaggio una bacchetta di vetro e poi bagnando con la punta di essa la cartina al tornasole. Visivamente l'acqua di lavaggio dei cristalli appare man mano più trasparente quanto più il pH si avvicina a 7.

¥ Infine si opera una ricristallizzazione della para-nitro anilina in etanolo: si siolgono i cristalli a caldo nell'alcool e poi si filtra: in questo modo le impurezze, insolubili anche a caldo, verranno trattenute sulla carta da filtro. In pratica è molto importante che filtro e imbuto siano ben caldi (li si può scaldare con vapori di etanolo) poiche' è facile che la soluzione dia origine a cristalli durante la fitrazione, se tutto il sistema non ha una temperatura adeguata. Eventuali cristalli che si formino a monte del filtro andranno quindi recuperati, risolubilizzati e opportunamente rifiltrati, al fine di minimizzare la perdita di prodotto.

B - Resa - I dati ottenuti sono:

p.f. dei cristalli 213 °C Resa totale: g 1.42 pari a moli 0.0078 (p.m. p-nitro acetanilide: 181 g/mol) Resa %: 56 (100% = 0.014 moli di anilina)

C - Analisi

Interpretazione dello spettro infrarosso

Numero d'onda (cm-1)

3300 - 3400 leg. N-H ammindico secondario non ciclico

~3000 Nujol

2900 leg. C-H del metile

1630 - 1700 stiramento C=O ammidico secondario

~1600 anello aromatico

~1550 gruppo C-NO2 (stiramenti legame N=O)

~1500 anello aromatico

~1350 gruppo C-NO2 (stiramenti legame N=O)

~ 860 2 leg. C-H aromatici adiacenti

Interpretazione dello spettro del 13C della para-nitro-acetanilide

PPM osservato ?

170/169.75 C carbonilico p-nitro + segnale C carbonilico acetanilide 151.3 C"1" 134/132 C"3", C"5" 126/124 C"2", C "6" 122 C"4" 21 metile

Interpretazione dello spettro del 3H della para-nitro acetanilide

PPM osservato ?

1.6 impurezze

2.25 integrazione: 3 - singoletto -CH3 (schermato, in alfa al carbonile)

7.5 banda bassa* e larga* -NH (H ammidico, *scambio di protoni)

7.8 - 8.25 integrazione: 2 protoni per ognuno dei due doppietti: sono gli H aromatici. I segnali sono accoppiati e appartengono a protoni vicinali. Una definizione più precisa di questi segnali può essere eseguita in questo modo: il gruppo nitro è elettronattrattore e descherma gli idrogeni delle posizioni orto (H "5" & H "4") ai quali si può quindi assegnare il segnale a campi più bassi di quello degli H "6" & "3". Questi ultimi due invece sono più schermati in confronto a quelli del benzene in quanto l'azoto ammidico può funge da elettrondonatore.

Interpretazione dello spettro della massa della para-nitro-acetanilide (70 eV)

Ione molecolare M+ m/e = 180

M+ - COCH3 m/e 180 - 43 = 137 (138 nel grafico) M+ - NHCOCH3 m/e 180 - 58 = 122 M+ - NO - COCH3 m/e 180 - 58 = 108 M+ - NO2 - COCH3 m/e 180 - 58 = 92

C5H5 anello ciclopentanilico carico + = 65 CO+CH3 = 43

E' possibile anche effettuare una o più analisi di tipo cromatografia su strato sottile (TLC) della para-nitro anilina ottenuta prendendo come riferimento un campione della stessa molecola pura. Ciò serve a monitorare lo stato della reazione: la presenza di "segnali" - dovuti per esempio al reagente di partenza e/o al prodotto di arrivo - dati dalla semina di una goccia di miscela di reazione, è molto utile, in presenza di riferimenti, ad una valutazione quali/quantitativa della reazione. In pratica si opera in questo modo:

- si sciolgono separatamente la para-nitro acetanilide pura, quella sintetizzata e della acetanilide in tre provettine contenenti acetato di etile - si prepara una apposita soluzione eluente, sufficientemente polare, quale potrebbe essere acetato di etile (polare) : etere di petrolio (apolare) = 6 : 4 - si seminano, con dei capillari, i tre campioni su una lastrina da TLC, facendo attenzione di segnare a matita correttamente dei riferimenti ("1" para-nitro acetanilide di sintesi, "3" pura) e di effettuare la semina ad una altezza che permetta ai campioni di non venire a diretto contatto con l'eluente - si immettono solvente e piastrina nell'apposito contenitore e si chiude il tutto, in modo che all'interno dello stesso si instauri un equilibrio tra l'eluente in fase liquida e in fase vapore - quando il fronte dell'eluente dista circa 1,5 cm dal bordo superiore della piatrina si può porre termine alla corsa e si valuta la migrazione dei campioni all'UV.

La valutazione delle corse delle diverse soluzioni seminate può infine venir quantificata tramite il valore di RF (valore proporzionale all'entità della corsa, posta unitaria la corsa del solvente di eluizione).

Nel nostro caso la para-nitro acetanilide sintetizzata e quella pura si sono mosse praticamente in maniera identica.

Il supporto sul quale è stata effettuata la TLC (e sul quale effettueremo anche le successive) è il gel di silice, una fase stazionaria polare. Essa quindi trattiene maggiormente i composti polari (es: un alcool è più polare di una aldeide), anche se notevole importanza al fine della buona riuscita della cromatografia è rivestita dal tipo di miscela eluente usata.

4a - Sintesi del piridinio clorocromato

¥ A 0.25 moli di anidride cromica CrO3 (pari a 25,00 g essendo il peso molare p.m. 100.01 g/mol) vengono aggiunte 0.25 moli HCl, pari a 41,7 ml di soluzione acquosa 6N di HCl. Il tutto in un pallone di dimensioni adeguate.

¥ Si mescola 5 minuti sotto cappa: la soluzione alla fine deve apparire omogenea. Successivamente si porta la temperatura della miscela a 0 °C, tramite un bagno di acqua e ghiaccio.

¥ Mantenendo tale temperatura si aggiungono, agitando sotto cappa, 0.25 moli (19.77 g, p.m. 79.102 g/mol, densità 0.982 g/ml) pari a 20.10 ml di piridina. L'aggiunta viene effettuata tramite imbuto gocciolatore, e la velocità di gocciolamento deve essere tale da permettere che l'operazione duri almeno 10 minuti.

Il meccanismo di reazione, non indicato, è costituito dalla condivizione del doppietto elettronico dell'azoto con lo ione H+, con conseguente formazione di un sale con l'anione Cl-. Inoltre si ha la formazione di un complesso con l'anidride cromica.

¥ Successivamente si esegue una filtrazione sottovuoto con buckner, per separare il piridinio clorocromato dalla miscela di reazione. Per lavare il pallone dal prodotto si usa acqua ghiacciata. E'molto probabile che l'acqua solubilizzi parte del prodotto, che quindi verrà a trovarsi nella bauta a valle del filtro. Sarà quindi opportuno recuparere il liquido e raffreddarlo per far precipitare il piridinio clorocromato, che poi andrà filtrato e unito al filtrato precedente. Questa operazione può essere ripetuta numerose volte.

¥ I cirstalli, giallo-arancioni, vengono mantenuti nel buckner per un'ora circa (con la pompa da vuoto attivata) e successivamente vengono essicati sottovuoto in un essicatore a CaCl2.

Il piridinio clorocromato verrà utilizzato successivamente per ossidare il 5-idrossi-pentanoato di metile.

4b - Sintesi del 5-idrossi-pentanoato di metile

¥ Si preparano innanzitutto 200 ml di metanolo distillato di fresco. All'uopo si assembla l'apparecchiatura schematizzata nella figura sottostante e si distilla il metanolo (quasi) puro che si ha in dotazione, avendo cura di asportare la testa e la coda del distillato. Nella testa si trovano infatti le impurità bassobollenti, nella coda quelle altobollenti (sempre in confronto alla sostanza che rappresenta il cuore o corpo della distillazione: in questo caso del metanolo che, alla pressione di 1 atm bolle a 64.5 °C). La distillazione è perciò stata fatta nel seguente modo:

- si inizia il riscaldamento, si lascia distillare finchè la temperatura non raggiunge l'azeotropo (64°C) - si elimina la 'testa' e si inizia la distillazione del 'corpo' che verà conservato - quando la temperatura ricomuncia a salire allora si termina la distillazione (la 'coda' rimane nel pallone di partenza).

¥ Poi, in un pallone da 500 ml si immette 0.1 moli, pari a 10g (p.m. 100 g/mol) di alfa- valerolattone, che va nei 200 ml di metanolo appena distillato.

¥ Si aggiungono 10 gocce di acido solforico concentrato e si fa bollire a riflusso e agitando per 5 ore. Si formerà 5-idrossipentanoato di metile. Per impedire l'entrata di umidità dall'estremità superiore della colonna contenente il refrigerante per il riflusso dei vapori di metanolo, si userà l'accortezza di applicare una trappola contenente CaCl2 gentilmente pressato tra due batuffoli d'ovatta.

E' possibile effettuare una analisi di tipo cromatografia su strato sottile (TLC) del reagente (alfa- valerolattone) e del prodotto (5-idrossipentanoato di metile) prendendo come riferimento un campione del reagente puro. In pratica si opera in questo modo:

- si preleva opportunamente una gocciolina della miscela di reazione e della soluzione contenente il reagente puro - si prepara una apposita soluzione eluente, sufficientemente apolare (essendo apolare il reagente) quale potrebbe essere acetato di etile (polare) : etere di petrolio (apolare) = 1 : 9 - si seminano, con dei capillari, i due campioni su una lastrina da TLC, facendo attenzione di segnare a matita correttamente dei riferimenti e di effettuare la semina ad una altezza che permetta ai campioni di non venire a diretto contatto con l'eluente - si immettono solvente e piastrina nell'apposito contenitore e si chiude il tutto, in modo che all'interno dello stesso si instauri un equilibrio tra l'eluente in fase liquida e in fase vapore - quando il fronte dell'eluente dista circa 1,5 cm dal bordo superiore della piatrina si può porre termine alla corsa e si valuta la migrazione delle molecole evidenziandole con vapori di iodio (per fare cioò si immette per un certo tempo la piastrina in una mbiente saturo di vapori di iodio).

Il reagente puro e quello presente nella miscela di reazione migrano in maniera molto simile, anche se le macchie possono avere intensità diverse. Il prodotto invece, che è polare, migrerà di meno.

¥ Successivamente la miscela di reazione viene portata ad una temperatura pari a -15 °C tramite un bagno di ghiaccio e sale.

¥ Si aggiunge 1g di NaHCO3 per neutralizzare l'ambiente di reazione acido per acido solforico. Si agita per 15 minuti, sempre a -15 °C e si filtra. Il liquido filtrato viene portato "a secco" con rotavapor.

La temperatura del bagno del rotavapor (schematizzato nel disegno soprastante) va mantenuta tra + 25 e +30 °C. Ciò è un compromesso tra temperature più alte, che favorirebbero l'allontanamento del solvente, e temperature più basse che potrebbero rallentare l'eventuale rilattonizzazione (reazione che dal prodotto torna al lattone di partenza).

L'ambiente, non più acido, dovrebbe già di per se limitare la reazione che porta alla riformazione del lattone e liberazione di metanolo. Inoltre, il fatto di ottenere, col rotavapor, il 5- idrossipentanoato di metile in forma "secca" va a vantaggio della stabilità del prodotto medesimo.

¥ Il prodotto oleoso, così ottenuto, (circa 13g, se fossero esattamente 13 si avrebbe il 99% di resa) viene utilizzato nella sintesi seguente, senza che ad esso vengano applicati ulteriori procedimenti di purificazione.

Analisi dello spettro NMR dell' H3

PPM ?

1.55 area 4 Multipletto dovuto agli H dei C alifatici 3 & 4

2.30 area 2 Tripletto dovuto ai due H del C adiacente al carbonile

2.65 area 2 Tripletto degli H del C "5"

3.6 area 4 Multipletto derivante da un singoletto di area 1 (H dell'ossidrile) e da un singoletto di area 3 degli H del metile estereo

Note sull'NMR del 13C: questi spettri sono eseguiti a 200 MHz (ma esistono apparecchi con magneti più potenti, che possono raggiungere i 400 MHz). Il magnete è mantenuto ad una temperatura minore di 150 °C con azoto ed elio. Il campione (circa 100 mg; per l'NMR dell'idrogeno basta un decimo di questa quantità) viene sciolto in un appropriato solvente - spesso si tratta di cloroformio (bassobollente e quindi facile da recuparere) - nel tubicino portacampioni. Successivamente viene immesso nel probe, per l' "autocampionamento" (automatico). Il probe è circondato da bobine con gradienti simmetrici o asimmetrici. Tramite l'apposito software si regolano tutti i parametri necessari all'analisi, che dura circa due ore (in particolare c'è un convertitore analogico/digitale che assegna ai diversi seganli il loro valore numerico, infatti l'apparecchio si basa sulla trasformata di Fourier). Infine un registratore registra lo spettro. Inoltre, con lo strumento a nostra disposizione, è possibile anche creare spettri APT, DEPT e altri, ma queste analisi richiedono più tempo.

Analisi dello spettro NMR 13C del 5-idrossi-pentanoato di metile

PPM ?

174.31 C "1" e C carbonilico del lattone ancora presente ~77 Cloroformio

62.03 C "5" (deschermato dall'ossigeno) 51.57 C "6" (descermato dall'ossigeno)

33.6 C "4" 32.0 C "2"

21.1 C "3"

Analisi dello spettro di massa del 5-idrossi-pentanoato di metile

M+ ione molecolare 132 M+1 133 M - OH 132-17 115 M - OH + H+ 132-17+1 116 scissione in H3C-OOC-CH2-CH2. & CH2=OH+ => 101 & 31 scissione in H3C-OOC-CH2-CH2 & CH2CH2OH => 87 & 45 (+H = 88 & 46) scissione in H3C-OOC+ & CH2-CH2-CH2-CH2-OH=> 59 & 73 scissione H3C-OOC+ in H2CO+ & CO => 31 & 28 scissione in H3C-O & OCCH2-CH2-CH2-CH2-OH => 31 & 101 (+H = 102)

Riarrangiamento di Mc Lafferty (vedasi figura) => 74 & 58 (+H = 59)

4c - Sintesi del 5-ossopentanoato di Metile

¥ In un pallone da 500 ml si pongono 0.15 moli di piridinio clorocromato (p.m. 214 g/mol; 32.32g), precedentemente sospeso in 80 ml di diclorometano distillato di fresco da P2O5 (quindi anidro).

¥ Alla soluzione, agitando sotto cappa, si aggiungono 0.1 moli (p.m. 132 g/mol; 13.2 g) di 5- idrossipentanoato di metile solubilizzate in 60 ml di diclorometano anidro. Si avrà cura di sistemare una trappola di CaCl2 sulla sommità del pallone. L'unione di questi componenti dà velocemente ossidazione del gruppo alcoolico a gruppo aldeidico, così che si ha formazione del 5-ossopentanoato di metile. Il colore della miscela muta da arancione a nero.

Non viene indicata nè la formula dell'aldeide 5-ossopentanoato di metile (facilmente ottenibile da quella dell'acool 5-idrossipentanoato di metile) nè il meccanismo di reazione, che è una semplice ossidazione.

¥ Dopo 30 e dopo 90 minuti, durante i quali la miscela di reazione è stata mantenuta sempre sotto agitazione, è possibile effettuare due TLC per controllare l'andamento della reazione. Si semina sia una goccia della miscela di reazione sia una goccia di 5-idrossipentanoato puro. Come eluente si può usare dietiletere : normalpentano = 6 : 4. La rivelazione viene fatta tramite vapori di iodio.

In questo caso i rapoorti RF sono:

dopo 30 minuti: 5-idrossipentanoato di metile 0.19 5-ossopentanoato di metile 0.45

dopo 90 minuti: 5-idrossipentanoato di metile 0.19 5-ossopentanoato di metile 0.43

¥ Contemporaneamente si prepara una colonna per purificazione. Si opera in questo modo: sul fondo della colonna si immette della lana di vetro, sopra si versa un po' di sabbia. Successivamente si versa, con cautela, la sospensione di gel di silice (fase stazionaria polare) in etere (eluente); impaccando poi la fase stazionaria forzando l'eluente attraverso di essa, con l'ausilio della apposita pompetta (avendo cura di aprire il rubinetto sottostante la colonna e di far si che il gel di silice non venga mai a contatto con l'aria, ossia facendo in modo che resti sempre coperto da qualche millimetro di eluente).

¥ Una volta impaccata la colonna si aggiunge un filtro (assieme a dell'eluente) e spingendo ancora un po' di eluente attraverso la fase stazionaria, si fa adagiare il filtro stesso alla sommità della colonna (lo si tiene poi in posizione con un po' di sabbia). Infine si versa, sopra il gel di silice, la miscela di reazione da purificare (che, se la seconda TLC ha dato esito favorevole - ossia buona presenza di prodotto - è opportuno abbia subìto ancòra mezz'ora di mescolamento).

¥ In questo caso, prima di immettere la miscela di reazione per purificarla, è opportuno trattarla con qualche grammo di celite in etere (mescolando per cinque minuti, poi si lascia decantare prima dell'immissione in colonna). La celite sequestra gli ossidi di cromo, formando una massa scura e appiccicosa che ovviamente non viene immessa in colonna, ed in questo modo rende meglio purificabile la restante parte della miscela di reazione. Poichè la massa scura della celite potrebbe trattenere del prodotto di reazione, il pallone andrà lavato più volte con etere e il prodotto del lavaggio andrà immesso nella colonna di purificazione.

¥ La purificazione su colonna tratterrà ancòra cromo e altre impurezze. Se del cromo passa nell'eluato raccolto in un pallone sotto la colonna gli darà una particolare colorazione giallo/verde***. Ovviamente il pallone di raccolta non deve contenere acqua, in quanto essa rimarrebbe poi nel pallone stesso con l'aldeide (prodotto di reazione). L'etere invece viene facilmente allontanato al rotavapor. Dopo aver eliminato l'etere al rotavapor si ottiene una massa oleosa verdastra che col tempo - 78 ore nel nostro caso - vira al blu (resa teorica: 43%, pari a 11.2 g partendo dalle quantità da noi utilizzate).

*** in tal caso il prodotto, dopo trattamento al rotavapor, viene ripurificato tramite una colonna cromatografica a gel di silice. Il passaggio del cromo può essere forse dovuto al fatto che, per accelerare il passaggio attraverso la colonna si è effettuata una corsa sotto pressione). In questa secondo trattamento in colonna quindi si opera solo tramite forza di gravità. L'eluente è etere : etere di petrolio = 10 : 1. L'eluizione va portata avanti finchè la TLC dell'eluato dimostra che non è più presente prodotto, ma solo eluente. Nel nostro caso si è adoperato quasi 1,5 l di eluente. Si elimina poi il solvente al rotavapor: il rimanente è una massa oleosa limpida (5- ossopentanoato di metile).

Dopo la ripurificazione su colonna (***) in questo caso è stata necessaria un'ulteriore purificazione tramite distillazione frazionata. Nel primo palloncino (sostenuto da un porcellino a tre colli) è stata raccolta la testa (~25 °C), poi nel secondo il 5-osso-pentanoato di metile (~57 °C) e nel terzo la coda (~80 °C). Lo strumento usato è costituito dal pallone principale scaldato da una resistenza. Sopra il pallone c'è una colonna Vigreux con in cima un termometro. Entrambi sono protetti da un foglio di alluminio. La colonna possiede, lateralmente, il raccoglitore delle frazioni distillate. A queste due strutture principali si aggiungono il sistema refrigerante e quello per fare il vuoto (la pompa a vuoto è mantenuta a -70 °C in bagno di ghiaccio secco - in pastiglie - in metanolo). L'avvenuta purificazione è stata verificata poi tramite TLC, seminando testa, coda, cuore ed impurezze eventuali rimaste nel pallone. Testa, cuore e coda hanno dato tre segnali dallo stesso Rf, ma il segnale della coda è molto meno intenso. La semina di eventuali impurezze rimaste nel pallone non ha dato risultati visibili.

Interpretazione dello spettro del 3H del 5-osso-pentanoato di metile

PPM osservato ?

0 TMS

1.9 integrazione: 2 - multipletto -CH2- (C3) 2.35 integrazione: 2 - tripletto -CH2- (C2) o (C3) (?) 2.50 integrazione: 2 - tripletto -CH2- (C2) o (C3) (?) 4.65 integrazione: 3 - singoletto -CH3 estereo 9.85 integrazione: 1 - singoletto -H aldeidico

Interpretazione dello spettro NMR 13C del 5-osso-pentanoato di metile

PPM ?

201.5 C carbonilico aldeidico 173.3 C carbonilico estereo

77 Cloroformio

51.6 metile 42.9 C "4" 32.9 C "2" 17.3 C "3"

Interpretazione dello spettro di massa del 5-osso-pentanoato di metile

M+ ione molecolare 130 scissione in ione acilio .OCH & H3COCOCH2CH2CH2. 29 & 101 Riarrangiamento #1 di Mc Lafferty per carbonili che hanno un idrogeno in gamma: il meccanismo è simile al successivo (#2) ma il carbonile interessato è quello estereo: si forma H3C-OCOHCH2 (74) & CH2CHCHO (56) 74 (che poi perde un metile e genera 15 & 59) & 56 Riarrangiamento #2 di Mc Lafferty per carbonili che hanno un idrogeno in gamma (vedi figura): 44 & 86 (+ H = 87)

scissione in HCOCH2CH2CH2CO & OCH3 => 99 (+1 = 100) & 31 scissione in HCOCH2CH2CH2 & COOCH3 => 71 & 59 scissione in HCOCH2CH2CH2COO & CH3 => 115 (+H = 116) & 15

Approfondimento - visto l'uso non infrequente del metanolo, chimicamente "vicino" all'etanolo ma ben più tossico di esso, si fa qui di seguito cenno ad alcune caratteristiche di tale composto.

Caratteristiche ed usi del Metanolo - Il metanolo o alcool metilico è un liquido volatile (p.d.e. 64.5 °C), ha formula CH3OH, non è ionizzato ed è sia lipofilo che idrofilo. Possiede un proprio odore caratteristico, brucia con fiamma azzurra non lucente. Dato che il metanolo si può ottenere dalla distillazione secca del legno (Boyle, 1661) è anche detto alcool di legno. Al giorno d'oggi è ottenuto per sintesi, in due modi:

¥ processo ad alta pressione: monossido di carbonio ed idrogeno in adeguata proporzione formano il gas di sintesi, che a 200 bar e a 400 °C, su ZnO/Cr2O3 catalizzatori da la reazione:

CO + H2 => CH3OH

¥ processo a bassa pressione: monossido di carbonio ed idrogeno in adeguata proporzione formano il gas di sintesi, che a 50 bar e a 250 °C, su Cu/Zn/Al catalizzatori da la reazione precendente.

Il metanolo è miscelabile con l'acqua in ogni proporzione: la miscelazione dà contrazione di volume della soluzione e libera calore. E' usato come additivo per carburanti, o esso stesso è usato come carburante solido (tavolette meta, speedway...), nell'industria chimica è usato come solvente per coloranti, collanti, poliesteri, svernicianti... e in chimica organica è un importante agente metilante.

A differenza dell'etanolo il metanolo puro (99%) può ottenersi da una sua soluzione acquosa tramite la distillazione frazionata, mentre per il metanolo assoluto (99.97%) bisogna distillare il metanolo su magnesio metallico, il quale si scioglie con formazione di alcoolato di magnesio. Esso, in presenza d'acqua, si scinde a dare magnesio ossido (insolubile in acqua) e metanolo:

2 MeOH in miscela con H2O su Mg => H2 + (MeO)2Mg + H2O (MeO)2Mg + H2O => MgO (ppt) + 2 MeOH

Tossicocinetica del Metanolo - Assorbimento e Distribuzione - Il metanolo è assorbito in circa tre ore tramite il tratto gastrointestinale, può venir assorbito anche dal sistema respiratorio o dalla cute. Successivamente si distribuisce in tutto il corpo, infatti è sia idrofilo che lipofilo, come l'etanolo. In particolare il metanolo può essere rinvenuto nel cuore, nella milza, nel fegato, nei polmoni, nel cervello, nei muscoli e nei reni. In caso di intossificazione cronica esso si accumula nel nervo ottico.

Biotrasformazione - Il 90% del metanolo, come primo passaggio, viene ossidato ad aldeide formica la quale successivamente subisce trasformazione ad acido formico. Il restante 10% del metanolo viene eliminato invariato per via renale (tempo di emivita: 22 ore circa).

Lo step da metanolo a formaldeide può avvenire in due modi:

¥ nei perossisomi (forma primitiva della catena respiratoria) vari enzimi ossidoreduttasi partendo da diversi substrati RH2 portano alla formazione di H2O2 (acqua ossigenata o perossido d'idrogeno) che poi, tramite l'enzima catalasi, ossida il metanolo.

RH2 + O2 (by ossidasi)=> R + H2O2 H2O2 + MeOH ( by catalasi)=> HCHO + 2 H2O

¥ nel citosol epatico tramite l'enzima ADH (questa ossidazione è in equilibrio reversibile)

MeOH + NAD+ <= by ADH => CH2O + NADH + H+

¥ Lo step da formaldeide ad acido formico (pKa 3.75, completamente dissociato a formiato) è catalizzato da diversi enzimi aldeide-deidrogenasi, presenti sia nel citosol sia nei mitocondri della maggior parte delle cellule dei mammiferi. Questa reazione, irreversibile, sposta "a destra" l'equilibrio reversibile della reazione ADH mediata. 

CH2O + NAD+ (by aldeide-deidrogenasi)=> HCOO-H+ + NADH + H+

Successivamente il formiato (nella scimmia, usata per l'affinità al genere umano, e presumibilmente nell'uomo) subisce ossidazione folato-dipendente a CO2. Nel ratto esiste anche un sistema catalisi-perossidativo, e il ratto non subisce avvelenamento da metanolo o da formiato a meno che non sia reso folato-carente.

Eliminazione - Esaurienti studî sono stati a questo proposito sono stati fatti da Nicloux, utilizzando cani e conigli. I risultati ottenuti hanno permesso di costruire delle curve di eliminazione dalle quali si può notare la differenza nella velocità di eliminazione in confronto all'etanolo.

Intossicazione da Metanolo - Il metanolo può dare intossicazione per esempio se è usato in bevande adulterate, anche se ciò non è frequente. La dose tossica di etanolo varia in relazione a vari fattori (età, sesso, presenza di etanolo...), negli adulti la tossicità è proporzionale al tasso ematico di metanolo, per i bambini non si hanno dati. Dalla 12ma alla 24ma ora dall'ingestione di metanolo non si hanno sintomi, e questo periodo può essere prolungato se è presente etanolo (più affine all'enzima ADH di quanto lo sia il metanolo).

Il metanolo come tale causa ebbrezza, in seguito ad intossicazione acuta, poi vertigini, nausea, vomito, dolori addominali, cefalea e depressione del SNC, ma ben più pericolosi sono i sintomi e i danni causati dai suoi due metaboliti, aldeide formica e acido formico.

Essi causano gravi sintomi quali grave acidosi metabolica, atassia*, vertigine, dilatazione delle pupille (che divengono poco reattive), congiuntivite, gonfiore del disco ottico, danni al nervo ottico, al SNC e al fegato. Inoltre sudori freddi, agitazione furiosa, insufficienza respiratoria ed edema polmonare, convulsioni e confusione mentale, depressione, coma con ipotermia. La morte sopraggiunge per paralisi dei muscoli respiratori. I fondamenti biochimici della tossicità del formiato sul SNC non sono stati ancòra chiariti

acidosi metabolica: nei primati la conversione metanolo => formiato è più rapida dell'eliminazione del formiato, cosicché nelle 24 ore seguenti l'assunzione di metanolo si ha un graduale accumulo di acido formico, che causa una diminuzione del pH plasmatico fino a 6.8 (l'acidosi viene analizzata in laboratorio non dosando l'acido formico ma misurando la diminuzione di concentrazione di vari anioni plasmatici.

* atassia: difetto della coordinazione muscolare, può avere come conseguenza irregolarità dei movimenti (a. cinetica) o incapacità di mantenere l'equilibrio (a. statica).

Nel caso di intossicazione cronica da metanolo liquido (via orale o transdermica) si può avere una progressiva degenerazione della visione (atrofia del nervo ottico). Nel caso invece si sia a contatto con vapori di metanolo si avrà irritazione ulcerosa della congiuntiva, che potrà degenerare a cheratite ulcerosa.

Terapie contro l'intossicazione - Si tratta essenzialmente di trattamenti di supporto:

¥ lavanda gastrica (se la si può fare entro due ore dall'assunzione) e/o somministrazione di NaHCO3 per contrastare l'acidosi e somministrazione di etanolo* (se il tasso ematico del metanolo e 3 50 mg/dl e se non si manifestano disturbi della visione) per sottrarre al metanolo l'enzima ADH (si riduce così la formazione dei metaboliti tossici del metanolo). La concentrazione di etanolo prevede una prima dose di attacco di 700 mg/dl e poi deve mantenersi pari a 100 mg/dl per tutto il tempo necessario a far scendere la concentrazione di metanolo sotto i 25 mg/dl.

¥ Nei casi la concentrazione di metanolo sia prossimo o superiore a 100 mg/dl, o nel caso si manifestino disturbi della visione, allora si ricorrerà a dialisi peritoneale o emodialisi, valide per allontanare non solo il metanolo ma anche i suoi metaboliti.

¥ Inoltre, per limitare i danni sul SNC, si può bloccare l'ossidazione del metanolo a formiato somministrando 2-metil-pirazolo (o simili) endovena; si tratta di sostanze efficaci ma epatotossiche; necessitano di somministrazione immediata dopo l'avvelenamento. ¥ Nelle scimmie sono in fase di sperimentazione trattamenti a base di 5-formil- tetraidroformiato, sostanza che dovrebbe aumentare il metabolismo del formiato.

4d - Sintesi del formil-metilen-trifenil-fosforano (ilide)

¥ 50 g di cloracetaldeide idrata, ClCH2CHO¥H2O, p.e. 85.5 °C, viene addizionata a 800 ml di cloroformio, in un pallone ad un collo da 1l. Si distilla allontanando i primi 400 ml di distillato sotto cappa (azeotropo acqua - cloroformio, p.e. 56 °C). Rimangono così 800 ml di cloracetaldeide anidra in cloroformio.

¥ Si aggiungono poi 68 g di trifenilfosfina (PPh3) e si lascia a riflusso per 5 ore, sempre sotto cappa. Dopo l'aggiunta della trifenilfosfina la colorazione, precedentemente giallo pallida, si intensifica. Durante le 5 ore avviene la reazione di formazione del sale di fosfonio (attacco nucleofilo sull'alogenuro alchilico, con formazione del sale).

¥ Il sale ottenuto* viene filtrato sottovuoto (su imbuto Buchner, opportunamente lavando bene i palloni e rifiltrando un paio di volte se necessario il liquido caduto nela beuta di raccola) e poi asciugato per 12 ore in un essicatore sottovuoto. La resa teorica è di 86 g di sale.

In pratica è possibile che il sale non precipiti: rimarrà allora una soluzione giallo oro. Si opera allora in questo modo. Si pone il pallone al rotavapor, in modo da evaporare buona parte del solvente. Successivamente, tramite un imbuto gocciolatore, si versa goccia a goccia la miscela di reazione rimanente in un pallone - posto in bagno di ghiaccio - contenente etile acetato in volume circa doppio di quello della miscela di reazione, agitando vigorosamente.

Ovviamente è utile lavare con etile acetato il pallone contentente all'inizio la miscela di reazione e l'imbuto gocciolatore, per recuperare in massima percentuale il prodotto da cristallizzare.

Questo procedimento avrà fatto sicuramente avvenire la precipitazione dei cristalli del sale di fosfonio. Essi conferiscono un colorito bianco latte alla miscela di reazione. E' possibile però che - specialmente se la quantità di solvente e quindi di etile acetato erano notevoli - si verifichi la formazione di un precipitato gommoso (giallo). In tal caso bisognerà agitare il tutto e grattare vigorosamente con una bacchetta di vetro finchè il precipitato non assumerà carattere cristallino (bianco).

Si procede ora al passaggio di sintesi della ilide (vedasi figura sotto: estrazione di uno ione H+ da parte della base).

Si preparano ora 500 ml di una soluzione 0.3M di NaOH. Contemporaneamente si immettono 51 g del sale ottenuto in un pallone a tre colli, insieme a 1,5 l di acqua, sotto agitazione. Negli due colli laterali si immettono due rubinetti opportunamente lubrificati - che opportunamente manovrati serviranno per fare il vuoto nel pallone.

Una volta fatto il vuoto, con una pompa ad acqua, vengono immessi - con un imbuto gocciolatore posto nel collo centrale del pallone - i 500 ml di NaOH 0.3M precedentemente preparati. Una volta terminata l'aggiunta (si passa da giallo ad arancione) si opera la sostituzione del vuoto, nel pallone, con argon. Questo gas nobile assicura un'atmosfera inerte non ossidante, utile al mantenimento del prodotto sintetizzato. Infatti, la compresenza di un ambiente basico e ossidante porterebbe al danneggiamento del prodotto. Il procedimento - molto semplice - avviene in questo modo: un tubo di gomma proveniente dalla bombona di argon, dal quale esce un certo flusso di gas, viene posto su uno dei due rubinetti del pallone. Il rubinetto viene aperto, e poichè c'è il vuoto all'interno del pallone stesso, l'argon verrà risucchiato all'interno. Affinchè nel pallone non si verifichi un innalzamento della pressione troppo elevato, subito verrà anche aperto l'altro rubinetto (che metterà in contatto l'interno del pallone con l'ambiente), rubinetto dal quale l'argon uscirà. Si crea così un flusso di gas nobile che preserva la miscela di reazione dall'ossigeno.

Dopo aver mantenuto la miscela di reazione in queste condizioni per alcuni minuti, la si filtra su un imbuto buchner, facendo si che un flusso di argon tenga - almeno parzialmente - lontana l'aria. Successivamente il filtrato viene ripetutamente lavato con acqua affinchè si allontani la base (il liquido filtrato dovrà avere pH neutro). A questo punto anche un'atmosfera ossidante non arrecherà danno al prodotto, che viene posto ora in un essicatore sottovuoto per 12 ore.

4e - Sintesi del 7-osso-5-eptenoato di metile

¥ 1g (7,7 mmol; p.m. 130.14 g/mol) di 5-ossopentanoato di metile precedentemente sintetizzato (* beba) vengono immessi in un pallone a 3 colli (collo centrale per riflusso e due colli laterali per flusso d'azoto: è necessaria un'atmosfera non ossidante per la migliore riuscita della reazione) insieme a 35 ml di toluene disidratato per bollitura. La soluzione ottenuta è limpida dal colore giallo chiaro. Poichè (punto seguente) è necessario tenere sotto controllo la temperatura, sarebbe utile anche un pallone con un unteriore collo per il termometro, altrimenti sarà necessario sospendere di tanto in tanto l'entrata di azoto e immettere in quel collo il termometro.

NB: che il flusso di gas abbia l'intensità corretta lo si può vedere immettendo tra il tubo proveniente dalla bombola e il pallone un contenitore apposito contenente olio di silicone (il gas forma delle bolle, dal cui numero/minuto si può valutare le caratteristiche del flusso).

¥ Sempre sotto azoto, agitando, si porta a 90 °C e si aggiungono (3 volte, a distanza di 30 minuti) 0.8 g della ilide precedentemente ottenuta. L'introduzione della ilide in piccole porzioni distanti nel tempo, piuttosto che in un'unica volta, ha il vantaggio di minimizzare la reazione secondaria di polimerizzazione della ilide stessa e per aumentare la resa del prodotto principale. Il colore della miscela di reazione vira gradualmente al giallo arancione e poi al rosso scuro. La miscela viene lasciata reagire per un certo periodo di tempo.

La reazione che avviene (reazione di Wittig, sostituzione del gruppo carbonilico con il gruppo =CRR') permette la sintesi dell'anlchene voluto, ed inoltre avviene con i seguenti vantaggi: non necessita di alcuna condizione "drastica" e il posizionamento del doppio legame avviene in posizione univoca. In genere, infine, la reazione di Wittig può avvenire con R ed R' molto variabili, come variabile può anche essere la struttura del prodotto carbonilico di partenza.

¥ Tramite analisi TLC si può verificare l'andamento della reazione. Quando il segnale del prodotto è sufficientemente presente si può considerare la reazione completata. Una delle TLC da noi effettuate è rappresentata nella figura sotto.

Eluente etere : normal esano = 9:1 Rf del fosfinossido 0.1 Rf del 7-osso-eptenoato di metile 0.6 Rf dell'ossido dell'ilide ~1

(il pentanoato di metile non compare essendo la reazione andata a compimento).

Purificazione del 7-osso-eptenoato di metile - la miscela di reazione - e con essa il prodotto - una volta che la TLC abbia dato risultati positivi - viene posta in rotavapor e tirata quasi a secco. Il tutto, eventualmente ripreso con eluente, viene posto in una colonna separatrice a gel di silice (eluente etere di petrolio : esano = 8 : 2). L'eluente a valle della colonna viene raccolto - a porzioni di 10 ml - in diverse provette. Esse vanno sottoposte a TLC per individuare quelle nella quali è presente solo il prodotto (nella miscela di reazione infatti ci sono anche pentanoato di metile, Ph3PO e l'ilide); lo standard per la TLC è la miscela di reazione stessa; l'eluente è etere etilico : esano = 6 : 4. L'aspetto delle lastrine è qualitativamente simile a quello della pagina precedente. Una volta individuate le provette appropriate le si riunisce e l'eluato viene portato a secco in rotavapor: si ottiene così il 7-osso-eptenoato di metile puro (liquido giallastro oleoso).

Interpretazione dello spettro NMR 3H del 7-osso-eptenoato di metile

PPM ?

1.85 integrazione: 2 - doppio tripletto 2H del C"3" 2.3 integrazione: 2 - multipletto 2H del C"4" 2.5 integrazione: 2 - tripletto 2H del C"2" 3.7 integrazione: 3 - singoletto 3H del metile 6.1 integrazione: 1 - doppio doppietto 1H del C"6"* 6.8 integrazione:1 - doppio tripletto 1H del C"5"* 9.4 integrazione:1 - doppietto 1H dell'aldeide 9.85 integrazione: 1 - singoletto -H aldeidico (dal 5-osso-...)

* essendo H di C alfa-beta insaturi l'H del C"6" - più vicino al carbonile - risuona a campi più alti di quanto no faccia l'H del C"5"

Interpretazione dello spettro NMR 13C del 7-osso-eptenoato di metile

PPM ?

201.5 C carbonilico aldeidico del 5-osso-... 199.9 C carbonilico aldeifico del 7-osso-... 173.3 C carbonilico estereo del 5-osso-... 173.38 o 157.16 C carbonilico estereo del 7-osso-... 133.5 C"6" del 7-osso-... 167.1 C"5" del 7-osso-... 77.77 cloroformio 51.6 metile del 5-osso-... 42.9 C "4" del 5-osso-... 32.9 C "2" del 5-osso-... 17.3 C "3" del 5-osso-...

51.69 metile del 7-osso-... 42.95 C"2" del 7-osao-... 32.95 in giù C"3" e C"4" del 7-osso-...

4f - Sintesi del 7-idrossi-5-eptenoato di metile

¥ 0.312g di 7-osso-eptenoato di metile puro vengono solubilizzati in 40 ml di metanolo. Alla soluzione così ottenuta si aggiunge 1g di resina*. Si agita per 90 minuti a temperatura ambiente. Si ha la riduzione del gruppo aldeidico ad alcoolico. La reazione può essere controllata tramite TLC (si evidenzia la scomparsa del reagente e la comparsa del prodotto). Una volta che la reazione è andata a compimento si filtra la sospensione (lavando bene il filtro con metanolo) per eliminare la resina. Infine si allontana il metanolo al rotavapor. Si ottiene così il 7-idrossi- 5eptenoato di metile.

*Preparazione della resina a scambio ionico (BER) - si impacca, ad umido, un gocciolatore da 100 ml con 9g di resina scambiarice di anioni, ed attraverso di essa si fanno scorrere ripetutamente (per un'ora) 100 ml di sodio boroidruro soluzione 0.5 M. Successivamente si lava la resina così trattata finchè l'acqua di lavaggio non appare neutra (questo lavaggio elimina gli ioni boroidruro non legati, ossia in eccesso, e i contro-ioni originariamente associati alla resina). Si essica infine la resina per 2 ore al rotavapor a 65 °C.

Il corretto andamento della reazione (sintesi de 7-idrossi-...) è stato seguito tramite TLC. Tra le varie miscele eluenti la migliore si è rivelata quella etere etilico : normal esano = 7 : 3. Sono state seminati sia il 7-osso-5-pentenoato di metile (reagente) e il 7-idrossi-5-eptenoato di metile. Le loro "macchie" sono state rese visibili, dopo l'eluizione, tramite vapori di iodio (il 7-idrossi-5- eptenoato di metile non si colora all'UV 254 nm, non avendo - a differenza del 7-osso-... - due doppi legami coniugati).

Il 7-idrossi-... dà un Rf pari a 0.29 Il 7-osso-... dà un Rf pari a 0.34

Inoltre il 7-osso-... origina una macchia parzialmente più allungata. I diversi Rf si spiegano poichè la miscela eluente è prevalentemente apolare e il 7-osso-... è meno polare del 7-idrossi-...

Interpretazione dello spettro NMR 13C del 7-idrossi-5-eptenoato di metile

PPM ?

173 C"1" del 7-idrossi-... 134-124 C"5" e C"6" del 7-idrossi-... + segnale C"6" del 7-osso-... 51.69 metile del 7-idrossi-... 65.03 - 54.1 C"7" del 7-idrossi-... 33.9 - 20 C 2, 4, 3 del 7-idrossi-...

Interpretazione dello spettro NMR 3H del 7-idrossi-5-eptenoato di metile

PPM ?

6.6 e 4.5 H del C"6" / C"5" 3.6 metile e H del C"7" 2.6 H dell'OH 2.4 C"4" 2 C"2" 1.5 C"3"

Interpretazione dello spettro IR del 7-idrossi-5-eptenoato di metile

Lunghezza d'onda (cm-1) ?

3400 O-H stiramento 3020 -CH- stiramento del leg. C-H 3000/2900 -CH2- stiramento del leg. C-H 1750 carbonile estereo (stiramento doppio legame) 1200 C-O impronta digitale ~1000 -HC=CH- (trans?) impronta digitale 1500-1400 impronta digitale catena alifatica satura (alcani)

¥ 12.5 g (pari a 15 ml) di toluene (0.272 moli) sono stati immessi in un pallone da 1 l, nel quale erano stati precedentemente posti 18.75 g di KMnO4 e 312.5 ml di acqua.

¥ Si scalda e si agita per 1.5 ore, indi si aggiungono altri 8.75 g di KMnO4, e così di nuovo dopo un'altra ora e mezza.

¥ Avviene l'ossidazione del toluene a benzoato di potassio (si forma anche MnO2, precipitato bruno, e scompare il colore viola del permanganato). Si continua a scaldare ad ebollizione e riflusso finchè il colore viola non sia effettivamente scomparso.

¥ L'acqua ed il toluene che non hanno reagito vengono eliminati tramite distillazione semplice (almeno 100 ml di distillato devono essere raccolti). La miscela di reazione a questo punto rimasta nel pallone di partenza viene filtrata su Buchner: mentre il sale (benzoato di potassio) supera il filtro, il precipitato di MnO2 (residuo nero simile al carbone) viene trattenuto.

¥ Il residuo solido, sul filtro, viene lavato due volte con 50 ml di acqua calda. La soluzione di lavaggio contenente ancòra un po' di sale - insieme a quella contenente la maggior parte di benzoato di potassio - viene acidificata (35 ml di H2SO4 50%) in modo da trasformare il benzoato da sale ad acido, cosicchè esso precipita sottoforma di una schiuma bianca e leggera.

¥ Infine si è raffreddata la schiuma e la si è filtrata su imbuto buchner.

¥ Il precipitato è stato infine sciolto in acqua calda, filtrato a caldo (cosicchè eventuali impurezze rimanessero indietro) e fatto riprecipitare raffreddando il solvente.

¥ Dopo una filtrazione su buchner e un periodo adeguato di essicamento in stufa i cristalli sono pronti.

Resa: 16% p.f. teorico: 122 - 123 °C p.f. campione: 121-122 °C

¥ 50 g di foglie di thè vengono poste in un becker da 500 ml, insieme a 350 ml di acqua distillata. Si porta ad ebollizione - agitando - per 15 minuti, indi si filtra pressando. Il residuo solido viene nuovamente addizionato di 300 ml di acqua distillata e portato ad ebollizione - agitando - per ulteriori 15 minuti. Si filtra anche questo secondo infuso. Si riuniscono le due soluzioni.

¥ Esse, calde a 70 °C circa, vengono addizionate di acetato di piombo (soluzione al 10%) finchè non si ha più formazione di precipitato marrone. Il precipitato viene separato dalla soluzione tramite filtrazione sottovuoto.

¥ Il residuo solido viene ripreso con 200 ml di acqua distillata. Si porta la sospensione ad ebollizione e poi filtrando nuovamente. I liquidi derivanti dalle due filtrazioni vengono riuniti e portati ad ebollizione.

¥ A questo punto si aggiunge acido solforico (soluzione al 20% peso/volume) finchè non si ha più formazione di precipitato (bianco). E' stato necessario aggiungere una quantità notevole di acido solforico. Si filtra infine sottovuoto e si tiene il liquido.

¥ Al rotavapor il volume viene ridotto fino a circa 250 ml. Nel nostro caso si è formato un precipitato che è stato allontanato per filtrazione.

¥ La soluzione (250 ml circa) e' stata basificata con 30 ml di NH3 (soluzione 25% p/v), e - in un imbuto separatore - sono stati aggiunti a questa soluzione 20 ml di diclorometano o cloruro di metilene* CH2Cl2. Successivamente si agita (sfiatando) e poi si effettua l'estrazione*. Questo procedimento e' stato effettuato per 5 volte, e alla fine si riuniscono tutti gli estratti in una beuta. In più, ma solo dopo la prima estrazione con diclorometano, si è resa necessaria una filtrazione per rendere un po' più' limpide le fasi.

* la separazione delle due fasi (il diclorometano stà più in basso) è stata facilitata operando opportunamente con una bacchetta di vetro all'interno dell'imbuto separatore.

¥ Con Na2SO4 (sodio solfato) successivamente è stato effettuato l'allontanamento dell'acqua residua nella fase organica, e successivamente si è portata a secco la soluzione nel rotavapor. Il reiduo grigio ottenuto è stato ripreso con la minima quantità di diclorometano necessaria.

¥ Si è riscaldato infine (lentamente) a bagno maria il residuo ripreso. Il riscaldamento deve essere lento in quanto solo così si otterrà la completa elimazione del diclorometano. Quando solo una piccola quantità di CH2Cl2 è rimasta allora l'aggiunta di (poco) etere ha fatto precipitare la caffeina.

¥ I cristalli di caffeina, dopo essicazione in stufa, hanno dato i seguenti risultati alle analisi:

p.f. 233°C grammi ottenuti: 0.35 (resa teorica: 0.3 - 0.4 g)

Interpretazione dello spettro IR della caffeina

Lunghezza d'onda (cm-1) ?

3110, 2950 -CH3 e -CH (stiramento legami C-H) 1700 carbonile 1650 C=N

Interpretazione dello spettro NMR 3H della caffeina

PPM ?

4 integrazione: 3 - singoletto H del metile legato all'azoto tra i due carbonili 3.6 integrazione: 3 - singoletto H del metile legato all'azoto adiacente al carbonile 3.4 integrazione: 3 - singoletto H del metile rimanente

7.5 integrazione: 1 - singoletto H del carbonio posto tra i due atomi di azoto

Interpretazione dello spettro NMR 13C del la caffeina

PPM ?

28 - 32 3 -CH3 legati ognuno ad un atomo di azoto (in particolare potrebbe valere la "deschermatura" proposta per lo spettro precedente)

~77 tripletto del solvente

141 ???

Approfontimento: i solventi Alogenoderivati alifatici

Sono ottimi solventi, poco infiammabili, hanno attività anestetica più o meno accentuata e variabile tossicità (CFC atossici, CCl4 molto tossico...)

Cloruro di Metilene CH2Cl2: propellente gassoso per aerosol, diluente per vernici e sgrassante, come gli altri alogenoderivati a basso p.m. dà aumento della % di carbossiemoglobina anche per 12 ore dopo la somministrazione e depressione del SNC (con [ ] di 500 ppm per 6 ore) e può essere letale, ma a dosi piuttosto più elevate (a 75 ppm è innocuo).

Cloroformio CHCl3: liquido incolore, di odore dolce, p.d.e. 61 °C, poco solubile in acqua e più denso di essa, solubile in etere. In presenza di acqua (o anche solo umidità) da fosgene, altamente tossico*. La sua conservazione con etanolo permette di trasformare l'eventuale fosgene formatosi in dietilestere carbonico, non tossico. Può essere riconosciuto con la reazione di Fujiwara o dell'isonitrile (vedi prima).

E' stato preparato, indipendentemente, da Liebig e da Souberyan nel 1831. Nel 1846 Simpson scopre l'attività di depressore del SNC (ad alte dosi: coma e morte) e poi l'attività anestetica. Forse è cancerogeno, e negli USA a differenza che in Europa, non è più usato per esempio per preparare cosmetici. Come solvente può essere sostituito dal cloruro di metilene.

Preparazione del cloroformio #1

EtOH + calcio ipoclorito Ca(OCl)2 => ox etanolo ad acetaldeide CH3CHO CH3CHO + calcio ipoclorito Ca(OCl)2 => sostituisce H con Cl CCl3CHO, cloralio CCl3CHO + OH- => formiato HCOO- + CHCl3

Preparazione del cloroformio #2 - clorazione del metano in fase gassosa, metodo industriale.

* da cloroformio a fosgene - in presenza di luce, ossigeno ed umidità si ha:

CHCl3 + O2 + lux => idroperossido => Cl2 + CO2 + HCl => COCl2 + 1/2O2 + HCl

Aggiungendo etanolo anidro l'eventuale fosgene formato viene catturato, con la reazione:

COCl2 + 2EtOH => dietilestere dell'ac. carbonico CO(EtO)2 + 2HCl

Tetracloruro di Cabonio - CCl4: ottimo solvente, economico (usato anche in casa). Deprime il SNC (ad alte dosi: coma e morte) ed ha proprietà anestetiche. Causa danni renali ed epatici, talvolta letali (i metaboliti del CCl4 tra le altre cose danneggiano gli enzimi microsimiali epatici).

Trielina, o tricloroetilene - Cl2C=CHCl: molto usato nell'industria e non solo (lavaggio a secco dei vestiti, smacchiatore domestico). Causa depressione SNC, insonnia. I suoi principali metaboliti sono l'ac. tricloroacetico ed il tricloroetanolo (è lui che deprime il SNC). Data la sua lipofilia dà fenomeni di accumulo (intossicazione cronica) mentre l'intossicazione acuta è letale per via delle aritmie indotte (l'induzione è dovuta al potenziamento dell'azione dell'adrenalina endogena). L'eliminazione renale è proporzionale alla dose assunta.

Tetracloroetilene - Cl2C=CCl2: è la sostanza oggi più in uso (sostituisce la trielina), è meno tossica della trielina ma ha effetti qualitativamente simili (danni a reni e fegato). La via di eliminazione è principalmente respiratoria. Subisce poca biotrasformazione, ad acido tricloroacetico.

¥ 25g di pepe nero (piper nigrum L. ) finemente poverizzati vengono estratti con l'apparecchio Soxlet per sei ore, tramite solvente estraente CHCl3.

¥ L'estratto dal Soxlet è stato portato a secco con il rotavapor. Il residuo è stato poi aggiunto di 20 ml di soluzione al 10% di KOH in soluzione di etanolo : acqua = 1 : 1.

¥ Dopo questo trattamento si è proceduto alla filtrazione (per gravità su filtro a pieghe). La porzione liquida è stata indi raffreddata a circa 2 °C e lasciata a tale temperatura finchè la piperina non ha cristallizzato.

¥ Un'ulteriore filtrazione permette di separare i cristalli di piperina (verdi), che vengono poi lavati con 2 ml di acqua (divengono giallastri). In pratica si è rivelato opportuno filtrare più volte, allo scopo di recuperare quanto più possibile i cristalli: una sola filtrazione infatti originava un liquido molto torbido (ricco in cristalli) a valle del filtro.

¥ Indi è stato aggiunto ai cristalli CH2Cl2 in minima quantità affinchè essi si sciogliessero (a caldo), poi è stata aggiunta una spatolata di sodio solfato per assorbire eventuale acqua. Tramite un filtro a pieghe successivamente è stato eliminato il sodio solfato.

¥ Al filtrato (liquido) ora disidratato si aggiunge etere di petrolio tanto quanto basta ad ottenere un intorbidimento della miscela.

¥ A questo punto si è scaldata la miscela (ad ebollizione) fin tanto che è tornata limpida: si osserva la precipitazione dei primi cristalli di piperina. Si lascia tornare a temperatura ambiente e poi si è effettuato un ulteriore raffreddamento che completa la precipitazione dei cristalli di piperina.

¥ Essi a questo punto vanno essicati in stufa, ad appropriata temperatura. Ad essicazione avvenuta sono pronti per la misurazione del p.f.

p.f. teorico = 128-130 °C p.f. del campione: 122 °C

Per maggiori informazioni: 03389 347519

Per tornare alla pagina principale