Solución a problemas – cristalización

La cristalización, como cualquier otra técnica de laboratorio, puede presentar problemas comunes que se pueden solucionar de manera fácil si son identificados. A continuación, mostraremos algunos

La cristalización es demasiado rápida

Se desaconseja la cristalización rápida porque las impurezas tienden a incorporarse al cristal, anulando el propósito de esta técnica de purificación. Puede ser aceptable que la cristalización comience inmediatamente después de retirar el matraz de la fuente de calor, pero si se forma una gran cantidad de sólido, entonces el compuesto está cristalizando demasiado rápido.

Una cristalización ideal consiste en que se formen algunos cristales en aproximadamente 5 minutos, y que el crecimiento continúe durante un período de 20 minutos. A continuación, se indican los métodos que pueden utilizarse para ralentizar el crecimiento de los cristales:


  1. Vuelva a colocar el sólido en la fuente de calor y añada más disolvente (quizás 1-2mL para 100mg de sólido), de modo que haya superado la cantidad mínima de disolvente caliente necesaria para disolver el sólido. Aunque se disolverá más compuesto en el licor madre, el compuesto permanecerá soluble durante más tiempo una vez que se haya dejado enfriar.

Por ejemplo, en la cristalización del ácido trans-cinámico con un disolvente mixto de metanol y agua, el uso de la cantidad mínima de disolvente caliente para disolver el sólido (Figura 1a) provocó que el sólido se saliera inmediatamente de la solución cuando se retiró de la fuente de calor (Figura 1b). Para remediar este problema, el sólido se colocó de nuevo en el baño de vapor, se añadió metanol adicional (disolvente soluble), se llevó a ebullición para disolver el sólido y luego se enfrió. El sólido comenzó entonces a cristalizar mucho más lentamente (Figura 1c), tardando un periodo de 15 minutos en cristalizar completamente.

Figura 1: a) Se utilizó la cantidad mínima de metanol/agua para disolver una muestra de ácido trans-cinámico, b) Al enfriar, el sólido se estrelló inmediatamente, c) La solución turbia se colocó de nuevo en la fuente de calor y se añadió metanol adicional, d) El sólido se disolvió, e+f) El sólido cristalizó más lentamente al utilizar más disolvente.
Figura 1: a) Se utilizó la cantidad mínima de metanol/agua para disolver una muestra de ácido trans-cinámico, b) Al enfriar, el sólido se estrelló inmediatamente, c) La solución turbia se colocó de nuevo en la fuente de calor y se añadió metanol adicional, d) El sólido se disolvió, e+f) El sólido cristalizó más lentamente al utilizar más disolvente.
  • Si la cantidad mínima de disolvente caliente necesaria para disolver el sólido alcanza una altura inferior a 1 cm en el matraz, éste puede ser demasiado grande para la cristalización. Un charco de disolvente poco profundo tiene una gran superficie, lo que provoca un enfriamiento rápido. Transfiera la solución a un matraz más pequeño (utilizando un poco de disolvente para enjuagar el matraz, y luego hirviendo la misma cantidad de disolvente utilizada para el enjuague) y repita la cristalización.
  • Asegúrate de utilizar un vidrio de reloj sobre la parte superior del matraz Erlenmeyer para atrapar el calor, y coloca el matraz sobre algún material para aislar el fondo (varias toallas de papel, un bloque de madera o un anillo de corcho). También se puede probar con un vaso de precipitados invertido para crear una atmósfera aislante alrededor del matraz de enfriamiento.

La cristalización no se produce

Figura 2: Una varilla de agitación de vidrio sumergida en una solución de benzil en etanol, para iniciar la cristalización.
Figura 2: Una varilla de agitación de vidrio sumergida en una solución de benzil en etanol, para iniciar la cristalización.

Puede ser bastante frustrante dejar la solución disuelta para que se enfríe y que no se formen cristales. Los métodos para iniciar la cristalización se discutieron con gran detalle anteriormente. Para resumir, aquí están los métodos que se pueden probar (en orden jerárquico) para formar cristales dependiendo del aspecto de la solución:

  1. Si la solución está turbia, rasca el matraz con una varilla de vidrio para agitar.
  2. Si la solución es clara
    • Primero intente rayar el matraz con una varilla de agitación de vidrio.
    • Añada un cristal semilla (una pequeña mota de sólido bruto guardada de antes de comenzar la cristalización, o un poco de sólido puro del frasco de reactivos).
    • Sumerja una varilla agitadora de vidrio en la solución, retírela y deje que el disolvente se evapore para producir un fino residuo de cristales en la varilla (Figura 2). A continuación, toque la varilla con la superficie de la solución, o agite la solución con la varilla para desprender los pequeños cristales semilla.
    • Vuelva a colocar la solución en la fuente de calor y haga hervir una parte del disolvente (quizás la mitad), y vuelva a enfriar.
    • Bajar la temperatura del baño de enfriamiento.
  3. Si se ven muy pocos cristales, es probable que haya demasiado disolvente. Vuelva a colocar la solución en la fuente de calor y haga hervir una parte del disolvente, luego enfríe de nuevo.
  4. Si todo lo demás falla, siempre se puede eliminar el disolvente por evaporación rotatoria para recuperar el sólido en bruto. Se puede intentar otra cristalización, quizás con un sistema de disolvente diferente.

El rendimiento es pobre

Puede producirse una cristalización con un rendimiento realmente pobre (por ejemplo, inferior al 20%). Hay varias razones por las que esto puede ocurrir:


Figura 3: Dos muestras de 6,5 mg de benzil: (izquierda) del frasco de reactivos, (derecha) muestra cristalizada.
Figura 3: Dos muestras de 6,5 mg de benzil: (izquierda) del frasco de reactivos, (derecha) muestra cristalizada.
  1. Es posible que se haya utilizado demasiado disolvente durante la cristalización y que, por tanto, se hayan perdido grandes cantidades de compuesto en el licor madre. Si no se ha eliminado el licor madre (el filtrado después de la filtración por succión), se puede comprobar sumergiendo una varilla de vidrio en el licor madre y dejándola secar. Si el disolvente se evapora y deja un gran residuo en la varilla, es que queda mucho compuesto en la solución. Se puede recuperar más compuesto hirviendo parte del disolvente y repitiendo la cristalización (lo que se denomina «cristalización de segunda cosecha»), o eliminando todo el disolvente por evaporación rotativa y repitiendo la cristalización con un disolvente diferente.
  2. Es posible que se haya utilizado demasiado disolvente al intentar disolver impurezas semiinsolubles. Si este fuera el caso, se podría haber intentado una filtración en caliente para eliminar las impurezas. (El sólido tendría que ser recuperado del licor madre primero a través de la evaporación rotatoria para poder intentar la cristalización de nuevo).
  3. Es posible que se haya utilizado demasiado carbón para decolorar la solución (una solución de color negro intenso tiene demasiado carbón). Demasiado carbón vegetal disminuye el rendimiento, ya que el carbón puede adsorber el compuesto deseado junto con las impurezas. No hay forma de recuperar el producto una vez que es adsorbido por el carbón.
  4. Si se utilizó un paso de filtración en caliente, el compuesto puede haberse perdido en el papel de filtro y/o en el tallo del embudo. Además, es posible que se haya utilizado demasiado disolvente al añadir una porción para calentar el sistema antes de la filtración. El disolvente adicional antes de la filtración se añade a la «cantidad mínima de disolvente caliente» y, si es un exceso considerable, puede causar una pérdida de compuesto en el licor madre.
  5. Si el sólido impuro era el producto de una reacción química, la reacción puede no haber funcionado bien. Esto podría evaluarse si se hubiera obtenido una masa bruta: si la masa bruta era muy baja para empezar, entonces el bajo rendimiento cristalizado se debió a problemas con la reacción, no con la cristalización.

Si no se obtuvo una masa bruta, se puede utilizar la evaluación de los volúmenes aproximados de sólido antes y después de la cristalización. Si los volúmenes eran similares, la pérdida de rendimiento puede no deberse a problemas con la cristalización. Tenga en cuenta que los sólidos cristalizados tienden a ser mucho más «esponjosos» que los sólidos crudos (Figura 3), por lo que los volúmenes de sólidos «a ojo» son sólo una evaluación muy aproximada de la cantidad.

Se forman gotas de líquido (el sólido «sale»)

Cuando se enfría, un compuesto puede salir de la solución como un líquido en lugar de un sólido (Figura 4). Este proceso se denomina «engrasado» y ocurre cuando el punto de fusión del sólido es inferior a la temperatura de la solución. Esto es un problema en la cristalización porque cuando los compuestos se licúan primero, rara vez forman cristales puros. Esto se debe a que las impurezas suelen disolverse mejor en las gotas de líquido que en el disolvente. La figura 4c muestra una muestra de acetanilida cruda que se ha aceitado (las gotas son de acetanilida líquida impura), y la muestra está contaminada con una impureza de rojo de metilo (que aparece roja en el bajo pH de la solución, un artefacto de cómo se sintetizó el sólido crudo). Las gotas aceitosas de acetanilida aparecen más coloreadas que la solución, lo que indica una mayor cantidad de impureza roja de metilo disuelta. Si un líquido aceitado acaba solidificándose, suele formar un sólido no cristalino impuro.

Figura 4: Ejemplos de una muestra que se "engrasa" durante el proceso de calentamiento (cuyo aspecto sería similar a medida que la muestra se enfría): a) Gotas aceitosas en un sólido crudo de acetanilida bronceada, b+c) Gotas aceitosas que contienen rojo de metilo y acetanilida en agua.
Figura 4: Ejemplos de una muestra que se «engrasa» durante el proceso de calentamiento (cuyo aspecto sería similar a medida que la muestra se enfría): a) Gotas aceitosas en un sólido crudo de acetanilida bronceada, b+c) Gotas aceitosas que contienen rojo de metilo y acetanilida en agua.

Las razones del engrasado son varias, y puede ocurrir durante la disolución del sólido y durante la cristalización. Puede ser que el punto de fusión del sólido sea naturalmente bajo. También puede ocurrir que el sólido sea tan impuro que su punto de fusión se reduzca drásticamente (ya que las impurezas disminuyen el punto de fusión).

Hay varias formas de intentar arreglar una solución aceitada:

  • Vuelva a colocar la muestra en la fuente de calor y añada un poco más de disolvente, y vuelva a enfriar la solución. (Si se utiliza un sistema de disolvente mixto, añada más del «disolvente soluble»). Es posible que el sólido haya salido de la solución demasiado rápido (y, por tanto, a una temperatura superior a su punto de fusión), por lo que puede permanecer soluble más tiempo si hay más disolvente.
  • Añada un paso de carbonización si no formaba ya parte de la cristalización. El sólido puede fundirse porque hay grandes cantidades de impurezas, que el carbón vegetal puede eliminar. Esto puede funcionar especialmente si se nota un tinte de color en la solución caliente.

Si cualquiera de estos métodos falla, recupere el sólido crudo por evaporación rotatoria e intente otra cristalización. Si en el intento fallido se utilizó un disolvente mixto, pruebe con un único disolvente si es posible. O elija otro disolvente con propiedades de solubilidad similares, pero con un punto de ebullición más bajo. Por ejemplo, si se utilizó etanol como disolvente la primera vez, repita la cristalización utilizando metanol. El metanol tiene propiedades de solubilidad similares a las del etanol, pero su punto de ebullición más bajo puede permitir que el sólido salga de la solución por encima de su punto de fusión.


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