APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS FÍSICOS DE ANÁLISISPRIMERA PARTE: PUNTO DE FUSIÓN, POLARIMETRÍA Y PÉRDIDA POR SECADO

OBJETIVOS

General: Adquirir conocimiento sobre los fundamentos de los métodos físicos, los instrumentos y equipos utilizados en estos y características de las materias primas a analizar

Específicos: Determinar el punto de fusión de una muestra de Maltosa y realizar la corrección

mediante la elaboración de una curva de calibración Cuantificar el porcentaje de humedad y componentes volátiles del Acido glutámico

a través del método de perdida por secado. Medir la rotación especifica de una solución de mentol y otra de lactosa, utilizando

un polarímetro de Lippich

DIAGRAMA DE FLUJO

Punto de fusión

Fijar lista de patrones para la realización de la

curva de calibración.

Organizar la muestra y los patrones del de menor punto de fusión al de

mayor.

Tomar la sustancia a determinar el punto de

fusión en un capilar debidamente sellado

Anotar la temperatura que muestra el termómetro

cuando empieza a fundir la sustancia.

Realizar las siguientes tomas y con los datos elaborar la curva de

calibración.

Interpolar el valor de la muestra.

Polarimetría

Perdida por secado

DESCRIPCIÓN DE LAS MUESTRAS

Preparar las respectivas soluciones de Lactosa y Fructosa según la USP

Colocar la muestra de Mentol en el polarimetro.

Determinar el angulo de rotación.

Repertir el procedimiento con la solución de Lactosa.

Realizar los cálculos correspondientes para determinar la rotación

específica.

Comparar con el dato teorico el valor obtenido

experimentalmente

En un desecador preparar el recipiente en cual se va a

adicionar la muestra.

Pesar 1 gramos aprox. de Acido glutámico

Colocarla en la estufa para el secado durante 1 horas

Al pasar este tiempo dejar enfriar en el desecador para evitar que tome de

nuevo agua.

A la media hora determinar la masa del material seco

Colocar en el estufa 1/2 hora, repetir el

procedimiento y por diferencia de masa

determinar la perdida

Punto de fusiónEstructura Caracteristicas

MaltosaEstado físico: sólidoColor: blancoOlor: inodoroPunto de fusión:160-165

PolarimetríaMentol Estado físico: cristales hexagonalesColor: incoloroIntervalo de fusión del l-mentol: 41° -44°Rotación específica entre -45° y -51° para l-mentol; entre -2° y +2° para dl-mentolSolución de prueba: 100 mg por mL, en alcohol.

LactosaRotación específica: disolver 10 g calentando en 80 mL de agua a 50°. Dejar que se enfríe y agregar 0,2 mL de hidróxido de amonio 6N. dejar en reposo durante 30 minutos y diluir con agua a 100 mL: la rotación especifica, calculada con respecto a la sustancia anhidra, determinada a 20°, esta entre +54,4° y 55,9°.

Perdida por secadoAcido GlutámicoSolubilidad en agua 11.1 g/l (25 °C)Punto de fusión 160 °CMasa molar 147.13 g/molDensidad 1.54 g/cm3 (20 °C)Bulk density 460 kg/m3Valor de pH 3.0 - 3.5 (8.6 g/l, H2O, 25 °C)

RESULTADOS

Punto de fusión

COMPUESTO Pto fusión teorico(°c) Pto de fusión experimental (°c)

P1 Metilparabeno 125-129 110-112P2 Eritromicina 135-140 No fundióP3 Ácido salicílico 158-161 157-160P4 Acetaminofén 169-170 146-150P5 Sulfadimetoxina 201-203 193-194Muest Maltosa 160-165 158-160

ra:

Tabla n°1 datos experimentales y teóricos de los puntos de fusión Polarimetría

Longitud de Celda: 1 decímetro

Tabla n°2 datos experimentales del ángulo de rotación.

Mentol# obsevación

Mauricio

Daniela

John David Angie

Natalia

Fabian

Kelly Lucas

1 -3,80 -4,10 8,00 - 3,85 -4,00

-3,85 -4,30 -4,15 -3,95

2 -3,20 -4,25 -6,35 -3,20 -3,50

-3,90 -4,00 -3,90 -4,00

3 -4,60 -4,05 -6,50 -3,65 -4,00

-3,85 -3,95 -4,10 -4,00

4 -3,60 -3,95 -6,95 -3,85 -4,00

-3,95 -4,10 -3,85 -3,85

5 -4,20 -4,10 -6,50 -2,30 -2,50

-3,90 -4,00 -3,60 -3,85

Promedio -3,88 -4.09 -6,86 -3,37 -3,60

-3,89 -4,07 -3,92 -3,93

Lactosa# obsevación

Kelly Lucas Mauricio

Daniela

John David Angie Natalia

Fabian

1 5,15 4,50 5,50 5,10 5,1 5,25 5,00 5,40 5,40

2 5,30 4,50 5,50 5,35 4,95 5,50 5,10 5,45 5,40

3 5,50 4,60 5,10 5,15 5,5 5,35 5,00 5,30 5,30

4 5,40 4,20 5,60 5,25 5,25 4,65 5,00 5,50 5,40

5 5,30 4,20 5,40 5,35 5,4 5,30 5,00 5,30 5,25

Promedio 5,33 4,40 5,42 524 5,24 5,17 5,02 5,39 5,35

Tabla n°3 datos experimentales del ángulo de rotación del grupo con el orden de observación

Peso capsula seca y vacía 0.6946 gPeso capsula + muestra (tiempo cero) 1.7541 gPeso capsula + muestra (1 hora y 106°C) 1.7497 gPeso capsula + muestra (1,5 horas y 106°c) 1.7496 g

Perdida por secado

Muestra: Acido Glutámico

Compuesto/solvente

Peso (g) Dilución

Temperatura inicial(°C)

Temperatura final(°C)

Angulo de rotación

Lactosa 2.4856 25 ml 21,5 25,0+5.20+5.33

Mentol 2.5020 25 ml 20.0 25.0-3.60-3.92

Tabla n°4 pesos a diferentes tiempos del Ácido Glutámico

CÁLCULOS:

Punto de fusión

Grafica: Curva de calibración (mirar anexos)Corrección del punto de fusión:

Ecuación de la recta Y = 0,264X + 94,02 R2= 0,1563

Corrección (Maltosa)

Y = 0,264 (159) + 94,02Y = 136°C

Polarimetría

Longitud de Celda: 1 decímetro Temperatura (°C): 23

Cálculo de la rotación especifica de las muestras:Ecuación para rotación especifica.

⌈ α ⌉DT=100a

lc

Donde:a= ángulo de rotación observado c= concentración en g/100mLl= longitud de la celda en decímetros

Para Mentol

Peso: 2.5020g = 10.008 g/100ml

⌈ α ⌉589 nm20 ºC = 100·−3.88 °

1dm ·10.008g

100mL⌈ α ⌉589 nm

20,0 º C=−38.76 °

⌈ α ⌉589 nm25 ºC = 100·−3.93 °

1dm ·10.008g

100mL⌈ α ⌉589 nm

20 ºC =−39.26Para Lactosa

Peso: 2.4856g = 9.9424 g/100ml

⌈ α ⌉589 nm21 ºC = 100 ·5.33 °

1dm ·9.9424g

100mL⌈ α ⌉589 nm

21,0 º C=53.60 °

⌈ α ⌉589 nm25,0 º C= 100 ·5.35 °

1dm ·9.9424g

100mL⌈ α ⌉589 nm

21 ºC =53.80 °

Compuesto/solvente

Rotación especifica teórica [λ]589nm

23°c

Rotación especifica experimental [λ]589nm

20°c

Rotación especifica experimental [λ]589nm

25°c

Mentol -41 -51° -38.76 -39.26Lactosa +54.4 +55.9 +53.60 +53.80

Tabla n°5 Comparación rotación específica experimental con la teórica.

Perdida por secadoPeso capsula seca y vacía 0.6946 gPeso capsula + muestra (tiempo cero) 1.7541 gPeso capsula + muestra (2 hora y 108°C) 1.7497 gPeso capsula + muestra (2,5 horas y 108°c) 1.7496 g

Masa inicial (mi)=1.7541- 0.6946 =1.0595Masa final (mf) 1 hora= 1.7497-0.6946 =1.0551Masa final (mf) 1 hora y media=1.7496-0.6946 = 1.0550

Porcentaje de pérdida tras 2 horas de secado

% perdida=mi−mfmf

∗100=1.0595g−1.0551g1.0551g

∗100=0.42%

Porcentaje de pérdida tras 2 horas y media de secado

% perdida=mi−mfmf

∗100=1.0595g−1.0550g1.0550g

∗100=0.43%

Determinación “Peso Constante”

Farmacopea: 0.5 mg * 1 g de muestra

1g 0.5mg1.0595 g X X=0.5297 ≈ 0.53 mg

Masa final a 1 hora = 1.0551 gMasa final a 30 minutos después = 1.0550 g

1.0551-1.0550 = 1x10^-4 g = 0.1 g

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Punto de fusión

Para determinar el punto de fusión de la muestra se utilizó el fusiómetro y como cualquier equipo para análisis debe ser calibrado, esto garantiza que se tiene en cuenta las diferentes condiciones del lugar donde se esta trabajando, un ejemplo es la presión atmosférica, pues la mayoría de los datos teóricos se reportan a nivel del mar (760 mm Hg) y en Bogotá se trabaja a 560 mm Hg. Para que la corrección sea confiable la curva de calibración debe cumplir unos criterios: entre los mas destacados se encuentran: buscar sustancias que tengan puntos de fusión por encima y por debajo de nuestra muestra (2°C), entre mas puntos tenga la curva de calibración se obtendrá más exactitud en la corrección, preferiblemente que tengan rangos de fusión reportados no mayores a 1°C y lo mas importante que los compuesto elegidos sean patrones, es decir, que tenga un alto grado de pureza y se certifique su estabilidad. En la práctica no fue posible realizar una curva de calibración que cumplieran estos parámetros, por lo tanto la corrección no arroja un dato confiable y es imposible determinar si la diferencia del punto de fusión de la sustancia problema se debe a la des calibración del equipo o a la presencia de impurezas.

El dato reportado en la literatura de punto de fusión de para la Maltosa es de 169-165 °C y el valor experimental obtenido a partir de la interpolación fue de 136 °C. Esta diferencia entre los puntos de fusión experimental y teórico, es consecuencia de no utilizar los patrones adecuados para la elaboración de la curva de calibración

Polarimetría

Un compuesto puede presentar 2 tipos de isomería espacial (estereoisomería): uno por ruptura de enlace que a la vez se divide en óptica (Enantiómeros y diastereoisómeros) y geométrica (cis-trans ó Z-E) y una en que no hay ruptura de enlace: conformacional. Por medio del polarímetro nosotros solo podemos determinar los isómeros ópticos que son los únicos que tienen la capacidad de rotar la luz polarizada (o que va en una sola dirección), en ambos casos tanto del metol como la lactosa obtuvimos un ángulo de rotación diferente de 0, lo que significa que no se encuentran como mezcla racémica. En el caso particular del mentol los resultados fueron negativos lo que indica que predomina la forma levo (-) y en el caso de la lactosa predomina la forma dextro (+). La lactosa al tener un hidroxilo libre en su carbono anomérico posee propiedades reductoras y puede presentar el fenómeno de mutarrotación, es decir, que cuando ocurre la apertura del anillo puede ciclarse de nuevo pasando por la forma α y β al disolverse en agua, el proceso generalmente es lento a pH neutro, por lo tanto es necesario introducir un catalizador como el hidróxido de amonio 6N, por lo tanto, a los 30 minutos se alcanzará el equilibrio entre las dos formas y se tiene un valor constante de rotación específica. Los resultados obtenidos fueron variados, debido a que el equipo no se encontraba en perfectas condiciones, pues la fuente de luz no era la lámpara de sodio, que le brinda al polarímetro una fuente monocromática (línea D del sodio), en vez de eso se trabajó con una fuente de luz policromática que adicionaba calor a la muestra cambiando la temperatura de la medición, esperábamos encontrar una tendencia con el aumento de la temperatura, pero como lo muestra la tabla N°3 los datos fueron oscilantes, esto se explica por la subjetividad de la observación y es por dicha subjetividad que los protocolos analíticos recomiendan 5 mediciones para una misma muestra.

Perdida por secado

En los compuestos sólidos podemos encontrar dos formas de agua: agua esencial y no esencial, la primera se encuentra formando parte integral de la estructura química del compuesto (como hidratos o agua de constitución), ésta es muy difícil de eliminar mediante el método indirecto de pérdida por secado, por lo tanto, podemos decir que en la muestra de ácido glutámico se eliminó principalmente el agua no esencial y más específicamente el agua adsorbida en la superficie del sólido, que al efectuar el calentamiento a 106°C se evaporó (desorción). En nuestro caso la muestra perdió un 0,43% del peso inicial cuando se alcanzó un peso constante, lo que coincide con los datos de la literatura, ya que según la farmacopea europea el ácido glutámico no debe perder más del 0,5%, al determinarlo en 1g de sustancia y a una temperatura de 105°C. El método empleado tiene como ventaja la facilidad y los pocos requerimientos, sin embargo para sustancias con puntos de fusión y descomposición inferiores a la temperatura de evaporación del agua, o que contienen sustancias volátiles diferentes al agua (como aceites esenciales) no se recomienda utilizarlo ya que pueden haber pérdidas de peso debidas a la descomposición del compuesto, adicional a las impurezas; existen otros métodos para determinar la cantidad de compuesto (métodos gravimétricos) como el método de precipitación, pero requiere unas características especiales de los precipitados (fácil de filtrar y lavar, solubilidad suficientemente baja para que no haya pérdidas durante la filtración y el lavado, no reaccione con compuestos atmosféricos y tenga composición conocida después de secarlo), igualmente, hay muy pocos reactivos que generen precipitados con dichas características; otro método es el de volatilización por método directo, en el que la sustancia volátil se recoge en desecantes sólidos (sales higroscópicas), el peso de agua desprendida de la muestra es igual al aumento de peso del absorbente, es recomendable éste método ya que es más específico y no está sujeto a la incertidumbre. En cuanto a la muestra de Acido Glutámico por las propiedades fisicoquímicas del compuesto esta técnica para determinar humedad es adecuada para la muestra.

CONCLUSIONES:

Una curva de calibración debe cumplir con unos criterios para que sea confiable la corrección de los datos, esto aplica para cualquier equipo.

El manejo de la muestra (cantidad, velocidad de calentamiento) para la determinación de punto de fusión es importante para obtener un valor experimental correcto

Los equipos para análisis deben cumplir con protocolos de mantenimiento, debido a que son las herramientas para la caracterización de una sustancia.

La polarimetría es una técnica que diferencia entre conformeros ópticos cobrando importancia en la industria farmacéutica donde la estereoisomería es uno de los grandes problemas.

Existen varios métodos para la determinación de humedad de un compuesto, la selección de alguno de ellos depende netamente de la naturaleza de la muestra.

El método de pérdida por secado no solo cuantifica perdida de agua sino también sustancias volátiles de la muestra.

Ninguno de los métodos físicos es determinante por si solo, es necesario comprobar los resultados obtenidos con otras técnicas.

BIBLIOGRAFÍA:

The United States Pharmacopeial Convention. USP 30. Volume 1, volumen 2 USAL. Tema N°7: - Estereoisomería. Isomería: constitucional y estereoisomería.

Isomería óptica. Quiralidad y enantiomería. Configuraciones absoluta y relativa. Moléculas con dos o más estereocentros: diastereoisomería y formas meso. Isomería geométrica. URL: http://web.usal.es/~frena/MoberlyQFS/documents/tema7.pdf

J. Mc Murry. “Química Orgánica”. Cengage Learning. México. Séptima Edición. 2008. Páginas 984-986

S.R. Crouch, F.J. Holler, D.A Skoog, D.M. West. “Fundamentos de quimicas analítica”. Thomson Learning. México. Octava Edición. 2004. Páginas 1050-1052.

European Pharmacopoeia. Ácido Glutámico: Loss on drying. Séptima Edición. 2010

D.A Skoog, D.M. West. “Introducción a la química analítica”. Reverté, S.A. España. 1986. Páginas 67-69