FACULTAD DE CIENCIAS FARMACEUTICAS Y BIOQUÍMICA

PRACTICA Nº 5: REACCIONES QUÍMICAS DE MONOSACARIDOS

CURSO: ORGÁNICA III

MESA: 1

INTEGRANTES:

HUARANGA FUERO, Cynthia

FERNANDEZ ALTAMIRANO, Carmen

OLANO HILARIO, óscar

DOCENTE: Q.F MILLA FLORES, Feliz Hugo

LIMA – PERU

INDICEI. INTRODUCCIÓN...............................................................................................................3

II. HISTORIA...........................................................................................................................3

III. MARCO TEÓRICO........................................................................................................4

IV. TECNICAS......................................................................................................................4

a) Aplicaciones de intercambio catiónico:................................................................................5

b) Aplicaciones de intercambio aniónico:.................................................................................6

Equipo para cromatografía de intercambio iónico...................................................................6

V. ELEMENTOS BASICOS...........................................................................................................7

a) Fase estacionaria (Fija)...................................................................................................7

Fase Estacionaria:.................................................................................................................7

Resinas.................................................................................................................................7

Tipo de resinas usadas..........................................................................................................7

.................................................................................................................................................8

b) Fase móvil ( Se desplaza )...............................................................................................8

Fase Móvil:...........................................................................................................................8

Tampones.............................................................................................................................8

Elección del tampón y la fuerza iónica.................................................................................8

Etapas del proceso cromatográfico..........................................................................................9

VI. VENTAJAS Y DESVENTAJAS...............................................................................................9

Ventajas:..................................................................................................................................9

Desventajas:.............................................................................................................................9

VII. APLICACIONES................................................................................................................10

Otras aplicaciones..................................................................................................................11

VIII. APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA.............................................................11

I. INTRODUCCIÓNLa cromatografía de intercambio iónico es un método que permite la

separación de moléculas basada en sus propiedades de carga eléctrica.

Se compone de dos fases: la fase estacionaria o intercambiador iónico, y

la fase móvil. La fase estacionaria insoluble lleva en la superficie cargas

electrostáticas fijas, que retienen contraiones móviles que pueden

intercambiarse por iones de la fase móvil, la cual suele ser una

disolución acuosa con cantidades moderadas de metanol u otro

disolvente orgánico miscible con agua que contiene especies iónicas

generalmente en forma de buffer. Los iones de ésta compiten con los

analitos por los sitios activos de la fase estacionaria.

II. HISTORIALos métodos iónicos han sido utilizados desde 1850, cuando H.

Thompson y J. T. Way, investigadores de Inglaterra, trataron diversas

arcillas con sulfato de amonio o carbonato en solución para extraer el

amoníaco y liberar calcio. En 1927, la primera columna de zeolita

mineral fue utilizada para eliminar iones de calcio y magnesio que

interferían en la solución, para determinar el contenido de sulfato de

agua. La versión moderna de la IEC se desarrolló durante la época de la

guerra del Proyecto Manhattan. Era necesaria una técnica para separar

y concentrar los elementos radiactivos necesarios para hacer la bomba

atómica. Los investigadores eligieron absorbentes que pudieran cerrarse

sobre elementos transuránidos cargados, y que pudieran ser eliminados

diferencialmente. Últimamente, una vez desclasificado, estas técnicas

pueden utilizar nuevas resinas IE para desarrollar los sistemas que se

utilizan a menudo hoy en día para la purificación específica de productos

biológicos y de sustancias inorgánicas. A principios de los '70, la

cromatografía iónica, fue desarrollada por Hamish Small y sus

compañeros de trabajo en Dow Chemical Company como un novedoso

método de IEC utilizables en el análisis automatizado. CI utiliza resinas

iónicas más débiles para su fase estacionaria y una nueva neutralización

de stripper, o supresor de la columna para eliminar los iones quitados

que se depositan en el fondo. Es una poderosa técnica para determinar

bajas concentraciones de iones y es especialmente útil en estudios

sobre el medio ambiente y la calidad del agua, entre otras aplicaciones.

III. MARCO TEÓRICO

La cromatografía de intercambio iónico consiste en separar especies

iónicas de igual signo, en una columna cargada con una resina

intercambiadora con funciones fijas de signo contrario, aprovechando los

diferentes coeficientes de selectividad. Para ello se carga una columna

con una suspensión acuosa de la resina, la que debe mantenerse

permanentemente cubierta de fase líquida (se carga en suspensión

totalmente hidratada para evitar explosión de la columna por

hinchamiento de la resina y se mantiene cubierta de líquido para evitar

formación de vías de aire). Generalmente se procede por la técnica

denominada elusión, en la que la introducción de la muestra (solución

que contiene los iones a separar) se realiza colocando una fina banda de

la misma en la parte superior de la columna. Luego, los iones son

arrastrados en sentido descendente mediante el pasaje de un eluyente

adecuado, en una serie de procesos de intercambio. Si los coeficientes

de los iones de la muestra difieren suficientemente, cada ion viajará por

la columna con diferente velocidad y emergerá como una banda distinta.

IV. TECNICAS

La cromatografía de intercambio iónico se lleva a cabo con empaques de

columna que tiene grupos funcionales cargados unidos a una matriz

polimérica. Los grupos funcionales enlazados permanentemente y

asociados con contraiones de carga opuesta. El mecanismo de retención

más común es el intercambio simple de los iones de la muestra y de la

fase móvil con el grupo cargado de la fase estacionaria.

En el caso de empaques cargados negativamente sirven para

intercambiar especies catiónicas. Los más comunes son los sulfónicos,

los cuales son fuertemente ácidos y tiene las propiedades de los ácidos

fuertes cuando está en la forma H. los empaques cargados

positivamente se utilizan para el intercambio con especies aniónicas. Los

más comunes son las aminas cuaternarias, las cuales son fuertemente

básicas y en su forma OH presentan las propiedades de una base fuerte.

Ambos grupos funcionales están totalmente disociados. Así, sus

propiedades de intercambio son independientes del pH de la fase móvil.

La cromatografía de intercambio iónico puede efectuarse con alguno de

los varios tipos de empaques. El tipo pelicular consiste en un

recubrimiento de resina, alrededor de 1-2m de espesor, sobre una

cuenta de vidrio con diámetro de 30-40m. Las resinas superficialmente

porosas se obtienen recubriendo cuentas de vidrio con un lecho delgado

de microesferas de sílice en el que se impregna o enlaza un

intercambiador de iones. Para ambos tipos de empaques la capacidad

de intercambio es baja: 0.01- 0.1 meq/g. El intercambiador puede

también estar enlazado a macropartículas de sílice por medio de

reacciones de sililación o polimerizado dentro de los poros de un gel

suficientemente poroso. El proceso primario en la cromatografía de

intercambio iónico involucra la adsorción/desorción de materiales iónicos

cargados en la fase móvil con una fase estacionara permanentemente

cargadas (de signo contrario). Ejemplo, una resina ionizada, inicialmente

en forma H, en contacto con una solución que contiene iones K+, existe

un equilibrio: resina, H + K+ resina, K+ + H+ Las diferencias de retención

están gobernadas esencialmente por las propiedades físicas de los

iones solvatados. La fase de resina presenta preferencia por:

1. El ion de carga mayor.

2. El ion con menor radio solvatado.

3. El ion que tenga mayor polarizabilidad.

a) Aplicaciones de intercambio catiónico:

Los cationes inorgánicos se pueden determinar en alimentos, tales como

los alimentos dietéticos bajos en sodio, y en muestras de orina.

b) Aplicaciones de intercambio aniónico:

Se pueden separar los ácidos HCN, carbónico, silícico y bórico de los

ácidos fosfórico, sulfúrico y clorhídrico. Los metales que forman

complejos cloruro y floruro.

Equipo para cromatografía de intercambio iónico

Instrumentación: Un equipo para análisis mediante cromatografía de

intercambio iónico (C.I.I.) está constituido básicamente por los

componentes siguientes:

Un inyector

Una válvula para la inyección

Un compartimiento para la columna

Una o varias columnas

Una bomba un sistema de detección conductimétrico

Un sistema de registro o de integración

Un auto muestreador

Un microprocesador para automatizar operaciones

Un computador para manejar y almacenar información.

El diseño de un equipo con estas características, permite aplicaciones

analíticas cualitativas y cuantitativas rápidas, selectivas y simultáneas

principalmente de especies iónicas inorgánicas en el rango de

microgramos por litro en muestras de aguas, contaminantes

ambientales, industria de alimentos, bebidas, productos farmacéuticos,

recubrimientos, productos agrícolas, laboratorios clínicos, laboratorios de

control de calidad y análisis en general. Las determinaciones de aniones

y cationes más frecuentes son: Cloruros, bromuros, fluoruros, nitritos,

23nitratos , sulfatos, fosfatos, boratos, sulfocianuro, silicatos, litio, sodio,

potasio, calcio, magnesio, estroncio, bario, zinc, cobalto, manganeso,

amonio, ácidos carboxílicos (tartratos, lactato, acetato) y aminas (metil

amina, dimetil amina, trimetil amina).

V. ELEMENTOS BASICOS

a) Fase estacionaria (Fija)

Fase Estacionaria: Insoluble, lleva en la superficie cargas electrostáticas

fijas que retienen contraiones móviles que pueden intercambiarse por

iones de la fase móvil.

La fase estacionaria es normalmente una resina de intercambio iónico

que contiene grupos funcionales cargados que interaccionan con grupos

cargados de signo opuesto del compuesto que se quiere retener. Puede

ser:

1. Intercambiador de iones cargado positivamente (intercambiador

de aniones), que interacciona con aniones

2. Intercambiador de iones cargado negativamente (intercambiador

de cationes), que interacciona con cationes

Resinas

I. Resinas de poliestireno entrecruzadas

II. Resinas basadas en Carbohidratos- (Carbohidratos Poliméricos,

Agarosa, dextrano, celulosa) Especialmente usados en la separación de

biomoleculas.

III. Soportes basados en la Sílice

Tipo de resinas usadas

b) Fase móvil ( Se desplaza )

Fase Móvil: Disolución acuosa con cantidades moderadas de metanol u

otro disolvente orgánico miscible con agua que contiene especies

iónicas en forma, generalmente de buffer. Los iones de la fase móvil

compiten con los análitos por los sitios activos de la fase estacionaria.

Tampones

Para estos intercambiadores se suelen usar. Histidina (pKa 6,15),

imidazol (7,0), trietanolamina (7,77), Tris (8,16), dietanolamina (8,8) y

otros. Por la misma razón, para la cr. i. catiónico se debe usar un tampón

aniónico, como acético (pKa 4,76), cítrico (4,76), Mes (6,15), fosfato

(7,2), Hepes (7,55) y otros.

Elección del tampón y la fuerza iónica.

Aparte del pH de la fase movil, en la purificacion de un soluto/proteina

hay que tener en cuenta el tipo de tampón que se usa y la fuerza iónica

o concentracion salina en la que tiene lugar la interaccion con el

intercambiador.

Respecto al tipo de tampon, la forma cargada del mismo no debe

interferir con el proceso de intercambio de iones, por lo que no debe

actuar como contraion y competir con la proteina por la union a la f.

estacionaria, porque ello desvirtuaria su equilibrio (y ademas se crearia

un gradiente de pH en la columna). Para ello, el componente iónico del

tampón debe de tener la misma carga que la fase estacionaria.

Etapas del proceso cromatográfico

1. La proteína que contiene en mayor porcentaje cargas negativas, se

ve rodeada por iones positivos. Esta proteína interaccionará con una

matriz que posea cargas positivas.

2. Se producen interacciones electroestáticas entre la proteína y la

matriz, por lo cual se desplazan los iones positivos y negativos que

se encontraban interaccionando tanto con la proteína como con la

matriz.

3. Una vez que la proteína es adsorbida en la matriz se lava la columna

con un buffer que permita eliminar los contami-nantes que no están

adsorbidos.

4. Posteriormente se eluye la proteína adsorbida en forma diferencial

mediante cambios:

- de fuerza iónica

- pH de la solución eluyente

5. Finalmente se reacondiciona la matriz para iniciar un nuevo ciclo.

Dependiendo del material se pueden realizar hasta 100 ciclos.

VI. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:

Alta capacidad

Alta resolución.

Paso concentrador: Se puede sembrar un gran volumen para

luego eluirlo en un menor volumen.

Con una misma columna se puede utilizar a diferentes pH y

obtener diversos perfiles de elución.

Desventajas:

Las muestras deben estar desalinizadas antes de ser aplicadas a

este tipo de cromatografía

VII. APLICACIONES

Como aplicaciones de la cromatografía iónica está el análisis de drogas

y sus metabolitos, sueros, conservantes de alimentos, mezclas para

vitaminas, azúcares, y preparaciones farmacéuticas.

El intercambio iónico se utiliza ampliamente en las industrias de

alimentos y bebidas, hidrometalúrgica, acabado de metales, química y

petroquímica, farmacéutica, azúcar y edulcorantes, agua subterránea y

potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores,

energía, y otras muchas industrias.

En bioquímica es ampliamente utilizado para separar moléculas

cargadas, tales como proteínas. Un área importante de aplicación es la

extracción y purificación de sustancias de origen biológico, tales como

proteínas (aminoácidos) y ADN/ARN.

Un ejemplo muy importante es el proceso PUREX (Plutonium-URanium

EXtraction process, proceso de extracción de plutonio-uranio) que se

utiliza para separar el plutonio y eluranio entre los productos presentes

en el combustible gastado de un reactor nuclear, y poder eliminar los

productos de desecho. De este modo, el plutonio y el uranio están

disponibles para ser empleados como materiales relacionados con la

energía nuclear, como nuevo combustible de reactor y armas nucleares.

Se utiliza también para separar otros conjuntos de elementos químicos

muy similares, tales como circonio y hafnio, que por cierto son también

muy importantes para la industria nuclear. El circonio es prácticamente

transparente a los neutrones libres, y se utiliza en la construcción de

reactores, pero el hafnio es un absorbente de neutrones muy fuerte,

usado en las barras de control del reactor.

Se utilizan en el reprocesamiento del combustible nuclear y el

tratamiento de los residuos radiactivos.

Otras aplicaciones

En ciencia del suelo, la capacidad de intercambio catiónico es la

capacidad de intercambio iónico de los suelos para los iones de

carga positiva. Los suelos pueden ser considerados como

intercambiadores naturales de cationes débiles.

En la fabricación de guías de onda planas, el intercambio iónico se

utiliza para crear la capa guía de índice de refracción superior.

Desalcalinización, o eliminación de los iones alcalinos de la superficie

de un vidrio.

Producción de Vidrio endurecido químicamente, producido por el

intercambio de iones Na+ por K+ en las superficies de cristal usando

KNO3 fundido.

Extracción y purificación de ácidos nucleicos Purificación de agua

Purificación del fibrinógeno de la leche

Determinación de anticonvulsantes en el suero después de la

extracción de la fase sólida. Análisis de antibióticos de poli éter.

Determinación de pesticidas.

Identificación de ácidos orgánicos en la fruta y en el jugo.

Detección de derivación-fluorescencia post-columna para análisis

para varios tipos de pesticidas agrícolas.

Determinación de metabolitos de Triptófano en el suero umbilical.

VIII. APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA