INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Artemio Chang C. y Silvia Klinar B.
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ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
EL ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
Una de las actividades más apasionantes que realiza el químico, es cuando se encuentra con
una sustancia desconocida; inmediatamente surge la interrogante ¿qué es? tratando de conocer su
identidad o estructura química. Si se trata de una sustancia conocida, trata de determinar su estado
de pureza; y si se trata de una mezcla, cuáles son sus componentes y cuánto hay de cada uno de
ellos. Las teorías y técnicas que forman parte de esta actividad es lo que se conoce como QUÍMICA
ANALÍTICA, y cuando las muestras son sustancias orgánicas, le denominamos ANÁLISIS DE
COMPUESTOS ORGÁNICOS.
Entonces, el Análisis de Compuestos Orgánicos lo podemos definir como la aplicación
sistemática de teorías y técnicas que permiten identificar y cuantificar a las sustancias orgánicas;
determinando sus estructuras, grado de pureza o composición porcentual.
De acuerdo al problema analítico a resolver, podemos considerar dos aspectos : El Análisis
Orgánico Cualitativo, que permite establecer la identidad de la especie química; y el Análisis
Orgánico cuantitativo, mediante el cual se determina la pureza de una sustancia conocida, la
composición porcentual de una mezcla o el número de grupos funcionales presentes en la molécula
de una sustancia desconocida.
Los métodos analíticos podemos clasificarlos como químicos y espectroscópicos. Hasta la
década de los 5O los métodos analíticos en química orgánica eran estrictamente químicos; con el
posterior desarrollo de las técnicas espectroscópicas en la investigación química, se ha logrado un
gran impulso en el avance del Análisis Orgánico Cualitativo, y en la actualidad la identificación de
compuestos orgánicos se realiza por la elucidación espectroscópica de las estructuras . En el
análisis cualitativo por métodos químicos, se empleaban reacciones específicas de los grupos
funcionales que involucran formación de productos coloreados, precipitados, desprendimiento de
gases y otras formas de ser percibidas sensorialmente. En el análisis cuantitativo, la espectroscopia
aún no ha logrado el mismo impacto, a excepción de la espectroscopía Ultravioleta-visible; aunque
se han desarrollado técnicas instrumentales como por ejemplo HPLC (Cromatografía líquida de alta
presión), aún son frecuentes los métodos químicos, en los cuales se emplean reacciones de
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estequiometría definida que involucran consumo o producción de ácidos, bases, etc. y que pueden
ser medidos en una determinación visual por uso de indicadores o potenciométricamente.
Los métodos espectroscópicos permiten elucidar estructuras orgánicas utilizando pequeñas
cantidades de muestra, y con una rapidez mucho mayor que los métodos químicos, la desventaja es
el elevado costo en la adquisición de equipos, en el manejo de las muestras y en su mantenimiento.
Los principales métodos espectroscópicos, para el análisis orgánico, son: Espectroscopia
Ultravioleta-Visible, Espectroscopia Infrarroja, Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear y
Espectrometría de Masa
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
Una de las fases más importantes de la investigación en química, lo constituye el análisis de
compuestos orgánicos, que comprende la organización del conocimiento acumulado sobre las
propiedades físicas y espectroscópicas, las estructuras y las reacciones de miles de sustancias
orgánicas; dentro de un procedimiento sistemático de identificación lógica.
Las investigaciones que realiza el Químico Farmacéutico, se orientan principalmente a la
búsqueda de sustancias con nuevas o mejores acciones farmacológicas y que por lo general son
compuestos orgánicos, además resulta evidente que existe una estrecha relación entre la estructura
química y la acción biológica; de allí la necesidad de conocer la identidad o estructura de una
sustancia. Estas nuevas sustancias que luego se convierten en medicamentos, se obtienen de la
naturaleza o por síntesis química. En la actualidad tiene gran vigencia la separación e identificación
de principios activos en plantas medicinales; la riqueza de nuestra flora de uso en la medicina
tradicional nos obliga a una sistemática investigación de estos recursos naturales, cuya utilización
con el aporte científico y tecnológico coadyuven a la solución de nuestra problemática sanitaria. En
dicha investigación es de suma utilidad la identificación y cuantificación de los principios activos, que
permita un uso adecuado de ellos. Esta información la proporciona el análisis orgánico.
Es también de gran importancia la aplicación del análisis orgánico en la Bromatología,
Análisis Clínicos y Bioquímicos, Toxicología y en el Control de Calidad de sustancias orgánicas.
En suma el análisis de compuestos orgánicos, es base fundamental para introducirnos en el
campo de la investigación química y de la especialización en el área analítica.
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ANÁLISIS ORGÁNICO CUALITATIVO En la actualidad la identificación de compuestos orgánicos se realiza muy rápidamente,
utilizando métodos espectroscópicos tales como la espectroscopía Infrarroja que nos permite
determinar el grupo funcional en el caso de la identificación de una nueva sustancia, o como “huella
digital” para verificar la identidad de una sustancia conocida. La espectroscopía Ultravioleta-visible
nos da información de la estructura de compuestos que presentan grupos cromóforos, si bien se
trata de una técnica que no es aplicable a todos los compuestos orgánicos, lo cierto es que una gran
cantidad de medicamentos y sustancias naturales con potencial de bioactividad, incluyen cromóforos
en su estructura química, por lo tanto son susceptibles de ser analizadas con esta técnica
espectroscópica.
En la década de los 70, la espectrometría de masas se convirtió en la técnica más importante
para la elucidación de las estructuras de las nuevas sustancias orgánicas; en esa misma época se
desarrollan los equipos de Resonancia Magnética Nuclear y en la cual, los avances tecnológicos de
los últimos años han sido espectaculares, de tal manera que una gran cantidad de nuevas
sustancias, obtenidas de la naturaleza (principalmente del reino vegetal) o por síntesis química son
identificadas, es decir se elucida su estructura, utilizando únicamente la RMN.
ANÁLISIS ORGÁNICO CUANTITATIVO Los problemas analíticos cuantitativos que debemos resolver con mayor frecuencia son:
1. Determinar la cantidad o porcentaje de pureza de una sustancia conocida.
2. Determinar la composición porcentual de una mezcla.
3. Determinar el peso equivalente o el número de grupos funcionales de una muestra
desconocida. En este caso, el análisis cuantitativo es un auxiliar en la identificación de dicha
muestra.
En el análisis cuantitativo, los métodos instrumentales van desplazando a los métodos químicos; sin
embargo, estos últimos aún se utilizan con frecuencia por la rapidez, precisión y bajo costo de los
procedimientos. En el presente curso, trataremos de las determinaciones cuantitativas por métodos
químicos y por espectroscopía UV-visible.
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Los métodos químicos se fundamentan en el uso de reacciones que consumen o producen ácidos,
bases, precipitados, etc., que puedan ser medidos con exactitud; además, la reacción analítica debe
ser estequiométrica, es decir el equilibrio desplazado hacia los productos; específica para una
especie química o para un grupo funcional y tener una velocidad de reacción adecuada, que
permita la medida cuantitativa.
Las medidas cuantitativas se basan en el hecho que en el punto final de la reacción analítica se
cumple:
meq de muestra = meq de valorante
En el caso de los métodos gravimétricos, los meq de muestra = meq del producto insoluble.
En el caso de la producción de gases, meq de muestra = meq de gas producido.
Los tipos de reacción analítica más frecuentes son las siguientes:
1.- Consumo de ácido:
RNH2 + HClO4 RNH3+
ClO4 -
El ácido perclórico es el valorante (solución estándar) y el punto final se detecta con
un indicador visual o potenciométricamente.
2.- Producción de ácido:
R2CO + NH2OH.HCl R2C=NOH + HCl + H2O
El ácido producido se mide con un álcali estándar.
3.- Consumo de base: RCOOR´ + NaOH RCOONa + R´OH
El álcali es el valorante, el punto final se detecta visual o potenciométricamente.
4.- Producción de base:
RCONH2 + NaOH RCOONa + NH3
El amoníaco se mide con un ácido estándar.
5.- Consumo de oxidante:
R-CHOH-CHOH-R´ + HIO4 RCHO + R´CHO + HIO3 + H2O
La cantidad de oxidante consumido se determina por la producción de yodo en una
reacción adicional. El yodo se mide con tiosulfato de sodio estándar.
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6.- Consumo de reductor: RC≡CH + AgNO3 RC≡CAg + HNO3
El reductor (AgNO3) es el valorante.
7.- Gas producido:
R-OH + CH3MgI RO.MgI + CH4
El gas desprendido se mide en una bureta de gas.
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ANÁLISIS CUANTITATIVO DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
EL ANÁLISIS CUANTITATIVO Es el análisis que nos permite determinar la cantidad de una sustancia orgánica. Si la muestra que
analizamos es una sustancia conocida, el análisis cuantitativo nos permite calcular su porcentaje de
pureza y si está en una mezcla, podemos determinar la cantidad de cada uno de los componentes
de la mezcla. Si la muestra es una sustancia desconocida, el análisis cuantitativo proporciona
información complementaria para la elucidación de la estructura, ya que se puede calcular el peso
equivalente, o el número de grupos funcionales presentes en la molécula.
El análisis cuantitativo se fundamenta en reacciones químicas que deben cumplir los siguientes
requisitos:
• Debe ser específica para un grupo funcional o para una especie química (ejm. EtOH
en licores)
• Debe ser estequiométrica, es decir que la reacción debe estar desplazada
completamente hacia los productos (derecha).
• Alguno de los reactantes o de los productos debe ser fácilmente medible.
• La velocidad de reacción debe ser adecuada, es decir, debe ser ni muy rápida o
violenta que no permita la medida cuantitativa, ni muy lenta que prolongue demasiado
el tiempo del análisis.
Las reacciones pueden ser representadas:
A + B C + D
En un perfecto equilibrio
A + B C + D A + B C + D
Equilibrios desplazados parcialmente
A + B C + D
Equilibrio desplazado completamente hacia los productos (derecha) = Rx Estequiométrica
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Si la reacción no está desplazada completamente hacia los productos, esto se puede lograr
mediante el uso de reactivos o catalizadores adecuados.
A + B C + D
Para la medida cuantitativa, se requiere que uno de los reactantes o de los productos sea un ácido o
una base, o capaz de reducirse o de oxidarse; de tal manera que se midan fácilmente por
valoraciones de neutralización o de óxido reducción, o también que uno de los productos precipite y
pueda ser medido gravimétricamente. La formación de un gas como producto también permite una
medida cuantitativa utilizando una bureta de gases y controlando presión y temperatura. Si uno de
los productos es coloreado o absorbe en la región UV, entonces podemos utilizar la Espectrometría
UV-Vis.
En conclusión el Análisis Cuantitativo puede ser:
- Volumétrico, cuando se mide el volumen (normalmente se utilizan soluciones)
- Gravimétrico, cuando se mide el peso
- Espectrofotométrico, cuando se mide la absorción (emisión) de la radiación.
En el desarrollo del curso vamos a revisar métodos y técnicas principalmente volumétricas y algunas
gravimétrica. Para diseñar o aplicar métodos o técnicas espectrofotométricas, se requiere conocer
las teorías y fundamentos de los fenómenos espectroscópicos.
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CÁLCULOS EN EL ANÁLISIS ORGÁNICO CUANTITATIVO
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
Concentración: La concentración se expresa en una base física (peso o volumen) o en una base
química (fórmula o poder de combinación).
Física: % peso: g de soluto en 100 g de solución
% volumen: mL de soluto en 100 mL de solución
% peso/volumen: g de soluto en 100 mL de solución
mg %: mg de soluto en 100 mL de solución
ppm: g de soluto en 106 g de solución
Química: Molaridad (M): moles de soluto en 1 000 mL de solución
Normalidad (N): equivalentes de soluto en 1 000 mL de solución
Molalidad (m): moles de soluto en 1 000 g de solución
Un peso (masa) de una sustancia pura puede expresarse en peso molecular-
gramo (moles) o peso equivalente-gramo (equivalentes).
PM g 1 mol
P g x mol P g mg x mol = m mol = PM g PM
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PE g 1 Eq
P g x Eq P g mg x Eq = meq = PE g PE
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Preparando soluciones:
Hemos establecido que:
mg mg m mol = y meq = PM PE
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De las definiciones de normalidad y molaridad se desprende que:
meq = V x N y m mol = V x M
En una solución, independiente de las modificaciones del volumen, el número de mmol o de meq siempre se mantiene; es decir:
meq = meq mmol = mmol
lo que puede representarse reemplazando por las ecuaciones anteriores, es decir:
mg 1a = V x N 1b Vc x Nc = Vd x Nd
PE
mg 2a = V x M 2b Vc x Mc = Vd x Md
PM
Entonces, para preparar soluciones normales o molares a partir de una sustancia
pura, se calcula el peso necesario aplicando las ecuaciones 1 a ó 2 a y se diluye hasta
el volumen apropiado con el solvente.
Ejm. Si queremos preparar una solución acuosa 0,2 N de NaOH en un volumen de 50
mL,
El primer paso consiste en calcular el peso en mg, aplicando la ecuación 1 a, donde :
mg = V x N x PE
V (volumen en mL) = 50 mL
N (normalidad) = 0,2
PE (del NaOH) = 40
mg = 50 x 0,2 x 40 = 400
Entonces tomamos 400 mg de NaOH y diluimos con agua hasta completar un
volumen de 50 mL.
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También se pueden preparar soluciones normales o molares a partir de soluciones
más concentradas. En este caso se calcula el volumen necesario de solución
concentrada aplicando las fórmulas 1 b ó 2 b y luego se diluye hasta el volumen
deseado.
Ejm. Preparar 50 mL de una solución acuosa 0,2 N de NaOH a partir de una solución
1 N.
Aplicando la ecuación 1 b calculamos el volumen necesario de solución 1 N
Vd x Nd = Vc x Nc
Vd = 50 mL
Nd = 0 ,2
Vc = ?
Nc = 1
Entonces: V x N 50 x 0.2 d d Vc = = 10 Vc =
Nc 1
Es decir, tomamos 10 mL de la solución 1N de NaOH y diluimos con agua hasta
completar un volumen de 50 mL y obtenemos una solución 0,2 N de NaOH.
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CÁLCULOS EN EL ANÁLISIS VOLUMÉTRICO En el punto final de una valoración:
meq valorante = meq muestra
esta ecuación es la base para los cálculos volumétricos.
Podemos reemplazar meq , de la siguiente manera:
El valorante siempre es una solución, por tanto:
meq valorante = Vv x Nv
Si queremos conocer la cantidad de una muestra, entonces: mg (muestra)
meq de muestra = PE (muestra)
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Si queremos conocer la concentración de una muestra, entonces:
meq muestra = Vm x Nm
De lo cual podemos deducir las ecuaciones:
mg (muestra) = Vv x Nv
PE (muestra)
mg (m) = Vv x Nv x PE (m)
y
Vm x Nm = Vv x Nv
Vv x Nv Nm =
Vm
Estas ecuaciones se aplican en las valoraciones directas, es decir, aquellas en
las que interviene una sola reacción analítica.
Ejemplos:
- Valoración de NaOH con HCl
NaOH + HCl NaCl + H2O
- Valoración de ácido acético con NaOH
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
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En las valoraciones indirectas (por retroceso), los cálculos son más fáciles de
comprender mediante el diseño de diagramas de valoración, que son
representaciones lineales del proceso y permite establecer la relación entre la
muestra y el valorante.
Ejemplo:
- En una valoración de amoníaco, se trata la muestra con exceso de HCl y
luego se mide el HCl que no ha reaccionado con NaOH
meq de NH3
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meq de HCl meq de NaOH
Entonces : meq de NH3 = meq de HCl - meq de NaOH
En una valoración indirecta, puede utilizarse el control para corregir errores e
impedir el uso de dos soluciones estandarizadas.
meq de NH3 meq de HCl MUESTRA meq de NaOH meq de HCl
CONTROL meq de NaOH
Entonces: meq de NH3 = (meq de NaOH)c - (meq de NaOH)m
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TÉCNICAS PARA EL ANALISIS CUANTITATIVO DE COMPUESTOS ORGANICOS
Revisaremos las siguientes técnicas analíticas:
1. Valoración ácido-base en medio acuoso 2. Valoración ácido-base en medio no acuoso 3. Análisis cuantitativo por el método de la saponificación 4. Análisis de vitamina C por el método iodométrico. 5. Análisis de vitamina C por espectrofotometría UV-visible. 6. Análisis de antocianinas totales por espectrofotometría UV-visible.
7. Análisis de polifenoles totales por espectrofotometría UV-visible.
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1. Valoración ácido-base en medio acuoso
Fundamento
Existen compuestos orgánicos que tienen la suficiente fuerza ácida o básica, para ser
medidos cuantitativamente mediante una valoración ácido-base (neutralización) en medio
acuoso, utilizando un ácido fuerte como valorante en el caso de las sustancias básicas, o una
base fuerte como valorante para medir sustancias orgánicas ácidas.
Los ácidos carboxílicos son los suficientemente fuertes (pka entre 3 a 6) para ser valorados
con una base fuerte. El método frecuente consiste en una valoración en solución acuosa
utilizando como valorante NaOH o KOH estándar y detección visual del punto final utilizando
fenolftaleina como indicador.
RCOOH + KOH RCOOK + H2O
Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos Los ácidos carboxílicos, los ácidos sulfónicos, las bases orgánicas fuertes y en general todos
los compuestos orgánicos con la suficiente fuerza ácida o básica; pueden medirse por este
método.
En el presente curso, revisaremos la aplicación en el caso de los ácidos carboxílicos;
debemos tener en cuenta que la fuerza ácida es mayor en los ácidos carboxílicos alifáticos de
bajo peso molecular, en ácidos carboxílicos aromáticos mono o disustituidos, también se
incrementa la acidez en presencia de mayor número de grupos COOH.
Interferencias.- En el caso de los ácidos carboxílicos, las interferencias que impiden la medida cuantitativa
son impurezas ácidas u otros componentes ácidos en casos de mezclas, por ejemplo el ácido
acetilsalicílico (Aspirina) que se obtiene por esterificación a partir del ácido salicílico y ácido
acético, normalmente contiene como impurezas los ácidos que la originan, por tanto el
método no es aplicable ya que en la medida cuantitativa, los resultados serían la suma de
aspirina + sus impurezas.
También debemos tener en cuenta los casos en que solventes o reactivos consumen el
valorante, en estos casos el problema se resuelve realizando un blanco.
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Esquema de la valoración.- La medida de un ácido carboxílico utilizando una base fuerte estándar (KOH o NaOH) como
valorante, es una valoración directa.
meq de R - COOH
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meq de NaOH o KOH
donde:
meq RCOOH = meq KOH o NaOH
El PE (peso equivalente es:
PM PEm =
Nº de COOH
Presentación de resultados.- Al PE (Peso equivalente) de los ácidos carboxílicos determinados en una valoración directa
con álcali estándar, también se le denomina EQUIVALENTE DE NEUTRALIZACIÓN.
En caso de una muestra de un ácido carboxílico único, se determina la cantidad o porcentaje
de pureza de la muestra.
En el caso de una mezcla, en caso que dicha mezcla no presente otros componentes ácidos,
se determina la cantidad o porcentaje del ácido en la mezcla.
En el caso de una muestra pura, desconocida, se determina el número de grupos funcionales
(COOH) presentes en la molécula.
Cuando se trata de mezclas complejas como las grasas (mezcla de ácidos carboxílicos y sus
ésteres), la medida cuantitativa se da como ÍNDICE DE ACIDEZ, que es el número de
miligramos de KOH necesarios para neutralizar los ácidos de un gramo de muestra.
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Ejercicio 1.- Una muestra de ácido p-metil-benzoico se analiza de la siguiente manera: 117 mg se
diluyen con 20 mL de agua, se agregan 2 gotas de solución de fenolftaleina y se valora con
solución 0.1082 N de KOH, consumiendo 7 mL hasta el punto final de la valoración. Calcular
el porcentaje de pureza de la muestra.
Solución De acuerdo al esquema de la valoración: meq de ácido p-metil-benzoico = meq de KOH
recordando: meq = V x N
por tanto: meq de ácido p-metil-benzoico = 7 x 0.1082 = 0.7574
Sabemos que meq = mg/P.E, entonces mg = meq x P.E.
Para calcular la cantidad (en mg) de ácido p-metil-benzoico, debemos calcular el Peso
Equivalente PM
PEm = Nº de COOH
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El ácido p-metil-benzoico tiene su F.G. = C8H8O2, por tanto P.M. = 136
Entonces: 136
PE = = 136 1 Por lo tanto mg de ácido p-metil-benzoico = meq de a. p-metil-benzoico (0.7574) x P.E. del a. p-metil-
benzoico (136) = 103.006
Calculando el porcentaje.- Si en 117 mg (cantidad de muestra analizada) tenemos 103.006
mg de ácido p-metil-benzoico, entonces en 100 mg tendremos 88.03 mg (Porcentaje).
Respuesta.- La muestra de ácido p-metil-benzoico tiene 88% de pureza
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2. Valoración ácido-base en medio no acuoso
Fundamento.- Existen compuestos orgánicos que se comportan como ácidos o bases débiles, estos
compuestos pueden ser medidos cuantitativamente mediante una valoración ácido-base en
medio no acuoso.
Los fenoles son compuestos menos ácidos que los ácidos carboxílicos. Este comportamiento
permite valorar a los fenoles utilizando medios no acuosos. Los solventes deben ser bases
más fuertes que el agua para incrementar la acidez del fenol, es decir, incrementar su
disociación ácida; se emplea piridina u otras bases orgánicas como solventes.
Se recomienda como valorante el hidróxido de tetrabutil amonio (Bu4 N)+ OH-, el punto final
se puede determinar mediante el uso de azul de timol como indicador, aunque resulta
impreciso por lo que se recomienda la detección potenciométrica de dicho punto final.
Piridina
Ar - OH + (Bu4 N)+ OH- Ar - O- (Bu4 N)+ + H2O
Existen muchas sustancias orgánicas que se comportan como bases débiles, como las
aminas, los alcaloides, etc., que disueltas en un ácido, como el ácido acético glacial,
incrementan su carácter básico y se pueden valora con ácido perclórico estándar y cristal
violeta como indicador. Ac. acético
R- NH2 + HClO4 RNH3+ ClO4
-
Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos
Las sustancias orgánicas que se comportan como ácidos débiles (por ejemplo fenoles o
ácidos carboxílicos muy débiles) y las sustancias orgánicas que se comportan como bases
débiles (por ejemplo aminas, purinas, alcaloides); pueden medirse por este método.
Interferencias.- La presencia de impurezas u otros componentes en casos de mezclas que reaccionen con el
valorante. En el caso de ácidos las interferencias son las impurezas o sustancias ácidas y en
el caso de las muestras básicas, las impurezas o sustancias básicas.
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Al igual que en las valoraciones ácido-base en medio acuoso, también debemos tener en
cuenta los casos en que solventes o reactivos consumen el valorante.
Esquema de la valoración.- Es una valoración directa donde la relación es:
meq muestra (fenol, amina, alcaloide, etc,) = meq valorante
meq de muestra
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meq de valorante
donde:
El PE (peso equivalente de la muestra) es:
PM PE m =
N° de grupo funcional ácido o básico Presentación de resultados.- En caso de una muestra única, se determina la cantidad o porcentaje de pureza de la
muestra.
En el caso de una mezcla, en caso que no presente otros componentes ácidos o bases, se
determina la cantidad o porcentaje del ácido o la base, según sea el caso, en la mezcla.
En el caso de una muestra pura, desconocida, se determina el número de grupos funcionales
presentes en la molécula.
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Ejercicio 1.- Una muestra de anilina se analiza de la siguiente manera: 168 mg se diluyen con 20 mL
de ácido acético glacial, se agregan 2 gotas de solución de cristal violeta (violeta de
genciana) y se valora con solución 0.1181 N de ácido perclórico, consumiendo 13 mL hasta el
punto final de la valoración. Calcular el porcentaje de pureza de la muestra.
Solución De acuerdo al esquema de la valoración: meq de anilina = meq de HClO4
recordando: meq = V x N
por tanto: meq de anilina = 13 x 0.1181 = 1.5353
Sabemos que meq = mg/P.E, entonces mg = meq x P.E.
Para calcular la cantidad (en mg) de anilina, debemos calcular el Peso Equivalente PM
PEm = Nº de NH2
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La anilina tiene su F.G. = C6H7 N, por tanto P.M. = 93
Entonces: 93
PE = = 93
NH2
Anilina
1 Por lo tanto mg de anilina = meq de anilina (1.5353) x P.E. de anilina (93) = 142.7829
Calculando el porcentaje.- Si en 168 mg (cantidad de muestra analizada) tenemos 142.7829
mg de anilina, entonces en 100 mg tendremos 84.98 mg, que redondeamos a 85
(Porcentaje).
Respuesta.- La muestra de anilina tiene 85% de pureza
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3. Análisis cuantitativo por el método de la saponificación (Hidrólisis alcalina)
Fundamento
Saponificación = Hidrólisis alcalina de ésteres
Los ésteres y las amidas pueden ser determinados cuantitativamente mediante la hidrólisis
alcalina, empleando un exceso de álcali, se somete a reflujo y luego se mide el exceso con un
ácido fuerte estándar. El solvente es agua cuando el éster es soluble y alcoholes (metanol,
etanol, propanol) cuando son insolubles en agua.
Como reactivo alcalino, se emplean soluciones de NaOH (0.1 – 1 N), HCl como valorante y
fenolftaleína como indicador.
Se realiza un ensayo control.
R-CO.OR’ + N a OH R-COONa + R’O H
R-CO.NR2 + N a OH R-COONa + R2N
NaOH + H C l NaCl + H2O
Esquema de la valoración meq de M
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meq de NaOH MUESTRA meq de HCl
meq de NaOH
meq de HCl CONTROL
donde:
meq M = meq HClc – meq HClm
El PE (peso equivalente es: PM
PEm = Nº de grupos éster o amido
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Aplicación en el análisis de compuestos orgánicos.- Este método se aplica para la determinación cuantitativa de ésteres de ácidos carboxílicos y
amidas.
Interferencias.- Son interferencias los grupos funcionales o sustancias que consumen álcali. Presentación de resultados.- En caso de una muestra única, se determina la cantidad o porcentaje de pureza de la
muestra. En el caso de una mezcla, se determina la cantidad o porcentaje del compuesto en
la mezcla.
En este análisis, al peso equivalente del éster también se le conoce como EQUIVALENTE DE SAPONIFICACIÓN.
En el caso de grasas, (mezclas complejas de ácido libres y sus ésteres) los resultados se
expresan como índice de éster o índice de saponificación.
ÍNDICE DE ÉSTER, es el número de miligramos de KOH requeridos para saponificar los
ésteres de 1 gramo de muestra. Por lo general, se aplica a mezclas complejas de ésteres
(grasas, que son mezclas de ésteres glicéridos; así también como a los aceites cuya
composición es poco definida).
ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN, es el número de miligramos de KOH requeridos para
neutralizar los ácidos libres y saponificar los ésteres de 1 gramo de muestra. Se aplica a
mezclas de ésteres con grupos ácidos libres.
INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Ejercicio 1.- Una muestra de acetato de etilo se analiza por el método de la saponificación, de la
siguiente manera: a 123 mg se le agrega un exceso de KOH en solución, se somete a reflujo
hasta completar la hidrólisis alcalina y luego se mide el exceso de KOH con HCl 0.1320 N,
consumiendo 12 mL hasta el punto final de la valoración. El control consume 21 mL del
valorante. Calcular el porcentaje de pureza de la muestra.
Solución
El esquema de la valoración indica: meq de acetato de etilo = meq de HClC – meq HClM
Donde:
meq de HClC = meq de HCl consumidos en el control
meq HCl M = meq de HCl consumidos en la muestra
recordando: meq = V x N
entonces meq HCl = (VC– VM) x N
Donde:
VC = volumen de HCl consumidos en el control
VM = volumen de HCl consumidos en la muestra
N = normalidad del HCl
por tanto: meq de HCl = (21 – 12) x 0.1320 = 1.188
Sabemos que meq = mg/P.E, entonces mg = meq x P.E.
Para calcular el Peso Equivalente de la muestra, sabemos que: PM
PE del acetato de etilo = N° de grupos éster
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El acetato de etilo tiene su F.G. = C4H8O2, por tanto P.M. = 88
Entonces:
88 PE de la muestra = = 88
CH3 C O CH2 CH3
O
Acetato de etilo
1
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Por lo tanto mg de acetato de etilo = meq de acetato de etilo (1.188) x P.E. de acetato de etilo (88) =
104.54 mg
Calculando el porcentaje.- Si en 123 mg (cantidad de muestra analizada) tenemos 104.54
mg de acetato de etilo, entonces en 100 mg tendremos 84.99 mg, que se redondea a 85
(Porcentaje).
Respuesta.- La muestra de acetato de etilo tiene 85% de pureza
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4. Análisis de vitamina C por el método iodométrico.
Fundamento Valoración por óxido reducción. La vitamina C o ácido ascórbico reacciona rápidamente con
el Yodo, oxidándose a ácido dehidroascórbico.
Como valorante se utiliza una solución estandarizada de Yodo, el punto final se detecta con
solución de almidón, por cambio de coloración a azul intenso por formación del complejo
Iodo-almidón.
Esquema de la valoración.- Es una valoración directa donde la relación es:
meq de vitamina C = meq Iodo
meq de Vit. C
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meq de Iodo
La reacción entre el yodo y el ácido ascórbico presenta una estequiometría 1:1.
Es importante tener en cuenta que si la muestra contiene otras sustancias reductoras además
del ácido ascórbico, también reaccionaran con el Yodo y el volumen del valorante estará
aumentado. Además debemos recordar que la vitamina C es oxidada fácilmente por el aire,
por tanto, las disoluciones que contienen vitamina C deben ser preparadas inmediatamente
antes de ser tituladas, con el fin de obtener resultados fiables.
INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Técnica
Preparación del Valorante 1.4 g de Yodo metálico se disuelven en una solución que contiene 3.6 g de IK, en 10 mL de
agua destilada, se agrega 3 gotas de HCl y luego se completa a 100 mL en una fiola.
8I- + IO3- + 6H+ 3 I3 - + 3H2O
Preparación del estándar Pesar aproximadamente 50 mg de Vit C USP, agregar 10 mL de agua destilada y 2.5 mL de
ácido sulfúrico o fosfórico 2N.
Valoración del estándar Al estándar preparado se le agregan 0.5 mL de solución de almidón 5%, y se procede a
valorar con el valorante hasta el punto final (aparición de color azul, permanente). Anotar los
mL de valorante consumidos (mLE)
Preparación de la muestra Pesar de 2 a 3 g de la muestra, diluir con 10 mL de agua destilada y 2.5 mL de ácido sulfúrico
o fosfórico 2N
Determinación cuantitativa A la muestra preparada se le agregan 0.5 mL de solución de almidón 5%, y se procede a
valorar con el valorante hasta el punto final (aparición de color azul, permanente)
Cálculos Se aplica la siguiente fórmula: % de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M
Donde: mL M = mL de valorante consumidos en la muestra
mg Vit. C = cantidad de vitamina C estándar en mg. mL E = mL de valorante consumidos en el estándar (Vitamina C) mg M = Cantidad de muestra, en mg.
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Ejercicio 1
1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de jugo de maracuyá por el método
iodométrico, se obtuvieron los siguientes resultados:
Estándar: 50 mg de vitamina C estándar se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,
consumiendo 26.8 mL del valorante.
Muestra: 20 mL (que pesaron 20 g) del jugo de maracuyá se valoraron con solución de Yodo
0.1 N, consumiendo 3.22 mL del valorante.
Calcular el contenido de vitamina C.
Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:
Se aplica la siguiente fórmula: % de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M
Donde: mL M = 3.22 mL
mg Vit. C = 50 mg. mL E = 26.8 mL mg M = 20,000 mg.
% de Vitamina C = 3.22 x 50 x 100 / 26.8 x 20000
Respuesta: % de Vitamina C = 0.03 (30 mg de vitamina C en 100 mL de jugo de maracuyá
Ejercicio 2
1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de tabletas de vitamina C, con un
contenido etiquetado de 500 mg; por el método iodométrico, se obtuvieron los siguientes
resultados:
Peso Promedio de la tableta: 620 mg
Estándar: 50 mg de vitamina C estándar se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,
consumiendo 26.8 mL del valorante.
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Muestra: 50 mg de las tabletas pulverizadas se valoraron con solución de Yodo 0.1 N,
consumiendo 21.35 mL del valorante.
Calcular el contenido de vitamina C por tableta.
Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:
% de Vitamina C = mLM x mg Vit. C x 100 / mLE x mg M
Donde: mL M = 21.35 mL
mg Vit. C = 50 mg. mL E = 26.8 mL mg M = 50 mg.
% de Vitamina C = 21.35 x 50 x 100 / 26.8 x 50
Respuesta: % de Vitamina C = 79.66
Entonces, el contenido de vitamina C en 100 mg es de 79.66 mg
Por tanto en 1 tableta hay 493.92 mg de vitamina C
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5. Análisis de vitamina C por espectrofotometría UV-visible.
Fundamento Determinación cuantitativa por espectroscopía Ultravioleta - visible. Se basa en las
propiedades espectroscópicas de la vitamina C o ácido
ascórbico, en la región ultravioleta – visible. Funcionalmente el
ácido ascórbico es una lactona α-β-insaturada, por lo tanto
presenta una conjugación entre el grupo carbonilo del éster
lactónico (C=O) y el doble enlace C=C, originando una banda K
en el espectro UV. Normalmente encontramos la vitamina C
como una mezcla de ácidos ascórbico y dehidroascórbico; este
último es producto de la oxidación inicial y reversible del ácido
ascórbico y mantiene las características y propiedades de la
Vitamina C. Funcionalmente el ácido dehidroascórbico es una
lactona con dos grupos carbonilos en conjugación cruzada, el
C=O del éster lactónico conjugado con un C=O cetónico y los dos C=O cetónicos conjugados
entre si. Entonces, la absorción máxima de la vitamina C (λmax) va a depender de las
concentraciones de ácido ascórbico y dehidroascórbico; por tanto del pH.
O O
OHOH
CHCH2
OH
OH
Ácido ascórbico
O O
OO
CHCH2
OH
OH
Ácido dehidroascórbico
Máximos de absorbancia (λmax) de la banda K del ácido ascórbico según el pH:
A pH 2 λmax = 244 nm
A pH 6 a 10 λmax = 266 nm
A pH > 10 λmax = 294 nm
Técnica
Medida del Estándar de vitamina C Diluir la vitamina C estándar en agua destilada y desionizada a una concentración de 1 mg en
100 mL
En el espectrofotómetro UV-vis, leer la Absorbancia a λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm. Realizar
3 ensayos y obtener el promedio. Comparar las lecturas y seleccionar la λ de mayor
Absorbancia promedio, para utilizar dicha λ en la determinación de vitamina C en la muestra
analítica.
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Preparación de la muestra.- Si la muestra es un vegetal o derivado (fruta, hortaliza, jugos, nectares, pulpa, etc.) se diluye
con agua destilada y desionizada a la concentración de 100 mg por 100 mL . Si la muestra es
un producto farmacéutico con alta concentración de vitamina C (mayor de 20%), la
concentración de la solución debe ser de 1 mg por 100 mL.
Si la muestra vegetal contiene pequeñas concentraciones de vitamina C, será necesario
duplicar las concentraciones del y de la muestra. Cuando la muestra es líquida se realizan la
dilución directamente, si la muestra es pulpa de fruta o un sólido (por ejemplo tabletas de
vitamina C), 1 g. de dicha muestra se trituran en un mortero, se agrega 50 mL de agua
destilada y desionizada, se agita durante 5 minutos, se filtra, se enrasa a 50 mL y se realiza
las dilución respectiva.
La absorbancia de la muestra se lee en el espectrofotómetro UV-vis a la λ seleccionada en
las determinaciones con el estándar de vitamina C.
Cálculos Se aplica la siguiente fórmula:
Para vegetales: % de Vitamina C = ApM / ApE
Para productos farmacéuticos (u otros con 20% o más de vitamina C): % de Vitamina C = 100 x ApM / ApE
Donde: ApM = Absorbancia promedio de la muestra ApE = Absorbancia promedio del estándar
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Ejercicio 1
1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de tabletas de vitamina C, con un
contenido etiquetado de 500 mg; por el método espectroscópico UV, se obtuvieron los
siguientes resultados:
Peso Promedio de la tableta: 620 mg
Medida del Estándar de vitamina C La vitamina C estándar se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 1
mg en 100 mL; y se lee (3 veces) a las λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm.
Absorbancia:
A la λ = 244 nm: 0.267, 0.275 y 0.249. Promedio = 0.2636
A la λ = 266 nm: 0.563, 0.542 y 0.565. Promedio = 0.5566
A la λ = 294 nm: 0.087, 0.112 y 0.103. Promedio = 0.1006
La mayor absorbancia se presenta a la λ de 266 nm
Preparación de la muestra.- La muestra se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 1 mg en 100
mL; y se lee (3 veces) a la λ = 266 nm
Absorbancia a λ = 266 nm: 0.46, 0.447 y 0.455. Promedio = 0.454
Calcular el contenido de vitamina C por tableta.
Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:
% de Vitamina C = 100 x ApM / ApE
Donde: ApM = 0.454
ApE = 0.5662 % de Vitamina C = 100 x 0.454 / 0.5662
Respuesta: % de Vitamina C = 80.18
Entonces, el contenido de vitamina C en 100 mg es de 80.18 mg
Por tanto en 1 tableta hay 497.12 mg de vitamina C
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Ejercicio 2
1.- Al analizar el contenido de vitamina C en una muestra de jugo de maracuyá por el método
espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:
Medida del Estándar de vitamina C La vitamina C estándar se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 2
mg en 100 mL; y se lee (3 veces) a las λ = 244 nm, 266 nm y 294 nm.
Absorbancia:
A la λ = 244 nm: 0.312, 0.32 y 0.31. Promedio = 0.3140
A la λ = 266 nm: 1.152, 1.167 y 1.163. Promedio = 1.1606
A la λ = 294 nm: 0.172, 0.167 y 0.169. Promedio = 0.1716
La mayor absorbancia se presenta a la λ de 266 nm
Preparación de la muestra.- La muestra se diluye con agua destilada y desionizada a una concentración de 200 mg en
100 mL; y se lee (3 veces) a la λ = 266 nm
Absorbancia a λ = 266 nm: 0.0334, 0.0322 y 0.039. Promedio = 0.0348
Calcular el contenido de vitamina C por tableta.
Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:
% de Vitamina C = ApM / ApE
Donde: ApM = 0.454
ApE = 0.5662 % de Vitamina C = 0.0348 / 1.1606
Respuesta: % de Vitamina C = 0.03 (30 mg de vitamina C en 100 mL de jugo de maracuyá
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6. Análisis de antocianinas totales por espectrofotometría UV-visible.
Fundamento La determinación cuantitativa de antocianinas se realiza por espectroscopía visible. Se basa
en las propiedades espectroscópicas de las antocianinas, en la región ultravioleta – visible.
Funcionalmente las antocianinas
corresponden al grupo de los flavonoides;
y son glucósidos de las antocianidinas. El
término antocianina fue propuesto en
1835 por el farmacéutico alemán Ludwig
Clamor Marquart para describir el
pigmento azul de la col lombarda
(Brassica oleracea). Las antocianinas
también son responsables de los colores
rojos y violetas presentes en las flores y
frutos de las plantas.
Estructura general de antocianinas
R = OH, H, Azúcar
En su estructura presenta el ión flavilio, una amplia conjugación que origina una banda K por
encima de 500 nm, por lo tanto, ubicada en la región visible. En la determinación de
antocianinas totales, los resultados se expresan en función a la antocianina principal.
Técnica
Preparación de la Muestra
La muestra se diluye con agua destilada y desionizada, en la proporción 1:10 (Factor de
dilución = 10), 1:20 (Factor de dilución = 20) y 1:30 (Factor de dilución = 30). Las muestras
sólidas se trituran en un mortero antes de la dilución y luego se agitan por 15 minutos, se
filtran y se enrasan al volumen correspondiente.
La absorbancia de las muestras se lee en el espectrofotómetro UV-vis a la λ que corresponda
a la antocianina principal (cianidina-3-glicósido λ = 510 nm y pelargonidina λ = 520 nm)
La Absorbancia será el promedio de las 3 lecturas en cada dilución.
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INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Cálculos
Aplicar la fórmula:
A x P.M. x F dil. x 1000 mg/L o Kg antocianinas totales = Emax.
Donde: A = Absorbancia (Promedio de 3 lecturas)
P.M. = Peso molecular de la antocianina principal
F dil. = Factor de dilución
Emax = Constante de extinción molar de la antocianina principal
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INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Ejercicio
1.- Al analizar el contenido de antocianinas totales en una muestra de cáscara de manzanas
por el método espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:
Preparación de la muestra.- 1 g de cáscara de manzanas se trituro en un mortero, se agregó 20 mL de agua destilada y
desionizada, luego se agitó por 15 minutos, se filtro y enrasó a 20 mL, luego se prepararon
las diluciones en las proporciones: 1:10 (Factor de dilución = 10), 1:20 (Factor de dilución =
20) y 1:30 (Factor de dilución = 30).
El contenido de antocianinas lo expresaremos como cianidina-3-glicósido, por lo tanto la
absorbancia de las muestras fueron leídas en el espectrofotómetro UV-vis a la λ = 510 nm y
se considera el P.M. = 449.2 y el Emax = 26,900
Absorbancia promedio de 3 lecturas en cada dilución, a la λ = 510 nm.
Factor de dilución = 30. 0.179, 0.167 y 0.169. Promedio = 0.1716
Factor de dilución = 20. 0.348, 0.356 y 0.3525. Promedio = 0.3521
Factor de dilución = 10. 0.623, 0.618 y 0.621. Promedio = 0.6206
Calcular el contenido de antocianinas totales en cáscara de manzanas, expresado como
cianidina-3-glicósido
Solución Para los cálculos, aplicamos la formula:
A x P.M. x F dil. x 1000 mg/ Kg antocianinas totales = Emax.
y calculamos los resultados de las 3 diluciones, el promedio es el resultado final A = 0.1716 (F.D. = 30), 0.3521 (F.D. = 20) y 0.6206 (F.D. = 10)
P.M. = 449.2 F dil. = 10, 20 y 39 Emax = 26,900
Respuesta: mg/ Kg de antocianinas totales: 103.63 (F.D. = 30), 117.59 (F.D. = 20) y 85.97 (F.D. = 10)
mg/ Kg de antocianinas totales, como cianidina-3-glicósido : 102.40
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7. Análisis de polifenoles totales por espectrofotometría UV-visible.
Fundamento La determinación cuantitativa de polifenoles se realiza por espectroscopía visible.
Los compuestos fenólicos, llamados Polifenoles ya que presentan más de un grupo fenol (OH
unido al anillo aromático) se han constituido en el grupo más importante de antioxidantes
naturales.
Los Polifenoles se encuentran en los vegetales, el término polifenoles comprende un gran
número de metabolitos secundarios, que se agrupan en:
- ácidos hidroxibenzoicos,
- ácidos hidroxicinámicos,
- taninos,
- flavonoides, principalmente:
o flavonoles,
o proantocianinas, y
o antocianinas
El contenido de Polifenoles totales, se determina por el método de Folin Ciocalteu, método
espectrofotométrico que se fundamenta en la reacción de los polifenoles con fosfotungstato-
fosfomolibdato, el cual se reduce formando un complejo azul que se mide en el
espectrofotómetro a λ de 765 nm, se utiliza ácido gálico como estándar de referencia y los
resultados se expresan como % de Polifenoles, mg de Polifenoles en 100 g, o en mg de
Polifenoles en 1 Kg o en 1 L; expresados como ácido gálico.
Técnica
Preparación de la muestra.- Tomar 100 mg (si la muestra es sólida, triturar en mortero) y agregar 20 mL de agua
destilada y desionizada; agitar durante 15 minutos. Tomar 0.5 mL de la solución muestra,
INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
agregar 0.2 mL de Reactivo de Folin Ciocalteu y 1 mL de solución de carbonato de sodio
7.5%. Dejar reaccionar durante 20 minutos. Filtrar y leer la absorbancia a 765 nm.
Cálculos Se prepara una curva de calibración con ácido gálico a concentraciones de 5, 10, 15, 20 y
25 mg/L.
Se elige la absorbancia de la curva de ácido gálico, más próxima a la absorbancia obtenida
de la muestra y se aplica la siguiente fórmula:
Cest. x Am x Vdm x 0.1
% de Polifenoles expresados como ácido gálico =
Aest. x Pdm
Donde:
- Cest .- concentración de ácido gálico en mg/L, en la Absorbancia elegida
- Am .- lectura de la absorbancia de la muestra (promedio de 3 ensayos)
- Vdm .- mL de solvente utilizados en la dilución de la muestra.
- Aest.- Absorbancia elegida del ácido gálico.
- Pdm.- mg de muestra, utilizados en la dilución.
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Ejercicio 1.- Al determinar el contenido de polifenoles totales en una muestra de pulpa de tomate por el
método espectroscópico UV, se obtuvieron los siguientes resultados:
Preparación de la muestra.- 100 mg de pulpa de tomate se trituro en un mortero, se agregó 20 mL de agua destilada y
desionizada, luego se agitó por 15 minutos, se tomaron 0.5 mL y se agregó 0.2 mL de
Reactivo de Folin Ciocalteu y 1 mL de solución de carbonato de sodio 7.5%. Se dejó
reaccionar durante 20 minutos; luego se filtró. Se hizo la lectura a 765 nm.
Se preparó una curva de calibración con ácido gálico a concentraciones de 5, 10, 15, 20 y
25 mg/L.
Curva de calibración del ácido gálico
0
0.193
0.339
0.49
0.803
0.636 R2 = 0.9982
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 5 10 15 20 25 30
Concentración en mg/L
Abs
orba
ncia
Absorbancia promedio de 3 lecturas a la λ = 765 nm
0.345, 0.351 y 0.348. Promedio = 0.348
Calcular el contenido de polifenoles totales en pulpa de tomate, expresado como ácido gálico.
INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS- Parte I Análisis Cuantitativo 2013
Solución Para los cálculos, aplicamos la fórmula:
Cest. x Am x Vdm x 0.1
% de Polifenoles expresados como ácido gálico =
Aest. x Pdm
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Donde:
- Aest.- 0.339 - Cest .- 10 mg/L
- Am .- 0.348 - Vdm .- 20
- Pdm.- 100
10 x 0.348 x 20 x 0.1
% de Polifenoles expresados como ácido gálico =
0.339 x 100
Respuesta: La pulpa de tomate analizada contiene 0.21% de Polifenoles expresados como ácido gálico
La pulpa de tomate analizada contiene 210 mg/100g de Polifenoles expresados como ácido
gálico
La pulpa de tomate analizada contiene 2100 mg/Kg de Polifenoles expresados como ácido
gálico
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