Métodos Ópticos electroquímicos y cromatograficos Facultad de Química UADY Fuerzas Intermoleculares Equipo: Adriana Solís Yudali Acosta Sergio Mazun Milton Puerto

¿Qué es la cromatografía Iónica? Técnica física de separación basada en la distribución de solutos entre una fase móvil y una fase estacionaria. La cromatografía iónica se basa en el uso de una resina de intercambio iónico como fase estacionaria.

¿Para que se usa? Convendría decir que la cromatografía iónica tiene un ámbito de aplicación que engloba a los estudios en los que intervienen moléculas con peso molecular menor a 500. Se usa para realizar un análisis completo de los iones que pueda haber presente en una determinada muestra.  

Fuerzas Iónicas Los compuestos que poseen dipolos no tienen carga neta en la molécula. Los iones, sin embargo, poseen una carga neta e interactúan fuertemente con iones con una carga opuesta generalmente llamado contra-iones. Cromatografía de intercambio de iones separa los materiales iónicos mediante interacciones iónicas que resultan de las fuerzas eléctricas entre iones de carga opuesta. Interacciones iónicas son siempre acompañados por las interacciones de dispersión y, en la mayoría de los casos, también se asocian con interacciones polares. Es la energía que hace que las moléculas se mantengan unidas entre sí, es decir por cargas positivas por una parte y negativas por otra, es el tipo de unión más fuerte.

Principio de la Cromatografía Intercambio Iónico

Puentes de Hidrogeno Fue reconocido como tal por primera vez por Latimer y Rodebush en 1920. Es una atracción inter e intermolecular en la que participa siempre el H. Un enlace entre un hidrogeno y un átomo electronegativo como el F, O o N es muy polar el hidrógeno obtiene una carga positiva parcial. El hidrógeno forma uniones intermoleculares con un par de electrones no enlazados de los otros átomos.

Características de los enlaces de Hidrógeno La energía de los enlaces de hidrógeno cae en el intervalo de 4 kJ/mol a 25 kJ/mol, es decir, son más débiles que los enlaces covalentes, pero son mayores que las interacciones dipolo-dipolo o las fuerzas de dispersión. El enlace de H se representa por una línea discontinua para distinguirlo del enlace covalente. Tiende a ser lineal, es decir aceptor, hidrogeno y donador alineados, en cuyo caso la interacción alcanza la máxima estabilidad. Tienen un efecto importante sobre los puntos de ebullición. Ej.: 7

Importancia del puente de hidrogeno El enlace por puente de hidrógeno es esencial para la integridad estructural de muchas moléculas biológicas. La estructura de doble hélice del ADN se mantiene, en parte, gracias a los enlaces por puentes de hidrógeno entre las bases: pares de adenina con tiamina y pares de guanina con citosina.

Importancia en la Cromatografía Los compuestos químicos se separan en función de su diferente afinidad por una fase móvil y una fase estacionaria. Fase estacionaria: Gel de sílice (SiO2); Alúmina (Al2O3). La superficie del gel de sílice interacciona con los compuestos orgánicos mediante interacciones de carácter polar (puentes de hidrógeno o interacciones electrostáticas). Los compuestos más polares interaccionan más fuertemente con la sílica.

Fase móvil: es una mezcla de disolventes (eluyente). Eluyentes polares.- Rompen más eficazmente las uniones de los compuestos con la fase estacionaria. Arrastran más rápidamente a los compuestos. Eluyentes no polares.- No rompen las uniones de los compuestos con la fase estacionaria. Arrastran muy lentamente a los compuestos.

Influencia del eluyente en el Rf Mezclas con mayor poder de elución (más polares): arrastran mucho a los compuestos Rf menor.

Fuerzas de van der Waals Fuerzas de atracción entre moléculas neutras Se origina a partir de momentos dipolares temporales ( duran poco) que son inducidos en una molécula por las moléculas próximas Son consideradas como la explicación molecular para las energías cohesivas de los líquido Se clasifican en: -Dipolo-Dipolo -Dipolo-dipolo inducido -Fuerzas de dispersión de London

Fuerzas de London (dipolo inducido-dipolo inducido) Se deben a la atracción de sus dipolos temporales correlacionados e inducidos por sus moléculas Se establecen entre sustancias no polares, aunque también están presentes en las sustancias polares Son las más débiles Dependen de cuántos electrones estén distribuidos alrededor del átomo y de qué tan unidos se mantengan. En los átomos y en las moléculas con gran número de electrones débilmente atraídos, se encuentran fuerzas de dispersión más fuertes Más fuertes con grandes cantidades de superficie de contacto (mayor área superficial, más interacciones cercanas entre diferentes moléculas)

Importancia en cromatografía Técnica que permite separar, identificar y cuantificar los compuestos presentes en muestras líquidas o gaseosas( para muestras sólidas se requiere etapa de disolución o extracción) Los solutos se separan en base a la distinta velocidad de desplazamiento cuando son arrastrados por una fase móvil a través de un lecho cromatográfico que contiene a una fase estacionaria (sólida o líquida) La muestra se disuelve en la fase móvil y se hace pasar a través de la fase estacionaria (inmiscible con la móvil) que se mantiene fija en una columna

Clasificación de métodos cromatográficos Criterios: Modo como las fases se ponen en contacto Fundamento de separación (naturaleza de las fases y tipo de interacciones entre solutos y fases utilizadas) Nota: En este caso nos interesa el criterio de Fundamento de separación (naturaleza de las fases y tipo de interacciones entre solutos y fases utilizadas)

Fundamento de separación Cromatografía de líquidos Fase estacionaria sólida -Cromatografía de adsorción: la fase estacionaria sólida retiene los solutos por doble efecto de adsorción física y química. Interacciones implicadas: Fuerzas de van der Waals -Cromatografía de cambio iónico: el sólido retiene a los solutos gracias a atracciones electrostáticas. La fase estacionaria sólida lleva en la superficie cargas electrostáticas fijas, que retienen contra iones móviles que pueden intercambiarse por iones de la fase móvil. -Cromatografía de exclusión Fase estacionaria líquida Cromatografía de gases Fase móvil gaseosa Cromatografía de fluidos supercríticos

Interacciones Dipolo-Dipolo Las atracciones dipolo-dipolo ocurre entre polos opuestos de moléculas polares Una molécula es un dipolo cuando existe una distribución asimétrica de los electrones debido a la diferencia de electronegatividad.

Dos dipolos se atraen cuando están dispuestos de modo que sus centros de carga opuesta se encuentra entre si Tienen una mayor fuerza que las fuerzas de dispersión, pero mas débiles que las interacciones iónicas

Importancia en Cromatografía Una buena separación en Cromatografía tiene lugar si existe un equilibrio entre las fuerzas involucradas La polaridad, es una factor muy importante en la cromatografía

Algunos aspectos importantes de esto son: La polaridad del analito debe ser similar a la de la fase estacionaria para que lo retenga y se eluye con una fase móvil de polaridad diferente. Las interacciones entre la fase móvil, analito y fase estacionaria son importantes, ya que modifica la selectividad de la separación

VENTAJAS DE LA CROMATOGRAFIA Es sencilla, rápida y no requiere aparatos complicados. Abarca escalas micro analíticas hasta escalas industriales. Es una técnica poco o nada destructiva que puede aplicarse a sustancias. Constituye una metodología imprescindible en estudios bioquímicos, toxicológicos, estructurales, lábiles.

Referencias Gillespie, R. Química. Reverté: Barcelona, 1990, pp. 581-582 Acuña F. Química Orgánica. EUNET: Costa Rica, 2006. pp. 15-16 Barquero,M. Mecanismos y aplicaciones de la Cromatografía. Serie Química: Costa Rica, 2004, pp. 34 Raymon, P.; Cases, S.; Cases, J. Chromatography theory, CRC Press, 2002. ufq.unq.edu.ar/Docencia- Virtual/BQblog/Cromatografia%20de%20intercambio%20ionico.pdf Interacciones Moleculares.pdf (Material dado en clase) Wade, L.G., Química Orgánica, 7a ed., Pearson, México,2012; Vol.1, pp 60-65. ITESCAM Home Page. https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r49999.P DF (consultado marzo 2014). Thornton , R. Química orgánica, 5ª ed., Editorial Pearson; México:1998; pp 28-29 Wade, L.G. Jr., 1993. Química Orgánica. 2a. edición Prentice-Hill Hispanoamericana, S.A. México; pp 61-62