Resolución quiral de (±)-α-metilbenzilamina

Objetivo

Familiarizar a los alumnos con el concepto de resolución quiral: separación de los dos enantiómeros de un compuesto quiral. En este caso, se utilizará la diferente solubilidad de dos sales diastereoméricas en agua.

Antecedentes

Cuando se utilizan productos, reactivos o catalizadores no quirales en una reacción química en la que hay centros quirales, el resultado global es el mismo que producir una mezcla ópticamente inactiva de estereoisómeros. Si se genera un carbono o centro quiral, el producto aparecerá siempre como una mezcla racémica (50% de los dos enantiómeros posibles).
Para la separación de los dos enantiómeros, se lleva a cabo un proceso denominado resolución quiral, en el que se hace reaccionar la mezcla racémica con un compuesto ópticamente activo (agente de resolución quiral). Esto da lugar a la formación de dos diastereómeros, que poseen propiedades físicas y químicas diferentes y, por lo tanto, pueden separarse mediante procedimientos distintos.
Después de sintetizar (o comprar) la α-feniletilamina racémica, el siguiente procedimiento consiste en producir uno de los enantiómeros ópticamente puros. En la práctica, sólo uno de los dos enantiómeros separados es ópticamente puro, el levógiro, porque puede aislarse más fácilmente que el otro enantiómero. El agente de resolución quiral a utilizar es el ácido (+)-tartárico, que forma dos sales diastereoméricas con la α-metilbencilamina (α-feniletilamina) racémica.
El ácido (+)-tartárico ópticamente puro es muy abundante en la naturaleza y se obtiene principalmente como subproducto de la vinificación. La sal (-)-amina-(+)-tartrato es menos soluble que la sal (+)-amina-(+)-tartrato y precipita de las soluciones en forma cristalina. Los cristales se filtran y se purifican. A continuación, la sal se trata con una base diluida, que se aísla con la (-)-amina libre. Por otra parte, el licor madre, que contiene preferentemente la sal (+)-amina-(-)-tartrato, puede purificarse para producir la otra sal diastereomérica. La hidrólisis de esta sal daría la (+)-amina.

Procedimiento experimental

Añada 6,25 g de ácido L-(+)-tartárico con 90 ml de MeOH a un matraz Erlenmeyer de 250 ml. Calentar la mezcla en un baño de agua hasta casi ebullición. Añadir 5 g de α-metilbencilamina racémica lentamente porque la mezcla genera espuma y puede derramarse. Cerrar el matraz con un septo y enfriar lentamente durante un día para una buena cristalización de la sal (+)-amina-(-)-tartrato.

En caso de que se formen cristales en forma de aguja, se pueden volver a disolver mediante un calentamiento suave y volver a enfriar. Con este método de cristalización se pueden producir cristales de la forma deseada. Hay que tener en cuenta que los cristales en forma de aguja no tienen una pureza óptica suficientemente alta para lograr una buena resolución de los enantiómeros.

Se filtran los cristales al vacío y se lavan con unos mililitros de MeOH frío. Puede obtenerse una segunda cantidad de cristales concentrando el licor madre, lo que dará una cantidad adicional de aproximadamente 1,5 g de la sal. Una vez producida la cantidad suficiente de cristales, disolver parcialmente 10 g de sal en 40 ml de agua (si el procedimiento no proporciona 10 g de sal, las cantidades de reactivo deberán ajustarse a la masa de sal obtenida). Añadir 6 ml de solución de NaOH al 50 % y extraer la mezcla con éter dietílico (2 × 20 ml).

Secar la capa orgánica (superior) sobre Na₂SO₄ (anhidro). A continuación, se retira el desecante por filtración por gravedad. El disolvente se elimina en un rotavapor para dar un residuo que se purifica por destilación al vacío. El rendimiento estimado es del 55 %, y el punto de ebullición es de 184-186 ºC.

Medir la rotación óptica del producto. Para ello, pesar con precisión 20 mg de amina y disolver en 2 ml de MeOH (medido con pipeta). Calcular el volumen total de la solución considerando la suma de los volúmenes de los componentes (la densidad de la amina es de 0,9395 g/ml).
Transferir la solución al tubo polarímetro y determinar la rotación óptica (^[α]D₂₀ = -40,3 ºC). Calcular la rotación óptica específica y la pureza óptica de la solución.

Propiedades físico-químicas

La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (M_w), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.

GHS pictogramas

Los pictogramas de peligro forman parte del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS) y se recogen en la siguiente tabla para los compuestos químicos utilizados en este experimento.

Name	GHS
α-Metilbencilamina
Ácido L-(+)-tartárico
MeOH
Na2SO4	No peligroso
NaOH
Éter dietílico

Identificador Químico Internacional

Los identificadores IUPAC InChI key de los principales compuestos utilizados en este experimento se proporcionan para facilitar la nomenclatura y formulación de los compuestos químicos y la búsqueda de información en Internet de los mismos.