Productos Destacados

Disolventes

• Transferencia de masa y transferencia de calor por convección
• Estabilización de los estados de transición de reacciones
• Dilución para evitar reacciones secundarias

Los disolventes también desempeñan un papel importante en la purificación y recuperación de mezclas de reacción (downstream process). He aquí algunos ejemplos de procesos importantes:

• Precipitación
• Cristalización
• Recristalización
• Extracción
• Cromatografía

Propiedades de disolución
​Determinar cuantitativamente el grado de disolución de una sustancia (soluto) en un disolvente según las propiedades físicas y químicas del soluto y disolvente es difícil y a menudo desafía la intuición. Se pueden establecer reglas generales, pero solo se pueden considerar como una guía aproximada.

Las sustancias polares normalmente se disuelven bien en disolventes polares (por ejemplo, sales en agua). Las sustancias no polares generalmente se disuelven bien en disolventes no polares (por ejemplo, sustancias orgánicas no polares en benceno o éter).
Los disolventes suelen dividirse en clases según sus propiedades físicas. Entre estos criterios de clasificación se encuentran:

• Punto de ebullición
• Permitividad o constante dieléctrica
• Punto de inflamación
• Volatilidad
• Viscosidad
• Polaridad
• Acidez CH

Disolvente aprótico
A diferencia de los disolventes próticos, si una molécula no contiene un grupo funcional desde el cual se puedan separar átomos de hidrógeno en forma de protones (disociación), se denomina disolvente aprótico.

Disolvente aprótico apolar
Los alcanos son apolares debido a la pequeña diferencia de electronegatividad entre el carbono y el hidrógeno. Esto hace que todas las sustancias de estos grupos sean fácilmente solubles entre sí; son muy lipofílicas (en realidad, incluso más lipofílicas que las grasas homónimas, muy débilmente polares) y muy hidrofóbicas (repelen el agua). Sin embargo, no sólo el agua no puede disolverlas, sino también todas las demás sustancias fuertemente polares, como los alcoholes de cadena corta, el cloruro de hidrógeno o las sales. En el líquido, las partículas se mantienen unidas sólo por fuerzas de Van der Waals. Por esta razón, las temperaturas de ebullición de este grupo de sustancias son mucho más bajas que las de los dipolos permanentes, en comparación con el tamaño y la masa de la molécula. Como la eliminación de protones para formar carbaniones solo es posible con bases extremadamente fuertes, son apróticos. También se incluyen en el grupo de disolventes apróticos apolares compuestos como los ésteres o éteres de ácidos carboxílicos, que contienen enlaces polares pero no pueden disolver compuestos iónicos debido a su baja permitividad. Ejemplos representativos de este grupo son:

• Alcanos (kerosenos)
• Alquenos (olefinas), alquinos
• Benceno y otros compuestos aromáticos con sustituyentes alifáticos y aromáticos
• Ésteres de ácidos carboxílicos
• Éteres, por ejemplo, éter dietílico
• Moléculas completamente simétricas como el tetrametilsilano o el tetracloruro de carbono
• Disulfuro de carbono, a alta presión también dióxido de carbono
• Hidrocarburos halogenados que son completamente no polares (como el tetracloruro de carbono) o sólo ligeramente polares (cloruro de metileno) a pesar de la alta electronegatividad del halógeno en cuestión, como el cloro.
• Un subgrupo especial de hidrocarburos halogenados lo forman los hidrocarburos perfluorados (por ejemplo, el hexafluorobenceno), que no solo son no polares en sí mismos, sino también muy poco polarizables desde el exterior y, por tanto, también tienden a ser poco compatibles con los demás disolventes no polares.

Disolvente aprótico polar
Sin embargo, si la molécula se sustituye con grupos funcionales fuertemente polares, como el grupo carbonilo, el grupo nitro o el grupo nitrilo, la molécula presenta un momento dipolar, por lo que la atracción electrostática intermolecular de los dipolos permanentes se añade ahora a las fuerzas de Van der Waals aún existentes (pero mucho más débiles). El resultado es un aumento sustancial del punto de ebullición y, en muchos casos, un deterioro de la miscibilidad con disolventes no polares y una mejora de la solubilidad de y en sustancias polares. Los disolventes polares apróticos típicos tienen una permitividad superior a 15 y son capaces de disolver cationes. Como los aniones apenas están solvatados (aniones desnudos), presentan una alta reactividad S_N2. Estos disolventes son excelentes para realizar sustituciones nucleofílicas en condiciones suaves. Estos incluyen:

• Cetonas, p. ej. la acetona
• Lactonas, como la γ-butirolactona
• Lactamas, como la N-metil-2-pirrolidona
• Nitrilos, como el acetonitrilo
• Nitrocompuestos, como el nitrometano
• Amidas de ácidos carboxílicos terciarios como la dimetilformamida
• Derivados de la urea como la tetrametilurea o la dimetilpropilenurea (DMPU)
• Sulfóxidos como el dimetilsulfóxido (DMSO)
• Sulfonas como el sulfolano
• Ésteres del ácido carbónico como el carbonato de dimetilo o el carbonato de etileno

Disolventes próticos
Si una molécula contiene un grupo funcional desde el cual se pueden separar átomos de hidrógeno en forma de protones (disociación), se denomina disolvente prótico. Estos se oponen a los disolventes apróticos.
El disolvente prótico más importante es el agua, que se disocia (de forma simplificada) en un protón y un ion hidróxido.

Otros disolventes próticos son, por ejemplo, los alcoholes y los ácidos carboxílicos. En este caso, la disociación del protón siempre se produce en el grupo OH, ya que el oxígeno electronegativo puede absorber fácilmente la carga negativa resultante.

El grado de disociación del disolvente correspondiente viene determinado por la acidez (según el concepto ácido-base de Brønsted y Lowry). Cabe señalar que los átomos de hidrógeno unidos al carbono también pueden desprenderse en forma de protones (acidez CH), pero la acidez de estos compuestos suele ser demasiado baja para permitir una disociación apreciable en medio neutro. La liberación de estos protones sólo es posible mediante bases muy fuertes.

Los disolventes próticos polares disuelven las sales y los compuestos polares, mientras que la solubilidad de los compuestos no polares es baja.

Son disolventes próticos:

• Agua, el disolvente más importante de todos, especialmente en la naturaleza viva.
• Metanol, etanol y otros alcoholes de cadena corta (cuanto mayor es la longitud de la cadena de C, menos pronunciado es el carácter polar; el colesterol, por ejemplo, es un alcohol, pero es, todavía, altamente lipofílico)
• Aminas primarias y secundarias
• Ácidos carboxílicos (ácido fórmico, ácido acético)
• Amidas primarias y secundarias como la formamida
• Ácidos minerales (ácido sulfurico, haluros de hidrógeno o hidrácidos)

Escalas de polaridad

Colorante de Reichardt
Una escala bien conocida para medir la polaridad de un disolvente es la escala E_T(30) o E_T^N. Se deriva de mediciones espectroscópicas empíricas. El valor E_T(30) se define como la energía de transición de la banda de absorción Vis/NIR de mayor longitud de onda en una solución que contiene el colorante solvatocrómico negativo de Reichardt (betaína 30) en condiciones normales, en kcal·mol^-1. El valor E_T^N es el valor E_T(30) normalizado a los extremos de polaridad del tetrametilsilano (=0) y del agua (=1).

Tabla de propiedades de los disolventes

Tabla de disolventes alcohólicos y sus índices de evaporación en relación con el éster n-butílico del ácido acético (= 1)