Proponha um esquema para a separação da trimetilamina, dimetilamina, metilamina e amônia por meio de uma cromatografia de troca iônica.

Passo 1

O enunciado pede que a gente separe quatro bases nitrogenadas — amônia, metilamina, dimetilamina e trimetilamina — usando cromatografia de troca iônica. O conteúdo central é a cromatografia de troca catiônica, que separa compostos com carga positiva segundo sua força de interação com grupos sulfonato (por ex., resina Dowex 50 no próton). Para projetar o esquema, vamos precisar dos valores de \mathrm{p}K_a dos respectivos catiões protonados: \mathrm{p}K_a(\mathrm{NH}_4^+)=9,25, \mathrm{p}K_a((\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{NH}^+)=9,80, \mathrm{p}K_a(\mathrm{CH}_3\mathrm{NH}_3^+)=10,64, \mathrm{p}K_a((\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{NH}_2^+)=10,73.

Passo 2

Carregamento da amostra:
  1. Ajuste o pH da mistura para um valor bem baixo (por ex. pH 2–3) usando HCl; nesse pH todas as bases estarão totalmente protonadas e, portanto, carregadas positivamente.
  2. Injete a amostra no leito da coluna de resina catiônica em forma H ^+.

Passo 3

Princípio de retenção:
• Cada amina protonada interage por troca iônica com os grupos –SO _3^- da resina.
• A força dessa interação depende de quão fortemente a base se mantém protonada, ou seja, do seu \mathrm{p}K_a: bases com \mathrm{p}K_a maior ficam protonadas até pH mais alto e, portanto, retidas por mais tempo.

Passo 4

Estratégia de eluição por gradiente de pH:
  1. Após o carregamento, começa-se a correr um eluente cujo pH é gradualmente elevado de ~2 até ~12 (por exemplo, uma série de tampões de amônio/amoníaco ou NaOH diluído).
  2. À medida que o pH ultrapassa o \mathrm{p}K_a de cada catião, esse composto perde a carga positiva (desprotona) e descola da resina, saindo da coluna.

Passo 5

Ordem e pH aproximado de eluição:
– Em torno de pH \approx 9,0 (já acima de 9,25) desprotona \mathrm{NH}_4^+, eluindo a amônia.
– Em torno de pH \approx 9,8 desprotona (\mathrm{CH}_3)_3\mathrm{NH}^+, eluindo a trimetilamina.
– Em torno de pH \approx 10,6 desprotona \mathrm{CH}_3\mathrm{NH}_3^+, eluindo a metilamina.
– Em torno de pH \approx 10,7–11 desprotona (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{NH}_2^+, eluindo a dimetilamina.

Resposta

Use uma coluna de troca catiônica (resina –SO _3^- / H ^+), carregue a pH ~2 (todas as bases protonadas) e elua com gradiente de pH de ~2 a ~12. Conforme o pH ultrapassa os \mathrm{p}K_a sucessivos — 9,25; 9,80; 10,64; 10,73 — eluem, na ordem, amônia → trimetilamina → metilamina → dimetilamina.

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