Kaip kristalizuoti organinius junginius: 11 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: Jason Gerald | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 11:25

Kristalizacija (arba perkristalinimas) yra svarbiausias organinių junginių valymo metodas. Priemaišų šalinimo procesas kristalizuojant apima junginio ištirpinimą tinkamame karštame tirpiklyje, tirpalo atšaldymą ir prisotinimą išgryninamu junginiu, tirpalo kristalizavimą, izoliaciją filtruojant, paviršiaus plovimą šaltu tirpikliu, kad būtų pašalintos likusios priemaišos, ir džiovinimas.

Šią procedūrą geriausia atlikti kontroliuojamoje chemijos laboratorijoje, gerai vėdinamoje vietoje. Atkreipkite dėmesį, kad ši procedūra yra plačiai pritaikoma, įskaitant didelio masto komercinį cukraus valymą kristalizuojant žaliavinio cukraus produktą ir paliekant priemaišas.

Žingsnis

1 žingsnis. Pasirinkite tinkamą tirpiklį

Prisiminkite terminą „patinka ištirpsta kaip“arba „Similia similibus solvuntur“, o tai reiškia, kad panašios struktūros medžiagos ištirps viena kitoje. Pavyzdžiui, cukrus ir druskos tirpsta vandenyje, o ne aliejuje, o nepoliniai junginiai, tokie kaip angliavandeniliai, ištirps nepoliniuose angliavandenilių tirpikliuose, tokiuose kaip heksanas.

• Idealus tirpiklis turi šias savybes:

  • Karšti tirpūs junginiai, bet šalti netirpsta.
  • Visiškai netirpdamos jokių priemaišų (kad jas būtų galima išfiltruoti ištirpus nešvariam junginiui), arba ištirpinant visas priemaišas (kad jos liktų tirpale, kai norimas junginys kristalizuojasi).
  • Nereaguoja su junginiais.
  • Negalima deginti.
  • Ne toksiškas.
  • Nebrangus.
  • Labai lakus (todėl jį galima lengvai atskirti nuo kristalų).

• Dažnai sunku nustatyti geriausią tirpiklį, kuris dažnai gaunamas eksperimentiškai arba naudojant labiausiai nepolinį tirpiklį. Susipažinkite su toliau pateiktu dažniausiai naudojamų tirpiklių sąrašu (nuo daugumos poliarinių iki mažiausiai polinių). Atkreipkite dėmesį, kad arti vienas kito esantys tirpikliai susimaišys (ištirps vienas kitą). Dažniausiai naudojami tirpikliai yra paryškinti.

  • Vanduo (H.₂O) yra nedegus, netoksiškas tirpiklis ir ištirps daug polinių organinių junginių. Trūkumas yra aukšta virimo temperatūra (100 laipsnių Celsijaus), todėl ji yra palyginti nepastovi ir sunku atskirti nuo kristalų.
  • Acto rūgštis (CH₃COOH) yra naudinga medžiaga oksidacijos reakcijoms, tačiau reaguoja su alkoholiais ir aminais, todėl ją sunku atskirti (virimo temperatūra yra 118 laipsnių Celsijaus).
  • Dimetilsulfoksidas (DMSO), metilsulfoksidas (CH₃SOCH₃) daugiausia naudojamas kaip tirpiklis reakcijoms, retai - kristalizacijai. Ši medžiaga verda 189 laipsnių Celsijaus temperatūroje ir ją sunku atskirti.
  • Metanolis (CH₃OI) yra naudingas tirpiklis tirpinant įvairius junginius, kurių poliškumas didesnis nei kitų alkoholių. Virimo temperatūra: 65 laipsnių Celsijaus. C.
  • Acetonas (CH3COCH3) yra labai geras tirpiklis, trūkumas yra tas, kad jis turi žemą virimo temperatūrą - 56 laipsnius Celsijaus, todėl temperatūrų skirtumas yra mažas junginio tirpumo virimo temperatūroje ir kambario temperatūroje.
  • 2-butanonas, metiletilketonas, MEK (CH₃COCH₂CH₃) yra puikus tirpiklis, kurio virimo temperatūra yra 80 laipsnių Celsijaus.
  • Etilacetatas (CH₃COOC₂H₅) yra puikus tirpiklis, kurio virimo temperatūra yra 78 laipsniai Celsijaus.
  • Dichlormetanas, metileno chloridas (CH₂Cl₂) naudingas kaip tirpiklio partneris su ligroinu, tačiau jo tik 35 laipsnių Celsijaus virimo temperatūra yra per žema, kad būtų geras kristalizacijos tirpiklis. Tačiau. jo užšalimo temperatūra yra -78 laipsniai Celsijaus. naudojant ledo ar acetono muilą,
  • Dietilo eteris (CH₃CH₂OCH₂CH₃) naudinga kaip tirpiklio pora su ligroinu, tačiau jo virimo temperatūra 40 laipsnių Celsijaus yra per žema, kad būtų geras kristalizacijos tirpiklis.
  • Metilo t -butilo eteris (CH₃OC (CH₃)₃) yra nebrangus tirpiklis, geras dietilo eterio pakaitalas dėl aukštesnės virimo temperatūros, 52 laipsnių Celsijaus.
  • Dioksanas (C.₄H₈O₂) yra medžiaga, kuri lengvai atskiriama nuo kristalų, yra švelnus kancerogenas, sudaro peroksidus ir virimo temperatūra yra 101 laipsnis pagal Celsijų.
  • Toluenas (C.₆H₅CH₃) yra geras tirpiklis arilo junginių kristalizacijai ir pakeitė anksčiau dažniausiai naudojamus benzeno junginius (silpnus kancerogenus). Trūkumas yra aukšta virimo temperatūra, 111 laipsnių Celsijaus, todėl sunku atskirti nuo kristalų.
  • Pentanas (C.₅H₁₂) Jis plačiai naudojamas nepoliniams junginiams, dažnai kaip porinis tirpiklis su kitais tirpikliais. Dėl žemos virimo temperatūros šis tirpiklis yra naudingesnis, kai naudojamas kartu su ledu ar acetonu.
  • Heksanas (C.₆H₁₄) naudojamas nepoliniams junginiams, inertiškas, dažnai naudojamas kaip tirpiklių pora, virimo temperatūra 69 laipsnių Celsijaus.
  • Cikloheksanas (C.₆H₁₂) panašus į heksaną, tačiau pigesnis ir virimo temperatūra 81 laipsnis pagal Celsijų.
  • Naftos eteris yra sočiųjų angliavandenilių mišinys, kurio pagrindinis komponentas yra pentanas, yra nebrangus ir gali būti naudojamas pakaitomis su pentanu. Virimo temperatūra yra 30–60 laipsnių Celsijaus.

  • Ligroinas yra sočiųjų angliavandenilių mišinys, pasižymintis heksano savybėmis.

    Žingsniai renkantis tirpiklį:

1. Į mėgintuvėlį įpilkite nedidelį kiekį priemaišų junginio kristalų ir įlašinkite po vieną lašą kiekvieno tirpiklio, kad jis galėtų tekėti žemyn.
2. Jei mėgintuvėlio kristalai iš karto ištirpsta kambario temperatūroje, atmeskite tirpiklį, nes esant žemai temperatūrai didelis junginio kiekis liks tirpus. Išbandykite kitą tirpiklį.
3. Jei kristalai netirpsta kambario temperatūroje, šildykite mėgintuvėlį karšto smėlio vonelėje ir stebėkite kristalus. Jei kristalai neištirpo, įpilkite dar vieną lašą tirpiklio. Jei kristalai ištirpsta tirpiklio virimo temperatūroje ir vėl kristalizuojasi atvėsę iki kambario temperatūros, radote tinkamą tirpiklį. Jei ne, išbandykite kitą tirpiklį.

4. Jei po tirpiklio bandymo proceso nerandama patenkinamo vieno tirpiklio, naudokite tirpiklių porą. Kristalus ištirpinkite geresniame tirpiklyje (tirpiklyje, kuris, kaip įrodyta, ištirpina kristalus), tada į karštą tirpalą įpilkite mažiau palankaus tirpiklio, kol jis pasidarys drumstas (tirpalas prisotinamas tirpios medžiagos). Tirpiklių poros turi būti sumaišytos viena su kita. Kai kurios naudingos tirpiklių poros yra acto rūgštis - vanduo, etanolis - vanduo, dioksanas - vanduo, acetonas - etanolis, etanolis - dietilo eteris, metanolis - 2 -butanonas, etilo acetatas - cikloheksanas, acetonas - ligroinas, etilo acetatas - ligroinas, dietilo eteris - ligroinas, dichlormetanas - ligroinas, toluenas - ligroinas.

   

   2 žingsnis. Ištirpinkite priemaišų junginį

   Norėdami atlikti šią procedūrą, įdėkite junginį į mėgintuvėlį. Sumaišykite stambius kristalus maišymo lazdele, kad paspartintumėte tirpimą. Lašeliu įpilkite tirpiklio. Norint atskirti netirpias kietas priemaišas, tirpikliui ištirpinti naudokite tirpiklio perteklių ir kietas priemaišas filtruokite kambario temperatūroje (žr. 4 žingsnio filtravimo procedūrą), tada išgarinkite tirpiklį. Prieš kaitindami įkiškite aplikatoriaus medieną į mėgintuvėlį, kad išvengtumėte perkaitimo (tirpalas pašildomas virš tirpalo virimo temperatūros, neužvirinant). Į medieną įstrigęs oras išeis į branduolius, kad tirpalas galėtų dar labiau užvirti. Arba naudokite perforuotą porceliano virimo drožlę. Pašalinus kietąsias priemaišas ir išgaravus tirpikliui, po truputį įpilkite tirpiklio, maišydami kristalus stikline maišykle ir kaitindami mėgintuvėlį garuose arba smėlyje, kol junginys visiškai ištirps minimaliu tirpikliu.

   

   Žingsnis 3. Pašalinkite tirpalo spalvą

   Praleiskite šį veiksmą, jei tirpalas yra bespalvis arba tik šiek tiek gelsvas. Jei tirpalas yra spalvotas (dėl cheminės reakcijos susidaro didelės molekulinės masės šalutiniai produktai), įpilkite tirpiklio pertekliaus ir aktyvintos anglies (anglies) ir virkite tirpalą keletą minučių. Spalvotos priemaišos bus adsorbuotos ant aktyvintos anglies paviršiaus dėl didelio mikroporingumo laipsnio. Filtruojant atskirkite anglį, kurioje jau yra adsorbuotų priemaišų, kaip bus paaiškinta kitame žingsnyje.

   

   4 žingsnis. Atskirkite kietas medžiagas filtruodami

   Filtruoti galima gravitaciniu filtravimu, dekantavimu arba tirpalo atskyrimu naudojant pipetę. Apskritai nenaudokite vakuuminio filtravimo, nes tirpiklis proceso metu atvės, todėl produktas kristalizuojasi filtre.

   • Gravitacinis filtravimas: tai yra geriausias būdas atskirti smulkią anglį, dulkes, pūkelius ir pan. Paimkite tris Erlenmeyerio kolbas, įkaitintas karštu garu arba ant kaitlentės: pirmoje yra filtruojamas tirpalas, antroje - keli mililitrai tirpiklio ir piltuvas be kotelio, o trečioje - keli mililitrai kristalinio tirpalo, skirto skalbti. Į antrąją Erlenmeyerio kolbą įdėkite gofruotą filtravimo popierių (naudojamą todėl, kad nenaudojate vakuumo) ant piltuvo be stiebo (be kamieno, kad prisotintas tirpalas neatvėstų ir neužkimštų piltuvo koto). Filtruojamą tirpalą užvirinkite, nuimkite rankšluosčiu, tada supilkite tirpalą ant filtravimo popieriaus. Į filtravimo popieriaus kristalus įpilkite verdančio tirpiklio iš trečiosios Erlenmeyerio kolbos ir, norėdami nuplauti pirmąją Erlenmeyerio kolbą, kurioje yra filtruotas tirpalas, į filtravimo popierių įpilkite skalbimo mašinos. Filtruotą tirpalą virinant pašalinamas tirpiklio perteklius.
   • Dekantavimas: Šis metodas naudojamas didelėms kietoms priemaišoms. Supilkite karštą tirpiklį, kad netirpios kietos medžiagos liktų.
   • Tirpiklio atskyrimas pipete: Šis metodas naudojamas mažam tirpalo kiekiui, jei kietos priemaišos yra pakankamai didelės. Į mėgintuvėlio dugną (apskritas dugnas) įkiškite pipetę su kvadratiniu galu, tada skystį atskirkite, čiulpdami jį pipete. Kietos priemaišos bus paliktos.

   

   5 žingsnis. Kristalizuokite norimą junginį

   Šis veiksmas atliekamas darant prielaidą, kad visos spalvos ir netirpios priemaišos buvo atskirtos atitinkamais aukščiau aprašytais veiksmais. Pašalinkite tirpiklio perteklių virindami arba švelniai tekantį orą. Pradėkite nuo tirpalo, kuris virimo temperatūroje yra prisotintas tirpios medžiagos. Leiskite lėtai atvėsti iki kambario temperatūros. Prasidės kristalizacija. Priešingu atveju pradėkite procesą įterpdami sėklų kristalus arba pradėkite nuo mėgintuvėlio su stikline maišykle skysčio ir oro sąsajoje. Prasidėjus kristalizacijos procesui, netrukdykite talpyklai, kad susidarytų dideli kristalai. Norėdami lėtai aušinti (kad susidarytų didesni kristalai), galite izoliuoti indą medvilniniu arba popieriniu popieriumi. Didesnius kristalus lengviau atskirti nuo priemaišų. Kai indas bus visiškai kambario temperatūros, atvėsinkite ant ledo maždaug penkias minutes, kad padidintumėte kristalų skaičių.

   

   Žingsnis 6. Paimkite ir nuplaukite kristalus

   Norėdami atlikti šią procedūrą, filtrus atskirkite kristalus nuo ledo tirpiklio. Filtruoti galima naudojant Hirsch piltuvą, Buchnerio piltuvą arba atskiriant tirpiklį pipete.

   • Filtravimas Hirsch piltuvėliu: į sandariai uždarytą vakuuminę kolbą įdėkite Hirsh piltuvą su neplautu filtravimo popieriumi. Padėkite filtro kolbą ant ledo, kad tirpiklis būtų vėsus. Sudrėkinkite filtravimo popierių kristalizuojančiu tirpikliu. Kolbą prijunkite prie aspiratoriaus, įjunkite siurblį ir įsitikinkite, kad filtro popierius vakuume traukiamas žemyn į piltuvą. Supilkite ir įbrėžkite kristalus į piltuvą ir pašalinkite vakuumą, kai tik skystis bus atskirtas nuo kristalų. Kristalizacijos kolbą nuplaukite keliais lašais šalto tirpiklio ir supilkite į piltuvą, vėl įkišdami vakuumą, ir pašalinkite vakuumą, kai tik visas skystis bus atskirtas nuo kristalų. Krištolus kelis kartus nuplaukite ledu šaltu tirpikliu, kad pašalintumėte likusias priemaišas. Baigę skalbti, palikite vakuumą, kad kristalai išdžiūtų.
   • Filtravimas naudojant Buchnerio piltuvą: Į Buchnerio piltuvo apačią įdėkite neplauto filtravimo popieriaus gabalėlį ir sudrėkinkite jį tirpikliu. Pritvirtinkite piltuvą prie filtro kolbos guminiu arba sintetiniu kaučiuku, kad būtų galima siurbti vakuume. Supilkite ir įbrėžkite kristalus į piltuvą, tada pašalinkite vakuumą, kai tik skystis atsiskiria į kolbą ir kristalai lieka ant popieriaus. Kristalizacijos kolbą nuplaukite ledu šaltu tirpikliu, įpilkite į išplautus kristalus, vėl įdėkite vakuumą ir išimkite, kai skystis atsiskiria nuo kristalų. Pakartokite ir nuplaukite tiek kristalų, kiek reikia. Palikite vakuumą, kad pabaigoje išdžiūtų kristalai.
   • Skalbkite pipete, šis metodas naudojamas plauti kristalus nedideliais kiekiais. Į mėgintuvėlio dugną (suapvalintą dugną) įkiškite pipetę kvadratiniu galu ir atskirkite skystį taip, kad liktų tik nuplauta kieta medžiaga.

   

   Žingsnis 7. Išdžiovinkite nuplautą produktą

   Galutinai išdžiovinti nedidelius kristalizuoto produkto kiekius galima suspaudus kristalus tarp dviejų filtravimo popieriaus gabalų ir išdžiovinus ant laikrodžio stiklo.

   Patarimai

   • Jei naudojamas per mažai tirpiklio, tirpalas atvėsęs gali kristalizuotis per greitai. Jei kristalizacija yra per greita, priemaišos gali būti įstrigusios kristale, todėl nebus pasiektas gryninimo tikslas kristalizacijos būdu. Kita vertus, jei naudojamas per daug tirpiklio, kristalizacija gali išvis neįvykti. Geriausia, jei pridėsite šiek tiek daugiau tirpiklio, kai jis bus prisotintas virimo temperatūroje. Norint rasti tinkamą pusiausvyrą, reikia praktikos.
   • Kai bandydami rasti idealų tirpiklį, atlikite kelis eksperimentus, pirmiausia pradėkite nuo žemesnio virimo temperatūros ir lakesnių tirpiklių, nes juos lengviau atskirti.
   • Galbūt svarbiausias žingsnis yra palaukti, kol karštas tirpalas lėtai atvės ir leisti susidaryti kristalams. Labai svarbu būti kantriam ir neliesti aušinamo tirpalo.
   • Jei pridedama per daug tirpiklio, kad susidarytų labai mažai kristalų, kaitinant išgarinkite dalį tirpiklio ir pakartotinai atvėsinkite.