Очистка твердых органических соединений методом перекристаллизации

Этот метод является самым универсальным и основывается на различной растворимости составных частей смеси. Очень важное значение имеет правильный подбор растворителя. При использовании высокотемпературной перекристаллизации вещество должно ограниченно растворяться в выбранном растворителе на холоде и хорошо при нагревании. Обычно кривая растворимости вблизи точки кипения растворителя резко поднимается вверх. Растворитель не должен реагировать с веществом и легко удаляться при высушивании кристаллов. Если в используемой методике нет четких рекомендаций по проведению перекристаллизации, то подобрать подходящий растворитель вам помогут справочные данные по растворимости исследуемого вещества. Окончательный выбор растворителя можно произвести опытным путем.

Чтобы перекристаллизовать какое-либо вещество, его взвешенное количество помещают в круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником (если растворителем служит вода, то обратный холодильник не нужен). В колбу следует также поместить 2-3 кусочка битого фарфора («кипелки») для обеспечения равномерного кипения раствора при последующем нагревании. В колбу вливают растворитель в несколько меньшем количестве, чем это необходимо для полного растворения вещества, и нагревают смесь до кипения. Затем через обратный холодильник осторожно маленькими порциями добавляют такое количество растворителя, чтобы при кипячении все вещество полностью растворилось.

Полученный горячий насыщенный раствор следует профильтровать, если раствор мутный и содержит нерастворимые примеси. Эту операцию следует проводить быстро, чтобы во время фильтрования не произошло существенное охлаждение и не началось выпадение кристаллов. Можно воспользоваться воронкой для горячего фильтрования или сделать складчатый фильтр. После этого горячий прозрачный раствор охлаждают для обеспечения условий кристаллизации. Кристаллическое вещество отделяют от маточного раствора фильтрованием (удобнее всего воспользоваться воронкой Бюхнера и выполнить фильтрование под вакуумом). На фильтре кристаллы промывают 2-3 раза небольшим количеством холодного растворителя и слегка просушивают (2-3 мин). Осадок переносят на фильтровальную бумагу или в склянку и сушат в зависимости от свойств вещества или на воздухе (рекомендуется прикрыть кристаллы сверху фильтровальной бумагой) или в сушильном шкафу. В последнем случае температура сушильного шкафа выставляется на 30-50^оС ниже температуры плавления данного вещества.

Очистка твердых органических соединений методом возгонки

При возгонке твердое вещество, минуя жидкое состояние, сразу переходит в парообразное, а пары при охлаждении – в твердое. Этим способом пользуются для очистки веществ, имеющих достаточно большое давление пара при сравнительно невысокой температуре. Такими специфическими свойствами обладают немногие вещества. Полезную информацию можно найти в справочниках по физико-химическим свойствам органических веществ. Возгонка чаще используется для очистки небольшого количества вещества, например в качестве конечной операции, при получении образцом для элементного или спектрального анализа.

Скорость возгонки прямо пропорциональна величине поверхности испаряемого вещества, поэтому препарат надо очень тонко измельчать. Возгонку можно проводить при нормальном давлении или в вакууме. Для возгонки при атмосферном давлении измельченное вещество помещают в фарфоровую чашку, покрывают ее кругом из фильтровальной бумаги (диаметр круга должен быть на 1-2 см больше диаметра чашки) с предварительно проколотыми на нем 20-30 небольшими отверстиями. Затем накрывают фарфоровую чашку опрокинутой стеклянной воронкой. Кончик воронки закрывают ватным тампончиком. Фарфоровую чашку и воронку рекомендуется укрепить на лабораторном штативе. Чашку с веществом медленно нагревают. Нагрев следует контролировать, так как перегрев может привести к разложению вещества. Через несколько минут наблюдается образование кристаллов под воронкой. Методом возгонки можно получить вещество очень высокой степени чистоты.

Определение температуры плавления

Для выяснения степени чистоты кристаллического вещества определяют температуру плавления. Каждому чистому индивидуальному веществу соответствует определенная температура плавления. Температурой плавления вещества называется температура, при которой вещество находится в равновесии с собственным расплавом. Разность между температурой, при которой появляется жидкая фаза, и температурой полного расплавления вещества для чистых соединений не должна превышать 0,5^оС. На практике обычно считают допустимым, когда вещество плавится в пределах 1-2^оС.

Вещество, температуру плавления которого надо определить, измельчают и помещают в капилляр, запаянный с нижнего конца. Капилляр наполняют веществом так, чтобы плотный слой его занимал примерно 0,5 см. Если вещество способно возгоняться, то капилляр следует запаять. Заполненный капилляр помещают в прибор таким образом, чтобы столбик с веществом находился на уровне ртутного шарика термометра. В настоящее время существует много различных конструкций приборов для определения температуры плавления, однако принцип действия остается неизменным: обеспечивается нагрев и фиксируется изменение агрегатного состояния вещества и соответствующая температура.

Вещество можно считать чистым (индивидуальным), если оно плавится в узком интервале (не более 2^оС) и отклонение от литературных значений температуры плавления не более 2^оС.

Задание1. В справочнике найдите и выпишите физико-химические данные для бензойной кислоты. Перекристаллизуйте бензойную кислоту из воды. Определите процент потери вещества. Определите температуру плавления очищенного и высушенного вещества. Оцените степень чистоты.

Очистка жидких органических соединений

Основным методом очистки органических жидкостей является перегонка, представляющая собой процесс разделения жидкой смеси на составные компоненты путем нагревания жидкости до кипения и конденсации паров в виде дистиллята в холодильнике.

Простая перегонка

В тех случаях, когда перегоняемое вещество достаточно устойчиво к нагреванию и практически не разлагается при температуре кипения, для очистки пользуются простой перегонкой при атмосферном давлении. Обычно этот способ перегонки целесообразно применять для жидкостей с Т_кип. от 40 до 150⁰С, т.к. выше 150⁰С многие вещества заметно разлагаются, жидкости с Т_кип. ниже 40⁰С перегоняются со значительными потерями.

Простейший прибор для простой перегонки состоит из перегонной колбы (чаще всего колы Вюрца), нисходящего холодильника Либиха, алонжа и приемника. Колбу Вюрца подбирают такой величины, чтобы перегоняемая жидкость заполняла ее не более чем 2/3 объема. В колбу вводят термометр, ртутный шарик которого должен находится примерно на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки. В этом случае шарик термометра хорошо омывается парами перегоняемой жидкости.

Если перегоняемая жидкость кипит при температуре ниже 120 – 130⁰С, то применяют проточное водяное охлаждение. При перегонке жидкостей, кипящих выше этой температуры, рекомендуется использовать в качестве охлаждающего компонента непроточную воду (т.е. воду, которая осталась в холодильнике после прекращения ее подачи) или применять воздушный холодильник. Чтобы жидкость кипела равномерно, в колбу помещают кусочки обожженного фарфора. Скорость перегонки регулируется скоростью поступления жидкости в приемник (не более 1 – 2 капель в секунду). При перегонке чистого вещества температура кипения в течение всего процесса остается постоянной, и только к концу перегонки она возрастает на 1 – 2 ⁰С. Заметное повышение температуры в просе перегонки свидетельствует о том, что перегоняется смесь веществ.