4. Методы выделения и очистки твердых органических веществ

Методы, применяемые для выделения и очистки твердых веществ, основаны на различной растворимости органических соединений, при-надлежащих к различным классам, в определенном растворителе. К та­ким методам относятся перекристаллизация и экстракция. Кроме того, если выделяемое вещество способно при нагревании переходить в газо­образное состояние непосредственно из твердого, т.e. минуя плавление и жидкую фазу, оно может быть легко выделено и качественно очищено методом возгонки.

Широко применяется для разделения сложной смеси на компонен­ты и очистки твердых продуктов от примесей также метод адсорбцион­ной и распределительной хроматографии.

4.1. Возгонка

При возгонке (сублимации) твердое вещество при нагревании, ми­нуя жидкое состояние, переходит в парообразное состояние, и пары при охлаждении образуют сразу твердое вещество. Возгонке подвергаются лишь те вещества, у которых упругость пара в твердом состоянии доста­точно высока при температурах ниже их температур плавления. Поэтому возгонка не может служить универсальным методом очистки для всех веществ. Однако при очистке хинонов, многоядерных углеводородов (на­пример нафталина), ряда органических кислот и некоторых других со­единений этот метод дает хорошие результаты.

Простейшим прибором для возгонки является фарфоровая чашка, накрытая перевернутой вверх носиком конической воронкой. Чтобы суб­лимат не попадал обратно в чашку, между ней и воронкой прокладывают круглый бумажный фильтр с большим количеством проколотых мелких отверстий. Носик воронки закрывают ватой и закрепляют в лапке штати­ва Воронку охлаждают листочками фильтровальной бумаги, смоченными

в холодной воде. На дно чашки насыпают тонкий слой вещества и нагре­вают на песчаной бане или горелке. Пары возгоняющегося вещества про­ходят через отверстия в фильтре, конденсируются на холодных стенках воронки и в виде чистых кристаллов осыпаются на фильтр.

Вещества при сублимации следует нагревать очень осторожно, так как даже небольшой перегрев может привести к быстрому обугливанию продукта. Возгонка должна происходить медленно. Налет вещества дол­жен появиться на стенках воронки только через 15-20 минут.

4.2.Экстр акция

Экстракцией называют извлечение вещества из раствора с помо­щью другого растворителя. Наибольшее применение имеет экстракция веществ из водного раствора органическим раствори гелем. В качестве экстрагентов в этом случае наиболее часто применяют, дитгиловый эфир, бензол, хлороформ, петролейный эфир и т.д. Растворигель не должен рас­творяться в воде. Растворимость в нем извлекаемого вещества должна быть значительно выше, чем в исходном растворе. Расширитель должен иметь невысокую температуру кипения и легко отгоняться при выделении чистого вещества. Раствор и экстрагент должны значительно отличаться по плотности.

Если экстрагируемое вещество хорошо растворимо в воде, то при­меняют метод высаливания. К раствору добавляют твердую соль, обла­дающую высокой растворимостью в воде (хлорид натрия, сульфат аммо­ния, карбонат калия и др.). Происходит изменение плотности раствора, уменьшается растворимость извлекаемого вещества, и экстракция облег­чается. Метод высаливания применим также и при разложении стойких эмульсий.

Чаще всего экстракцию проводят в делительной воронке цилиндри­ческой или конической формы. Предварительно надо смазать кран ворон­ки и убедиться в его герметичности и легкости вращения. Затем в дели­тельную воронку наливают столько раствора и экстрагента, чтобы общее количество жидкости было не более 3/4 объема воронки. Объем раство­рителя должен составлять примерно 20% от объема раствора. Следует иметь в виду, что многократная экстракция малыми порциями раствори­теля дает значительно лучший эффект, чем использование всего объема растворителя сразу.

Воронку закрывают пробкой и, придерживая одной рукой пробку, а другой кран, осторожно встряхивают, держа воронку в горизонтальном положении. Затем воронку переворачивают краном вверх и открывают его для выравнивания избыточного давления. Эти операции повторяют до

тех пор. пока при открывании крана не будет слышно характерного ши­пения.

После встряхивания воронку закрепляют в штативе и дают жидко­стям отстояться. Пробку открывают после расслоения жидкостей. Ниж­ний слой сливают в колбу или стакан через кран воронки, верхний слой выливают через горло воронки в другую колбу. Экстракцию повторяют со свежей порцией растворителя.

Раствор после экстракции необходимо высушить от остатков воды. Для сушки используются те же осушители, что и при работе с жидкими веществами.

Выделять вещества методом экстракции можно и из твердой смеси. Простейшим случаем подобной экстракции является взбалтывание веще­ства с подходящим растворителем в закрытой колбе при комнатной тем­пературе. Вещество вымывается растворителем, который по мере насы­щения заменяют свежими порциями. Этот метод применяется чаще всего при работе с соединениями, не стойкими при повышенной температуре. Если вещество устойчиво при относительно высоких температурах, экс­тракцию ведут при температуре кипения растворителя. Конечно, такой процесс идет гораздо быстрее, чем экстракция при обычной температуре. Эту операцию проводят путем кипячения твердого вещества с расгвори-телем в круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником. По­сле насыщения растворитель сливают и заменяют новыми порциями до тех пор, пока не будет закончено извлечение вещества.

Если вещество плохо растворимо в органических растворителях, то для его полного извлечения свежие порции растворителя приходится до­бавлять многократно. В итоге расходуется неоправданно большой объем растворителя, а процесс экстракции занимает весьма длительное время. В таких случаях полезным оказывается использование аппаратов для не­прерывной экстракции. Наиболее распространенным из них является прибор Сокслета. Основной частью прибора Сокслета является экстрак­тор, соединенный снизу с круглодонной колбой, в которой нагревают до кипения растворитель, а сверху - с обратным холодильником. Экстрактор имеет две трубки: широкую пароотводную и узкую сифонную для слива раствора. Подлежащее очистке вещество в гильзе из фильтровальной бу­маги помещают на дно экстрактора. Пары растворителя по пароотводной трубке поднимаются в холодильник и в виде горячего конденсата стекают на дно экстрактора, экстрагируя вещество в гильзе. Раствор, заполнив экстрактор до высоты сифонной трубки, стекает по ней обратно в колбу Такая экстракция происходит непрерывно и сравнительно небольшим ко личест^ом растворителя.