806

Пример 3. Предпринята попытка синтеза вещества А по двум разным методикам из разных исходных веществ. Полученные в синтезах кристаллические продукты отличаются по форме кристаллов и по температурам плавления как друг от друга, так

иот справочных значений для вещества А.

Вэтих и многих других случаях химику предстоит ответить на вопрос: является ли вещество А действительно веществом А или это какое-то другое вещество. Как уже отмечалось, для окончательной идентификации вещества необходимо провести ряд длительных и сложных анализов. Но в рассмотренных случаях ответ на поставленный вопрос можно получить значительно более простым и легким путем – пробой смешенного плавления.

Проба смешенного плавления основана на том, что даже незначительные примеси сильно понижают температуру плавления вещества. Для ее проведения чистое вещество А извест-

ной структуры смешивают на часовом стекле с веществом, в отношении строения которого имеются сомнения. Смесь осторожно нагревают на спиртовке до плавления, охлаждают и плав измельчают.

Набивают три капилляра: 1 – чистым веществом А, 2 – испытуемым веществом и 3 – их смесью. Все три капилляра закрепляют на одном термометре и определяют температуру плавления веществ. При этом возможны три варианта.

1.Все три капилляра показали одинаковую температуру плавления. Это убедительно доказывает, что испытуемое вещество действительно является веществом А. Во всех трех капиллярах содержалось одно и то же вещество с определенной постоянной температурой плавления.

2.Первым плавление началось в капилляре с испытуемым веществом, затем расплавилась смесь веществ, и при самой высокой температуре расплавилось чистое вещество А. В этом случае велика вероятность, что вещество А и испытуемое вещество идентичны, но в испытуемом веществе содержатся примеси, которые и понизили его температуру плавления. Следует провести его дополнительную очистку (например, перекристаллизацией) и повторить пробу смешенного плавления.

41

3. Первой расплавилась смесь веществ, а затем (в любом порядке) расплавилось вещество А и испытуемое вещество. Такой результат свидетельствует, что испытуемое вещество и вещество А являются разными по строению. Действительно, любое из них по отношению к другому является примесью, поэтому их смесь имеет температуру плавления более низкую, чем любой из составляющих ее компонентов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Для каких целей в промышленности и лабораторной практике применяется перегонка?

2.В каких случаях применяются простая и фракционная перегонки, а в каких – перегонка с водяным паром? В каких случаях целесообразно применить перегонку при уменьшенном давлении?

3.Из каких основных частей состоят установки для про-

стой перегонки, для фракционной перегонки, для перегонки

сводяным паром?

4.Какие меры предосторожности необходимы при вакуумной перегонке?

5.Как подготовить жидкость к перегонке?

6.Как правильно установить термометр в колбу Вюрца?

7.С какой целью в колбу с перегоняемой жидкостью бросают «кипелки»?

8.В каких случаях пользуются водяными холодильниками для конденсации паров, а в каких – воздушными?

9.Какие виды нагревателей используются при перегонке?

10.Когда используют колбу Вюрца с высоким боковым отводом, а когда – с низким?

11.Почему применение дефлегматора обеспечивает большую чистоту отгоняемого продукта?

12.По каким критериям оценивают чистоту жидких ве-

ществ?

42

13.Какими основными принципами руководствуются при выборе растворителя для перекристаллизации, экстракции?

14.Как должны взаимодействовать при низких и высоких температурах очищаемое вещество и растворитель, примеси и растворитель при перекристаллизации?

15.В каких случаях используются смеси растворителей?

16.Если известно, что предстоит очистить несколько порций одного и того же вещества, то как в этом случае можно уменьшить потери вещества при перекристаллизации?

17.Для каких целей проводят пробу смешенного плавления? Как интерпретировать ее результаты?

Лабораторная работа № 1 ОЧИСТКА ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ ПЕРЕГОНКОЙ

Реактивы: смесь органических растворителей.

Посуда: колба Вюрца или круглодонная колба с насадкой Вюрца, термометр, холодильник Либиха, аллонж, плоскодонные колбы на 100 мл, коническая воронка, мерный цилиндр на 50 мл.

По заданию преподавателя собирают установку для простой (см. рис. 3) или фракционной (см. рис. 5) перегонки.

Взвешивают на технических весах полученную для перегонки смесь жидкостей, и тонкой струйкой переливают ее в перегонную колбу через воронку, вставленную в горло колбы. Извлекают воронку, бросают в колбу 2–3 кусочка керамики, вставляют термометр, подают воду в холодильник и включают нагреватель. Если жидкость долго не закипает, укрывают колбу асбестовым полотном. С момента закипания жидкости внимательно следят за температурой. В первый момент кипения паров в колбе немного и показания термометра не изменяются, но спустя несколько секунд пары достигают шарика термометра, и температура резко повышается до определенного значения. Записывают температуру начала перегонки. Первые 3–4 капли дистиллята отбрасывают (они обычно содержат следы воды и загрязнения, которые могли быть в холо-

43

дильнике), и, поменяв приемник, начинают собирать первую фракцию. Если температура к этому времени изменилась, записывают температуру начала сбора первой фракции. Через 10 град вновь меняют приемник и собирают вторую фракцию и т.д., каждый раз отмечая интервал температур кипения каждой фракции. Перегонку заканчивают, когда в перегонной колбе останется 3–5 мл жидкости. Выключают плитку и сразу убирают ее из-под установки (осторожно, берегись ожога!). Разбирать установку можно после полного охлаждения перегоннойколбы.

Взвешивают на технических весах мерный цилиндр и последовательно переносят в него полученные в ходе перегонки фракции из приемников. Записывают их объем и массу. По результатам этих измерений ориентировочно рассчитывают плотность каждой фракции. Последним взвешивают остаток из перегонной колбы. Фракцию с большей массой и объемом принимают за основную.

Уосновнойфракции, а такжеу фракций с большейи меньшей температурой кипенияопределяютпоказатель преломления.

Результаты лабораторной работы оформляют в лабораторном журнале в виде отчета, в котором указывают номер лабораторной работы и ее название; приводят схематичный рисунок установки для перегонки; массу и объем жидкости для перегонки, температуру начала и конца перегонки. Полученные в ходе работы данные представляют в виде таблицы.

Результаты фракционной перегонки

Идентификационные характеристики основной фракции сравнивают со справочными значениями и делают вывод о чистоте разделения веществ в ходе перегонки. Подсчитывают выход чистого вещества в массовых процентах.

44

Лабораторная работа № 2 ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ АЦЕТАНИЛИДА

Реактивы: ацетанилид, вода дистиллированная или водопроводная.

Посуда: стакан химический термостойкий на 100 мл, круглодонная колба на 250 мл, обратный холодильник, воронка с обрезанным концом, колба Бунзена, воронка Бюхнера, колба коническая, водоструйный насос.

Навеску ацетанилида 4–5 г, взятую на технических весах, переносят в круглодонную колбу, добавляют кипелки и смачивают небольшим количеством растворителя (воды). Колбу соединяют с обратным холодильником и нагревают до кипения (см. рис. 15). Параллельно в химическом стакане греют чистую воду.

Если вещество растворилось не полностью, то горячий растворитель добавляют небольшими порциями через верхний тубус холодильника, после чего каждый раз взбалтывают содержимое колбы и доводят его до кипения. При достижении полного растворения вещества насыщенный горячий раствор быстро отфильтровывают от механических примесей через складчатый фильтр в плоскодонную колбу или стакан на 250 мл (воронка и колба должны быть предварительно нагреты). После фильтрования фильтр промывают небольшим количеством горячего растворителя. Фильтрат охлаждают сначала при комнатной, а затем при пониженной температуре. Выпавшие кристаллы отделяют от маточного раствора с помощью водоструйного насоса на воронке Бюхнера с колбой Бунзена. Осадок промывают холодным растворителем, отжимают на фильтре, затем переносят на фильтровальную бумагу вместе с фильтром и сушат на воздухе. После сушки осадок взвешивают, определяют температуру плавления и делают расчет выхода.

Результаты лабораторной работы оформляют в лабораторном журнале в виде отчета, в котором указывают номер лабораторной работы и ее название; приводят схематичные рисунки

45

установок и приборов, использованных в работе; краткое описание хода работы; массу вещества для перекристаллизации; массу чистого продукта и температуру его плавления. Подсчитывают выход чистого вещества в массовых процентах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии: пособие для вузов / Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян [и др.]; под ред. Н.А. Тюкавкиной. − 2-е изд., пере-

раб. и доп. − М.: Дрофа, 2002. − 384 c.

2.Дерябина Г.И., Потапова И.А., Нечаева О.Н. Практикум по органической химии. Ч. I: Методы очистки и идентификации органических соединений: учеб. пособие. − Самара: Универс-

Групп, 2005. − 84 с.

3.Методы выделения и очистки органических соединений: метод. пособие / сост. Т.А. Ермакова, В.В. Акатьев. – Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2007. − 49 с.

46

47

Учебное издание

Уханов Сергей Евгеньевич

МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Учебно-методическое пособие

Редактор и корректор И.Н. Жеганина

Подписано в печать 6.05.2016. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 3,0. Тираж 200 экз. Заказ № 74/2016.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.

48