Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология органических веществ. Учебное пособие-1
.pdf
Возгонка производится как при атмосферном, так и при
пониженном давлении.
Простой прибор для возгонки при атмосферном давлении
состоит из фарфоровой чашки и поставленной на нее воронки (рис.
2.44, а) / 6 /.
а б в
Рис. 2.44. Приборы для возгонки
Воронка должна быть несколько меньшего сечения, чем
чашка. Трубку воронки неплотно закрывают ватой. Чтобы сублимат
не падал обратно в чашку, ее покрывают круглым
бумажным фильтром, в котором в нескольких местах сделаны
отверстия. Для малых количеств веществ удобно использовать
приспособление, показанное на рис. 2.44 б.
Вещества, которые не возгоняются или очень медленно
возгоняются при атмосферном давлении, часто возгоняются под
уменьшенным давлением. Для этого используют прибор,
изображенный на рис. 2.44 в. При открывании прибора необходимо
111
избегать встряхивания (прогреть шлиф!), чтобы не вызвать опадения
сублимата с «охлаждающего пальца».
Охлаждающая поверхность «пальца» должна быть по
возможности незначительно удалена от нагреваемого пространства,
где происходит возгонка (более высокая скорость возгонки!).
Возгонка происходит только с поверхности вещества, и поэтому
препарат надо очень тонко измельчать. Повышением температуры
можно достигнуть более высокой скорости возгонки, но при этом
образуются мелкокристаллические и в большинстве случаев менее
чистые сублиматы.
Возгонка часто имеет ряд преимуществ по сравнению с
кристаллизацией: при возгонке в большинстве случаев получаются
очень чистые вещества и, кроме того, этим путем можно очистить
очень небольшие количества.
.5.4 Экстракция
2
Для очистки веществ от примесей и для разделения смеси
веществ часто применяют метод экстрагирования / 2 /.
Экстракцией называется метод извлечения растворителями из
смеси каких-либо веществ того или другого компонента / 1 /.
В основе этого метода лежат закон распределения вещества
между двумя несмешивающимися жидкостями (если экстрагируют
вещество из раствора в какой - нибудь жидкости) и различная
растворимость отдельных веществ в данном растворителе (если
вещество извлекают из смеси с другими веществами).
Большинство веществ (как жидких, так и твердых)
растворяется в нескольких растворителях. Если данное вещество
растворено в каком - либо растворителе и к этому раствору прибавить
другой растворитель, не смешивающийся с первым, то часть вещества
перейдет в этот растворитель, образуя два слоя несмешивающихся
жидкостей, в которых будет содержаться данное вещество. При этом
распределение вещества между двумя растворителями будет вполне
определенным для каждого отдельного случая (отношение
112
концентраций растворенного вещества в обеих жидких фазах
называется коэффициентом распределения).
Например, уксусная кислота очень хорошо растворяется в воде
и в бензоле. Бензол же в воде практически нерастворим. Поэтому,
если к водному раствору уксусной кислоты добавить бензол, то
уксусная кислота распределится между водой и бензолом. Повторяя
операцию несколько раз, можно извлечь из воды почти всю уксусную
кислоту.
Если же взять такой случай, когда растворители смешиваются
между собой, а данное вещество растворяется только в одном из них,
то при добавлении в раствор другого растворителя вещество
выпадает.
Например, скипидар растворяется в спирте; если же в
спиртовый раствор его добавить воду, то он выпадет в виде тонкой
эмульсии. Другой пример: воск хорошо растворяется на холоду в
хлороформе, но плохо в холодной этиловом спирте. Поэтому, если к
хлороформному раствору воска добавить некоторое количество
спирта, то воск выделится из раствора в виде хлопьев.
Если же имеется смесь двух или нескольких веществ и нужно
выделить одно из них, то почти всегда можно подобрать такой
растворитель, который растворяет только нужное вещество и почти не
растворяет других.
К числу растворителей, которые наиболее часто применяются
для экстракции из водного раствора, относятся: диэтиловый эфир,
хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, бензол,
петролейный эфир, уксусноэтиловый эфир. При этом выбирают такой
растворитель, в котором лучше всего растворяется экстрагируемое
вещество или который легче удалить из вытяжки. Практически
вещества, плохо растворимые в воде, следует извлекать из водного
раствора петролейным эфиром или бензином, а вещества,
растворимые в воде, - диэтиловым эфиром, обладающим низкой
температурой кипения и большой способностью растворять
органические соединения / 3 /.
113
Использование делительной воронки
Большинство простых экстракций выполняют в делительной
воронке (рис. 2.45) / 4 /.
а б
Рис. 2.45. Делительная воронка:
а – обычное положение; б – положение для
стравливания избыточного давления
Перед началом работы верхнюю пришлифованную пробку и
нижний кран делительной воронки смазывают вазелином. Затем
наливают в делительную воронку раствор и добавляют туда
растворитель (от 1/5 до 1/3 объема раствора); при этом следят, чтобы
количество жидкости в воронке не превышало 2/3 ее объема / 2 /.
Делительную воронку закрывают пробкой и, одной рукой
придерживая пробку, а другой – кран, осторожно встряхивают ее,
114
плавно переворачивая вверх и вниз в течение 5 – 15 минут. Ни в коем
случае нельзя энергично взбалтывать содержимое воронки, так как
при этом образуются стойкие эмульсии, которые трудно разрушаются.
Обычно при встряхивании повышается давление внутри
воронки. Для выравнивания его после кратковременного осторожного
встряхивания, держа воронку в перевернутом положении (рис. 2.45,б),
открывают кран. Давление уравнивается с атмосферным. Затем кран
закрывают и вновь медленно взбалтывают содержимое воронки, после
этого снова открывают кран. Так повторяют несколько раз. По
окончании встряхивания делительную воронку укрепляют на штативе
и дают жидкости полностью расслоиться на два слоя, причем оба слоя
(эфирный и водный) должны быть прозрачны.
После полного расслаивания нижний (водный) слой сливают
через кран, а верхний (эфирный) выливают в соответствующий сосуд
через верхнее отверстие воронки / 3 /.
Если в качестве экстрагента применяется жидкость, плотность
которой больше единицы, например хлороформ, нижним будет слой
органического растворителя.
Обычно органические продукты реакции переходят в верхний
эфирный слой, а неорганические соли, кислоты, основания – в водный
слой. Однако в сомнительных случаях необходимо уточнить, какой из
двух слоев водный. Для этого отбирают несколько капель одного из
слоев и добавляют их в пробирку с водой. Если капли не
растворились, значит это эфирный слой / 2 /.
В случае надобности экстракцию водного слоя повторяют,
используя новую порцию растворителя. Простые расчеты показывают,
что степень извлечения органического вещества из водного слоя будет
значительно выше, если для экстракции использовать не
единовременно одну большую порцию растворителя, а, разделив ее на
части, проводить экстракцию несколько раз / 3 /.
Иногда при встряхивании водных растворов с органическими
растворителями образуются очень стойкие эмульсии. Для разрушения
последних можно применять насыщение водного слоя поваренной
солью или прибавление нескольких капель спирта; иногда достаточно
длительного отстаивания.
115
Непрерывная экстракция
Экстракция с использованием делительной воронки дает
удовлетворительные результаты только тогда, когда выделяемое
соединение имеет такой высокий коэффициент распределения, что
оно переходит почти полностью в тот или иной слой. Однако
некоторые органические соединения типа карбоновых или
сульфокислот легко растворяются как в органических растворителях,
так и в воде. Такие вещества можно экстрагировать из водного
раствора только непрерывной экстракцией / 4 /.
Для экстрагирования жидкости жидкостью при использовании
растворителя с большей плотностью, чем экстрагируемая жидкость,
удобно применять прибор, изображенный на рис. 2.46 а. Для легких
растворителей применяют прибор, показанный на рис. 2.46 б / 1 /.
Принцип действия этих приборов одинаков. Пары
растворителя из колбы по пароотводной трубке экстрактора попадают
в обратный холодильник и, конденсируясь, стекают в приемную
трубку, во втором приборе доходящую до дна экстрактора, а в первом
оканчивающуюся немного выше сливной трубки. На нижнем конце
приемной трубки имеется расширение, в которое вставлена сетка,
вследствие чего растворитель проходит через слой жидкости
раздробленным на мелкие капли, что способствует лучшему
извлечению экстрагируемого вещества.
Экстрагируемую жидкость наливают в экстрактор до уровня,
немного не доходящего до отверстия пароотводной трубки. Экстракт
все время стекает навстречу пару.
Продолжительность экстрагирования зависит от
коэффициента распределения растворенного вещества между двумя
жидкостями – растворителями. Если растворенное вещество
окрашено, экстракт также окрашен, и по интенсивности его окраски
определяют продолжительность экстрагирования. Если вещество
бесцветно, то полнота экстрагирования определяется только
временем, так как взять пробу жидкости из прибора трудно.
Экстракция твердых веществ
Иногда необходимо извлечь твердый органический продукт из
твердой смеси, содержащей другие вещества (обычно
116
неорганические), которые не растворяются ни в органических
растворителях, ни в воде.
а б
Рис. 2.46. Непрерывные жидко-жидкостные экстракторы:
а - при использовании растворителей тяжелее воды; б - при
использовании растворителей легче воды
117
Это легче сделать, если смесь сначала измельчить в ступке.
Если органическое твердое вещество легко растворяется в
органическом растворителе, то его легко отделить, например
поместив смесь в воронку Шота, затем добавляют растворитель,
перемешивают и отсасывают раствор.
Однако, если органическое твердое вещество
труднорастворимо, используют метод непрерывной экстракции в
экстракторе Сокслета (рис. 2.47) / 4 /.
Аппарат состоит из трех частей: колбы, экстрактора и
холодильника, обычно шарикового. Все части аппарата соединяются с
помощью шлифов. Каждый аппарат обязательно снабжен запасной
колбой / 1 /.
Основной частью аппарата является экстрактор, верхняя
(широкая) часть его соединяется с колбой двумя трубками: одной
более широкой, через которую пары жидкости поступают в
экстрактор, и изогнутой трубкой (сифоном), служащей для стока
сконденсированной жидкости.
Принцип, на котором основано устройство аппарата Сокслета,
очень прост.
Пары какой-либо жидкости, поступая через боковую трубку в
экстрактор, сгущаются в холодильнике, и образовавшаяся жидкость
поступает в широкую часть экстрактора, где помещается вещество, из
которого нужно что-либо экстрагировать.
Когда уровень жидкости достигнет уровня колена отводной
трубки, жидкость по последней стекает в колбу. При этом происходит
постепенно растворение вещества и оно вместе с растворителем
поступает в колбу, где его накопляется все больше и больше, причем
количество жидкости практически не изменяется.
Это позволяет ограниченным объемом растворителя извлечь
неограниченное количество экстрагируемого вещества, так как оно
все время обрабатывается чистым растворителем.
При проведении экстракции прежде всего плотно соединяют
колбу и экстрактор, потом в экстрактор вводят экстрагируемое
вещество, плотно завернув его в чистую фильтровальную бумагу и
перевязав чистой ниткой.
118
Рис. 2.47. Экстрактор Сокслета для непрерывной
экстракции твердых веществ
В продаже имеются специальные патроны, в которые
помещают экстрагируемое вещество.
119
Затем в экстрактор наливают растворитель до тех пор, пока он
не начнет стекать через отводную трубку в колбу; добавляют еще
половину объема налитого растворителя, присоединяют к экстрактору
холодильник и пускают в него воду; проверяют плотность соединения
отдельных частей аппарата, прочность их прикрепления к штативу и
после этого начинают нагревание.
Если извлекаемое вещество окрашено, то и раствор его
окрашен и конец экстрагирования определяется тем моментом, когда
жидкость в экстракторе станет прозрачной. После того как жидкость
стечет еще два - три раза, операцию кончают, обогрев бани
прекращают и аппарату дают остыть.
Если же экстрагируемое вещество бесцветно, то приходится
обращать внимание на продолжительность операции, ведя ее
достаточно долгое время и учитывая растворимость экстрагируемого
вещества в растворителе.
Или же поступают так: стеклянную трубку подходящей
длины, имеющую узкий внутренний диаметр, опускают через
холодильник в экстрактор. Пальцем закрывают верхний конец трубки
и вынимают ее. Захваченную часть раствора выливают на часовое
стекло и выпаривают. Если после испарения растворителя на стекле
не будет какого - либо матового пятна или остатка, экстракцию можно
считать законченной.
Окончание экстрагирования бесцветных веществ можно
определять также путем измерения коэффициента преломления
(рефракции) вначале чистого растворителя (перед началом
перегонки), а затем экстракта. В конце экстрагирования коэффициент
рефракции растворителя должен быть или близок или равен
коэффициенту рефракции чистого растворителя.
При разборке аппарата прежде всего закрывают воду, затем
осторожно снимают холодильник; отнимают экстрактор и дают стечь
из него остаткам жидкости в колбу, для чего экстрактор наклоняют
так, чтобы жидкость переливалась через отводную трубку.
Содержимое колбы (экстракт) переливают в другой заранее
приготовленный сосуд, колбу ополаскивают чистым растворителем и
эту обмывочную жидкость сливают с экстрактом.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]