3.7 Користування літературою

В лабораторії користуватися літературою можна при виникненні того чи іншого питання при ході роботи. Однак не слід перетворювати лабораторію в читальний зал і витрачати лабораторні часи на первинне ознайомлення з матеріалом. Підготовка по підручникам, довідковій, а іноді і оригінальній літературі дуже важлива частина домашньої роботи студентів. При цьому слід прийняти за правило вивчати літературу як можна більш повно і ретельно.

Домашню роботу потрібно починати з підготовки теоретичних питань по даному синтезу по підручникам. Потім потрібно ознайомитися з вихідними речовинами, які використовуються в даному синтезі, або відшукати в довідковий та учбовий літературі фізичні константи та дані про властивості цих з'єднань. Особливу увагу звернути на токсичність реагентів. Після цього приступають до опрацювання даного синтезу за інструкцією.

4 Тема 1.2 Основні методи очищення і розділення органічних речовин.

Головним завданням органічного синтезу є одержання чистих речовин.

Для цього використовують основні методи очищення:

перекристалізація; перегонка; сублімація; екстракція; хроматографія.

4.1 Кристалізація. Вибір розчинників. Перекристалізація. Відділення кристалів

Кристалізація

Найважливіша задача органічного синтезу - отримання чистих речовин. Більшість твердих органічних речовин можуть кристалізуватися та виділятися в більш або менш чистому вигляді при охолодженні реакційної суміші або після упарювання розчину. Отриманий продукт вимагає наступного очищення, тому підлягає перекристалізації. Перекристалізацію проводять так. Розчиняють неочищену речовину в гарячому розчиннику, відфільтровують гарячий розчин від зважених нерозчинних частинок і охолоджують розчин; в результаті з нього звичайно викристалізовується більш чиста речовина. Перекристалізація дає більше втрати речовини в маточному розчині, тому рекомендується попередньо очистити продукт яким-небудь іншим способом, наприклад, звичайною перегонкою з водяним паром, відділенням від домішок за допомогою розчинників або поверхнево-активних речовин.

З маточних розчинів і промивних речовин можна добути додаткову кількість речовини, якщо відігнати з них частину розчинника, охолодити розчин і провести перекристалізацію. Отримані при цьому кристали звичайно бувають менш чистими, ніж перша порція, їх треба перекристалізувати ще раз. Якщо перекристалізація речовин велась без води, то маточний розчин можна упарювати до половини у фарфоровій чашці, а потім охолоджувати для кристалізації

Вибір розчинника

Для процесу перекристалізації велике значення має правильний вибір розчинника. При виборі розчинника необхідно враховувати хімічні властивості очищуваного розчину.

Розчинник, що використовується для очищення твердої речовини перекристалізацією, повинен відповідати таким вимогам:

1. речовина повинна погано розчинятися в обраному розчинникові на холоді і добре при на гріванні;

2. суміші повинні або володіти більш доброю розчинністю в холодному розчинникові або погано в горячому;

3) розчинник не повинен реагувати з кристалізуємою речовиною, повинен сприяти утворенню стійких кристалів;

4. розчинник повинен легко вдалятися з поверхні кристалів при відмиванні та висушуванні;

5. температура кипіння розчинника повинна бути меншою температури плавлення очищуваної речовини не менш ніж на 10-15 °С. В іншому випадку речовина може виділитися у вигляді масла, що дуже заважає очищенню. Працюючи з низькоплавними речовинами, необхідно вести кристалізацію при більш низьких температурах.

При виборі розчинника часто користуються правилом: "схоже розчиняється в схожому". Так, наприклад, феноли, карбонові кислоти, нижчі спирти та інші речовини, які мають гідроксильну групу, легко розчиняються у воді; вищі складні ефіри - в нижчих, вищі спирти - у нижчих спиртах і т.д. але це правило правильне тільки для тих речовин простої будови, для складних сполук не завжди спрацьовує. Кінцевий вибір розчинника можна провести лише дослідним шляхом в пробірках з малою кількістю речовини, яка очищуються. При цьому відмічають розчинність речовини при нагріві і на холоді, кристалічну форму виділяючого осаду, його очистку і т.п.

Кінчиком шпателя беруть пробу речовини, поміщають її в пробірку і додають декілька капель розчинника. Якщо речовина розчиняється вже на холоді, то цей розчинник не підходить для перекристалізації. Якщо речовина на холоді розчиняється погано або зовсім не розчиняється, то пробірку обережно нагрівають до кипіння. В необхіднім випадку додають декілька крапель розчину, щоб досягти повного розчинення. Розчин фільтрують гарячим. Якщо після охолодження з розчина випадають кристали, температура плавлення яких співпадає з відомою температурою плавлення чистої речовини, то розчинник підходить для проведення кристалізації. Якщо речовина не кристалізується при охолодженні гарячого насиченого розчину, або, навпаки нерозчинного чи мало розчинного при нагріві, то даний розчинник не підходить. В якості розчинника при кристалізації використовують воду, етанол, толуол, ацетон, діетиловий етер, концентровану оцтову кислоту, ацетон, етилацетат, та інші легко летючі розчинники, такі як, наприклад діетиловий етер, сірковуглець не зручні у використанні - вони надто легко улетючуються з поверхні розчина або кристалів. Коли не вдається знайти індивідуальний розчинник для перекристалізації, використовують суміші з двох, а деколи з трьох розчинників. Для цього речовину розчиняють в тому розчинникові, в якому вона розчиняється дуже легко, і до отриманого розчину додають гарячий другий розчинник, погано розчинюючий дану речовину, до тих пір, доки не утворіться стійка муть. Цю суміш нагрівають до отримання прозорого розчину і залишають для кристалізації. Розчинники, що використовуються разом, повинні змішуватися один з одним у всіх відношеннях. В більшості випадків використовують наступні суміші: спирт - вода; спирт - льодова оцтова кислота; ацетон - вода; хлороформ -петролейний етер.

Перекристалізація

Перекристалізація- процес розчинення неочищеної речовини в гарячому розчиннику, відфільтровуванні гарячого розчину від зважених частин і охолодженні його, внаслідок чого очищена речовина викристалізовується.

Цей метод економічно невигідний, так як дає великі втрати речовини.

Щоб перекристалізувати будь-яку речовину, її поміщають в колбу зі зворотним холодильником, якщо розчинником служить вода, то зворотній холодильник не потрібен. Для уникнення перегріву рідини і поштовхів при кипінні розчину, в колбу перед нагрівом вносять "кипілки". Після цього в колбу вливають розчинник в декілька меншій кількості, ніж це необхідно для повного розчинення речовини, і нагрівають суміш до кипіння, так як звичайно крива розчинення близько точки кипіння розчинника різко піднімається вгору. Нагрівання ведуть на водяній бані, за виключенням тих випадків, коли працюють з висококиплячим розчинником. Потім через зворотній холодильник обережно додають таку кількість розчинника, щоб при кипінні весь розчин повністю розчинився. Перед тим як відновити кип'ятіння, після внесення холодного розчинника треба "кипілки" замінити новими, так як вони припиняють свою дію, якщо розчин охолоджується нижче температури кипіння.

Іноді тверда неочищена речовина містить закрашені суміші смолистих продуктів: такі забруднення важко відділяються перекристалізацією. У схожих випадках для знебарвлення розчину додають активне вугілля, щоб уникнути адсорбції основного продукту, не слідує брати надто багато вугілля. Звичайно його додають 1-2 % від кількості очищуваного розчину. Перед внесенням активного вугілля необхідно трохи охолодити розчин, бо в цій реакції виділяється багато повітря, а це може привести до сильного кипіння і викиду рідини. Потім суміш кип'ятять 5-10 хвилин зі зворотнім холодильником, фільтрують ще гарячий розчин. Якщо отриманий гарячий розчин містить які-небудь механічні суміші чи муть, його відфільтровують як можна швидше через фільтр, змочений розчинником на воронці для гарячого фільтрування.

Відділення кристалів

Після того, як усі механічні суміші будуть відділені фільтруванням, гарячий прозорий розчин залишають стояти в сосуді, накритому часовим склом для повільного охолодження, чи швидко охолоджують розчин, помістивши колбу в холодну воду чи сніг. При повільному охолоджені отримують дрібні кристали, а при швидкому - великі.

Звичайно намагаються отримати кристали середнього розміру, так як великі кристали можуть вміщувати включення з маточного розчину, а дрібні утворюють густу кашу. Між окремими кристалами так же міцно утримується маточний розчин.

Деякі речовини дуже важко кристалізуються навіть при охолодженні розчину. Це явище частіше за все зв'язують з дуже повільним ростом кристалів чи дуже повільним утворенням центрів кристалізації. В першому випадку кристалізацію ведуть довго. Якщо ж в розчині повільно утворюються центри кристалізації, то їх можна створити штучно, вносячи "затравку" у вигляді декількох кристалів тієї ж самої чистої речовини. Кристалізацію можна прискорити, якщо потерти скляною паличкою стіни сосуда з розчином.

Часто при кристалізації речовини з низькою температурою плавлення виділяються з розчинів у вигляді масла. Для кристалізації такої речовини розчин розбавляють невеликою кількістю розчинника, нагрівають до розчинення масла і дуже повільно охолоджують. Прискорити кристалізацію можна, якщо потерти стіни сосуда скляною паличкою.

Кристалізація вважається завершеною, коли подальшого випадання кристалів не спостерігається. Утворені кристали легко відділяють від маточного розчину фільтруванням під зменшеним тиском. Після фільтрування вакуум відключають, заливають кристали невеликою кількістю розчинника, перемішують їх скляною паличкою, знову включають вакуум і відсмоктують розчин. Після відсмоктування та промивання осад віджимають на воронці широкою скляною пробкою, а потім переносять на фільтрувальний папір і сушать в залежності від властивості речовини або на повітрі, накривши кристали зверху іншим листом фільтрувального паперу, або одним із раніше описаних методів.

Речовини гігроскопічні висушують в ексикаторах, а речовини, стійкі до дії повітря і температури - в сушильних шафах, температура яких повинна бути на 20-50 °С нижче температури плавлення даної речовини.

Чистоту отриманої при кристалізації речовини визначають по температурі його плавлення після висушування. Якщо речовина плавиться при більш низькій температурі, чим вказано в довіднику, то повторюють кристалізацію до тих пір, доки не отримають речовину зі вказаною температурою плавлення. З кожною новою перекристалізацією кількість речовини буде зменшуватися, так я к втрати при кристалізації не можливо уникнути, як би ретельно вона не велась.