Выбор растворителя для перекристаллизации
Сведения о растворимости органических соединений имеются в справочной литературе. Если такие сведения отсутствуют, то подбирают растворитель на основании пробирочных опытов. При этом необходимо руководствоваться общим правилом: подобное растворяется в подобном, т.е. полярное вещество имеет большую склонность растворяться в полярном растворителе (с высокой диэлектрической константой), а неполярное вещество - в неполярном растворителе ( с низкой диэлектрической константой).
Экспериментальный подбор растворителя для перекристаллизации осуществляется следующим образом.
Пробу вещества (массой ~0,1г.) помещают в пробирку, добавляют ~1мл растворителя. В случае полного и быстрого растворения вещества уже на холоду данный растворитель не пригоден для целей перекристаллизации.
Если вещество не растворяется на холоду и при нагревании в исходном объеме растворителя, то небольшими порциями добавляют дополнительное количество растворителя (до 5мл.) и вновь нагревают смесь. Если вещество остается нерастворимым даже в этом большом объеме растворителя, то очевидно, что очищаемое вещество инертно по отношению к данному растворителю и, следовательно, этот растворитель также не может быть использован для перекристаллизации.
Если взятое количество вещества (~0,1 г) растворятся в относительно в небольшом объеме растворителя (~1-3 мл) при нагревании, то данный растворитель пригоден для очистки методом перекристаллизации. Некоторое незначительное количество нерастворившейся части исходной массы следует удалить горячим фильтрованием.
Если не удается подобрать индивидуальный растворитель, то можно использовать смесь разных растворителей, например, спирт-вода, бензол-гексан, толуол-гептан, эфир-хлороформ и т.д.
В некоторых случаях раствор является окрашенным из-за присутствия высокомолекулярных смолистых примесей. В этом случае проводят дополнительную операцию обесцвечивания раствора ( адсорбцию окрашивающих примесей).
В отчасти остывший насыщенный раствор добавляют адсорбент (см. меры предосторожности, пункт 1) и смесь осторожно кипятят в течение 5-10 мин. Растворы в полярных растворителях (вода, спирт) обесцвечивают активированным углем, растворы в малополярных и неполярных растворителях (гексан, бензол, толуол, четыреххлористый углерод) обесцвечивают оксидом алюминия или силикагелем. Адсорбент удаляется от раствора в процессе горячего фильтрования.
Если после охлаждения фильтрата, полученного после горячего фильтрования из раствора выпадает обильное количество однородных кристаллов, то этот растворитель является идеально пригодным для перекристаллизации.
Меры предосторожности и правила техники безопасности при выполнении процесса перекристаллизации
4.1. Активированный уголь нельзя всыпать в кипящую жидкость. Наличие воздуха в порах угля вызывает энергичное вскипание и выброс жидкости из колбы.
4.2. Во избежание расплавления швов спаенных металлических частей и последующего разрушения прибора воронка для горячего фильтрования должна быть постоянно заполнена водой, приблизительно, на 2/3 своего объема.
4.3. Во избежание получения термического ожога не следует прикасаться руками к горячим металлическим деталям ( к кольцу, треноге, воронке, асбестовой сетке).
4.4. Резиновый шланг водоструйного насоса необходимо подсоединить к прибору при работающем насосе. После окончания фильтрования резиновый шланг нужно снять со склянки Бунзена, и, лишь, затем закрыть насос.
4.5. В целях пожарной безопасности использование приборов с открытым нагревательным элементом при приготовлении растворов в легколетучих горючих растворителях (эфир, ацетон, спирт, бензол) категорически запрещается, колба для растворения должна быть снабжена обратным водяным холодильником.
Экспериментальное задание
Очистить 5г. загрязненного ацетанилида или сульфаниловой кислоты.
Выполнение работы
6.1. Используемые вещества
6.1.1. Загрязненное твердое вещество для очистки;
6.1.2. Растворитель-вода;
6.1.3. Активированный уголь.
6.2. Посуда и вспомогательное оборудование
6.2.1. Плоскодонная термостойкая колба объемом 0,5 литра;
6.2.2. Водяной обратный холодильник (холодильник Либиха);
6.2.3. Воронка Бюхнера;
6.2.4. Колба Бюнзена;
6.2.5. Мензурка;
6.2.6. Воронка для горячего фильтрования;
6.2.7. Асбестовая сетка для нагревания;
6.2.8. Газовые горелки -2шт.
6.3. Схема прибора для приготовления горячего насыщенного раствора (рис.1)
Рис. 1 Прибор для приготовления раствора в горючем растворителе, в негорючем растворителе (воде) холодильник не требуется.
6.4. Схема прибора для горячего фильтрования (рис.2)
6.5.Схема прибора для фильтрования под вакуумом (рис. 3)
Рис. 3. Прибор для фильтрования под вакуумом.
Описание хода работы
7.1. Приготовление горячего насыщенного раствора.
7.1.1. В колбу для приготовления раствора помещают определенную массу исходной смеси (5г.), затем добавляют минимально необходимый объем (~150 мл) растворителя.
7.1.2. Смесь нагревают до кипения и далее слабо кипятят до полного или почти полного растворения.
7.1.3. Если раствор окрашен, то добавляют (предварительно охладив на воздухе в течение 3-5 мин ~5-10г. ( 1 чайная ложка) активированного угля и осторожно кипятят смесь в течении 5-10 мин. Процесс обесцвечивания раствора активированным углем называется адсорбцией.