РЕФЕРАТ

„Кристалізація, як метод очищення”

1. Загальна характеристика кристалізації

Методами виділення (очищення) синтезованих з'єднань є: кристалізація, сублімація, перегонка, хроматографія.

Кристалізація є простим методом розділення і очищення твердих речовин. Метод кристалізації складається з п'яти стадій:

розчинення твердої речовини в мінімальному об'ємі киплячого розчинника (приготування насиченого розчину);

фільтрування гарячого розчину для видалення нерозчинних домішок (якщо вони присутні);

охолоджування розчину і утворення кристалів;

відділення кристалів від маткового розчину фільтруванням;

висушування кристалів.

Для того, щоб досягти високого ступеня чистоти, може потрібно неодноразова перекристаллізація.

Для успішної кристалізації надзвичайно важливим є правильний вибір розчинника, в якому речовина, що очищається, легко розчиняється при нагріванні і практично не розчиняється на холоді і в якому добре розтворяються домішки.

На практиці розчинник підбирають шляхом серії пробних кристалізацій. Загальна закономірність "подібне розчиняється в подібному", тобто полярні з'єднання більш розчинні в полярних розчинниках, ніж в неполярних, і навпаки.

Необхідно знати, що розчинники – чотирьоххлористий вуглець, бензол і хлороформ - є токсичними і працювати з ними потрібно акуратно.

Деякі загальні характеристики розчинності і полярності розчинників приведені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Загальні характеристики розчинності деяких класів з'єднань і розчинників, використовуваних при кристалізації.

Типи речовин | Полярність | Розчинники [т.кип.,диэлектрическая проникність, розчинність у воді ( г/100г)]

Вуглеводні | низька | Пентан (36о, 2.0, 0.003), гексан(69о,1.9,н/р.), петролейний ефір (60-80о,~2.0,н/р.), толуол (110о, в 2.4.,слабо р.).

Ефіри  | Діетіловий ефір (35о, 4.3, 7.5 )

Алкилгалогеніди  | Хлороформ(61.2о,4.70,н/р), дихлорметан (40о, 9.1, 2.0)

Альдегіди, кетон  | Ацетон (56о, 21, р.)

Складні ефіри  | Етілацетат (77о,6.0, 9.0 )

Спирти  | Метанол (65о, 34, р.), етанол (78о, 25, р.), пропанол-2 (82о,18, р.)

Карбонові кислоти  | Оцетова кислота (118о, 6.2, р.)

Сульфокислоти | Висока 

Вода  | Вода(100о,80 )

Приготування насиченого розчину.

Після підбору розчинника твердий продукт, що очищається, поміщають в конічну колбу з шліфом. Додають мінімальну кількість розчинника, щоб покрити ним тверду речовину. Приєднують до колби зворотний холодильник і нагрівають суміш на водяній лазні або електроплитці до кипіння. Нагрівають протягом декількох хвилин і при цьому частина твердої речовини розчиняється. Потім через зворотний холодильник піпеткою додають розчинник невеликими порціями до повного розчинення твердої речовини. Після кожного додавання розчинника дають можливість вмісту в колбі кипіти протягом декількох хвилин для розчинення твердої речовини.

Пам'ятайте, що необхідно використовувати мінімальний об’єм розчинника.

Якщо в розчині присутні нерозчинні домішки, потрібно провести фільтрування гарячого розчину. Інтенсивно забарвлені розчини, що містять домішки смоли, обезбарвлюють деревним вугіллям.

Для цього розчин трішки охолоджують, додають порошкоподібне деревне вугілля (1-3 % від маси органічної твердої речовини), доводять розчин до кипіння і кип'ятять із зворотним холодильником протягом декількох хвилин. Деревне вугілля видаляють гарячим фільтруванням.

Кристалізацію проводять двома способами :

після гарячого фільтрування насичений розчин поволі охолоджують до кімнатної температури, а потім поміщають в холодильник;

у насичений розчин при кімнатній температурі додають по краплях другий розчинник, в якому речовина погано розчиняється, доти поки не з'явиться слабка опалесценція, а потім ще додають одну або дві краплі першого розчинника, щоб усунути помутніння (утворення двох фаз не повинне відбуватися).

Найчастіше застосовують наступні суміші двох розчинників:

1) діетиловий ефир-н.гексан,

2) дихлорметан-н.гексан,

3) хлороформ-циклогексан,

4) ацетон-диєтиловий ефір,

5) ацетон-вода,

6) метанол-вода,

7) етанол-вода.

В деяких випадках кристали при охолоджуванні розчину не утворюються, навіть якщо розчин пересичений. Це може відбуватися через відсутність центрів, що ініціюють утворення кристалів. Для прискорення процесу кристалізації застосовують декілька способів :

додають кристал ("приманку") "приманки" тієї ж самої речовини (для цієї мети корисно залишати невелику кількість неочищеної речовини),

потирають скляною паличкою з гострими краями по внутрішній стороні колби на рівні рідини, що приводить до утворення нерівностей на скляній поверхні, які служать центрами зростання кристалів,

розчин переохолоджують (до –70оС) і поволі нагрівають до кімнатної температури з одночасним потиранням скляною паличкою.

Температура для якнайкращого утворення зародків кристалів лежить ~ на 100оС, а для якнайкращого зростання кристалів ~ на 50оС нижчі температури плавлення з'єднання, що кристалізується.

Дуже сильне і швидке охолоджування часто не приводить до кристалізації.

Слід звернути увагу на те, щоб температура кипіння розчинника була нижчою за температуру плавлення речовини, яку необхідно перекристаллізувати, як мінімум на 30оС. При порушенні такого інтервалу температур речовина, як правило, виділяється у вигляді масла.

Зауваження : Кристалізація – це трудомісткий процес, що вимагає терпіння і експериментальної майстерності, в якому пробують завжди велике число розчинників і обов'язково контролюють ступінь очищення по температурі плавлення і хроматографічними методами (наприклад, ТСХ).

Після проведення кристалізації кристали фільтрують, сушать і зважують. Низький вихід речовини, що очищається, вказує на те, що використовуваний розчинник не був ідеальним або його було узято дуже багато. У таких випадках з фільтрату (маткового розчину) можна додатково виділити кристали після видалення надлишку розчинника на роторному випарнику і охолоджуванні розчину, що залишився. Як правило, ці подальші порції речовини менш чисті, ніж виділені раніше.

Пробні кристалізації.

Небагато твердої речовини (від 10 до 15 міліграм) поміщають в чисту пробірку і при перемішуванні по краплях додають 0,25 - 5 мл розчинника. Якщо тверда речовина розчиняється в одному з розчинників на холоду, то для перекристаллізації слід використовувати суміш двох розчинників.

Якщо речовина не розчиняється, пробірку підігрівають на водяній лазні до кипіння, періодично струшуючи пробірку. Якщо речовина розчинилася не повністю, додають розчинник малими порціями до загального об'єму приблизно 1,5 мл.

Якщо частина твердої речовини не розчинилася, то слід спробувати інший розчинник. При отриманні прозорого розчину пробірку охолоджують. Якщо після стояння протягом декількох хвилин кристали не з'являються, додають як “приманка“ кристал або