Рекристализация.
В химията рекристализацията е техника, която се използва за пречистване на химикали. Чрез разтваряне на примеси и на дадено съединение в подходящ разтворител желаното съединение или примесите могат да бъдат отстранени от разтвора, като другото остане зад тях. Наречена е така заради кристалите, които често се образуват, когато съединението се утаява. Алтернативно рекристализацията може да се отнася до естественото нарастване на по-големи ледени кристали за сметка на по-малките.
Методът на пречистване се основава на принципа, че разтворимостта на повечето твърди вещества се увеличава с повишаване на температурата. Това означава, че с повишаване на температурата се увеличава количеството разтворено вещество, което може да се разтвори в разтворител.
Нечисто съединение се разтваря (примесите също трябва да са разтворими в разтворителя), за да се получи силно концентриран разтвор при висока температура. Разтворът се охлажда. Намаляването на температурата води до намаляване на разтворимостта на примесите в разтвора и на пречистваното вещество. След това нечистото вещество кристализира преди примесите - ако приемем, че е имало повече нечисто вещество, отколкото примеси. Нечистото вещество ще кристализира в по-чиста форма, защото примесите все още няма да кристализират, поради което примесите остават в разтвора. В този момент трябва да се използва процес на филтриране, за да се отделят по-чистите кристали. Процедурата може да се повтори. Кривите на разтворимост могат да се използват за прогнозиране на резултата от процедурата по рекристализация.
Рекристализацията работи най-добре, когато.
Методът на пречистване се основава на принципа, че разтворимостта на повечето твърди вещества се увеличава с повишаване на температурата. Това означава, че с повишаване на температурата се увеличава количеството разтворено вещество, което може да се разтвори в разтворител.
Нечисто съединение се разтваря (примесите също трябва да са разтворими в разтворителя), за да се получи силно концентриран разтвор при висока температура. Разтворът се охлажда. Намаляването на температурата води до намаляване на разтворимостта на примесите в разтвора и на пречистваното вещество. След това нечистото вещество кристализира преди примесите - ако приемем, че е имало повече нечисто вещество, отколкото примеси. Нечистото вещество ще кристализира в по-чиста форма, защото примесите все още няма да кристализират, поради което примесите остават в разтвора. В този момент трябва да се използва процес на филтриране, за да се отделят по-чистите кристали. Процедурата може да се повтори. Кривите на разтворимост могат да се използват за прогнозиране на резултата от процедурата по рекристализация.
Рекристализацията работи най-добре, когато.
- Количеството на примесите е малко.
- Кривата на разтворимост на желаното разтворено вещество се повишава бързо с температурата.
Кристализация с един разтворител, пример с обяснения.
Кристализацията, показана на снимката в този раздел, показва пречистване на приблизително 1 g проба от стар NBS - бромосукцинимид (NBS), който е намерен в бутилката с реактив като оранжев прах. При кристализацията като разтворител се използва вода, която няма проблеми със запалимостта, и затова се използва гореща плоча.Ако кристализацията трябва да се извърши, като се използват запалими органични разтворители, се препоръчва парна баня, а в някои случаи е необходима (когато се използва диетилов етер, ацетон или нискокипящ петролен етер). Следващата процедура трябва да се използва като насока за процеса, а някои основни разлики между използването на вода и органични разтворители са разгледани в следващ раздел.
Подгответе настройката:
- Прехвърлете нечистото твърдо вещество, което ще се кристализира, в подходяща по размер Ерленмайерова колба (фиг. 2 а). Ако твърдото вещество е гранулирано, първо се стрива на прах със стъклена пръчка за разбъркване.
- Не се препоръчва да се извършва кристализация в чаша. Тясното устие на колбата "Ерленмайер" позволява по-лесно завихряне и свеждане до минимум на изпаренията по време на процеса, тъй като парите на разтворителя вместо това се кондензират по стените на колбата (те "рефлуксират" по стените на колбата). Тесният отвор на колбата "Ерленмайер" също така позволява по-лесно покриване на колбата по време на етапа на охлаждане или дори евентуално запушване при продължителни кристализации. Кръглодънната колба също не е идеална за кристализация, тъй като формата на колбата затруднява възстановяването на твърдото вещество в края на процеса.
- Важно е колбата да не бъде нито прекалено пълна, нито прекалено празна по време на кристализацията. Ако колбата е повече от половината пълна с горещ разтворител, ще бъде трудно да се предотврати кипенето на колбата. Ако колбата съдържа разтворител на височина по-малка от 1 cm, разтворът ще се охлади твърде бързо. Обикновено се използва между 10 и 50 пъти повече разтворител, отколкото проба, а грубото указание е да се използва колба, в която пробата покрива само дъното на тънък слой.
- Поставете малко разтворител в чаша или колба на Ерленмайер заедно с няколко врящи камъка върху източника на топлина и оставете да заври леко. Използвайте чаша, ако разтворителят ще се излива, и колба на Ерленмайер, ако разтворителят ще се пипа с пипета. Ако за по-късен етап от процедурата е предвидена стъпка за горещо филтриране, подгответе също така пръстеновидна скоба, съдържаща фуния с филтърна хартия с канали (фиг. 2б).
Добавете минималното количество горещ разтворител.
- Когато разтворителят кипне, хванете чашата с протектор за горещи ръце (фиг. 2 г), памучни ръкавици или държач за хартиени кърпи, направен чрез навиване на лист хартиена кърпа на дълъг правоъгълник (фиг. 2 в). Встрани от източника на топлина излейте малка част от кипящия разтворител в колбата, съдържаща нечистото твърдо вещество, за да покриете дъното на колбата. Ако кристализацията се извършва в малки мащаби (с помощта на 50 ml колба "Ерленмайер" или по-малка), може да е по-лесно да се използва пипета за прехвърляне на части от разтворителя в колбата.
- Прието е да не поставяте сухото твърдо вещество върху източника на топлина, преди да добавите разтворителя, защото в противен случай твърдото вещество може да се разпадне. Когато твърдото вещество е разпръснато в малко количество разтворител, то може да се постави върху източника на топлина.
)
- Поставете колбата, съдържаща нечистото твърдо вещество и разтворителя, върху източника на топлина. Използвайте някакъв метод, за да предотвратите блъскането (врящи камъни, ако планирате да "филтрирате горещо", вряща пръчка), и доведете разтвора до леко кипене (фиг.3 а).
- Добавяйте разтворител на порции (фиг. 3 б), като въртите, за да подпомогнете разтварянето, докато твърдото вещество се разтвори (фиг. 3 г). За 100 mg-1 g от съединението добавете наведнъж порции от 0,5-2 ml. Обърнете внимание, че пълното разтваряне на твърдото вещество може да отнеме време, тъй като разтварянето има кинетичен аспект. Всяко добавяне трябва да се оставя да заври напълно, преди да се добави още разтворител, и трябва да се остави известно време между добавките. Неотделянето на време за разтваряне и последващото добавяне на твърде много разтворител е основен източник на грешки при кристализацията.
Не е необичайно по време на процеса на нагряване да се наблюдават капки течност (фиг. 4). Това се случва, когато материалът се "омаслява" или се разтапя, преди да се разтвори. Ако това се случи, капките течност сега са съединението, което кристализирате, така че продължете да добавяте разтворител на порции, докато се разтворят напълно и капките течност. - Наблюдавайте внимателно разтвора, за да прецените дали размерът на твърдите парчета (или течните капки) се променя с допълнителния разтворител: ако не се променя, те може да са неразтворим примес. Добавянето на излишен разтворител в опит да се разтворят неразтворимите примеси ще се отрази отрицателно на възстановяването. Ако са налице неразтворими твърди примеси, разтворът трябва да се филтрира (въведете стъпка за горещо филтриране в този момент). Цветните примеси също могат да бъдат отстранени в този момент с помощта на дървени въглища.
Оставете разтвора да се охлади бавно.
- Когато твърдото вещество току-що се е разтворило, отстранете колбата от източника на топлина, като използвате предпазител за горещи ръце, държач за хартиени кърпи или ръкавица, и я оставете настрана да се охлади. Отстранете кипящата пръчка или бъркалката, ако е използвана за защита от удар (кипящите камъни могат да бъдат извадени от твърдото вещество в по-късен момент, ако са използвани).
- За да насърчите бавното охлаждане, поставете колбата върху повърхност, която не провежда добре топлина, например сгъната хартиена кърпа. Покрийте устието на Ерленмайеровата колба с часовниково стъкло, за да запазите топлината и разтворителя (фиг. 5 а). Оставете разтвора бавно да достигне стайна температура.
- Когато разтворът се охлади, в крайна сметка трябва да се образуват твърди кристали (фиг. 5 б). Ако разтворът е топъл на пипане или мътен и не са се образували кристали, използвайте стъклена пръчка за разбъркване, за да надраскате стъклото и да започнете кристализация.
- След като започне кристализацията, кристалите трябва бавно да нарастват с понижаването на температурата. Идеалната кристализация отнема между 5 и 20 минути, за да кристализира напълно, в зависимост от скалата. Пълната кристализация за по-малко от 5 минути е твърде бърза.
- Когато разтворът е на стайна температура, поставете колбата в ледена баня (ледена водна каша) за 10-20 минути, за да намалите още повече разтворимостта на съединението и да увеличите образуването на кристали (фиг. 5 г). Поставете и част от разтворителя в ледената баня, за да го използвате по-късно за изплакване по време на смукателната филтрация.
- Използвайте смукателна филтрация, за да извлечете твърдото вещество от сместа.
Кристализация със смесен разтворител, пример с обяснения.
Кристализацията, показана на снимката в този раздел, показва пречистване на приблизително 1 g проба от транс-цинамова киселина. Транс-цинамовата киселина е разтворима в метанол и неразтворима във вода, а при тази кристализация се използва смесен разтворител от метанол и вода, за да се получи 74 % възстановяване.
Предполага се, че експериментаторът, извършващ тази техника, преди това е извършвал или е чел за кристализация с един разтворител.
- Определете два смесващи се разтворителя, които могат да се използват за кристализацията (фиг. 7 а): желаното съединение трябва да е разтворимо в единия разтворител (наречен "разтворим разтворител") и неразтворимо в другия разтворител (наречен "неразтворим разтворител").
- Прехвърлете нечистото твърдо вещество, което ще се кристализира, в подходяща по размер Ерленмайерова колба (фиг. 7, буква б).
- Поставете малко "разтворим разтворител" в колбата (фиг. 7 в), добавете кипяща пръчка (или кипящи камъни, ако предпочитате), след което загрейте на парна баня (фиг. 7 г). Горещата плоча може да се използва предпазливо, ако се използват смесените разтворители метанол/вода или етанол/вода.
- Добавете още от "разтворимия разтворител" на порции, докато твърдото вещество се разтвори (фиг. 8 а). Не забравяйте да оставите време между добавките и да оставите всяка добавка да кипне напълно, преди да добавите още.
- Добавете "неразтворимия разтворител" на порции, като загрявате, докато разтворът стане съвсем мътен (фиг. 8в).
- Добавете "разтворимия разтворител" на капки със загряване, докато разтворът отново се избистри (фиг. 8 г).
- Отстранете колбата от източника на топлина, махнете клечката за кипене и поставете колбата върху няколко пъти сгъната хартиена кърпа. Покрийте устието на колбата "Ерленмайер" с часовниково стъкло и оставете разтвора да се охлади бавно до стайна температура (фиг. 9 а).
- При охлаждането на разтвора трябва да се образуват твърди кристали (фиг. 9б). Ако е необходимо, използвайте стъклена пръчка за разбъркване, за да надраскате колбата и да инициирате кристализация. Поставете кристалите в ледено-водна баня за 10-20 минути и съберете твърдото вещество чрез филтриране с изсмукване.
Гореща филтрация.
Горещата филтрация обикновено се използва при някои кристализации, когато твърдото вещество съдържа примеси, които са неразтворими в разтворителя за кристализация. Тя е необходима и при кристализация, когато се използва въглен за отстраняване на силно оцветени примеси от твърдото вещество, тъй като въгленът е толкова фин, че не може да бъде отстранен чрез декантиране.
Горещата филтрация се извършва, като първо се изливат няколко ml разтворител през фуния, съдържаща "рифелована филтърна хартия". Филтърната хартия има много вдлъбнатини и голяма повърхност, което позволява бързо филтриране. Фунията се оставя да се нагорещи, докато сместа, която трябва да се филтрира, се доведе до кипене. След това кипящата смес се изсипва през филтърната хартия на порции (фиг. 10, букви б и г).
Горещата филтрация се извършва, като първо се изливат няколко ml разтворител през фуния, съдържаща "рифелована филтърна хартия". Филтърната хартия има много вдлъбнатини и голяма повърхност, което позволява бързо филтриране. Фунията се оставя да се нагорещи, докато сместа, която трябва да се филтрира, се доведе до кипене. След това кипящата смес се изсипва през филтърната хартия на порции (фиг. 10, букви б и г).
Най-добре е да се използва пръстеновидна скоба за закрепване на филтриращата фуния, въпреки че фунията може да се постави и просто върху колбата. Ако не се използва пръстеновидна скоба, се препоръчва да се постави огъната хартиена щипка между колбата и фунията, за да се даде възможност на изтласкания въздух да излезе от дъното на колбата при изтичането на течността (фиг. 10, букви в и г). Без пръстеновидна скоба уредът е по-склонен да се преобърне и затова използването на пръстеновидна скоба е значително по-безопасно.
Горещата филтрация се използва за филтриране на разтвори, които ще кристализират, когато се оставят да изстинат. Затова е важно фунията да се поддържа гореща по време на филтрирането чрез контакт с горещи пари на разтворителя, защото в противен случай може да се образуват преждевременно кристали върху филтърната хартия или в стеблото на фунията (фиг. 11).
Горещата филтрация се използва за филтриране на разтвори, които ще кристализират, когато се оставят да изстинат. Затова е важно фунията да се поддържа гореща по време на филтрирането чрез контакт с горещи пари на разтворителя, защото в противен случай може да се образуват преждевременно кристали върху филтърната хартия или в стеблото на фунията (фиг. 11).
Кристализацията върху филтърната хартия може да запуши настройката и да доведе до загуба на добив (тъй като филтърната хартия по-късно ще бъде изхвърлена). Кристализацията в стъблото пречи на филтрирането и може да действа като тапа на дъното на фунията. Предимството на горещата филтрация е, че кипящият разтворител във филтърната колба помага за разтварянето на кристалите, които преждевременно се образуват в стеблото на фунията. При горещо филтриране се препоръчва да се използва фуния с късо стебло (фиг. 12 а) или фуния без стебло (фиг. 12 в), ако има такава, вместо фуния с дълго стебло (фиг. 12 б), тъй като е по-малко вероятно материалът да кристализира в късото или липсващото стебло.
Тъй като е от съществено значение разтворът да се филтрира бързо, преди да има възможност да се охлади във фунията, обикновено се използва "нагъната филтърна хартия" (фиг. 13, б и в) вместо нагънатата на четириъгълници филтърна хартия, която понякога се използва при гравитационно филтриране (фиг. 13, а). По-големият брой огъвания на филтърната хартия се изразява в по-голяма повърхност и по-бързо филтриране. Нагъванията също така създават пространство между филтърната хартия и стъклената фуния, което позволява на изтласкания въздух по-лесно да излезе от колбата при изтичане на течността.
Процедури стъпка по стъпка.
Горещата филтрация често се използва при кристализация и тази процедура трябва да се вмъкне след стъпката на разтваряне, но преди да се отдели разтворът за бавно охлаждане.
Подготвяне на уредбата за филтриране
- Вземете фуния без стебло или с късо стебло (фиг. 14 а) и я поставете в пръстеновидна скоба, прикрепена към пръстеновидна стойка или решетка (или алтернативно вземете огъната хартиена щипка за целта, показана на фиг. 14 б).
- Оформете филтърна хартия с подходящия размер за вашата фуния във формата на хармоника (инструкциите са на фиг. 15, а получената хармоника е на фиг. 14 а). Когато е поставена във фунията, хартията не трябва да е по-къса от горната част на фунията, в противен случай разтворът може да се изплъзне покрай филтърната хартия при изливането.
- С чиста Ерленмайерова колба с правилния размер за кристализацията под фунията и върху източника на топлина, налейте няколко ml горещ разтворител във фунията (фиг.14 г).
а) Ако използвате пръстеновидна скоба, регулирайте скобата така, че да има малка междина между устието на Ерленмайеровата колба и дъното на фунията: това позволява изтласкването на въздуха при навлизането на течността в колбата. Ако разстоянието е твърде голямо, горещите пари ще излязат, без да нагряват фунията.
б) Ако не използвате пръстеновидна скоба, поставете огъната щипка за хартия между колбата и фунията (фиг. 14 б). - Оставете разтворителя да кипне и да се нагрее цялата инсталация. Ако използвате дървени въглища, въведете тази процедура сега.
Филтрирайте разтвора на порции.
- Когато филтърната колба е съвсем гореща, а разтворът, който трябва да се филтрира, кипи, изсипете кипящата смес във филтърната фуния на порции. Докоснете колбата до филтърната хартия във фунията, докато наливате (фиг. 16 а).
- Бележка за безопасност: колбата може да е доста гореща и горещите пари могат да опарят ръката ви, докато наливате (наливайте настрани, така че ръката ви да не е над фунията). Ако колбата е твърде гореща, за да я държите с ръце, използвайте "държач за хартиени кърпи", за да държите колбата (фиг. 16 а):
а) Прегънете няколко пъти част от хартиена кърпа, така че получената лента да е широка около един инч. Ако желаете, закрепете лентата заедно с помощта на няколко парчета тиксо.
б) Когато държите колбата, поставката за хартиена кърпа трябва да е под ръба на колбата. По този начин течността няма да се стича към хартиената кърпа при наливане (кърпата остава суха на фиг. 16 а), но е мокра при твърде широката кърпа на фиг. 16 в).
- Когато не се налива сместа, която трябва да се филтрира, колбата се връща в източника на топлина (фиг. 17 а).
- Когато сместа е напълно филтрирана, поставете празната колба на плота на бюрото (забележка за безопасност: не нагрявайте празна колба, защото може да се спука). Прегледайте фунията: ако върху филтърната хартия се виждат кристали (както на фиг. 17б), изплакнете я с няколко ml врящ разтворител, за да ги разтворите. На фиг. 17 в не е необходимо изплакване.
- Проверете филтрата (течността, която е преминала през филтърната хартия). Ако е използван въглен и филтратът е сив или можете да видите фини черни частици, то въгленът е преминал през филтърната хартия или през дупка, или чрез използване на неправилен размер на филтърната мрежа. Ако съучениците нямат сиво в разтворите си, вероятно е било през дупка. Повторете стъпката на горещо филтриране с нова филтърна хартия и колба.
Last edited by a moderator:
