Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»

продуктов). Удаление оснований проводят встряхиванием с 1N раствором соляной кислоты (это недопустимо в случае веществ неустойчивых в кислой среде).

После этого объединенные органические фазы (вытяжки) промывают насыщенным раствором хлористого натрия и высушивают.

Непрерывную экстракцию твердого вещества проводят в аппарате Сокслета (см. прибор 11).

2.2. Высушивание.

По окончании водной экстракции органический слой содержит некоторое количество воды, как в виде небольших капелек, так и в растворенном виде. Воду можно удалить добавлением небольшого количества неорганического осушителя, который затем отфильтровывают.

В качестве осушителей используют неорганические безводные соли. Сульфат натрия (осушитель средней силы) применяется для высушивания веществ чувствительных к кислотам и щелочам. Предпочтение отдают безводному сульфату магния, т. к. он дешев, эффективен и нейтрален по отношению к большинству функциональных групп и имеет хорошую высушивающую способность.

Для быстрого (15–30 минут) высушивания сильно увлажненных эфирных растворов особенно эффективен хлорид кальция, но его не рекомендуют использовать для высушивания органических кислот, спиртов, фенолов, аминов, амидов, альдегидов, кетонов и эфиров.

Процедура высушивания состоит в следующем: органический раствор помещают в сухую коническую колбу и добавляют примерно 1 г осушителя на 10 мл раствора. Смесь оставляют на 15–30 минут (для полного высушивания на 10 часов), время от времени помешивая или встряхивая колбу, а затем фильтруют или под вакуумом через сухую воронку Шотта, или через бумажный складчатый фильтр.

Высушивание твердых веществ проводят в простом или вакуумном эксикаторе с использованием в качестве осушителя хлорида кальция или пентаоксида фосфора. Для этой цели твердое вещество насыпают в стеклянную чашку тонким слоем (при высушивании в вакууме накрывают часовым стеклом) и помещают в эксикатор, содержащий осушитель.

Эксикатор, помещенный в защитный кожух или обмотанный полотенцем, вакуумируют с помощью водоструйного насоса до давления 10–12 мм рт. ст. Перед заполнением эксикатора воздухом вначале перекрывают его кран, затем открывают кран на воздух на манометре и отсоединяют водоструйный насос. Далее закрывают кран эксикатора кусочком фильтровальной бумаги (она предотвращает распыление вещества и осушителя), и осторожно его открывают.

Термостабильные соединения сушат в вакуумном сушильном приборе (пистолет Фишера).

2.3. Удаление растворителя.

Растворители удаляют или простой отгонкой, или чаще всего отгонкой на роторном испарителе.

Роторный испаритель — это устройство для быстрого удаления растворителей при отгонке в вакууме. При работе на роторном испарителе (защитные очки!) соблюдают следующую последовательность операций.

Упариваемый раствор помещают в круглодонную колбу соответствующего размера, заполненную не более чем наполовину, и присоединяют ее к прибору, закрепив хомутиком или резинкой.

Подключают воду к холодильнику, включают водоструйный насос и мотор, обеспечивающий вращение колбы.

После установления вакуума под колбу помещают баню с теплой водой.

Подключение роторного испарителя к водоструйному насосу создает вакуум, позволяющий легко удалять "летучие" растворители с температурой кипения до 100 °C при температуре бани 50–60 °C.

3. ВЫДЕЛЕНИЕ (ОЧИСТКА) ПОЛУЧЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Методами выделения (очистки) синтезированных соединений являются: кристаллизация, возгонка, перегонка, хроматография. Более подробное описание этих методов и их теоретические основы приведены в Органикуме (1992 г), т.1.

3.1. Кристаллизация.

Кристаллизация является простейшим методом разделения и очистки твердых веществ. Метод кристаллизации состоит из пяти стадий:

1. растворение твердого вещества в минимальном объеме кипящего растворителя (приготовление насыщенного раствора);

2. фильтрование горячего раствора для удаления нерастворимых примесей (если они присутствуют);

3. охлаждение раствора и образование кристаллов;

4. отделение кристаллов от маточного раствора фильтрованием;

5. высушивание кристаллов.

Для того чтобы достичь высокой степени чистоты, может потребоваться неоднократная перекристаллизация.

Для успешной кристаллизации чрезвычайно важным является правильный выбор растворителя, в котором очищаемое вещество легко растворяется при нагревании и практически не растворяется на холоду и в котором хорошо растворимы приме-

На практике растворитель подбирают путем серии пробных кристаллизаций. Общая закономерность "подобное растворяется в подобном", т. е. полярные соединения более растворимы в полярных растворителях, чем в неполярных, и наоборот.

Необходимо знать, что растворители — четыреххлористый углерод, бензол и хлороформ — являются токсичными и работать с ними нужно аккуратно.

Некоторые общие характеристики растворимости и полярности растворителей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Общие характеристики растворимости некоторых классов соединений и растворителей, используемых при кристаллизации.

Приготовление насыщенного раствора.

После подбора растворителя очищаемый твердый продукт помещают в коническую колбу со шлифом. Добавляют минимальное количество растворителя, чтобы покрыть им твердое вещество. Присоединяют к колбе обратный холодильник и нагревают смесь на водяной бане или электроплитке до кипения. Нагревают в течение нескольких минут, и при этом часть твердого вещества растворяется. Затем через обратный холодильник пипеткой добавляют растворитель небольшими порциями до полного растворения твердого вещества. После каждого добавления растворителя дают возможность содержимому в колбе кипеть в течение нескольких минут для растворения твердого вещества.

Помните, что необходимо использовать минимальный объем растворителя.

Если в растворе присутствуют нерастворимые примеси, нужно провести фильтрование горячего раствора. Интенсивно окрашенные растворы, содержащие примеси смолы, обесцвечивают древесным углем.

Для этого раствор немного охлаждают, добавляют порошкообразный древесный уголь (1–3 % от массы органического твердого вещества), доводят раствор до кипения и кипятят с обратным холодильником в течение нескольких минут. Древесный уголь удаляют горячим фильтрованием.

Кристаллизацию проводят двумя способами:

• после горячего фильтрования насыщенный раствор медленно охлаждают до комнатной температуры, а затем помещают в холодильник;

• в насыщенный раствор при комнатной температуре добавляют по каплям второй растворитель, в котором вещество плохо растворимо, до тех пор, пока не появится слабая опалесценция, а затем еще добавляют одну или две капли первого растворителя, чтобы устранить помутнение (образования двух фаз не должно происходить).

Наиболее часто применяют следующие смеси двух растворителей:

1) диэтиловыйэфир — н. гексан,

2) дихлорметан — н. гексан,

3) хлороформ — циклогексан,

4) ацетон — диэтиловый эфир,

5) ацетон — вода,

6) метанол — вода,

7) этанол — вода.

В некоторых случаях кристаллы при охлаждении раствора не образуются, даже если раствор пересыщен. Это может происходить из-за отсутствия центров, инициирующих образование кристаллов. Для ускорения процесса кристаллизации применяют несколько способов:

• добавляют "затравочный" кристалл ("затравку") того же самого вещества (для этой цели полезно оставлять небольшое количество неочищенного вещества),

• потирают стеклянной палочкой с острыми краями по внутренней стороне колбы на уровне жидкости, что приводит к образованию неровностей на стеклянной поверхности, которые служат центрами роста кристаллов,

• раствор переохлаждают (до -70 °C) и медленно нагревают до комнатной температуры с одновременным потиранием стеклянной палочкой.

Температура для наилучшего образования зародышей кристаллов лежит приблизительно на 100 °C, а для наилучшего роста кристаллов приблизительно на 50 °C, ниже температуры плавления кристаллизующегося соединения.

Слишком сильное и быстрое охлаждение часто не приводит к кристаллизации.

Следует обратить внимание на то, чтобы температура кипения растворителя была ниже температуры плавления вещества, которое необходимо перекристаллизовать, как минимум на 30 °C.