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

давлении используют колбу Кляйзена. В колбу помещают тонкий капилляр, так чтобы он не доходил до ее дна на 2–3 мм. При подключении вакуума через капилляр в прибор поступает воздух и возникает поток мелких пузырьков, которые способствуют равномерному кипению. Для каждой перегонки необходимо оттягивать новый капилляр. При перегонке в вакууме вместо простого алонжа используют "паук", который представляет собой алонж с несколькими отводами и позволяет собирать несколько порций дистиллята.

Жидкость, предназначенная для перегонки, не должна содержать легкокипящих растворителей (их предварительно отгоняют на роторном испарителе), так как при возникновении вакуума резкое снижение давления приведет к неконтролируемому вспениванию содержимого колбы и его выбросу через дефлегматор в холодильник и приемники.

Вакуум отключают от прибора только после его охлаждения осторожным поворотом крана на манометре, а не перекрыванием крана водоструйного насоса!

3.4.1. Перегонка с водяным паром.

Перегонка с паром (стандартный прибор 15) представляет собой перегонку воды с жидкими, не смешивающимися с водой органическими соединениями. Преимущество такой перегонки заключается в возможности перегонки чувствительных к нагреванию соединений, перегоняющихся при этом ниже их температуры кипения при атмосферном давлении, а именно при температуре кипения воды.

Так, например, лимонен (т. кип. 178 °C при 760 мм рт. ст.) перегоняется с водой (т. кип. 100 °C при 760 мм рт. ст.) при температуре 98 °C. При этом количественное соотношение в дистилляте (в граммах) лимонен: вода составляет 1:1,54.

Перегонка с водяным паром имеет также важное значение при отделении легко-кипящих продуктов от смолистых веществ, которые трудно отделяются перегонкой или кристаллизацией.

3.5. Хроматография.

Хроматографические методы широко используются в органической химии для анализа реакционных смесей и препаративного выделения продуктов реакции, в частности для:

• контроля за полнотой протекания реакции;

• проверки полученных соединений на чистоту;

• разделения смеси веществ.

Различают жидкостную хроматографию (тонкослойную на пластинах и колоночную) и газовую хроматографию.

Тонкослойная хроматография (ТСХ) — один из наиболее широко используемых методов в практикуме. Разделение проводят на пластинке с готовым слоем сорбента (силикагель или оксид алюминия), нанесенным на пластмассовую подложку или алюминиевую фольгу. Большие листы разрезают на полоски нужного размера.

Методика проведения (ТСХ)

(см. прибор 16).

Разбавленный анализируемый раствор (1–2 %) в летучем растворителе наносят с помощью капилляра на стартовую линию пластинки ("силуфол"). Стартовую линию проводят карандашом на расстоянии 1 см от нижнего края пластинки и она не должна погружаться в проявляющий растворитель (элюент).

После нанесения капель (2–3) пластинку сушат на воздухе и погружают в стакан с проявляющим растворителем, стараясь расположить пластинку вертикально. В стакан предварительно наливают столько растворителя, чтобы стартовая линия оказалась над его поверхностью. Когда фронт растворителя поднимется почти до верха пластины, ее вынимают из стакана и сразу же карандашом отмечают положение фронта растворителя.

Пластинку сушат и проявляют. Определяют расположение пятен веществ в УФ свете (254 нм) или помещают в сосуд с йодом (несколько кристалликов). Пары йода растворяются в органических "пятнах", окрашивая их в желтый цвет. Высота, на которую поднимается по пластинке "пятно" соединения, зависит от сродства последнего к сорбенту и полярности проявляющего растворителя или смеси растворителей (элюентов).

Для чистых растворителей предусматривается элеотропный ряд, в котором элюенты располагаются по увеличивающейся полярности: н-пентан, циклогексан, четыреххлристый углерод, толуол, дихлорметан, диэтиловый эфир, этилацетат, ацетон, метанол, вода, уксусная кислота, пиридин.

Характеристикой каждого вещества при (ТСХ) служит значение Rf.

Rf =Удаление "пятна" вещества от старта / Удаление фронта растворителя от старта

Различные соединения, находящиеся в смеси, поднимаются с разными скоростями в зависимости от их сродства к сорбенту. Идентичность значения Rf соединения, находящегося в смеси, со значением Rf вещества сравнения, дает полное основание считать, что они одинаковы. Однако, поскольку сорбенты различны, а состав смеси растворителей трудно воспроизвести точно, необходимо доказать, что значения Rf одинаковы.

Для этого хроматографируют смесь и вещество сравнения рядом друг с другом на одной и той же пластинке, чтобы удостовериться в точном совпадении пятен.

Колоночная хроматография (стандартный прибор 17) — это метод для разделения смесей в препаративных целях. Существует несколько разновидностей препаративной колоночной хроматографии, которые различаются по типам колонок и особенно по методам пропускания элюирующего растворителя: колоночная хроматография с "гравитационным элюированием", (т. е. под действием собственной силы тяжести), более быстрые и эффективные флеш-хроматография, хроматография среднего давления и флеш-хроматография на сухой колонке.

Стандартной практикой является колоночная хроматография с "гравитационным элюированием". Разделение выполняют на колонке, представляющей собой стеклянную трубку, заполненную сорбентом (оксид алюминия или силикагель), выполняющим роль пористого слоя, через который протекает подвижная фаза.

Подвижной фазой, обычно называемой "элюирующий растворитель" или "элюент", является органический растворитель типа гексана или петролейного эфира. Разделяемая смесь с помощью растворителя помещается в верхнюю часть колонки, где она сорбируется неподвижной фазой, а затем через колонку непрерывно пропускают элюент. Каждый компонент смеси переносится вниз по колонке элюентом со скоростью, которая зависит от его сродства к сорбенту. В идеальном случае смесь разделяется на отдельные компоненты (слои), которые медленно опускаются вниз и в конечном итоге собираются в приемник.

Сильно адсорбирующиеся полярные соединения (спирты, амины, карбоновые кислоты) продвигаются медленнее, чем менее полярные соединения (карбонильные соединения, простые эфиры, углеводороды), которые адсорбируются менее сильно.

Обычно элюент собирают порциями. Каждую порцию проверяют с помощью (ТСХ) на присутствие того или иного компонента смеси. Затем соответствующие порции объединяют, удаляют растворитель на роторном испарителе и выделяют соединение.

Для того чтобы не потерять какое-либо соединение из разделяемой смеси, её взвешивают перед началом хроматографирования и после разделения взвешивают каждый компонент.

Подробное описание методов хроматографирования см.: Дж. Шарп, И.Госни, А.Роули "Практикум по органической химии", изд-во "Мир",1993 год.

4. СТАНДАРТНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ АППАРАТУРА

Приборы для работы в органическом практикуме.

Прибор 1.

Варианты использования:

• с перемешиванием, без: обратного холодильника, бани для нагревания осушительной трубки;

• с перемешиванием, с осушительной трубкой;

• с перемешиванием, с обратным холодильником, с нагревательной баней е осушительной трубки;

• как изображено на рисунке;

• со счетчиком пузырьков вместо осушительной трубки.

Возможные операции при проведении синтеза:

• перемешивание раствора или суспензии при комнатной температуре;

• перемешивание… при комнатной температуре с защитой от влаги;

• нагревание… с обратным холодильником;

• нагревание с обратным холодильником с защитой от влаги;

• контроль за выделением газа в процессе прохождения реакции

• (при комнатной температуре или при нагревании);

Прибор 2

Варианты использования:

а) как и в приборе 1, вместо двугорлой колбы может быть использована трехгорлая.

Возможные операции при проведении синтеза:

а) прибавление по каплям раствора (можно использовать обычную капельную воронку с хлоркальциевой трубкой) или жидкого реагента к раствору (или суспензии) при перемешивании при комнатной температуре;

б) как в а), но с защитой от влаги