Перекристаллизация из одного растворителя

Область применения Оборудование Проведение кристаллизации Видеоурок

Перекристаллизация из одного растворителя - довольно простой способ очистки твердых соединений. В качестве растворителя используется один единственный растворитель, в котором вещество полностью растворяется при нагревании и образует кристаллы при охлаждении (см. Выбор растворителей для кристаллизации).

Область применения

1. Очистка твердых соединений от примесей. Но следует помнить, что количество примеси не должно превышать количество самого вещества, или они должны существенно различаться по растворимости. Иначе можно воспользоваться колоночной хроматографией.
2. Отделение твердого соединения от смолообразных веществ.
3. Разделение некоторых жидких веществ. Пример: отделение уксусной кислоты от воды. При 0 °С уксусная кислота кристаллизуется из воды.
4. Разделение диастереомеров вещества.

Оборудование

Аппарат для лабораторной кристаллизации выглядит следующим образом:

1. Круглодонная (А) или плоскодонная колба (Б) - Круглодонная колба (А) используется в случае, если кристаллизация выполняется впервые. При использовании круглодонной колбы лишний растворитель может быть удален на роторном испарителе.
   

   Посмотреть

   А Б
2. Лапка. Важно! Металлическая лапка НЕ должна соприкасаться со стеклом, для избежания растрескивания колбы при перегонке. Для этого между колбой и лапкой помещают резиновые прокладки.
   

   Посмотреть

   

3. Обратный холодильник. Обратный холодильник (2) более предпочтителен, чем холодильник Либиха (1), так как у него больше охлаждающая поверхность. Перекристаллизацию также можно выполнять без холодильника в тех случаях, когда растворитель - вода, или температура растворителя не достигает температуры кипения. При кипении конденсат не должен занимать более 2 шариков холодильника.
   

   Посмотреть

   

   
   
4. Нагревающий элемент. Выбирают исходя из свойств растворителя. Колбонагреватели, плитки и пламенные горелки – для негорючих жидкостей. Водяные бани – для ЛВЖ. Важно! Если перекристаллизация сопровождается кипячением в колбу следует поместить мешалку или "кипелки".

Проведение кристаллизации

1. В колбу помещаем вещество. 2. Наливаем растворитель в количестве, в котором он лишь покроет вещество. 3. Нагреваем суспензию до температуры кипения растворителя.
4. Проверяем растворилось ли вещество до конца. 5. Если вещество не растворилось полностью, добавляем еще растворителя.
6. Если после добавления растворителя количество осадка не уменьшилось - значит это нерастворимая примесь, от которой следует избавиться горячим фильтрованием. 7. Если раствор окрашен, хотя вещество должно быть бесцветным, его можно обесцветить активированным углем (см. Видеоурок Проблемы при перекристаллизации и их решение). 8. Оставляем раствор медленно остывать до комнатной температуры (см. Быстрая или медленная кристаллизация)
9. Если кристаллы при охлаждении не выпадают можно применить несколько методов для вызова кристаллизации (см. Кристаллизация. Решение проблем, см. также Видеоурок Проблемы при перекристаллизации и их решение). 10. Когда кристаллы выпали их следует отфильтровать вакуумной фильтрацией.
11. Когда все кристаллы окажутся на фильтре (см. Видеоурок Фильтрование под вакуумом) их следует промыть чистым растворителем. 12. Чтобы осадок быстрее сох его можно отжать пробкой. 13. Когда осадок станет рыхлым, его можно собрать с фильтра.

Фотографии с сайта: http://www.barnard.edu/

Перекристаллизация из смеси растворителей

Область применения Оборудование Проведение кристаллизации Видеоурок (в разработке)

Перекристаллизация из смеси растворителей - способ очистки тех твердых соединений, для которых не удается подобрать удобного растворителя для кристаллизации (см. Выбор растворителей для кристаллизации). При этом методе используются несколько растворителей, как правило два: в одном вещество легко растворимо уже при комнатной температуре, во втором плохо растворимо даже при кипении. Оба растворителя должны неограниченно смешиваться друг с другом (так, например, смесь этилацетат/вода не подойдет, т.к. растворители не смешиваются). В результате мы получаем смесь, в которой соотношение растворителей подобрано таким образом, что вещество может быть легко перекристаллизовано.

Область применения

1. Очистка твердых соединений, для которых не удается подобрать единственный растворитель для кристаллизации.
2. Очистка твердых соединений от примесей. Но следует помнить, что количество примеси не должно превышать количество самого вещества, или они должны существенно различаться по растворимости. Иначе можно воспользоваться колоночной хроматографией.
3. Отделение твердого соединения от смолообразных веществ.
4. Разделение диастереомеров вещества.

Оборудование

Аппарат для лабораторной кристаллизации выглядит следующим образом:

1. Круглодонная (А) или плоскодонная колба (Б) - Круглодонная колба (А) используется в случае, если кристаллизация выполняется впервые. При использовании круглодонной колбы лишний растворитель может быть удален на роторном испарителе.
   

   Посмотреть

   А Б
2. Лапка. Важно! Металлическая лапка НЕ должна соприкасаться со стеклом, для избежания растрескивания колбы при перегонке. Для этого между колбой и лапкой помещают резиновые прокладки.
   

   Посмотреть

   

3. Обратный холодильник. Обратный холодильник (2) более предпочтителен, чем холодильник Либиха (1), так как у него больше охлаждающая поверхность. Перекристаллизацию также можно выполнять без холодильника в тех случаях, когда растворитель - вода, или температура растворителя не достигает температуры кипения. При кипении конденсат не должен занимать более 2 шариков холодильника.
   

   Посмотреть

   

   
   

4. Нагревающий элемент. Выбирают исходя из свойств растворителя. Колбонагреватели, плитки и пламенные горелки – для негорючих жидкостей. Водяные бани – для ЛВЖ. Важно! Если перекристаллизация сопровождается кипячением в колбу следует поместить мешалку или "кипелки".

Проведение кристаллизации из смеси растворителей

Для наглядности обозначим растворитель, в котором вещество плохо растворимо - 1#, а в котором хорошо растворимо - 2#.

1. В колбу помещаем вещество. 2. Наливаем 1# растворитель, в котором вещество плохо растворимо. В количестве, в котором он лишь покроет вещество. 3. Нагреваем суспензию до температуры кипения растворителя 1#.
4. Небольшими порциями через обратный холодильник прибавляем растворитель 2#, в котором вещество хорошо растворимо. 5. Проверяем растворилось ли вещество до конца. 6. Если вещество не растворилось полностью, добавляем еще 2# растворителя. Если вещество растворилось раньше, чем смесь закипела, по-видимому, мы добавили много 2# растворителя. Для уменьшения потерь можно досуха удалить смесь растворителей на роторном испарителе, если колба круглодонная, и начать заново
7. Если после добавления 2# растворителя количество осадка не уменьшилось - значит это может быть нерастворимая примесь, от которой следует избавиться горячим фильтрованием. 8. Если раствор окрашен, хотя вещество должно быть бесцветным, его можно обесцветить активированным углем (см. Видеоурок Проблемы при перекристаллизации и их решение). 9. Оставляем раствор медленно остывать до комнатной температуры (см. Быстрая или медленная кристаллизация)
10. Если кристаллы при охлаждении не выпадают можно применить несколько методов для вызова кристаллизации (см. Кристаллизация. Решение проблем, см. также Видеоурок Проблемы при перекристаллизации и их решение). 11. Когда кристаллы выпали их следует отфильтровать вакуумной фильтрацией.
12. Когда все кристаллы окажутся на фильтре (см. Видеоурок Фильтрование под вакуумом) их следует промыть чистой смесью растворителей того же состава. 13. Чтобы осадок быстрее сох его можно отжать пробкой. 14. Когда осадок станет рыхлым, его можно собрать с фильтра.

Фото с сайта: http://www.barnard.edu/

Выбор растворителей для кристаллизации

Принципы выбора Растворители Руководство по подбору растворителя для кристаллизации Видеоурок

Принципы выбора растворителя для кристаллизации

Основная проблема при выполнении кристаллизации - подбор подходящего растворителя. При выборе растворителя для кристаллизации следует опираться на следующие требования к растворителю.

Требования к растворителю:

1. Растворитель должен хорошо растворять вещество при кипении (нагревании) и плохо растворять при охлаждении.
2. Температура кипения растворителя (см. температуры кипения основных растворителей) по возможности должна лежать в диапазоне от 45 - 120 °С. Так как если температура кипения растворителя мала (например, эфир т. кип. 35 °С) разница в температурах между нагретым состоянием и охлажденным мала. А при высокой температуре кипения (этиленгликоль т. кип. 197 °С) вещество может разрушиться от температуры, к тому же растворитель будет долго испаряться с вещества после фильтрования.

Рассмотри три случая, которые могут возникнуть при кристаллизации (см. Диаграмму):

1. Растворитель 1#. Вещество уже достаточно растворимо при комнатной температуре, при и нагревание изменяет растворимость несущественно. Такой растворитель не подойдет, так как перекристаллизация приведет к существенным потерям вещества.
2. Растворитель 2#. Вещество слабо растворяется при комнатной температуре, однако, при нагревании вещество все еще нерастворимо. Растворитель также не подходит для кристаллизации. Так как разница концентрациях между насыщенными растворами при комнатной температуре и при нагревании несущественно.
3. Растворитель 3#. Вещество плохо растворимо при комнатной температуре, однако, при нагревании растворимость существенно повышается. Такой растворитель пригоден для кристаллизации.

Растворители для кристаллизации. "Подобное растворяется в подобном"

Полярность и температура плавления соединения играют ключевую роль в выборе растворителя для кристаллизации. Так для кристаллизации неполярных соединений подходят неполярные растворители (гексан, пентан), а полярные соединения легко кристаллизуются из полярных растворителей (вода, метанол). Для кристаллизации легкоплавких веществ подходят эфир, хлористый метилен, а для тугоплавких - пиридин, диметилформамид (ДМФА). См. таблицу:

Подбор растворителя для кристаллизации

Подбор растворителя не следует выполнять на всем веществе. Для этой цели подойдут небольшие навески по 10 - 100 мг. В хорошем растворителе 100 мг вещества должны растворяться ~ в 1 мл растворителя при кипении и образовывать осадок при охлаждении.

1. В пробирку помещаем 10-100 мг вещества. 2. Наливаем растворитель в количестве, в котором он лишь покроет вещество.
3. Проверяем растворяется ли вещество при комнатной температуре. 4. Вещество на рисунке растворилось, следовательно, растворитель не подходит для кристаллизации. Готовим следующую пробу.
5. Если вещество не растворяется при комнатной температуре растворитель следует нагреть до кипения. 6. На рисунке вещество не растворилось даже при кипении, следовательно такой растворитель не подходит для кристаллизации. 7. На этом этапе можно попробовать добавить в небольшом количестве первый растворитель, в котором вещество хорошо растворимо и выполнить перекристаллизацию из смеси растворителей. Или же перейти к следующему растворителю.
8. Когда мы обнаружим растворитель (или смесь растворителей), в которой вещество нерастворимо при комнатной температуре и растворимо при нагревании, следует охладит полученный раствор до комнатной температуры. 9. Если выпадения осадка не происходит даже при охлаждении льдом или растирании стеклянной палочкой - растворитель не подходит для кристаллизации.
10. Если при охлаждении из раствора выпадает осадок - растворитель (или их смесь) подходит для кристаллизации.

Фотографии с сайта: http://ochem.jsd.claremont.edu/