Hur kristalliserar man organiska föreningar?

Vet vad som gör ett lämpligt lösningsmedel. Kom ihåg dikten "som upplöses som": polära föreningar löser sig i polära lösningsmedel, icke-polära föreningar löser sig i icke-polära lösningsmedel. Till exempel löses socker och salt (polära föreningar) i vatten (polärt lösningsmedel), men inte i olja (icke-polärt lösningsmedel).

• Det ideala lösningsmedlet skulle ha följande egenskaper:
  • Det löser upp föreningen när lösningen är varm men inte när lösningen är kall.
  • Det kommer antingen inte att lösa upp orenheter alls (så att de kan filtreras bort när den orena föreningen är upplöst) eller så att den löser dem mycket bra (så att de förblir i lösning när den önskade föreningen kristalliseras ut).
  • Det kommer inte att reagera med föreningen.
  • Det är obrännbart.
  • Det är giftfritt.
  • Det är billigt.
  • Den är mycket flyktig (så att den lätt kan avlägsnas från kristallerna).

Överväg dina alternativ. Det är ofta svårt att bestämma det bästa lösningsmedlet; lösningsmedlet väljs ofta genom experiment eller genom att använda det mest opolära lösningsmedlet som finns tillgängligt. Bekanta dig med följande lista med vanliga lösningsmedel (från mest polära till minst polära). Observera att lösningsmedel intill varandra är blandbara (de löses upp i varandra). Vanligt använda lösningsmedel är i fetstil.

• • Vatten (h ₂ o) är icke brandfarligt, icke-toxiskt, billigt och kommer att lösa upp många polära organiska föreningar; dess nackdel är hög kokpunkt (100°C), vilket gör det relativt oflyktigt och svårt att avlägsna från kristaller såvida de inte vakuumtorkas i en exsickator.
  • Ättiksyra (ch ₃ COOH) är användbar för oxidationsreaktionen, men kommer att reagera med alkoholer och aminer, och är därför svårt att ta bort (kokpunkt är 118°C).
  • Dimetylsulfoxid (DMSO), metylsulfoxid (lm ₃ SOCH ₃) används främst som lösningsmedel för reaktioner; sällan för kristallisering. Den kokar vid 189°C och är svår att ta bort.
  • Metanol (ch ₃ oh) är ett användbart lösningsmedel som löser upp föreningar med högre polaritet än andra alkoholer. Kokpunkt: 65°C.
  • Aceton (ch ₃ coch ₃) är ett utmärkt lösningsmedel; dess nackdel är låg kokpunkt på 56°C, vilket medger liten skillnad i löslighet för en förening vid dess kokpunkt och rumstemperatur.
  • Butanon (metyletylketon, MEK) (ch ₃ coch ₂ ch ₃) är ett utmärkt lösningsmedel med kokpunkt 80°C.
  • Etylacetat (ch ₃ cooc ₂ h ₅) är ett utmärkt lösningsmedel med kokpunkt 78°C.
  • Diklormetan, metylenklorid (ch ₂ cl ₂) är användbart som lösningsmedelspar med ligroin, men dess kokpunkt, 35°C, är för låg för att göra det till ett bra kristallisationslösningsmedel. Det kan dock kylas ner till −78°C (−42°C) med hjälp av ett torris / acetonbad,
  • Dietyleter (ch ₃ ch ₂ och ₂ ch ₃) är användbart som ett lösningsmedelspar med ligroin, men dess kokpunkt, 35°C, är för låg för att göra det till ett bra kristallisationslösningsmedel, såvida det inte används med en torris / acetonbad.
  • Metyl -tert -butyleter (kap ₃ oc (lm ₃) ₃) är billig, bra ersättare för dietyletern med tanke på dess högre kokpunkt, 52°C.
  • Dioxan (c ₄ h ₈ o ₂) är lätt att ta bort från kristaller; mild cancerframkallande bildar peroxider; kokpunkt 101°C.
  • Toluen (c ₆ h ₅ ch ₃) är ett utmärkt lösningsmedel för kristallisering av arylföreningar och har ersatt den en gång vanligen använda bensen (en svag cancerogen); en nackdel är hög kokpunkt på 111°C, vilket gör det svårt att avlägsna från kristaller.
  • Pentan (c ₅ h ₁₂) används i stor utsträckning för icke-polära föreningar; används ofta som lösningsmedelspar med ett annat lösningsmedel. Dess låga kokpunkt innebär att den är mer användbar när den används tillsammans med ett torris / acetonbad.
  • Hexan (c ₆ h ₁₄) används för icke-polära föreningar; inert; används ofta i ett lösningsmedelspar; kokpunkt 69°C.
  • Cyklohexan (c ₆ h ₁₂) liknar hexan men är billigare och har kokpunkt 81°C.
  • Petroleumeter, även känd som ligroin, är en blandning av mättade kolväten av vilka pentan är en huvudkomponent; billigt och används omväxlande med pentan; kokpunkt 30-60°C (86-60°C).

Välj ditt lösningsmedel:

• Lägg några kristaller av den orena föreningen i ett provrör och tillsätt en enda droppe av lösningsmedlet, låt det flöda ner vid sidan av röret.
• Om kristallerna löser sig omedelbart vid rumstemperatur, avvisa lösningsmedlet eftersom för mycket av föreningen förblir upplöst vid låg temperatur och prova ett annat lösningsmedel. Om du planerar att kyla ditt lösningsmedel avsevärt under rumstemperatur under omkristallisationen (dvs med hjälp av ett torris / acetonbad), gör sedan detta test med förkyld lösningsmedel.
• Om kristallerna inte löser sig i kallt lösningsmedel, värm röret på ett varmt sandbad eller med hjälp av en värmepistol och observera kristallerna. Tillsätt en droppe mer lösningsmedel om de inte löser sig. Om de löses upp vid lösningsmedlets kokpunkt och sedan kristalliserar igen när de kyls till rumstemperatur har du hittat ett lämpligt lösningsmedel. Om inte, prova ett annat lösningsmedel.
• Om det efter en process av försök och fel - och inget enda tillfredsställande lösningsmedel hittas - använd ett lösningsmedelspar. Lös upp kristallerna i det bättre lösningsmedlet (det i vilket de lätt löses upp) och tillsätt det sämre lösningsmedlet till den heta lösningen tills det blir grumligt (lösningen är mättad med det lösta ämnet). Lösningsmedelsparet måste vara blandbart med varandra. Några användbara lösningsmedelspar är ättiksyra-vatten, etanol-vatten, aceton-vatten, dioxan-vatten, aceton-etanol, etanol-dietyleter, metanol-2 Butanon, etylacetat-cyklohexan, aceton-ligroin, etylacetat-ligroin, dietyl eter-ligroin, diklormetan-ligroin, toluen-ligroin.

Lös upp den orena föreningen: För att göra det, placera föreningen i ett provrör. Krossa stora kristaller med en omrörningsstav för att främja upplösning. Tillsätt lösningsmedlet dropp för droppe. För att avlägsna olösliga, fasta föroreningar, använd överskott av lösningsmedel för att späda lösningen och filtrera bort de fasta föroreningarna vid rumstemperatur (se steg 4 för filtreringsprocedur) och avdunsta sedan lösningsmedlet. Före uppvärmning, placera en applikatorpinne i röret för att undvika superuppvärmning (uppvärmning av lösningen över lösningsmedlets kokpunkt utan att koka). Luften fångad i träet kommer att bilda kärnor för att tillåta jämn kokning. Alternativt, poröst porslinskokande flis kan användas. Efter att fasta föroreningar har avlägsnats och lösningsmedlet avdunstat, tillsätt lösningsmedel dropp för droppe, medan du rör om kristallerna med en glasstav och värmer röret på ett ångbad eller sandbad tills föreningen är helt upplöst med minimal mängd lösningsmedel.

1. Om du arbetar med en förening med en smältpunkt som är lägre än ditt lösningsmedels kokpunkt, se till att den inte har smält utan att lösas upp. Om du ser två flytande lager, tillsätt lite mer lösningsmedel.

Avfärga lösningen. Hoppa över detta steg om lösningen är färglös eller endast har en ljus gul nyans. Om lösningen är färgad (som härrör från produktion av högmolekylära biprodukter av kemiska reaktioner), tillsätt överskott av lösningsmedel och aktivt kol (kol) och koka lösningen i några minuter. De färgade föroreningarna kommer att adsorberas på ytan av aktivt kol på grund av dess höga grad av mikroporositet. Ta bort kolet med adsorberade föroreningar genom filtrering, som beskrivs i nästa steg.

Avlägsna fasta ämnen genom filtrering. Filtrering kan göras genom tyngdkraftsfiltrering, dekantering eller avlägsnande av lösningsmedel med en pipett. Använd i allmänhet inte vakuumfiltrering, eftersom det heta lösningsmedlet svalnar under processen och låter produkten kristallisera i filtret. Om det inte finns någon olöslig orenhet, hoppa över det här steget.

• Gravitationsfiltrering: detta är den metod du väljer för att avlägsna fint kol, damm, ludd etc. Få tre Erlenmeyer-kolvar uppvärmda på ett ångbad eller varmplatta: en som innehåller lösningen som ska filtreras, en annan som innehåller några milliliter lösningsmedel och en stamfri tratt och den tredje innehållande flera milliliter av det kristalliserande lösningsmedlet som ska användas för sköljning. Placera ett räfflat filterpapper (användbart eftersom du inte använder vakuum) i en stamfri tratt (stamlös för att förhindra att den mättade lösningen svalnar och täcker stammen med kristaller) över den andra Erlenmeyer-kolven. Koka upp lösningen som ska filtreras, ta tag i den i en handduk och häll lösningen i filterpapperet.Tillsätt kokande lösningsmedel från den tredje Erlenmeyer-kolven till alla kristaller som bildas på filterpapperet och skölj den första Erlenmeyer-kolven som innehöll lösningen som filtrerades, tillsätt sköljningen till filterpapperet. Ta bort överflödigt lösningsmedel genom att koka den filtrerade lösningen.
• Dekantering: Detta används för stora fasta föroreningar (dvs. brutet glas). Häll av (dekantera) det heta lösningsmedlet och lämna de olösliga fasta ämnena.
• Avlägsnande av lösningsmedel med pipett: Detta används för en liten mängd lösning och om de fasta föroreningarna är tillräckligt stora. För in en pipett med fyrkantig spets i provrörets botten (rundad botten) och ta bort vätskan med sug och lämna fasta föroreningar bakom.

Kristallisera föreningen av intresse. Detta steg förutsätter att alla färgade föroreningar och olösliga föroreningar har avlägsnats genom lämpliga steg ovan. Ta bort överflödigt lösningsmedel genom att koka av det eller blåsa av det med en mild luftström eller genom rotationsindunstning. Börja från en lösning mättad med löst ämne vid kokpunkten. Låt den svalna långsamt till rumstemperatur. Kristallisering bör börja. Om inte, starta processen genom att tillsätta en frökristall eller repa insidan av röret med en glasstav vid vätske-luftgränssnittet. När kristallisationen har börjat, var försiktig så att behållaren inte stör så att stora kristaller bildas. För att främja långsam kylning (vilket gör att större kristaller bildas) kan du isolera behållaren med bomull eller pappershanddukar. Större kristaller är lättare att skilja från föroreningar. När behållaren har svalnat helt till rumstemperatur, kyl den i is eller annat kylbad i cirka fem minuter för att maximera mängden kristaller.

• Om du ser två flytande lager efter kylning har din förening oljats ut; med andra ord föll den ur lösningen vid en temperatur över dess smältpunkt. Detta är särskilt troligt om du arbetar med ett lågsmältande fast ämne. I det här fallet, tillsätt lite mer lösningsmedel, värm upp och försök igen. Försök lägga till en frökristall (om sådan finns) eller repa insidan av behållaren innan du svalnar för att uppmuntra kristallisering att börja.

Samla och tvätta kristallerna: För att göra detta, separera kristallerna från det iskalla lösningsmedlet genom filtrering. Detta kan göras med hjälp av Hirsch-tratten, Buchner-tratten eller genom avlägsnande av lösningsmedlet med en pipett.

• Filtrering med hjälp av Hirsch-tratten: Placera Hirsch -tratten med icke-räffladfilterpapper i en vakuumtät monterad kolv. Placera filterkolven i is för att hålla lösningsmedlet kallt. Våt filterpapperet med kristallisationslösningsmedlet. Haka fast kolven på en aspirator, sätt på aspiratorn och se till att filterpappret dras ner på tratten av vakuumet. Häll och skrapa kristallerna på tratten och bryt vakuumet så snart all vätska har tagits bort från kristallerna. Använd några droppar iskallt lösningsmedel för att skölja kristallisationskolven och häll den på tratten medan du applicerar vakuum igen, och bryt vakuumet så snart all vätska avlägsnas från kristallerna. Tvätta kristallerna några gånger till med iskallt lösningsmedel för att avlägsna eventuella kvarvarande föroreningar. I slutet av tvätten, låt vakuumet vara på för att torka kristallerna.
• Filtrering med hjälp av Buchner-tratten: Placera en bit icke-räfflad filterpapper i botten av Buchner-tratten och fukta den med lösningsmedel. Montera tratten ordentligt mot en filterkolv via en gummi- eller syntetgummiadapter för att möjliggöra sugning av vakuum. Häll och skrapa kristallerna på tratten och bryt vakuum så snart vätskan avlägsnas i kolven när kristallerna finns kvar på papperet. Skölj kristallisationskolven med iskallt lösningsmedel, tillsätt detta till de tvättade kristallerna, applicera vakuum igen och bryt vakuum när vätskan avlägsnas från kristallerna. Upprepa och tvätta kristallerna så många gånger som behövs. Låt vakuumet sitta på för att torka kristallerna i slutet.
• Tvätta med en pipett: används för att tvätta små mängder kristaller. Sätt in en pipett med fyrkantig spets i provrörets botten (rundad botten) och ta bort vätskan och lämna de tvättade fasta ämnena kvar.