4.3.4. Перегонка с водяным паром

Перегонка с водяным паром является эффективным методом очистки органических соединений, нерастворимых или трудно растворимых в воде. Она используется в тех случаях, когда продукт реакции загрязнен труднолетучими смолистыми примесями. Этот метод позволяет перегонять высококипящие вещества при температуре значительно меньшей, чем их температура кипения.

Установка для перегонки с паром состоит из парообразователя, тройника с зажимом, перегонной колбы, холодильника Либиха, аллонжа и приемника (рис. 19).

В качестве парообразователя используют металлический сосуд с предохранительной трубкой, доходящей до дна и предохраняющей систему от резкого повышения давления. Парообразователь соединяют с перегонной колбой через тройник резиновой трубкой (зажим открыт). В качестве перегонной колбы применяют круглодонную колбу вместимостью 500–1000 см³. Стеклянная трубка, подводящая пар, должна быть несколько согнута

внизу и доходить до дна колбы. Колбу устанавливают наклонно (угол 60º к плоскости сетки), чтобы летящие при перегонке брызги не попали в отводящую пары трубку; эта трубка должна лишь немного выходить из пробки. Другой конец отводящей пары трубки соединяют с холодильником, а последний – с аллонжем.

Рис. 19. Установка для перегонки с паром

Только после того как прибор собран, в колбу наливают перегоняемое вещество с небольшим количеством воды, чтобы колба была заполнена не более чем на 1/3 ее вместимости. Парообразователь заполняют водой на 2/3 его вместимости и нагревают до кипения. Одновременно на сетке нагревают почти до кипения перегонную колбу, для того чтобы избежать конденсации водяных паров в колбе и увеличения за счет этого объема жидкости. Подогрев колбы на маленьком пламени продолжают в течение всей перегонки. Когда из паробразователя пойдет сильная струя пара, зажим на тройнике закрывают и начинают перегонку. Через жидкость в колбе должна проходить довольно сильная струя пара. Выходящие из колбы пары конденсируются в холодильнике и поступают в приемник в виде эмульсии. Если вещество осаждается в холодильнике в виде кристаллов, то периодически на короткое время выключают подачу воды в холодильник и усиливают нагрев паровика, чтобы сильной струей пара расплавить образовавшиеся кристаллы. Вновь впускание воды в холодильник нужно проводить осторожно. При перегонке кристаллических веществ аллонж применять не следует.

Перегонку ведут до появления прозрачного дистиллята. После окончания перегонки сначала открывают зажим на тройнике, затем выключают нагрев, иначе при охлаждении парообразователя в нем создается вакуум, и жидкость из перегонной колбы может быть втянута в паровик.

Практические работы

Образец оформления отчета и расчетов приведены в приложении (см. с. 55).

1. Натриевая соль n-толуолсульфокислоты

Основные реакции:

Побочные реакции:

Реактивы: толуол 16 см³, серная кислота (ρ=1,83 г/см³), хлорид натрия 20 г, гидрокарбонат натрия 8 г.

Посуда и приборы: колба круглодонная длинногорлая (200 см³), холодильник, стакан химический (100 см³), колба Бунзена, воронка Бюхнера, предохранительная склянка.

Ход работы

В длинногорлую круглодонную колбу на 200 см³, снабженную обратным водяным холодильником, помещают 16 см³ толуола и осторожно вносят 9,5 см³ концентрированной серной кислоты (ρ=1,83 г/см³), прибавляют 2–3 «кипелки» и на асбестовой сетке нагревают смесь до кипения (рис. 20, а).

Как только смесь закипит, огонь регулируют так, чтобы смесь слабо кипела в течение 1 ч. Реакционную смесь хорошо перемешивают каждые 2–3 мин, встряхивая колбу, что способствует хорошему выходу и ускоряет реакцию. Запрещается перемешивание смеси при ее перегреве: если в отсутствии перемешивания с кончика холодильника интенсивно скапывает конденсат. Необходимо уменьшить нагрев, дождаться прекращения стекания конденсата, затем возобновить перемешивание. При оптимальном нагреве конденсат стекает со стенок колбы и кончика холодильника только при перемешивании.

После выключения нагрева, через 2 мин в реакционную смесь осторожно, небольшими порциями, вливают через холодильник 50 см³ воды. Содержимое колбы перемешивают, снимают холодильник и переливают смесь в стакан. Колбу ополаскивают 20 см³ воды, полученный при ополаскивании раствор приливают к основной смеси в стакан. Кислый раствор осторожно нейтрализуют 8 г гидрокарбоната натрия, прибавляя его небольшими порциями, затем добавляют 20 г NaCl. Смесь нагревают до кипения на асбестовой сетке (рис. 20, б). Если NaCl не растворяется, добавляют немного воды.

Раствор охлаждают холодной водой (рис. 20, в). Выпавшие кристаллы продукта отсасывают на воронке Бюхнера (рис. 20, г) и сушат на воздухе, фильтре и плотном листе бумаги.

а б

в г

Рис. 20. Схемы установок для синтеза натриевой соли

n-толуолсульфокислоты:

а – нагревание с обратным холодильником;

б – нагревание на асбестовой сетке;

в – кристаллизация;

г – вакуумное фильтрование

2. -Нафтолоранж

Основные реакции:

Реактивы: сульфаниловая кислота 5 г, гидроксид натрия 2 моль/дм³ раствор 12.5 см³, нитрит натрия 2 г, соляная кислота 2 моль/дм³ раствор 12.5 см³, гидроксид натрия 2 г, хлорид натрия 25 г.

Посуда и приборы: стаканы химические, колба Бунзена, воронка Бюхнера, предохранительная склянка (рис. 21).

Ход работы

В стакане растворяют при легком нагревании 5 г кристаллической сульфаниловой кислоты в 12,5 см³ 2 моль/дм³ раствора NaOH (рис. 21, а). Поскольку сульфаниловая кислота плохо растворима в воде, ее переводят в растворимую натриевую соль. Полученный раствор должен иметь щелочную реакцию (рН 10) по универсальному индикатору. Затем раствор охлаждают водой и добавляют раствор 2 г нитрита натрия в 35 см³ воды.

Полученный раствор 4–5 порциями, при перемешивании, вливают в 12,5 см³ 2 моль/дм³ соляной кислоты, предварительно охлажденной до 0–10 ºС (рис. 21, б). Образовавшаяся диазобензолсульфокислота частично выпадает в осадок. После окончания диазотирования, которое продолжается 10–15 мин, раствор должен иметь кислую реакцию по универсальной индикаторной бумаге.

В стакане растворяют 2 г NaOH в 40 см³ воды, в полученный раствор вносят 3,6 г -нафтола и приливают при перемешивании взвесь диазотированной сульфаниловой кислоты. Перемешивание продолжают 30 мин. Затем для уменьшения растворимости красителя прибавляют 25 г NaCl и для кристаллизации оставляют стоять стакан на льду 1 ч, периодически перемешивая смесь (рис. 21, б).

а б в

Рис. 21. Схемы установок для синтеза -нафтолоранжа:

а – растворение сульфаниловой кислоты;

б – охлаждение и кристаллизация;

в – вакуумное фильтрование

Выпавшие в осадок оранжево-желтые кристаллы красителя, отфильтровывают на воронке Бюхнера (рис. 21, в), промывают холодной водой и сушат на воздухе.