laba_organika_metodichka

скоростью, чтобы пористое дно воронки было все время

покрыто слое~ жидкости.

		~~~~~~~-
		~YMaгa
	Перегородка
	------
	с оrверстиSlМИ
ста	6
ПОРl</ ..	~

стекn"нная

".,.,O'~~

в

а

Рис. 6. Воронки для фильтрования: а - воронки Шотта с

пористой стеклянной перегородкой; б - Воронка Бюхнера; в -

воронка Хирша.

При использовании воронки Бюхнера или Хирша и фильтровальной бумаги, в предварительно нагретую воронку укладывают фильтровальную бумагу и увлажняют ее горячим

растворителем (нагретым отдельно), чтобы она прилипла к

воронке. Подключают слабый вакуум, чтобы предотвратить всплывание фильтровальной бумаги и сразу же выливают

горячий раствор в центр воронки. В дальнейшем поступают также как и :3 случае воронки Шотта.

Второй способ

простое фильтроваllие. Простое

фильтрование используют, как правило, для фильтрования больших объемов раствора. Для горячего фильтрования

используют предварительно нагретые стеклянные воронки с

коротким концом, снабженные складчатым бумажным фильтром или специальные воронки, изображенные на рис. 7. Горячие растворы фильтруются быстрее, чем холодные, Tal\ как нагретая

жидкость имеет меньшую вязкость. При работе с относительно

небольшими количествами раствора воронку предварительно

нагревают до температуры чуть выше температуры кипения

31

www.mitht.ru/e-library

растворителя. Горячий насыщенный раствор быстро

фильтруют,

		1	2
	~Y!:
		"11'1	'	,
		-' '	1И 7
j" . ',:~;:!I' 5		I	~
iQ			LJ
'о	~ l~ .
I~	".~I

Рис. 7. Горячее фильтрование: 1 - часовое стекло; 2 - фильтр; 3 - воронка; 4 - стакан; 5 - электроплитка; 6 - обогревающий

кожух; 7 - змеевик

для того, чтобы во время фильтрования не выпали кристаллы.

Вероятность кристаллизации на воронке уменьшается, если

раствор не является пересыщенным в горячем состоянии.

Поэтому при горячем фильтровании в заключение к раствору следует добавить еще примерно 5% растворителя.

При растворении органического соединения, содержащего

смолистые примеси, последние могут придать окраску раствору.

Окрашенные примеси, как правило, затрудняют кристаллизацию основного продукта. Эти примеси по физико-химическим свойствам в большинстве случаев отличаются от основного продукта и могут быть избирательно извлечены из раствора при помощи адсорбентов.

Полярные растворители обесцвечивают активированным углем, который добавляют к горячему раствору в тщательно

измельченном виде в количестве 2

5% от массы

перекристаллизуемого вещества. Температура горячего раствора при добавлении активированного угля должна быть значительно ниже температуры кипения, чтобы добавление угля не вызвало

бурного кипения жидкости, которое может сопровождаться выбросом. Затем раствор некоторое время тщательно перемешивают, кипятят и в горячем виде фильтруют. Если

32

www.mitht.ru/e-library

раствор полностью не обесцветился, то обработку

активированным углем повторяют.

Следует иметь в виду, что при обесцвечивании

активированным углем, особенно при нагревании, некоторые

соединения

могут

окисляться

за

счет

КИС.l0рода,

адсорбированного углем.

Неионизированные растворитеJlИ, например гексан, qетыреххлористый углерод, дихлорэтан, бензол, хлороформ,

обесцвечивают окисью алюминия. Их фильтруют через слой адсорбента, который помещают в воронку Бюхнера или воронку

Шотта.

Насыщенный (и.1И почти насыщенный) горячий раствор

охлаждают до комнатной температуры, при этом сосуд с

горячим фильтратом неплотно закрывают, чтобы предотвратить

попадание пыли и оставляют остывать до комнатной

температуры. Чтобы образовались крупные кристаллы, раствор должен остывать медленно. Для более полного выделения

осадка сосуд с фильтратом после охлаждения до комнатной

температуры помещают в холодильный шкаф или в охлаждающую смесь. Некоторые органические вещества

образуют пересыщенныс растворы. Поэтому иногда для того, чтобы началась кристаллизация, в раствор вводят для затравки кристаллик выделяемого или изоморфного ему вещества. Кристаллизацию можно вызвать также, потирая стеклянной

палочкой по стенке сосуда. Скорость кристаллизации органических веществ колеблется в очень широких пределах (от нескольких минут до нескольких суток), поэтому никогда не

следует преждевременно выбрасывать маточный раствор.

После завершения кристаллизации кристаллы отделяют от холодного маточного раствора вакуумным фильтрованием, используя воронку Шота (рис. 6а) или воронки Бюхнера и Хирша (рис. 6б и 6в). Фильтровальную воронку соединяют с колбой Бунзена (если маточного раствора много) (рис. 8а) или маленькой пробиркой с боковым отводом (если количество

вещества невелико) (рис. 8б). Используют также переходник с

боковым отводом, который соединенный с круглодонной колбой

(рис. 8в). ПОСJJедний вариант более предпочтителен, если

33

www.mitht.ru/e-library

- Отсос

(вакуум)

а	6	6

Рис. 8. Приборы для фильтрования

фильтрат затем концентрируют на роторном испарителе. При

вакуумном фильтровании на дно воронки укладывают фильтровальную бумагу, которая должна покрывать всю

сетчатую пластинку, не загибаясь у стенок. Фильтровальную

бумагу слегка смачивают чистым растворителем, чтобы она прилипла к перфорированному дну, затем систему подключают к слабому вакууму. Плавно вращая кристаллизационную колбу с

кристаллами и маточным раствором, аккуратно выливают смесь

в воронку. Подсос должен быть таким, чтобы через фильтр проходила ровная струя фильтрата. Когда фильтрование закончится, стравливают вакуум и, если необходимо, снова

заливают часть маточного раствора в кристаллизационную

колбу, чтобы смыть кристаллы, прилипшие к стенкам.

После того, как все кристаллы будут перенесены на воронку, их промывают небольшой порцией холодного чистого растворителя. Для этого убирают подсос, добавляют растворитель, чтобы он только покрыл кристаллы, осторожно перемешивают шпателем и подключают снова слабый вакуум. Промывание кристаллов следует проводить с большой

осторожностью, так как это может привести к значительным

потерям, если кристаллы заметно растворяются в холодном

растворителе. Наконец, воронку покрывают часовым стеклом

для защиты кристаллов от пыли и подсоединяют вакуум, чтобы

34

www.mitht.ru/e-library

удалить как можно больше растворителя. При работе со

средними и большими количествами криста,lЛОВ во время этой операции кристаллы можно на фильтре отжать от растворителя

широкой стеКJlЯННОЙ I1робкой, но при работе снебольшими

количествами этого де.'1ать не рекомендуется, так как это может

повлечь за собой потерю вещества.

Для удалеllИЯ отфильтроваННОIО и отжатого

кристаллического продукта из воронки, воронку отсоединяют,

ставят в перевернутом положении на листок фильтровальной

бумаги и отрывистым ударом краями воронки о стол

вытряхивают фильтр с осадком на бумагу. Стенки воронки и фильтр очищают с помошью стеклянной палочки или шпателя. Полученное кристаллическое вещество отжимают в

фильтровальной бумаге. Высушиваемое вещеспю помещают

тонким слоем на лист чистой фильтровальной бумаги и

оставляют при комнатной температуре. Относительно

небольшие количества твердых веществ сушат в обычных или вакуумных эксикаторах (рис. 9), которые представляют собой толстостенные сосуды с притертой шлифованной крышкой.

а)	б)
Рис. 9. Обычный (а) и вакуумный (б) эксикаторы: I - бюксы С
высушиваемым веществом; 2 -	фарфоровая перегородка; 3 -

осушитель; 4 кран

Ш,lифованные поверхности крышки и самого эксикатора

должны быть смазаны вакуумной смазкой. Осушитель

помещают в нижнюю часть эксикатора, а высушиваемое

35

www.mitht.ru/e-library

вещество в бюксе или чаllJке Петри размещают на фарфоровой

перегородке.

Вакуумный эксикатор отличается от обычного эксикатора

тем. что в крышке есть кран для подключения к вакууму.

В процессе высушивания вешеств в ваКУУМНО!\4 эксикаторе

его не следует держать постоянно присоеДИНСI!НЫМ к

водоструйному насосу. Если вакуумированная система

герметична, то, как только будет достигнуто максимальное при

данных условиях разрежение. движение воздуха из эксикатора к

насосу прекратится, и пары воды из насоса начнут

диффун)щровать к высушиваемому веществу.

Небольшис количества веществ удобно высушивать в приборе, называемом пистолетом Фишера (рис. 10).

Вещество в лодочке помещают в трубку, обогреваемую парами кипящей в колбе жидкости. В ретортообразную часть

пистолета помещают осущитель, например оксид фосфора (У). Систему при необходимости вакуумируют. Применяя для обогрева различные по температуре кипсния растворители, можно IlpoBecTH процесс высушивания при оптимальной

температуре.

Рис. 10. Сушильный

пистолет Фишера: 1 - колба с кипящим растворителем; 2 --

лодочка с

высушиваемым

веществом; 3 -

обратный

холодильник; 4 --

осушитель; 5 - кран

36

www.mitht.ru/e-library

11.4.3.Перекристаллизация из ВОllЫ

вхимический стакан емкость 75 - 100 М,l помещают 1 г

вещества, добавляют отмеренное цилиндром количество воды,

меньшее, че';! это необходимо для ПОлного растворения вещества при комнатной температуре. Значения раствори'АОСТИ находят в

справочнике.

В таблице 3 приведены данные о растворимости некоторых

органических веществ в воде.

									Таблица 3
г На;-вание			--	Растворимость в-гна 10О мл воды при							--,
Iвещества					,""мпе",ту>е, в'с						.
	_.__	_	4	10: 20		110' 60 i		70	i75	100 ~
,	Бензойная				i	I					I
	кислота				I	i		1,8			J
LC6HsC.O_ОН			0,18 0,21		,0,27	10,55	1,2		2,2	_ .\
J	Ацетанилид			..	I	I	._.		_--.t,б		l
~п_6НsNНСОС_tIз				0,5	i._ __	I		4,1			i
										5
Iп:Нитроанилин					i	I			,:2,01
L~ЪN-С6Н4-NН~				__ ~-.L--L.~.							.1
	Стаканчик нагревают на электроплитке (под стаI<анчик
необходимо		предварительно положить					небольшой кусочек

асбеста), перемешивая содержимое стеклянной палочкой. Если

при кипении воды в стакане остается кристаллическое вещество,

к смеси добавляют еще небольшое количество предварuтелыю

нагретой воды и продолжают растворение.

Горячий раствор быстро отфильтровывают от механических примесей через воронку со складчатым фильтром в стакан_ Воронку и стакан предварuтелыlO нагревают в СУШWlЬНОМ шкафу. Стакан закрывают сверху часовым стеклом и охлаждают

до комнатной температуры для медленной кристаллизации_ После охлаждения смеси до комнатной температуры стакан с

раствором помещают в ледяную воду для полноты выделения

кристаллов. Кристаллы отфильтровывают, как описано в п. 4_2., высушивают. Сухое вещество взвешивают, рассчитывают выход

37

www.mitht.ru/e-library

продукта. Перекристаллизованное и высушенное вещество

можно использовать для определения температуры плавления.

11.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ

Температура плавления (Тпл) важный параметр, характеризующий твердое органическое вещество. Этот

параметр служит для идентификации и определения меры

чистоты соединения. Свойство вещества плавиться при строго

определенной температуре очень специфично и зависит главным

образом от межмолекулярных сил сцепления и характера кристаллической решетки. Чистое вещество плавится в очень

узком интервале теМlIератур (0,2 - 0,5 ОС), а наличие даже

небольшого количества примесей вызывает увеличение температурного интервала до 2 - 3 ос и более с одновременным

понижением температуры плавления.

Однако, для установления идентичности исследуемого

соединения с заведомым образцом недостаточно факта совпадения значений их температур плавления. Более

достоверным является результат, получаемый с помощью

смешанной пробы. Для приготовления смешанной пробы на

часовом стекле тщательно растирают равные количества двух

веществ и смесью заllОЛНЯЮТ капилляр для плавления. В том случае, если смешанная проба состоит из двух образцов одного

и того же сое;1инения, она расплавится при той же температуре, что и отдельно взятые образцы. Если же смешанная проба

состоит из двух разных веществ, ее температура плавления

будет заметно ниже температуры плавления более

низкоплавкого компонента. В этом случае говорят, что

наблюдается депрессия температуры плавления. Интервал

температуры плавления в этом случае растянут на 5 - 1О Ос.

Если приблизительная Тпл соединения неизвестна, то для

экономии времени сначала проводят грубое определение.

Несколько мелких кристаллов вещества помещают на шарик

термометра, находящсгося в горизонтальном положении.

Термометр медленно нагревают на сетке или на закрытой

электроплитке. В момент начала плаВ;lения кристаллов

38

www.mitht.ru/e-library

отмечают показание термометра. Обычно эти данные бывают

несколько завышены.

Результаты работы по перекристаллизаuии и определению температуры плавления заносят в таблиuу.

11.5.1. Определение температуры плавления в капилляре.

Определение температуры плавления нагреванием вещества

в капилляре весьма удобно, так как при этом расходуется лишь

несколько миллиграммов вещества.

КаПИЛJIЯР для определения температуры плавления

вытягивают из чистой трубки из легкоплавкого стекла

диаметром 5 - 1О мм. Трубку нагревают в средней ее части при

постоянном вращении до размягчения, после чего вынимают

трубку из пламени и плавным движением вытягивают в

капилляр диаметром 1,0 - 1,5 мм. Охлажденную капиллярную

нить разрезают напильником на отрезки длиной 30 - 40 мм. Капилляры запаивают с одного конца, осторожно внося их сбоку

впламя горелки.

11.5.1.1.Определение температуры плавления

НИЗКОllлавких веществ( не выше 250 ОС)

Для точного определения температуры плавления от 40 до 21 О ос часто используют прибор, изображенный на рис. 11.

Он состоит из круглодонной колбы (1), в которую впаяна пробирка для термометра (2) и капилляра (3). Термометр вставляют в пробирку с помощью резиновой или корковой

пробки С прорезью для сообщения внутреннего пространства с

атмосферой; термометр должен находиться от дна пробирки на расстоянии 5 -- IО мм и не прикасаться к ее стенкам. Внешняя

колба прибора часто заполняется теllлоносителем (силиконовое

масло или серная кислота). При определении температуры

плавления выше 200 ос используется прибор без теплоносителя.

Выполнение работы. Небольшое количество (5 - 10 MI')

перекристаллизоваllНОГО сухого вещества тонко измельчают на

часовом стекле стеклянной палочкой, собирают в кучку и

www.mitht.ru/e-library

ногружают в нее открытый конец капилляра. При Э'fOм небольшое количество вещества попадает внутрь капилляра. Для

того чтобы сместить это вещество к запаянному концу капилляра и УП;lOтнить его, ПОС.lедниЙ бросают запаянным

концом вниз через стеклянную трубку ДЛИНОЙ 60 - 80 см,

поставленную вертикально на стеклянную пластинку или

часовое стекло. Эту операцию повторяют до тех пор, пока в запаянной части капилляра не образуется плотный столбик вещества длиной 2 - 4 мм. Капилляр укрепляют на термометре резиновым колечком (при нагревании не выше 120 - 140 ОС) или

тонкой проволочкой таким обра.зом, чтобы часть капилляра,

заполненная веществом, прилегала к ртутному баллончику

термометра и находилась на уровне середины шарика ртутного

термометра.

2

Рис. 11. Прибор для определения температуры плавления

Прибор с термометром укрепляют вертикально на штативе и

начинают нагревать сначала быстро (5 -10 ОС в минуту), а за 15 - 20 "С дО предполагаемой температуры плавления резко замедляют нагревание до 1 ОС в минуту, а в процессе плавления еще медленнее (не более 0,5 ос в минуту). В противном случае

40

www.mitht.ru/e-library