1.10. Методы разделения и очистки органических веществ

Многие органические вещества выделяют из природных источников или получают синтетически. В последнем случае также часто возникает задача выделения индивидуальных веществ из смесей и их очистки, так как синтез, как правило, заканчивается образованием смеси продуктов. При обычной очистке можно получить продукты, содержащие 98—99.5% основного вещества, специальными методами можно получить особо чистые вещества, содержащие всего лишь 0.001—0.0001% примесей.

Распространёнными методами выделения органических соединений из смеси являются кристаллизация и возгонка (сублимация) твёрдых веществ и перегонка (ректификация) жидкостей, а также экстракция, разные хроматографические методы и электрофорез.

Так, электрофорез широко используют как при анализе биологических образцов, так и при получении чистых препаратов, то есть в процессах выделения и очистки. Электрофорез основан на явлении переноса заряженных частиц в электрическом поле, приложенном к изучаемому раствору. Неодинаковая подвижность частиц в этих условиях позволяет использовать электрофорез для разделения смесей.

1.10.1. Разделение твёрдых смесей и очистка твёрдых веществ

Очистка твёрдых веществ от примесей является частным слу­чаем более общей задачи — разделения твёрдых смесей органических соединений. Применяются различные методы разделения и очистки твёрдых смесей, и выбор метода определяется свойствами веществ, подвергаемых разделению или очистке, характером примесей, степенью требуемой чистоты, а также экономичностью метода.

Органические соединения, принадлежащие к различным классам, обладают разной растворимостью. Это обстоятельство используется для очистки и разделения органических веществ путём кристаллизации, в частности дробной кристаллизации, а также при проведении экстракции.

Кристаллизация. Кристаллизация является важным методом очистки органических соединений.

Вещество, которое нужно перекристаллизовать, растворяют при нагревании в подходящем растворителе. Растворитель следует брать в количестве, достаточном для полного растворения вещества при нагревании (нерастворимые примеси во внимание не принимаются).

Решающее значение для успешного проведения кристаллизации имеет правильный выбор растворителя. Одно из основных требований к растворителю заключается в том, чтобы при нагревании растворимость в нём кристаллизуемого вещества значительно увеличивалась. Растворитель не должен растворять примеси (тогда их можно будет отфильтровать) или, наоборот, должен растворять их очень хорошо (тогда при охлаждении раствора они не выпадут вместе с основным продуктом, а останутся в маточном растворе).

Горячий раствор, насыщенный кристаллизуемым веществом, отфильтровывают от нерастворившихся примесей, затем фильтрат охлаждают, выпавший осадок фильтруют, промывают на нутч-фильтре и сушат. Для более полного выделения осадка охлаждение можно вести в бане с ледяной водой или в холодильнике.

Для более полного отделения органических соединений от маточных растворов и ускорения фильтрования процесс этот проводят, создавая перепад давления между областями над фильтром и под фильтром, что в лабораторных условиях достигается преимущественно путём создания разрежения под фильтром (отсасывание). Фильтр для отсасывания, называемый нутч-фильтром, состоит из цилиндрической воронки с сетчатым дном (воронка Бюхнера) и толстостенной конической колбы для работы под вакуумом (колба Бунзена).

Возгонка. Возгонка состоит из двух стадий, одна из которых — испарение твёрдого вещества, а вторая — конденсация образовав­шихся паров в твёрдое вещество.

Для очистки органических соединений возгонка удобна в том случае, когда возгоняется лишь основной продукт, а примеси не ис­паряются. Возгонка применяется для очистки хинонов, многоядерных углеводородов и некоторых других соединений.

Преимущество возгонки по сравнению с кристаллизацией заключается в том, что в результате возгонки, как правило, сразу же получается чистый продукт и возгонку легко провести даже с очень небольшими количествами вещества.

Экстракция. Органические вещества, находящиеся в растворе, могут быть разделены с помощью экстракции. Экстракция — это перевод одного или нескольких компонентов раствора из одной жидкой фазы в контактирующую и не смешивающуюся с ней другую жидкую фазу, содержащую избирательный растворитель (экстрагент). Экстрагенты обеспечивают переход целевых компонентов из исчерпываемой фазы, которая чаще всего представляет собой водный раствор, в извлекающую фазу (органический растворитель).

Экстракцию используют в производстве лекарственных препаратов — алкалоидов, антибиотиков, витаминов, гормонов.