- •А.Ф. Бетнев, е.М. Алов Практикум по органической химии
- •Методы работы при проведении органического синтеза
- •1. Организация работы и техника безопасности
- •1.1. Техника безопасности Обязаности работающих в лаборатории перед началом работы
- •Во время выполнения работы
- •1.2. Основная лабораторная химическая посуда
- •1.3. Пользование литературой и правила составления отчета
- •Список использованных источников
- •Б.2 Многотомные издания б.2.1 Документ в целом
- •2. Основные операции при работе в химической лаборатории
- •2.1. Нагревание
- •2.2. Охлаждение
- •2.3. Фильтрование
- •2.3.1. Способы фильтрования
- •2.4. Промывание
- •2.4.1 Промывание осадка
- •2.4.2. Промывание жидкостей
- •2.5. Сушка
- •2.5.1. Высушивание органических жидкостей
- •2.5.3. Высушивание твердых веществ
- •3. Методы очистки органических соединений
- •3.1. Кристаллизация
- •3.2. Возгонка (сублимация)
- •3.3. Экстрагирование
- •3.4. Перегонка
- •3.4.1. Простая перегонка при атмосферном давлении
- •3.4.2. Перегонка с водяным паром
- •3.4.3. Перегонка при пониженном давлении (в вакууме)
- •3.4.4. Фракционная перегонка
- •4. Определение важнейших констант органических соединений
- •4.1. Определение температуры плавления твердого вещества
- •4.2. Определение показателя преломления
- •4.3. Хроматографическое разделение смесей органических соединений
- •4.3.1. Тонкослойная хроматография
- •4.3.2. Газо-жидкостная хроматография
2.2. Охлаждение
Многие органические реакции протекают с выделением большого количества тепла. Во избежание перегрева, разложения и потерь продуктов реакции (а в отдельных случаях и взрывов) применяют охлаждение. При охлаждении проводят также реакции, в которых участвуют или получаются вещества, существующие только при низких температурах (например, азотистая кислота, диазосоединения и др.).
В зависимости от того, до какой температуры необходимо охладить реакционный сосуд, применяют различные охладительные смеси. Для охлаждения до комнатной температуры используется холодная вода, для охлаждения до 0 °С применяют лед или снег (лучше брать ледяную воду - смесь льда с небольшим количеством воды), а до температуры ниже 0 °С - охлаждающими смесями. Для получения температуры примерно от минус 5 до минус 20 °С применяют смесь льда с поваренной солью, которую готовят из 3 ч. тонкоизмельченного льда и 1 ч. технической поваренной соли. Более низкие температуры (до минус 50 °С) можно получить, применяя смесь из 5 ч. кристаллического хлористого кальция и 4 ч. мелкоизмельченного льда. Температуру до минус 70 °С можно получить, пользуясь твердой двуокисью углерода (сухим льдом). При смешении твердой двуокиси углерода с абсолютным этиловым спиртом можно получить температуру до минус 72 °С, с эфиром до минус 77 °С, с ацетоном до минус 78 °С.
Для некоторых работ в химических лабораториях требуется более глубокое охлаждение, которое достигается при помощи жидкого азота. Однако обращение с ним требует особых мер предосторожности, описанных в специальных руководствах.
При охлаждении справедлив тот же принцип, что и при нагревании: для равномерного изменения температуры реакционной массы следует перемешивать ее тем интенсивнее, чем больше перепад температур между внутренней и внешней стенками сосуда. Однако резкого охлаждения в любом случае необходимо избегать. Горячий сосуд сначала охлаждают на воздухе, потом водопроводной водой и лишь затем охлаждающими смесями. Чтобы предотвратить непроизводительный расход охлаждающей смеси, бани следует тщательно изолировать при помощи войлочных чехлов, ваты, пробковых стружек и т. д.
2.3. Фильтрование
В лабораторной практике для механического разделения твердых и жидких компонентов какой-либо смеси обычно пользуются фильтрованием. Однако в простейшем случае можно использовать сливание жидкости с отстоявшегося осадка, т. е. декантацию. Рекомендуется использовать оба приема, а именно: сначала отделить жидкость и промыть несколько раз осадок декантацией, а затем уже применить фильтрование.
Фильтрование характеризуется скоростью и полнотой отделения осадка от жидкости. На эффективность фильтрования влияют следующие факторы:
1) вязкость (чем выше вязкость раствора, тем труднее фильтровать);
2) температура (чем выше температура раствора, тем легче фильтровать);
3) давление (чем выше давление, тем быстрее фильтруется жидкость);
4) величина частиц твердого вещества (чем больше размер частиц вещества по сравнению с размером пор фильтра, тем легче идет фильтрование).
Из фильтрующих средств в лаборатории чаще всего применяют фильтровальную бумагу, ткани, пористое стекло, асбест и т. п. Необходимо учесть, что для фильтров нельзя применять материалы; каким-либо образом взаимодействующие с фильтруемой жидкостью.
Фильтровальная бумага применяется для разделения нейтральных суспензий при температуре до 100 °С. При комнатной температуре она выдерживает действие щелочей с концентрацией до 10 % (масс.) и разбавленных растворов минеральных кислот. Бумажные фильтры устойчивы по отношению к органическим растворителям. О плотности фильтровальной бумаги можно судить по цвету ленты на обертке: красная лента – быстрофильтрующие фильтры для грубых осадков; белая или желтая ленты – бумага средней плотности, синяя или зеленая ленты – плотные фильтры для тонких осадков.
При фильтровании с большим перепадом давлений фильтровальную бумагу иногда заменяют хлопчатобумажными тканями с достаточной плотностью, например бязью, миткалем, бельтингом, диагональю.
В настоящее время в распоряжении химиков имеются фильтры на основе бумаг и тканей из различных синтетических материалов – полиамидов, полиэфиров, полиэтилена и полипропилена, поливинилхлорида и его сополимеров с винилацетатом и акрилонитрилом, нитрона и других. К преимуществам синтетических фильтровальных материалов относится их высокая механическая прочность в сочетании с термостойкостью (кроме некоторых полимеров), устойчивость к действию многих агрессивных жидкостей.
Превосходной устойчивостью к агрессивным растворам, в том числе к концентрированным кислотам и щелочам, а также к органическим растворителям, обладают пористые пластины и пленки из фторопласта.
Воронки с пористой стеклянной пластинкой (рис. 1, поз. 19) можно применять для фильтрования любых жидкостей, за исключением плавиковой кислоты, горячей фосфорной кислоты и горячих концентрированных растворов щелочи.
После употребления такие фильтры необходимо промывать обратным током воды или путем пропускания под вакуумом жидкостей, растворяющих или разрушающих застрявший в порах осадок. Стеклянные фильтрующие пластинки различаются по диаметру пор. Наиболее широко употребляются пластинки с максимальным размером пор 160, 100, 40 и 16 мкм.
Для фильтрования агрессивных и горячих жидкостей и газов можно рекомендовать также фильтры из стеклоткани саржевого или полотняного переплетения. Очень практичны также фильтры из стекловолокнистой бумаги.