II.2.2. Перегонка с водяным паром

Перегонку с водяным паром применяют в тех случаях, когда жидкости нерастворимы или частично смешиваются друг с другом. В этом случае закон Рауля не применим и действует другое соотношение:

р = р₁ + р_2.

Таким образом, общая упругость паров р смеси больше, чем упругость паров каждого компонента, взятого в чистом виде, и величина р_крит., при которой начинается кипение, наступает при более низкой температуре. Следовательно, смесь будет перегоняться при температуре ниже 100^о. Поэтому метод позволяет отделять жидкости, разлагающиеся при простой перегонке.

пар

регулятор подачи пара

Рисунок 14

Прибор для перегонки с водяным паром, изображенный на рис. 14, состоит из генератора пара, паропроводящей трубки, перегонной колбы, холодильника, алонжа и приемника. Прибор имеет много общего с прибором для простой перегонки (рис. 12,а), и потому мы не станем подробно комментировать конструкцию, а лишь остановимся на ее особенностях. Парогенератор (парообразователь) чаще всего представляет собой плоскодонную колбу большого объема, хотя для этой цели используют также металлические колбы и парообразователи специальных конструкций. Колба должна быть снабжена отводной трубкой и предохранительной трубкой, доходящей почти до дна колбы. Предохранительная трубка предназначена для уравновешивания давления в колбе. Паропроводящая трубка должна быть снабжена отводом с зажимом для регулирования подачи пара в реакционную смесь и для выравнивания давления в приборе.

Во избежание переброса перегоняемой массы в приемник перегонную колбу устанавливают наклонно. Паропроводящая трубка должна доходить почти до дна колбы для возможно более равномерного распределения пара в перегоняемой жидкости. Перегонную колбу, кроме обычного крепления в лапке, подпирают снизу кольцом: перегонка с паром протекает довольно бурно и плохое крепление колбы может привести к ее разрушению.

При перегонке с водяным паром применяют эффективные холодильники, поскольку при конденсации большого количества пара приходится отводить большое количество тепла.

Перегонку обычно продолжают до тех пор, пока не прекратится отделение нерастворимого в воде продукта в виде маслянистых пятен. Если малорастворимый продукт все-таки образует разбавленный раствор, окончание перегонки приходится определять по отсутствию соединения в дистилляте какими-либо качественными реакциями.

Для прекращения перегонки сначала отсоединяют парообразователь и только потом его отключают во избежание попадания реакционной массы в парогенератор.

Все изложенные выше методы выделения соединений не являются окончательной стадией получения вещества. Актом, завершающим длительный процесс синтеза, является очистка вещества.

II.3. Очистка твердых органических соединений Перекристаллизация

Наиболее часто применяемым методом очистки твердых веществ является перекристаллизация. Метод основан на различной растворимости соединений в растворителе при различных температурах. При кристаллизации вещество, как правило, необходимо растворить, подготовить раствор для кристаллизации (обесцветить, отделить нерастворимые примеси), отфильтровать полученные кристаллы и промыть их чистым растворителем.

Растворитель для кристаллизации выбирают, руководствуясь следующими основными принципами. Вещество должно очень ограниченно растворяться в нем при нормальных условиях (или при охлаждении) и хорошо растворяться при нагревании. Обычно растворимость веществ резко возрастает вблизи точки кипения, поэтому при перекристаллизации жидкость всегда необходимо доводить до кипения. Растворимость примесей при этом должна быть либо очень хорошей, либо, наоборот, очень малой. В первом случае растворившиеся загрязнения не кристаллизуются из раствора, а во втором - не растворяются, и их можно удалить фильтрованием. Необходимо также помнить о том, что растворитель не должен химически взаимодействовать с продуктом.

Перекристаллизацию проводят в приборе, состоящем из колбы и обратного холодильника (рис. 8,а). К веществу, помещенному в колбу, приливают такое количество растворителя, чтобы образовалась так называемая кашицеобразная консистенция, вносят кипелки, присоединяют обратный холодильник и доводят массу до кипения.

Если после минутного кипячения осадок не растворился, через форштосс холодильника добавляют небольшое количество растворителя и снова доводят смесь до кипения. Операцию повторяют до тех пор, пока вещество полностью не растворится в минимальном количестве растворителя. Если примеси остаются в осадке, нет необходимости добавлять слишком много растворителя. Так, не надо пытаться растворять механические примеси.

При необходимости раствор обесцвечивают, добавляя адсорбенты (обычно - активированный уголь), для чего надо прекратить кипячение полученного раствора, добавив немного (2-5 % от массы продукта) угля и снова довести смесь до кипения.

Полученный кипящий раствор быстро фильтруют горячим через хорошо нагретую воронку Бюхнера. Если растворителем для перекристаллизации служит вода, воронку нагревают в бане с горячей водой. Необходимо помнить о том, что колба Бунзена, в которую собирают фильтрат, нетермостойка и приливание горячего раствора в сосуд, стоящий на холодном лабораторном столе, может привести к взрыву, влекущему за собой тяжелые последствия. Во избежание этого колбу термоизолируют, обматывая полотенцем.

Колбу с фильтратом оставляют охлаждаться и по охлаждении отфильтровывают полученные кристаллы.

Перекристаллизация - не единственный способ очистки твердых соединений. Для получения индивидуальных кристаллических соединений используют также сублимацию, кристаллизацию из расплава и хроматографию, однако эти методы препаративно сложны в сравнении с кристаллизацией и требуют от синтетика значительного опыта работы, поэтому в рамках данного курса они не рассматриваются.

Основным методом очистки жидких соединений является перегонка.