WWNiG

Krystalizacja związków organicznych

Celem niniejszego ćwiczenia jest dobór odpowiednich rozpuszczalników do krystalizacji dwu związków organicznych, a następnie ich oczyszczenie przez krystalizacje.

Metody rozdzielania i oczyszczania związków organicznych.

Oczyszczanie stałych związków organicznych przez krystalizacje.

Stale związki organiczne otrzymywane w drodze syntetycznej są zazwyczaj zanieczyszczone ubocznymi produktami reakcji chemicznych. Oczyszcza się je najczęściej przez krystalizacje, z odpowiedniego rozpuszczalnika lub mieszaniny rozpuszczalników. Czasami jednak, mimo tego ze mamy do czynienia z ciałami stałymi, stosujemy inne metody oczyszczania, np. destylacje pod zmniejszonym ciśnieniem, destylację z parą wodną, ekstrakcje. Metody te znajdują zastosowanie do oczyszczania stałych związków organicznych w takich przypadkach, w których zastosowanie krystalizacji jako metody oczyszczania nie daje pożądanych efektów (zbyt duże straty substancji oczyszczanej, zanieczyszczenia uniemożliwiają tworzenie się czystych kryształów).

Oczyszczanie substancji starych przez krystalizacje oparte jest na wykorzystaniu różnicy rozpuszczalności związków i zanieczyszczeń w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku lub mieszaninie rozpuszczalników.

Na proces krystalizacji składa się kilka etapów:

1. rozpuszczenie oczyszczanej substancji na gorąco w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku,

2. odsączenie gorącego roztworu od części nierozpuszczonych i zanieczyszczeń mechanicznych,

3. pozostawienie przesączu do krystalizacji,

4. oddzielenie kryształów od roztworu,

5. zbadanie czystości oczyszczonego związku.

W procesach krystalizacji bardzo waz-na role odgrywa odpowiedni dobór rozpuszczalnika, który powinien spełniać następujące warunki:

1. powinien posiadać dużą zdolność rozpuszczania krystalizowanej substancji na gorąco, a małą na zimno,

2. powinien rozpuszczać zanieczyszczenia bardzo dobrze lub w bardzo małym stopniu,

3. powinien sprzyjać powstawaniu czystych kryształów i być łatwy do usunięcia,

4. powinien być łatwo dostępny (tani) i niepalny,

5. rozpuszczalnik nie może reagować z oczyszczanym związkiem.

Wykonanie cwiczenia:

Dobór rozpuszczalnika w przypadku braku danych literaturowych należy przeprowadzić na podstawie prób doświadczalnych. Około 0,1 g związku umieszczono w próbówce i dodano 1 ml rozpuszczalnika. Mieszaninę ogrzewano do wrzenia. Jeżeli związek nie uległ rozpuszczeniu, dodano rozpuszczalnik porcjami po 0,5 ml ogrzewając za każdym razem do wrzenia. Jeżeli po dodaniu 3 ml rozpuszczalnika związek chemiczny pozostał nierozpuszczony, to należy uznać, ze jest on w tym rozpuszczalniku trudno rozpuszczalny i trzeba dobrać inny rozpuszczalnik na tej samej drodze.

Kiedy substancja rozpuści się w rozpuszczalniku całkowicie lub prawie całkowicie (nierozpuszczone zanieczyszczenia należy odsączyć), roztwór w probówce należy oziębić i obserwować proces krystalizacji. Łatwo wypadające z roztworu kryształy świadczą, ze rozpuszczalnik został dobrze dobrany.

Czasami jednak proces powstawania kryształów może być powolny z braku zarodków krystalizacji, należy wtedy ścianki próbówki potrzeć szklaną pałeczką (cząstki szkła służą. jako zarodki krystalizacji). Jeżeli natomiast krystalizacja nie następuje po kilku minutach mimo oziębienia i pocierania ścianek probówki szklaną pałeczka, rozpuszczalnik należy odrzucić jako zbyt dobrze rozpuszczający oczyszczany związek. Przy doborze rozpuszczalnika należy również oszacować, jaki stosunek ilościowy rozpuszczalnika do substancji oczyszczonej daje najlepsze wyniki krystalizacji. Czasami, jeżeli oczyszczony związek wykazuje zbyt dobra, rozpuszczalność w jednym rozpuszczalniku, a zbyt słabą w drugim, można z bardzo dobrym skutkiem zastosować do krystalizacji dwa rozpuszczalniki. Rozpuszczalniki te musza się jednak miesząc ze sobą w każdym stosunku. W takim przypadku rozpuszcza się oczyszczony związek na gorąco w rozpuszczalniku lepiej rozpuszczającym się, a następnie do gorącego roztworu dodaje się drugi rozpuszczalnik (gorzej rozpuszczający się), aż do wystąpienia lekkiego zmętnienia. Zmętnienie to usuwa się przez dodanie malej ilości pierwszego rozpuszczalnika, po czym mieszaninę pozostawia się do krystalizacji.

Najczęściej do tego typu krystalizacji stosuje się następujące pary rozpuszczalników:

- alkohol i woda,

- alkohol i aceton,

- alkohol i benzen,

- benzen i eter naftowy,

- aceton i eter naftowy,

- kwas octowy i woda,

- eter i eter naftowy,

- benzen i cykloheksen.

Jeżeli również ta próba krystalizacji zawiedzie, substancji należy oczyszczać innym

sposobem.

W procesie krystalizacji znajdują zastosowanie: teoria rozpuszczalności, a także pewne uogólnienia. wprowadzone na jej podstawie:

1. Związki organiczne rozpuszczają się najlepiej w rozpuszczalnikach o takim samym lub podobnym charakterze chemicznym i fizycznym, jaki wykazuje związek krystaliczny.

2. Rozpuszczalność związku w miarę przesuwania się w szeregu homologicznym, zbliża się coraz bardziej do rozpuszczalności węglowodoru, z którego można dany związek wyprowadzić.

3. Związki o charakterze pola mym rozpuszczają Się lepiej w rozpuszczalnikach polarnych.

Rozpuszczalnik	ºC. Temp. Wrz. ºK		Uwagi
Woda	100	373	Powszechne zastosowanie
Eter etylowy	35	308	Łatwo zapalny
Eter naftowy	40-60	313-333	Palny
Aceton	56	329	Łatwo palny
Chlorofora	61	334	Niepalny, pary trujące
Metanol	64,5	337,5	Palny, trujący
n-Heksan	69	342	Palny
Czterochlorek węgla	77	350	Niepalny, pary trujące
Octan etylu	78	351	Palny
Etanol 95	78	351	Palny
Etanol bezwodny	78	351	Palny
Benzen	80	353	Palny
Toluen	111	384	Palny
Kwas octowy lodowaty	118,1	391,1	Niezbyt palny, pary duszące
Ksylen	139	412	Palny

Kwas Salicylowy:

Najlepszym z badanych rozpuszczalników kwasu salicylowego jest woda. Woda rozpuszcza badany związek dopiero po ogrzaniu. Natomiast krystalizuje on po ochłodzeniu. Jest ona o wiele tańsza od alkoholu etylowego, którego również używaliśmy podczas przeprowadzania doświadczenia. Uzyskał on podobne wyniki lecz wysoka cena dyskwalifikuje go z powszechnego użycia.

Używając jako rozpuszczalnika acetonu zaobserwowaliśmy (bez podgrzewania) natychmiastowe rozpuszczenie się badanej substancji. Nie nadaje się ona jako rozpuszczalnik kwasu salicylowego gdyż nie spełnia warunków przyjętych w procesach krystalizacji.

Tiomocznik

Używając jako rozpuszczalnika wody można zaobserwować rozpuszczenie się badanej substancji. Jednak po ochłodzeniu nie krystalizuje.

W Acetonie, jak również w alkoholu nastąpiło rozpuszczenie badanej substancji, również po ochłodzeniu w obydwu związkach następuje krystalizacja. Jednak cena alkoholu jest wyższa niż acetonu i tak jak w poprzednim przypadku alkohol jest rzadko stosowany.

---