Zestaw aparatury do wykonania ekstrakcji:

1. statyw, 2. łapa z łącznikiem, 3. rozdzielacz, 4. kolba stożkowa (erlenmajerka)

UWAGA! Na rysunku przedstawiono rozdzielacz z otwartym kranem; podczas napełniania rozdzielacza jak i w trakcie ekstrakcji należy zwracać uwagę, aby był zamknięty.

Większe ilości substancji lotnej z para wodną można destylować w przedstawionym zestawie:

1.wytwornica pary wodnej 2.chłodnica 3.kolba destylacyjna 4.przedłużacz 5.odbieralnik

6.rurka bezpieczeństwa

Parę wodna przepuszcza się do czasu, gdy w destylacie przestaje pojawiać się substancja destylowana. Sposób wyodrębniania substancji organicznej z destylatu zależy od jej stanu skupienia. Substancje krystaliczne zazwyczaj odsącza się, a substancje ciekłe oddziela się za pomocą ekstrakcji rozpuszczalnikiem organicznym rozpuszczającym substancje organiczną i oczywiście nierozpuszczalnym w wodzie.

Destylacja równowagowa

Destylacja polega na częściowym odparowaniu ciekłej mieszaniny i skropleniu wytworzonej pary. Powstająca podczas ogrzewania para jest bogatsza w związki bardziej lotne niż mieszanina wyjściowa, która podczas procesu wzbogacana jest o substancje mniej lotne. W prowadzonym w ten sposób procesie surówka rozdzielana jest na dwa produkty- destylat- bogatszy w składnik bardziej lotny i ciecz wyczerpaną o większej zawartości (niż w surówce) substancji mniej lotnej.

Najprostszy przypadek destylacji- destylację równowagową mieszaniny dwuskładnikowej można przedstawić na wykresie równowagowym ciecz- para dla dwóch substancji.

Rys.1- wykres równowagowy ciecz- para mieszaniny dwuskładnikowej

Destylacja równowagowa- polega na ogrzaniu mieszaniny dwu cieczy w zamkniętym zbiorniku zapewniającym stałe ciśnienie do pożądanej temperatury mieszczącej się w zakresie od t_p- w której pojawia się pierwszy pęcherzyk pary, aż do całkowitego odparowania mieszaniny mającego miejsce w t_k Po ustaleniu się stanu równowagi w danej temperaturze- t₂ faza gazowa- destylat oraz faza ciekła- ciecz wyczerpana będą zawierać odpowiednio x_AW i x_AD składnika bardziej lotnego.

Rys.2 – aparatura do destylacji w skali laboratoryjnej: 1- kolba destylacyjna; 2-chodnica; 3-odbieralnik destylatu; 4- element grzejny; 5-termometr

ANILINA

Redukcja grupy nitrowej zwłaszcza w nitroarenach jest ważną metodą otrzymywania aniliny i jej pochodnych. Najczęściej stosowanymi oczynnikami używanymi do redukcji są np. wodór wobec katalizatora (np. platyny), metal (cyna, cynk, żelazo) w środowisku kwaśnym lub zasadowym a także siarczki i wielosiarczki metali alkalicznych lub amonu. Anilinę można otrzymać w reakcji nitrobenzenu z cyną w stężonym kwasie solnym zgodnie z równaniem:

2C₆H₅−NO₂ + 12HCl + 3Sn 2C₆H₅−NH₂ + 3SnCl₄ + 4H₂O

Powstająca podczas reakcji anilina jest wiązana przez kwas chlorocynowy dając odpowiednią sól aniliniową - [C₆H₅−NH₃⁺]₂ [SnCl₆]²⁻. Dzięki temu z mieszaniny poreakcyjnej można łatwo usunąć nieprzereagowany nitrobenzen przez destylację z parą wodną. Sól aniliniową rozkłada się wodorotlenkiem sodu:

[C₆H₅−NH₃⁺]₂ [SnCl₆]²⁻ + 8NaOH C₆H₅−NH₂ + Na₂SnO₃ + 6NaCl

i oddziela od wodnej zawiesiny zasadowych soli cyny za pomocą destylacji z parą wodną.

Produktem redukcji nitrobenzenu w środowisku kwaśnym, w trakcie której niewyodrębnialnymi związkami pośrednimi są ntrozobenzen (C₆H₅−N=O) i fenylohydroksyloamina (C₆H₅−NHOH), jest anilina. Jeśli redukcję prowadzi się w środowisku zasadowym lub/i stosuje łagodniejsze środki redukujące możliwe jest otrzymanie np. fenylohydroksyloaminy oraz związków powstających w wyniku reakcji między produktami pośrednimi np. azoksybenzenu (C₆H₅N⁺(O⁻)=NC₆H₅). Synteza tych i pokrewnych związków jest opisana w Preparatyce Organicznej A. Vogel: str 617-619 wyd. II ; str. 920-922 wyd. III.

Preparat wykonuje się pod wyciągiem.

Zalecane jest, aby do reakcji użyć cyny możliwie dobrze rozdrobnionej. Można ją otrzymać w następujący sposób. Palnik Meckera umocowuje się poziomo do statywu na wysokości ok. 50 cm od podstawy i umieszcza się pod nim większą parownicę porcelanową. Granulkę cyny trzymaną szczypcami metalowymi stapia się w płomieniu palnika. Spadająca kropla zastyga na powierzchni porcelany w postaci cienkiej warstwy. Otrzymane blaszki cynowe kroi się nożyczkami na możliwie wąskie paski.

W kolbie kulistej o poj. 1000 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną (przy wprawnym dalszym postępowaniu nie jest konieczne podłączanie węży do chłodnicy; alternatywnie – chłodnicę napełnia się wodą i łączy oba jej króćce kawałkiem węża), umieszcza się 24,6 g (21 ml, 0,20 mol) nitrobenzenu i 45 g (0,38 mol) cyny. Kolbę umocowuje się łapą do statywu. Przygotowuje się czaszę grzejną lub łaźnię z wrzącą wodą i miskę z zimną wodą. Odmierza się w cylindrze 150 ml stężonego kwasu solnego (1.8 mol), a następnie ok. 15 ml tego kwasu wprowadza się do kolby przez chłodnicę zwrotną. Kolbę wraz z łapą odłącza się od statywu i trzymając jedną ręką za łapę a drugą za chłodnicę energicznie wstrząsa się zawartością kolby. Mieszanina reakcyjna rozgrzewa się, a po niedługim czasie reakcja powinna przebiegać dosyć energicznie. Jeśli to nie nastąpi kolbę ogrzewa się aż do zapoczątkowania reakcji. Jeżeli mieszanina wrze bardzo energicznie, to należy ją schłodzić, na chwilę zanurzając kolbę w łaźni z zimną wodą. Należy unikać zbytniego ochłodzenia. Wytrąca się wtedy chlorocynian aniliniowy w postaci białej lub żółtej krystalicznej masy. Może być wtedy konieczne ogrzanie kolby, aby przywrócić właściwe tempo przebiegu reakcji. Podczas całego procesu zawartość kolby powinna być klarowna i łagodnie wrzeć. Kiedy początkowa szybkość reakcji zacznie samorzutnie maleć, przez chłodnicę zwrotną dodaje się nową porcję 15 ml kwasu solnego i zawartość kolby silnie wytrząsa w celu dokładnego wymieszania składników, a jeśli reakcja zachodzi zbyt gwałtownie, ponownie chłodzi. W ten sposób postępuje się dotąd, aż cała ilość kwasu zostanie dodana. Następnie mieszaninę reakcyjną ogrzewa się na wrzącej łaźni wodnej (przez 30–60 min) do czasu gdy zapach nitrobenzenu przestanie być wyczuwalny, a próbka pobrana z kolby (kilka kropli) i rozcieńczona wodą utworzy całkowicie klarowny roztwór (jaki jest cel i sens tej próby?). (Jeśli po 60 min ogrzewania nadal stwierdza się obecność nitrobenzenu kolbę reakcyjną umieszcza się w zestawie do destylacji z parą wodną. Destylację prowadzi się tak długo, aż z chłodnicy zacznie spływać klarowna ciecz − woda.)

Mieszaninę reakcyjną chłodzi się do temperatury pokojowej i stopniowo dodaje do niej roztwór 110 g wodorotlenku sodu w 180 ml wody. Jeśli w trakcie dodawania wodorotlenku mieszanina zacznie wrzeć, to należy ją ochłodzić. Wytrącający się początkowo wodorotlenek cyny, powinien się całkowicie rozpuścić, a odczyn mieszaniny powinien być silnie alkaliczny. Anilina wydziela się w postaci oleju. Kolbę umieszcza się w układzie do destylacji z parą wodną. Destylację prowadzi się tak długo aż, po oddestylowaniu mętnej cieczy, zostanie zebranych dodatkowo 120 ml klarownego destylatu. Anilina jest częściowo rozpuszczalna w wodzie (ok. 3%), dlatego należy ją „wysolić”, czyli zmniejszyć jej rozpuszczalność nasycając destylat chlorkiem sodu. Na każde 100 ml destylatu używa się ok. 20 g soli. Następnie nasycony solą destylat przenosi się do rozdzielacza, dodaje do ok. 40 ml eteru (lub chlorku metylenu) i całość dokładnie wytrząsa w celu dokładnego wyekstrahowania aniliny z warstwy wodnej; należy pamiętać o częstym wyrównywaniu ciśnienia w rozdzielaczu, w zależności od położenia rozdzielacza, albo przez uniesienie na chwilę korka, albo otworzenie kranu. (Podczas ekstrakcji wszystkie palniki znajdujące się w pobliżu muszą być zgaszone.) Następnie mieszaninę pozostawia się do czasu rozdzielenia warstw. Zlewa się obie warstwy do osobnych naczyń. Warstwę wodną (dolną; uwaga: w przypadku użycia CH₂Cl₂ warstwa wodna jest na górze) zawraca się do rozdzielacza i ekstrahuje nową porcją 40 ml eteru. Połączone roztwory eterowe umieszczone w erlenmajerce suszy się kilkoma gramami bezwodnego węglanu potasu (2), wytrząsając zakorkowaną kolbą przez kila minut.

Roztwór eterowy sączy się przez sączek karbowany do wkraplacza. Eter oddestylowuje się metodą destylacji równowagowej (Preparatyka Organiczna, A. Vogel: str. 117 wyd. II; str. 173 wyd. III), stosując kolbę kulistą o poj. 50 ml, do której dodaje się kilka kamyków wrzennych. Kolbę ogrzewa się łagodnie łaźnią elektryczną, pamiętając o zachowaniu środków ostrożności związanych z wyjątkową lotnością i łatwopalnością eteru. Kiedy do kolby zostanie wprowadzony cały roztwór, wkraplacz zastępuje się termometrem i oddestylowuje się resztę rozpuszczalnika (wskazówką jest temperatura wrzenia). Wówczas z chłodnicy usuwa się wodę i zwiększa intensywność ogrzewania. Kiedy temperatura wrzenia osiągnie 180 ºC zmienia się odbieralnik (sucha zważona erlenmajerka) i zbiera frakcję wrzącą w temp.180–184 ºC. Wydajność aniliny wynosi 18 g (97%).