ĆWICZENIA WSTĘPNE

W tym dziale znajduje się omówienie dwóch podstawowych i najczęściej stosowanych w kursie podstawowym preparatyki organicznej metod oczyszczania związków organicznych. Również podane są przykładowe przepisy rozdzielania dwóch substancji ciekłych z zastosowaniem destylacji frakcyjnej oraz oczyszczania substancji stałych przez krystalizacje. Opisana jest także metoda analizy produktów reakcji w oparciu o techniki chromatograficzne - cieczowej chromatografii cienkowarstwowej (TLC). Informację o innych, stosowanych na pracowni metodach wyodrębniania, oczyszczania i analizy związków organicznych preparatyki zostanie dodane do serwisu w trakcie jego rozwoju. Opis powyższych metod można znaleźć w popularnych podręcznikach preparatyki organicznej, a w szczególności w „Preparatyce Organicznej” I.A. Vogel, WNT: Warszawa 1984

DESTYLACJA POD CIŚNIENIEM ATMOSFERYCZNYM

(destylacja prosta)

Prostym sposobem oczyszczania ciekłych związków organicznych jest destylacja pod ciśnieniem atmosferycznym. Typowy zestaw do przeprowadzenia takiej destylacji przedstawia poniższy rysunek:
Pojemność kolby destylacyjnej powinna być dostosowana do ilości cieczy destylacyjnej w ten sposób, aby ciecz destylowana zajmowała od połowy do dwóch trzecich objętości kolby. Gdy temperatura wrzenia destylowanej cieczy przekracza 150^o należy chłodnicę chłodzoną wodą zastąpić długą rurką szklaną ze szlifami tzw. chłodnicą powietrzną. W przypadku gdy destylat chcemy zabezpieczyć przed wilgocią z powietrza, należy do bocznej rurki przedłużacza dołączyć rurkę ze środkiem suszącym np. z bezwodnym chlorkiem wapnia. Do kolby destylacyjnej napełnionej cieczą należy dodać kilka kawałków nie polewanej porcelany tzw. kamyków wrzennych, zapewniających równomierne wrzenie cieczy. Kolbę destylacyjną w zależności od substancji destylowanej (palność) ogrzewa się palnikiem gazowym, łaźnią wodną lub olejową, bądź odpowiednim grzejnikiem elektrycznym. Szybkość destylacji reguluje się intensywnością ogrzewania i powinna ona być taka, aby destylat spływał z chłodnicy z równomiernie z szybkością 1-2 kropli na sekundę. Szybsze prowadzenie destylacji może powodować „przerzucanie” cieczy razem z zanieczyszczeniami z kolby destylacyjnej do chłodnicy; wolniejsze zaś powoduje ochładzanie nasadki destylacyjnej i termometru i w konsekwencji błędny odczyt temperatury wrzenia destylowanej substancji.

DESTYLACJA FRAKCYJNA POD CIŚNIENIEM ATMOSFERYCZNYM

Jeżeli temperatury wrzenia składników mieszaniny nie różnią się zbytnio, prosta destylacja nie doprowadzi do ich rozdzielenia. W takim przypadku należy przeprowadzić destylacje frakcyjną, do której typowy zestaw przedstawia poniższy rysunek:
W zestawie tym między kolbą destylacyjną umieszcza się kolumnę destylacyjną. Kolumna destylacyjna jest to długa rura szklana posiadająca różnego rodzaju wypełnienie, w której następuje bezpośrednie zetknięcie spływającej w dół skroplonej cieczy z dążącymi do góry parami. W wyniku wymiany cieplnej pomiędzy dwiema fazami dążącymi do stanu równowagi, pary zostają wzbogacone w bardziej lotny składnik kosztem fazy ciekłej spływającej w dół i wzbogacanej w mniej lotny składnik. Dla dobrego rozdzielenia destylowanej mieszaniny powinny być spełnione następujące warunki: dość duża ilość cieczy zawracanej w kolumnie, a więc niezbyt szybkie prowadzenie destylacji duża powierzchnia zetknięcia fazy gazowej z faza ciekłą, a więc odpowiednie wypełnienie kolumny. Należy unikać nadmiernego chłodzenia kolumny. W tym celu kolumnę zazwyczaj izoluje się owijając ją materiałem izolującym (folia aluminiowa) lub stosując kolumny z płaszczem próżniowym. Do ogrzewania kolby destylacyjnej stosuje się łaźnie: wodną, olejową lub powietrzną, podgrzewane palnikiem gazowym lub elektrycznie. Należy pamiętać o dodaniu do kolby destylacyjnej kamyków wrzennych i o ich odnawianiu po każdym przerwaniu destylacji. W przypadkach rozdzielania mieszanin cieczy wysokowrzących bądź ulegających rozkładowi w temperaturze wrzenia pod normalnym ciśnieniem można przeprowadzić destylację frakcyjną pod zmniejszonym ciśnieniem modyfikując odpowiednio zestaw do destylacji. Zastosowanie kolby destylacyjnej dwuszyjnej pozwala wprowadzić do zestawu niezbędną w destylacji próżniową kapilarę. Zastosowanie „krówki” lub odpowiedniej konstrukcji przedłużacza pozwalającego zmieniać odbieralnik bez likwidowania obniżonego ciśnienia w aparaturze, ułatwiają i przyspieszają destylację frakcyjną pod zmniejszonym ciśnieniem.

DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ

Inną metodą wyodrębniania i oczyszczania związków organicznych jest destylacja z para wodną. Sposób ten polega na przeprowadzeniu w stan pary substancji organicznej za pomocą strumienia pary wodnej przepuszczanej przez mieszaninę tej substancji z wodą. Jeżeli substancja ma prężność pary w temperaturze 100^o co najmniej 5-10 mmHg (6,5-13 hPa) oraz jest praktycznie nierozpuszczalna w wodzie to nastąpi jej destylacja z parą wodną. Ponieważ woda i destylowany składnik A nie mieszają się ze sobą, ogólna prężność par, zgodnie z prawem Daltona, jest sumą prężności cząstkowych. (1)  P = PW + PA Ponieważ ciecz zaczyna wrzeć, gdy prężność jej par osiągnie wartość ciśnienia atmosferycznego panującego w danej chwili, przeto prężność par rozważanej mieszaniny osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego w temperaturze niższej od temperatury wrzenia każdego z jej składników. Skład pary, a więc i skład kondensatu można obliczyć ze wzoru:
(2)
Wprowadzając jednostki masy [m] wzór można przekształcić do postaci:
(3)
Równanie (2) jest w przybliżeniu słuszne, gdyż jedynie przybliżeniem jest założenie wzajemnej całkowitej nierozpuszczalności składników. Destylacja z parą wodną jak to wynika z równania (1) zachodzi w temperaturze niższej od temperatury wrzenia wody, przeto wiele substancji o temperaturach wrzenia bardzo wysokich, w których ulegają one już zazwyczaj częściowemu rozkładowi daje się oczyścić przez destylację w temperaturze poniżej 100^o. Destylacja z parą wodną pozwala ponadto w łatwy sposób: oddzielić produkt od nielotnych produktów smolistych. wydzielić związek organiczny z wodnych roztworów soli nieorganicznych. oddzielić wiele substancji organicznych lotnych z para wodną od związków organicznych nielotnych z para wodną. Prosty zestaw aparatury do destylacji z parą wodną niewielkich ilości substancji przedstawia poniższy rysunek:
Wiesze ilości substancji lotnej z para wodną można destylować w przedstawionym zestawie:
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 POD ZMNIEJSZONYM CIŚNIENIEM

(destylacja próżniowa)

Wielu substancji organicznych nie można przedestylować pod ciśnieniem atmosferycznym, ponieważ ulegają one rozkładowi, zanim zostanie osiągnięta temperatura wrzenia. Przez zmniejszenie ciśnienia można obniżyć temperaturę wrzenia i przeprowadzić destylację bez rozkładu substancji destylowanej. W laboratorium obniżenie ciśnienia uzyskuje się zazwyczaj stosując pompki wodne zmniejszające ciśnienie do 15-30 mmHg (20-40 hPa). W celu większego obniżenia ciśnienia stosuje się różnego rodzaju pompy olejowe [0,01-1 mmHg (13-133 Pa)] oraz pompy dyfuzyjne sprzężone z pompami olejowymi [poniżej 0,01 mmHg (13 Pa)]Typowy zestaw aparatury pozwalający w dogodny sposób przeprowadzić destylację próżniową przedstawia poniższy rysunek:
W zestawie tym nasadka destylacyjna zastąpiona została nasadką Claisena (nasadka z dwiema szyjami), w której obok termometru znajduje się kapilara (rurka ze szlifem z wyciągniętą od dołu kapilarą) zapewniająca równomierne wrzenie cieczy. Kapilara spełnia rolę kamyków wrzennych stosowanych w destylacji pod ciśnieniem atmosferycznym. Po napełnieniu kolby destylacyjnej do około połowy objętości i włączeniu pompki wodnej należy odczekać pewien czas do chwili ustalenia się ciśnienia w aparaturze. Ciśnienie jest odczytywane przy pomocy dołączonego do aparatury manometru i zazwyczaj podawane jest w milimetrach słupa rtęci [mmHg] (1 mmHg = 133,322 Pa). Zastosowanie w miejsce przedłużacza tzw. „krówki” ułatwia destylację, ponieważ pozwala po zebraniu przedgonu bez demontażu zmienić odbieralnik. Proces ogrzewania kolby destylacyjnej, jak również szybkość destylacji reguluje się w sposób podany dla destylacji pod ciśnieniem atmosferycznym. Po zakończeniu destylacji próżniowej usuwa się łaźnię grzejną, a następnie po częściowym ochłodzeniu powoli likwiduje obniżone ciśnienie w aparaturze.

KRYSTALIZACJA

Surowe produkty reakcji zawierają z reguły niewielkie ilości zanieczyszczeń. Oczyszcza się je zwykle przez krystalizację z odpowiedniego rozpuszczalnika lub z mieszaniny rozpuszczalników. Oczyszczanie substancji stałych przez krystalizację polega na wykorzystaniu różnicy ich rozpuszczalności w odpowiednim rozpuszczalniku. Proces krystalizacji można podzielić na niżej przedstawione etapy: Rozpuszczenie zanieczyszczonej substancji w odpowiednim rozpuszczalniku, w temperaturze wrzenia lub w pobliżu temperatury wrzenia rozpuszczalnika. Odsączeniegorącego roztworu od nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. Pozostawienie przesączu do ostygnięcia, co zazwyczaj powoduje krystalizacje związku. Odsączenie kryształów związku od roztworu zwanego ługiem pokrystalicznym. Po wysuszeniu otrzymanego stałego związku sprawdza się jego czystość zwykle przez oznaczenie temperatury topnienia. Czystość związku można również sprawdzić stosując metody spektroskopowe (podczerwień – IR, ultrafiolet – UV lub magnetyczny rezonans jądrowy – NMR). W pracowni preparatyki organicznej stosuje się zazwyczaj oznaczenie temperatury topnienia. Po sprawdzeniu czystości, jeżeli zachodzi potrzeba, krystalizuje się związek ponownie ze świeżego rozpuszczalnika. Krystalizację powtarza się aż do otrzymania związku o niezmiennej temperaturze topnienia. Rozpuszczalnik stosowany do krystalizacji powinien charakteryzować się następującymi cechami: posiadanie dużej zdolności rozpuszczania oczyszczanej substancji w temperaturze podwyższonej, a niewielkiej w temperaturze pokojowej lub niższej, rozpuszczanie zanieczyszczeń bardzo dobre lub w nieznacznym stopniu, sprzyjanie wytwarzaniu dużych kryształów krystalizowanego związku, względnie niską temperaturę wrzenia. Rozpuszczalnik oczywiście nie może reagować z oczyszczaną substancją, ponadto przy doborze rozpuszczalnika należy kierować się również takimi cechami, jak palność czy toksyczność, które to cechy wpływają na łatwość manipulacji tym rozpuszczalnikiem. Przy doborze rozpuszczalnika pomocna może poniższa tablica podająca najczęściej stosowane rozpuszczalniki i ich własności uszeregowane w kolejności zmniejszającej się polarności. Rozpuszczalnik Stała dielektryczna w 25^oC Temperatura wrzenia Uwagi Woda 78,54 100 stosować możliwie najczęściej Metanol 32,7 64,5 palny, toksyczny Etanol 24,55 78 palny Aceton 20,7 56 palny 1,2-Dichloroetan 10,36 84 toksyczny Chlorek metylenu 8,93 41 niepalny, toksyczny Tetrahydrofuran (THF) 7,58 65 palny Kwas octowy lodowaty 6,18 118 opary gryzące Octan etylu 6,02 78 palny Chloroform 4,726 61 niepalny, toksyczny Eter dietylowy 4,235 35 palny, w miarę możliwości unikać Toluen 2,379 110 palny, toksyczny Benzen 2,274 80 palny, toksyczny Czterochlorek węgla 2,228 77 niepalny, toksyczny Dioksan 2,209 101 palny, toksyczny Cykloheksan 2,015 81 palny Benzyna lekka ok.1,8 101 palna W praktyce dobór rozpuszczalnika musi być oparty na próbach doświadczalnych, jeśli brak jest informacji jaki rozpuszczalnik należy w danym przypadku stosować. Pomocnym przy doborze rozpuszczalnika mogą okazać się następujące uogólnienia: związki organiczne rozpuszczają się na ogół łatwiej w rozpuszczalnikach o własnościach zbliżonych do własności chemicznych i fizycznych związku krystalizowanego. Związki polarne rozpuszczają się lepiej w rozpuszczalnikach polarnych, a gorzej w niepolarnych. W praktyce chemicznej stosuje się często rozpuszczalniki mieszane. Rozpuszczalniki takie muszą mieszać się ze sobą w każdym stosunku. Substancję rozpuszcza się wówczas na gorąco w tym rozpuszczalniku, w którym jest ona dobrze rozpuszczalna, a następnie dodaje ostrożnie, na gorąco drugi rozpuszczalnik, w którym jest ona źle rozpuszczalna, aż do powstania lekkiego zmętnienia. Zmętnienie usuwa się dodając niewielką ilość pierwszego rozpuszczalnika lub lekko ogrzewając mieszaninę. Roztwór pozostawia się do ostygnięcia do temperatury pokojowej.

Zasady wykonywania chromatografii TLC

(cieczowa chromatografia cienkowarstwowa)

Chromatografia Chromatografia jest metodą rozdziału wykorzystującą różnice w oddziaływaniu poszczególnych związków z dwiema fazami: fazę stacjonarną (ciecz lub ciało stałe) i fazę ruchomą (ciecz lub gaz). Chromatografia znajduje szerokie zastosowanie jako metoda wyodrębniania i oczyszczania związków (m.in.chromatografia kolumnowa) jak również analiz mieszanin (m.in. chromatografia cienkowarstwowa TLC)   CHROMATOGRAFIA   ROZDZIELCZA rozdział polega na podziale składników mieszaniny pomiędzy fazy stacjonarną i ruchomą ADSORPCYJNA rozdział polega na selektywnej adsorpcji składników mieszaniny na powierzchni ciała stałego (układ ciecz-ciecz) (układ ciecz-gaz) (układ ciało stałe-ciecz) chromatografia bibułowa chromatografia gazowa chromatografia kolumnowa Chromatografia adsorpcyjna Adsorpcję (nagromadzenie substancji na zewnętrznej powierzchni ciał stałych) wykorzystuje się do rozdzielenia mieszanin na podstawie różnic w powinowactwie różnych ciał stałych na powierzchni adsorbenta. Środki adsorbujące można podzielić na: niepolarne (węgiel aktywny, niektóre żywice organiczne) polarne (tlenek glinu, żel krzemionkowy, węglowodany tj. skrobia, cukier, celuloza) W przypadku polarnego adsorbenta kolejność z jaką składniki mieszaniny pojawiają się na płytce TLC zależy od ich względnych polarności. Tak więc w przypadku dwóch składników różniących się polarnością składnik bardziej polarny silniej adsorbuje się na powierzchni adsorbenta (na płytce TLC znajduje się bliżej linii startu), natomiast składnik mniej polarny eluowany jest niepolarnym rozpuszczalnikiem (na płytce TLC znajduje się wyżej od składnika bardziej polarnego). Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) W metodzie tej stosuje się warstwę fazy stacjonarnej (najczęściej żel krzemionkowy) naniesionej na podłoże (płytki szklane, folia aluminiowa, folia z PEG), przylegającej do płytki dzięki dodatkowi środka wiążącego np. siarczanu wapnia, gipsu). Fazą ruchomą jest ciecz (rozpuszczalniki organiczne lub ich mieszaniny). Chromatografia cienkowarstwowa służy do szybkiej analizy jakościowej. Stosuje się ją głównie do określenia liczby składników w próbce, do wykrywania określonego związku w mieszaninie oraz jako wstępną próbę przy poszukiwaniu warunków do chromatografii kolumnowej. Wykonanie analizy TLC obejmuje następujące czynności: przygotowanie płytki naniesienie badanego roztworu (ewentualnie wzorców, substratów) rozwinięcie chromatogramu wywołanie chromatogramu analizę wyników Przygotowanie płytki Przygotowanie płytki pokrytej żelem krzemionkowym polega na jej przycięciu nożyczkami do odpowiedniego wymiaru, zaznaczeniu ołówkiem linii startowej w odległości ok. 1cm od dolnego brzegu i torów, na które będą nanoszone badane roztwory. Nanoszenie próbki na płytkę. Nanoszoną próbkę rozpuszczamy w dowolnym, łatwo lotnym rozpuszczalniku. Roztwór o stężeniu ok. 5-10% sporządzamy w probówce Eppendorfa. Próbkę nanosimy na płytkę za pomocą cienkiej kapilary. Kapilarę zanurzamy w roztworze, a następnie dotykamy lekko jej końcem płytkę chromatograficzną na linii startowej. Należy starać się, aby powstająca plama miała średnicę nie większą niż 2-3mm. Rozwijanie chromatogramu. Chromatogram rozwijamy w komorze chromatograficznej. Wewnątrz komory stawiamy bibułę, która nasiąkając rozpuszczalnikiem utrzymuje nasycenie komory jego parami. Do komory nalewamy rozpuszczalnik lub mieszaninę rozpuszczalników do wysokości ok.0.5 cm, należy zwrócić przy tym uwagę, czy poziom rozpuszczalnika znajduje się poniżej linii startowej. Płytkę wstawiamy do komory pionowo - linią startową do dołu i zakrywamy pokrywkę. W wyniku działania sił kapilarnych eluent wznosi się po płytce - powstaje więc chromatogram "wstępujący". Gdy rozpuszczalnik osiągnie wysokość ok. 0.5 cm od górnej krawędzi płytki, wyjmujemy ją z komory, zaznaczamy czoło rozpuszczalnika i pozostawiamy do wyschnięcia lub suszymy suszarką.
Przykład prostej komory chromatograficznej:
Wartością charakterystyczną dla danego związku w danych warunkach chromatograficznych (faza stacjonarna, podłoże, rozpuszczalnik) jest współczynnik podziału Rf. Jest on zdefiniowany jako stosunek drogi, jaką na płytce przebył dany związek (droga a), do drogi, jaką w tym czasie przebyło czoło rozpuszczalnika (droga b).
Wywoływanie chromatogramu pozycje związków barwnych można ustalić bez trudu: pozycje związków bezbarwnych, fluoryzujących pod wpływem promieniowania ultrafioletowego można określić umieszczając płytkę w świetle lampy UV o długości fali 254 nm. umieszczenie płytki w pojemniku zawierającym kryształki jodu. Związki organiczne barwią się na brązowo. Plamy należy obrysować bezpośrednio po wyjęciu płytki, gdyż w skutek parowania jodu plamy zanikają. substancje organiczne można wykryć przez spryskanie stężonym kwasem siarkowym lub roztworem stężonego kwasu siarkowego w metanolu i następnie wygrzanie w temp 200^oC do czasu, gdy na płytce pojawią się ciemne plamy zwęglonych substancji organicznych. do wywołania związków bezbarwnych stosuje się często metody chemiczne polegające na spryskaniu płytki odczynnikiem, który daje barwną reakcję z wywoływaną substancją. Zwykle jest to odczynnik selektywny, reagujący z określoną grupą lub grupami funkcyjnymi i bardzo czuły, np. ninhydryna stosowana do wykrywania aminokwasów - daje intensywnie zabarwione na niebiesko produkty.

ROZDZIELENIE MIESZANINY CZTEROCHLOREK WĘGLA-TOLUEN 1:1

destylacja frakcyjna

Zestaw aparatury: kolba kulista pojemność 100 ml, kolumienka destylacyjna, nasadka destylacyjna, termometr do 150o, chłodnica Liebiega, przedłużacz, odbieralnik, fiolki (10 szt.) palnik Bunsena, trójnóg, siatka z wkładem porcelanowym.

Montuje się aparaturę do destylacji frakcyjnej. Cała aparatura stosowana w tym doświadczeniu musi być sucha. Kolumienkę destylacyjną można przygotować z chłodnicy powietrznej, którą wypełnia się kawałkami (około 1 cm. długości) rurki szklanej.

Należy ponadto przygotować pięć suchych fiolek i oznaczyć je od 1 do 5. W kulistej kolbie destylacyjnej umieszcza się około 50 ml mieszaniny czterochlorek węgla-toluen (uwaga 1), o składzie objętościowym 1:1. Dodajesię kilka kamyków wrzennych i ogrzewa mieszaninę niezbyt dużym płomieniem, tak aby krople destylatu spadały do odbieralnika powoli i regularnie. Palnik nie może znajdować się w pobliżu odbieralnika sąsiada! Frakcje destylatu zbiera się do oznakowanych fiolek w sposób następujący:

fiolka 1: tw. 76-81oC,

fiolka2: tw. 81-88oC,

fiolka 3: tw. 88-98oC,

fiolka 4: tw. 98-108oC.

Po osiągnięciu temperatury wrzenia 108o wyłącza się palnik i pozostałą ciecz przenosi się po ostygnięciu do fiolki 5. Mierzy się objętość każdej frakcji destylatu i otrzymane wartości zapisuje w tabeli:

temperatura wrzenia 76-81oC 81-88oC 88-98oC 98-108oC pozostałość

I destylacja

(obj. w ml.)

II destylacja

(obj. w ml.)

Przygotowuje się pięć innych suchych fiolek oznaczonych od 1’ do 5’ i rozpoczyna drugą destylację w sposób następujący:

Do kolby destylacyjnej 100 ml wlewa się frakcję z fiolki 1 (76-81oC), dodaje kamyki wrzenne i destyluje ciecz w zakresie tw. 76-81o zbierając destylat do fiolki 1’.

Po przekroczeniu temperatury 81oC przerywa się destylację przez wyłączenie palnika i po częściowym ochłodzeniu kolby destylacyjnej wlewa się frakcję z fiolki 2 i ponownie zbiera w fiolce 1 ciecz o tw. 76-81o. Po przekroczeniu temperatury 81oC zmienia się odbieralnik i odbiera frakcje w zakresie tw. 81-88oC do fiolki 2’.

Przy temperaturze 88oC przerywa się destylację, chłodzi nieco kolbę i dodaje do niej zawartość fiolki 3. Ponownie po dodaniu kamyków wrzennych wznawia się destylację i zbiera w odbieralniku 1’ ciecz o tw. 76-81oC, a następnie zmienia odbieralnik i zbiera do fiolki 2’ ciecz o tw. 81-88o. Po przekroczeniu tej temperatury zmienia się odbieralnik i zbiera frakcję w zakresie temperatur 88-98oC do fiolki 3’.

Po osiągnięciu temperatury 98oC przerywa destylację, chłodzi nieco kolbę i dodaje do niej ciecz z fiolki 4. Destylację prowadzi się jak poprzednio zbierając frakcje: 1 o tw. 76-81oC, 2’ o tw. 81-88oC, 3’ o tw. 88-98oC i 4’ o tw. 98-108oC.

Po osiągnięciu temperatury 108oC wyłącza się palnik, chłodzi kolbę i do pozostałości dodaje ciecz z fiolki 5. Również i teraz powtarza się zbieranie różnych frakcji do odbieralników 1’, 2’, 3’, 4’ aż do temperatury 108oC. Wyłącza się wówczas palnik, chłodzi kolbę i po usunięciu kolumny destylacyjnej montuje zestaw do destylacji prostej. Destyluje się pozostałość zbierając w odbieralniku 5’ produkt o tw. 108-111oC(toluen).

Mierzy się objętość wszystkich pięciu frakcji otrzymanych po drugiej destylacji i wpisuje do tablicy. Frakcje 1’ (czterochlorek węgla) i 5’ (toluen) poddaje się analizie za pomocą chromatografii gazowej w celu określenia czystości tych frakcji. Wszystkie frakcje wraz z opisem doświadczenia oddaje się opiekunowi do zaliczenia.

Czterochlorek węgla (M. cz. 153,8), tw. 77o, n20D = 1,4595, d= 1,594 g/cm3.

Toluen (M. cz. 92,1), tw. 111o, n20D= 1,4968, d = 0,867 g/cm3.

Uwaga 1: Czterochlorek węgla wdychany w postaci pary lub wchłaniany przez skórę wywiera szkodliwe działanie między innymi na tkankę wątroby.

ROZDZIELENIE MIESZANINY KWASÓW BENZOESOWEGO I ADYPINOWEGO

Zdaniem studenta wykonującego to ćwiczenie jest rozdzielić na drodze krystalizacji mieszaninę kwasu benzoesowego i kwasu adypinowego.

Otrzymaną do rozdzielenia mieszaninę po zważeniu (ok. 10g) umieszcza się w kolbie stożkowej pojemności 250 – 300 ml i dodaje ok. 100 ml wody. Po ogrzaniu prawie do wrzenia mieszanina rozpuszcza się. W przypadku obecności nie rozpuszczalnych zanieczyszczeń mechanicznych gorący roztwór należy przesączyć. Klarowny gorący roztwór odstawia się do ostygnięcia. Po ostygnięciu wytrącony osad surowego kwasu benzoesowego odsącza się i przemywa niewielką ilością zimnej wody. Otrzymany surowy kwas benzoesowy krystalizuje się ponownie z 60-70 ml wody. Po drugiej krystalizacji otrzymuje się czysty kwas benzoesowy.

Przesącz pozostały po odsączeniu surowego kwasu benzoesowego ogrzewa się do wrzenia w zlewce w celu zatężenia do objętości 20 – 30 ml. Po zatężeniu i ochłodzeniu krystalizuje kwas adypinowy. Po odsączeniu i wysuszeniu na powietrzu krystalizuje się go ponownie z etanolu w niżej przedstawiony sposób. W kolbie kulistej pojemności 50 ml zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną umieszcza się surowy kwas adypinowy i dodaje ok. 20 – 25 ml etanolu. Kolbę ogrzewa się do wrzenia w celu rozpuszczenia kwasu i gorący roztwór jeżeli są nierozpuszczalne zanieczyszczenia sączy się przez suchy ogrzany lejek Bűchnera, a przesącz pozostawia do krystalizacji. Wydzielone kryształy kwasu adypinowego odsącza się i suszy na powietrzu.

Otrzymane czyste kwasy: benzoesowy i adypinowy waży się w celu obliczenia wydajności krystalizacji przyjmując, że wyjściowa mieszanina miała skład 1:1 wagowo. Ponadto oznacza się temperaturę topnienia obu kwasów, opisuje wykonane ćwiczenie i oddaje opis oraz rozdzielone kwasy do zaliczenia.

OCZYSZCZANIE TECHNICZNEGO KWASU SULFANILOWEGO

Około 5 g technicznego (szarego) kwasu sulfanilowego umieszcza się w kolbie stożkowej pojemności 250 ml, dodaje około 80 ml wody i ogrzewa do wrzenia. W celu odbarwienia do roztworu o temperaturze 70-80oC dodaje się około 0,2 g węgla aktywnego i ogrzewa do wrzenia przez kilka minut. Gorący roztwór sączy się szybko przez ogrzany lejek Bűchnera i pozostawia do krystalizacji, jeśli jest bezbarwny. Jeśli nadal jest żółty lub brązowy dodaje się nowa porcję węgla aktywnego i postępuje jak wyżej. Po wykrystalizowaniu czystego kwasu sulfanilowego, odsącza się go, przemywa niewielką ilością zimnej wody i suszy. Po wysuszeniu waży się otrzymany produkt i oblicza wydajność krystalizacji.