Экстракция

Мы в телеграмм:

💡 Получите все необходимое вместе с Macondo. Стать членом сообщества можно через Macondo Synthesis или Macondo Shop (ссылка в шапке профиля).

У нас вы найдете:

🟢 Рецепты синтеза:🔹Мефедрон🔹A-PVP🔹МДМА🔹Амфетамин🔹Метамфетамин🔸Рецепты других веществ

🟠 Товары:🔹Реактивы и прекурсоры🔹Лабораторная посуда и оборудование🔹Конструкторы почтой🔹Конструкторы кладом

🟡 Услуги:🔹Консультации для новичков🔹Консультации для магазинов🔸 Справочник WIKI

🟣 Прочее:🔹 Правила🔹 Контакты

Пошаговые процедуры извлечения

Видео: Жидкостно-жидкостная экстракция доступно на наш канале в телеграмм

Однократное извлечение

На рисунках в этом разделе показана однократная экстракция метилового красного (окрашенное соединение, рис. 3) из водного раствора (нижний слой) в 25 мл этилацетата (верхний слой). Водный раствор изначально имеет розовый цвет, так как метиловый красный в кислом растворе кажется красным (водный раствор готовили из 50 мл воды, 5 капель 0,1 М HCl и 5 капель 1% раствора индикатора метилового красного). Метиловый красный имеет большой коэффициент распределения и в этом процессе экстрагируется из водного слоя в этилацетат.

Подготовьте установку (для однократного извлечения )

1. Получите делительную воронку (рис. 4 а ).

• а) Если делительная воронка имеет тефлоновый кран, соберите кран, если он был разобран для сушки, расположив детали в соответствующем порядке (рис. 4 б ) . Убедитесь, что тефлоновый кран достаточно тугой, чтобы он мог легко поворачиваться, но не настолько ослаблен, чтобы вокруг соединения могла просачиваться жидкость.
• б) При использовании стеклянного крана (рис. 4с ) дополнительная подготовка, скорее всего, не требуется. Для герметизации запорного крана и предотвращения замерзания должен быть очень тонкий слой смазки. Если доступны как стеклянные, так и тефлоновые запорные краны, лучше выбрать тефлоновый, так как всегда существует вероятность того, что растворитель может растворить жир, используемый в стеклянных запорных кранах, и загрязнить образец.
• в) Также приобретите пробку (тефлоновую или матовое стекло), которая хорошо подходит к верхнему соединению воронки (рис. 4 а ).

2. Поместите делительную воронку в кольцевой зажим, прикрепленный к кольцевой стойке или решетке. Воронки легко сломать, поэтому закрепите воронку в металлическом зажиме, используя кусочки прорезанной резины или пластиковой трубки (рис. 4 d ).

Добавить растворы (для однократной экстракции)

3. Прежде чем что-либо заливать в делительную воронку, убедитесь, что запорный кран находится в положении «закрыто», при этом запорный кран находится в горизонтальном положении (рис. 5 а ). На всякий случай всегда устанавливайте колбу Эрленмейера под делительной воронкой перед заливкой (рис. 5 б ). Это может улавливать жидкость, если запорный кран случайно оставлен открытым или если запорный кран ослаблен и жидкость непреднамеренно просачивается.

4. С помощью воронки перелейте экстрагируемую жидкость в делительную воронку (рис. 5 б) .). Делительную воронку нельзя использовать с горячей или теплой жидкостью. Соединение матового стекла на делительной воронке более склонно прилипать к пробке, если в какой-то момент в соединении была жидкость. Заливка жидкости в делительную воронку с помощью воронки с короткой ножкой позволяет избежать намокания соединения, что снижает вероятность его замерзания во время перемешивания.

В делительную воронку налейте необходимое количество экстрагирующего растворителя, как указано в методике (рис.5в ) . Нет необходимости использовать точные количества растворителя для экстракций, объемы можно измерить в градуированном цилиндре. Если для процедуры требуется 20 мл растворителя, допускается использование 20–25 мл каждый раз.

Смешайте растворы (для однократной экстракции).

6. Наденьте пробку на воронку и держите воронку так, чтобы пальцы одной руки надежно закрывали пробку, а другая рука удерживала дно воронки (рис.6а ).

7. Аккуратно переверните воронку (рис.6 б) .) и немного перемешайте смесь. Хотя при переворачивании в шов матового стекла нередко попадает жидкость, она должна быть минимальной. Если при переворачивании воронки жидкость капает на пальцы или перчатки, возможно, пробка неправильного размера.

8. При смешивании растворов внутри делительной воронки может повышаться давление, поэтому сразу после перемешивания и при перевернутой воронке «выпустите воздух» из воронки, ненадолго открыв запорный кран, чтобы сбросить давление (рис. 6 c). Давление в воронке возрастает по мере того, как растворитель испаряется в свободное пространство и вносит дополнительный пар в начальное давление воздуха в воронке, равное примерно 1 атмосфере. При использовании легколетучих растворителей (таких как диэтиловый эфир) при выпуске воздуха можно услышать отчетливый «свист», а небольшое количество жидкости может даже выплеснуться из запорного крана. Если жидкость выплеснулась из запорного крана, постарайтесь дать ей стечь обратно в воронку. Шум, связанный с вентилированием, обычно прекращается после второго или третьего переворота, поскольку свободное пространство насыщается парами растворителя и давление внутри и снаружи воронки выравнивается.

Примечание по безопасности: никогда не направляйте запорный кран на кого-либо во время выпуска воздуха, так как на него или на нее может попасть жидкость.

9. Закройте запорный кран и перемешивайте растворы более энергично, периодически останавливаясь для проветривания системы. Существуют разногласия относительно того, насколько энергично и в течение какого времени следует перемешивать растворы в делительных воронках. В общем, легкого перемешивания в течение 10–20 секунд должно быть достаточно. Некоторые растворы (например, дихлорметан) следует осторожно встряхивать, так как эти растворы часто образуют эмульсии (где граница раздела между растворами не проясняется). Для растворов, склонных к образованию эмульсий, воронку следует осторожно покачивать в течение одной минуты.

10.Поместите делительную воронку вертикально в кольцевой зажим, чтобы слои полностью разделились. Граница между слоями должна установиться довольно быстро, часто в течение 10 секунд или около того. Если интерфейс затуманен или нечетко определен (образовалась эмульсия), советы см. в разделе «Устранение неполадок».

Разделение слоев (для однократной экстракции)

11. Жидкость не будет хорошо стекать из делительной воронки, если пробка остается закрытой, поскольку воздух не может попасть в воронку для замены вытесненной жидкости. Если бы жидкость все-таки стекала из воронки без замещения равным объемом воздуха, в воронке образовалось бы отрицательное давление. Таким образом, прежде чем сливать жидкость из делительной воронки, снимите пробку (рис.7 а ).

12.Слейте большую часть нижнего слоя в чистую колбу Эрленмейера, расположив кольцевой зажим так, чтобы кончик делительной воронки прилегал к колбе Эрленмейера во избежание разбрызгивания (рис. 7 б ) . Прекратите слив, когда граница раздела находится в пределах 1 см от нижней части запорного крана.

13. Аккуратно вращайте воронку, чтобы удалить капли, прилипшие к стеклу (рис. 7 c ). Чтобы сбить прилипшие капли, можно использовать стеклянную палочку для перемешивания.

14. Далее сливаем нижний слой, останавливаясь при входе интерфейса в камеру запорного крана (рис.7г ) . Пометьте колбу Эрленмейера (например, «нижний слой»).

15. Вылейте верхний слой из верхней части делительной воронки в другую чистую колбу Эрленмейера (рис.8 а ), обязательно промаркировав эту колбу еще раз (рис.8 б ). Правильным способом является слить нижний слой через запорный кран, а верхний слой вылить через верх воронки. Этот метод сводит к минимуму повторное смешивание растворов, так как соприкасается со штоком воронки только нижний слой.

16. Никогда не выбрасывайте жидкости после экстракции, пока не будете абсолютно уверены, что получили желаемое соединение. Нежелательные слои можно правильно удалить, когда нужное соединение окажется у вас в руках (например, после того, как роторный испаритель удалил растворитель).

Ошибки, допущенные во время экстракции (например, использование неправильного слоя), можно исправить, если растворы не были помещены в контейнер для отходов! Слои также следует сохранять до выпаривания, поскольку желаемое соединение может плохо растворяться в используемом растворителе. Если соединение не удалось экстрагировать одним растворителем, позже можно было попробовать использовать другой растворитель, опять же, только если слои еще не были выброшены.

Очистка (для однократного извлечения)

Чтобы очистить делительную воронку, сначала промойте ее ацетоном в контейнер для отходов. Затем промойте воронку водой с мылом на столешнице. Разберите тефлоновый запорный кран (если он используется). После промывки дистиллированной водой дайте деталям высохнуть отдельно в шкафчике (рис. 8 c ).

Множественные извлечения

В этом разделе приведены пошаговые инструкции, как экстрагировать водный раствор органическим растворителем, имеющим меньшую плотность, чем вода (органический слой будет сверху). В качестве примера в инструкции написано трижды экстрагировать водный раствор, используя каждый раз по 25 мл диэтилового эфира (3×25 мл диэтилового эфира). Краткое описание первых двух экстракций представлено на рис. 9. Две экстракции, когда органический слой находится сверху.

Экстракция № 1

1. Выполните одну экстракцию, используя примерно 25 мл диэтилового эфира (точное количество не обязательно), как описано ранее, не забывая соответствующим образом маркировать каждый слой (например, «верхний органический слой» и «нижний водный слой»).

Экстракция №2

2. Верните водный слой в делительную воронку. Нет необходимости промывать воронку между экстракциями.

3. Добавьте в делительную воронку свежую порцию диэтилового эфира объемом 25 мл. Закройте воронку, переверните и встряхните с вентиляцией, затем дайте слоям разделиться.

На этом этапе в делительной воронке должно быть два слоя. Если двух слоев нет, вероятно, на шаге 2 в воронку был добавлен не тот слой (распространенная ошибка). Один из способов проверить, была ли это ошибка, — добавить немного воды из шприца. Если слой, возвращаемый в делительную воронку, является органическим слоем (неверно), вода из шприца не смешается с раствором, а вместо этого будет каплями падать на дно. Если органический слой (неправильный) был случайно возвращен в делительную воронку, вреда не будет, так как органический слой был просто разбавлен. Вылейте жидкость обратно в колбу, предназначенную для органического слоя, и вместо этого добавьте в воронку водный раствор.

4.Слейте нижний водный слой в колбу Эрленмейера: допускается использовать ту же колбу, которая использовалась для водного слоя при первой экстракции (которая может быть помечена как «нижний водный слой»).

5. Поскольку при многократной экстракции органические слои чаще всего объединяют, верхний органический слой можно вылить из делительной воронки в ту же колбу, которая использовалась для органического слоя при первой экстракции (которая может быть помечена как ") верхний органический слой»). В этой колбе должно быть примерно 50 мл диэтилового эфира от двух экстракций.

Экстракция №3

6.Повторяют экстракцию в третий раз, добавляя в делительную воронку водный слой из второй экстракции, а затем еще одну порцию свежего диэтилового эфира объемом 25 мл. Закройте воронку, переверните и встряхните с вентиляцией, затем дайте слоям разделиться.

7. Слейте водный слой в соответствующую колбу и снова перелейте верхний слой в колбу с органическим слоем, где должно быть примерно 75 мл диэтилового эфира из трех экстракций.

Устранение неполадок

В этом разделе описаны распространенные проблемы и решения при извлечении.

Есть только один слой.

Наиболее распространенной причиной наличия в разделительной воронке только одного слоя, хотя их должно быть два (например, когда процедура требует «разделить слои»), является допущенная ошибка. Вероятнее всего, произошло то, что в делительную воронку был добавлен не тот слой - например, вместо водного слоя по незнанию был добавлен органический слой. Когда органический растворитель добавляется к органическому слою в делительной воронке, в результате получается только один слой. Ошибку можно исправить, пока слои еще не выброшены! Если в воронку добавлен правильный слой, все будет работать по плану. Чтобы не допустить этой ошибки в будущем, обязательно маркируйте колбы Эрленмейера. Кроме того, никогда не выбрасывайте слой, пока не будете абсолютно уверены, что все сделали правильно.

Иногда в делительной воронке образуется только один слой, если присутствуют большие количества соединений, растворяющихся в обоих растворителях, например, если присутствуют большие количества этанола, который хорошо растворяется как в водных, так и в органических растворителях. В этой ситуации лучший подход — удалить проблемное соединение (например, этанол) на роторном испарителе перед экстракцией.

Три слоя.

Наиболее распространенной причиной появления трех слоев в делительной воронке является недостаточное перемешивание (рис. 10 а ). Если встряхнуть воронку более энергично, она, скорее всего, распадется на два слоя (рис. 10 б ). Также возможно, что средний третий слой представляет собой эмульсию, в которой два слоя не полностью разделены.

На границе раздела находится нерастворимый материал.

Небольшое количество нерастворимой пленки между двумя слоями не является редкостью во время экстракции. Полимерные материалы имеют тенденцию оставаться между слоями, поскольку взаимодействие растворителей на границе раздела сведено к минимуму. Незначительная пленка не является поводом для беспокойства, потому что, если небольшое ее количество все же попадет в органический слой, последующий этап сушки и фильтрации часто удаляет ее.

Интерфейс не виден.

Иногда соединения в делительной воронке настолько темные, что закрывают границу раздела между двумя слоями. Если это произойдет, есть несколько методов, которые могут помочь вам увидеть интерфейс. Один из них — поднести делительную воронку к свету или посветить фонариком на стекло (рис. 11 б ). Дополнительный свет иногда позволяет увидеть интерфейс. Второй метод заключается в внимательном наблюдении за слоями, наклоняя воронку вперед и назад в сторону (рис.11в ) . Иногда ваш глаз может уловить тонкие различия в том, как течет жидкость. Третий метод — добавить в воронку немного больше растворителя, чтобы несколько разбавить один из слоев, или добавить другой растворитель, чтобы изменить показатель преломления.

Слои плохо разделяются (образуется эмульсия ).

Эмульсии — это когда крошечные капельки одного слоя взвешены в другом слое, в результате чего между двумя слоями нет четкой границы раздела (рис. 12). Часто эмульсия выглядит как пузырьковое месиво вблизи интерфейса и даже может показаться странным третьим слоем.

Эмульсии могут возникать по нескольким причинам:

1. Плотность каждого слоя может быть настолько одинаковой, что жидкости не могут разделяться.
2. Могут присутствовать мылоподобные соединения или другие эмульгаторы, которые растворяют некоторые компоненты друг в друге.

Эмульсии бывает очень трудно ректифицировать, и лучше всего избегать их, в первую очередь, осторожно встряхивая растворы, склонные к образованию эмульсий (например, дихлорметан с сильнощелочными или плотными растворами), в делительной воронке. Тем не менее, если эмульсия образуется, есть несколько способов попытаться ее осветлить:

• а ) Для мягких эмульсий осторожно перемешайте слои и попытайтесь сбить взвешенные капли стеклянной палочкой для перемешивания.
• б ) Оставьте раствор на некоторое время (даже до следующего лабораторного периода), если это возможно. Со временем некоторые решения решаются сами собой. Это, конечно, может быть непрактично.
• в ) Для небольших объемов используйте центрифугу, если таковая имеется. Центрифуга ускоряет процесс осаждения эмульсии самостоятельно. Помните, что центрифугу необходимо балансировать, иначе она может упасть со столешницы. Разделите растворы поровну, поставив внутри центрифуги пробирки одинакового объема напротив друг друга.
• д) Если эмульсия образуется из-за того, что два слоя имеют одинаковую плотность, попробуйте изменить плотность каждого слоя, чтобы сделать их более разными. Чтобы осветлить эмульсию, попробуйте уменьшить плотность верхнего слоя или увеличить плотность нижнего слоя. Например, если образуется эмульсия этилацетата (верхний слой) и водного раствора (нижний слой), добавьте немного NaCl. NaCl растворится в водном слое и увеличит плотность водного раствора. Альтернативно добавьте дополнительное количество этилацетата, который разбавит органический слой и снизит его плотность. В крайнем случае добавьте немного пентана, который смешается с верхним органическим слоем и уменьшит его плотность (пентан — один из наименее плотных органических растворителей). Добавление пентана используется в качестве последней попытки.
• Если образуется эмульсия водного раствора (верхний слой) и дихлорметана (нижний слой), добавьте немного воды из шприца, чтобы разбавить верхний слой и уменьшить его плотность. Этот метод хорошо сработал для осветления эмульсии на рисунке 13c , о чем свидетельствует рисунок 13d .
• в ) Попробуйте уменьшить растворимость одного компонента в другом. Один из методов заключается в добавлении в делительную воронку NaCl или NH4Cl, которые растворяются в водном слое и снижают способность органических соединений растворяться в воде («высаливание»).

Кислотно-щелочная экстракция

Видео: Кислотно-щелочная экстракция доступно на нашем канале в телеграмм

Как они работают

Модификация экстракций, ранее обсуждавшихся в этой главе, заключается в проведении химической реакции в делительной воронке с целью изменения полярности и, следовательно, разделения соединения на водный и органический слои. Распространенным методом является проведение кислотно-основной реакции, которая может преобразовать некоторые соединения из нейтральной формы в ионную (или наоборот).

Например, представьте, что смесь бензойной кислоты и циклогексана растворяется в делительной воронке в органическом растворителе, таком как этилацетат. Для разделения компонентов можно попытаться промыть водой бензойную кислоту, но бензойная кислота не особенно растворима в воде из-за ее неполярного ароматического кольца, и только небольшие количества будут экстрагированы в водный слой (рис. 14а ).

Однако разделение смеси бензойной кислоты и циклогексана возможно с использованием промывки основанием, таким как NaOH. Из-за своей кислой природы бензойная кислота может вступать в реакцию с NaOH следующим образом, в результате чего образуется карбоксилатная соль бензоат натрия.

Свойства растворимости карбоновых кислот существенно отличаются от свойств соответствующих им карбоксилатных солей. Салицилат натрия примерно в 350 раз более растворим в воде, чем салициловая кислота, из-за его ионного характера (рис. 15) и довольно нерастворим в органических растворителях, таких как диэтиловый эфир.

Следовательно, промывка NaOH превратит бензойную кислоту в ее ионную карбоксилатную форму, которая затем станет более растворимой в водном слое, что позволит экстрагировать бензоат натрия в водный слой. Циклогексан останется в органическом слое, поскольку он не имеет сродства к водной фазе и не может каким-либо образом реагировать с NaOH. Таким способом можно разделить смесь бензойной кислоты и циклогексана (рис. 14 б ). Водный слой может быть позже подкислен HCl (водн.), если желательно, для перевода бензойной кислоты обратно в ее нейтральную форму.

Промывание бикарбонатом натрия.

Кислотно-основная экстракция может быть использована для экстракции карбоновых кислот из органического слоя в водный слой. Как обсуждалось в предыдущем разделе, NaOH можно использовать для преобразования карбоновой кислоты в ее более водорастворимую ионную карбоксилатную форму. Однако, если смесь содержит желаемое соединение, которое может реагировать с NaOH, следует использовать более мягкое основание, такое как бикарбонат натрия. Похожая реакция происходит:

Единственное отличие использования основного NaHCO3 вместо NaOH заключается в том, что побочный продукт угольная кислота (H2CO3) может разлагаться на воду и углекислый газ. При встряхивании кислого раствора с бикарбонатом натрия в делительной воронке следует осторожно перемешивать и чаще выпускать воздух, чтобы сбросить давление газа.

Примером реакции, в которой часто используется промывка бикарбонатом натрия, является реакция этерификации Фишера. Для демонстрации бензойную кислоту кипятили с обратным холодильником в этаноле вместе с концентрированной серной кислотой для образования этилбензоата (рис. 16 а и б ). Пластинка ТСХ реакционной смеси через 1 час кипячения с обратным холодильником показала остаточную непрореагировавшую карбоновую кислоту (рис. 16в ) , что не является редкостью из-за энергетики реакции.

Остаточную карбоновую кислоту можно удалить из желаемого сложноэфирного продукта с помощью кислотно-щелочной экстракции в делительной воронке. Промывка бикарбонатом натрия превращает бензойную кислоту в ее более водорастворимую форму бензоата натрия, экстрагируя ее в водный слой (рис. 17). Кроме того, бикарбонат натрия нейтрализует каталитическую кислоту в этой реакции.

Гидрокарбонат натрия в этом процессе предпочтительнее NaOH, так как это гораздо более слабое основание; промывка NaOH может вызвать гидролиз сложноэфирного продукта.

Смеси кислот и оснований.

Как обсуждалось ранее, кислотно-основные свойства соединений можно использовать для селективного извлечения определенных соединений из смесей. Эту стратегию можно распространить и на другие примеры.

Извлечение баз.

Основные соединения, такие как амины, можно экстрагировать из органических растворов, встряхивая их с кислыми растворами, чтобы преобразовать их в более растворимые в воде соли. Таким образом, их можно экстрагировать из органического слоя в водный слой.

Экстракция карбоновых кислот по сравнению с фенолами
Как обсуждалось ранее, карбоновые кислоты можно экстрагировать из органического слоя в водный слой, встряхивая их с основными растворами, что превращает их в их более растворимые в воде соли.

Аналогичная реакция происходит с фенолами (PhOH), и их тоже можно экстрагировать в водный слой NaOH (рис.18а ).

Однако фенолы значительно менее кислые, чем карбоновые кислоты, и недостаточно кислые, чтобы полностью реагировать с NaHCO3, более слабым основанием. Поэтому раствор бикарбоната можно использовать для разделения смесей фенолов и карбоновых кислот (рис.18 б ).

Экстракция кислоты, основания и нейтральных соединений.

Обсужденные ранее кислотно-основные свойства позволяют очищать смесь, содержащую кислотные (например, RCO2H), основные (например, RNH2) и нейтральные компоненты, посредством серии экстракций, как показано на рис. 19. (в котором используется органический растворитель, менее плотный, чем вода).

Предполагается, что читатели, проводящие эксперименты такого типа, знакомы с выполнением однократной и множественной экстракции. В этом разделе описаны различия между общими процедурами экстракции и процессом, представленным на рис. 19.

1. Выделение кислотного компонента:
a) Когда кислотный компонент находится в водном слое в колбе Эрленмейера, его можно превратить обратно в нейтральный компонент путем добавления 2 М HCl (водн.) до тех пор, пока pH раствора не достигнет 3–4 (как определено по pH-бумаге). Если присутствует большое количество кислоты, так что для подкисления потребуется слишком большой объем 2 М HCl (водн.), вместо этого можно по каплям добавлять концентрированную HCl (водн.). Более низкие концентрации Hcl(aq) менее опасны, но увеличение объема водного слоя на большое количество повлияет на эффективность последующих стадий экстракции и фильтрации.
б ) После подкисления можно использовать два пути, в зависимости от того, является ли кислотный компонент твердым или жидким.

• Если при подкислении ионной соли образуется твердое вещество, его можно собрать фильтрацией с отсасыванием. Этот метод следует использовать только в том случае, если обнаружено большое количество кристаллов большого размера. Если образуются мелкие кристаллы (что довольно часто), они забивают фильтровальную бумагу и мешают адекватному дренажу. Если видно лишь небольшое количество твердого вещества по сравнению с теоретическим количеством, вполне вероятно, что соединение хорошо растворимо в воде, и фильтрация приведет к низкому извлечению.
• Если при подкислении не образуется твердое вещество (или образуются мелкие кристаллы или небольшое количество твердого вещества), экстрагируйте кислотный компонент обратно в органический растворитель (×3). Как правило, для экстракции используйте одну треть растворителя по сравнению с исходным слоем (например, при использовании 100 мл водного раствора каждый раз экстрагируйте 33 мл органического растворителя). Обязательно перед экстракцией охладите водный раствор на ледяной бане, если подкисление приводит к заметному нагреванию. Если вы используете диэтиловый эфир или этилацетат, выполните промывку солевым раствором (×1), высушите осушителем и удалите растворитель с помощью роторного испарителя, чтобы остался чистый кислотный компонент.

2. Выделение основного компонента.
Используйте тот же процесс, что и при выделении кислотного компонента, за исключением того, что подщелачивайте раствор с помощью 2 М NaOH (водного раствора) до тех пор, пока он не достигнет pH 9-10, как определено с помощью индикаторной бумаги.

3. Выделение нейтрального компонента.
Нейтральным компонентом будет «остаточное» соединение в органическом слое. Для выделения промыть рассолом (×1), если используется диэтиловый эфир или этилацетат, высушить осушителем и удалить растворитель с помощью роторного испарителя, чтобы остался чистый нейтральный компонент.