Перекристаллизация и горячая фильтрация

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

Перекристаллизация

В химии перекристаллизация — это метод, используемый для очистки химических веществ. Растворяя как примеси, так и соединение в соответствующем растворителе, можно удалить из раствора либо желаемое соединение, либо примеси, оставив другие. Он назван в честь кристаллов, которые часто образуются, когда соединение выпадает в осадок. В качестве альтернативы перекристаллизация может относиться к естественному росту более крупных кристаллов льда за счет более мелких.Метод очистки основан на том принципе, что растворимость большинства твердых веществ увеличивается с повышением температуры. Это означает, что с повышением температуры количество растворенного вещества, которое может быть растворено в растворителе, увеличивается.Нечистое соединение растворяют (примеси также должны быть растворимы в растворителе) для приготовления высококонцентрированного раствора при высокой температуре. Раствор охлаждают. Понижение температуры приводит к уменьшению растворимости примесей в растворе и очищаемом веществе. Затем нечистое вещество кристаллизуется раньше примесей, если предположить, что нечистого вещества было больше, чем примесей. Нечистое вещество кристаллизуется в более чистой форме, потому что примеси еще не кристаллизуются, поэтому примеси остаются в растворе. На этом этапе необходимо использовать процесс фильтрации для отделения более чистых кристаллов. Процедуру можно повторить. Кривые растворимости можно использовать для прогнозирования результата процедуры перекристаллизации.Перекристаллизация работает лучше всего, когда:

Количество примесей небольшое.
Кривая растворимости желаемого растворенного вещества быстро растет с температурой.

Кристаллизация с одним растворителем, пример с пояснениями

Кристаллизация, изображенная в этом разделе, показывает очистку примерно 1 г образца старого НБС - бромсукцинимида (НБС), который был обнаружен в бутылке с реагентом в виде оранжевого порошка. При кристаллизации в качестве растворителя используется вода, которая не имеет проблем с воспламеняемостью, поэтому используется нагревательная плитка.

Рис. 1 а) Старый образец N-бромсукцинимида (НБС), b) Кристаллизация НБС с использованием горячей воды, c) Кристаллизованный НБС

При проведении кристаллизации с использованием легковоспламеняющихся органических растворителей рекомендуется, а в некоторых случаях необходима паровая баня (при использовании диэтилового эфира, ацетона или низкокипящего петролейного эфира). Следующая процедура должна использоваться в качестве руководства для процесса, а некоторые ключевые различия между использованием воды и органических растворителей обсуждаются в следующем разделе.

Рис. 2 a) добавление нечистого НБС в колбу, b) нагревание воды на плитке, c) добавление горячей воды к твердому веществу с использованием держателя бумажных полотенец для удерживания стакана, d) добавление горячей воды к твердому веществу (не NBS, другой системы) с использованием силиконовой защиты рук от перегрева.

Подготовьте установку:

Перенесите нечистое твердое вещество для кристаллизации в колбу Эрленмейера соответствующего размера (рис. 2 а). Если твердое вещество гранулированное, сначала измельчите его стеклянной палочкой.
Не рекомендуется проводить кристаллизацию в химическом стакане. Узкое горлышко колбы Эрленмейера обеспечивает более легкое завихрение и минимизирует испарение во время процесса, поскольку пары растворителя вместо этого конденсируются на стенках колбы (они «кипятят» по бокам колбы). Узкое горлышко колбы Эрленмейера также позволяет легче накрывать колбу на этапе охлаждения или даже закрывать ее пробкой для длительной кристаллизации. Круглодонная колба также не идеальна для кристаллизации, так как форма колбы затрудняет извлечение твердого вещества в конце процесса.
Важно, чтобы во время кристаллизации колба не была слишком полной или слишком пустой. Если колба будет заполнена горячим растворителем более чем наполовину, будет трудно предотвратить выкипание колбы. Если колба содержит растворитель на высоту менее 1 см, раствор слишком быстро остынет. Обычно используют в 10-50 раз больше растворителя, чем образца, и грубым ориентиром является использование колбы, в которой образец просто покрывает дно тонким слоем.
Поместите немного растворителя в химический стакан или колбу Эрленмейера вместе с несколькими кипящими камнями на источник тепла и доведите до слабого кипения. Используйте химический стакан, если растворитель будет наливаться, и колбу Эрленмейера, если растворитель будет пипетироваться. Если позже в процедуре предполагается этап горячей фильтрации, также подготовьте кольцевой зажим, содержащий воронку с гофрированной фильтровальной бумагой (рис. 2 b) .

Добавьте минимальное количество горячего растворителя.

Когда растворитель закипит, возьмитесь за стакан горячим щитком для рук (рис. 2 d), хлопчатобумажными перчатками или держателем для бумажных полотенец, сделанным из листа бумажного полотенца, свернутого в длинный прямоугольник (рис. 2 c). Рядом с источником тепла налейте небольшую порцию кипящего растворителя в колбу с нечистым твердым веществом, чтобы покрыть дно колбы. Если кристаллизация проводится в небольшом масштабе (с использованием колбы Эрленмейера объемом 50 мл или меньше), может быть проще использовать пипетку для переноса порций растворителя в колбу.
Обычно не помещают сухое твердое вещество на источник тепла перед добавлением растворителя, иначе твердое вещество может разложиться. Когда твердое вещество диспергируется в небольшом количестве растворителя, его можно поместить на источник тепла.

Рис.3 Растворение НБС в минимальном количестве горячей воды (присутствуют и кипящие камни)

Поместите колбу с нечистым твердым веществом и растворителем на источник тепла. Используйте какой-либо метод, чтобы предотвратить удар (кипящие камни, если вы планируете «горячую фильтрацию», кипящую палочку),

Рис. 4: Примеры «замасливания» образцов при растворенииа ) Маслянистые капли ацетанилида в растворе, обесцвеченном углем, б и в ) Маслянистые капли, содержащие метиловый красный и ацетанилид в воде.

Дайте раствору медленно остыть.

Когда твердое вещество только что растворилось, снимите колбу с источника тепла, используя горячую защиту для рук, держатель для бумажных полотенец или перчатку, и отложите ее в сторону, чтобы она остыла. Удалите кипящую палочку или мешалку, если они используются для защиты от ударов (кипящие камни можно извлечь из твердого вещества позже, если они используются).
Чтобы стимулировать медленное охлаждение, поставьте колбу на поверхность, которая плохо проводит тепло, например на сложенное бумажное полотенце. Накройте горлышко колбы Эрленмейера часовым стеклом, чтобы сохранить тепло и растворитель (рис. 5 а). Дайте раствору медленно нагреться до комнатной температуры.
По мере охлаждения раствора в конечном итоге должны образовываться твердые кристаллы (рис. 5 б). Если раствор только теплый на ощупь или мутный, и кристаллы не образовались, используйте стеклянную палочку для перемешивания, чтобы поцарапать стекло и начать кристаллизацию.
После начала кристаллизации кристаллы должны медленно расти по мере снижения температуры. Идеальная кристаллизация занимает от 5 до 20 минут для полной кристаллизации, в зависимости от масштаба. Полная кристаллизация менее чем за 5 минут — это слишком быстро.
Когда раствор станет комнатной температуры, поместите колбу в баню со льдом (взвесь ледяной воды) на 10–20 минут, чтобы еще больше снизить растворимость соединения и максимизировать образование кристаллов (рис. 5 d). Также поместите порцию растворителя в баню со льдом, чтобы использовать его позже для промывки во время вакуумной фильтрации.
Используйте вакуумную фильтрацию для извлечения твердого вещества из смеси.

Рис. 5 а - в) Охлаждение и кристаллизация НБС, г) Дальнейшее охлаждение в бане со льдом вместе с растворителем (во флаконе) для ополаскивания.

Кристаллизация из смешанного растворителя, пример с пояснениями

Кристаллизация, изображенная в этом разделе, показывает очистку примерно 1г образца транс-коричной кислоты. Транскоричная кислота растворима в метаноле и нерастворима в воде, и в этой кристаллизации используется смешанный растворитель из метанола и воды, что дает степень извлечения 74%.

Рис. 6 а) Исходный образец транскоричной кислоты, б) Кристаллизация с использованием метанола/воды, в) Кристаллизованная транскоричная кислота.

Предполагается, что экспериментатор, применяющий этот метод, ранее выполнял или читал о кристаллизации с одним растворителем.

Определите два смешивающихся растворителя, которые можно использовать для кристаллизации (рис. 7 а) : искомое соединение должно растворяться в одном растворителе (называется «растворимый растворитель») и нерастворимо в другом растворителе (называется «нерастворимый растворитель»).
Перенесите неочищенное твердое вещество для кристаллизации в колбу Эрленмейера подходящего размера (рис. 7 b) .
Поместите немного «растворимого растворителя» в колбу (рис. 7 c), добавьте кипящую палочку (или кипящие камни, если это предпочтительнее), затем нагрейте на паровой бане (рис. 7 d). Нагревательную плитку можно использовать с осторожностью при использовании смешанных растворителей метанол/вода или этанол/вода.

Рис. 7 а) транс-коричная кислота нерастворима в воде и растворима в метаноле, б) добавление твердого вещества в колбу, в) добавление метанола вне источника тепла, г) добавление достаточного количества метанола для растворения твердого вещества.

Добавляйте больше «растворимого растворителя» порциями, пока твердое вещество не растворится (рис. 8 а). Обязательно дайте время между добавлениями и дайте каждому добавлению полностью закипеть, прежде чем добавлять больше.
Добавляйте «нерастворимый растворитель» порциями, нагревая до тех пор, пока раствор не станет мутным (рис. 8 в).
Добавляйте «растворимый растворитель» по каплям при нагревании до тех пор, пока раствор снова не осветлится (рис. 8 г).

Рис. 8 а) Добавление достаточного количества растворителя (метанола) для растворения твердого вещества, б) Добавление нерастворимого растворителя (воды) по каплям, в) Устойчивое помутнение после добавления достаточного количества нерастворимого растворителя, г) Добавление растворимого растворителя для осветления.

Снимите колбу с источника тепла, выньте кипящую палочку и поставьте колбу на сложенное в несколько раз бумажное полотенце. Накройте горлышко колбы Эрленмейера часовым стеклом и дайте раствору медленно остыть до комнатной температуры (рис. 9 а).
По мере охлаждения раствора в конечном итоге должны образовываться твердые кристаллы (рис. 9 б). Используйте стеклянную палочку для перемешивания, чтобы поцарапать колбу и при необходимости инициировать кристаллизацию. Поместите кристаллы в баню с ледяной водой на 10–20 минут и соберите твердое вещество фильтрованием с отсасыванием.

Горячая фильтрация

Горячая фильтрация обычно используется при кристаллизации, когда твердое вещество содержит примеси, нерастворимые в растворителе для кристаллизации. Это также необходимо при кристаллизации, когда уголь используется для удаления сильно окрашенных примесей из твердого вещества, поскольку уголь настолько мелкий, что его нельзя удалить декантацией.

Горячую фильтрацию проводят, сначала заливая несколько мл растворителя через воронку, содержащую «гофрированную фильтровальную бумагу». Гофрированная фильтровальная бумага имеет много углублений и большую площадь поверхности, что обеспечивает быструю фильтрацию. Воронке дают нагреться, а фильтруемую смесь доводят до кипения. Затем кипящую смесь порциями сливают через фильтровальную бумагу (рис. 10 б и г ).

Рис. 10 а) Заливка растворителя через воронку в горячем виде (примечание: в этой ситуации используется электроплитка, так как растворителем является вода), б) Фильтрация раствора, содержащего нерастворимые примеси, в и г) Вариации с использованием скрепки для бумаг вместо кольцевого зажима для удерживания воронка.

Лучше всего использовать кольцевой зажим для крепления фильтрационной воронки, хотя воронку также можно просто поместить на колбу. Если кольцевой зажим не используется, рекомендуется поместить изогнутую канцелярскую скрепку между колбой и воронкой, чтобы вытесненный воздух мог выходить из нижней части колбы по мере стекания жидкости (рис. 10 c и d) . Без кольцевого зажима установка более склонна к опрокидыванию, поэтому использование кольцевого зажима значительно безопаснее.

Горячая фильтрация используется для фильтрации растворов, которые кристаллизуются при охлаждении. Поэтому важно, чтобы воронка оставалась горячей во время фильтрации за счет контакта с горячими парами растворителя, иначе на фильтровальной бумаге или в ножке воронки могут преждевременно образоваться кристаллы (рис. 11).

Рис.11 Фильтрация, проведенная при слишком низкой температуреа ) Кристаллизация произошла в стержне воронки, б) На фильтровальной бумаге можно увидеть сдвиг, представляющий собой твердое вещество, которое несколько кристаллизовалось на фильтровальной бумаге, в) На фильтровальной бумаге образовались очевидные кристаллы.

Кристаллизация на фильтровальной бумаге может засорить установку и привести к потере выхода (поскольку фильтровальная бумага позже будет выброшена). Кристаллизация в стебле препятствует фильтрации и может действовать как пробка на дне воронки. Преимущество горячей фильтрации заключается в том, что кипящий растворитель в колбе фильтра способствует растворению кристаллов, преждевременно образующихся в стержне воронки. При горячей фильтрации рекомендуется использовать воронку с короткой ножкой (рис. 12 а) или бесстебельную воронку (рис. 12 в), если она имеется, вместо воронки с длинной ножкой (рис. 12 б), так как материал менее может кристаллизоваться в короткой или отсутствующей ножке.

Рис. 12 а) Воронка с короткой ножкой, б) Воронка с длинной ножкой (не использовать для горячей фильтрации), в) Воронка без ножки

Поскольку важно, чтобы раствор быстро фильтровался, прежде чем он сможет охладиться в воронке, обычно используется «гофрированная фильтровальная бумага» (рис. 13 b и c) вместо фильтровальной бумаги, сложенной в квадрант, иногда используемой с гравитацией. фильтрация (рис. 13 а). Большее количество изгибов на рифленой фильтровальной бумаге приводит к увеличению площади поверхности и более быстрой фильтрации. Складки также создают пространство между фильтровальной бумагой и стеклянной воронкой, позволяя вытесняемому воздуху легче выходить из колбы по мере стекания жидкости.

Рис. 13 а) фильтровальная бумага, сложенная в квадрат (не рекомендуется для горячей фильтрации), б) гофрированная фильтровальная бумага после складывания, в) гофрированная фильтровальная бумага в развернутом виде во время горячей фильтрации.

Пошаговые процедуры

Горячая фильтрация часто используется с кристаллизацией, и эту процедуру следует проводить после этапа растворения, но перед тем, как оставить раствор для медленного охлаждения.

Рис. 14 а) Воронка с коротким стеблем, б) Если не используется кольцевой зажим, поместите изогнутую скрепку между воронкой и колбой Эрленмейера, в) Гофрированная фильтровальная бумага (в развернутом виде), г) Пролейте растворитель через воронку, чтобы воронка нагрелась.

Подготовьте установку:

Возьмите воронку без ножки или с короткой ножкой (рис. 14 а) и вставьте ее в кольцевой зажим, прикрепленный к кольцевой подставке или решетке (или, в качестве альтернативы, возьмите изогнутую скрепку для бумаг, показанную на рис. 14 б).
Согните фильтровальную бумагу подходящего размера для вашей воронки в форме гармошки (инструкции приведены на рис. 15, а получившаяся гармошка — на рис. 14 а). При помещении в воронку бумага не должна быть короче верхней части воронки, иначе раствор может проскользнуть сквозь фильтровальную бумагу при выливании.

Рис.15 Создание гофрированной фильтровальной бумаги. Пунктирные линии обозначают места сгибания и сгибания фильтровальной бумаги. Стрелки показывают направление складывания

В чистую колбу Эрленмейера подходящего размера для кристаллизации под воронку и на источник тепла налейте в воронку несколько мл горячего растворителя (рис. 14 d).

а) При использовании кольцевого зажима отрегулируйте зажим так, чтобы между горлышком Эрленмейера и дном воронки был небольшой зазор: это позволяет вытеснять воздух при попадании жидкости в колбу. Если зазор слишком большой, горячие пары будут выходить, не нагревая воронку.

б) Если кольцевой зажим не используется, поместите изогнутую скрепку между колбой и воронкой (рис. 14 б).

Дайте растворителю закипеть и нагрейте всю установку. Если вы используете древесный уголь, введите эту процедуру сейчас.

Рис. 16 а) горячая фильтрация, б) удерживание горячей колбы держателем для бумажных полотенец, в) смачивание жидкостью слишком широкого держателя бумажных полотенец.

Отфильтруйте раствор порциями:

Когда колба фильтра достаточно нагреется, а раствор, подлежащий фильтрации, закипит, кипящую смесь порциями вливают в воронку фильтра. Коснитесь колбой фильтровальной бумаги в воронке во время наливания (рис. 16 а).
Примечание по технике безопасности: колба может быть довольно горячей, и горячие пары могут обжечь вашу руку, когда вы наливаете (наливайте боком, чтобы ваша рука не находилась над воронкой). Если колба слишком горячая, чтобы держать ее руками, используйте «держатель для бумажных полотенец», чтобы держать колбу (рис. 16 а) . При желании скрепите полосу вместе с помощью нескольких кусочков скотча b) При удерживании колбы держатель для бумажных полотенец должен находиться ниже края колбы. Таким образом, жидкость не будет стекать к бумажному полотенцу при наливании (полотенце остается сухим на рис. 16 а), а смачивается слишком широким полотенцем на рис. 16 с).

Рис. 17 а) Колбу возвращают к источнику тепла между заливками, фильтровальную бумагу, которую б) следует промыть, в) не следует прополаскивать.

Не выливая фильтруемую смесь, верните колбу к источнику тепла (рис. 17 а).
Когда смесь полностью профильтруется, поставьте пустую колбу на стол (примечание по безопасности: не нагревайте пустую колбу, иначе она может треснуть). Осмотрите воронку: если на фильтровальной бумаге видны кристаллы (как на рис. 17 б) , промойте их несколькими мл кипящего растворителя, чтобы они растворились. На рис. 17 c промывка не требуется .
Осмотрите фильтрат (жидкость, прошедшую через фильтровальную бумагу). Если использовался уголь, а фильтрат серый или видны мелкие черные частицы, то уголь прошел через фильтровальную бумагу либо через отверстие, либо из-за неправильного размера ячеек фильтра. Если у одноклассников не было серого в растворах, скорее всего, это была дыра. Повторите стадию горячей фильтрации с новой фильтровальной бумагой и колбой.