Załącznik 2



Pobieranie 1.05 Mb.
Strona1/9
Data29.10.2017
Rozmiar1.05 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9


Program Laboratorium z Chemii Organicznej wraz z opisem poszczególnych ćwiczeń
dla studentów Technologii Chemicznej i Biotechnologii

(opracowanie: dr inż. Magdalena Popławska,

dr inż. Ewa Mironiuk-Puchalska)
Technologia Chemiczna:
Program pracowni obejmie wykonanie siedmiu preparatów w tym:

    1. dwa preparaty wstępne, jednakowe dla wszystkich studentów w grupie, mające na celu zapoznanie studentów z podstawowymi technikami wydzielania produktu reakcji organicznej:

      • ekstrakcja chemiczna nieprzereagowanych substratów i/lub produktów ubocznych oraz oczyszczenie ciekłego związku docelowego metodą destylacji prostej,

      • odsączenie surowego związku docelowego i jego oczyszczenie metodą krystalizacji.

    1. pięć preparatów wykonywanych indywidualnie, charakteryzujących się narastającym stopniem złożoności stosowanych technik reakcyjnych i obejmujących następujące zagadnienia: prowadzenie reakcji w układzie reakcyjnym z mieszaniem mechanicznym lub magnetycznym, prowadzenie reakcji w środowisku bezwodnym, pochłanianie gazowych produktów reakcji, prowadzenie reakcji w obniżonej/podwyższonej temperaturze, wkraplanie reagenta ciekłego, destylacja pod normalnym oraz pod zmniejszonym ciśnieniem, destylacja z parą wodną, krystalizacja z zastosowaniem węgla aktywnego, ekstrakcja chemiczna i ekstrakcja rozpuszczalnikiem organicznym w układzie ciecz-ciecz, suszenie cieczy organicznej środkiem suszącym, suszenie stałego związku organicznego, pomiar temperatury topnienia stałego związku organicznego.

  1. Analiza widm IR, 1H NMR oraz 13C NMR otrzymanych produktów i ich porównanie z odpowiednimi widmami substratów organicznych i spektroskopowe określenie zmian strukturalnych wprowadzonych na drodze reakcji chemicznej, nauka sporządzania opisu widm z zasadami przyjętymi w wiodących czasopismach z dziedziny syntetycznej chemii organicznej. Takie podejście do analizy widm związków organicznych ma w zamyśle zapoznanie studentów z podstawowym i najczęstszym wykorzystaniem tych technik spektroskopowych w syntetycznej chemii organicznej.


Zestawy ćwiczeń dla studentów uczestniczących w zajęciach laboratoryjnych na kierunku Technologia Chemiczna:





Zestaw 1

Zestaw 2

Zestaw 3




Nazwa produktu/ilość w molach

(typ reakcji)



Nazwa produktu/ilość w molach

(typ reakcji)



Nazwa produktu/ilość w molach

(typ reakcjiach)





Acetanilida/ 0.10-0.15

(acetylowanie)



Acetanilida/0.10-0.15

(acetylowanie)



Acetanilida/0.10-0.15

(acetylowanie)





Octan etylu/0.35-0.45

(estryfikacja alkoholu)b



Octan etylu/0.35-0.45

(estryfikacja alkoholu)



Octan etylu/0.35-0.45

(estryfikacja alkoholu)





m-Dinitrobenzenc/0.1-0.12

(aromatyczna substytucja

Elektrofilowa, nitrowanie)


p-Nitroacetanilid/0.08-0.1

(aromatyczna substytucja

elektrofilowa, nitrowanie)


p-Bromoacetanilid/0.08-0.1

(aromatyczna substytucja

elektrofilowa, bromowanie)




Jodobenzen/ 0.1-0.15

(diazowanie)



Kw. o-cholorobenzoesowy

(diazowanie)/ 0.06-0.09



o/p-Nitrofenol )/0.085

(aromatyczna substytucja

elektrofilowa, nitrowanie)




Mrówczan etylud/ 0.4-0.5

(estryfikacja alkoholu)



Kwas acetylosalicylowy (aspiryna)/0.045-0.055

(estryfikacja fenolu)



p-Jodonitrobenzen/0.05-0.07

(diazowanie)






m-Nitroanilina, 0.07-0.1

(redukcja gr. nitrowej)



Kw. cynamonowy 0.08-0.1

(kondensacja Perkina)



Kw. p-toluilowy 0.08-0.1

(r. haloformowa)





p-Metyloacetofenone/0.14-0.18

(acylowanie Friedla-Craftsa)



p-Metyloacetofenon/0.14-0.18

(acylowanie Friedla-Craftsa)



p-Metyloacetofenon/0.14-0.18

(acylowanie Friedla-Craftsa)



a Posłuży do syntezy p-nitroacetanilidu (zestaw 2, poz. 3) i p-bromoacetanilidu (zestaw 3, poz. 3).

b Prezentacja wykorzystania różnych technik reakcyjnych w zależności od właściwości fizycznych substratów i związku docelowego; por. z preparatem „mrówczan etylu”, zestaw 1, poz. 5.

c Posłuży do syntezy m-nitroaniliny (zestaw 1, poz. 6).

d Prezentacja wykorzystania różnych technik reakcyjnych w zależności od właściwości fizycznych substratów i związku docelowego; por. z preparatem „octan etylu”, zestaw 1, poz. 2.

e Posłuży do syntezy kwasu p-toluilowego (zestaw 3, poz. 6).


ZESTAW PREPARATÓW

1. Acetanilid……………………………………………………………..3

2. Octan etylu……………………………………………………………7

3. Mrówczan etylu………………………………………………….…..11

4. m-Dinitrobenzen……………………………………………………..12

5. p-Nitroacetanilid……………………………………………………..13

6. p-Bromoacetanilid……………………………………………………15

7. o- i p-Nitrofenol…………………………………………………...….17

8. Jodobenzen ………………….……………………………………….19

9. Kwas o-chlorobenzoesowy…………………………….……………..23

10. p-Jodonitrobenzen……………………………………….…….……24

11. Kwas cynamonowy…………………………………………………24

12. m-Nitroanilina……………………………………………………….25

13. Kwas p-toluilowy……………………………………………………27

14. p-Metyloacetofenon…………………………………………………27

154. Kwas acetylosalicylowy (aspiryna)………………………………...32


Uwaga. Większość przepisów preparatywnych zostało zaczerpniętych z Preparatyki Organicznej A. Vogla. Do niektórych z nich wprowadzono pewne modyfikacje.
ACETANILID
Pierwszorzędowe aminy aromatyczne ogrzewane z bezwodnikiem octowym łatwo reagują dając monoacetylowe pochodne.

ArNH2 + (CH3CO)2O  ArNHC(O)CH3 + CH3CO2H



Jest to reakcja przebiegająca według mechanizmu addycji-eliminacji charakterystycznego dla przekształcania kwasów karboksylowych w ich pochodne (np. estryfikacja: kwas  ester) oraz jednych pochodnych kwasów karboksylowych w inne (np. omawiany przykład: bezwodnik  amid).

Stosując nadmiar bezwodnika octowego można też otrzymać pochodne diacetylowe.

ArNHC(O)CH3 + (CH3CO)2O  ArN[C(O)CH3]2 + CH3CO2H


Jednak są one na tyle nietrwałe, że krystalizowane z wody ulegają hydrolizie do pochodnych monoacetylowych. Dzięki temu acetanilidy otrzymuje się łatwo i z wysokimi wydajnościami.
W kolbie kulistej poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, umieszcza się 14,0 g (14 ml, 0,15 mol) aniliny, 16,4 g (15 ml, 0,16 mol) bezwodnika octowego, 14,5 g (14 ml, 0,24 mol) lodowatego (czyli 100%) kwasu octowego i 0,1 g pyłu cynkowego (dzięki redukującym właściwościom pył cynkowy zapobiega utlenianiu się aniliny podczas ogrzewania). Mieszaninę ogrzewa się łagodnie w temperaturze wrzenia przez 30 min a następnie gorącą ciecz wylewa się cienkim strumieniem do zlewki poj. 1 l zawierającej 340 ml zimnej wody. Po oziębieniu, najlepiej w lodzie, surowy produkt odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa niewielką ilością zimnej wody, dokładnie odsysa, rozkłada na bibule i suszy na powietrzu. Otrzymuje się ok. 18 g acetanilidu o tt. 112-113 C. Surowy produkt krystalizuje się z ok. 340 ml wody z ewentualnym dodatkiem kilku mililitrów etanolu. Jeżeli surowy produkt jest lekko żółty można zastosować węgiel aktywny do odbarwienia. W tym celu gorący roztwór acetanilidu w wodzie (z dodatkiem etanolu) należy ostudzić. Dodać do niego niewielką ilość węgla aktywnego i tak przygotowaną mieszaninę doprowadzić do ponownego wrzenia. Przesączyć na gorąco z użyciem płaszcza do sączenia na gorąco i, po ostudzeniu, odsączyć otrzymany osad.

Wydajność czystego związku o tt. 113-114 C– 14 g (70%).


Zestaw do przeprowadzenia reakcji i krystalizacji:

1. statyw, 2. łapa z łącznikiem, 3. czasza grzejna, 4. kolba okrągłodenna, 5. chłodnica zwrotna (kulkowa), 6. autotransformator.


KRYSTALIZACJA - OCZYSZCZANIE STAŁEGO ZWIĄZKU ORGANICZNEGO

Podstawy teoretyczne dotyczące procesu krystalizacji – A. Vogel „Preparatyka Organiczna” (str. 85 – krystalizacja oraz 83 – sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, wyd. II, str. 138 – krystalizacja oraz 136 – techniki sączenia, wyd. III).


Ta operacja ma na celu oddzielenie substancji będących zanieczyszczeniem interesującego nas związku stałego. Polega ona na rozpuszczeniu w podwyższonej temperaturze (zwykle w temperaturze wrzenia) zanieczyszczonego związku w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku, oddzieleniu od gorącego roztworu zanieczyszczeń nierozpuszczonych (jeśli takie są) i ochłodzeniu roztworu. W niskiej temperaturze roztwór staje się przesycony - wytrąca się z niego część rozpuszczonych na gorąco kryształów, przede wszystkim związku głównego a zanieczyszczenia pozostają w roztworze. Otrzymane kryształy oddziela się od roztworu (ługu pokrystalicznego) przez odsączenie pod zmniejszonym ciśnieniem. Osad przenosi się z sączka na szkiełko zegarkowe, suszy i mierzy temperaturę topnienia, która jest parametrem charakterystycznym dla substancji stałych.

Dobierając rozpuszczalnik do krystalizacji należy wziąć pod uwagę jego następujące właściwości:




  • dobrze rozpuszcza krystalizowaną substancję w temperaturze wrzenia i stosunkowo słabo w temperaturze pokojowej,

  • bardzo dobrze rozpuszcza zanieczyszczenia (pozostają wtedy w ługu pokrystalicznym) lub bardzo źle rozpuszcza zanieczyszczenia (wtedy usuwa się je poprzez sączenie na gorąco - pozostają na sączku),

  • ma stosunkowo niską temperaturę wrzenia aby można go było łatwo usunąć z powierzchni kryształów,

  • nie może reagować z substancją krystalizowaną,

  • powinien być (jeśli jest to możliwe) mało toksyczny, niepalny i możliwie tani.

Zestaw aparatury używany do krystalizacji zależy od parametrów stosowanego rozpuszczalnika. Jeżeli rozpuszczalnikiem jest woda można użyć zwykłej kolby stożkowej i nie jest konieczne zastosowanie chłodnicy zwrotnej. Pary rozpuszczalnika są niepalne i nietoksyczne. Jeżeli rozpuszczalnikiem jest alkohol etylowy bądź metylowy należy zestawić aparaturę składającą się z kolby kulistej i chłodnicy zwrotnej. Do ogrzewania należy unikać stosowania bezpośredniego źródła ognia np. palnika.


Odsyłacze do Internetu:

https://www.youtube.com/watch?v=JZL6p5QfmYA

https://www.youtube.com/watch?v=eUeMb0z90zw

https://www.youtube.com/watch?v=7LBGQHjgHEw
Montuje się zestaw do krystalizacji składający się z kolby kulistej i chłodnicy zwrotnej (kulkowej). Oba elementy aparatury powinny być umocowane łapami do tego samego statywu nad jego podstawą. Do umocowania chłodnicy można użyć łapy czteropalczastej; łapa nie musi ściskać chłodnicy – wystarczy, aby nie pozwalała jej przechylać się na boki. Podłącza się wodę do chłodnicy – dopływ od dołu. Koniec węża odprowadzającego wodę do studzienki ściekowej zaopatruje się w rurkę szklaną zagiętą pod kątem ok. 120º i obciążoną na końcu gumowym korkiem; zapobiega to przypadkowemu wypadnięciu węża ze studzienki. Do ogrzewania zawartości kolby należy przygotować czaszę grzejną pasującą wielkością do objętości kolby i autotransformator. Należy poprosić osobę prowadzącą zajęcia o sprawdzenie aparatury.

Następnie należy zważyć przygotowany do oczyszczania surowy, stały związek i dalej postępuje się według poniżej przedstawionych punktów.

1. Usuń chłodnicę zwrotną znad kolby kulistej.

2. Umieść związek przeznaczony do krystalizacji w kolbie kulistej (pojemność kolby należy dobrać tak, aby roztwór zajmował od 1/3 do 2/3 jej objętości) i dodaj określoną ilość rozpuszczalnika oraz kilka kamyczków wrzennych. Podczas napełniania kolby nie może się pod nią znajdować czasza grzejna.

3. Ponownie zamontuj chłodnicę zwrotną na kolbie i umieść kolbę w czaszy grzejnej ustawionej na podnośniku lub mocowanej do statywu. W przypadku stosowania czaszy stojącej umieszczenie jej na podnośniku zapewni ci, w razie potrzeby, możliwość szybkiego usunięcia czaszy spod kolby. W przypadku stosowania czaszy mocowanej do statywu, z tego samego powodu, zawieś ją ok. 20 cm nad podstawą statywu.

4. W szyi kolby umieść chłodnicę zwrotną (kulkową) i otwórz kran doprowadzający wodę. Włącz czaszę grzejną do prądu i regulując suwakiem transformatora, doprowadź ciecz w kolbie do łagodnego wrzenia.

5. Po kilku minutach sprawdź czy osad rozpuścił się całkowicie; jeśli nie – dodawaj porcjami rozpuszczalnik (przez lejek umieszczony w chłodnicy), aż do rozpuszczenia osadu. Jeśli otrzymany roztwór jest klarowny i jasny przejdź do punktu 9. Jeśli w miarę dodawania kolejnych porcji rozpuszczalnika nie obserwujesz wyraźnego rozpuszczania zawiesiny, to nie dodawaj następnych porcji rozpuszczalnika - być może stała pozostałość to zanieczyszczenia nierozpuszczalne w zastosowanym rozpuszczalniku. Wtedy postępuj według kolejnych punktów. Jeżeli kolor krystalizowanej substancji nie jest zgodny z danymi literaturowymi (bezbarwny lub jasno żółty) dodaj do wychłodzonego roztworu pół łopatki węgla aktywnego.

6. Metalowy płaszcz grzejny w kształcie lejka napełnij wodą i umocuj go do statywu, umieść w nim lejek szklany z sączkiem karbowanym (sączek nie powinien wystawać powyżej lejka), podstaw pod nóżkę lejka kolbę stożkową o odpowiedniej pojemności i ogrzej wodę w płaszczu do wrzenia za pomocą palnika. Uważaj, aby woda mogąca się wydobywać podczas ogrzewania z króćca płaszcza nie zamoczyła sączka; można temu zapobiec zakładając na króciec wąż gumowy.

7. Podgrzej mieszaninę krystalizowanej substancji z węglem aktywnym w rozpuszczalniku do wrzenia. Następnie usuń czaszę grzejną spod kolby, i kiedy roztwór w kolbie przestanie wrzeć(!), unieś chłodnicę zwrotną (możesz ją na chwilę umocować obejmującą ją łapą). Następnie dodaj do kolby 1-2 łopatki węgla aktywnego. Zamontuj z powrotem chłodnicę i przez kilka minut ogrzewaj zawartość kolby w temperaturze wrzenia.

8. Zgaś palnik pod płaszczem grzejnym!. Usuń czaszę spod kolby i kiedy tylko jej zawartość przestanie wrzeć, zdejmij chłodnicę, odłącz kolbę wraz z łapą od statywu i możliwie szybko przesącz gorący roztwór. Podczas sączenia przykrywaj lejek np. kartką papieru lub szkiełkiem zegarkowym; odparowywanie rozpuszczalnika może spowodować ochłodzenie roztworu i wykrystalizowanie rozpuszczonego związku na sączku. W takim przypadku umieść sączek wraz z osadem w używanej poprzednio kolbie, dodaj nową porcję rozpuszczalnika i kilka kamyków wrzennych, doprowadź zawartość kolby do wrzenia pod chłodnicą zwrotną i ponownie przesącz gorący roztwór przez nowy sączek do tej samej erlenmajerki.

9. Ochłodź roztwór do temperatury pokojowej lub w łaźni lodowej.

10. Umocuj czystą i suchą kolbę ssawkową z lejkiem Büchnera łapą do statywu. Wytnij z bibuły sączek dopasowany wielkością do lejka. Sączek nie może zachodzić na brzegi lejka. Wlej ok. 1 ml rozpuszczalnika na sączek z bibuły znajdujący się w lejku i podłącz pompkę wodną do kolbki ssawkowej. Sprawdź, czy sączek zakrywa wszystkie otwory w lejku i czy dobrze przylega do jego dna. Rozdrobnij łopatką wykrystalizowany osad w kolbie i odsącz go. Resztki kryształów z erlenmajerki przenieś na sączek używając przesączu z kolby ssawkowej. Przy włączonej pompce wodnej ugniataj osad płaskim końcem łopatki aż do całkowitego odciśnięcia ługu pokrystalizacyjnego.

11. Odłącz pompkę wodną od kolby ssawkowej. Nalej na powierzchnię osadu tylko tyle czystego, zimnego rozpuszczalnika, którego używasz do krystalizacji ile potrzeba do sporządzenia gęstej papki (użyj łopatki; uważaj by nie uszkodzić sączka). Podłącz pompkę i odsącz ciecz starannie ugniatając kryształy łopatką.

12. Odłącz wąż od kolby ssawkowej i dopiero wtedy zakręć przepływ wody w pompce. Osad przenieś na starowane szkiełko zegarkowe lub krystalizator i zostaw do całkowitego wyschnięcia; możesz to sprawdzić ważąc szkiełko z osadem co jakiś czas. (O innych sposobach suszenia ciał stałych - zob. A. Vogel, Preparatyka Organiczna.)

13. Małą próbkę przekrystalizowanego i wysuszonego związku rozetrzyj łopatką na szkiełku zegarkowym. Nabij w otwarty koniec kapilarki do mierzenia temperatury topnienia kryształy na wysokość 2-3 mm. Postaw suchą wewnątrz chłodnicę destylacyjną lub zwykłą rurkę szklaną na twardym podłożu (podstawa statywu, parapet) i spuść przez nią kapilarkę zatopionym końcem do dołu. Powtórz tę czynność aż osad przesunie się na dno kapilarki.

14.Umieść kapilarkę w otworze aparatu do pomiaru temperatury topnienia. Regulując pokrętłem potencjometru ustal intensywność ogrzewania. Na ok. 10°C poniżej spodziewanej temperatury topnienia badanego związku temperatura powinna wzrastać nie szybciej niż 2°C na minutę.

15. Obserwuj kryształy w kapilarce. Zanotuj temperaturę t1, przy której pojawi się pierwsza kropla cieczy a następnie temperaturę t2, przy której topnienie substancji zakończy się. Temperatura topnienia czystego związku powinna tylko nieznacznie różnić się od wartości literaturowej (dokładność termometru) a przedział t1-t2 nie powinien być większy niż 2°C.

16. Oblicz wydajność procesu krystalizacji ze wzoru:



OCTAN ETYLU
Kwasy karboksylowe alifatyczne i aromatyczne w rekcji z alkoholami pierwszo- i drugorzędowymi dają estry. Reakcja estryfikacji jest katalizowana mocnymi kwasami, najczęściej kwasem siarkowym. Rola katalizatora polega na protonowaniu atomu tlenu grupy karbonylowej, co zwiększa elektrofilowość karbonylowego atomu węgla i ułatwia przyłączenie słabego nukleofila, alkoholu. Wszystkie etapy tej reakcji są odwracalne, a położenie równowagi zależy od budowy reagentów. W celu zwiększenia wydajności estru stosuje się nadmiar jednego z reagentów (np. otrzymywanie benzoesanu metylu i octanu butylu – przepisy: A. Vogel, Preparatyka organiczna, str. 719 i 430; wydanie II, str. 1038 i 668; wydanie III) lub usuwa produkty, wodę lub/i ester (zob. mrówczan etylu – przepis poniżej), w trakcie ich powstawania. Jeśli ester ma niższą niż substraty temperaturę wrzenia, to można go oddestylowywać. Wodę można usuwać za pomocą środka suszącego albo oddestylowywać w postaci azeotropu, np. z benzenem lub (lepiej) toluenem. Używany jako katalizator stężony kwas siarkowy protonując powstającą wodę, także przyczynia się do zwiększenia wydajności estru.


Według powyższego schematu nie można otrzymywać estrów alkoholi trzeciorzędowych. O szybkości najwolniejszego etapu, a więc i o szybkości całej reakcji, w znacznym stopniu decydują czynniki steryczne. Jest zatem oczywiste, że utworzenie wiązania między karbonylowym atomem węgla i atomem tlenu alkoholu trzeciorzędowego, mającego dużą objętościowo grupę alkilową, będzie przebiegało powoli. Jednocześnie obecność silnego kwasu mineralnego będzie sprzyjała reakcji dehydratacji alkoholu, której alkohole mogące utworzyć trwałe karbokationy, np. alkohole trzeciorzędowe, ulegają szczególnie łatwo.

W przypadkach, w których z przyczyn technicznych lub ekonomicznych nie można zastosować nadmiaru jednego z reagentów, do reakcji używa się chlorków kwasowych lub bezwodników (octany, ftalany). Rekcje przebiegają wtedy szybko a produkty powstają z dużymi wydajnościami.


W kolbie o pojemności 100 ml umieszczamy 10 ml (0,17 mola) alkoholu etylowego, a następnie, mieszając i chłodząc na łaźni wodnej, dodajemy powoli 10 ml (0,18 mola) stężonego H2SO4. Montujemy zestaw do destylacji prostej. Zamiast termometru umieszczamy wkraplacz z mieszaniną 33 ml (0,57 mola) alkoholu etylowego i 33 ml (0,57 mola) lodowatego kwasu octowego. Proszę podać ilości używanych reagentów także w gramach.

Mieszaninę reakcyjną ogrzewamy ostrożnie i rozpoczynamy wkraplanie mieszaniny z rozdzielacza z szybkością równą szybkości oddestylowania powstającego octanu etylu. Układ należy utrzymywać w stanie umiarkowanego wrzenia. Przegrzanie mieszaniny reagentów (przekroczenie temperatury 140oC) może prowadzić do odwodnienia alkoholu i powstawania, niepożądanej, znacznej ilości eteru etylowego. Otrzymany destylat, oprócz estru, zawiera kwas octowy i etanol. W celu usunięcia kwasu octowego, do destylatu zebranego do kolby stożkowej, dodajemy małymi porcjami nasycony roztwór kwaśnego węglanu sodowego, aż do obojętnego (wobec papierka wskaźnikowego) odczynu warstwy organicznej oraz zaprzestania wydzielania się CO2 (jaka przebiega tutaj reakcja?). Następnie, roztwór przenosimy do rozdzielacza. Dolną warstwę wodną oddzielamy. Górną warstwę estrową przenosimy do kolby stożkowej i wytrząsamy z bezwodnym CaCl2 w celu usunięcia nieprzereagowanych ilości alkoholu etylowego. Chlorek wapnia tworzy z etanolem związek addycyjny łatwo rozpuszczalny w wodzie, a nierozpuszczalny w octanie etylu. Mieszaninę przenosimy do rozdzielacza. Pozostawiamy w rozdzielaczu do rozdzielenia warstw. Następnie, oddzielamy górną warstwę surowego estru od pozostałości zawierającej CaCl2. Oddzieloną, górną warstwę estrową przenosimy do suchej kolby stożkowej z korkiem, o objętości ok. 100 ml, suszymy nad bezwodnym MgSO4 (ok. 2 g.). Pozostawiamy ciecz nad środkiem suszącym na kilkanaście minut. Odsączamy środek suszący przez mały sączek karbowany do suchej kolby okrągłodennej o pojemności 100 ml. Na koniec, surowy ester destylujemy, za pomocą zestawu do destylacji frakcyjnej, zbierając czysty octan etylu w temperaturze 76,5- 77,5°C.

Zestaw do destylacji frakcyjnej przedstawiono na str. 12.

Zestaw do wykonania destylacji prostej:

1 autotransformator, 2. statyw, 3. łapa z łącznikiem, 4. czasza grzejna, 5. kolba destylacyjna,


6. nasadka destylacyjna, 7. termometr, 8. chłodnica Liebiga 9. przedłużacz (łuk z tubusem), 10. odbieralnik (kolba stożkowa), 11. podnośnik.

UWAGA! Dla przejrzystości rysunku nie pokazano statywu i łapy czteropalczastej podtrzymującej chłodnicę. Zamontowanie jej jest niezbędne.

Zestaw do wykonania rozdziału warstwy organicznej od wody:


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

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

EKSTRAKCJA

Klasyczny proces ekstrakcji będzie przeprowadzony w trakcie wyodrębniania



p-metyloacetofenonu z wodnej mieszaniny poreakcyjnej.
Ta operacja ma na celu oddzielenie związku organicznego rozpuszczonego lub zdyspergowanego (zawieszonego) w wodzie za pomocą rozpuszczalnika organicznego. Dobierając rozpuszczalnik do ekstrakcji należy wziąć pod uwagę jego następujące właściwości:

  • nie może rozpuszczać się w wodzie,

  • powinien zapewniać odpowiedni współczynnik podziału ekstrahowanej substancji (równowagowe stężenie substancji w rozpuszczalniku powinno być możliwie jak największe w stosunku do jej stężenia w wodzie). W przybliżeniu współczynnik podziału jest równy stosunkowi rozpuszczalności substancji w rozpuszczalniku i w wodzie,

  • nie może reagować z substancją ekstrahowaną ani z wodą,

  • jego gęstość powinna być dostatecznie różna od gęstości wody, aby rozdział faz był szybki i wyraźny,

  • powinien mieć niską temperaturę wrzenia, aby można go było oddzielić od rozpuszczonej w nim substancji przez destylację,

  • jest pożądane, aby był tani natomiast nie był łatwopalny i szkodliwy.


Ekstrakcję najczęściej wykonuje się w rozdzielaczu. Zanim przystąpi się do ekstrakcji należy sprawdzić szczelność kranu i korka nalewając do rozdzielacza trochę wody lub acetonu i potrząsając nim energicznie. Jeśli rozdzielacz jest szczelny wlewa się do niego roztwór do ekstrakcji i rozpuszczalnik. Rozmiar rozdzielacza powinien być taki, aby umieszczone w nim ciecze zajmowały od 1/3 do 3/4 jego objętości. Po zamknięciu wlotu korkiem rozdzielacz odwraca się nóżką do góry i przytrzymując kran i korek energicznie się nim potrząsa. Co pewien czas otwiera się kran (cały czas w pozycji nóżką do góry), aby wyrównać ciśnienie wewnątrz rozdzielacza z ciśnieniem atmosferycznym. Tę czynność należy powtarzać szczególnie często wtedy, gdy w trakcie ekstrakcji wydziela się gaz lub gdy temperatura zawartości wzrasta na skutek wydzielania się ciepła mieszania. Następnie rozdzielacz zawiesza się na statywie za pomocą łapy lub pierścienia metalowego, wyjmuje korek i pod nóżkę podstawia erlenmajerkę lub zlewkę (w przypadkach awaryjnych, np. samorzutnego wypadnięcia kranu zawartość rozdzielacza wyleje się do tego naczynia). Rozdzielacz pozostawia się w tej pozycji tak długo, aż fazy wodna i organiczna dokładnie się rozdzielą. Oddziela się możliwie jak najstaranniej fazę wodną od organicznej. Jeśli używało się rozpuszczalnika o mniejszej gęstości niż woda, to należy oczekiwać, że warstwa organiczna będzie na górze. W razie wątpliwości, fazy identyfikuje się dodając do którejś z nich niewielką ilość wody – w fazie organicznej dodana woda utworzy odrębną warstwę. Po oddzieleniu fazy organicznej fazę wodną najczęściej zawraca się do rozdzielacza, dodaje nową porcję rozpuszczalnika i powtórnie ekstrahuje. Operację tę powtarza się nieraz wielokrotnie. Zależy to od wielkości współczynnika podziału. Należy pamiętać, że ekstrakcja jest skuteczniejsza, gdy wykona się ją kilkakrotnie mniejszymi porcjami rozpuszczalnika niż wtedy, gdy użyje się sumaryczną objętość tych porcji jednorazowo. Połączone warstwy organiczne z kolejnych ekstrakcji umieszcza się w czystej erlenmajerce (do pracy z cieczami organicznymi a zwłaszcza lotnymi rozpuszczalnikami nigdy nie należy używać zlewek) i suszy się odpowiednim środkiem suszącym. Niekiedy – dotyczy to zwłaszcza ekstraktów eterowych – warstwę organiczną umieszcza się w rozdzielaczu i wytrząsa z nasyconym roztworem NaCl. Ta operacja ma na celu wstępne usunięcie wody rozpuszczonej w fazie organicznej; rozpuszczalność wody w 100 g eteru wynosi ok. 1,5 g. Środek suszący dodaje się małymi porcjami energicznie mieszając zawartość erlenmajerki ruchem wirowym. Początkowo absorbująca się w kryształach woda powoduje ich zbrylanie. Dodawanie kolejnych porcji środka suszącego kończy się wtedy, kiedy nie obserwuje już sklejania jego drobin. Erlenmajerkę zamyka się korkiem i pozostawia na ok. pół godziny (co jakiś czas należy wstrząsnąć erlenmajerką). Roztwór sączy się przez sączek fałdowany do suchej kolby kulistej (środek suszący nie może się znaleźć w kolbie, ponieważ pod wpływem ciepła dostarczanego podczas destylacji zaabsorbowana woda mogłaby być z powrotem uwolniona; roztwór powinien zająć ok. ¾ pojemności kolby). Montuje się odpowiedni zestaw i przeprowadza destylację frakcyjną. Zaobserwowana temperatura wrzenia jest parametrem charakterystycznym dla danego związku ciekłego.
Skuteczność ekstrakcji można często polepszyć nasycając warstwę wodną chlorkiem sodu. Powoduje to zmniejszenie rozpuszczalności związku organicznego w wodzie (zob. oczyszczanie aniliny). Najczęściej stosowane do ekstrakcji rozpuszczalniki to (w nawiasie podana jest temperatura wrzenia, C, i gęstość, g/ml): eter dietylowy (35, 0,714), chlorek metylenu (40, 1,325), chloroform (61, 1,48), heksan (69, 0,659), eter naftowy (mieszanina alkanów; ok. 40, ok. 0,62), benzen (mimo dobrych właściwości obecnie zaniechano jego używania ze względu na działanie rakotwórcze), toluen (111, 0,867).
Za pomocą ekstrakcji można także wyodrębniać pewne związki z mieszanin organicznych. Najczęściej wykorzystuje się do tego różne właściwości kwasowo-zasadowe składników mieszanin. Przykłady: 1) Aby dokładnie oddzielić kwas octowy używany w nadmiarze przy syntezie octanu butylu surowy produkt reakcji ekstrahuje się wodnym roztworem NaHCO3. Kwas octowy tworzy wtedy sól sodową nierozpuszczalną w warstwie organicznej a doskonale rozpuszczalną w wodzie. 2) Aminy (np. anilinę) można wydzielić z mieszanin za pomocą roztworu kwasu solnego; powstają rozpuszczalne w wodzie sole amoniowe. Warto zwrócić uwagę, że związki rozpuszczone w postaci soli w wodzie mogą być z niej wyodrębnione przez odpowiednią zmianę pH.

Odsyłacze do Internetu:



https://www.youtube.com/watch?v=acQQdqCOA9M

https://www.youtube.com/watch?v=CyIA8NhMUl4

https://www.youtube.com/watch?v=_3G3MMcBYmY


Pobieranie 1.05 Mb.

Share with your friends:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna