Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6

На рис. 13 изображены относительно непростые приборы — очень многие из описанных в данном пособии синтезов будут иметь существенно более простое "аппаратное оформление" — например, стоящий в охлаждающей бане на магнитной мешалке стакан или же круглодонная колба с обратным холодильником, нагреваемая на электрической плитке.

Рисунок 13.Приборы для проведения реакции:

_{1 — для синтеза с механическим перемешиванием, возможностью прибавления реагента и кипячения реакционной смеси; 2 — для синтеза на магнитной мешалке с возможностью добавления реагента и отгонки продукта в процессе реакции}

_{(ВНИМАНИЕ! Лапки штативов изображены на рисунке черными прямоугольниками. Баня изображена прозрачной).}

Ниже будут рассмотрены основные лабораторные операции — и конкретные приборы, необходимые для их проведения, будут обсуждаться в соответствующих разделах.

4. НЕКОТОРЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЕРАЦИИ

4.1. Кристаллизация

Большинство органических соединений имеет т. н. положительный ход растворимости — т. е. их растворимость при нагревании увеличивается. Это свойство является основой одного из методов очистки, называемого перекристаллизацией.

Перекристаллизация представляет собой растворение неочищенного вещества в горячем растворителе, отделение горячего раствора от нерастворимого остатка и последующее охлаждение раствора, в результате чего в осадок выпадает более чистое вещество. В оставшемся после кристаллизации растворе, называемом маточным, зачастую остается много вещества, что снижает общий выход. Поэтому маточные растворы после перекристаллизации концентрируют и стараются выделить из них остатки продукта.

Выбор растворителя

Правильный выбор растворителя для перекристаллизации имеет принципиальное значение. В процессе выбора необходимо учитывать химические свойства как очищаемого вещества, так и имеющихся в исходном препарате примесей. Желательно, чтобы подвергаемое очистке соединение имело большой ход растворимости (разницу в растворимости при разных температурах); примеси же должны либо хорошо растворяться на холоду, либо плохо — при нагревании (по сравнению с очищаемым веществом). Очевидно, растворитель должен быть химически инертным; желательно — иметь низкую вязкость для быстрого образования хорошо оформленных кристаллов; легко удаляться с поверхности кристаллов при промывке.

При выборе растворителя не стоит забывать старое правило — "подобное растворяется в подобном", которое можно проиллюстрировать на простом примере. В задаче 1–4 необходимо очистить перекристаллизацией транс-стильбен (Т_пл

~125 °C) от исходного 1,2-дифенилэтанола (Т_пл 67 °C). Удачным выбором в этом случае будет этиловый спирт: температуры плавления и молекулярные массы стильбена и спирта невелики, что позволяет ожидать их высокой растворимости в горячем спирте. При охлаждении же углеводород наверняка закристаллизуется, а спирт останется в растворе.

С окончательным удачным выбором растворителя можно определиться только опытным путем, проводя серию экспериментов с небольшими количествами. В этих опытах следует использовать как небольшие количества заведомо чистого целевого соединения, так и препарата — объекта очистки.

В органической химии в качестве растворителей для проведения перекристаллизации применяют самые разнообразные соединения (воду, спирты, ацетон, простые эфиры, СН₃СООН, CHCl₃, бензол и толуол, насыщенные углеводороды — гексан, гептан, etc.).

Использовать для перекристаллизации легко летучие растворители (например, эфир) можно, но при этом приходится в процессе растворения использовать обратный холодильник; кроме того, кристаллизацию продукта лучше проводить при низкой температуре (в морозильной камере). Для кристаллизации легко растворимых веществ в химической практике используют специальные морозильные камеры, поддерживающие температуру ~ -70 °C.