Органический синтез ( 41 гр, Оразова Найла Абдрасиловна)

Задачи: Научиться собирать прибор для перегонки в вакууме. Разделить предложенное  вещество методом  перегонки при уменьшенном давлении.

Оборудование: прибор для перегонки в вакууме, роторный испаритель, электрическая плитка.

При перегонке органических веществ, обладающих высокими температурами кипения (>150°С), часто происходит их разложение. Однако эти вещества, как правило, могут быть с успехом перегнаны под уменьшенным давлением (в вакууме), так как с понижением давления снижается температура кипения вещества и возможность термического разложения уменьшается. При уменьшении давления вдвое по сравнению с атмосферным температура кипения снижается на 15—20 °С, а при остаточном давлении — в 5—10 мм рт. ст. на 100—150 °С.

Используя номограмму, можно ориентировочно определить значение температур кипения при любом вакууме, если известна температура кипения вещества при атмосферном давлении. Если провести на номограмме прямую линию так, чтобы она проходила через значение температуры кипения вещества при атмосферном давлении и через значение выбранного для работы остаточного давления, то точка пересечения прямой линии с левой шкалой дает значение температуры кипения вещества в вакууме при данном остаточном давлении.

Понижение давления в приборе создается обычно с помощью водоструйного или масляного вакуум-насоса. Эффективность водоструйного насоса зависит от скорости тока воды и от ее температуры. Максимальное разрежение водоструйным насосом создается до 4—6 мм рт. ст. При использовании ротационного масляного насоса можно создать разрежение до 0,5—1 мм рт. ст. Более глубокий вакуум создают с помощью ртутных или диффузионных насосов. При работе в вакууме можно использовать только круглодонные колбы.

При перегонке при уменьшенном давлении необходимо надевать защитные очки или защитную маску.

Прибор для перегонки в вакууме состоит из перегонной колбы с термометром и капилляром, холодильника, аллонжа специальной формы и приемников. В качестве перегонных колб могут быть использованы колбы Кляйзена, Фаворского. 

При разгонке смеси жидкостей целесообразно использовать колбы с дефлегматором, что способствует лучшему разделению смеси. В одно горло колбы вставляют стеклянную трубку с оттянутым на конце ее тонким капилляром, доходящим до дна. Проходящие при перегонке через капилляр пузырьки воздуха, а в некоторых случаях инертного газа равномерно перемешивают жидкость, препятствуя перебросу и перегреву ее. Если капилляр недостаточно тонок, то на широкую часть капиллярной трубки надевают небольшой кусочек резиновой трубки. Внутрь трубки вставляют тонкую проволоку и зажимают винтовым зажимом. Тогда при включении насоса через прибор будут просасываться мелкие пузырьки воздуха.

Во второе горло колбы вставляют термометр, шарик которого должен быть на 0,5 см ниже бокового отвода.

Для охлаждения паров жидкости используют водяные холодильники (если вещество кипит до 130°С) или воздушные (если вещество кипит > 130°С).

В качестве приемников служат маленькие круглодонные колбы или толстостенные пробирки, соединенные с холодильником посредством специального аллонжа — «паука». «Паук» имеет несколько отводов: один — для соединения с насосом, остальные — для соединения с приемниками.

Во время перегонки, поворачивая «паук», можно отобрать в приемники отдельные фракции, отличающиеся по температурам кипения. Все части прибора соединяют между собой с помощью резиновых пробок или стеклянных шлифов и толстостенных (вакуумных) резиновых трубок. Пробки и трубки перед сборкой прибора должны быть слегка смазаны глицерином или вазелином и должны очень плотно прилегать к стеклу, иначе при работе насоса не будет создаваться вакуум в системе.

Между прибором и насосом необходимо ставить предохранительную склянку, чтобы препятствовать возможности переброса воды из насоса в прибор. При работе на масляном насосе необходимо, кроме того, еще ставить поглотительную систему, состоящую из колонок с активированным углем (для улавливания легколетучих органических веществ), с гидроксидом натрия (для удаления легколетучих кислот) и с хлоридом кальция (для улавливания воды). Измеряют остаточное давление с помощью вакуумметра (укороченный ртутный манометр), включенного между насосом и прибором. Перегонку в вакууме можно вести только в защитных очках или маске! Нельзя делать никакие исправления в приборе при наличии вакуума в системе! Перед началом перегонки в вакууме необходимо проверить пустой прибор на герметичность. Для этого на отвод «паука» надевают резиновый шланг от насоса, включают насос. Затем перекрывают поворотом трехходового крана сообщение прибора с атмосферой, закрывают зажимом резиновую трубку, присоединенную к трубке с капилляром, если последний недостаточно тонок. После этого открывают кран у манометра и проверяют установившееся остаточное давление в системе. Выключение вакуума производят в обратном порядке по сравнению с включением. При этом сначала закрывают кран у манометра. Затем постепенно открывают зажим на капиллярной трубке. Постепенно открывают трехходовой кран для впуска воздуха в систему и, наконец, выключают насос. Если прибор не дает нужного разрежения, т. е. где-то происходит подсасывание воздуха в систему, то необходимо проверить еще раз все составные части по отдельности. Для этого еще раз немного смазывают пробки или шлифы и плотнее соединяют каждую часть. Включая насос, проверяют этот узел прибора и так по частям весь прибор.

После проверки прибора на герметичность колбу наполняют на 2/3 объема перегоняемой жидкостью, которую заливают через воронку, вставленную в боковое горло колбы ниже ее отвода. Затем горло закрывают пробкой (или шлифом) с термометром. Включают насос. Трехходовым краном перекрывают сообщение прибора с атмосферой. Закрывают зажим на капиллярной трубке так, чтобы через капилляр воздух проходил со скоростью 5—6 пузырьков в секунду. Открывают кран на манометре.

После того как установилось давление, начинают перегонку.

Нагревание перегонной колбы можно вести на бане. Колбу при этом погружают ниже уровня жидкости в бане. Не рекомендуется нагревание колбы на асбестовой сетке, так как при этом происходит местный перегрев жидкости, что приводит к сильному подбрасыванию ее в колбе. Можно нагревать колбу небольшим голым пламенем при постоянном движении горелки вокруг колбы, но такой прием требует определенного навыка в работе.

При достижении нужных температур кипения отбирают отдельные фракции, меняя при этом приемник поворотом «паука». Вещество должно перегоняться со скоростью 1—2 капли в секунду. Нельзя отгонять вещество досуха. Величину остаточного давления определяют в миллиметрах по разности уровней ртути в обоих коле-. нах манометра. Во время перегонки кран у манометра закрывают, но при отборе новой фракции каждый раз манометром проверяют остаточное давление. После окончания перегонки прекращают нагревание и дают колбе охладиться и только тогда в приборе выравнивают давление. Быстрый впуск воздуха в нагретую колбу может вызвать взрыв вследствие образования взрывоопасной смеси паров вещества с воздухом.

Впуск воздуха в систему производят так же, как и при проверке прибора на герметичность.

При перегонке высококипящих веществ можно использовать прибор, изображенный на рисунке 18. Но в данном случае можно отогнать в нем только одну фракцию.

Вещества, затвердевающие при комнатной температуре, перегоняют в саблеобразной колбе. В одно горло колбы вставляют трубку с капилляром, а в конец саблеобразного отростка надевают пробку с трубкой и приключают к вакуум-насосу. При перегонке из этой колбы в саблевидный отросток можно отобрать лишь одну фракцию. Иногда используют для перегонки твердых веществ прибор для перегонки, но водяной холодильник заменяют воздушным. По мере застывания вещества в холодильнике и «пауке» их осторожно прогревают горелкой.

В последнее время широкое распространение получил эффективный метод упаривания растворителей в вакууме с помощью роторных испарителей при относительно низкой температуре. Принцип работы прибора заключается в том, что колба с упариваемой жидкостью, соединенная с холодильником, приемником дистиллята и насосом, вращается вокруг своей оси в наклонном положении. При этом на внутренней поверхности колбы все время образуется тонкий слой жидкости, а внешняя — нагревается на бане. Вследствие большой поверхности испарение происходит очень быстро.

Вопросы для допуска к выполнению работы по теме «Перегонка с водяным паром»

    1. В каких случаях проводят перегонку в вакууме?

    2. Какова последовательность проводимых операций при этом?

    3. Для чего используют капилляр?

    4. Когда достигается температура кипения гетерогенной смеси?

    5.  Как можно перегонять большие количества вещества при уменьшенном давлении?

    6. Как определить окончание перегонки соединения?

7. Почему нельзя перегонять вещество досуха?