Органический синтез ( 41 гр, Оразова Найла Абдрасиловна)

Задачи:

Знакомство с методами экстракционной очистки  твердого вещества  и жидкостей с помощью непрерывной экстракции в экстракторах.

Подобрать способ экстракции и растворитель к выданному веществу.

 

  НЕПРЕРЫВНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ЭКСТРАКТОРАХ (ПЕРФОРАЦИЯ)

Если вещество хорошо растворимо в воде, то для извлечения его необходимо применять большое количе­ство растворителя, что затрудняет работу. Используя жидкостные экстракторы непрерывного действия, можно достаточно полно извлечь вещество малым объемом растворителя.

Для экстрагирования применяют органические веще­ства с различной плотностью, как меньшей, чем у воды (эфир, бензол, петролейный эфир), так и большей, чем у воды (хлороформ, хлористый метилен, четыреххлорис-тый углерод).

При извлечении вещества из водного раствора раство­рителем с плотностью меньшей, чем у воды (эфир, бен­зол), целесообразно применять жидкостные экстракторы (рис. 5). Простейший из них можно собрать из колбы Вюрца с высоко впаянным отводом, согнутым на конце и соединенным посредством пробки с круглодонной кол­бой. Колбу Вюрца снабжают обратным холодильником, внутрь колбы вставляют воронку на длинной трубке. В круглодонную колбу помещают кипятильники и раст­воритель, а в колбу Вюрца — экстрагируемый раствор. Круглодонную колбу нагревают на водяной бане или электроплитке с закрытым обогревом. Растворитель испаряется, конденсируется в холодильнике и капает в во­ронку (необходимо, чтобы воронка находилась под носи­ком холодильника). Затем в виде мелких капель прохо­дит через водный раствор и, извлекая при этом органиче­ское вещество, собирается на поверхности воды. По мере накопления перетекает в круглодонную колбу. Этот про­цесс происходит многократно и непрерывно. При экстра­гировании водного раствора растворителями с плот­ностью большей, чем у воды (хлороформ, четыреххло-ристый углерод), применяют прибор с впаянной боковой трубкой. Растворитель, конденсируясь в холодильнике, скапывает в раствор и постепенно оседает на дно, про­ходя при этом через раствор (рис. 9). Происходит обо­гащение растворителя экстрагируемым веществом

Рис 5. Приборы для экстрагирования жидкостей

 

ЭКСТРАКЦИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Экстрагирование твердого вещества про­водят в специальном экстракторе непрерыв­ного действия — приборе Сокслета (рис. 6). К колбе, содержащей растворитель и кипя­тильники, присоединяют специальную насадку с обратным холодильником. Внутрь насадки помещают гильзу, свернутую из фильтроваль­ной бумаги и наполненную твердым вещест­вом. Гильза должна быть плотно закрыта с обоих концов, чтобы избежать механического вымывания вещества. Растворитель в колбе нагревают до кипения. Пары, проходя через широкую трубку насадки, конденсируются в холодильнике, и постепенно растворитель ска­пывает в насадку, экстрагируя при этом ве­щество в гильзе. Наполнив гильзу до уровня боковой сифонной трубки, жидкость сифони-руется в колбу. Такая экстракция проходит непрерывно и сравнительно небольшим коли­чеством растворителя.

Рис. 6 Прибор Сокслета для экстрагирования твердых веществ

Высушивание органических веществ

Высушивание твердых веществ. Осадок, полученный после перекристаллизации или в результате реакции и отфильтрованный на воронке, всегда содержит некото­рое количество жидкой фазы. Удаляют ее высушиванием. Выбор способа высушивания определяется природой соединения.

Высушивают твердые вещества на воздухе при ком­натной температуре и в сушильном шкафу при повышен­ной температуре. Особенно эффективно высушивание проходит в присутствии веществ, поглощающих или-свя­зывающих растворитель, которые помещают в эксика­тор. При применении серной кислоты в качестве осушителя ею пропитывают мелко нарезанные трубки или кольца Рашига, которые затем помещают в эксика­тор. Для связывания паров воды и спирта применяют гидроксиды калия и натрия, хлорид кальция, оксид фос­фора (V), серную кислоту. Вещества кислого характера (НCl, НВг и т. п.) удаляют гидроксидом калия или натрия.

Углеводороды поглощают тонко наструганным пара­фином, помещенным в эксикатор. Для поглощения дру­гих органических растворителей можно использовать силикагель.

Для ускорения высушивания применяют вакуум-эксикатор, в котором создают вакуум- откачкой из него воздуха. Прежде чем откачать воздух, эксикатор необхо­димо плотно обвязать полотенцем или поместить в спе­циальный колпак для обеспечения безопасности работы, так как иногда эксикаторы взрываются. Шланг насоса через предохранительную склянку подключают к газо­отводной трубке, включают насос, открывают кран и откачку ведут 10—15 мин. Затем кран закрывают и сни­мают шланг. Воздух включают очень осторожно, чтобы не разбрызгать вещество. Трубку в эксикаторе надо за­кончить капилляром и загнуть его концом кверху, что уменьшает возможность распыления вещества в момент впуска воздуха.

Весьма эффективна сушка твердых веществ при повы­шенной температуре в вакууме с использованием сушиль­ного «пистолета» Фишера (рис. 7). В колбу наливают жидкость с определенной, необходимой для высушивания

 температурой кипения. Колбу нагревают до кипения в ней жидкости. Парами жидкости обогревается корпус сушилки, в которую помещена лодочка с веществом. В ретортовидную колбу помещают адсорбент или осушающее вещество. Воздух из прибора откачивают с по­мощью водоструйного насоса.

Высушивание жидкостей. При высушивании жидкости ее главным образом освобож­дают от воды. Присутствие воды нередко мешает прове­дению реакции, способствует разложению веществ, а при перегонке часто образует азеотропные смеси с основным ве­ществом, что ведет к его поте­ре. В качестве осушителей применяют неорганические ве­щества, которые связывают воду и должны быть индифферентными как к растворителю, так и к веществу. В колбу или в склянку наливают жидкость и добав­ляют 1—3% осушителя. Сосуд закрывают пробкой (если не выделяется газ) или пробкой, снабженной хлоркальциевой трубкой. Осушать металлическим натрием можно лишь в том случае, если присутствуют следы воды, тогда в сосуд помещают несколько тонко нарезанных кусочков натрия (правила). Работать надо только в за­щитных очках!

Иногда воду можно удалить, используя азеотропную отгонку, если данное вещество с водой дает азеотропную смесь. Вначале отгоняется азеотроп, а после удаления воды остается обезвоженное вещество. Но при таком ме­тоде теряется большое количество вещества. В некоторых случаях добавляют третье вещество, образующее азео­троп с водой. Вода удаляется с введенным веществом, а остается безводное основное вещество. В таблице 1 при­ведены осушители и случаи их применения

 

Вопросы для допуска к выполнению работы по теме «Экстракция»

1.  Какие органические вещества используют наиболее часто в качестве экстрагентов?

2. В каких случаях экстракцию органических веществ проводят в один прием (дискретно)?

3. Почему в ряде случаев экстрагирование повторяют несколько раз или непрерывно в экстракторе?

 4. Почему более целесообразно проводить экстракцию многократно небольшими объемами экстрагента, чем сразу использовать весь объем экстрагента?

5. Описать принципы:

а) однократной простой экстракции в делительной воронке;

б) непрерывной простой экстракции на жидкостном экстракторе;

в) непрерывной экстракции твердых веществ на экстракторе (аппарате) Сокслета.

6. Что предпринимается для разрушения стойких эмульсий, иногда образующихся при встряхивании водных растворов с органическими растворителями?

7. Как определить, закончилось экстрагирование или нет?

8. Указать способы выделения вещества из экстракта.