Обработка реакционных смесей.

Взято с Диссоциатива

Цель эксперимента - выделение продукта с максимально высоким выходом и высокой степенью чистоты. Препаративные органические реакции редко приводят к полному превращению исходных соединений в конечный продукт.
Следовательно, смесь, полученная в результате реакции, протекающей даже с хорошим выходом (70-80 %) может быть сложной. Она состоит из растворителя, используемого в реакции, основного и побочных продуктов, непрореагировавших исходных веществ, а также образующихся в ходе реакции полимеров, смол и неорганических солей.
В большинстве случаев для выделения конечного соединения требуются операции, включающие последовательное применение различных методов. Методы используемые при обработке реакционных смесей зависят от свойств полученных соединений. Прежде всего следует обратить внимание на следующие свойства синтезируемых соединений :
· летучесть (например, при отгонке растворителя).
· полярность (например, при экстракции из водной фазы).
· устойчивость по отношению к воде, кислотам и основаниям.
· термостабильность (важно при перегонке).
· отношение к свету и кислороду воздуха.
Следует запомнить : ошибки при обработке реакционной смеси часто приводят к значительному снижению выхода синтезируемых продуктов !
Общими методами обработки реакционных смесей являются :
· а) обработка реакционных смесей органическими растворителями, водой или водными растворами кислот и щелочей с последующей экстракцией.
· б) отгонка растворителей и очистка остатка перегонкой, кристаллизацией или хроматографией.
· в) непосредственное выделение перегонкой ( жидкие продукты) или перекристаллизацией (твердые продукты).

Выделение веществ нестабильных в водной среде проводят согласно пунктам б) и в).
2.1. Экстракция.
Экстракцию проводят из водной (нейтральной, кислой, основной) фазы растворителем, не смешивающимся с водой (например, дихлорметан, диэтиловый эфир, хлороформ и др.). В случае полярных продуктов (например, спирты, карбоновые кислоты, амины) водную фазу перед экстракцией насыщают хлористым натрием (высаливание).
Экстракцию можно проводить дискретно в делительной воронке или непрерывно в экстракторе.
Процесс экстракции в делительной воронке заключается в смешении органического раствора с водой (или разбавленными кислотами и щелочами), встряхивании воронки, чтобы полностью перемешать оба слоя, отстаивании смеси до полного разделения слоев и отделение нижнего слоя.
Верхний слой не следует сливать через кран делительной воронки, а можно перелить через шлиф.
Делительную воронку заполняют не более чем на две трети ее обьема, предварительно проверив кран воронки на герметичность!
После заполнения делительную воронку закрывают пробкой и, придерживая пробку одной рукой и закрытый кран другой, переворачивают воронку пробкой вниз и плавными круговыми движениями вращают ее в течение нескольких секунд, чтобы образовался водоворот, (но не трясите ее).
При перевернутой вверх воронке осторожно открывают кран, чтобы убрать давление (давление может значительно возрасти при использовании летучих растворителей, например, эфира). Затем кран закрывают, вращают воронкой более энергично и снова в перевернутом положении (краном вверх) открывают кран. Эта процедура повторяется до прекращения увеличения давления.
После этого делительную воронку встряхивают еще раз, но не слишком энергично, чтобы не образовалась эмульсия, которую обычно трудно разрушить. Затем воронку зажимают лапкой или помещают в кольцо и дают постоять чтобы произошло разделение двух фаз и между ними образовалась четкая грань.
Нижний слой может быть водным или органическим,в зависимости от их плотности ( в случае сомнения следует отделить немного жидкости и убедиться смешивается она с водой или нет).
Процесс экстракции обычно повторяют три раза, объединяя порции экстракта. До завершения работы необходимо хранить оба разделенных слоя.
Удаление кислоты из органической фазы проводят встряхиванием с насыщенным водным раствором бикарбоната натрия (так отделяют карбоновые кислоты или сульфокислоты от нейтральных продуктов). Удаление оснований проводят встряхиванием с 1N раствором соляной кислоты ( это недопустимо в случае веществ неустойчивых в кислой среде ).
После этого обьединенные органические фазы (вытяжки) промывают насыщенным раствором хлористого натрия и высушивают.
Непрерывную экстракцию твердого вещества проводят в аппарате Сокслета
(см. прибор 11).
2.2. Высушивание.
По окончании водной экстракции органический слой содержит некоторое количество воды как в виде небольших капелек, так и в растворенном виде. Воду можно удалить добавлением небольшого количества неорганического осушителя, который затем отфильтровывают.
В качестве осушителей используют неорганические безводные соли. Сульфат натрия ( осушитель средней силы) применяется для высушивания веществ чувствительных к кислотам и щелочам. Предпочтение отдают безводному сульфату магния, т.к. он дешев,эффективен и нейтрален по отношению к большинству функциональных групп и имеет хорошую высушивающую способность.
Для быстрого (15-30 минут) высушивания сильно увлажненных эфирных растворов особенно эффективен хлорид кальция, но его не рекомендуют использовать для высушивания органических кислот, спиртов,фенолов, аминов, амидов, альдегидов, кетонов и эфиров.
Процедура высушивания состоит в следующем : органический раствор помещают в сухую коническую колбу и добавляют примерно 1 г осушителя на 10 мл раствора. Смесь оставляют на 15-30 минут (для полного высушивания на 10 часов), время от времени помешивая или встряхивая колбу, а затем фильтруют или под вакуумом через сухую воронку Шотта, или через бумажный складчатый фильтр.
Высушивание твердых веществ проводят в простом или вакуумном эксикаторе с использованием в качестве осушителя хлорида кальция или пентаоксида фосфора. Для этой цели твердое вещество насыпают в стеклянную чашку тонким слоем (при высушивании в вакууме накрывают часовым стеклом) и помещают в эксикатор, содержащий осушитель.
Эксикатор, помещенный в защитный кожух или обмотанный полотенцем, вакуумируют с помощью водоструйного насоса до давления 10-12 мм рт.ст.. Перед заполнением эксикатора воздухом вначале перекрывают его кран, затем открывают кран на воздух на манометре и отсоединяют водоструйный насос. Далее закрывают кран эксикатора кусочком фильтровальной бумаги (она предотвращает распыление вещества и осушителя ) и осторожно его открывают.
Термостабильные соединения сушат в вакуумном сушильном приборе (пистолет Фишера).
2.3. Удаление растворителя.
Растворители удаляют или простой отгонкой, или чаще всего отгонкой на роторном испарителе.
Роторный испаритель v это устройство для быстрого удаления растворителей при отгонке в вакууме. При работе на роторном испарителе (защитные очки !) соблюдают следующую последовательность операций.
Упариваемый раствор помещают в круглодонную колбу соответствующего размера, заполненную не более чем наполовину, и присоединяют ее к прибору, закрепив хомутиком или резинкой.
Подключают воду к холодильнику, включают водоструйный насос и мотор, обеспечивающий вращение колбы.
После установления вакуума под колбу помещают баню с теплой водой.
Подключение роторного испарителя к водоструйному насосу создает вакуум, позволяющий легко удалять "летучие"растворители с температурой кипения до 100оС при температуре бани 50-60оС.

Назад к Техчасти