So kristallisieren Sie organische Verbindungen: 10 Schritte (mit Bildern)

Kristallisation (oder Umkristallisation) ist das wichtigste Verfahren zur Reinigung von organische Verbindungen. Das Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen durch Kristallisation beinhaltet das Auflösen einer Verbindung in einem geeigneten heißen Lösungsmittel, wodurch die Lösung abkühlen kann, und wird mit der gereinigten Verbindung gesättigt, wodurch es aus der Lösung kristallisieren kann, um ihn durch Filtration zu isolieren, wodurch die Oberfläche mit kaltem Waschen der Oberfläche Lösungsmittel, um restliche Verunreinigungen zu entfernen und zu trocknen.

Dies ist am besten in einem kontrollierten Chemie-Labor, in einem gut belüfteten Bereich. Beachten Sie, dass dieses Verfahren breite Anwendungen aufweist, einschließlich großer kommerzieller Reinigung von Zucker durch Kristallisation des Rohzuckerprodukts, der Unreinheiten hinterlässt.

Schritte

1. Wissen, was ein passendes Lösungsmittel macht. Erinnere dich an das Diktum "Gleiches löst Gleiches": Polare Verbindungen lösen sich in polaren Lösungsmitteln, unpolare Verbindungen lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln auf. Beispiel, Zucker und Salz (polare Verbindungen) lösen sich in Wasser (polares Lösungsmittel), jedoch nicht in Öl (unpolares Lösungsmittel).

Das ideale Lösungsmittel hätte diese Eigenschaften:

Es wird die Verbindung auflösen, wenn die Lösung heiß ist, aber nicht, wenn die Lösung kalt ist.
Es wird entweder die Verunreinigungen überhaupt nicht auflösen (also können sie sein ausgefiltert Wenn die unreine Verbindung gelöst ist) oder so, dass sie sehr gut aufgelöst wird (also bleiben sie in Lösung, wenn die gewünschte Verbindung ist kristallisiert).
Es reagiert nicht mit der Verbindung.
Es ist nichtflammbar.
Es ist nontoxic.
Es ist billig.
Es ist sehr volatil (so kann es leicht von den Kristallen entfernt werden).

2. Betrachten Sie Ihre Optionen. Es ist oft schwierig, über das beste Lösungsmittel zu entscheiden, das Lösungsmittel oft durch Experimente gewählt wird, oder indem das nicht polare Lösungsmittel verwendet wird. Vertraue dich mit der folgenden Liste allgemeiner Lösungsmittel (von den meisten Polar bis zumindest polar). Beachten Sie, dass Lösungsmittel nebeneinander mischbar sind (sie lösen sich ineinander auf). Häufig verwendete Lösungsmittel sind fett gedruckt.

Wasser (H₂Ö) ist nichtflammbar, nontoxisch, billig, und wird viele polare organische Verbindungen auflösen - sein Nachteil ist ein hoher Siedepunkt (100 ° C (212 ° F)), wodurch es relativ nichtflüchtig und schwer von Kristallen entfernt wird, es sei denn, sie sind in einem vakuumgetrockneten Trockner.

Essigsäure (ch₃COOH) ist nützlich für die Oxidationsreaktion, reagiert jedoch mit Alkoholen und Aminen und ist daher schwierig zu entfernen (Siedepunkt ist 118 ° C (244 ° F)).

Dimethylsulfoxid (DMSO), Methylsulfoxid (CH₃Sochte₃) wird hauptsächlich als Lösungsmittel für Reaktionen verwendet, um die Kristallisation selten zu reaktivieren. Es kocht bei 189 ° C (372 ° F) und ist schwer zu entfernen.

Methanol (Ch₃OH) ist ein nützliches Lösungsmittel, das Verbindungen mit höherer Polarität auflöst als andere Alkohole. Siedepunkt: 65 ° C (149 ° F).

Aceton (CH₃Koch₃) ist ein hervorragendes Lösungsmittel, sein Nachteil ist ein niedriger Siedepunkt von 56 ° C (133 ° F), der einen geringen Unterschied in der Löslichkeit einer Verbindung an seinem Siedepunkt und Raumtemperatur ermöglicht.

Butanon (Methylethylketon, MEK) (CH₃Koch₂CH₃) ist ein hervorragendes Lösungsmittel mit Siedepunkt 80 ° C (176 ° F).

Ethylacetat (CH₃Kohle₂H₅) ist ein hervorragendes Lösungsmittel mit Siedepunkt 78 ° C (172 ° F).

Dichlormethan, Methylenchlorid (CH₂Klumpen₂) ist als Lösungsmittelpaar mit Ligroin nützlich, aber sein Siedepunkt, 35 ° C (95 ° F) ist zu niedrig, um es zu einem guten Kristallisationslösungsmittel zu machen. Es kann jedoch mit einem Trockeneis- / Acetonbad auf -78 ° C (-108 ° F) abgekühlt werden,

Diethylether (ch₃CH₂Och₂CH₃) ist als Lösungsmittelpaar mit Ligroin nützlich, aber sein Siedepunkt, 35 ° C (95 ° F) ist zu niedrig, um es zu einem guten Kristallisationslösungsmittel zu machen, sofern nicht mit einem Trockeneis / Acetonbad verwendet wird.

Methyl tert-Butylether (ch₃Oc (ch₃)₃) ist billig, guter Ersatz für Diethylether angesichts seiner höheren Siedepunkt, 52 ° C (126 ° F).

Dioxan (C₄H₈Ö₂) Es ist leicht, von Kristallen zu entfernen - milde Karzinogen- bildet Peroxide - Siedepunkt 101 ° C (214 ° F).

Toluol (C₆H₅CH₃) ist ein hervorragendes Lösungsmittel zur Kristallisation von Arylverbindungen und hat das einmal übliche Benzol (ein schwaches Karzinogen) ersetzt - ein Nachteil ist ein hoher Siedepunkt von 111 ° C (232 ° F), wodurch es schwierig ist, von Kristallen aus Kristallen zu entfernen.

Pentan (C₅H₁₂) wird häufig für unpolare Verbindungen verwendet - häufig als Lösungsmittelpaar mit einem anderen Lösungsmittel verwendet. Sein niedriger Siedepunkt bedeutet, dass es in Verbindung mit einem Trockeneis / Aceton-Bad nützlicher ist.

Hexan (C₆H₁₄) wird für unpolare Verbindungen verwendet, die häufig in einem Lösungsmittelpaar-Siedepunkt 69 ° C (156 ° F) verwendet werden.

Cyclohexan (C₆H₁₂) ist ähnlich wie Hexan, aber billiger und hat einen Siedepunkt 81 ° C (178 ° F).

Petrolether, auch als Ligroin genannt, ist eine Mischung aus gesättigten Kohlenwasserstoffen, von denen Pentan ein Chief Component ist - billig ist und austauschbar mit Pentan-Siedepunkt 30-60 ° C (86-140 ° F) verwendet wird.

3. Wählen Sie Ihr Lösungsmittel:

Legen Sie ein paar Kristalle der unreinen Verbindung in ein Reagenzglas und fügen Sie einen einzelnen Tropfen des Lösungsmittels hinzu, lässt es an der Seite des Rohrs abfließen.

Wenn sich die Kristalle sofort bei Raumtemperatur auflösen, das Lösungsmittel ablehnen Weil zu viel von der Verbindung bei niedriger Temperatur gelöst bleibt, probieren Sie ein anderes Lösungsmittel. Wenn Sie planen, Ihr Lösungsmittel während der Wiedererkristallisation signifikant unter Raumtemperatur abzukühlen (i.E. Verwenden eines Trockeneis / Aceton-Bades), dann diesen Test mit einem vorgekühlten Lösungsmittel durchführen.

Wenn sich die Kristalle nicht in kaltem Lösungsmittel auflösen, wärmen Sie das Rohr auf einem heißen Sandbad oder mit einer Hitzepistole und beobachten Sie die Kristalle. Fügen Sie einen Tropfen mehr Lösungsmittel hinzu, wenn sie sich nicht auflösen. Wenn sie sich am Siedepunkt des Lösungsmittels auflösen und dann erneut kristallisieren, wenn Sie wieder auf Raumtemperatur abgekühlt sind, haben Sie ein entsprechendes Lösungsmittel gefunden. Wenn nicht, probieren Sie ein anderes Lösungsmittel aus.

Wenn nach einem Prozess des Tests und eines Fehlers - und kein einzelnes zufriedenstellendes Lösungsmittel gefunden wird - verwenden Sie ein Lösungsmittelpaar. Lösen Sie die Kristalle in dem besseren Lösungsmittel (der, in dem sie leicht gelöst werden), und fügen Sie das ärmere Lösungsmittel hinzu heiß Lösung, bis es bewölkt wird (die Lösung ist mit dem Soluten gesättigt). Das Lösungsmittelpaar muss miteinander mischbar sein. Einige nützliche Lösungsmittelpaare sind Essigsäure-Wasser, Ethanolwasser, Acetonwasser, Dioxan-Wasser, Acetonethanol, Ethanol-Diethylether, Methanol-2butanon, Ethylacetat-Cyclohexan, Aceton-Ligroin, Ethylacetat-Ligroin, Diethyl Ether-Ligroin, Dichlormethan-Ligroin, Toluol-Ligroin.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 2

4. Die unreine Verbindung lösen: Stellen Sie dazu die Verbindung in einem Reagenzglas auf. Zerdrücken große Kristalle mit einem Rührstab, um das Auflösen zu fördern. Fügen Sie den Lösungsmittelabfall nach dem Tropfen hinzu. Um unlösliche, solide Verunreinigungen zu entfernen, verwenden Sie überschüssiges Lösungsmittel, um die Lösung zu verdünnen und die festen Verunreinigungen bei Raumtemperatur herauszufiltern (siehe Schritt 4 für Filtrationsverfahren), dann verdampfen Sie das Lösungsmittel. Platzieren Sie vor dem Erhitzen einen hölzernen Applikator-Stick in der Röhre, um eine Superheizung zu vermeiden (Erhitzen der Lösung über dem Siedepunkt des Lösungsmittels ohne tatsächlich kochen). Die im Holz gefangene Luft wird ausstehen Kerne sogar kochen zu lassen. Alternativ können poröse Porzellan-kochende Chips verwendet werden. Nachdem feste Verunreinigungen entfernt wurden und das Lösungsmittel eingedampft, fügen Sie den Lösungsmittelabfall durch Tropfen hinzu, während Sie die Kristalle mit einer Glasstange rühren und das Rohr auf einem Dampfbad oder Sandbad erwärmen, bis die Verbindung vollständig mit minimaler Lösungsmittelmenge gelöst ist.

Wenn Sie mit einer Verbindung mit einem Schmelzpunkt unter dem Siedepunkt Ihres Lösungsmittels arbeiten, stellen Sie sicher, dass es nicht ohne Auflösung geschmolzen ist. Wenn Sie zwei flüssige Schichten sehen, fügen Sie ein wenig mehr Lösungsmittel hinzu.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 3

5. Die Lösung entfärben. Überspringen Sie diesen Schritt, wenn die Lösung farblos ist oder nur einen leichten Gelbfarn aufweist. Wenn die Lösung gefärbt ist (was sich aus der Herstellung von hochmolekularen Nebenprodukten chemischer Reaktionen ergibt), fügen Sie überschüssiges Lösungsmittel und Aktivkohle (Kohlenstoff) hinzu und kochen Sie die Lösung für einige Minuten. Die farbigen Verunreinigungen werden aufgrund seiner hohen Mikroporosität auf der Oberfläche der aktivierten Holzkohle adsorbieren. Entfernen Sie die Holzkohle mit adsorbierten Verunreinigungen durch Filtration, wie im nächsten Schritt beschrieben.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 4

6. Feststoffe durch Filtration entfernen. Die Filtration kann durch Schwerkraftfiltration, Dekantation oder Entfernung von Lösungsmittel unter Verwendung einer Pipette erfolgen. Verwenden Sie im Allgemeinen keine Vakuumfiltration, da das heiße Lösungsmittel während des Prozesses abkühlt, wodurch das Produkt im Filter kristallisieren kann. Wenn es keine unlösliche Verunreinigung gibt, überspringen Sie diesen Schritt.

Schwerkraftfiltration: Dies ist die Methode der Wahl, um feine Holzkohle, Staub, Fussel usw. zu entfernen. Erhalten Sie drei Erlenmeyer-Kolben, die auf einem Dampfbad oder einer heißen Platte erhitzt werden: eine, die die zu filtrierende Lösung enthält, ein anderer, der einige Milliliter des Lösungsmittels und eines stammlosen Trichters enthält, und das dritte, das mehrere Milliliter des kristallisierenden Lösungsmittels enthält, um zum Spülen zu verwenden. Legen Sie ein geripptes Filterpapier (nützlich, da Sie nicht das Vakuum verwenden) in einem stammlosen Trichter (stammlos, um zu verhindern, dass die gesättigte Lösung von Kühlung und Verstopfen des Stiels mit Kristallen) über den zweiten Erlenmeyer-Kolben. Bringen Sie die Lösung, um ein Kochen zu filtern, fassen Sie es in einem Handtuch, und gießen Sie die Lösung in das Filterpapier. Fügen Sie ein kochendes Lösungsmittel aus dem dritten Erlenmeyer-Kolben an alle auf dem Filterpapier ausgebildeten Kristalle zu. Entfernen Sie überschüssiges Lösungsmittel, indem Sie die gefilterte Lösung kochen.

Dekantation: Dies wird für große feste Verunreinigungen (i.E. Glassplitter). Gießen Sie einfach das heiße Lösungsmittel aus (Dekant), wodurch die unlöslichen Feststoffe hinter sich gelassen werden.

Entfernung von Lösungsmittel mit einer Pipette: Dies wird für eine kleine Menge an Lösung verwendet und wenn die festen Verunreinigungen groß genug sind. Legen Sie eine Pipette mit einer quadratischen Spitze in den Boden des Reagenzglas (abgerundetem Boden) ein und entfernen Sie die Flüssigkeit mit Saug, und lassen Sie feste Verunreinigungen hinter sich.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 5

7. Kristallisieren Sie die interessierende Verbindung. Dieser Schritt setzt voraus, dass alle farbigen Verunreinigungen und unlöslichen Verunreinigungen durch entsprechende Schritte oben entfernt wurden. Entfernen Sie ein überschüssiges Lösungsmittel, indem Sie ihn abkochen oder mit einem sanften Luftstrom oder durch Rotationsverdampfung abblasen. Beginnen Sie von einer mit dem gelösten Punkt gesättigten Lösung. Lassen Sie es abkühlen lassen langsam auf Raumtemperatur. Die Kristallisation sollte beginnen. Wenn nicht, initiieren Sie den Prozess, indem Sie einen Kaiserkristall hinzufügen oder das Innere des Rohrs mit einer Glasstange an der Flüssigkeitsluftschnittstelle kratzen. Sobald die Kristallisation begonnen hat, achten Sie darauf, den Behälter nicht zu stören, um die Bildung großer Kristalle zu ermöglichen. Um eine langsame Kühlung zu fördern (die größere Kristalle zu bilden kann), können Sie den Behälter mit Baumwoll- oder Papiertüchern isolieren. Größere Kristalle sind leichter von Verunreinigungen getrennt. Sobald der Behälter vollständig auf Raumtemperatur abgekühlt ist, kühlen Sie es in Eis oder einem anderen Kühlbad für etwa fünf Minuten, um die Menge an Kristallen zu maximieren.

Wenn Sie nach dem Abkühlen zwei flüssige Schichten sehen, hat Ihre Verbindung geölt- Mit anderen Worten, es fiel bei einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt aus der Lösung. Dies ist besonders wahrscheinlich, wenn Sie mit einem niedrigschmelzenden Feststoff arbeiten. Fügen Sie in diesem Fall ein wenig mehr Lösungsmittel, wieder her und versuchen Sie es erneut. Versuchen Sie, einen Samenkristall (falls verfügbar) hinzuzufügen oder das Innere des Behälters vor dem Kühlen zu kratzen, um die Kristallisation zu fördern, um zu beginnen.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 6

8. Sammeln und waschen Sie die Kristalle: Trennen Sie dazu die Kristalle aus dem eiskalten Lösungsmittel durch Filtration. Dies kann mit dem Hirsch-Trichter, dem Büchner-Trichter oder durch Entfernen des Lösungsmittels mit einer Pipette erfolgen.

Filtration mit dem HIRSCH-Trichter: Platzieren Sie den HIRSCH-Trichter mit nicht geruhe Filterpapier in einem vakuumdichten Anbaukolben. Platzieren Sie den Filterkolben in Eis, um das Lösungsmittel kalt zu halten. Nasses das Filterpapier mit dem Kristallisationslösungsmittel. Haken Sie den Kolben an einem Aspirator an, schalten Sie den Aspirator ein und stellen Sie fest, dass das Filterpapier durch das Vakuum auf den Trichter gezogen wird. Gießen und kratzen Sie die Kristalle auf den Trichter und brechen Sie das Vakuum ab, sobald alle Flüssigkeit aus den Kristallen entfernt sind. Verwenden Sie einige Tropfen eiskaltes Lösungsmittel, um den Kristallisationskolben zu spülen, und gießen Sie das auf den Trichter, während Sie das Vakuum erneut anwenden, und brechen Sie das Vakuum, sobald alle Flüssigkeit aus den Kristallen entfernt werden. Waschen Sie die Kristalle noch ein paar Mal mit eiskalten Lösemitteln, um restliche Verunreinigungen zu entfernen. Lassen Sie am Ende des Waschens das Vakuum ein, um die Kristalle zu trocknen.

Filtration mit dem BECHNER-Trichter: Setzen Sie ein Stück von nicht geruhe Filterpapier in der Unterseite des Buchner-Trichters und nasse es mit Lösungsmittel. Setzen Sie den Trichter fest an einen Filterkolben über einen Gummi- oder Synthesekautschukadapter an, um die Vakuumabsaugung zu ermöglichen. Gießen und kratzen Sie die Kristalle auf den Trichter und brechen Sie das Vakuum ab, sobald die Flüssigkeit in den Kolben entfernt wird, da die Kristalle auf dem Papier gelassen werden. Spülen Sie den Kristallisationskolben mit eiskaltem Lösungsmittel, fügen Sie dies den gewaschenen Kristallen hinzu, saugt das Vakuum an, saugt das Vakuum an und brühen Sie das Vakuum, wenn die Flüssigkeit aus den Kristallen entfernt wird. Wiederholen und waschen Sie die Kristalle so oft wie nötig. Lassen Sie das Vakuum ein, um die Kristalle am Ende zu trocknen.

Waschen mit einer Pipette: Wird für kleine Menge an Kristallen verwendet, um gewaschen zu werden. Legen Sie eine Pipette mit eckiger Spitze in den Boden des Reagenzglas (abgerundetem Boden) ein und nehmen Sie die Flüssigkeit, um die gewaschenen Feststoffe dahinter zu lassen.

Bildtitel Kristallisieren organische Verbindungen Schritt 7

9. Trocknen Sie das gewaschene Produkt: Die endgültige Trocknung für eine kleine Menge kristallisiertes Produkt kann durch das Drücken der Kristalle zwischen Blättern von Filterpapier erfolgen und es ihnen ermöglichen, auf einem Uhrenglas trocknen zu können - alternativ können Sie sie in einen Rundkolben aufstellen und sie im Vakuum lassen Linie für etwa eine Stunde.

Tipps

Wenn zu wenig Lösungsmittel verwendet wird, kann die Kristallisation zu schnell auftreten, wenn die Lösung abgekühlt ist. Wenn die Kristallisation zu schnell auftritt, können Verunreinigungen in den Kristallen eingeschlossen werden, wobei der Zweck der Reinigung durch Kristallisation besiegt wird. Wenn dagegen zu viel Lösungsmittel verwendet wird, kann die Kristallisation überhaupt nicht auftreten. Es ist am besten, nur ein wenig mehr Lösungsmittel hinzufügen, das über die Sättigung am Siedepunkt hinausgeht. Das Finden des richtigen Gleichgewichts erfordert die Praxis.

Wenn Sie versuchen, das ideale Lösungsmittel durch Versuch und Irrtum zu finden, beginnen Sie mit den niedrigsiedenden, füllen lösenden Lösungsmitteln zuerst, da sie leichter entfernt werden können.

Vielleicht wartet der wichtigste Schritt auf die heiße Lösung, um langsam abzukühlen und Kristalle zuzulassen, um sich zu bilden. Es ist äußerst wichtig für Sei geduldig und erlauben Sie die Lösung, ungestört abzukühlen.

Wenn zu viel Lösungsmittel zugegeben wird, so dass bei Kühlung wenig Kristalle gebildet werden, verdampfen Sie einige der Lösungsmittel durch Erwärmen und wiederholen Sie die Kühlung.