PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Fragmenty skryptu: Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej dla studentów farmacji: wstęp
Autor skryptu: prof. UJ dr hab. Marek Cegła, dr Barbara Drożdż
Uniwersytet Jagielloński (www)
Wydział Farmaceutyczny Collegium Medicum (www)
Katedra Chemii Organicznej (www)
Kierownik: Prof. UJ, dr hab. Marek Cegła
Adres:
ul. Medyczna 9
30-688 Kraków
Kontakt: tel. 012 620 55 00
Krystalizacja jest jedną z metod oczyszczania związków chemicznych. Polega ona na otrzymaniu roztworu nasyconego oczyszczanej substancji w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika, oddzielenie (przez sączenie roztworu) ewentualnych nierozpuszczalnych zanieczyszczeń, a następnie ochłodzenie przesączu. W miarę obniżania temperatury, powstaje roztwór przesycony i nadmiar substancji wydziela się z roztworu w formie krystalicznej. Otrzymany w ten sposób osad oddziela się przez odsączenie.
Najlepszym rozpuszczalnikiem do krystalizacji jest taki, w którym występuje duża różnica rozpuszczalności danej substancji wraz ze zmianą temperatury. Poniżej podano przykładowy wykres obrazujący rozpuszczalność dwóch różnych związków w wodzie. Na jego podstawie można przyjąć, że wody można użyć tylko w procesie oczyszczania przez krystalizację dla związku oznaczonego kółkami. Związek oznaczony trójkątami, mimo że jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie, nie wykazuje istotnej różnicy w rozpuszczalności w niskiej i wysokiej temperaturze, w związku z czym nie można go po rozpuszczeniu odzyskać.
Używany rozpuszczalnik powinien również albo zupełnie nie rozpuszczać zanieczyszczeń – wtedy oddzielimy je przez sączenie roztworu, albo rozpuszczać zanieczyszczenia znacznie lepiej niż właściwą substancję i wtedy zanieczyszczenia pozostaną w roztworze również po jego ochłodzeniu. Oczywistym jest, że rozpuszczalnik użyty do krystalizacji nie może reagować z substancją krystalizowaną. Ponadto ze względów praktycznych korzystne jest, aby rozpuszczalnik był mało toksyczny, niepalny i w miarę możliwości tani.
Typowy zestaw do krystalizacji składa się z kolby okrągłodennej, chłodnicy zwrotnej i urządzenia grzewczego. Krystalizowaną substancję umieszcza się w kolbie i dodaje kilka tzw. kamyczków wrzennych (lub kulek), które zapobiegają przegrzewaniu się cieczy. Jeżeli na szyjce kolby osadzi się trochę związku, należy go zetrzeć aby nie było problemów z rozłączeniem szlifów po procesie krystalizacji. Następnie dodaje się niewielką ilość rozpuszczalnika, z którego prowadzi się krystalizację, w szyjce kolby umieszcza się chłodnicę zwrotną i zawartość kolby ogrzewa się do wrzenia. Jeśli substancja nie uległa rozpuszczeniu, dodaje się przez chłodnicę zwrotną kolejne, małe porcje rozpuszczalnika, doprowadzając roztwór (po dodaniu każdej porcji) do wrzenia. Czynności te powtarza się tak długo, aż cała substancja ulegnie rozpuszczeniu, lub dodawanie kolejnych porcji rozpuszczalnika nie zmieni ilości osadu.
Następnie roztwór sączy się (do zlewki o odpowiedniej pojemności) przez sączek karbowany, umieszczony w lejku szklanym.
Uwaga! W czasie sączenia rozpuszczalników palnych, należy bezwzględnie wyłączyć wszystkie znajdujące się w pobliżu palniki gazowe.
Na sączku powinny pozostać jedynie zanieczyszczenia mechaniczne np. dodane na początku kamyczki wrzenne lub węgiel aktywny, ewentualnie substancje stanowiące zanieczyszczenia, nierozpuszczalne w rozpuszczalniku użytym do krystalizacji. Otrzymany przesącz chłodzi się najpierw w strumieniu zimnej wody a następnie w mieszaninie ochładzającej a wydzielony osad odsącza na lejku Büchnera, i ew. przemywa na sączku niewielką ilością zimnego rozpuszczalnika użytego do krystalizacji. Otrzymany osad suszy się w warunkach odpowiednich do temperatury topnienia oczyszczanego związku mając również na uwadze jego zdolność do sublimacji.
Typowe problemy pojawiające się w trakcie krystalizacji, ich przyczyny i sposoby usuwania:
A. W czasie sączenia przez sączek karbowany substancja osadza się na sączku i w nóżce lejka.
– Zbyt mała ilość rozpuszczalnika. -> należy sączek wraz z osadem umieścić w kolbie, dodać rozpuszczalnika w ilości potrzebnej do rozpuszczenia osadu w temperaturze wrzenia i przesączyć przez nowy sączek.
B. Mimo ochłodzenia przesączu, substancja nie wydziela się z roztworu.
– Zbyt duża ilość rozpuszczalnika. -> należy roztwór zagęścić przez oddestylowanie części rozpuszczalnika. Czasami mimo właściwie dobranych proporcji, substancja mimo wszystko nie chce wydzielać się z przesyconego roztworu. Może to być spowodowane dużą lepkością roztworu lub brakiem zarodków krystalizacji. Często pomaga wtedy pocieranie ścianek naczynia bagietką szklaną lub (o ile to możliwe) dodanie do roztworu kilku kryształków czystej substancji krystalizowanej w celu tzw. „zaszczepienia roztworu”.
C. W czasie sączenia na lejku Büchnera osad przedostaje się do kolby ssawkowej.
– Źle dopasowany sączek bibułowy. Sączek powinien przylegać do dna lejka i nie może podwijać się na jego ścianki -> należy sporządzić nowy sączek i przesączyć jeszcze raz.
