تبلور (یا تبلور مجدد) مهمترین روش برای تصفیه ترکیبات آلی است. فرآیند حذف ناخالصی ها با تبلور شامل حل شدن ترکیب در یک حلال گرم مناسب ، خنک سازی محلول و اشباع آن با تصفیه شدن ترکیب ، تبلور محلول ، جداسازی آن با فیلتراسیون ، شستشوی سطح آن با حلال سرد برای حذف ناخالصی های باقی مانده و خشك كردن.
این روش بهتر است در آزمایشگاه شیمی کنترل شده ، در یک منطقه با تهویه خوب انجام شود. توجه داشته باشید که این روش کاربردهای وسیعی دارد ، از جمله تصفیه تجاری بزرگ مقیاس شکر با تبلور محصول قند خام و ترک ناخالصی ها.
گام
مرحله 1. حلال مناسب را انتخاب کنید
اصطلاح "مانند محلول مانند" یا Similia similibus solvuntur را به خاطر بسپارید ، به این معنی که موادی با ساختار مشابه در یکدیگر حل می شوند. به عنوان مثال ، قندها و نمک ها در آب حل می شوند ، نه در روغن - و ترکیبات غیرقطبی مانند هیدروکربن ها در حلالهای هیدروکربنی غیرقطبی مانند هگزان حل می شوند.
-
یک حلال ایده آل دارای خواص زیر است:
- ترکیبات محلول در هنگام گرم شدن ، اما در هنگام سرد شدن حل نمی شوند.
- به طور کلی هیچ گونه ناخالصی را حل نمی کند (به طوری که هنگام حل شدن یک ترکیب ناخالص می توان آنها را فیلتر کرد) یا همه ناخالصی ها را حل نمی کند (به طوری که وقتی کریستال شدن ترکیب مورد نظر در محلول باقی می ماند).
- با ترکیبات واکنش نمی دهد.
- نمی تواند بسوزاند.
- غیر سمی
- ارزان.
- بسیار فرار (بنابراین می توان آن را به راحتی از بلورها جدا کرد).
-
اغلب تعیین بهترین حلال ، که اغلب به صورت تجربی به دست می آید یا با استفاده از غیر قطبی ترین حلال موجود ، دشوار است. با لیست زیر از رایج ترین حلالها (از قطبی تا کم قطبی) آشنا شوید. توجه داشته باشید که حلالهای نزدیک به هم مخلوط می شوند (یکدیگر را حل می کنند). حلالهایی که اغلب استفاده می شوند به صورت برجسته هستند.
- آب (ح2O) حلال غیرقابل اشتعال و غیر سمی است و بسیاری از ترکیبات آلی قطبی را حل می کند. نقطه ضعف آن نقطه جوش بالای آن (100 درجه سانتیگراد) است ، که باعث می شود نسبتاً فرار شود و جدا شدن از بلورها دشوار باشد.
- اسید استیک (CH3COOH) یک ماده مفید برای واکنشهای اکسیداسیون است ، اما با الکلها و آمینها واکنش نشان می دهد ، و بنابراین جدا کردن آن دشوار است (نقطه جوش 118 درجه سانتیگراد است).
- دی متیل سولفوکسید (DMSO) ، متیل سولفوکسید (CH3SOCH3) عمدتا به عنوان حلال واکنشها ، به ندرت برای تبلور استفاده می شود. این ماده در دمای 189 درجه سانتیگراد می جوشد و جداسازی آن دشوار است.
- متانول (CH3اوه) حلال مفیدی برای حل ترکیبات مختلف با قطبیت بیشتر نسبت به سایر الکلها است. نقطه جوش: 65 درجه سانتیگراد. ج.
- استون (CH3COCH3) حلال بسیار خوبی است ، نقطه ضعف آن این است که دارای نقطه جوش کم 56 درجه سانتیگراد است ، بنابراین تفاوت دما در محلول بودن ترکیب در نقطه جوش و دمای اتاق کوچک است.
- 2-بوتانون ، متیل اتیل کتون ، MEK (CH3COCH2CH3) یک حلال کامل با نقطه جوش 80 درجه سانتیگراد است.
- اتیل استات (CH3COOC2ح5) یک حلال کامل با نقطه جوش 78 درجه سانتیگراد است.
- دی کلرومتان ، متیلن کلرید (CH2Cl2) به عنوان شریک حلال با لیگروین مفید است ، اما نقطه جوش آن تنها 35 درجه سانتیگراد بسیار پایین است تا یک حلال تبلور خوب ایجاد کند. با این حال. نقطه انجماد آن 78- درجه سانتیگراد است. استفاده از یخ یا صابون استون ،
- دی اتیل اتر (CH3CH2OCH2CH3) به عنوان یک جفت حلال با لیگرین مفید است ، اما نقطه جوش آن 40 درجه سانتیگراد بسیار پایین است تا یک حلال تبلور خوب ایجاد کند.
- متیل تی بوتیل اتر (CH3OC (CH3)3) حلال ارزان قیمت ، به دلیل نقطه جوش بالاتر ، 52 درجه سانتیگراد ، جایگزین خوبی برای دی اتیل اتر است.
- دیوکسان (C4ح8O2) ماده ای است که به راحتی از بلورها جدا می شود ، سرطان زا است ، پراکسید تشکیل می دهد و نقطه جوش آن 101 درجه سانتیگراد است.
- تولوئن (C.6ح5CH3) حلال خوبی برای تبلور ترکیبات آریل است و جایگزین ترکیبات بنزنی که قبلاً بیشتر استفاده می شد (سرطان زا های ضعیف) شده است. نقطه ضعف آن نقطه جوش بالای آن ، 111 درجه سانتیگراد است ، که جداسازی از بلورها را دشوار می کند.
- پنتان (سی5ح12) به طور گسترده ای برای ترکیبات غیر قطبی استفاده می شود ، اغلب به عنوان حلال جفت شدن با حلال های دیگر. نقطه جوش کم آن به این معنی است که این حلال در ترکیب با یخ یا استون مفیدتر است.
- هگزان (C6ح14) برای ترکیبات غیر قطبی ، بی اثر ، اغلب به عنوان جفت حلال ، نقطه جوش 69 درجه سانتیگراد استفاده می شود.
- سیکلوهگزان (C.6ح12) مشابه هگزان ، اما ارزان تر و دارای نقطه جوش 81 درجه سانتیگراد است.
- اتر نفتی یک مخلوط هیدروکربنی اشباع شده است که جزء اصلی آن پنتان است ، ارزان است و می توان آن را به جای پنتان جایگزین کرد. نقطه جوش 30-60 درجه سانتیگراد است.
-
Ligroin یک مخلوط هیدروکربنی اشباع شده است که دارای خواص هگزان است.
مراحل انتخاب حلال:
- مقدار کمی کریستال از ترکیب ناخالصی را در یک لوله آزمایش قرار دهید و یک قطره از هر حلال را اضافه کنید ، به طوری که بتواند به طرف لوله آزمایش پایین بیاید.
- اگر بلورهای لوله آزمایش بلافاصله در دمای اتاق حل شدند ، حلال را رد کنید زیرا مقادیر زیادی از ترکیب در دمای پایین محلول باقی می ماند. حلال دیگری را امتحان کنید.
- اگر کریستالها در دمای اتاق حل نمی شوند ، لوله آزمایش را در حمام ماسه ای داغ کرده و کریستالها را مشاهده کنید. اگر بلورها حل نشده اند ، یک قطره دیگر حلال اضافه کنید. اگر کریستالها در نقطه جوش حلال حل شده و هنگامی که در دمای اتاق سرد می شوند دوباره متبلور می شوند ، حلال مناسب را پیدا کرده اید. اگر نه ، حلال دیگری را امتحان کنید.
-
اگر بعد از فرایند آزمایش حلال ، هیچ حلال رضایت بخشی یافت نشد ، از یک جفت حلال استفاده کنید. بلورها را در حلال بهتر حل کنید (حلالی که ثابت شده است بلورها را حل کرده است) ، سپس حلال نامطلوب تر را به محلول داغ اضافه کنید تا کدر شود (محلول با املاح اشباع شده است). جفت حلال باید با یکدیگر مخلوط شوند. برخی از جفت های حلال مفید عبارتند از اسید استیک - آب ، اتانول - آب ، دیوکسان - آب ، استون - اتانول ، اتانول - دی اتیل اتر ، متانول - 2 - بوتانون ، اتیل استات - سیکلوهگزان ، استون - لیگروئین ، اتیل استات - لیگروئین ، دی اتیل اتر - لیگروین ، دی کلرومتان - لیگروین ، تولوئن - لیگروین.
تبلور ترکیبات آلی مرحله 2 مرحله 2. ترکیب ناخالصی را حل کنید
برای انجام این روش ، ترکیب را در یک لوله آزمایش قرار دهید. بلورهای بزرگ را با یک میله همزن خرد کنید تا سرعت حل شدن بیشتر شود. حلال را قطره قطره اضافه کنید. برای جداسازی ناخالصی های جامد نامحلول ، از حلال اضافی برای حل شدن محلول و تصفیه ناخالصی های جامد در دمای اتاق استفاده کنید (روش فیلتراسیون را در مرحله 4 ببینید) ، سپس حلال را تبخیر کنید. قبل از حرارت دادن ، چوب اپلیکاتور را در لوله آزمایش قرار دهید تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کنید (محلول را بیش از نقطه جوش محلول بدون جوشاندن گرم کنید). هوایی که در چوب به دام افتاده است به شکل هسته در می آید تا محلول بتواند حتی بیشتر بجوشد. روش دیگر این است که از یک تراشه جوش چینی سوراخ دار استفاده کنید. پس از حذف ناخالصی های جامد و تبخیر حلال ، حلال را قطره قطره اضافه کنید و بلورها را با همزن شیشه ای هم بزنید و لوله آزمایش را در بخار یا ماسه گرم کنید تا ترکیب کاملاً با حداقل حلال حل شود.
متبلور کردن ترکیبات آلی مرحله 3 مرحله 3. رنگ محلول را بردارید
اگر محلول بی رنگ یا فقط کمی زرد است این مرحله را رد کنید. اگر محلول رنگی است (در نتیجه تشکیل محصولات جانبی با وزن مولکولی بالا در واکنش شیمیایی) ، حلال اضافی و زغال فعال (کربن) را اضافه کرده و محلول را برای چند دقیقه بجوشانید. ناخالصی های رنگی به دلیل میزان بالای ریزخلاری روی سطح زغال فعال جذب می شوند. زغال را که قبلاً حاوی ناخالصی های جذب شده است با فیلتراسیون جدا کنید ، همانطور که در مرحله بعدی توضیح داده می شود.
تبلور ترکیبات آلی مرحله 4 مرحله 4. مواد جامد را با فیلتراسیون جدا کنید
فیلتراسیون را می توان با فیلتراسیون گرانشی ، دکانتاسیون یا جداسازی محلول با استفاده از پیپت انجام داد. به طور کلی ، از فیلتراسیون خلاء استفاده نکنید زیرا حلال در این فرآیند سرد می شود ، بنابراین محصول در فیلتر متبلور می شود.
- فیلتراسیون گرانشی: این روش انتخابی برای جداسازی ذغال ریز ، گرد و غبار ، پرز و غیره است. سه فلاسک Erlenmeyer را که روی بخار داغ یا روی یک صفحه داغ گرم شده است ، بردارید: اول حاوی محلول برای فیلتر شدن است ، دومی حاوی چند میلی لیتر حلال و یک قیف بدون ساقه است ، در حالی که سومی حاوی چندین میلی لیتر محلول کریستالیزه است که برای شستشو استفاده می شود. به کاغذ صافی (که به دلیل عدم استفاده از خلاء استفاده می شود) بر روی قیف بدون ساقه (بدون ساقه به طوری که محلول اشباع شده خنک نشود و ساقه قیف با کریستال مسدود نشود) را در فلاسک دوم ارلنمایر قرار دهید. محلول را برای فیلتر شدن بجوشانید ، آن را با یک حوله بردارید ، سپس محلول را روی کاغذ صافی بریزید. حلال جوش را از فلاسک سوم ارلنمیر به کریستالهای تشکیل شده روی کاغذ صافی اضافه کنید و برای شستن اولین فلاسک ارلنمای حاوی محلول فیلتر شده ، واشر را به کاغذ صافی اضافه کنید. حلال اضافی را با جوشاندن محلول تصفیه شده حذف کنید.
- رسوب گذاری: این روش برای ناخالصی های جامد بزرگ استفاده می شود. حلال داغ را درون آن بریزید ، به طوری که جامدات نامحلول باقی بمانند.
- جداسازی حلال با پیپت: اگر مقدار ناخالصی جامد به اندازه کافی بزرگ باشد ، از این روش برای مقدار کمی محلول استفاده می شود. یک پیپت با نوک مربعی را در انتهای لوله آزمایش (پایین دایره ای) قرار دهید ، سپس مایع را با مکیدن آن با پیپت جدا کنید. ناخالصی های جامد پشت سر گذاشته می شوند.
متبلور کردن ترکیبات آلی مرحله 5 مرحله 5. ترکیب مورد نظر را متبلور کنید
این مرحله با این فرض انجام می شود که همه ناخالصی های رنگی و نامحلول با مراحل مناسب شرح داده شده در بالا جدا شده اند. حلال اضافی را با جوشاندن آن یا جریان ملایم هوا حذف کنید. با محلول اشباع شده با محلول در نقطه جوش شروع کنید. بگذارید به آرامی تا دمای اتاق خنک شود. تبلور آغاز خواهد شد. در غیر این صورت ، فرآیند را با قرار دادن بلورهای بذر شروع کنید یا در یک لوله با همزن شیشه ای در سطح مشترک مایع و هوا شروع کنید. پس از شروع فرآیند تبلور ، برای ایجاد کریستال های بزرگ در ظرف مزاحمتی ایجاد نکنید. برای خنک شدن آهسته (برای ایجاد کریستال های بزرگتر) ، می توانید ظرف را با پنبه یا دستمال کاغذی عایق بندی کنید. کریستال های بزرگتر به راحتی از ناخالصی ها جدا می شوند. هنگامی که ظرف کاملاً در دمای اتاق قرار گرفت ، حدود پنج دقیقه روی یخ بگذارید تا تعداد کریستال ها بیشتر شود.
متبلور کردن ترکیبات آلی مرحله 6 مرحله 6. بلورها را برداشته و بشویید
برای انجام این روش ، کریستالها را از حلال سرد یخ با فیلتراسیون جدا کنید. فیلتراسیون را می توان با قیف هیرش ، قیف بوخنر یا جدا کردن حلال با استفاده از پیپت انجام داد.
- فیلتر کردن با قیف هیرش: قیف هیرش را با کاغذ صاف نشده در فلاسک خلاء محکم بسته قرار دهید. فلاسک فیلتر را روی یخ قرار دهید تا حلال سرد بماند. کاغذ صافی را با حلال کریستالیزه مرطوب کنید. فلاسک را به آسپیراتور وصل کنید ، آسپیراتور را روشن کنید و اطمینان حاصل کنید که کاغذ صافی توسط خلاء به داخل قیف کشیده می شود. بلورها را داخل قیف ریخته و تراش دهید و به محض جدا شدن مایع از بلورها ، خلاء را بردارید. از چند قطره حلال سرد یخ برای شستن فلاسک تبلور و ریختن آن در قیف در حین قرار دادن مجدد خلاء استفاده کنید و به محض جدا شدن تمام مایع از بلورها ، خلاء را بردارید. کریستال ها را چندین بار با یک حلال سرد یخ بشویید تا هرگونه ناخالصی باقی مانده از بین برود. پس از اتمام شستشو ، جاروبرقی را بگذارید تا بلورها خشک شوند.
- فیلتر کردن با استفاده از قیف Buchner: یک تکه کاغذ صاف نشده را در انتهای قیف بوخنر قرار دهید و آن را با حلال مرطوب کنید. قیف را با قایق لاستیکی یا لاستیک مصنوعی به فلاسک فیلتر محکم کنید تا مکش خلاء انجام شود. کریستال ها را داخل قیف ریخته و تراش دهید ، سپس به محض جدا شدن مایع در فلاسک و باقی ماندن بلورها روی کاغذ ، خلاء را بردارید. فلاسک تبلور را با یک حلال سرد یخ شستشو دهید ، به کریستال های شسته شده اضافه کنید ، خلاء را دوباره نصب کنید و هنگامی که مایع از کریستال جدا شد ، آن را بردارید. کریستال ها را به میزان لازم تکرار کرده و بشویید. خلاء را بگذارید تا بلورها در انتها خشک شوند.
- با استفاده از پیپت شستشو دهید ، این روش برای شستشوی بلورها در مقادیر کم استفاده می شود. یک پیپت با نوک مربعی شکل در انتهای یک لوله آزمایش (پایین گرد) وارد کنید و مایع را جدا کنید تا فقط جامدات شسته شده باقی بماند.
تبلور ترکیبات آلی مرحله 7 مرحله 7. محصول شسته شده را خشک کنید
خشک شدن نهایی مقادیر کمی از محصول متبلور را می توان با فشردن بلورها بین دو تکه کاغذ صافی و خشک کردن آنها روی شیشه ساعت انجام داد.
نکات
- در صورت استفاده از حلال بسیار کم ، هنگام سرد شدن محلول ممکن است تبلور خیلی سریع رخ دهد. اگر تبلور بیش از حد سریع باشد ، ناخالصی ها می توانند در بلور محبوس شوند ، بنابراین هدف از تصفیه با تبلور به دست نمی آید. از طرف دیگر ، اگر از حلال بیش از حد استفاده شود ، ممکن است کریستالیزاسیون به هیچ وجه رخ ندهد. وقتی حلال در نقطه جوش اشباع شد کمی حلال اضافه کنید. یافتن تعادل مناسب نیاز به تمرین دارد.
- هنگام تلاش برای یافتن حلال ایده آل از طریق چندین آزمایش ، ابتدا با حلال های کم جوش و فرار بیشتر شروع کنید ، زیرا جدا شدن آنها راحت تر است.
- شاید مهمترین مرحله این باشد که منتظر بمانید تا محلول داغ به آرامی سرد شود و اجازه ایجاد کریستال ها را بدهد. بسیار مهم است که صبور باشید و محلول خنک شده را لمس نکنید.
- اگر حلال زیاد اضافه شود به طوری که کریستالهای بسیار کمی تشکیل شود ، با حرارت دادن و سرد شدن مجدد مقداری از حلال تبخیر می شود.
