Эксперимент: техника органического синтеза
Выделение и очистка
linkОпора
- Урок 11. Растворимость — предсказывать растворимость в воде и неполярных растворителях
Синтез заканчивается не в колбе, а в склянке с чистым веществом. Выбор метода очистки — тоже химия.
Как выбрать метод очистки
- Жидкость: простая перегонка (разница \(t_{\text{кип}}\) больше 25 °C), фракционная (близкие), вакуумная (высококипящие и неустойчивые), с водяным паром (летучие вещества, не смешивающиеся с водой).
- Твёрдое вещество: перекристаллизация — растворить в минимуме горячего растворителя, отфильтровать горячим (с углём, если есть окраска), охладить, отфильтровать кристаллы; возгонка — для летучих твёрдых веществ.
- Экстракция: кислоты — в водную щёлочь, амины — в водную кислоту, нейтральные остаются в органическом слое; затем водный слой подкисляют или подщелачивают и извлекают вещество обратно.
- Несколько экстракций малыми порциями извлекают больше, чем одна большой.
- Осушение органического раствора: безводные \(\ce{MgSO4}\) или \(\ce{Na2SO4}\); \(\ce{CaCl2}\) не годится для спиртов и аминов — связывает их.
Примеры
1. Бензойная кислота, анилин и нафталин в эфире: водная NaOH извлекает бензоат, водная HCl — хлорид анилиния, нафталин остаётся в эфире.
2. о-Нитрофенол отгоняется с водяным паром (внутримолекулярная водородная связь), п-нитрофенол остаётся в колбе.
errorАзеотроп перегонкой не разделить
Смесь 95,6 % этанола и воды кипит при постоянной температуре, и пар имеет тот же состав, что жидкость. Абсолютный спирт получают химическим осушением или перегонкой с третьим компонентом.
edit_noteПопробуйте сами
Как экстракцией отделить фенол от бензойной кислоты?
expand_moreПоказать решение
Раствором \(\ce{NaHCO3}\): кислота уходит в воду в виде бензоата, фенол (он слабее угольной кислоты) остаётся в органическом слое.
Контроль чистоты: ТСХ и температура плавления
Как понять, что реакция закончилась и вещество чистое? Посмотрите на пластинку и на термометр.
Как проверить чистоту и следить за реакцией
- ТСХ: пятно вещества проходит путь a, фронт растворителя — путь b; \(R_f = a/b\) (от 0 до 1).
- На силикагеле (полярная фаза) полярные вещества держатся сильнее — у них меньше \(R_f\); более полярный элюент увеличивает \(R_f\) всех веществ.
- Контроль реакции: на одну пластинку наносят исходное вещество, реакционную смесь и продукт; реакция закончилась, когда в смеси исчезло пятно исходного.
- Температура плавления: чистое вещество плавится резко (интервал 1–2 °C); примесь понижает температуру и расширяет интервал.
- Смешанная проба: если температура плавления смеси с эталоном не понижается — вещества одинаковы.
Примеры
1. Пятно прошло 2,4 см, фронт — 6,0 см → \(R_f = 0{,}40\).
2. Восстановление бензальдегида \(\ce{NaBH4}\): пятно бензилового спирта ниже пятна альдегида — спирт полярнее и образует водородные связи с силикагелем.
errorСмешанная проба
Два разных вещества с одинаковой температурой плавления в смеси плавятся ниже и в широком интервале; одно и то же вещество — без изменения.
edit_noteПопробуйте сами
Как изменится \(R_f\) вещества, если добавить в элюент больше этилацетата (более полярного растворителя)?
expand_moreПоказать решение
Увеличится.
push_pinГлавное
Жидкости разделяют перегонкой: простой (разница температур кипения больше 25 °C), фракционной (близкие температуры), вакуумной (высококипящие и разлагающиеся), с водяным паром (летучие вещества, не смешивающиеся с водой: анилин, о-нитрофенол). Азеотропы (этанол — вода, 95,6 %) перегонкой не разделить. Твёрдые вещества очищают перекристаллизацией (растворить в минимуме горячего растворителя, отфильтровать горячим, охладить) и возгонкой. Экстракция: кислоты переводят в водную щёлочь (соли), амины — в водную кислоту, нейтральные вещества остаются в органическом слое; несколько экстракций малыми порциями извлекают больше, чем одна большая. Осушители: \(\ce{MgSO4}\), \(\ce{Na2SO4}\); \(\ce{CaCl2}\) связывает спирты и амины. ТСХ: \(R_f\) = путь вещества / путь фронта; на силикагеле полярные вещества движутся медленнее; реакция закончилась, когда исчезло пятно исходного. Чистое твёрдое вещество плавится резко; примесь понижает и расширяет интервал; смешанная проба с эталоном подтверждает идентичность.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.