Теория на екстракцията.
"Екстракция" се отнася до прехвърлянето на съединение(я) от твърдо вещество или течност в друг разтворител или фаза. Когато пакетче чай се добави към гореща вода, съединенията, отговорни за аромата и цвета на чая, се екстрахират от утайката във водата. Безкофеиновото кафе се произвежда чрез използване на разтворители или свръхкритичен въглероден диоксид за извличане на кофеина от кафеените зърна. В химическата лаборатория най-често се използва екстракция течност-течност - процес, който се извършва в делителна фуния. Във фунията се поставя разтвор, съдържащ разтворени компоненти, и се добавя несмесващ се разтворител, в резултат на което се образуват два слоя, които се разклащат заедно. Най-често единият слой е воден, а другият - органичен разтворител. Компонентите се "екстрахират", когато преминават от единия слой в другия. Формата на разделителната фуния позволява ефективно оттичане и разделяне на двата слоя.
Фигура 1 Схема на екстракцията
Съединенията преминават от една течност в друга в зависимост от относителната им разтворимост във всяка течност. Бърз ориентир за разтворимостта е принципът "подобното се разтваря подобно", което означава, че неполярните съединения трябва лесно да се екстрахират в неполярни разтворители (и обратно). Съединенията, отговорни за вкуса и цвета на чая, трябва да са полярни, ако лесно се извличат в гореща вода. Когато се остави да се уравновеси между две течности в делителна фуния, по-голямата част от съединението често се озовава в слоя, в който е по-разтворимо.
Фиг.2
Процедури стъпка по стъпка за екстракция.
Единична екстракция.
Снимките в този раздел показват единична екстракция на метилово червено (оцветено съединение, фиг. 3) от воден разтвор (долен слой) в 25 ml етилов ацетат (горен слой). Първоначално водният разтвор е с розов цвят, тъй като метиловото червено изглежда червено в киселинен разтвор (водният разтвор е направен от 50 ml вода, 5 капки 0,1MHCl и 5 капки 1% разтвор на индикаторно метилово червено). Метиловото червено има голям коефициент на разделяне и при този процес се извлича от водния слой в етилов ацетат.
Ход на извличане на метилово червено (оцветеното съединение) от киселия воден слой (долу) в органичния слой (горе). Инверсиите се правят бавно, за да се види поетапното извличане. Дори при леко разбъркване метиловото червено се екстрахира бързо.
Подготовка на настройката (за единично извличане)
1. Вземете разделителна фуния (фиг. 4 а).- а) Ако разделителната фуния има тефлонов спирателен кран, сглобете отново спирателния кран, ако е бил разглобен за сушене, като поставите частите в съответния ред (фиг. 4 б). Уверете се, че тефлоновият спирателен кран е умерено стегнат, така че все още да може лесно да се завърта, но не е толкова хлабав, че течността да може да се просмуква около съединението.
- б) Ако използвате стъклен спирателен кран (фиг. 4 в), той вероятно не се нуждае от допълнителна подготовка. Трябва да се използва много тънък слой грес, за да се уплътни спирателният кран и да се предотврати замръзване. Ако са налични както стъклени, така и тефлонови спирателни кранове, по-добрият избор е тефлоновият, тъй като винаги съществува вероятност разтворителят да разтвори смазката, използвана при стъклените спирателни кранове, и да замърси пробата.
- в) Набавете си и запушалка (тефлонова или от шлифовано стъкло), която да пасва добре в горната фуга на фунията (фиг. 4 а).
2. Поставете разделителната фуния в пръстеновидна скоба, прикрепена към пръстеновидна стойка или решетка. Фуниите лесно се счупват, така че подсигурете фунията в металната скоба с помощта на парчета разрязана гумена или пластмасова тръба (фиг. 4 г).
Добавяне на разтворите (за единична екстракция)
3. Преди да сипете каквото и да било в разделителната фуния, уверете се, че спирателният кран е в положение "затворено", при което спирателният кран е хоризонтален (фиг. 5 а). Като предпазна мярка винаги поставяйте колбата на Ерленмайер под разделителната фуния, преди да наливате (фиг. 5 б). Тя може да улавя течността, в случай че спирателният кран случайно остане отворен или ако спирателният кран е разхлабен и течността изтече неволно.
4. С помощта на фуния изсипете течността, която ще се екстрахира, в делителната фуния (фиг. 5, буква б). Разделителната фуния никога не трябва да се използва с гореща или топла течност. Шлифованото стъклено съединение на върха на разделителната фуния е по-склонно да залепне за запушалката, ако в някакъв момент в съединението е имало течност. Изливането на течност в делителната фуния с помощта на фуния с късо стебло предотвратява намокрянето на фугата, така че вероятността тя да замръзне по време на смесването е по-малка.
3. Преди да сипете каквото и да било в разделителната фуния, уверете се, че спирателният кран е в положение "затворено", при което спирателният кран е хоризонтален (фиг. 5 а). Като предпазна мярка винаги поставяйте колбата на Ерленмайер под разделителната фуния, преди да наливате (фиг. 5 б). Тя може да улавя течността, в случай че спирателният кран случайно остане отворен или ако спирателният кран е разхлабен и течността изтече неволно.
4. С помощта на фуния изсипете течността, която ще се екстрахира, в делителната фуния (фиг. 5, буква б). Разделителната фуния никога не трябва да се използва с гореща или топла течност. Шлифованото стъклено съединение на върха на разделителната фуния е по-склонно да залепне за запушалката, ако в някакъв момент в съединението е имало течност. Изливането на течност в делителната фуния с помощта на фуния с късо стебло предотвратява намокрянето на фугата, така че вероятността тя да замръзне по време на смесването е по-малка.
Изсипете известно количество от екстрактивния разтворител в делителната фуния, както е посочено в процедурата (фиг. 5, буква в). Не е необходимо да се използват точни количества разтворител за екстракция, а обемите могат да се измерят в градуиран цилиндър. Ако дадена процедура изисква 20 ml разтворител, е приемливо всеки път да се използват между 20 и 25 ml.
Смесване на разтворите (за единична екстракция)
6. Поставете запушалката на фунията и я дръжте така, че пръстите на едната ръка да покриват здраво запушалката, а другата ръка да държи дъното на фунията (фиг. 6 а).
7. Внимателно обърнете фунията (фиг. 6, буква б) и завъртете малко сместа. Въпреки че не е необичайно известно количество течност да се промъкне във фугата от шлифовано стъкло при обръщането, то трябва да е минимално. Ако течността капе върху пръстите или ръкавиците ви, когато обръщате фунията, вероятно запушалката е с неправилен размер.
Смесване на разтворите (за единична екстракция)
6. Поставете запушалката на фунията и я дръжте така, че пръстите на едната ръка да покриват здраво запушалката, а другата ръка да държи дъното на фунията (фиг. 6 а).
7. Внимателно обърнете фунията (фиг. 6, буква б) и завъртете малко сместа. Въпреки че не е необичайно известно количество течност да се промъкне във фугата от шлифовано стъкло при обръщането, то трябва да е минимално. Ако течността капе върху пръстите или ръкавиците ви, когато обръщате фунията, вероятно запушалката е с неправилен размер.
8. При смесването на разтворите в разделителната фуния може да се натрупа налягане, затова веднага след разбъркването и при все още обърната фуния "обезвъздушете" фунията, като отворите за кратко спирателния кран, за да освободите налягането (фиг. 6, буква в). Налягането във фунията се увеличава, тъй като разтворителят се изпарява в горната част и допринася с допълнителни пари към първоначалното ∼1 атмосфера на въздушно налягане във фунията. При силно летливите разтворители (като диетилов етер) при изпускането може да се чуе определено "свистене" и малки количества течност може дори да се разпръснат през спирателния кран. Ако течността се разпръсне от спирателния кран, опитайте се да я оставите да изтече обратно във фунията. Шумът, свързан с обезвъздушаването, обикновено се прекратява след второто или третото обръщане, тъй като горното пространство се насища с пари на разтворителя и наляганията вътре и извън фунията се изравняват.
Бележка за безопасност: Никога не насочвайте спирателния кран към някого, докато обезвъздушавате, тъй като е възможно част от течността да се разпръсне върху него или нея.
9. Затворете спирателния кран и разбъркайте разтворите малко по-енергично, като периодично спирате, за да обезвъздушите системата. Съществуват различни мнения за това колко енергично трябва да се смесват разтворите в разделителните фунии и за колко време. Като общо указание, леко разбъркване в продължение на 10-20 секунди трябва да е достатъчно. При някои разтвори (напр. дихлорметан) трябва да се внимава да не се разклащат твърде енергично, тъй като тези разтвори често образуват емулсии (при които границата между разтворите не се избистря). При разтвори, склонни към образуване на емулсии, фунията трябва да се разклаща внимателно в продължение на една минута.
10. Поставете разделителната фуния изправена в пръстеновидната скоба, за да позволите на слоевете да се отделят напълно. Интерфейсът между слоевете трябва да се уталожи доста бързо, често в рамките на около 10 секунди. Ако интерфейсът е замъглен или не е добре изразен (образувала се е емулсия), вижте раздела за отстраняване на проблеми за съвети.
Разделяне на слоевете (за единично извличане)
11. Течността няма да се оттече добре от разделителната фуния, ако запушалката остане поставена, тъй като въздухът не може да влезе във фунията, за да замени изместената течност. Ако течността изтече от фунията, без да бъде заменена от същия обем въздух, във фунията ще се образува отрицателно налягане. Затова, преди да източите течността от делителната фуния, махнете тапата (фиг. 7 а).
12. Излейте по-голямата част от долния слой в чиста колба на Ерленмайер, като поставите пръстеновидната скоба така, че върхът на разделителната фуния да е забит в колбата на Ерленмайер, за да се предотврати разплискване (фиг. 7б). Спрете източването, когато интерфейсът е на 1 cm от дъното на спирателния кран.
13. Внимателно завъртете фунията, за да разнесете всички капки, полепнали по стъклото (фиг. 7 в). Може да се използва пръчка за разбъркване на стъкло, за да се свалят упорито полепналите капки.
14. След това източете долния слой, като спрете, когато интерфейсът тъкмо навлезе в камерата на спирателния кран (фиг. 7 г). Етикетирайте колбата на Ерленмайер (напр. "Долен слой").
Бележка за безопасност: Никога не насочвайте спирателния кран към някого, докато обезвъздушавате, тъй като е възможно част от течността да се разпръсне върху него или нея.
9. Затворете спирателния кран и разбъркайте разтворите малко по-енергично, като периодично спирате, за да обезвъздушите системата. Съществуват различни мнения за това колко енергично трябва да се смесват разтворите в разделителните фунии и за колко време. Като общо указание, леко разбъркване в продължение на 10-20 секунди трябва да е достатъчно. При някои разтвори (напр. дихлорметан) трябва да се внимава да не се разклащат твърде енергично, тъй като тези разтвори често образуват емулсии (при които границата между разтворите не се избистря). При разтвори, склонни към образуване на емулсии, фунията трябва да се разклаща внимателно в продължение на една минута.
10. Поставете разделителната фуния изправена в пръстеновидната скоба, за да позволите на слоевете да се отделят напълно. Интерфейсът между слоевете трябва да се уталожи доста бързо, често в рамките на около 10 секунди. Ако интерфейсът е замъглен или не е добре изразен (образувала се е емулсия), вижте раздела за отстраняване на проблеми за съвети.
Разделяне на слоевете (за единично извличане)
11. Течността няма да се оттече добре от разделителната фуния, ако запушалката остане поставена, тъй като въздухът не може да влезе във фунията, за да замени изместената течност. Ако течността изтече от фунията, без да бъде заменена от същия обем въздух, във фунията ще се образува отрицателно налягане. Затова, преди да източите течността от делителната фуния, махнете тапата (фиг. 7 а).
12. Излейте по-голямата част от долния слой в чиста колба на Ерленмайер, като поставите пръстеновидната скоба така, че върхът на разделителната фуния да е забит в колбата на Ерленмайер, за да се предотврати разплискване (фиг. 7б). Спрете източването, когато интерфейсът е на 1 cm от дъното на спирателния кран.
13. Внимателно завъртете фунията, за да разнесете всички капки, полепнали по стъклото (фиг. 7 в). Може да се използва пръчка за разбъркване на стъкло, за да се свалят упорито полепналите капки.
14. След това източете долния слой, като спрете, когато интерфейсът тъкмо навлезе в камерата на спирателния кран (фиг. 7 г). Етикетирайте колбата на Ерленмайер (напр. "Долен слой").
15. Излейте горния слой от горната част на разделителната фуния в друга чиста Ерленмайерова колба (фиг. 8 а), като не забравяте отново да маркирате тази колба (фиг. 8 б). Правилната техника е долният слой да се източи през спирателния кран, а горният слой да се излее от върха на фунията. Този метод свежда до минимум повторното смесване на разтворите, тъй като само долният слой докосва стеблото на фунията.
16. Никога не изхвърляйте течностите от екстракцията , докато не сте абсолютно сигурни, че имате желаното съединение. Нежеланите слоеве могат да бъдат правилно изхвърлени, когато желаното съединение е в ръцете ви (напр. след като ротационният изпарител е отстранил разтворителя).
Грешките, допуснати по време на екстракцията (напр. продължаване с грешния слой), могат да бъдат отстранени, стига разтворите да не са били поставени в контейнера за отпадъци! Слоевете трябва да се запазят и до изпаряването, защото желаното съединение може да не е много разтворимо в използвания разтворител. Ако съединението не успее да се извлече в един разтворител, по-късно може да се опита с друг разтворител, отново само ако слоевете все още не са изхвърлени.
Почистване (за единична екстракция)
За да почистите делителната фуния, първо я изплакнете с ацетон в контейнер за отпадъци. След това измийте фунията със сапун и вода на работния плот. Разглобете тефлоновия спирателен кран (ако е използван). След като изплакнете с дестилирана вода, оставете частите да изсъхнат разделени във вашето шкафче (фиг. 8в).
Грешките, допуснати по време на екстракцията (напр. продължаване с грешния слой), могат да бъдат отстранени, стига разтворите да не са били поставени в контейнера за отпадъци! Слоевете трябва да се запазят и до изпаряването, защото желаното съединение може да не е много разтворимо в използвания разтворител. Ако съединението не успее да се извлече в един разтворител, по-късно може да се опита с друг разтворител, отново само ако слоевете все още не са изхвърлени.
Почистване (за единична екстракция)
За да почистите делителната фуния, първо я изплакнете с ацетон в контейнер за отпадъци. След това измийте фунията със сапун и вода на работния плот. Разглобете тефлоновия спирателен кран (ако е използван). След като изплакнете с дестилирана вода, оставете частите да изсъхнат разделени във вашето шкафче (фиг. 8в).
Многократни екстракции.
В този раздел са дадени поетапни инструкции за това как да екстрахирате воден разтвор с органичен разтворител, който е с по-малка плътност от водата (органичният слой ще бъде отгоре). Като пример, инструкциите са написани за екстракция на воден разтвор три пъти, като се използват 25 ml диетилов етер всеки път (3×25 ml диетилов етер). Процедурното обобщение на първите две екстракции е показано на фиг. 9 Две екстракции, когато органичният слой е отгоре.
.
Екстракция № 1
1. Извършете единична екстракция, като използвате приблизително 25 ml диетилов етер (не е необходимо точно количество), както е описано преди това, като се уверите, че всеки слой е подходящо обозначен (например "горен органичен слой" и "долен воден слой").
Екстракция № 2
2. Върнете водния слой в делителната фуния. Не е необходимо да промивате фунията между екстракциите.
3. Добавете нова порция от 25 ml диетил етер в делителната фуния. Запушете фунията, обърнете я и разклатете с обезвъздушаване, след което оставете слоевете да се разделят.
На този етап в делителната фуния трябва да има два слоя. Ако няма два слоя, вероятно във фунията е бил добавен грешен слой при стъпка 2 (често срещана грешка). Един от начините да се провери дали това е грешката е да се добави малко вода от бутилка със спрей. Ако слоят, върнат в делителната фуния, е органичният слой (неправилен), водата от флакона с шприц няма да се смеси с разтвора, а вместо това ще падне като капки на дъното. Ако органичният слой (неправилен) случайно е бил върнат в делителната фуния, няма да има никаква вреда, тъй като органичният слой просто е бил разреден. Излейте течността обратно в колбата, предназначена за органичния слой, и вместо това добавете водния разтвор във фунията.
4. Излейте долния воден слой в колба на Ерленмайер: допустимо е да се използва същата колба, която е използвана за водния слой при първата екстракция (която може да е била обозначена като "долен воден слой").
5. Тъй като най-често органичните слоеве се комбинират при многократни екстракции, горният органичен слой може да се излее от делителната фуния в същата колба, която е използвана за органичния слой при първата екстракция (която може да е обозначена като "горен органичен слой"). В тази колба трябва да има около 50 ml диетилов етер от двете екстракции.
Екстракция № 3
6. Повторете екстракцията за трети път, като добавите водния слой от втората екстракция в делителната фуния, последван от още една прясна порция от 25 ml диетилов етер. Запушете фунията, обърнете я и разклатете с обезвъздушаване, след което оставете слоевете да се отделят.
7. Отцедете водния слой в съответната колба и отново изсипете горния слой в колбата за органичен слой, където трябва да има приблизително 75 ml диетилов етер от трите екстракции.
1. Извършете единична екстракция, като използвате приблизително 25 ml диетилов етер (не е необходимо точно количество), както е описано преди това, като се уверите, че всеки слой е подходящо обозначен (например "горен органичен слой" и "долен воден слой").
Екстракция № 2
2. Върнете водния слой в делителната фуния. Не е необходимо да промивате фунията между екстракциите.
3. Добавете нова порция от 25 ml диетил етер в делителната фуния. Запушете фунията, обърнете я и разклатете с обезвъздушаване, след което оставете слоевете да се разделят.
На този етап в делителната фуния трябва да има два слоя. Ако няма два слоя, вероятно във фунията е бил добавен грешен слой при стъпка 2 (често срещана грешка). Един от начините да се провери дали това е грешката е да се добави малко вода от бутилка със спрей. Ако слоят, върнат в делителната фуния, е органичният слой (неправилен), водата от флакона с шприц няма да се смеси с разтвора, а вместо това ще падне като капки на дъното. Ако органичният слой (неправилен) случайно е бил върнат в делителната фуния, няма да има никаква вреда, тъй като органичният слой просто е бил разреден. Излейте течността обратно в колбата, предназначена за органичния слой, и вместо това добавете водния разтвор във фунията.
4. Излейте долния воден слой в колба на Ерленмайер: допустимо е да се използва същата колба, която е използвана за водния слой при първата екстракция (която може да е била обозначена като "долен воден слой").
5. Тъй като най-често органичните слоеве се комбинират при многократни екстракции, горният органичен слой може да се излее от делителната фуния в същата колба, която е използвана за органичния слой при първата екстракция (която може да е обозначена като "горен органичен слой"). В тази колба трябва да има около 50 ml диетилов етер от двете екстракции.
Екстракция № 3
6. Повторете екстракцията за трети път, като добавите водния слой от втората екстракция в делителната фуния, последван от още една прясна порция от 25 ml диетилов етер. Запушете фунията, обърнете я и разклатете с обезвъздушаване, след което оставете слоевете да се отделят.
7. Отцедете водния слой в съответната колба и отново изсипете горния слой в колбата за органичен слой, където трябва да има приблизително 75 ml диетилов етер от трите екстракции.
Отстраняване на неизправности.
Този раздел описва често срещани проблеми и решения при екстракциите.Има само един слой
Най-честата причина за наличието само на един слой в делителната фуния, когато трябва да има два (както в случаите, когато процедурата ви казва да "разделите слоевете"), е да сте допуснали грешка. Това, което вероятно се е случило, е, че в разделителната фуния е бил добавен грешен слой - например, несъзнателно е бил добавен органичен слой вместо воден слой. Когато към органичен слой в делителната фуния се добави органичен разтворител, резултатът е само един слой. Грешката може да бъде поправена, стига слоевете все още да не са изхвърлени! Ако в делителната фуния се добави правилният слой, всичко ще се получи по план. За да предотвратите допускането на тази грешка в бъдеще, не забравяйте да етикетирате колбите на Ерленмайер. Също така не забравяйте никога да не изхвърляте слой, докато не сте абсолютно сигурни, че сте направили всичко правилно.
Понякога причината да се образува само един слой в делителна фуния е, ако има големи количества съединения, които се разтварят и в двата разтворителя, например ако има големи количества етанол, който се разтваря добре и във водни, и в органични разтворители. В този случай най-добрият подход е да се отстрани проблемното съединение (т.е. етанолът) на ротационен изпарител преди екстракцията.
Съществуват три слоя
Най-честата причина за три слоя в разделителната фуния е недостатъчното смесване (фиг. 10 а). Ако фунията се разклати по-силно, тя вероятно ще се утаи на два слоя (фиг. 10 б). Възможно е също така средният трети слой да е емулсия, при която двата слоя не са напълно разделени.
Най-честата причина за наличието само на един слой в делителната фуния, когато трябва да има два (както в случаите, когато процедурата ви казва да "разделите слоевете"), е да сте допуснали грешка. Това, което вероятно се е случило, е, че в разделителната фуния е бил добавен грешен слой - например, несъзнателно е бил добавен органичен слой вместо воден слой. Когато към органичен слой в делителната фуния се добави органичен разтворител, резултатът е само един слой. Грешката може да бъде поправена, стига слоевете все още да не са изхвърлени! Ако в делителната фуния се добави правилният слой, всичко ще се получи по план. За да предотвратите допускането на тази грешка в бъдеще, не забравяйте да етикетирате колбите на Ерленмайер. Също така не забравяйте никога да не изхвърляте слой, докато не сте абсолютно сигурни, че сте направили всичко правилно.
Понякога причината да се образува само един слой в делителна фуния е, ако има големи количества съединения, които се разтварят и в двата разтворителя, например ако има големи количества етанол, който се разтваря добре и във водни, и в органични разтворители. В този случай най-добрият подход е да се отстрани проблемното съединение (т.е. етанолът) на ротационен изпарител преди екстракцията.
Съществуват три слоя
Най-честата причина за три слоя в разделителната фуния е недостатъчното смесване (фиг. 10 а). Ако фунията се разклати по-силно, тя вероятно ще се утаи на два слоя (фиг. 10 б). Възможно е също така средният трети слой да е емулсия, при която двата слоя не са напълно разделени.
На границата има неразтворим материал.
Малко количество неразтворим филм между два слоя не е необичайно явление по време на екстракция. Полимерните материали са склонни да останат между слоевете, тъй като взаимодействията с разтворителя са сведени до минимум на границата. Незначителният филм не е нещо, за което трябва да се притеснявате, защото ако малко количество от него попадне в органичния слой, последващата стъпка на сушене и филтриране често го отстранява.
Интерфейсът не може да се види.
Понякога съединенията в разделителната фуния са толкова тъмни, че закриват границата между двата слоя. Ако това се случи, има няколко метода, които могат да ви помогнат да видите границата. Един от тях е да държите разделителната фуния срещу светлината или да светнете с фенерче върху стъклото (фиг. 11 б). Допълнителната светлина понякога ви позволява да видите интерфейса. Вторият метод е да наблюдавате внимателно слоевете, докато накланяте фунията напред-назад настрани (фиг. 11 в). Понякога окото ви може да забележи едва доловими разлики в начина, по който течностите текат. Третият метод е да добавите малко повече разтворител във фунията, за да разредите донякъде един от слоевете, или да добавите друг разтворител, за да промените индекса на пречупване.
Слоевете не се разделят добре (образува се емулсия)
)
Емулсиите могат да се получат по няколко причини.
1. Плътността на всеки слой може да е толкова сходна, че да има слаба мотивация за разделяне на течностите.2. Възможно е да присъстват сапуноподобни съединения или други емулгиращи агенти, които разтварят някои компоненти един в друг.
Емулсиите могат да бъдат много трудни за коригиране и е най-добре те да бъдат избегнати на първо място чрез внимателно разклащане на разтвори, които са склонни към емулсии (напр. дихлорметан със силно основни или плътни разтвори), в разделителната фуния. Въпреки това, ако все пак се образува емулсия, има някои начини да се опитате да я избистрите.
- а) При леки емулсии внимателно завъртете слоевете и се опитайте да свалите суспендираните капки със стъклена бъркалка.
- б) Оставете разтвора да престои известно време (дори до следващия лабораторен период), ако е възможно. При достатъчно време някои разтвори се утаяват сами. Това, разбира се, може да не е практично.
- в) За малки обеми използвайте центрофуга, ако има такава на разположение. Центрофугата ускорява процеса на оставяне на емулсията да се утаи сама. Не забравяйте, че центрофугата трябва да бъде балансирана, защото в противен случай може да се разклати от плота. Разпределете разтворите поравно, като поставите епруветки с еднакъв обем една срещу друга в центрофугата.
- г) Ако се образува емулсия, защото двата слоя имат сходна плътност, опитайте се да промените плътността на всеки слой, за да ги направите по-различни. За да помогнете за избистрянето на емулсията, опитайте да намалите плътността на горния слой или да увеличите плътността на долния слой. Например, ако се получи емулсия с етилов ацетат (горен слой) и воден разтвор (долен слой), добавете малко NaCl. NaCl ще се разтвори във водния слой и ще увеличи плътността на водния разтвор. Алтернативно, добавете допълнителен етилов ацетат, който ще разреди органичния слой и ще намали неговата плътност. В краен случай добавете малко пентан, който ще се смеси с най-горния органичен слой и ще намали плътността му (пентанът е един от най-малко плътните органични разтворители). Добавянето на пентан се използва като последно усилие, тъй като то ще повлияе отрицателно на способността на органичния слой да извлича донякъде полярни съединения.
Ако се получи емулсия с воден разтвор (горен слой) и дихлорметан (долен слой), добавете малко вода от бутилка със спринцовка, за да разредите горния слой и да намалите плътността му. Този метод работи добре за избистряне на емулсията на фиг. 13в, както се вижда от фиг. 13г. - в) Опитайте да намалите разтворимостта на единия компонент в другия. Един от методите е да добавите NaCl или NH4Cl в разделителната фуния, които се разтварят във водния слой и намаляват способността на органичните съединения да се разтварят във вода ("осоляване").
Киселинно-основна екстракция
Как работят.
Модификация на екстракциите, разгледани преди това в тази глава, е извършването на химична реакция в разделителната фуния, за да се промени полярността и следователно разделянето на дадено съединение във водния и органичния слой. Често срещан метод е извършването на киселинно-основна реакция, която може да превърне някои съединения от неутрални в йонни форми (или обратно).
Например представете си, че смес от бензоена киселина и циклохексан е разтворена в органичен разтворител като етилов ацетат в делителна фуния. За да се разделят компонентите, може да се направи опит за промиване с вода, за да се отстрани бензоената киселина, но бензоената киселина не е особено разтворима във вода поради неполярния си ароматен пръстен и само малки количества ще бъдат извлечени във водния слой (фиг. 14 а).
Например представете си, че смес от бензоена киселина и циклохексан е разтворена в органичен разтворител като етилов ацетат в делителна фуния. За да се разделят компонентите, може да се направи опит за промиване с вода, за да се отстрани бензоената киселина, но бензоената киселина не е особено разтворима във вода поради неполярния си ароматен пръстен и само малки количества ще бъдат извлечени във водния слой (фиг. 14 а).
Разделянето на смес от бензоена киселина и циклохексан обаче е възможно, като се използва промиване с основа, например NaOH. Поради своята киселинна природа бензоената киселина може да претърпи реакция с NaOH, както следва, като се получава карбоксилатната сол натриев бензоат.
Свойствата на разтворимост на карбоксилните киселини се различават съществено от съответните им карбоксилатни соли. Натриевият салицилат е приблизително 350 пъти по-разтворим във вода от салициловата киселина поради йонния си характер (фиг. 15) и е по-скоро неразтворим в органични разтворители като диетилов етер.
Следователно промиването с NaOH би превърнало бензоената киселина в нейната йонна карбоксилатна форма, която след това би била по-разтворима във водния слой, което би позволило натриевият бензоат да бъде извлечен във водния слой. Циклохексанът ще остане в органичния слой, тъй като той няма афинитет към водната фаза, нито може да реагира с NaOH по какъвто и да е начин. По този начин може да се отдели смес от бензоена киселина и циклохексан (фиг. 14б). Водният слой може по-късно да се подкисели с HCl(aq), ако е необходимо, за да се превърне бензоената киселина обратно в неутралната ѝ форма.
Промиване с натриев бикарбонат
За извличане на карбоксилни киселини от органичния слой във водния слой може да се използва киселинно-основна екстракция. Както беше разгледано в предишния раздел, NaOH може да се използва за превръщане на карбоксилната киселина в нейната по-разтворима във вода йонна карбоксилатна форма. Въпреки това, ако сместа съдържа желано съединение, което може да реагира с NaOH, трябва да се използва по-мека основа, като например натриев бикарбонат. Настъпва подобна реакция.
Промиване с натриев бикарбонат
За извличане на карбоксилни киселини от органичния слой във водния слой може да се използва киселинно-основна екстракция. Както беше разгледано в предишния раздел, NaOH може да се използва за превръщане на карбоксилната киселина в нейната по-разтворима във вода йонна карбоксилатна форма. Въпреки това, ако сместа съдържа желано съединение, което може да реагира с NaOH, трябва да се използва по-мека основа, като например натриев бикарбонат. Настъпва подобна реакция.
Една от разликите при използването на основата NaHCO3 вместо NaOH е, че страничният продукт въглеродна киселина (H2CO3) може да се разпадне до вода и въглероден диоксид. При разклащане на киселинен разтвор с натриев бикарбонат в делителна фуния трябва да се внимава да се върти внимателно и да се изпуска по-често, за да се освободи налягането от газа.
Пример за реакция, при която често се използва промиване с натриев бикарбонат, е реакцията на Фишер за естерификация. За да се демонстрира, бензоената киселина се рефлуксира в етанол заедно с концентрирана сярна киселина, за да се образува етилбензоат (фиг. 16 а и б). На TLC плочата на реакционната смес при 1 час рефлукс се вижда остатъчна нереагирала карбоксилна киселина (фиг. 16, буква в), което не е необичайно поради енергетиката на реакцията.
Пример за реакция, при която често се използва промиване с натриев бикарбонат, е реакцията на Фишер за естерификация. За да се демонстрира, бензоената киселина се рефлуксира в етанол заедно с концентрирана сярна киселина, за да се образува етилбензоат (фиг. 16 а и б). На TLC плочата на реакционната смес при 1 час рефлукс се вижда остатъчна нереагирала карбоксилна киселина (фиг. 16, буква в), което не е необичайно поради енергетиката на реакцията.
Остатъчната карбоксилна киселина може да бъде отстранена от желания естерен продукт с помощта на киселинно-основна екстракция в делителна фуния. Промиването с натриев бикарбонат превръща бензоената киселина в нейната по-разтворима във вода форма на натриев бензоат, като я екстрахира във водния слой (фиг. 17). Освен това натриевият бикарбонат неутрализира каталитичната киселина в тази реакция.
Натриевият бикарбонат е за предпочитане пред NaOH в този процес, тъй като той е много по-слаба основа; промиването с NaOH може да доведе до хидролиза на естерния продукт.
Смеси от киселини и основи
Както беше обсъдено по-рано, киселинно-основните свойства на съединенията могат да се използват за селективно извличане на определени съединения от смеси. Тази стратегия може да бъде разширена и за други примериСмеси от киселини и основи
Извличане на основи
Основни съединения, като амини, могат да бъдат извлечени от органични разтвори чрез разклащане с киселинни разтвори, за да се превърнат в по-разтворими във вода соли. По този начин те могат да бъдат извлечени от органичен слой във воден слой.Екстракция на карбоксилни киселини спрямо феноли
Както вече беше обсъдено, карбоксилните киселини могат да бъдат извлечени от органичен слой във воден слой чрез разклащане с основни разтвори, което ги превръща в техните по-водноразтворими соли.
Както вече беше обсъдено, карбоксилните киселини могат да бъдат извлечени от органичен слой във воден слой чрез разклащане с основни разтвори, което ги превръща в техните по-водноразтворими соли.
Подобна реакция протича с фенолите (PhOH) и те също могат да бъдат извлечени във воден слой NaOH (фиг. 18 а).
Въпреки това фенолите са значително по-малко кисели от карбоксилните киселини и не са достатъчно кисели, за да реагират напълно с NaHCO3 - по-слаба основа. Затова за разделяне на смеси от феноли и карбоксилни киселини може да се използва разтвор на бикарбонат (фиг. 18б).
Въпреки това фенолите са значително по-малко кисели от карбоксилните киселини и не са достатъчно кисели, за да реагират напълно с NaHCO3 - по-слаба основа. Затова за разделяне на смеси от феноли и карбоксилни киселини може да се използва разтвор на бикарбонат (фиг. 18б).
Екстракция на киселинни, основни и неутрални съединения
Разгледаните по-рано киселинно-основни свойства позволяват смес, съдържаща киселинни (напр. RCO2H), основни (напр. RNH2) и неутрални компоненти, да бъде пречистена чрез серия от екстракции, както е обобщено на фиг. 19 (при която се използва органичен разтворител с по-малка плътност от водата).
Разгледаните по-рано киселинно-основни свойства позволяват смес, съдържаща киселинни (напр. RCO2H), основни (напр. RNH2) и неутрални компоненти, да бъде пречистена чрез серия от екстракции, както е обобщено на фиг. 19 (при която се използва органичен разтворител с по-малка плътност от водата).
Предполага се, че читателите, които провеждат този вид експеримент, са запознати с извършването на единични и многократни екстракции. В този раздел са описани разликите между общите процедури за екстракция и процеса, обобщен на фиг. 19.
1. Изолиране на киселинния компонент:
а) Когато киселинният компонент се намира във водния слой в колба на Ерленмайер, той може да се превърне обратно в неутрален компонент чрез добавяне на 2M HCl(aq), докато разтворът даде рН 3-4 (определено с pH хартия). Ако са налице големи количества киселина, така че подкиселяването би изисквало твърде голям обем 2M HCl(aq), вместо това може да се добави концентриран HCl(aq) на капки. По-ниските концентрации на Hcl(aq) са по-малко опасни, но увеличаването на обема на водния слой с голямо количество би се отразило на ефективността на последващите етапи на екстракция и филтриране.
б) След подкиселяването могат да се предприемат два пътя в зависимост от това дали киселинният компонент е твърд или течен.
1. Изолиране на киселинния компонент:
а) Когато киселинният компонент се намира във водния слой в колба на Ерленмайер, той може да се превърне обратно в неутрален компонент чрез добавяне на 2M HCl(aq), докато разтворът даде рН 3-4 (определено с pH хартия). Ако са налице големи количества киселина, така че подкиселяването би изисквало твърде голям обем 2M HCl(aq), вместо това може да се добави концентриран HCl(aq) на капки. По-ниските концентрации на Hcl(aq) са по-малко опасни, но увеличаването на обема на водния слой с голямо количество би се отразило на ефективността на последващите етапи на екстракция и филтриране.
б) След подкиселяването могат да се предприемат два пътя в зависимост от това дали киселинният компонент е твърд или течен.
- Ако при подкиселяването на йонната сол се образува твърдо вещество, то може да се събере чрез филтриране чрез засмукване. Този метод трябва да се използва само ако се наблюдават големи количества кристали с големи размери. Ако се образуват фини кристали (които са доста често срещани), те ще запушат филтърната хартия и ще попречат на адекватното оттичане. Ако се наблюдава само малко количество твърдо вещество в сравнение с теоретичното количество, вероятно съединението е доста разтворимо във вода и филтрирането би довело до слабо възстановяване.
- Ако при подкиселяването не се образува твърдо вещество (или ако се образуват фини кристали или малко количество твърдо вещество), извлечете киселия компонент обратно в органичен разтворител (×3). Като общо правило, използвайте една трета от количеството разтворител за екстракциите в сравнение с оригиналния слой (напр. ако използвате 100 ml воден разтвор, екстрахирайте с 33 ml органичен разтворител всеки път). Не забравяйте първо да охладите водния разтвор в ледена баня преди екстракцията, ако подкиселяването е създало забележима топлина. Последвайте с промиване със солен разтвор (×1), ако използвате диетилов етер или етилов ацетат, изсушете със сушилен агент и отстранете разтворителя чрез ротационен изпарител, за да оставите чист киселинен компонент.
2. Изолиране на основния компонент:
Използва се подобен процес като изолирането на киселинния компонент, но разтворът се базифицира с 2M NaOH(aq), докато се получи рН 9-10, определено с pH хартия.
3. Изолиране на неутралния компонент:
Неутралният компонент ще бъде "остатъчното" съединение в органичния слой. За да се изолира, се промива със солен разтвор (×1), ако се използва диетилов етер или етилов ацетат, изсушава се със сушилен агент и разтворителят се отстранява чрез ротационен изпарител, за да остане чистият неутрален компонент.
Използва се подобен процес като изолирането на киселинния компонент, но разтворът се базифицира с 2M NaOH(aq), докато се получи рН 9-10, определено с pH хартия.
3. Изолиране на неутралния компонент:
Неутралният компонент ще бъде "остатъчното" съединение в органичния слой. За да се изолира, се промива със солен разтвор (×1), ако се използва диетилов етер или етилов ацетат, изсушава се със сушилен агент и разтворителят се отстранява чрез ротационен изпарител, за да остане чистият неутрален компонент.
Заключение.
Методите на екстракция се използват за извличане на някои вещества от смес. Тези вещества могат да бъдат основни, киселинни или неутрални (полярни или неполярни). Например този метод се използва при производството на амфетамин на етапа на декантиране: събира се горният слой, съдържащ амфетаминова основа в алкохол. Той може да се изсуши малко с безводен магнезиев сулфат, а шлаката може допълнително да се екстрахира с неполярен разтворител (етер, бензол, толуол), след което разтворителят се изпарява. Производството на мефедрон включва манипулация с разделителна фуния и екстракция. Също така киселинно-основната екстракция се използва при пречистването на някои психоактивни вещества от примеси.
Attachments
Last edited: