Teorie extrakce.
"Extrakcí" se rozumí převedení sloučeniny (sloučenin) z pevné látky nebo kapaliny do jiného rozpouštědla nebo fáze. Když se čajový sáček přidá do horké vody, sloučeniny zodpovědné za chuť a barvu čaje se extrahují z louhu do vody. Káva bez kofeinu se vyrábí pomocí rozpouštědel nebo superkritického oxidu uhličitého, kterým se z kávových zrn extrahuje kofein. V chemické laboratoři se nejčastěji používá extrakce kapalina-kapalina, což je proces, který probíhá v dělící nálevce. Do nálevky se vloží roztok obsahující rozpuštěné složky a přidá se nemísitelné rozpouštědlo, čímž vzniknou dvě vrstvy, které se protřepou. Nejčastěji je jedna vrstva vodná a druhá organické rozpouštědlo. Složky jsou "extrahovány", když se přesunou z jedné vrstvy do druhé. Tvar dělící nálevky umožňuje účinné odvádění a oddělování obou vrstev.
Obr.1 Schéma extrakce
Sloučeniny přecházejí z jedné kapaliny do druhé v závislosti na jejich relativní rozpustnosti v jednotlivých kapalinách. Rychlým vodítkem pro rozpustnost je zásada "podobné se rozpouští podobně", což znamená, že nepolární sloučeniny by se měly snadno extrahovat do nepolárních rozpouštědel (a naopak). Sloučeniny odpovědné za chuť a barvu čaje musí být polární, pokud se snadno extrahují do horké vody. Když se v dělící nálevce nechá vyrovnávat mezi dvěma kapalinami, většina sloučeniny často skončí ve vrstvě, která je lépe rozpustná.
Obr.2
Postup extrakce krok za krokem.
Jednoduchá extrakce.
Obrázky v této části ukazují jednorázovou extrakci methylové červeně (barevná sloučenina, obr. 3) z vodného roztoku (spodní vrstva) do 25 ml ethylacetátu (horní vrstva). Vodný roztok má původně růžovou barvu, protože methylčervená se v kyselém roztoku jeví jako červená (vodný roztok byl připraven z 50 ml vody, 5 kapek 0,1MHCl a 5 kapek 1% roztoku indikátoru methylčervené). Methylová červeň má velký rozdělovací koeficient a při tomto postupu se extrahuje z vodné vrstvy do ethylacetátu.
Průběh extrakce methylové červeně (barevné sloučeniny) z kyselé vodné vrstvy (dole) do organické vrstvy (nahoře). Inverze byly prováděny pomalu, aby bylo vidět postupnou extrakci. I při jemném míchání se methylčervená extrahuje rychle.
Příprava nastavení (pro jednotlivou extrakci)
1. Pořiďte si dělicí nálevku (obr. 4 a).- a) Pokud má separační nálevka teflonový kohout, znovu ji sestavte, pokud byla rozebrána na sucho, a umístěte díly v příslušném pořadí (obr. 4 b). Ujistěte se, že teflonový kohout je mírně utažený, aby se stále mohl snadno otáčet, ale není tak volný, aby mohla kapalina prosakovat kolem spoje.
- b) Používáte-li skleněný kohout (obr. 4 c), pravděpodobně nepotřebuje žádnou další přípravu. Měla by být použita velmi tenká vrstva maziva, která kohout utěsní a zabrání jeho zamrznutí. Pokud jsou k dispozici skleněné i teflonové kohouty, je lepší volbou teflon, protože vždy existuje možnost, že rozpouštědlo může rozpustit tuk použitý u skleněných kohoutů a kontaminovat vzorek.
- c) Pořiďte si také zátku (teflonovou nebo z broušeného skla), která dobře zapadne do horního spoje nálevky (obr. 4 a).
2. Umístěte dělící nálevku do kruhové svorky připevněné ke kruhovému stojanu nebo mřížce. Nálevky se snadno rozbijí, proto nálevku v kovové svorce odpružte pomocí kousků nařezané gumové nebo plastové hadičky (obr. 4 d).
Přidejte roztoky (pro jednotlivou extrakci)
3. Před nalitím čehokoli do separační nálevky se ujistěte, že je kohout v poloze "zavřeno", kdy je kohout vodorovně (Obr. 5 a). Jako pojistku před naléváním vždy umístěte Erlenmeyerovu baňku pod dělící nálevku (obr. 5 b). Ta může zachytit kapalinu v případě, že kohout zůstane omylem otevřený, nebo pokud je kohout uvolněný a kapalina nechtěně uniká.
4. Pomocí nálevky nalijte extrahovanou kapalinu do dělicí nálevky (obr. 5 b). Dělící nálevka by se nikdy neměla používat s horkou nebo teplou kapalinou. Kloub z broušeného skla na vrcholu dělící nálevky je náchylnější k přilepení k zátce, pokud se v kloubu v určitém okamžiku nacházela kapalina. Naléváním kapaliny do dělící nálevky pomocí nálevky s krátkou stopkou se vyhnete namočení spoje, takže je méně pravděpodobné, že během míchání zmrzne.
3. Před nalitím čehokoli do separační nálevky se ujistěte, že je kohout v poloze "zavřeno", kdy je kohout vodorovně (Obr. 5 a). Jako pojistku před naléváním vždy umístěte Erlenmeyerovu baňku pod dělící nálevku (obr. 5 b). Ta může zachytit kapalinu v případě, že kohout zůstane omylem otevřený, nebo pokud je kohout uvolněný a kapalina nechtěně uniká.
4. Pomocí nálevky nalijte extrahovanou kapalinu do dělicí nálevky (obr. 5 b). Dělící nálevka by se nikdy neměla používat s horkou nebo teplou kapalinou. Kloub z broušeného skla na vrcholu dělící nálevky je náchylnější k přilepení k zátce, pokud se v kloubu v určitém okamžiku nacházela kapalina. Naléváním kapaliny do dělící nálevky pomocí nálevky s krátkou stopkou se vyhnete namočení spoje, takže je méně pravděpodobné, že během míchání zmrzne.
Do dělící nálevky nalijte množství extrakčního rozpouštědla, jak je uvedeno v postupu (obr. 5 c). Pro extrakci není nutné používat přesné množství rozpouštědla a objemy lze měřit v odměrném válci. Pokud postup vyžaduje 20 ml rozpouštědla, je přijatelné, když se pokaždé použije 20-25 ml.
Míchání roztoků (pro jednotlivé extrakce)
6. Na nálevku nasaďte zátku a nálevku držte tak, aby prsty jedné ruky bezpečně zakrývaly zátku, zatímco druhá ruka svírá dno nálevky (obr. 6 a).
7. Opatrně nálevku obraťte (obr. 6 b) a směs trochu roztočte. Ačkoli není neobvyklé, že při převrácení vnikne do spoje broušeného skla trochu tekutiny, mělo by to být minimálně. Pokud vám při obracení nálevky kape kapalina na prsty nebo rukavice, je pravděpodobně zátka špatně zvolená.
Míchání roztoků (pro jednotlivé extrakce)
6. Na nálevku nasaďte zátku a nálevku držte tak, aby prsty jedné ruky bezpečně zakrývaly zátku, zatímco druhá ruka svírá dno nálevky (obr. 6 a).
7. Opatrně nálevku obraťte (obr. 6 b) a směs trochu roztočte. Ačkoli není neobvyklé, že při převrácení vnikne do spoje broušeného skla trochu tekutiny, mělo by to být minimálně. Pokud vám při obracení nálevky kape kapalina na prsty nebo rukavice, je pravděpodobně zátka špatně zvolená.
8. Při míchání roztoků může uvnitř dělicí nálevky vzniknout tlak, proto ihned po promíchání a při stále obrácené nálevce "odvzdušněte" nálevku krátkým otevřením kohoutku, aby se uvolnil tlak (obr. 6 c). Tlak v nálevce narůstá, protože rozpouštědlo se odpařuje do prostoru nad nálevkou a přispívá dalšími parami k počátečnímu tlaku vzduchu ∼1 v nálevce. U vysoce těkavých rozpouštědel (jako je diethylether) je při odvzdušnění slyšet určité "šumění" a malé množství kapaliny může dokonce vystříknout z kohoutku. Pokud kapalina vystříkne ze zátky, pokuste se ji nechat odtéct zpět do nálevky. Hluk spojený s odvzdušňováním obvykle ustane po druhé nebo třetí inverzi, protože se prostor v hlavě nasytí parami rozpouštědla a tlaky uvnitř a vně nálevky se vyrovnají.
Bezpečnostní upozornění: Při odvzdušňování nikdy nemiřte kohoutem na někoho, protože je možné, že na něj kapalina vystříkne.
9. Uzavřete kohout a míchejte roztoky o něco intenzivněji, přičemž pravidelně zastavujte, abyste systém odvzdušnili. Existují různé názory na to, jak intenzivně by se měly roztoky v dělících nálevkách míchat a jak dlouho. Obecně platí, že by mělo stačit mírné míchání po dobu 10-20 sekund. U některých roztoků (např. dichlormethanu) je třeba dbát na to, aby se nemíchaly příliš intenzivně, protože tyto roztoky často tvoří emulze (kdy se rozhraní mezi roztoky nevyjasňuje). S roztoky náchylnými k tvorbě emulzí je třeba nálevkou jemně třepat po dobu jedné minuty.
10. Umístěte dělicí nálevku do kruhové svorky ve svislé poloze, aby se vrstvy zcela oddělily. Rozhraní mezi vrstvami by se mělo poměrně rychle usadit, často během přibližně 10 sekund. Pokud je rozhraní zakalené nebo není dobře ohraničené (vytvořila se emulze), viz část věnovaná řešení problémů, kde naleznete rady.
Oddělení vrstev (pro jednotlivou extrakci)
11. Kapalina z oddělovací nálevky dobře neodtéká, pokud zůstane zátka na místě, protože do nálevky nemůže vniknout vzduch, který by vytlačenou kapalinu nahradil. Pokud by kapalina z nálevky odtekla, aniž by ji nahradil stejný objem vzduchu, vznikl by v nálevce podtlak. Proto před vypouštěním kapaliny z dělicí nálevky odstraňte zátku (obr. 7 a).
12. Odpusťte většinu spodní vrstvy do čisté Erlenmeyerovy baňky a umístěte kroužkovou svorku tak, aby byla špička dělící nálevky zasunuta do Erlenmeyerovy baňky a nedošlo k rozstřiku (obr. 7 b). Přestaňte vypouštět vodu, když je rozhraní ve vzdálenosti do 1 cm od dna uzavíracího kohoutu.
13. Jemně trychtýřem otáčejte, aby se uvolnily všechny kapky ulpívající na skle (obr. 7 c). Ke sražení tvrdohlavě ulpívajících kapiček lze použít tyčinku na míchání skla.
14. Dále vypusťte spodní vrstvu a zastavte, když rozhraní právě vstupuje do komory s kohoutem (obr. 7 d). Erlenmeyerovu baňku označte (např. "spodní vrstva").
Bezpečnostní upozornění: Při odvzdušňování nikdy nemiřte kohoutem na někoho, protože je možné, že na něj kapalina vystříkne.
9. Uzavřete kohout a míchejte roztoky o něco intenzivněji, přičemž pravidelně zastavujte, abyste systém odvzdušnili. Existují různé názory na to, jak intenzivně by se měly roztoky v dělících nálevkách míchat a jak dlouho. Obecně platí, že by mělo stačit mírné míchání po dobu 10-20 sekund. U některých roztoků (např. dichlormethanu) je třeba dbát na to, aby se nemíchaly příliš intenzivně, protože tyto roztoky často tvoří emulze (kdy se rozhraní mezi roztoky nevyjasňuje). S roztoky náchylnými k tvorbě emulzí je třeba nálevkou jemně třepat po dobu jedné minuty.
10. Umístěte dělicí nálevku do kruhové svorky ve svislé poloze, aby se vrstvy zcela oddělily. Rozhraní mezi vrstvami by se mělo poměrně rychle usadit, často během přibližně 10 sekund. Pokud je rozhraní zakalené nebo není dobře ohraničené (vytvořila se emulze), viz část věnovaná řešení problémů, kde naleznete rady.
Oddělení vrstev (pro jednotlivou extrakci)
11. Kapalina z oddělovací nálevky dobře neodtéká, pokud zůstane zátka na místě, protože do nálevky nemůže vniknout vzduch, který by vytlačenou kapalinu nahradil. Pokud by kapalina z nálevky odtekla, aniž by ji nahradil stejný objem vzduchu, vznikl by v nálevce podtlak. Proto před vypouštěním kapaliny z dělicí nálevky odstraňte zátku (obr. 7 a).
12. Odpusťte většinu spodní vrstvy do čisté Erlenmeyerovy baňky a umístěte kroužkovou svorku tak, aby byla špička dělící nálevky zasunuta do Erlenmeyerovy baňky a nedošlo k rozstřiku (obr. 7 b). Přestaňte vypouštět vodu, když je rozhraní ve vzdálenosti do 1 cm od dna uzavíracího kohoutu.
13. Jemně trychtýřem otáčejte, aby se uvolnily všechny kapky ulpívající na skle (obr. 7 c). Ke sražení tvrdohlavě ulpívajících kapiček lze použít tyčinku na míchání skla.
14. Dále vypusťte spodní vrstvu a zastavte, když rozhraní právě vstupuje do komory s kohoutem (obr. 7 d). Erlenmeyerovu baňku označte (např. "spodní vrstva").
15. Vylijte vrchní vrstvu z horní části dělicí nálevky do jiné čisté Erlenmeyerovy baňky (obr. 8 a) a nezapomeňte tuto baňku opět označit (obr. 8 b). Správnou technikou je vypustit spodní vrstvu přes kohoutek a vylít horní vrstvu z horní části nálevky. Tento způsob minimalizuje opětovné míchání roztoků, protože se stonku nálevky dotýká pouze spodní vrstva.
16. Nikdy nevyhazujte kapaliny z extrakce , dokud si nejste zcela jisti, že máte požadovanou sloučeninu. Nežádoucí vrstvy můžete řádně zlikvidovat, až budete mít v rukou požadovanou sloučeninu (např. po odstranění rozpouštědla rotační odparkou).
Chyby, kterých se dopustíte během extrakce (např. pokračování s nesprávnou vrstvou), lze vyřešit, pokud roztoky nebyly umístěny do nádoby na odpad! Vrstvy by se měly uchovat až do odpaření také proto, že požadovaná sloučenina nemusí být v použitém rozpouštědle dobře rozpustná. Pokud se sloučeninu nepodařilo extrahovat v jednom rozpouštědle, lze později vyzkoušet jiné rozpouštědlo, opět pouze v případě, že vrstvy ještě nebyly vyhozeny.
Čištění (pro jednu extrakci)
Chcete-li vyčistit separační nálevku, nejprve ji vypláchněte acetonem do odpadní nádoby. Poté nálevku umyjte vodou a mýdlem na desce stolu. Demontujte teflonový kohout (pokud je použit). Po opláchnutí destilovanou vodou nechte oddělené části vyschnout ve skříňce (obr. 8 c).
Chyby, kterých se dopustíte během extrakce (např. pokračování s nesprávnou vrstvou), lze vyřešit, pokud roztoky nebyly umístěny do nádoby na odpad! Vrstvy by se měly uchovat až do odpaření také proto, že požadovaná sloučenina nemusí být v použitém rozpouštědle dobře rozpustná. Pokud se sloučeninu nepodařilo extrahovat v jednom rozpouštědle, lze později vyzkoušet jiné rozpouštědlo, opět pouze v případě, že vrstvy ještě nebyly vyhozeny.
Čištění (pro jednu extrakci)
Chcete-li vyčistit separační nálevku, nejprve ji vypláchněte acetonem do odpadní nádoby. Poté nálevku umyjte vodou a mýdlem na desce stolu. Demontujte teflonový kohout (pokud je použit). Po opláchnutí destilovanou vodou nechte oddělené části vyschnout ve skříňce (obr. 8 c).
Vícenásobná extrakce.
V této části jsou postupné pokyny, jak extrahovat vodný roztok organickým rozpouštědlem, které je méně husté než voda (organická vrstva bude nahoře). Jako příklad je uveden návod na trojnásobnou extrakci vodného roztoku s použitím 25 ml diethyletheru pokaždé (3×25 ml diethyletheru). Přehled postupů prvních dvou extrakcí je na obr. 9. Dvě extrakce, kdy je organická vrstva nahoře.
Obr..
Extrakce č. 1
1. Proveďte jednu extrakci s použitím přibližně 25 ml diethyletheru (přesné množství není nutné), jak bylo popsáno dříve, a ujistěte se, že jste každou vrstvu náležitě označili (např. "horní organická vrstva" a "spodní vodná vrstva").
Extrakce č. 2
2. Vraťte vodnou vrstvu do dělicí nálevky. Mezi extrakcemi není třeba nálevku promývat.
3. Do dělící nálevky přidejte čerstvou 25ml porci diethyletheru. Nálevku zazátkujte, obraťte a protřepejte s odvzdušněním, poté nechte vrstvy oddělit.
V tomto kroku by měly být v dělící nálevce dvě vrstvy. Pokud dvě vrstvy nejsou, je pravděpodobné, že v kroku 2 byla do nálevky přidána nesprávná vrstva (častá chyba). Jedním ze způsobů, jak vyzkoušet, zda se jednalo o chybu, je přidat trochu vody ze stříkací láhve. Pokud je vrstva vrácená do dělící nálevky organická vrstva (nesprávná), voda ze stříkací láhve se s roztokem nepromísí a místo toho bude padat jako kapky na dno. Pokud byla organická vrstva (nesprávná) omylem vrácena do dělící nálevky, nedošlo k žádné škodě, protože organická vrstva byla jednoduše zředěna. Nalijte kapalinu zpět do baňky určené pro organickou vrstvu a místo toho do nálevky přidejte vodný roztok.
4. Spodní vodnou vrstvu slijte do Erlenmeyerovy baňky: je přípustné použít stejnou baňku, která byla použita pro vodnou vrstvu při první extrakci (která mohla být označena jako "spodní vodná vrstva").
5. Protože se organické vrstvy nejčastěji kombinují při vícenásobných extrakcích, lze horní organickou vrstvu vylít z dělicí nálevky do stejné baňky, která byla použita pro organickou vrstvu při první extrakci (která mohla být označena jako "horní organická vrstva"). V této baňce by mělo být zhruba 50 ml diethyletheru z obou extrakcí.
Extrakce č. 3
6. Extrakci zopakujte potřetí přidáním vodné vrstvy z druhé extrakce do dělicí nálevky a následně přidáním další čerstvé 25 ml dávky diethyletheru. Nálevku zazátkujte, obraťte a protřepejte s odvzdušněním, poté nechte vrstvy oddělit.
7. Vodnou vrstvu slijte do příslušné baňky a horní vrstvu opět přelijte do baňky na organickou vrstvu, kde by mělo být zhruba 75 ml diethyletheru ze tří extrakcí.
1. Proveďte jednu extrakci s použitím přibližně 25 ml diethyletheru (přesné množství není nutné), jak bylo popsáno dříve, a ujistěte se, že jste každou vrstvu náležitě označili (např. "horní organická vrstva" a "spodní vodná vrstva").
Extrakce č. 2
2. Vraťte vodnou vrstvu do dělicí nálevky. Mezi extrakcemi není třeba nálevku promývat.
3. Do dělící nálevky přidejte čerstvou 25ml porci diethyletheru. Nálevku zazátkujte, obraťte a protřepejte s odvzdušněním, poté nechte vrstvy oddělit.
V tomto kroku by měly být v dělící nálevce dvě vrstvy. Pokud dvě vrstvy nejsou, je pravděpodobné, že v kroku 2 byla do nálevky přidána nesprávná vrstva (častá chyba). Jedním ze způsobů, jak vyzkoušet, zda se jednalo o chybu, je přidat trochu vody ze stříkací láhve. Pokud je vrstva vrácená do dělící nálevky organická vrstva (nesprávná), voda ze stříkací láhve se s roztokem nepromísí a místo toho bude padat jako kapky na dno. Pokud byla organická vrstva (nesprávná) omylem vrácena do dělící nálevky, nedošlo k žádné škodě, protože organická vrstva byla jednoduše zředěna. Nalijte kapalinu zpět do baňky určené pro organickou vrstvu a místo toho do nálevky přidejte vodný roztok.
4. Spodní vodnou vrstvu slijte do Erlenmeyerovy baňky: je přípustné použít stejnou baňku, která byla použita pro vodnou vrstvu při první extrakci (která mohla být označena jako "spodní vodná vrstva").
5. Protože se organické vrstvy nejčastěji kombinují při vícenásobných extrakcích, lze horní organickou vrstvu vylít z dělicí nálevky do stejné baňky, která byla použita pro organickou vrstvu při první extrakci (která mohla být označena jako "horní organická vrstva"). V této baňce by mělo být zhruba 50 ml diethyletheru z obou extrakcí.
Extrakce č. 3
6. Extrakci zopakujte potřetí přidáním vodné vrstvy z druhé extrakce do dělicí nálevky a následně přidáním další čerstvé 25 ml dávky diethyletheru. Nálevku zazátkujte, obraťte a protřepejte s odvzdušněním, poté nechte vrstvy oddělit.
7. Vodnou vrstvu slijte do příslušné baňky a horní vrstvu opět přelijte do baňky na organickou vrstvu, kde by mělo být zhruba 75 ml diethyletheru ze tří extrakcí.
Řešení problémů.
Tato část popisuje běžné problémy a jejich řešení při extrakcích.Existuje pouze jedna vrstva
Nejčastějším důvodem, proč je v dělící nálevce pouze jedna vrstva, zatímco by tam měly být dvě (jako v případě, kdy vám postup říká, že máte "oddělit vrstvy"), je, že jste udělali chybu. Pravděpodobně došlo k tomu, že do dělící nálevky byla přidána nesprávná vrstva - například místo vodné vrstvy byla nevědomky přidána vrstva organická. Když se do organické vrstvy v dělící nálevce přidá organické rozpouštědlo, výsledkem je pouze jedna vrstva. Chybu lze napravit, pokud vrstvy ještě nebyly vyhozeny! Pokud se do nálevky přidá správná vrstva, vše dopadne podle plánu. Abyste této chybě v budoucnu předešli, nezapomeňte Erlenmeyerovy baňky označit. Také nezapomeňte nikdy nevyhazovat žádnou vrstvu, dokud si nejste naprosto jisti, že jste vše provedli správně.
Občasným důvodem, proč se v dělící nálevce vytvoří pouze jedna vrstva, je přítomnost velkého množství sloučenin, které se rozpouštějí v obou rozpouštědlech, například pokud je přítomno velké množství ethanolu, který se dobře rozpouští jak ve vodném, tak v organickém rozpouštědle. V této situaci je nejlepším postupem odstranění problematické sloučeniny (tj. ethanolu) na rotační odparce před extrakcí.
Existují tři vrstvy
Nejčastějším důvodem vzniku tří vrstev v separační nálevce je nedostatečné promíchání (obr. 10 a). Pokud se nálevka protřepe s větší razancí, pravděpodobně se usadí ve dvou vrstvách (obr. 10 b). Je také možné, že prostřední třetí vrstva je emulze, kde obě vrstvy nejsou zcela odděleny.
Nejčastějším důvodem, proč je v dělící nálevce pouze jedna vrstva, zatímco by tam měly být dvě (jako v případě, kdy vám postup říká, že máte "oddělit vrstvy"), je, že jste udělali chybu. Pravděpodobně došlo k tomu, že do dělící nálevky byla přidána nesprávná vrstva - například místo vodné vrstvy byla nevědomky přidána vrstva organická. Když se do organické vrstvy v dělící nálevce přidá organické rozpouštědlo, výsledkem je pouze jedna vrstva. Chybu lze napravit, pokud vrstvy ještě nebyly vyhozeny! Pokud se do nálevky přidá správná vrstva, vše dopadne podle plánu. Abyste této chybě v budoucnu předešli, nezapomeňte Erlenmeyerovy baňky označit. Také nezapomeňte nikdy nevyhazovat žádnou vrstvu, dokud si nejste naprosto jisti, že jste vše provedli správně.
Občasným důvodem, proč se v dělící nálevce vytvoří pouze jedna vrstva, je přítomnost velkého množství sloučenin, které se rozpouštějí v obou rozpouštědlech, například pokud je přítomno velké množství ethanolu, který se dobře rozpouští jak ve vodném, tak v organickém rozpouštědle. V této situaci je nejlepším postupem odstranění problematické sloučeniny (tj. ethanolu) na rotační odparce před extrakcí.
Existují tři vrstvy
Nejčastějším důvodem vzniku tří vrstev v separační nálevce je nedostatečné promíchání (obr. 10 a). Pokud se nálevka protřepe s větší razancí, pravděpodobně se usadí ve dvou vrstvách (obr. 10 b). Je také možné, že prostřední třetí vrstva je emulze, kde obě vrstvy nejsou zcela odděleny.
Na rozhraní je nerozpustný materiál.
Malé množství nerozpustného filmu mezi dvěma vrstvami není během extrakce neobvyklé. Polymerní materiály mají tendenci odpočívat mezi vrstvami, protože interakce rozpouštědel jsou na rozhraní minimalizovány. Menšího množství filmu není třeba se obávat, protože pokud se malé množství dostane do organické vrstvy, následný krok sušení a filtrace jej často odstraní.
Rozhraní není vidět.
Někdy jsou sloučeniny v separační nálevce tak tmavé, že zakrývají rozhraní mezi oběma vrstvami. Pokud k tomu dojde, existuje několik metod, které vám mohou pomoci rozhraní vidět. Jednou z nich je podržet separační nálevku proti světlu nebo si na sklo posvítit baterkou (obr. 11 b). Dodatečné světlo někdy umožní vidět rozhraní. Druhou metodou je pečlivé pozorování vrstev při naklánění nálevky sem a tam do strany (obr. 11 c). Oko může někdy zachytit jemné rozdíly ve způsobu proudění kapalin. Třetí metodou je přidat do nálevky trochu více rozpouštědla, aby se jedna z vrstev poněkud zředila, nebo přidat jiné rozpouštědlo, aby se změnil index lomu.
Vrstvy se dobře neoddělují (vzniká emulze)
)
Emulze mohou vznikat z několika důvodů.
1. Hustota jednotlivých vrstev může být natolik podobná, že existuje slabá motivace k oddělení kapalin.2. Mohou být přítomny mýdlovité sloučeniny nebo jiné emulgátory, které rozpouštějí některé složky v sobě navzájem.
Emulze lze velmi obtížně napravit a je nejlepší, když se jim v první řadě zabrání tím, že se roztoky, které jsou náchylné k emulzi (např. dichlormethan s vysoce zásaditými nebo hustými roztoky), v separační nálevce jemně protřepou. Pokud se přesto emulze vytvoří, existují způsoby, jak se je pokusit vyjasnit.
- a) U mírných emulzí jemně vířete vrstvy a snažte se srazit suspendované kapičky skleněnou míchací tyčinkou.
- b) Pokud je to možné, nechte roztok nějakou dobu odstát (třeba až do další laboratorní hodiny). S dostatečným časovým odstupem se některé roztoky samy usadí. To ovšem nemusí být praktické.
- c) U malých objemů použijte odstředivku, pokud ji máte k dispozici. Odstředivka urychluje proces, kdy se emulze nechá sama usadit. Nezapomeňte, že odstředivka musí být vyvážená, jinak se může z desky stolu rozkývat. Roztoky rozdělte rovnoměrně a do odstředivky umístěte proti sobě zkumavky stejného objemu.
- d) Pokud se emulze vytvoří, protože obě vrstvy mají podobnou hustotu, zkuste změnit hustotu jednotlivých vrstev, aby se více lišily. Abyste pomohli emulzi vyjasnit, pokuste se snížit hustotu horní vrstvy nebo zvýšit hustotu spodní vrstvy. Pokud například vznikne emulze s ethylacetátem (horní vrstva) a vodným roztokem (spodní vrstva), přidejte trochu NaCl. NaCl se rozpustí ve vodné vrstvě a zvýší hustotu vodného roztoku. Případně přidejte další ethylacetát, který zředí organickou vrstvu a sníží její hustotu. V krajním případě přidejte trochu pentanu, který se smísí s horní organickou vrstvou a sníží její hustotu (pentan je jedním z nejméně hustých organických rozpouštědel). Přídavek pentanu se používá jako poslední snaha, protože negativně ovlivní schopnost organické vrstvy extrahovat poněkud polární sloučeniny.
Pokud vznikne emulze s vodným roztokem (horní vrstva) a dichlormethanem (spodní vrstva), přidejte trochu vody ze stříkací láhve, abyste zředili horní vrstvu a snížili její hustotu. Tato metoda se osvědčila k vyjasnění emulze na obr. 13 c, jak dokládá obr. 13 d. - c) Zkuste snížit rozpustnost jedné složky v druhé. Jednou z metod je přidat do dělící nálevky NaCl nebo NH4Cl, které se rozpouštějí ve vodné vrstvě a snižují schopnost organických sloučenin rozpouštět se ve vodě ("vysolování").
Extrakce kyselinou a zásadou
Jak fungují.
Modifikací extrakcí, o nichž jsme se v této kapitole již zmínili, je provedení chemické reakce v separační nálevce za účelem změny polarity, a tedy rozdělení sloučeniny ve vodné a organické vrstvě. Běžnou metodou je provedení acidobazické reakce, která může převést některé sloučeniny z neutrální formy na iontovou (nebo naopak).
Představte si například, že směs kyseliny benzoové a cyklohexanu je rozpuštěna v organickém rozpouštědle, jako je ethylacetát, v dělící nálevce. K oddělení složek se lze pokusit o promytí vodou, aby se odstranila kyselina benzoová, ale kyselina benzoová není ve vodě příliš rozpustná kvůli svému nepolárnímu aromatickému kruhu a do vodné vrstvy by se extrahovalo jen malé množství (obr. 14 a).
Představte si například, že směs kyseliny benzoové a cyklohexanu je rozpuštěna v organickém rozpouštědle, jako je ethylacetát, v dělící nálevce. K oddělení složek se lze pokusit o promytí vodou, aby se odstranila kyselina benzoová, ale kyselina benzoová není ve vodě příliš rozpustná kvůli svému nepolárnímu aromatickému kruhu a do vodné vrstvy by se extrahovalo jen malé množství (obr. 14 a).
Separace směsi kyseliny benzoové a cyklohexanu je však možná pomocí promývání zásadou, například NaOH. Vzhledem ke své kyselé povaze může kyselina benzoová reagovat s NaOH následujícím způsobem, přičemž vzniká karboxylátová sůl benzoanu sodného.
Rozpustnost karboxylových kyselin se podstatně liší od jejich odpovídajících karboxylátových solí. Salicylát sodný je ve vodě zhruba 350krát rozpustnější než kyselina salicylová díky svému iontovému charakteru (obr. 15) a v organických rozpouštědlech, jako je diethylether, je spíše nerozpustný.
Proto by promývání NaOH převedlo kyselinu benzoovou na její iontovou karboxylátovou formu, která by pak byla ve vodné vrstvě rozpustnější, což by umožnilo extrakci benzoanu sodného do vodné vrstvy. Cyklohexan by zůstal v organické vrstvě, protože nemá žádnou afinitu k vodné fázi, ani nemůže nijak reagovat s NaOH. Tímto způsobem lze oddělit směs kyseliny benzoové a cyklohexanu (obr. 14b). Vodná vrstva může být později v případě potřeby okyselena HCl(aq), aby se kyselina benzoová převedla zpět na neutrální formu.
Promývání hydrogenuhličitanem sodným
K extrakci karboxylových kyselin z organické vrstvy do vodné vrstvy lze použít acidobazickou extrakci. Jak bylo uvedeno v předchozí části, NaOH lze použít k převodu karboxylové kyseliny na její ve vodě rozpustnější iontovou karboxylátovou formu. Pokud však směs obsahuje požadovanou sloučeninu, která může reagovat s NaOH, měla by se použít mírnější zásada, jako je hydrogenuhličitan sodný. Dochází k podobné reakci.
Promývání hydrogenuhličitanem sodným
K extrakci karboxylových kyselin z organické vrstvy do vodné vrstvy lze použít acidobazickou extrakci. Jak bylo uvedeno v předchozí části, NaOH lze použít k převodu karboxylové kyseliny na její ve vodě rozpustnější iontovou karboxylátovou formu. Pokud však směs obsahuje požadovanou sloučeninu, která může reagovat s NaOH, měla by se použít mírnější zásada, jako je hydrogenuhličitan sodný. Dochází k podobné reakci.
Jedním z rozdílů při použití zásady NaHCO3 místo NaOH je, že vedlejší produkt kyselina uhličitá (H2CO3) se může rozkládat na vodu a plynný oxid uhličitý. Při protřepávání kyselého roztoku s hydrogenuhličitanem sodným v dělící nálevce je třeba dbát na jemné víření a častější odvzdušňování, aby se uvolnil tlak plynu.
Příkladem reakce, při níž se často používá promývání hydrogenuhličitanem sodným, je Fischerova esterifikační reakce. Pro demonstraci byla kyselina benzoová refluxována v ethanolu spolu s koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku ethylbenzoátu (obr. 16 a a b). TLC deska reakční směsi po 1 hodině refluxu ukázala zbytky nezreagované karboxylové kyseliny (obr. 16 c), což není vzhledem k energetice reakce neobvyklé.
Příkladem reakce, při níž se často používá promývání hydrogenuhličitanem sodným, je Fischerova esterifikační reakce. Pro demonstraci byla kyselina benzoová refluxována v ethanolu spolu s koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku ethylbenzoátu (obr. 16 a a b). TLC deska reakční směsi po 1 hodině refluxu ukázala zbytky nezreagované karboxylové kyseliny (obr. 16 c), což není vzhledem k energetice reakce neobvyklé.
Zbytkovou karboxylovou kyselinu lze z požadovaného esterového produktu odstranit pomocí acidobazické extrakce v dělící nálevce. Promýváním hydrogenuhličitanem sodným se kyselina benzoová převede na její ve vodě rozpustnější formu benzoan sodný a extrahuje se do vodné vrstvy (obr. 17). Hydrogenuhličitan sodný navíc neutralizuje katalytickou kyselinu v této reakci.
Hydrogenuhličitan sodný je v tomto procesu vhodnější než NaOH, protože je mnohem slabší zásadou; promývání NaOH by mohlo způsobit hydrolýzu produktu esteru.
Směsi kyselin a zásad
Jak již bylo uvedeno dříve, acidobazické vlastnosti sloučenin lze využít k selektivní extrakci určitých sloučenin ze směsí. Tuto strategii lze rozšířit na další příkladySměsi kyselin a zásad
Extrakce zásad
Základní sloučeniny, jako jsou aminy, lze extrahovat z organických roztoků jejich protřepáním s kyselými roztoky, aby se přeměnily na soli rozpustnější ve vodě. Tímto způsobem je lze extrahovat z organické vrstvy do vodné vrstvy.Extrakce karboxylových kyselin vs. fenolů
Jak již bylo uvedeno, karboxylové kyseliny lze extrahovat z organické vrstvy do vodné vrstvy protřepáváním se zásaditými roztoky, které je převedou na jejich ve vodě rozpustnější soli.
Jak již bylo uvedeno, karboxylové kyseliny lze extrahovat z organické vrstvy do vodné vrstvy protřepáváním se zásaditými roztoky, které je převedou na jejich ve vodě rozpustnější soli.
Podobná reakce probíhá s fenoly (PhOH) a i ty lze extrahovat do vodné vrstvy NaOH (obr. 18 a).
Fenoly jsou však podstatně méně kyselé než karboxylové kyseliny a nejsou dostatečně kyselé, aby zcela reagovaly s NaHCO3, slabší zásadou. Proto lze k oddělení směsí fenolů a karboxylových kyselin použít roztok hydrogenuhličitanu (obr. 18 b).
Fenoly jsou však podstatně méně kyselé než karboxylové kyseliny a nejsou dostatečně kyselé, aby zcela reagovaly s NaHCO3, slabší zásadou. Proto lze k oddělení směsí fenolů a karboxylových kyselin použít roztok hydrogenuhličitanu (obr. 18 b).
Extrakce kyselin, zásad a neutrálních sloučenin
Dříve diskutované acidobazické vlastnosti umožňují přečistit směs obsahující kyselé (např. RCO2H), zásadité (např. RNH2) a neutrální složky pomocí série extrakcí, jak je shrnuto na obr. 19 (při níž se používá organické rozpouštědlo s menší hustotou než voda).
Dříve diskutované acidobazické vlastnosti umožňují přečistit směs obsahující kyselé (např. RCO2H), zásadité (např. RNH2) a neutrální složky pomocí série extrakcí, jak je shrnuto na obr. 19 (při níž se používá organické rozpouštědlo s menší hustotou než voda).
.
Předpokládá se, že čtenáři provádějící tento typ experimentu jsou obeznámeni s prováděním jednoduchých a vícenásobných extrakcí. V této části jsou popsány rozdíly mezi obecnými extrakčními postupy a postupem shrnutým na obr. 19.
1. Izolace kyselé složky:
a) Když je kyselá složka ve vodné vrstvě v Erlenmeyerově baňce, lze ji přídavkem 2M HCl(aq) převést zpět na neutrální složku, dokud roztok nedá pH 3-4 (stanovené pomocí pH papírku). Pokud je přítomno velké množství kyseliny, takže by okyselení vyžadovalo příliš velký objem 2M HCl(aq), lze místo toho přidávat koncentrovanou HCl(aq) po kapkách. Nižší koncentrace Hcl(aq) jsou méně nebezpečné, ale zvýšení objemu vodné vrstvy o velké množství by ovlivnilo účinnost následných extrakcí a filtračních kroků.
b) Po okyselení lze zvolit dvě cesty v závislosti na tom, zda je kyselá složka pevná nebo kapalná.
1. Izolace kyselé složky:
a) Když je kyselá složka ve vodné vrstvě v Erlenmeyerově baňce, lze ji přídavkem 2M HCl(aq) převést zpět na neutrální složku, dokud roztok nedá pH 3-4 (stanovené pomocí pH papírku). Pokud je přítomno velké množství kyseliny, takže by okyselení vyžadovalo příliš velký objem 2M HCl(aq), lze místo toho přidávat koncentrovanou HCl(aq) po kapkách. Nižší koncentrace Hcl(aq) jsou méně nebezpečné, ale zvýšení objemu vodné vrstvy o velké množství by ovlivnilo účinnost následných extrakcí a filtračních kroků.
b) Po okyselení lze zvolit dvě cesty v závislosti na tom, zda je kyselá složka pevná nebo kapalná.
- Pokud se po okyselení iontové soli vytvoří pevná látka, lze ji zachytit odsávací filtrací. Tato metoda by se měla použít pouze v případě, že se objeví velké množství krystalů velkých rozměrů. Pokud se vytvoří drobné krystalky (což je poměrně časté), ucpou filtrační papír a brání dostatečnému odvodnění. Pokud je vidět pouze malé množství pevné látky v porovnání s teoretickým množstvím, je pravděpodobné, že sloučenina je poměrně dobře rozpustná ve vodě a filtrace by vedla k nízké výtěžnosti.
- Pokud se po okyselení nevytvoří žádná pevná látka (nebo pokud se vytvoří jemné krystalky nebo malé množství pevné látky), extrahujte kyselou složku zpět do organického rozpouštědla (×3). Obecně platí, že pro extrakce použijte třetinové množství rozpouštědla, než je původní vrstva (např. pokud použijete 100 ml vodného roztoku, extrahujte pokaždé 33 ml organického rozpouštědla). Nezapomeňte vodný roztok před extrakcí nejprve zchladit v ledové lázni, pokud okyselením vzniklo znatelné teplo. Pokud použijete diethylether nebo ethylacetát, proveďte následně promývání solným roztokem (×1), vysušte sušícím prostředkem a odstraňte rozpouštědlo rotační odparkou, aby zůstala čistá kyselá složka.
2. Izolace základní složky:
Použijte podobný postup jako při izolaci kyselé složky, pouze roztok bazifikujte pomocí 2M NaOH(aq), dokud nedosáhnete pH 9-10 stanoveného pomocí pH papírku.
3. Izolace neutrální složky:
Neutrální složka bude "zbytek" sloučeniny v organické vrstvě. Pro izolaci se promyje solným roztokem (×1), pokud se použije diethylether nebo ethylacetát, vysuší se sušícím prostředkem a rozpouštědlo se odstraní rotační odparkou, aby zůstala čistá neutrální složka.
Použijte podobný postup jako při izolaci kyselé složky, pouze roztok bazifikujte pomocí 2M NaOH(aq), dokud nedosáhnete pH 9-10 stanoveného pomocí pH papírku.
3. Izolace neutrální složky:
Neutrální složka bude "zbytek" sloučeniny v organické vrstvě. Pro izolaci se promyje solným roztokem (×1), pokud se použije diethylether nebo ethylacetát, vysuší se sušícím prostředkem a rozpouštědlo se odstraní rotační odparkou, aby zůstala čistá neutrální složka.
Závěr.
Extrakční metody se používají pro extrakci některých látek ze směsi. Tyto látky mohou být zásadité, kyselé nebo neutrální (polární nebo nepolární). Tato metoda se například používá při výrobě amfetaminu ve fázi dekantace: horní vrstva obsahující amfetaminovou bázi se shromáždí v alkoholu. Může se trochu vysušit bezvodým síranem hořečnatým a struska se může dodatečně extrahovat nepolárním rozpouštědlem (éter, benzen, toluen), rozpouštědlo se pak odpaří. Výroba mefedronu zahrnuje manipulaci s oddělovací nálevkou a extrakci. Také acidobazická extrakce se používá při čištění některých psychoaktivních látek od nečistot.
Attachments
Last edited: