Omkrystallisering og varmfiltrering

[G.Patton]

Omkrystallisation.

I kemi er omkrystallisering en teknik, der bruges til at rense kemikalier. Ved at opløse både urenheder og en forbindelse i et passende opløsningsmiddel kan enten den ønskede forbindelse eller urenhederne fjernes fra opløsningen og efterlade det andet. Den er opkaldt efter de krystaller, der ofte dannes, når forbindelsen udfældes. Alternativt kan omkrystallisering henvise til den naturlige vækst af større iskrystaller på bekostning af mindre.

Oprensningsmetoden er baseret på princippet om, at opløseligheden af de fleste faste stoffer stiger med øget temperatur. Det betyder, at når temperaturen stiger, øges mængden af opløste stoffer, der kan opløses i et opløsningsmiddel.

En uren forbindelse opløses (urenhederne skal også være opløselige i opløsningsmidlet) for at fremstille en meget koncentreret opløsning ved en høj temperatur. Opløsningen afkøles. Når temperaturen sænkes, falder opløseligheden af urenhederne i opløsningen og det stof, der skal renses. Det urene stof krystalliserer derefter før urenhederne - forudsat at der var mere urent stof, end der var urenheder. Det urene stof vil krystallisere i en renere form, fordi urenhederne ikke krystalliserer endnu, og derfor efterlades urenhederne i opløsningen. En filtreringsproces skal bruges til at adskille de mere rene krystaller på dette tidspunkt. Proceduren kan gentages. Opløselighedskurver kan bruges til at forudsige resultatet af en omkrystalliseringsprocedure.

Rekrystallisation fungerer bedst, når.

1. Mængden af urenheder er lille.
2. Opløselighedskurven for det ønskede opløste stof stiger hurtigt med temperaturen.

Enkeltopløsningsmiddelkrystallisation, eksempel med forklaringer.

Krystalliseringen i dette afsnit viser oprensning af en prøve på ca. 1 g af gammel NBS - bromsuccinimid (NBS), som blev fundet i reagensflasken som et orange pulver. Krystalliseringen bruger vand som opløsningsmiddel, som ikke er brandfarligt, og derfor bruges der en varmeplade.

Spoiler: Fig. 1

a) En gammel prøve af N-bromosuccinimid (NBS), b) Krystallisering af NBS ved hjælp af varmt vand, c) Krystalliseret NBS

Hvis en krystallisering skal udføres med brændbare organiske opløsningsmidler, anbefales et dampbad, og i nogle situationer er det nødvendigt (ved brug af diethylether, acetone eller lavtkogende petroleumsether). Følgende procedure skal bruges som en retningslinje for processen, og nogle vigtige forskelle mellem brug af vand og organiske opløsningsmidler diskuteres i et fremtidigt afsnit.

Spoiler: Fig. 2

a) Uren NBS tilsættes kolben, b) Opvarmning af vand på en kogeplade, c) Tilsætning af varmt vand til det faste stof ved hjælp af en køkkenrulleholder til at holde bægerglasset, d) Tilsætning af varmt vand til det faste stof (ikke NBS, et andet system) ved hjælp af en silicone hot hand protector.

Forbered opsætningen:

• Overfør det urene faste stof, der skal krystalliseres, til en Erlenmeyer-kolbe af passende størrelse (fig. 2 a). Hvis det faste stof er granuleret, skal det først pulveriseres med en glasrørepind.
• Det anbefales ikke at udføre krystallisering i et bægerglas. Den smalle munding på en Erlenmeyer-kolbe giver mulighed for lettere omrøring og minimeret fordampning under processen, da opløsningsmiddeldampe i stedet kondenserer på kolbens vægge (de "tilbagesvaler" på siderne af kolben). Den smalle munding på en Erlenmeyer-kolbe gør det også lettere at dække kolben til under afkølingsfasen eller endda potentielt at sætte prop i ved lange krystalliseringer. En rundbundet kolbe er heller ikke ideel til krystallisering, da kolbens form gør det vanskeligt at genvinde et fast stof i slutningen af processen.
• Det er vigtigt, at kolben ikke er for fuld eller for tom under krystalliseringen. Hvis kolben er mere end halvt fyldt med varmt opløsningsmiddel, vil det være svært at forhindre, at kolben koger over. Hvis kolben indeholder opløsningsmiddel i en højde på mindre end 1 cm, vil opløsningen afkøle for hurtigt. Det er almindeligt at bruge mellem 10-50 gange så meget opløsningsmiddel som prøve, og en grov guide er at bruge en kolbe, hvor prøven lige dækker bunden i et tyndt lag.
• Kom lidt opløsningsmiddel i et bægerglas eller en Erlenmeyer-kolbe sammen med et par kogende sten på varmekilden, og bring det i let kog. Brug et bægerglas, hvis opløsningsmidlet skal hældes, og en Erlenmeyer-kolbe, hvis opløsningsmidlet skal pipetteres. Hvis der forventes en varmfiltrering senere i proceduren, skal du også forberede en ringklemme, der indeholder en tragt med riflet filterpapir (fig. 2 b).

Tilsæt den mindste mængde varmt opløsningsmiddel.

• Når opløsningsmidlet koger, skal du tage fat i bægerglasset med en varm håndbeskytter (fig. 2 d), bomuldshandsker eller en køkkenrulleholder, der er lavet ved at rulle et stykke køkkenrulle til et langt rektangel (fig. 2 c). Ved siden af varmekilden hældes en lille portion kogende opløsningsmiddel i kolben, der indeholder det urene faste stof, så bunden af kolben dækkes. Hvis krystalliseringen udføres i lille skala (ved hjælp af en 50 ml Erlenmeyer-kolbe eller mindre), kan det være lettere at bruge en pipette til at overføre dele af opløsningsmidlet til kolben.
• Det er almindeligt ikke at placere det tørre faste stof oven på varmekilden, før der tilsættes opløsningsmiddel, da det faste stof ellers kan nedbrydes. Når det faste stof er dispergeret i en lille mængde opløsningsmiddel, kan det placeres på varmekilden.

Spoiler: Fig.3 Opløsning af NBS i den mindste mængde varmt vand (kogende sten er også til stede)

• Anbring kolben med det urene faste stof og opløsningsmidlet oven på varmekilden. Brug en metode til at forhindre stød (kogesten, hvis du planlægger at "varmefiltrere", en kogestok), og bring opløsningen til en blid kogning (fig. 3 a).
• Tilsæt opløsningsmiddel i portioner (fig. 3 b), mens du hvirvler rundt for at hjælpe med opløsningen, indtil det faste stof netop er opløst (fig. 3 d). For 100 mg-1g af forbindelsen tilsættes 0,5-2 ml portioner ad gangen. Bemærk, at det kan tage tid for et fast stof at blive helt opløst, da der er et kinetisk aspekt ved opløsningen. Hver tilsætning skal have lov til at koge helt op, før der tilsættes mere opløsningsmiddel, og der skal gå lidt tid mellem tilsætningerne. Hvis man ikke giver tid til opløsning og derfor tilsætter for meget opløsningsmiddel, er det en af de største fejlkilder ved krystallisering.
  Det er ikke ualmindeligt, at der ses væskedråber under opvarmningsprocessen (fig. 4). Det er, når materialet "olierer ud" eller smelter, før det opløses. Hvis det sker, er væskedråberne nu den forbindelse, du krystalliserer, så fortsæt med at tilsætte opløsningsmiddel i portioner, indtil væskedråberne også er helt opløst.
• Hold nøje øje med opløsningen for at vurdere, om størrelsen på de faste stykker (eller væskedråberne) ændrer sig med yderligere opløsningsmiddel: Hvis de ikke gør det, kan der være tale om en uopløselig urenhed. Tilsætning af overskydende opløsningsmiddel i et forsøg på at opløse uopløselige urenheder vil påvirke genvindingen negativt. Hvis der er uopløselige faste urenheder til stede, skal opløsningen filtreres (indsæt et varmt filtreringstrin på dette tidspunkt). Farvede urenheder kan også fjernes på dette tidspunkt med trækul.

Spoiler: Fig. 4: Eksempler på prøver, der "olierer ud" under opløsningen

a) Olieholdige dråber af acetanilid i en opløsning, der er affarvet med trækul, b og c) Olieholdige dråber, der indeholder methylrødt og acetanilid i vand.

Lad opløsningen køle langsomt af.

• Når det faste stof lige er opløst, skal du fjerne kolben fra varmekilden ved hjælp af en varm håndbeskytter, køkkenrulleholder eller handske og sætte den til side til afkøling. Fjern kogestokken eller rørepinden, hvis den bruges til at beskytte mod stød (kogesten kan plukkes ud af det faste stof på et senere tidspunkt, hvis de bruges).
• For at fremme langsom afkøling kan du stille kolben på en overflade, der ikke leder varmen godt, f.eks. et foldet stykke køkkenrulle. Dæk Erlenmeyer-kolbens munding med et urglas for at holde på varmen og opløsningsmidlet (fig. 5 a). Lad opløsningen langsomt komme op på stuetemperatur.
• Når opløsningen afkøles, bør der efterhånden dannes faste krystaller (fig. 5 b). Hvis opløsningen kun er varm at røre ved eller uklar, og der ikke er dannet krystaller, skal du bruge en glasrørepind til at ridse glasset og starte krystalliseringen.
• Når krystalliseringen er begyndt, bør krystallerne langsomt vokse, efterhånden som temperaturen falder. En ideel krystallisering tager mellem 5-20 minutter at krystallisere fuldt ud, afhængigt af skalaen. Fuldstændig krystallisering på mindre end 5 minutter er for hurtigt.
• Når opløsningen er ved stuetemperatur, placeres kolben i et isbad (is-vand-opslæmning) i 10-20 minutter for at sænke forbindelsens opløselighed endnu mere og maksimere krystaldannelsen (fig. 5 d). Læg også en portion opløsningsmiddel i isbadet, som senere skal bruges til at skylle under sugefiltreringen.
• Brug sugefiltrering til at genvinde det faste stof fra blandingen.

Spoiler:Fig. 5

a -c) Afkøling og krystallisering af NBS, d) Yderligere afkøling i et isbad sammen med lidt opløsningsmiddel (i flasken) til skylning.

Krystallisation medblandet opløsningsmiddel, eksempel med forklaringer.

Krystalliseringen i dette afsnit viser oprensning af en prøve på ca. 1 g trans-cinnaminsyre. Trans-cinnaminsyre er opløselig i methanol og uopløselig i vand, og denne krystallisering bruger et blandet opløsningsmiddel af methanol og vand for at give en 74% genvinding.

Spoiler: Fig. 6

a) Udgangsprøve af trans-kanelsyre, b) Krystallisering med methanol/vand, c) Krystalliseret trans-kanelsyre.

Det antages, at forsøgspersoner, der udfører denne teknik, tidligere har udført eller læst om krystallisering med et enkelt opløsningsmiddel.

• Bestem to blandbare opløsningsmidler, der kan bruges til krystalliseringen (fig. 7 a): Den ønskede forbindelse skal være opløselig i det ene opløsningsmiddel (kaldet det "opløselige opløsningsmiddel") og uopløselig i det andet opløsningsmiddel (kaldet det"uopløselige opløsningsmiddel").
• Overfør det urene faste stof, der skal krystalliseres, til en Erlenmeyer-kolbe af passende størrelse (fig. 7 b).
• Kom lidt "opløseligt opløsningsmiddel" i kolben (fig. 7 c), tilsæt en kogestok (eller kogesten, hvis det foretrækkes), og opvarm derefter oven på et dampbad (fig. 7 d). En kogeplade kan bruges med forsigtighed, hvis man bruger de blandede opløsningsmidler methanol/vand eller ethanol/vand.

Spoiler:Fig. 7

a) Trans-cinnaminsyre er uopløselig i vand og opløselig i methanol, b) Tilsætning af det faste stof til kolben, c) Tilsætning af methanol fra varmekilden, d) Tilsætning af nok methanol til at opløse det faste stof.

• Tilsæt mere af det "opløselige opløsningsmiddel" i portioner, indtil det faste stof netop er opløst (fig. 8 a). Sørg for at give tid mellem tilsætningerne, og lad hver tilsætning koge helt op, før du tilsætter mere.
• Tilsæt det "uopløselige opløsningsmiddel" i portioner under opvarmning, indtil opløsningen lige akkurat bliver uklar (fig. 8 c).
• Tilsæt det "opløselige opløsningsmiddel" dråbevis under opvarmning, indtil opløsningen igen er klar (fig. 8 d).

Spoiler:Fig. 8

a) Tilsætning af lige nok opløseligt opløsningsmiddel (methanol) til at opløse det faste stof, b) Tilsætning af det uopløselige opløsningsmiddel (vand) dråbevis, c) Vedvarende uklarhed efter tilsætning af nok uopløseligt opløsningsmiddel, d) Tilsætning af opløseligt opløsningsmiddel for at klarne.

• Fjern kolben fra varmekilden, fjern kogestokken, og sæt kolben oven på et stykke køkkenrulle, der er foldet flere gange. Dæk Erlenmeyer-kolbens munding med et urglas, og lad opløsningen køle langsomt ned til stuetemperatur (fig. 9 a).
• Når opløsningen afkøles, bør der efterhånden dannes faste krystaller (fig. 9 b). Brug en glasrørepind til at ridse kolben og starte krystalliseringen, hvis det er nødvendigt. Anbring krystallerne i et isvandsbad i 10-20 minutter, og opsaml det faste stof ved sugefiltrering.

Spoiler: Fig. 9

Varm filtrering.

En varmfiltrering bruges generelt i nogle krystalliseringer, når et fast stof indeholder urenheder, der er uopløselige i krystalliseringsopløsningsmidlet. Det er også nødvendigt ved krystallisering, når der bruges trækul til at fjerne stærkt farvede urenheder fra et fast stof, da trækul er så fint, at det ikke kan fjernes ved dekantering.

En varmfiltrering udføres ved først at hælde et par ml opløsningsmiddel gennem en tragt, der indeholder et "riflet filterpapir". Et riflet filterpapir har mange fordybninger og et stort overfladeareal, hvilket giver mulighed for en hurtig filtrering. Tragten får lov til at blive varm, mens den blanding, der skal filtreres, bringes i kog. Den kogende blanding hældes derefter gennem filterpapiret i portioner (Fig.10 b og d).

Spoiler: Fig. 10

a) Opløsningsmiddel hældes varmt gennem tragten (bemærk: der bruges varmeplade i denne situation, da opløsningsmidlet er vand), b) Filtrering af en opløsning, der indeholder uopløselige urenheder, c og d) Variationer, hvor der bruges en papirclips i stedet for en ringklemme til at holde tragten.

Det er bedst at bruge en ringklemme til at fastgøre filtreringstragten, selvom tragten også bare kan placeres oven på kolben. Hvis man ikke bruger en ringklemme, anbefales det at placere en bøjet papirclips mellem kolben og tragten, så den fortrængte luft kan slippe ud af den nederste kolbe, når væsken løber ud (fig. 10 c og d). Uden en ringklemme er opstillingen mere tilbøjelig til at vælte, og det er derfor betydeligt mere sikkert at bruge en ringklemme.

En varmfiltrering bruges til at filtrere opløsninger, der vil krystallisere, når de får lov til at køle af. Det er derfor vigtigt, at tragten holdes varm under filt reringen gennem kontakt med varme opløsningsmiddeldampe, da der ellers kan dannes krystaller på filterpapiret eller i tragtens stilk (fig. 11).

Spoiler:Fig. 11 En filtrering, der blev udført ved for lav temperatur

a) Der skete en krystallisering i tragtens stilk, b) Man kan se en forskydning på filterpapiret, som repræsenterer et fast stof, der har krystalliseret en smule på filterpapiret, c) Der blev dannet tydelige krystaller på filterpapiret.

Krystallisering på filterpapiret kan tilstoppe opsætningen og forårsage et tab af udbytte (da filterpapiret senere vil blive smidt væk). Krystallisering i stilken forhindrer filtrering og kan fungere som en prop i bunden af tragten. En fordel ved varmfiltrering er, at det kogende opløsningsmiddel i filterkolben hjælper med at opløse krystaller, der dannes for tidligt i tragtens stilk. Ved varmfiltrering anbefales det at bruge en tragt med kort skaft (fig. 12 a) eller en tragt uden skaft (fig. 12 c), hvis det er muligt, i stedet for en tragt med langt skaft (fig. 12 b), da der er mindre sandsynlighed for, at materialet krystalliserer i et kort eller manglende skaft.

Spoiler:Fig. 12

a) Tragt med kort stilk, b) Tragt med lang stilk (må ikke bruges til varmfiltrering), c) Tragt uden stilk

Da det er vigtigt, at en opløsning filtreres hurtigt, før den når at køle af i tragten, bruges der ofte et "riflet filterpapir" (Fig. 13 b og c) i stedet for det kvadrantfoldede filterpapir, der nogle gange bruges ved tyngdekraftfiltrering (Fig. 13 a). Det større antal bøjninger på det riflede filterpapir giver et større overfladeareal og hurtigere filtrering. Folderne skaber også plads mellem filterpapiret og glastragten, så den fortrængte luft lettere kan komme ud af kolben, når væsken løber ud.

Spoiler: Fig. 13

a ) Kvadrantfoldet filterpapir (anbefales ikke til varmfiltrering), b) Et riflet filterpapir efter foldning, c) Ufoldet riflet filterpapir under varmfiltrering.

Trin-for-trin-procedurer.

Varmfiltrering bruges ofte i forbindelse med krystallisering, og denne procedure skal indsættes efter opløsningstrinnet, men før opløsningen sættes til side til langsom afkøling.

Spoiler: Fig. 14

a) Kortskaftet tragt, b) Hvis du ikke bruger en ringklemme, skal du placere en bøjet papirclips mellem tragten og Erlenmeyer-kolben, c) Riflet filterpapir (udfoldet), d) Hæld opløsningsmiddel gennem tragten for at gøre den varm.

Forbered filtreringsopsætningen

• Anskaf en tragt uden stilk eller med kort stilk (fig. 14 a), og sæt den i en ringklemme, der er fastgjort til et ringstativ eller gitterværk (eller alternativt en bøjet papirclips til formålet, som vist i fig. 14 b).
• Bøj et filterpapir i den rigtige størrelse til din tragt til en harmonika (instruktionerne findes i fig. 15, og den resulterende harmonika ses i fig. 14 a). Når papiret placeres i tragten, må det ikke være kortere end toppen af tragten, da opløsningen ellers kan glide forbi filterpapiret, når den hældes.

Spoiler: Fig.15 Oprettelse af et riflet filterpapir. De stiplede linjer viser, hvor filterpapiret skal krølles og foldes. Pilene viser retningenfor foldningen.

• Med en ren Erlenmeyer-kolbe af den korrekte størrelse til krystalliseringen under tragten og på varmekilden hældes et par ml varmt opløsningsmiddel i tragten (fig. 14 d).
  a) Hvis du bruger en ringklemme, skal du justere klemmen, så der er et lille mellemrum mellem Erlenmeyer-kolbens munding og tragtens bund: Dette gør det muligt for luft at blive fortrængt, når væsken strømmer ned i kolben. Hvis afstanden er for stor, vil varme dampe slippe ud uden at opvarme tragten.
  b) Hvis du ikke bruger en ringklemme, skal du placere en bøjet papirclips mellem kolben og tragten (fig. 14 b).
• Lad opløsningsmidlet koge, så hele opsætningen bliver varm. Hvis du bruger trækul, skal du indsætte den procedure nu.

Spoiler: Fig. 16

a) Varm filtrering, b) Holder en varm kolbe med en køkkenrulleholder, c) Væske væder den for brede køkkenrulleholder.

Filtrer opløsningen i portioner.

• Når filterkolben er ret varm, og den opløsning, der skal filtreres, koger, hældes den kogende blanding i filtertragten i portioner. Rør ved kolben og filterpapiret i tragten, mens du hælder (fig. 16 a).
• Sikkerhedsbemærkning: Kolben kan være ret varm, og varme dampe kan skolde din hånd, når du hælder (hæld sidelæns, så din hånd ikke er over tragten). Hvis kolben er for varm til at holde med hænderne, kan du bruge en "køkkenrulleholder" til at holde kolben (fig. 16 a):
  a) Fold en del af køkkenrullen over flere gange, så den resulterende strimmel er ca. en tomme bred. Fastgør eventuelt strimlen med et par stykker tape.
  b) Når du holder en kolbe, skal køkkenrulleholderen være under kolbens kant. På den måde vil væsken ikke sive op mod køkkenrullen, når man hælder (håndklædet forbliver tørt i Fig. 16 a), men vådt med det for brede håndklæde i Fig. 16 c).

Spoiler:Fig. 17

a) Flasken sættes tilbage på varmekilden mellem hældningerne, filterpapir, der b) skal skylles, c) ikke skal skylles.

• Når du ikke hælder den blanding, der skal filtreres, sættes kolben tilbage på varmekilden (fig. 17 a).
• Når blandingen er helt filtreret, sættes den tomme kolbe på bordpladen (sikkerhedsanbefaling: opvarm ikke en tom kolbe, da den ellers kan revne). Undersøg tragten: Hvis der ses krystaller på filterpapiret (som i fig. 17 b), skylles der med et par ml kogende opløsningsmiddel for at opløse dem. Det er ikke nødvendigt at skylle i Fig. 17 c.
• Undersøg filtratet (den væske, der er gået gennem filterpapiret). Hvis der er brugt trækul, og filtratet er gråt, eller du kan se fine sorte partikler, er der kommet trækul gennem filterpapiret, enten gennem et hul eller ved at bruge den forkerte filtermaskestørrelse. Hvis klassekammeraterne ikke har gråt i deres opløsninger, var det sandsynligvis et hul. Gentag varmfiltreringstrinnet med et nyt filterpapir og en ny kolbe.

 

[MuricanSpirit]

Sikke et fint "resumé"! Jeg elsker de trinvise procedurer (f.eks. ved en noob som mig ikke, hvordan man laver filterpapir, vi ville nok bare bruge et kaffefilter uden forberedelse).

 

[white7proton]

Jeg elskede at læse dette. Tusind tak skal du have

 

[ACAB]

@G.Patton Kan omkrystalliseringen af P2NP også udføres med en blanding af IPA og vand (f.eks. 88/12 %)?

 

[G.Patton]

http://bbzzzsvqcrqtki6umym6itiixfhni37ybtt7mkbjyxn2pgllzxf2qgyd.onion/wiki/phenyl-2-nitropropene/

 

[ACAB]

Ja @G.Patton, jeg kender denne artikel, men mit spørgsmål gik mere specifikt på, om en blanding af IPA (P2NP opløselig) og vand (P2NP uopløselig) også ville fungere. Faktisk burde det ikke være et problem, så længe det er vand, ikke? Og hvis ikke, kan du så forklare mig, hvorfor det ikke er tilfældet?

 

[G.Patton]

Jeg tror, det er okay, men jeg kan ikke sige det med sikkerhed. Du kan prøve med en lille mængde.

 

[Leo]

Hej, mit navn er Leo, jeg vil gerne vide, om I har et kursus, hvor man kan lære at lave metamfetamin.

 

[G.Patton]

Hej, Leo. Der er flere emner med sådanne manualer og videoer i afsnittet Amfetaminer (phenylethylaminer). Selvom dit spørgsmål ikke er forbundet med dette emne, vil jeg svare, at vi ikke laver sådanne kurser. Vi laver kun videovejledninger på nuværende tidspunkt.