Kivonási elmélet.
Az "extrakció" a vegyület(ek) átvitelére utal egy szilárd vagy folyékony anyagból egy másik oldószerbe vagy fázisba. Amikor egy teafiltert forró vízhez adunk, a tea ízéért és színéért felelős vegyületek kivonódnak a teafilterből a vízbe. A koffeinmentes kávé úgy készül, hogy a kávébabból oldószerrel vagy szuperkritikus szén-dioxiddal vonják ki a koffeint. A kémiai laboratóriumban leggyakrabban folyadék-folyadék extrakciót alkalmaznak, amely egy elválasztótölcsérben történik. Az oldott komponenseket tartalmazó oldatot a tölcsérbe helyezzük, majd egy nem keverhető oldószert adunk hozzá, így két réteg keletkezik, amelyeket összerázunk. A leggyakoribb, hogy az egyik réteg vizes, a másik pedig szerves oldószer. Az összetevők "extrahálódnak", amikor az egyik rétegből a másikba kerülnek. Az elválasztótölcsér alakja lehetővé teszi a két réteg hatékony elvezetését és elválasztását.
ábra Az extrakció vázlata
A vegyületek az egyik folyadékból a másikba az egyes folyadékokban való relatív oldhatóságuk függvényében kerülnek át. Az oldhatóságra vonatkozó gyors útmutató a "hasonló oldódik hasonlóan" elv, ami azt jelenti, hogy a nem poláris vegyületek könnyen extrahálhatók nem poláris oldószerekbe (és fordítva). A tea ízéért és színéért felelős vegyületek polárisak lehetnek, ha könnyen kivonhatók forró vízbe. Ha egy elválasztótölcsérben két folyadék között egyensúlyban hagyjuk, a vegyület többsége gyakran abban a rétegben végzi, amelyik jobban oldódik.
2. ábra
Az extrakciók lépésenkénti eljárásai.
Egyszeri extrakció.
Az ebben a részben található képek a metilvörös (színes vegyület, 3. ábra) egyszeri extrakcióját mutatják vizes oldatból (alsó réteg) 25 ml etil-acetátba (felső réteg). A vizes oldat eredetileg rózsaszínű, mivel a metilvörös savas oldatban vörösnek látszik (a vizes oldat 50 ml vízből, 5 csepp 0,1MHCl és 5 csepp 1%-os metilvörös indikátoroldatból készült). A metilvörösnek nagy a megoszlási együtthatója, és ebben az eljárásban a vizes rétegből az etil-acetátba extrahálódik.
A metilvörös (a színes vegyület) extrakciójának előrehaladása a savas vizes rétegből (alul) a szerves rétegbe (felül). Az inverziókat lassan végeztük, hogy az extrakciót lépésenként lássuk. Még gyengéd keverés esetén is gyorsan extrahálódik a metilvörös.
A beállítás előkészítése (egyszeri extrakcióhoz)
1. Szerezzünk be egy elválasztótölcsért (4. ábra a).- a) Ha az elválasztótölcsér tefloncsappal van ellátva, szerelje vissza a csapot, ha a szárításhoz szétszedték, és helyezze az alkatrészeket a megfelelő sorrendben (4. ábra b). Ügyeljen arra, hogy a tefloncsap mérsékelten szoros legyen, hogy még könnyen forogjon, de ne legyen annyira laza, hogy a folyadék szivároghasson az illesztés körül.
- b) Ha üvegcsapot használunk (4. ábra c), azt valószínűleg nem kell tovább előkészíteni. Egy nagyon vékony zsírréteget kell használni a csap lezárására és a befagyás megakadályozására. Ha mind üveg-, mind tefloncsapok rendelkezésre állnak, a teflon a jobb választás, mivel mindig fennáll annak a lehetősége, hogy az oldószer feloldja az üvegcsapoknál használt zsírt, és szennyezi a mintát.
- c) Szerezzen be egy olyan dugót is (teflon vagy csiszolt üveg), amely jól illeszkedik a tölcsér felső illesztésébe (4. ábra a).
2. Helyezze az elválasztótölcsért egy gyűrűs állványhoz vagy rácsszerkezethez rögzített gyűrűs szorítóba. A tölcsérek könnyen eltörnek, ezért párnázza ki a tölcsért a fémbilincsben hasított gumi vagy műanyag csődarabokkal (4. ábra d).
Adjuk hozzá az oldatokat (egyszeri extrakcióhoz)
3. Mielőtt bármit beleöntünk az elválasztó tölcsérbe, győződjünk meg arról, hogy a csap "zárt" helyzetben van, ahol a csap vízszintesen áll (5. ábra a). Biztonsági megoldásként mindig helyezzen egy Erlenmeyer-lombikot az elválasztó tölcsér alá, mielőtt kiöntené (5. ábra b). Ez felfoghatja a folyadékot abban az esetben, ha a csap véletlenül nyitva marad, vagy ha a csap meglazul, és a folyadék véletlenül kiszivárog.
4. Egy tölcsér segítségével öntsük a kivonandó folyadékot az elválasztótölcsérbe (5. ábra b). Az elválasztótölcsért soha nem szabad forró vagy meleg folyadékkal használni. Az elválasztótölcsér tetején lévő csiszolt üvegcsukló hajlamosabb a dugóhoz tapadni, ha a csuklóban valamikor folyadék volt. Ha a folyadékot rövid szárú tölcsérrel öntjük az elválasztótölcsérbe, elkerülhetjük, hogy a kötés nedves legyen, így kevésbé valószínű, hogy a keverés során megfagy.
3. Mielőtt bármit beleöntünk az elválasztó tölcsérbe, győződjünk meg arról, hogy a csap "zárt" helyzetben van, ahol a csap vízszintesen áll (5. ábra a). Biztonsági megoldásként mindig helyezzen egy Erlenmeyer-lombikot az elválasztó tölcsér alá, mielőtt kiöntené (5. ábra b). Ez felfoghatja a folyadékot abban az esetben, ha a csap véletlenül nyitva marad, vagy ha a csap meglazul, és a folyadék véletlenül kiszivárog.
4. Egy tölcsér segítségével öntsük a kivonandó folyadékot az elválasztótölcsérbe (5. ábra b). Az elválasztótölcsért soha nem szabad forró vagy meleg folyadékkal használni. Az elválasztótölcsér tetején lévő csiszolt üvegcsukló hajlamosabb a dugóhoz tapadni, ha a csuklóban valamikor folyadék volt. Ha a folyadékot rövid szárú tölcsérrel öntjük az elválasztótölcsérbe, elkerülhetjük, hogy a kötés nedves legyen, így kevésbé valószínű, hogy a keverés során megfagy.
Öntsünk az elválasztó tölcsérbe az extrakciós oldószerből az eljárásnak megfelelően (5. ábra c). Az extrakcióhoz nem szükséges pontos mennyiségű oldószert használni, a térfogatokat mérőhengerben lehet mérni. Ha egy eljárás 20 ml oldószert igényel, elfogadható, ha minden alkalommal 20-25 ml-t használunk.
Keverjük össze az oldatokat (egyszeri extrakcióhoz)
6. Helyezze a dugót a tölcsérre, és tartsa a tölcsért úgy, hogy az egyik kéz ujjai biztonságosan fedjék a dugót, míg a másik kéz a tölcsér alját fogja (6. ábra a).
7. Óvatosan fordítsa meg a tölcsért (6. ábra b), és egy kicsit forgassa meg a keveréket. Bár nem ritka, hogy megfordításkor némi folyadék kúszik be az őrölt üvegfugába, ennek minimálisnak kell lennie. Ha a tölcsér megfordításakor folyadék csöpög az ujjaira vagy a kesztyűjére, akkor valószínűleg a dugó rossz méretű.
Keverjük össze az oldatokat (egyszeri extrakcióhoz)
6. Helyezze a dugót a tölcsérre, és tartsa a tölcsért úgy, hogy az egyik kéz ujjai biztonságosan fedjék a dugót, míg a másik kéz a tölcsér alját fogja (6. ábra a).
7. Óvatosan fordítsa meg a tölcsért (6. ábra b), és egy kicsit forgassa meg a keveréket. Bár nem ritka, hogy megfordításkor némi folyadék kúszik be az őrölt üvegfugába, ennek minimálisnak kell lennie. Ha a tölcsér megfordításakor folyadék csöpög az ujjaira vagy a kesztyűjére, akkor valószínűleg a dugó rossz méretű.
8. Az oldatok keverésekor az elválasztó tölcsérben nyomás alakulhat ki, ezért közvetlenül a keverés után, a tölcsért még mindig megfordítva, "szellőztessük ki" a tölcsért a csap rövid időre történő kinyitásával, hogy a nyomás le tudjon engedni (6. ábra c). A tölcsérben nyomás épül fel, ahogy az oldószer elpárolog a fejtérbe, és további gőzzel járul hozzá a tölcsérben lévő kezdeti ∼1 atmoszféra légnyomáshoz. Erősen illékony oldószerek (mint például a dietil-éter) esetén a légtelenítéskor határozott "suhogás" hallható, és kis mennyiségű folyadék akár ki is spriccelhet a csapon. Ha folyadék köpködik ki a csapból, próbálja meg hagyni, hogy az visszacsorogjon a tölcsérbe. A légtelenítéssel járó zaj általában a második vagy harmadik inverzió után megszűnik, mivel a fejtér telítődik oldógőzökkel, és a tölcséren belüli és kívüli nyomás kiegyenlítődik.
Biztonsági megjegyzés: Soha ne irányítsa a csapot valaki felé, miközben szellőztet, mert előfordulhat, hogy a folyadék egy része ráfröccsen.
9. Zárja el a csapot, és keverje az oldatokat kicsit erőteljesebben, időnként megállva a rendszer légtelenítésére. Különböző vélemények vannak arról, hogy milyen erősen és mennyi ideig kell az oldatokat az elválasztótölcsérben keverni. Általános útmutatásként 10-20 másodpercig tartó enyhe keverés elegendő lehet. Egyes oldatoknál (pl. diklórmetán) ügyelni kell arra, hogy ne rázzuk túl erőteljesen, mivel ezek az oldatok gyakran emulziót képeznek (ahol az oldatok közötti határfelület nem tisztul). Az emulzióra hajlamos oldatok esetében a tölcsért egy percig óvatosan kell ringatni.
10. Helyezze az elválasztótölcsért függőlegesen a gyűrűs szorítóba, hogy a rétegek teljesen elváljanak egymástól. A rétegek közötti határfelületnek viszonylag gyorsan, gyakran körülbelül 10 másodpercen belül le kell ülepednie. Ha a határfelület zavaros vagy nem jól definiált (emulzió képződött), a hibaelhárítás szakaszban talál tippeket.
A rétegek szétválasztása (egyszeri extrakcióhoz)
11. A folyadék nem fog jól lefolyni az elválasztó tölcsérből, ha a dugó rajta marad, mivel a levegő nem tud a tölcsérbe jutni, hogy pótolja a kiszorult folyadékot. Ha a folyadék anélkül folyik ki a tölcsérből, hogy ugyanolyan mennyiségű levegővel pótolná, akkor a tölcsérben negatív nyomás alakulna ki. Ezért mielőtt folyadékot engednénk ki az elválasztótölcsérből, távolítsuk el a dugót (7. ábra a).
12. Az alsó réteg nagy részét engedjük le egy tiszta Erlenmeyer-lombikba, a gyűrűs bilincset úgy helyezve el, hogy az elválasztótölcsér csúcsa a fröccsenés megakadályozása érdekében az Erlenmeyer-lombikba fészkeljen (7. ábra b). Állítsa le a lecsapolást, amikor a határfelület 1 cm-en belül van a csap aljától.
13. Óvatosan forgassa meg a tölcsért, hogy az üvegre tapadt cseppeket eltávolítsa (7. ábra c). A makacsul megtapadt cseppek leütéséhez használhatunk egy üvegkeverő rudat.
14. A továbbiakban engedje le az alsó réteget, és állítsa le, amikor a határfelület éppen csak belép a dugócsap kamrába (7. ábra d). Címkézze fel az Erlenmeyer-lombikot (pl. "alsó réteg").
Biztonsági megjegyzés: Soha ne irányítsa a csapot valaki felé, miközben szellőztet, mert előfordulhat, hogy a folyadék egy része ráfröccsen.
9. Zárja el a csapot, és keverje az oldatokat kicsit erőteljesebben, időnként megállva a rendszer légtelenítésére. Különböző vélemények vannak arról, hogy milyen erősen és mennyi ideig kell az oldatokat az elválasztótölcsérben keverni. Általános útmutatásként 10-20 másodpercig tartó enyhe keverés elegendő lehet. Egyes oldatoknál (pl. diklórmetán) ügyelni kell arra, hogy ne rázzuk túl erőteljesen, mivel ezek az oldatok gyakran emulziót képeznek (ahol az oldatok közötti határfelület nem tisztul). Az emulzióra hajlamos oldatok esetében a tölcsért egy percig óvatosan kell ringatni.
10. Helyezze az elválasztótölcsért függőlegesen a gyűrűs szorítóba, hogy a rétegek teljesen elváljanak egymástól. A rétegek közötti határfelületnek viszonylag gyorsan, gyakran körülbelül 10 másodpercen belül le kell ülepednie. Ha a határfelület zavaros vagy nem jól definiált (emulzió képződött), a hibaelhárítás szakaszban talál tippeket.
A rétegek szétválasztása (egyszeri extrakcióhoz)
11. A folyadék nem fog jól lefolyni az elválasztó tölcsérből, ha a dugó rajta marad, mivel a levegő nem tud a tölcsérbe jutni, hogy pótolja a kiszorult folyadékot. Ha a folyadék anélkül folyik ki a tölcsérből, hogy ugyanolyan mennyiségű levegővel pótolná, akkor a tölcsérben negatív nyomás alakulna ki. Ezért mielőtt folyadékot engednénk ki az elválasztótölcsérből, távolítsuk el a dugót (7. ábra a).
12. Az alsó réteg nagy részét engedjük le egy tiszta Erlenmeyer-lombikba, a gyűrűs bilincset úgy helyezve el, hogy az elválasztótölcsér csúcsa a fröccsenés megakadályozása érdekében az Erlenmeyer-lombikba fészkeljen (7. ábra b). Állítsa le a lecsapolást, amikor a határfelület 1 cm-en belül van a csap aljától.
13. Óvatosan forgassa meg a tölcsért, hogy az üvegre tapadt cseppeket eltávolítsa (7. ábra c). A makacsul megtapadt cseppek leütéséhez használhatunk egy üvegkeverő rudat.
14. A továbbiakban engedje le az alsó réteget, és állítsa le, amikor a határfelület éppen csak belép a dugócsap kamrába (7. ábra d). Címkézze fel az Erlenmeyer-lombikot (pl. "alsó réteg").
ábra
a) A dugó levétele a tölcsér leürítése előtt, b) Leürítés a határfelületig, c) Cseppek megtapadása (más rendszert használva), d) Megállás, amikor a határfelület a dugókamrában van.15. Öntsük ki a felső réteget az elválasztótölcsér tetejéről egy másik tiszta Erlenmeyer-lombikba (8. a) ábra), ügyelve arra, hogy ezt a lombikot ismét felcímkézzük (8. b) ábra). A helyes technika szerint az alsó réteget a csapon keresztül kell leengedni, a felső réteget pedig a tölcsér tetejéről kell kiönteni. Ez a módszer minimálisra csökkenti az oldatok újrakeveredését, mivel csak az alsó réteg érintkezik a tölcsér szárával.
16. Soha ne dobja ki az extrakcióból származó folyadékokat , amíg nem teljesen biztos benne, hogy a kívánt vegyületet kapta. A nem kívánt rétegeket akkor lehet megfelelően kidobni, amikor a kívánt vegyület már a kezében van (pl. miután a rotációs elpárologtató eltávolította az oldószert).
Az extrakciók során elkövetett hibák (pl. a rossz réteggel való folytatás), mindaddig megoldhatók, amíg az oldatok nem kerültek a hulladéktartályba! A rétegeket azért is érdemes a bepárlás utánig megőrizni, mert előfordulhat, hogy a kívánt vegyület nem nagyon oldódik a használt oldószerben. Ha egy oldószerben nem sikerült a vegyület extrakciója, akkor később egy másik oldószerrel lehet próbálkozni, ismét csak akkor, ha a rétegeket még nem dobtuk ki.
Tisztítás (egyszeri extrakció esetén)
Az elválasztótölcsér tisztításához először öblítse ki acetonnal egy hulladéktároló edénybe. Ezután mossa el a tölcsért szappannal és vízzel a munkaasztalon. Szerelje szét a tefloncsapot (ha használ). A desztillált vízzel történő öblítés után hagyja a részeket elkülönítve száradni a szekrényében (8. ábra c).
Az extrakciók során elkövetett hibák (pl. a rossz réteggel való folytatás), mindaddig megoldhatók, amíg az oldatok nem kerültek a hulladéktartályba! A rétegeket azért is érdemes a bepárlás utánig megőrizni, mert előfordulhat, hogy a kívánt vegyület nem nagyon oldódik a használt oldószerben. Ha egy oldószerben nem sikerült a vegyület extrakciója, akkor később egy másik oldószerrel lehet próbálkozni, ismét csak akkor, ha a rétegeket még nem dobtuk ki.
Tisztítás (egyszeri extrakció esetén)
Az elválasztótölcsér tisztításához először öblítse ki acetonnal egy hulladéktároló edénybe. Ezután mossa el a tölcsért szappannal és vízzel a munkaasztalon. Szerelje szét a tefloncsapot (ha használ). A desztillált vízzel történő öblítés után hagyja a részeket elkülönítve száradni a szekrényében (8. ábra c).
Többszörös extrakció.
Ebben a szakaszban lépésről-lépésre útmutatásokat találunk arra vonatkozóan, hogyan lehet egy vizes oldatot a víznél kisebb sűrűségű szerves oldószerrel extrahálni (a szerves réteg lesz a tetején). Példaként egy vizes oldat háromszori extrahálására írjuk le az utasításokat, minden alkalommal 25 ml dietil-étert használva (3×25 ml dietil-éter). Az első két extrakció eljárási összefoglalója a 9. ábrán látható Két extrakció, amikor a szerves réteg van felül.
.
1. extrakció
1. Végezzen egyetlen extrakciót kb. 25 ml dietil-éterrel (a pontos mennyiség nem szükséges) a korábban leírtak szerint, ügyelve arra, hogy minden réteget megfelelően jelölje meg (pl. "felső szerves réteg" és "alsó vizes réteg").
2. extrakció
2. Tegyük vissza a vizes réteget az elválasztótölcsérbe. Az extrakciók között nem szükséges a tölcsért elmosni.
3. Adjunk egy újabb 25 ml-es adag dietil-étert az elválasztó tölcsérbe. Zárja el a tölcsért, fordítsa meg és rázza fel szellőztetéssel, majd hagyja, hogy a rétegek elváljanak egymástól.
Ennél a lépésnél két rétegnek kell lennie az elválasztótölcsérben. Ha nincs két réteg, akkor valószínű, hogy a 2. lépésben rossz réteget adtunk a tölcsérbe (ez gyakori hiba). Egyik módja annak, hogy teszteljük, hogy ez volt-e a hiba, ha egy spriccelős üvegből egy kis vizet adunk hozzá. Ha az elválasztótölcsérbe visszatett réteg a szerves réteg (hibás), akkor a spriccelős üvegből származó víz nem keveredik az oldattal, hanem cseppek formájában az aljára hullik. Ha véletlenül a szerves réteg (helytelen) került vissza az elválasztótölcsérbe, akkor nem történt semmi baj, mivel a szerves réteg egyszerűen felhígult. Öntse vissza a folyadékot a szerves rétegnek szánt lombikba, és helyette a vizes oldatot adja a tölcsérbe.
4. Az alsó vizes réteget erlenmeyer-lombikba öntse le: elfogadható, ha ugyanazt a lombikot használja, amelyet az első extrakció során a vizes réteghez használt (amely esetleg az "alsó vizes réteg" feliratot viselte).
5. Mivel a leggyakoribb, hogy a szerves rétegeket többszörös extrakcióban egyesítjük, a felső szerves réteget kiönthetjük az elválasztó tölcsérből ugyanabba a lombikba, amelyet az első extrakcióban a szerves réteghez használtunk (amelyet esetleg "felső szerves réteg" felirattal láttunk el). Ebben a lombikban nagyjából 50 ml dietil-éternek kell lennie a két extrakcióból.
3. extrakció
6. Ismételjük meg az extrakciót harmadszor is úgy, hogy a második extrakcióból származó vizes réteget az elválasztó tölcsérbe adjuk, majd egy újabb 25 ml friss adag dietil-étert. Zárja el a tölcsért, fordítsa meg és rázza fel szellőztetéssel, majd hagyja, hogy a rétegek elváljanak egymástól.
7. A vizes réteget öntse le a megfelelő lombikba, és a felső réteget ismét öntse a szerves rétegű lombikba, ahol a három extrakcióból származó nagyjából 75 ml dietil-éternek kell lennie.
1. Végezzen egyetlen extrakciót kb. 25 ml dietil-éterrel (a pontos mennyiség nem szükséges) a korábban leírtak szerint, ügyelve arra, hogy minden réteget megfelelően jelölje meg (pl. "felső szerves réteg" és "alsó vizes réteg").
2. extrakció
2. Tegyük vissza a vizes réteget az elválasztótölcsérbe. Az extrakciók között nem szükséges a tölcsért elmosni.
3. Adjunk egy újabb 25 ml-es adag dietil-étert az elválasztó tölcsérbe. Zárja el a tölcsért, fordítsa meg és rázza fel szellőztetéssel, majd hagyja, hogy a rétegek elváljanak egymástól.
Ennél a lépésnél két rétegnek kell lennie az elválasztótölcsérben. Ha nincs két réteg, akkor valószínű, hogy a 2. lépésben rossz réteget adtunk a tölcsérbe (ez gyakori hiba). Egyik módja annak, hogy teszteljük, hogy ez volt-e a hiba, ha egy spriccelős üvegből egy kis vizet adunk hozzá. Ha az elválasztótölcsérbe visszatett réteg a szerves réteg (hibás), akkor a spriccelős üvegből származó víz nem keveredik az oldattal, hanem cseppek formájában az aljára hullik. Ha véletlenül a szerves réteg (helytelen) került vissza az elválasztótölcsérbe, akkor nem történt semmi baj, mivel a szerves réteg egyszerűen felhígult. Öntse vissza a folyadékot a szerves rétegnek szánt lombikba, és helyette a vizes oldatot adja a tölcsérbe.
4. Az alsó vizes réteget erlenmeyer-lombikba öntse le: elfogadható, ha ugyanazt a lombikot használja, amelyet az első extrakció során a vizes réteghez használt (amely esetleg az "alsó vizes réteg" feliratot viselte).
5. Mivel a leggyakoribb, hogy a szerves rétegeket többszörös extrakcióban egyesítjük, a felső szerves réteget kiönthetjük az elválasztó tölcsérből ugyanabba a lombikba, amelyet az első extrakcióban a szerves réteghez használtunk (amelyet esetleg "felső szerves réteg" felirattal láttunk el). Ebben a lombikban nagyjából 50 ml dietil-éternek kell lennie a két extrakcióból.
3. extrakció
6. Ismételjük meg az extrakciót harmadszor is úgy, hogy a második extrakcióból származó vizes réteget az elválasztó tölcsérbe adjuk, majd egy újabb 25 ml friss adag dietil-étert. Zárja el a tölcsért, fordítsa meg és rázza fel szellőztetéssel, majd hagyja, hogy a rétegek elváljanak egymástól.
7. A vizes réteget öntse le a megfelelő lombikba, és a felső réteget ismét öntse a szerves rétegű lombikba, ahol a három extrakcióból származó nagyjából 75 ml dietil-éternek kell lennie.
Hibaelhárítás.
Ez a szakasz az extrakciók gyakori problémáit és megoldásait ismerteti.Csak egy réteg van
A leggyakoribb ok, amiért csak egy réteg van az elválasztótölcsérben, holott kettőnek kellene lennie (mint amikor az eljárás azt mondja, hogy "válasszuk el a rétegeket"), az az, hogy hibát követtünk el. Valószínűleg az történt, hogy rossz réteget adtak az elválasztótölcsérbe - például a vizes réteg helyett tudtukon kívül a szerves réteget adták hozzá. Ha szerves oldószert adunk az elválasztótölcsérben lévő szerves réteghez, az eredmény csak egy réteg lesz. A hibát addig lehet orvosolni, amíg a rétegeket még nem dobták ki! Ha a megfelelő réteget adjuk a tölcsérbe, minden a terv szerint fog működni. Hogy a jövőben ne kövessük el ezt a hibát, mindenképpen címkézzük fel az Erlenmeyer-lombikokat. Emellett ügyelj arra, hogy soha ne dobj ki egy réteget sem, amíg nem vagy teljesen biztos benne, hogy mindent helyesen csináltál.
Alkalmanként előfordulhat, hogy csak egy réteg képződik az elválasztótölcsérben, ha olyan vegyületek vannak jelen nagy mennyiségben, amelyek mindkét oldószerben oldódnak, például ha nagy mennyiségű etanol van jelen, amely mind vizes, mind szerves oldószerekben jól oldódik. Ebben a helyzetben a legjobb megoldás a problémás vegyület (azaz az etanol) eltávolítása rotációs elpárologtatóval az extrakció előtt.
Három réteg van
Az elválasztótölcsérben lévő három réteg leggyakoribb oka a nem megfelelő keverés (10. ábra a). Ha a tölcsért erőteljesebben rázzuk, akkor valószínűleg két rétegben fog leülepedni (10. ábra b). Az is lehetséges, hogy a középső harmadik réteg egy emulzió, ahol a két réteg nem válik szét teljesen.
A leggyakoribb ok, amiért csak egy réteg van az elválasztótölcsérben, holott kettőnek kellene lennie (mint amikor az eljárás azt mondja, hogy "válasszuk el a rétegeket"), az az, hogy hibát követtünk el. Valószínűleg az történt, hogy rossz réteget adtak az elválasztótölcsérbe - például a vizes réteg helyett tudtukon kívül a szerves réteget adták hozzá. Ha szerves oldószert adunk az elválasztótölcsérben lévő szerves réteghez, az eredmény csak egy réteg lesz. A hibát addig lehet orvosolni, amíg a rétegeket még nem dobták ki! Ha a megfelelő réteget adjuk a tölcsérbe, minden a terv szerint fog működni. Hogy a jövőben ne kövessük el ezt a hibát, mindenképpen címkézzük fel az Erlenmeyer-lombikokat. Emellett ügyelj arra, hogy soha ne dobj ki egy réteget sem, amíg nem vagy teljesen biztos benne, hogy mindent helyesen csináltál.
Alkalmanként előfordulhat, hogy csak egy réteg képződik az elválasztótölcsérben, ha olyan vegyületek vannak jelen nagy mennyiségben, amelyek mindkét oldószerben oldódnak, például ha nagy mennyiségű etanol van jelen, amely mind vizes, mind szerves oldószerekben jól oldódik. Ebben a helyzetben a legjobb megoldás a problémás vegyület (azaz az etanol) eltávolítása rotációs elpárologtatóval az extrakció előtt.
Három réteg van
Az elválasztótölcsérben lévő három réteg leggyakoribb oka a nem megfelelő keverés (10. ábra a). Ha a tölcsért erőteljesebben rázzuk, akkor valószínűleg két rétegben fog leülepedni (10. ábra b). Az is lehetséges, hogy a középső harmadik réteg egy emulzió, ahol a két réteg nem válik szét teljesen.
Oldhatatlan anyag van a határfelületen.
A két réteg között kis mennyiségű oldhatatlan filmréteg nem ritka az extrakció során. A polimer anyagok hajlamosak a rétegek között pihenni, mivel az oldószer kölcsönhatásai a határfelületen minimálisra csökkennek. Egy kisebb filmréteg miatt nem kell aggódni, mert ha egy kis mennyiség mégis bekerül a szerves rétegbe, egy későbbi szárítási és szűrési lépéssel gyakran eltávolítható.
A határfelület nem látható.
Előfordul, hogy az elválasztótölcsérben lévő vegyületek olyan sötétek, hogy eltakarják a két réteg közötti határfelületet. Ha ez történik, több módszer is segíthet a határfelület láthatóvá tételében. Az egyik az, hogy az elválasztó tölcsért a fény felé tartjuk, vagy egy zseblámpával világítunk az üvegre (11. ábra b). A további fény néha lehetővé teszi, hogy meglássa a határfelületet. A másik módszer az, hogy a tölcsért előre-hátra oldalra billentve gondosan megfigyeljük a rétegeket (11. ábra c). A szemed néha észreveheti a folyadékok áramlásának finom különbségeit. A harmadik módszer az, hogy a tölcsérbe egy kicsit több oldószert adunk, hogy valamelyik réteget kissé hígítsuk, vagy más oldószert adunk hozzá, hogy megváltoztassuk a törésmutatót.
A rétegek nem válnak szét jól (emulzió képződött)
Az emulziók több okból is létrejöhetnek.
1. Az egyes rétegek sűrűsége annyira hasonló lehet, hogy a folyadékok szétválására gyenge motiváció van.2. Jelen lehetnek szappanszerű vegyületek vagy más emulgeálószerek, amelyek egyes komponenseket egymásban feloldanak.
Az emulziókat nagyon nehéz helyrehozni, és a legjobb, ha eleve úgy kerüljük el őket, hogy az emulzióra hajlamos oldatokat (pl. diklórmetán erősen bázikus vagy sűrű oldatokkal) óvatosan rázzuk az elválasztótölcsérben. Mindazonáltal, ha mégis kialakul az emulzió, van néhány módszer, amellyel megkísérelhetjük tisztázni őket.
- a) Enyhe emulziók esetén óvatosan keverje a rétegeket, és próbálja meg a lebegő cseppeket egy üveg keverőpálcával leütni.
- b) Hagyjuk az oldatot egy ideig (akár a következő laboridőszakig) állni, ha lehetséges. Elegendő idővel egyes oldatok maguktól is leülepednek. Ez persze nem biztos, hogy praktikus.
- c) Kis térfogatok esetén használjon centrifugát, ha van ilyen. A centrifuga meggyorsítja az emulzió magától történő ülepedésének folyamatát. Ne feledje, hogy a centrifugát ki kell egyensúlyozni, különben meginoghat a pad tetejéről. Osszuk el az oldatokat egyenlően, azonos térfogatú csöveket helyezve egymással szemben a centrifugába.
- d) Ha emulzió képződik, mert a két réteg sűrűsége hasonló, próbáld meg megváltoztatni az egyes rétegek sűrűségét, hogy azok jobban különbözzenek egymástól. Az emulzió tisztulásának elősegítése érdekében próbáljuk meg csökkenteni a felső réteg sűrűségét, vagy növelni az alsó réteg sűrűségét. Ha például egy emulzió etil-acetátból (felső réteg) és vizes oldatból (alsó réteg) keletkezik, adjunk hozzá egy kis NaCl-t. A NaCl feloldódik a vizes rétegben, és növeli a vizes oldat sűrűségét. Alternatív megoldásként adjunk hozzá további etil-acetátot, ami hígítja a szerves réteget és csökkenti annak sűrűségét. Utolsó megoldásként adjunk hozzá némi pentánt, amely elkeveredik a felső szerves réteggel és csökkenti annak sűrűségét (a pentán az egyik legkevésbé sűrű szerves oldószer). A pentán hozzáadását végső erőfeszítésként alkalmazzuk, mivel negatívan befolyásolja a szerves réteg azon képességét, hogy kissé poláros vegyületeket vonjon ki.
Ha egy vizes oldat (felső réteg) és diklórmetán (alsó réteg) emulziója keletkezik, adjunk hozzá egy kis vizet egy spriccelős üvegből, hogy a felső réteget hígítsuk és sűrűségét csökkentsük. Ez a módszer jól bevált a 13. c ábrán látható emulzió tisztítására, amint azt a 13. d ábra is mutatja. - c) Próbálja meg csökkenteni az egyik komponens oldhatóságát a másikban. Az egyik módszer NaCl vagy NH4Cl hozzáadása az elválasztótölcsérbe, amely oldódik a vizes rétegben, és csökkenti a szerves vegyületek vízben való oldódási képességét ("kisózás").
ábra
a) Biodízelt és metanolt tartalmazó emulzió, b) Sós lével és etil-acetáttal készült emulzió, c) Diklórmetánnal és sós lével (valamint ételfestékkel) készült emulzió, d) Az emulzió feloldása víz hozzáadása után történik, amely csökkenti a felső sós réteg sűrűségét.Sav-bázis extrakció
Hogyan működnek.
A fejezetben korábban tárgyalt extrakciók egyik módosítása az, hogy kémiai reakciót hajtunk végre az elválasztótölcsérben annak érdekében, hogy megváltoztassuk a vegyület polaritását és ezáltal a vizes és szerves rétegben való megoszlását. Gyakori módszer a sav-bázis reakció végrehajtása, amely egyes vegyületeket semleges formából ionos formába (vagy fordítva) alakíthat át.
Képzeljük el például, hogy benzoesav és ciklohexán keverékét szerves oldószerben, például etil-acetátban oldjuk fel egy elválasztótölcsérben. A komponensek szétválasztásához megkísérelhetjük a benzoesav vízzel történő kimosását, de a benzoesav a nem poláros aromás gyűrűje miatt nem különösebben vízoldékony, és csak kis mennyiséget vonnánk ki a vizes rétegbe (14. ábra a).
Képzeljük el például, hogy benzoesav és ciklohexán keverékét szerves oldószerben, például etil-acetátban oldjuk fel egy elválasztótölcsérben. A komponensek szétválasztásához megkísérelhetjük a benzoesav vízzel történő kimosását, de a benzoesav a nem poláros aromás gyűrűje miatt nem különösebben vízoldékony, és csak kis mennyiséget vonnánk ki a vizes rétegbe (14. ábra a).
ábra
Benzoesav és ciklohexán keverékének mosása: a) vízzel, b) vizes NaOH-val.A benzoesav és a ciklohexán keverékének elválasztása azonban lehetséges bázissal, például NaOH-val történő mosással. Savas jellege miatt a benzoesav NaOH-val az alábbiak szerint reagálhat, és a karboxilát só nátrium-benzoát keletkezik.
A karbonsavak oldhatósági tulajdonságai lényegesen különböznek a megfelelő karboxilát-sóiktól. A nátrium-szalicilát ionos jellegéből adódóan nagyjából 350-szer jobban oldódik vízben, mint a szalicilsav (15. ábra), és szerves oldószerekben, például dietil-éterben meglehetősen oldhatatlan.
Ezért a NaOH-val történő mosás a benzoesavat ionos karboxilát formájába alakítja át, amely így jobban oldódik a vizes rétegben, és lehetővé teszi a nátrium-benzoátnak a vizes rétegbe történő extrakcióját. A ciklohexán a szerves rétegben maradna, mivel nincs affinitása a vizes fázishoz, és a NaOH-val sem képes semmilyen módon reagálni. Ily módon a benzoesav és a ciklohexán keveréke elválasztható (14. b ábra). A vizes réteg később HCl(aq)-val savasítható, ha szükséges, hogy a benzoesav visszaalakuljon semleges formájába.
Nátrium-bikarbonátos mosás
Sav-bázis extrakciót használhatunk a karbonsavaknak a szerves rétegből a vizes rétegbe történő kivonására. Amint azt az előző szakaszban tárgyaltuk, a NaOH használható a karbonsav vízben jobban oldódó ionos karboxilát formájába való átalakítására. Ha azonban a keverék olyan kívánt vegyületet tartalmaz, amely képes reagálni a NaOH-val, akkor egy enyhébb bázist, például nátrium-hidrogénkarbonátot kell használni. Hasonló reakció megy végbe.
Nátrium-bikarbonátos mosás
Sav-bázis extrakciót használhatunk a karbonsavaknak a szerves rétegből a vizes rétegbe történő kivonására. Amint azt az előző szakaszban tárgyaltuk, a NaOH használható a karbonsav vízben jobban oldódó ionos karboxilát formájába való átalakítására. Ha azonban a keverék olyan kívánt vegyületet tartalmaz, amely képes reagálni a NaOH-val, akkor egy enyhébb bázist, például nátrium-hidrogénkarbonátot kell használni. Hasonló reakció megy végbe.
A NaOH helyett a NaHCO3 bázis használatának egyik különbsége, hogy a melléktermék szénsav (H2CO3) vízre és szén-dioxid gázra bomolhat. Ha a savas oldatot nátrium-bikarbonáttal rázzuk egy elválasztótölcsérben, ügyelni kell az óvatos keverésre és a gyakrabban történő szellőztetésre, hogy a gáz nyomása felszabaduljon.
Egy példa egy olyan reakcióra, amelynél gyakran használnak nátrium-bikarbonátos mosást a kidolgozásban, a Fischer-észteresítési reakció. Ennek szemléltetésére benzoesavat etanolban tömény kénsavval együtt refluxáltattunk, hogy etil-benzoátot kapjunk (16. ábra a és b). A reakcióelegy TLC lemezén 1 óra reflux után maradék, nem reagált karbonsavat mutattunk ki (16. ábra c), ami a reakció energetikája miatt nem szokatlan.
Egy példa egy olyan reakcióra, amelynél gyakran használnak nátrium-bikarbonátos mosást a kidolgozásban, a Fischer-észteresítési reakció. Ennek szemléltetésére benzoesavat etanolban tömény kénsavval együtt refluxáltattunk, hogy etil-benzoátot kapjunk (16. ábra a és b). A reakcióelegy TLC lemezén 1 óra reflux után maradék, nem reagált karbonsavat mutattunk ki (16. ábra c), ami a reakció energetikája miatt nem szokatlan.
A maradék karbonsav eltávolítható a kívánt észtertermékből sav-bázis extrakcióval egy elválasztótölcsérben. A nátrium-hidrogénkarbonáttal történő mosás a benzoesavat a vízben jobban oldódó nátrium-benzoát formájává alakítja át, extrahálva azt a vizes rétegbe (17. ábra). Ezenkívül a nátrium-hidrogénkarbonát semlegesíti a reakcióban a katalitikus savat.
.
A nátrium-bikarbonátot előnyben részesítjük a NaOH-val szemben ebben az eljárásban, mivel ez sokkal gyengébb bázis; a NaOH-val történő mosás az észtertermék hidrolízisét okozhatja.
Savak és bázisok keverékei
Amint azt már korábban tárgyaltuk, a vegyületek sav-bázis tulajdonságai felhasználhatók bizonyos vegyületek szelektív kivonására keverékekből. Ez a stratégia kiterjeszthető más példákra isSavak és bázisok keverékei
Bázisok kivonása
Az olyan bázikus vegyületek, mint az aminok, szerves oldatokból úgy vonhatók ki, hogy savas oldatokkal rázva vízoldhatóbb sókká alakítjuk őket. Ily módon kivonhatók egy szerves rétegből egy vizes rétegbe.Karbonsavak és fenolok kivonása
Amint azt korábban tárgyaltuk, a karbonsavak kivonhatók a szerves rétegből a vizes rétegbe bázikus oldatokkal történő rázással, ami vízoldhatóbb sóikká alakítja őket.
Amint azt korábban tárgyaltuk, a karbonsavak kivonhatók a szerves rétegből a vizes rétegbe bázikus oldatokkal történő rázással, ami vízoldhatóbb sóikká alakítja őket.
Hasonló reakció játszódik le a fenolokkal (PhOH), és ezek is kivonhatók vizes NaOH rétegbe (18. ábra a).
A fenolok azonban lényegesen kevésbé savasak, mint a karbonsavak, és nem elég savasak ahhoz, hogy a gyengébb bázisú NaHCO3-mal teljesen reagáljanak. Ezért a fenolok és karbonsavak keverékeinek elválasztására bikarbonátoldat használható (18. ábra b).
A fenolok azonban lényegesen kevésbé savasak, mint a karbonsavak, és nem elég savasak ahhoz, hogy a gyengébb bázisú NaHCO3-mal teljesen reagáljanak. Ezért a fenolok és karbonsavak keverékeinek elválasztására bikarbonátoldat használható (18. ábra b).
Savak, bázisok és semleges vegyületek kivonása
A korábban tárgyalt sav-bázis tulajdonságok lehetővé teszik, hogy egy savas (pl. RCO2H), bázikus (pl. RNH2) és semleges komponenseket tartalmazó elegyet extrakciósorozattal tisztítsunk, ahogyan azt a 19. ábra összefoglalja (amely a víznél kisebb sűrűségű szerves oldószert használ).
A korábban tárgyalt sav-bázis tulajdonságok lehetővé teszik, hogy egy savas (pl. RCO2H), bázikus (pl. RNH2) és semleges komponenseket tartalmazó elegyet extrakciósorozattal tisztítsunk, ahogyan azt a 19. ábra összefoglalja (amely a víznél kisebb sűrűségű szerves oldószert használ).
Feltételezzük, hogy az ilyen típusú kísérletet végző olvasók ismerik az egyszeri és többszörös extrakciók elvégzését. Ebben a szakaszban az általános extrakciós eljárások és a 19. ábrán összefoglalt folyamat közötti különbségeket ismertetjük.
1. A savas komponens izolálása:
a) Ha a savas komponens egy Erlenmeyer-lombikban a vizes rétegben van, akkor 2M HCl(aq) hozzáadásával vissza lehet alakítani semleges komponenssé, amíg az oldat 3-4-es pH-értéket nem ad (pH-papírral meghatározva). Ha nagy mennyiségű sav van jelen, és a savasításhoz túl nagy mennyiségű 2M HCl(aq) szükséges, akkor ehelyett cseppenként tömény HCl(aq) adható hozzá. A HCl(aq) alacsonyabb koncentrációja kevésbé veszélyes, de a vizes réteg térfogatának nagymértékű növelése befolyásolná a későbbi extrakciók és szűrési lépések hatékonyságát.
b) A savasítás után két útvonalat lehet választani, attól függően, hogy a savas komponens szilárd vagy folyékony.
1. A savas komponens izolálása:
a) Ha a savas komponens egy Erlenmeyer-lombikban a vizes rétegben van, akkor 2M HCl(aq) hozzáadásával vissza lehet alakítani semleges komponenssé, amíg az oldat 3-4-es pH-értéket nem ad (pH-papírral meghatározva). Ha nagy mennyiségű sav van jelen, és a savasításhoz túl nagy mennyiségű 2M HCl(aq) szükséges, akkor ehelyett cseppenként tömény HCl(aq) adható hozzá. A HCl(aq) alacsonyabb koncentrációja kevésbé veszélyes, de a vizes réteg térfogatának nagymértékű növelése befolyásolná a későbbi extrakciók és szűrési lépések hatékonyságát.
b) A savasítás után két útvonalat lehet választani, attól függően, hogy a savas komponens szilárd vagy folyékony.
- Ha az ionos só savanyításakor szilárd anyag képződik, azt szívószűréssel lehet összegyűjteni. Ezt a módszert csak akkor szabad alkalmazni, ha nagy mennyiségű, nagyméretű kristályokat látunk. Ha finom kristályok képződnek (ami elég gyakori), azok eltömítik a szűrőpapírt és akadályozzák a megfelelő lefolyást. Ha az elméleti mennyiséghez képest csak kis mennyiségű szilárd anyagot látunk, akkor a vegyület valószínűleg eléggé vízoldható, és a szűrés alacsony kinyeréshez vezetne.
- Ha savasításkor nem képződik szilárd anyag (vagy ha finom kristályok vagy kis mennyiségű szilárd anyag képződik), a savas komponenst extraháljuk vissza szerves oldószerbe (×3). Általános szabályként az extrakciókhoz harmadannyi oldószert használjunk, mint az eredeti réteghez (pl. ha 100 ml vizes oldatot használunk, minden alkalommal 33 ml szerves oldószerrel extraháljunk). A vizes oldatot az extrakció előtt mindenképpen hűtsük le jégfürdőben, ha a savasítás során érezhető hő keletkezett. Ha dietil-étert vagy etil-acetátot használunk, ezt követően sós lével mossuk ki (× 1), szárítsuk meg szárítószerrel, majd rotációs elpárologtatóval távolítsuk el az oldószert, hogy megmaradjon a tiszta savas komponens.
2. A bázikus komponens izolálása:
A savas komponens izolálásához hasonló eljárást alkalmazzunk, azzal a különbséggel, hogy az oldatot 2M NaOH(aq) segítségével lúgosítjuk, amíg a pH-papírral meghatározott 9-10-es pH-t nem kapunk.
3. A semleges komponens izolálása:
A semleges komponens lesz a szerves rétegben lévő "maradék" vegyület. Az izoláláshoz mossuk ki sós lével (×1), ha dietil-étert vagy etil-acetátot használunk, szárítsuk meg szárítószerrel, és forgópárologtatóval távolítsuk el az oldószert, hogy megmaradjon a tiszta semleges komponens.
A savas komponens izolálásához hasonló eljárást alkalmazzunk, azzal a különbséggel, hogy az oldatot 2M NaOH(aq) segítségével lúgosítjuk, amíg a pH-papírral meghatározott 9-10-es pH-t nem kapunk.
3. A semleges komponens izolálása:
A semleges komponens lesz a szerves rétegben lévő "maradék" vegyület. Az izoláláshoz mossuk ki sós lével (×1), ha dietil-étert vagy etil-acetátot használunk, szárítsuk meg szárítószerrel, és forgópárologtatóval távolítsuk el az oldószert, hogy megmaradjon a tiszta semleges komponens.
Következtetés.
Az extrakciós módszereket egyes anyagok keverékből történő kivonására használják. Ezek az anyagok lehetnek bázisok, savak vagy semlegesek (poláris vagy nem poláris). Ezt a módszert például az amfetamin előállítása során a dekantálás szakaszában alkalmazzák: az amfetamin bázist tartalmazó felső réteget alkoholban gyűjtik össze. Ezt vízmentes magnézium-szulfáttal egy kicsit száríthatjuk, és a salakot kiegészítésképpen nem poláros oldószerrel (éter, benzol, toluol) extrahálhatjuk, majd az oldószert elpárologtatjuk. A mefedron előállítása magában foglalja a manipulációt elválasztótölcsérrel és extrakcióval. A sav-bázis extrakciót is használják egyes pszichoaktív anyagok szennyeződésektől való tisztításánál.
Attachments
Last edited: