Teoria extracției.
"Extracția" se referă la transferul compusului (compușilor) dintr-un solid sau lichid într-un solvent sau într-o fază diferită. Atunci când un pliculeț de ceai este adăugat la apă fierbinte, compușii responsabili pentru aroma și culoarea ceaiului sunt extrași din zaț în apă. Cafeaua decofeinizată se obține folosind solvenți sau dioxid de carbon supercritic pentru a extrage cofeina din boabele de cafea. În laboratorul de chimie, cel mai frecvent se utilizează extracția lichid-lichid, un proces care are loc într-o pâlnie separatoare. O soluție care conține componente dizolvate este plasată în pâlnie și se adaugă un solvent nemiscibil, rezultând două straturi care sunt agitate împreună. Cel mai frecvent, un strat este apos, iar celălalt este un solvent organic. Componentele sunt "extrase" atunci când trec de la un strat la celălalt. Forma pâlniei de separare permite drenarea și separarea eficientă a celor două straturi.
Fig.1 Schemă de extracție
Compușii se deplasează de la un lichid la altul în funcție de solubilitatea lor relativă în fiecare lichid. Un ghid rapid pentru solubilitate este principiul "similar dizolvă similar", ceea ce înseamnă că compușii nepolari ar trebui să fie ușor extrași în solvenți nepolari (și viceversa). Compușii responsabili pentru gustul și culoarea ceaiului trebuie să fie polari dacă sunt extrași ușor în apă fierbinte. Atunci când se lasă să se echilibreze între două lichide într-o pâlnie separatoare, majoritatea unui compus ajunge adesea în stratul în care este mai solubil.
Fig.2
Proceduri pas cu pas pentru extracții.
Extracție unică.
Imaginile din această secțiune prezintă o singură extracție de roșu de metil (compus colorat, fig. 3) dintr-o soluție apoasă (stratul inferior) în 25 ml de acetat de etil (stratul superior). Soluția apoasă are inițial o culoare roz, deoarece roșu de metil apare roșu în soluție acidă (soluția apoasă a fost obținută din 50 ml apă, 5 picături de 0,1MHCl și 5 picături de soluție de indicator roșu de metil 1%). Roșul de metil are un coeficient de partiție mare și este extras din stratul apos în acetatul de etil în acest proces.
Progresul extracției de roșu de metil (compusul colorat) din stratul apos acid (jos) în stratul organic (sus). Inversiunile au fost efectuate lent pentru a vedea extracția pas cu pas. Chiar și cu o amestecare ușoară, roșul de metil se extrage rapid.
Pregătirea instalației (pentru o singură extracție)
1. Obțineți o pâlnie de separare (Fig.4 a).- a) Dacă pâlnia de separare are un robinet de teflon, reasamblați robinetul dacă a fost demontat pentru uscare, așezând piesele în ordinea corespunzătoare (fig. 4 b). Asigurați-vă că robinetul de teflon este moderat de strâns, astfel încât să se poată roti cu ușurință, dar nu este atât de slăbit încât lichidul să se poată infiltra în jurul îmbinării.
- b) Dacă se utilizează un robinet de sticlă (Fig.4 c), probabil că acesta nu are nevoie de pregătire suplimentară. Ar trebui utilizat un strat foarte subțire de unsoare pentru a sigila robinetul de închidere și a preveni înghețarea. În cazul în care sunt disponibile atât dopuri din sticlă, cât și din teflon, teflonul este o alegere mai bună, deoarece există întotdeauna posibilitatea ca solventul să dizolve unsoarea utilizată la dopurile din sticlă și să contamineze proba.
- c) De asemenea, obțineți un dop (teflon sau sticlă șlefuită) care să se potrivească bine în îmbinarea superioară a pâlniei (Fig.4 a).
2. Așezați pâlnia separatoare într-o clemă inelară atașată la un suport inelar sau la un grilaj. Pâlniile sunt ușor de spart, așa că amortizați pâlnia în clema metalică folosind bucăți de cauciuc tăiat sau tub de plastic (Fig.4 d).
Se adaugă soluțiile (pentru extracție unică)
3. Înainte de a turna ceva într-o pâlnie separatoare, asigurați-vă că robinetul de închidere este în poziția "închis", în care robinetul este orizontal (Fig.5 a). Ca măsură de siguranță, poziționați întotdeauna un balon Erlenmeyer sub pâlnia de separare înainte de a turna (Fig.5 b). Acesta poate capta lichidul în cazul în care robinetul de închidere este lăsat deschis accidental sau dacă robinetul de închidere este slăbit și lichidul se scurge neintenționat.
4. Cu ajutorul unei pâlnii, turnați lichidul care urmează să fie extras în pâlnia separatoare (Fig.5 b). O pâlnie separatoare nu trebuie utilizată niciodată cu un lichid fierbinte sau cald. Îmbinarea din sticlă șlefuită de deasupra pâlniei separatoare este mai predispusă să se lipească de dop dacă a existat lichid în îmbinare la un moment dat. Turnarea lichidului în pâlnia separatoare folosind o pâlnie cu picior scurt evită umezirea îmbinării, astfel încât va fi mai puțin probabil să înghețe în timpul amestecului.
3. Înainte de a turna ceva într-o pâlnie separatoare, asigurați-vă că robinetul de închidere este în poziția "închis", în care robinetul este orizontal (Fig.5 a). Ca măsură de siguranță, poziționați întotdeauna un balon Erlenmeyer sub pâlnia de separare înainte de a turna (Fig.5 b). Acesta poate capta lichidul în cazul în care robinetul de închidere este lăsat deschis accidental sau dacă robinetul de închidere este slăbit și lichidul se scurge neintenționat.
4. Cu ajutorul unei pâlnii, turnați lichidul care urmează să fie extras în pâlnia separatoare (Fig.5 b). O pâlnie separatoare nu trebuie utilizată niciodată cu un lichid fierbinte sau cald. Îmbinarea din sticlă șlefuită de deasupra pâlniei separatoare este mai predispusă să se lipească de dop dacă a existat lichid în îmbinare la un moment dat. Turnarea lichidului în pâlnia separatoare folosind o pâlnie cu picior scurt evită umezirea îmbinării, astfel încât va fi mai puțin probabil să înghețe în timpul amestecului.
Se toarnă o cantitate de solvent extractiv în pâlnia de separare, după cum se indică în procedură (Fig.5 c). Nu este necesar să se utilizeze cantități precise de solvent pentru extracții, iar volumele pot fi măsurate într-un cilindru gradat. Dacă o procedură necesită 20 ml de solvent, este acceptabil să se utilizeze între 20-25 ml de fiecare dată.
Se amestecă soluțiile (pentru o singură extracție)
6. Puneți dopul pe pâlnie și țineți pâlnia astfel încât degetele unei mâini să acopere bine dopul, în timp ce cealaltă mână prinde fundul pâlniei (Fig.6 a).
7. Întoarceți ușor pâlnia (Fig.6 b) și agitați puțin amestecul. Deși nu este neobișnuit ca o parte din lichid să se strecoare în îmbinarea de sticlă măcinată atunci când este răsturnată, aceasta ar trebui să fie minimă. Dacă lichidul se scurge pe degete sau pe mănuși atunci când răsturnați pâlnia, probabil că dopul nu este de mărimea potrivită.
Se amestecă soluțiile (pentru o singură extracție)
6. Puneți dopul pe pâlnie și țineți pâlnia astfel încât degetele unei mâini să acopere bine dopul, în timp ce cealaltă mână prinde fundul pâlniei (Fig.6 a).
7. Întoarceți ușor pâlnia (Fig.6 b) și agitați puțin amestecul. Deși nu este neobișnuit ca o parte din lichid să se strecoare în îmbinarea de sticlă măcinată atunci când este răsturnată, aceasta ar trebui să fie minimă. Dacă lichidul se scurge pe degete sau pe mănuși atunci când răsturnați pâlnia, probabil că dopul nu este de mărimea potrivită.
8. Imediat după agitare și cu pâlnia încă inversată, "aerisiți" pâlnia prin deschiderea scurtă a robinetului de închidere pentru a permite eliberarea presiunii (Fig. 6 c). Presiunea crește în pâlnie pe măsură ce solventul se evaporă în spațiul de cap și contribuie cu vapori suplimentari la presiunea inițială de ∼1 atmosferă de aer din pâlnie. În cazul solvenților foarte volatili (cum ar fi eterul dietilic), se poate auzi un "swoosh" clar la aerisire, iar cantități mici de lichid pot chiar să țâșnească pe robinet. Dacă lichidul iese prin robinetul de închidere, încercați să îl lăsați să se scurgă înapoi în pâlnie. Zgomotul asociat cu aerisirea încetează în mod normal după a doua sau a treia inversare, deoarece spațiul de cap devine saturat cu vapori de solvent, iar presiunile din interiorul și din exteriorul pâlniei sunt egalizate.
Notă de siguranță: Nu îndreptați niciodată robinetul spre cineva în timp ce aerisiți, deoarece este posibil ca o parte din lichid să se împrăștie pe el sau pe ea.
9. 9. Închideți robinetul de închidere și amestecați soluțiile ceva mai energic, oprindu-vă periodic pentru a aerisi sistemul. Există diferențe de opinie cu privire la cât de energic ar trebui amestecate soluțiile în pâlnii separatoare și pentru cât timp. Ca orientare generală, o amestecare ușoară timp de 10-20 de secunde ar trebui să fie suficientă. În cazul anumitor soluții (de exemplu, diclormetanul), trebuie avut grijă să nu se agite prea energic, deoarece aceste soluții formează adesea emulsii (în care interfața dintre soluții nu se clarifică). În cazul soluțiilor predispuse la emulsii, o pâlnie trebuie să fie legănată ușor timp de un minut.
10. Așezați pâlnia separatoare în poziție verticală în clema inelară pentru a permite separarea completă a straturilor. Interfața dintre straturi ar trebui să se liniștească destul de repede, adesea în aproximativ 10 secunde. Dacă interfața este tulbure sau nu este bine definită (s-a format o emulsie), consultați secțiunea de depanare pentru sfaturi.
Separarea straturilor (pentru o singură extracție)
11. Lichidul nu se va scurge bine dintr-o pâlnie separatoare dacă dopul rămâne pus, deoarece aerul nu poate intra în pâlnie pentru a înlocui lichidul deplasat. Dacă lichidul s-ar scurge din pâlnie fără a fi înlocuit de un volum egal de aer, s-ar forma o presiune negativă în pâlnie. Prin urmare, înainte de a scurge lichidul dintr-o pâlnie separatoare, îndepărtați dopul (Fig.7 a).
12. Scurgeți cea mai mare parte a stratului inferior într-un balon Erlenmeyer curat, poziționând clema inelară astfel încât vârful pâlniei de separare să fie așezat în balonul Erlenmeyer pentru a preveni stropirea (fig. 7 b). Opriți scurgerea atunci când interfața se află la mai puțin de 1 cm de fundul robinetului de închidere.
13. Agitați ușor pâlnia pentru a disloca orice picături care se agață de sticlă (Fig.7 c). Se poate utiliza o tijă de agitare din sticlă pentru a doborî picăturile agățate încăpățânate.
14. În continuare, scurgeți stratul inferior, oprindu-vă atunci când interfața abia intră în camera robinetului de închidere (Fig.7 d). Etichetați balonul Erlenmeyer (de exemplu, "strat inferior").
Notă de siguranță: Nu îndreptați niciodată robinetul spre cineva în timp ce aerisiți, deoarece este posibil ca o parte din lichid să se împrăștie pe el sau pe ea.
9. 9. Închideți robinetul de închidere și amestecați soluțiile ceva mai energic, oprindu-vă periodic pentru a aerisi sistemul. Există diferențe de opinie cu privire la cât de energic ar trebui amestecate soluțiile în pâlnii separatoare și pentru cât timp. Ca orientare generală, o amestecare ușoară timp de 10-20 de secunde ar trebui să fie suficientă. În cazul anumitor soluții (de exemplu, diclormetanul), trebuie avut grijă să nu se agite prea energic, deoarece aceste soluții formează adesea emulsii (în care interfața dintre soluții nu se clarifică). În cazul soluțiilor predispuse la emulsii, o pâlnie trebuie să fie legănată ușor timp de un minut.
10. Așezați pâlnia separatoare în poziție verticală în clema inelară pentru a permite separarea completă a straturilor. Interfața dintre straturi ar trebui să se liniștească destul de repede, adesea în aproximativ 10 secunde. Dacă interfața este tulbure sau nu este bine definită (s-a format o emulsie), consultați secțiunea de depanare pentru sfaturi.
Separarea straturilor (pentru o singură extracție)
11. Lichidul nu se va scurge bine dintr-o pâlnie separatoare dacă dopul rămâne pus, deoarece aerul nu poate intra în pâlnie pentru a înlocui lichidul deplasat. Dacă lichidul s-ar scurge din pâlnie fără a fi înlocuit de un volum egal de aer, s-ar forma o presiune negativă în pâlnie. Prin urmare, înainte de a scurge lichidul dintr-o pâlnie separatoare, îndepărtați dopul (Fig.7 a).
12. Scurgeți cea mai mare parte a stratului inferior într-un balon Erlenmeyer curat, poziționând clema inelară astfel încât vârful pâlniei de separare să fie așezat în balonul Erlenmeyer pentru a preveni stropirea (fig. 7 b). Opriți scurgerea atunci când interfața se află la mai puțin de 1 cm de fundul robinetului de închidere.
13. Agitați ușor pâlnia pentru a disloca orice picături care se agață de sticlă (Fig.7 c). Se poate utiliza o tijă de agitare din sticlă pentru a doborî picăturile agățate încăpățânate.
14. În continuare, scurgeți stratul inferior, oprindu-vă atunci când interfața abia intră în camera robinetului de închidere (Fig.7 d). Etichetați balonul Erlenmeyer (de exemplu, "strat inferior").
15. Se toarnă stratul superior din partea superioară a pâlniei separatoare într-un alt balon Erlenmeyer curat (Fig.8 a), având grijă să etichetați din nou acest balon (Fig.8 b). Este o tehnică adecvată de a scurge stratul inferior prin robinetul de închidere și de a turna stratul superior din partea superioară a pâlniei. Această metodă minimizează re-amestecarea soluțiilor, deoarece doar stratul inferior atinge tija pâlniei.
16. Nu aruncați niciodată lichidele de la o extracție până când nu sunteți absolut siguri că aveți compusul dorit. Straturile nedorite pot fi eliminate în mod corespunzător atunci când compusul dorit este în mâinile dumneavoastră (de exemplu, după ce evaporatorul rotativ a eliminat solventul).
Greșelile făcute în timpul extracțiilor (de exemplu, continuarea cu stratul greșit) pot fi rezolvate atât timp cât soluțiile nu au fost puse în recipientul pentru deșeuri! De asemenea, straturile trebuie păstrate până după evaporare, deoarece compusul dorit poate să nu fie foarte solubil în solventul utilizat. În cazul în care compusul nu a reușit să se extragă într-un solvent, se poate încerca ulterior un alt solvent, din nou numai dacă straturile nu au fost încă aruncate.
Curățarea (pentru o singură extracție)
Pentru a curăța o pâlnie de separare, clătiți-o mai întâi cu acetonă într-un recipient pentru deșeuri. Apoi spălați pâlnia cu apă și săpun pe masa de lucru. Dezasamblați robinetul de teflon (dacă este utilizat). După clătire cu apă distilată, lăsați piesele să se usuce separat în dulapul dumneavoastră (fig. 8 c).
Greșelile făcute în timpul extracțiilor (de exemplu, continuarea cu stratul greșit) pot fi rezolvate atât timp cât soluțiile nu au fost puse în recipientul pentru deșeuri! De asemenea, straturile trebuie păstrate până după evaporare, deoarece compusul dorit poate să nu fie foarte solubil în solventul utilizat. În cazul în care compusul nu a reușit să se extragă într-un solvent, se poate încerca ulterior un alt solvent, din nou numai dacă straturile nu au fost încă aruncate.
Curățarea (pentru o singură extracție)
Pentru a curăța o pâlnie de separare, clătiți-o mai întâi cu acetonă într-un recipient pentru deșeuri. Apoi spălați pâlnia cu apă și săpun pe masa de lucru. Dezasamblați robinetul de teflon (dacă este utilizat). După clătire cu apă distilată, lăsați piesele să se usuce separat în dulapul dumneavoastră (fig. 8 c).
Extracții multiple.
În această secțiune sunt prezentate instrucțiuni pas cu pas privind modul de extragere a unei soluții apoase cu un solvent organic care este mai puțin dens decât apa (stratul organic va fi deasupra). Ca exemplu, instrucțiunile sunt scrise pentru a extrage o soluție apoasă de trei ori folosind 25 ml eter dietilic de fiecare dată (3×25 ml eter dietilic). Un rezumat procedural al primelor două extracții este în Fig.9 Două extracții atunci când stratul organic este deasupra.
Extracția #1
1. Efectuați o singură extracție folosind aproximativ 25 ml de eter dietilic (o cantitate exactă nu este necesară), așa cum s-a descris anterior, asigurându-vă că etichetați în mod corespunzător fiecare strat (de exemplu, "stratul organic superior" și "stratul apos inferior").
Extracția nr. 2
2. Întoarceți stratul apos în pâlnia separatoare. Nu este necesar să spălați pâlnia între extracții.
3. Se adaugă o nouă porție de 25 ml de eter dietilic în pâlnia separatoare. Se astupă pâlnia, se răstoarnă și se agită cu aerisire, apoi se lasă straturile să se separe.
La acest pas, ar trebui să existe două straturi în pâlnia separatoare. Dacă nu există două straturi, este probabil că în pâlnia de separare s-a adăugat un strat greșit în etapa 2 (o greșeală frecventă). O modalitate de a testa dacă aceasta a fost greșeala este de a adăuga un pic de apă dintr-o sticlă cu pulverizator. Dacă stratul returnat în pâlnia de separare este stratul organic (incorect), apa din sticla de stropit nu se va amesteca cu soluția și va cădea sub formă de picături pe fund. În cazul în care stratul organic (incorect) a fost returnat accidental în pâlnia de separare, nu s-a produs niciun rău, deoarece stratul organic a fost pur și simplu diluat. Turnați lichidul înapoi în balonul destinat stratului organic și adăugați în schimb soluția apoasă în pâlnie.
4. Scurgeți stratul inferior apos într-un balon Erlenmeyer: este acceptabil să utilizați același balon care a fost utilizat pentru stratul apos în prima extracție (care poate fi etichetat "strat inferior apos").
5. Deoarece cel mai frecvent se combină straturile organice în mai multe extracții, stratul organic superior poate fi turnat din pâlnia de separare în același balon care a fost utilizat pentru stratul organic în prima extracție (care poate fi etichetat "strat organic superior"). În acest balon, ar trebui să existe aproximativ 50 ml de eter dietilic din cele două extracții.
Extracția nr. 3
6. Se repetă extracția a treia oară prin adăugarea stratului apos de la a doua extracție în pâlnia de separare, urmată de o altă porție proaspătă de 25 ml de eter dietilic. Se astupă pâlnia, se răstoarnă și se agită cu aerisire, apoi se lasă straturile să se separe.
7. Se scurge stratul apos în balonul corespunzător și se toarnă din nou stratul superior în balonul cu strat organic, unde ar trebui să existe aproximativ 75 ml de eter dietilic din cele trei extracții.
1. Efectuați o singură extracție folosind aproximativ 25 ml de eter dietilic (o cantitate exactă nu este necesară), așa cum s-a descris anterior, asigurându-vă că etichetați în mod corespunzător fiecare strat (de exemplu, "stratul organic superior" și "stratul apos inferior").
Extracția nr. 2
2. Întoarceți stratul apos în pâlnia separatoare. Nu este necesar să spălați pâlnia între extracții.
3. Se adaugă o nouă porție de 25 ml de eter dietilic în pâlnia separatoare. Se astupă pâlnia, se răstoarnă și se agită cu aerisire, apoi se lasă straturile să se separe.
La acest pas, ar trebui să existe două straturi în pâlnia separatoare. Dacă nu există două straturi, este probabil că în pâlnia de separare s-a adăugat un strat greșit în etapa 2 (o greșeală frecventă). O modalitate de a testa dacă aceasta a fost greșeala este de a adăuga un pic de apă dintr-o sticlă cu pulverizator. Dacă stratul returnat în pâlnia de separare este stratul organic (incorect), apa din sticla de stropit nu se va amesteca cu soluția și va cădea sub formă de picături pe fund. În cazul în care stratul organic (incorect) a fost returnat accidental în pâlnia de separare, nu s-a produs niciun rău, deoarece stratul organic a fost pur și simplu diluat. Turnați lichidul înapoi în balonul destinat stratului organic și adăugați în schimb soluția apoasă în pâlnie.
4. Scurgeți stratul inferior apos într-un balon Erlenmeyer: este acceptabil să utilizați același balon care a fost utilizat pentru stratul apos în prima extracție (care poate fi etichetat "strat inferior apos").
5. Deoarece cel mai frecvent se combină straturile organice în mai multe extracții, stratul organic superior poate fi turnat din pâlnia de separare în același balon care a fost utilizat pentru stratul organic în prima extracție (care poate fi etichetat "strat organic superior"). În acest balon, ar trebui să existe aproximativ 50 ml de eter dietilic din cele două extracții.
Extracția nr. 3
6. Se repetă extracția a treia oară prin adăugarea stratului apos de la a doua extracție în pâlnia de separare, urmată de o altă porție proaspătă de 25 ml de eter dietilic. Se astupă pâlnia, se răstoarnă și se agită cu aerisire, apoi se lasă straturile să se separe.
7. Se scurge stratul apos în balonul corespunzător și se toarnă din nou stratul superior în balonul cu strat organic, unde ar trebui să existe aproximativ 75 ml de eter dietilic din cele trei extracții.
Rezolvarea problemelor.
Această secțiune descrie problemele comune și soluțiile la extracții.Există un singur strat
Cel mai frecvent motiv pentru care există un singur strat într-o pâlnie separatoare, când ar trebui să existe două (ca atunci când procedura vă spune să "separați straturile"), este că ați făcut o greșeală. Ceea ce s-a întâmplat probabil este că a fost adăugat stratul greșit în pâlnia de separare - de exemplu, stratul organic a fost adăugat fără să se știe în locul stratului apos. Atunci când solventul organic este adăugat la un strat organic în pâlnia de separare, rezultatul este un singur strat. Greșeala poate fi remediată atât timp cât straturile nu au fost încă aruncate! Dacă se adaugă stratul corect în pâlnie, totul va funcționa conform planului. Pentru a preveni repetarea acestei greșeli în viitor, asigurați-vă că etichetați flacoanele Erlenmeyer. De asemenea, asigurați-vă că nu aruncați niciodată un strat până când nu sunteți absolut sigur că ați făcut totul corect.
Un motiv ocazional pentru care se formează un singur strat într-o pâlnie de separare este prezența unor cantități mari de compuși care se dizolvă în ambii solvenți, de exemplu în cazul în care sunt prezente cantități mari de etanol, care se dizolvă bine atât în solvenți apoși, cât și organici. În această situație, cea mai bună abordare este eliminarea compusului problematic (de exemplu, etanolul) pe un evaporator rotativ înainte de extracție.
Există trei straturi
Cel mai frecvent motiv pentru care există trei straturi într-o pâlnie de separare este amestecarea necorespunzătoare (Fig.10 a). Dacă pâlnia este agitată cu mai multă putere, probabil că se va depune în două straturi (Fig.10 b). De asemenea, este posibil ca un al treilea strat din mijloc să fie o emulsie, în care cele două straturi nu sunt complet separate.
Cel mai frecvent motiv pentru care există un singur strat într-o pâlnie separatoare, când ar trebui să existe două (ca atunci când procedura vă spune să "separați straturile"), este că ați făcut o greșeală. Ceea ce s-a întâmplat probabil este că a fost adăugat stratul greșit în pâlnia de separare - de exemplu, stratul organic a fost adăugat fără să se știe în locul stratului apos. Atunci când solventul organic este adăugat la un strat organic în pâlnia de separare, rezultatul este un singur strat. Greșeala poate fi remediată atât timp cât straturile nu au fost încă aruncate! Dacă se adaugă stratul corect în pâlnie, totul va funcționa conform planului. Pentru a preveni repetarea acestei greșeli în viitor, asigurați-vă că etichetați flacoanele Erlenmeyer. De asemenea, asigurați-vă că nu aruncați niciodată un strat până când nu sunteți absolut sigur că ați făcut totul corect.
Un motiv ocazional pentru care se formează un singur strat într-o pâlnie de separare este prezența unor cantități mari de compuși care se dizolvă în ambii solvenți, de exemplu în cazul în care sunt prezente cantități mari de etanol, care se dizolvă bine atât în solvenți apoși, cât și organici. În această situație, cea mai bună abordare este eliminarea compusului problematic (de exemplu, etanolul) pe un evaporator rotativ înainte de extracție.
Există trei straturi
Cel mai frecvent motiv pentru care există trei straturi într-o pâlnie de separare este amestecarea necorespunzătoare (Fig.10 a). Dacă pâlnia este agitată cu mai multă putere, probabil că se va depune în două straturi (Fig.10 b). De asemenea, este posibil ca un al treilea strat din mijloc să fie o emulsie, în care cele două straturi nu sunt complet separate.
Există material insolubil la interfață.
O cantitate mică de peliculă insolubilă între două straturi nu este neobișnuită în timpul unei extracții. Materialele polimerice tind să se odihnească între straturi deoarece interacțiunile solventului sunt reduse la minimum la interfață. O peliculă minoră nu este un motiv de îngrijorare, deoarece dacă o cantitate mică ajunge în stratul organic, o etapă ulterioară de uscare și filtrare o va elimina adesea.
Interfața nu poate fi văzută.
Uneori, compușii dintr-o pâlnie de separare sunt atât de întunecați încât întunecă interfața dintre cele două straturi. În acest caz, există mai multe metode care vă pot ajuta să vedeți interfața. Una dintre acestea este să țineți pâlnia de separare la lumină sau să îndreptați o lanternă asupra sticlei (Fig.11 b). Lumina suplimentară vă permite uneori să vedeți interfața. O a doua metodă este de a observa cu atenție straturile în timp ce înclinați pâlnia înainte și înapoi într-o parte (Fig.11 c). Ochiul poate detecta uneori diferențe subtile în modul în care curg lichidele. O a treia metodă este de a adăuga puțin mai mult solvent în pâlnie pentru a dilua oarecum unul dintre straturi sau de a adăuga un solvent diferit pentru a modifica indicele de refracție.
Straturile nu se separă bine (s-a format o emulsie)
Emulsiile pot apărea din mai multe motive.
1. Densitatea fiecărui strat poate fi atât de similară încât există o motivație slabă pentru ca lichidele să se separe.2. Pot fi prezenți compuși asemănători săpunului sau alți agenți emulsificatori care dizolvă unele componente între ele.
Emulsiile pot fi foarte dificil de rectificat și cel mai bine este ca acestea să fie evitate în primul rând prin agitarea ușoară în pâlnia de separare a soluțiilor predispuse la emulsii (de exemplu, diclormetan cu soluții foarte bazice sau dense). Cu toate acestea, dacă se formează o emulsie, există câteva modalități de a încerca să le clarificăm.
- a) Pentru emulsiile ușoare, agitați ușor straturile și încercați să doborâți picăturile în suspensie cu o tijă de agitare din sticlă.
- b) Lăsați soluția să stea o perioadă de timp (chiar până la următoarea perioadă de laborator), dacă este posibil. Cu suficient timp, unele soluții se sedimentează singure. Acest lucru, desigur, poate să nu fie practic.
- c) Pentru volume mici, utilizați o centrifugă dacă este disponibilă. O centrifugă grăbește procesul de a lăsa o emulsie să se decanteze singură. Rețineți că o centrifugă trebuie să fie echilibrată, altfel se poate clătina de pe banc. Împărțiți soluțiile în mod egal, punând tuburi de volum egal față în față în interiorul centrifugei.
- d) Dacă se formează o emulsie deoarece cele două straturi au densități similare, încercați să modificați densitatea fiecărui strat pentru a le face mai diferite. Pentru a ajuta la clarificarea unei emulsii, încercați să scădeți densitatea stratului superior sau să creșteți densitatea stratului inferior. De exemplu, dacă se produce o emulsie cu acetat de etil (stratul superior) și o soluție apoasă (stratul inferior), adăugați puțin NaCl. NaCl se va dizolva în stratul apos și va crește densitatea soluției apoase. Alternativ, se adaugă acetat de etil suplimentar, care va dilua stratul organic și îi va reduce densitatea. În ultimă instanță, se adaugă pentan, care se va amesteca cu stratul organic superior și îi va scădea densitatea (pentanul este unul dintre cei mai puțin densi solvenți organici). Adăugarea de pentan este utilizată ca ultim efort, deoarece va afecta negativ capacitatea stratului organic de a extrage compuși oarecum polari.
Dacă se produce o emulsie cu o soluție apoasă (stratul superior) și diclormetan (stratul inferior), se adaugă puțină apă dintr-o sticlă de stropit pentru a dilua stratul superior și a-i reduce densitatea. Această metodă a funcționat bine pentru a clarifica emulsia din Fig. 13 c, așa cum reiese din Fig. 13 d. - c) Încercați să scădeți solubilitatea unui component în celălalt. O metodă este adăugarea de NaCl sau NH4Cl în pâlnia de separare, care se dizolvă în stratul apos și diminuează capacitatea compușilor organici de a se dizolva în apă ("salting out").
Extracția acid-bază
Cum funcționează.
O modificare a extracțiilor discutate anterior în acest capitol constă în efectuarea unei reacții chimice în pâlnia de separare pentru a schimba polaritatea și, prin urmare, împărțirea unui compus în straturile apos și organic. O metodă obișnuită este realizarea unei reacții acid-bază, care poate transforma unii compuși din forme neutre în forme ionice (sau invers).
De exemplu, imaginați-vă că un amestec de acid benzoic și ciclohexan este dizolvat într-un solvent organic precum acetatul de etil într-o pâlnie de separare. Pentru a separa componentele, se poate încerca o spălare cu apă pentru a elimina acidul benzoic, dar acidul benzoic nu este deosebit de solubil în apă datorită inelului său aromatic nepolar și doar cantități mici ar fi extrase în stratul apos (Fig.14 a).
De exemplu, imaginați-vă că un amestec de acid benzoic și ciclohexan este dizolvat într-un solvent organic precum acetatul de etil într-o pâlnie de separare. Pentru a separa componentele, se poate încerca o spălare cu apă pentru a elimina acidul benzoic, dar acidul benzoic nu este deosebit de solubil în apă datorită inelului său aromatic nepolar și doar cantități mici ar fi extrase în stratul apos (Fig.14 a).
Separarea unui amestec de acid benzoic și ciclohexan este totuși posibilă folosind o spălare cu o bază, cum ar fi NaOH. Datorită naturii sale acide, acidul benzoic poate suferi o reacție cu NaOH, după cum urmează, rezultând sarea carboxilat benzoat de sodiu.
Proprietățile de solubilitate ale acizilor carboxilici sunt substanțial diferite de cele ale sărurilor lor carboxilate corespunzătoare. Salicilatul de sodiu este de aproximativ 350 de ori mai solubil în apă decât acidul salicilic datorită caracterului său ionic (Fig.15) și este mai degrabă insolubil în solvenți organici precum eterul dietilic.
Prin urmare, o spălare cu NaOH ar transforma acidul benzoic în forma sa ionică de carboxilat, care ar fi apoi mai solubil în stratul apos, permițând benzoatului de sodiu să fie extras în stratul apos. Ciclohexanul ar rămâne în stratul organic, deoarece nu are afinitate pentru faza apoasă și nici nu poate reacționa în vreun fel cu NaOH. În acest fel, se poate separa un amestec de acid benzoic și ciclohexan (Fig.14 b). Dacă se dorește, stratul apos poate fi acidificat ulterior cu HCl(aq) pentru a transforma acidul benzoic înapoi în forma sa neutră.
Spălături cu bicarbonat de sodiu
Se poate utiliza o extracție acid-bază pentru a extrage acizii carboxilici din stratul organic în stratul apos. După cum s-a discutat în secțiunea anterioară, NaOH poate fi utilizat pentru a transforma un acid carboxilic în forma sa ionică de carboxilat, mai solubilă în apă. Cu toate acestea, dacă amestecul conține un compus dorit care poate reacționa cu NaOH, ar trebui utilizată o bază mai blândă, cum ar fi bicarbonatul de sodiu. Se produce o reacție similară.
Spălături cu bicarbonat de sodiu
Se poate utiliza o extracție acid-bază pentru a extrage acizii carboxilici din stratul organic în stratul apos. După cum s-a discutat în secțiunea anterioară, NaOH poate fi utilizat pentru a transforma un acid carboxilic în forma sa ionică de carboxilat, mai solubilă în apă. Cu toate acestea, dacă amestecul conține un compus dorit care poate reacționa cu NaOH, ar trebui utilizată o bază mai blândă, cum ar fi bicarbonatul de sodiu. Se produce o reacție similară.
O diferență în utilizarea bazei NaHCO3 în loc de NaOH este că produsul secundar acid carbonic (H2CO3) se poate descompune în apă și dioxid de carbon gazos. Atunci când se agită o soluție acidă cu bicarbonat de sodiu într-o pâlnie de separare, trebuie să se aibă grijă să se agite ușor și să se aerisească mai frecvent pentru a elibera presiunea din gaz.
Un exemplu de reacție care utilizează adesea spălarea cu bicarbonat de sodiu este reacția de esterificare Fischer. Pentru demonstrație, acidul benzoic a fost supus refluxului în etanol împreună cu acid sulfuric concentrat pentru a forma benzoat de etil (Fig.16 a și b). O placă TLC a amestecului de reacție la 1 oră de reflux a arătat acid carboxilic rezidual nereacționat (Fig.16 c), ceea ce nu este neobișnuit datorită energeticii reacției.
Un exemplu de reacție care utilizează adesea spălarea cu bicarbonat de sodiu este reacția de esterificare Fischer. Pentru demonstrație, acidul benzoic a fost supus refluxului în etanol împreună cu acid sulfuric concentrat pentru a forma benzoat de etil (Fig.16 a și b). O placă TLC a amestecului de reacție la 1 oră de reflux a arătat acid carboxilic rezidual nereacționat (Fig.16 c), ceea ce nu este neobișnuit datorită energeticii reacției.
Acidul carboxilic rezidual poate fi îndepărtat din produsul ester dorit cu ajutorul unei extracții acid-bază într-o pâlnie de separare. O spălare cu bicarbonat de sodiu transformă acidul benzoic în forma sa mai solubilă în apă, benzoat de sodiu, extrăgându-l în stratul apos (figura 17). În plus, bicarbonatul de sodiu neutralizează acidul catalitic din această reacție.
Bicarbonatul de sodiu este de preferat NaOH în acest proces, deoarece este o bază mult mai slabă; spălarea cu NaOH ar putea provoca hidroliza produsului ester.
Amestecuri de acizi și baze
După cum s-a discutat anterior, proprietățile acido-bazice ale compușilor pot fi utilizate pentru a extrage selectiv anumiți compuși din amestecuri. Această strategie poate fi extinsă la alte exempleAmestecuri de acizi și baze
Extragerea bazelor
Compușii bazici, cum ar fi aminele, pot fi extrași din soluții organice prin agitarea lor cu soluții acide pentru a le transforma în săruri mai solubile în apă. În acest fel, ei pot fi extrași dintr-un strat organic într-un strat apos.Extragerea acizilor carboxilici vs. fenoli
După cum s-a discutat anterior, acizii carboxilici pot fi extrași dintr-un strat organic într-un strat apos prin agitarea lor cu soluții bazice, care îi transformă în sărurile lor mai solubile în apă.
După cum s-a discutat anterior, acizii carboxilici pot fi extrași dintr-un strat organic într-un strat apos prin agitarea lor cu soluții bazice, care îi transformă în sărurile lor mai solubile în apă.
O reacție similară are loc cu fenolii (PhOH), care pot fi și ei extrași într-un strat apos de NaOH (Fig. 18 a).
Cu toate acestea, fenolii sunt mult mai puțin acizi decât acizii carboxilici și nu sunt suficient de acizi pentru a reacționa complet cu NaHCO3, o bază mai slabă. Prin urmare, o soluție de bicarbonat poate fi utilizată pentru a separa amestecurile de fenoli și acizi carboxilici (Fig.18 b).
Cu toate acestea, fenolii sunt mult mai puțin acizi decât acizii carboxilici și nu sunt suficient de acizi pentru a reacționa complet cu NaHCO3, o bază mai slabă. Prin urmare, o soluție de bicarbonat poate fi utilizată pentru a separa amestecurile de fenoli și acizi carboxilici (Fig.18 b).
Extragerea compușilor acizi, bazici și neutri
Proprietățile acido-bazice discutate anterior permit ca un amestec care conține componente acide (de exemplu RCO2H), bazice (de exemplu RNH2) și neutre să fie purificat printr-o serie de extracții, așa cum este rezumat în Fig.19 (care utilizează un solvent organic mai puțin dens decât apa).
Proprietățile acido-bazice discutate anterior permit ca un amestec care conține componente acide (de exemplu RCO2H), bazice (de exemplu RNH2) și neutre să fie purificat printr-o serie de extracții, așa cum este rezumat în Fig.19 (care utilizează un solvent organic mai puțin dens decât apa).
Se presupune că cititorii care efectuează acest tip de experiment sunt familiarizați cu efectuarea extracțiilor simple și multiple. În această secțiune sunt descrise diferențele dintre procedurile generale de extracție și procesul rezumat în Fig. 19.
1. Izolarea componentei acide:
a) Atunci când componenta acidă se află în stratul apos într-un balon Erlenmeyer, aceasta poate fi transformată înapoi în componenta neutră prin adăugarea de HCl 2M(aq) până când soluția dă un pH de 3-4 (determinat cu hârtie de pH). În cazul în care sunt prezente cantități mari de acid, astfel încât acidificarea ar necesita un volum prea mare de HCl(aq) 2M, se poate adăuga HCl(aq) concentrat picătură cu picătură. Concentrațiile mai mici de Hcl(aq) sunt mai puțin periculoase, dar creșterea volumului stratului apos cu o cantitate mare ar afecta eficiența extracțiilor ulterioare și a etapelor de filtrare.
b) După acidificare, se pot lua două căi, în funcție de faptul dacă componenta acidă este solidă sau lichidă.
1. Izolarea componentei acide:
a) Atunci când componenta acidă se află în stratul apos într-un balon Erlenmeyer, aceasta poate fi transformată înapoi în componenta neutră prin adăugarea de HCl 2M(aq) până când soluția dă un pH de 3-4 (determinat cu hârtie de pH). În cazul în care sunt prezente cantități mari de acid, astfel încât acidificarea ar necesita un volum prea mare de HCl(aq) 2M, se poate adăuga HCl(aq) concentrat picătură cu picătură. Concentrațiile mai mici de Hcl(aq) sunt mai puțin periculoase, dar creșterea volumului stratului apos cu o cantitate mare ar afecta eficiența extracțiilor ulterioare și a etapelor de filtrare.
b) După acidificare, se pot lua două căi, în funcție de faptul dacă componenta acidă este solidă sau lichidă.
- Dacă se formează un solid în urma acidificării sării ionice, acesta poate fi colectat prin filtrare prin aspirație. Această metodă ar trebui utilizată numai dacă se observă cantități mari de cristale de dimensiuni mari. Dacă se formează cristale fine (care sunt destul de frecvente), acestea vor bloca hârtia de filtru și vor împiedica drenarea adecvată. Dacă se observă doar o cantitate mică de solid în comparație cu cantitatea teoretică, este probabil ca compusul să fie destul de solubil în apă, iar filtrarea ar duce la o recuperare scăzută.
- În cazul în care nu se formează solide după acidificare (sau dacă se formează cristale fine sau o cantitate redusă de solide), se extrage componenta acidă înapoi într-un solvent organic (×3). Ca regulă generală, utilizați o treime mai mult solvent pentru extracții decât stratul inițial (de exemplu, dacă utilizați 100 ml soluție apoasă, extrageți cu 33 ml solvent organic de fiecare dată). Asigurați-vă că răciți mai întâi soluția apoasă într-o baie de gheață înainte de extracție, în cazul în care acidificarea a creat căldură vizibilă. Se continuă cu o spălare cu saramură (× 1) dacă se utilizează eter dietilic sau acetat de etil, se usucă cu un agent de uscare și se îndepărtează solventul prin evaporator rotativ pentru a lăsa componenta acidă pură.
2. Izolarea componentei bazice:
Se utilizează un procedeu similar izolării componentei acide, cu excepția faptului că se bazifică soluția utilizând NaOH 2M(aq) până când se obține un pH de 9-10, determinat cu hârtie de pH.
3. Izolarea componentei neutre:
Componenta neutră va fi compusul "rămas" în stratul organic. Pentru izolare, se spală cu saramură (× 1) dacă se utilizează eter dietilic sau acetat de etil, se usucă cu un agent de uscare și se îndepărtează solventul prin evaporator rotativ pentru a lăsa componenta neutră pură.
Se utilizează un procedeu similar izolării componentei acide, cu excepția faptului că se bazifică soluția utilizând NaOH 2M(aq) până când se obține un pH de 9-10, determinat cu hârtie de pH.
3. Izolarea componentei neutre:
Componenta neutră va fi compusul "rămas" în stratul organic. Pentru izolare, se spală cu saramură (× 1) dacă se utilizează eter dietilic sau acetat de etil, se usucă cu un agent de uscare și se îndepărtează solventul prin evaporator rotativ pentru a lăsa componenta neutră pură.
Concluzie.
Metodele de extracție sunt utilizate pentru a extrage anumite substanțe din amestec. Aceste substanțe pot fi baze, acizi sau substanțe neutre (polare sau nepolare). De exemplu, această metodă este utilizată în timpul producției de amfetamină în etapa de decantare: se colectează stratul superior care conține amfetamină bază în alcool. Acesta poate fi uscat puțin cu sulfat de magneziu anhidru, iar zgura poate fi extrasă suplimentar cu un solvent nepolar (eter, benzen, toluen), solventul fiind apoi evaporat. Producția de mefedron include manipularea cu pâlnia de separare și extracția. De asemenea, extracția acido-bazică este utilizată în purificarea unor substanțe psihoactive de impurități.
Attachments
Last edited: