Extraktionsteori.
"Extraktion" innebär att en eller flera föreningar överförs från ett fast ämne eller en vätska till ett annat lösningsmedel eller en annan fas. När en tepåse läggs i varmt vatten extraheras de ämnen som är ansvariga för teets smak och färg från marken till vattnet. Koffeinfritt kaffe framställs genom att man använder lösningsmedel eller superkritisk koldioxid för att extrahera koffeinet ur kaffebönorna. I kemilabbet är det vanligast att använda vätske-vätskeextraktion, en process som sker i en separeringstratt. En lösning som innehåller upplösta komponenter placeras i tratten och ett icke blandbart lösningsmedel tillsätts, vilket resulterar i två lager som skakas ihop. Det är vanligast att det ena skiktet är vattenhaltigt och det andra ett organiskt lösningsmedel. Komponenter "extraheras" när de flyttas från det ena skiktet till det andra. Formen på separeringstratten möjliggör effektiv dränering och separation av de två skikten.
Fig.1 Schematisk bild av extraktion
Föreningar flyttar sig från en vätska till en annan beroende på deras relativa löslighet i respektive vätska. En snabb guide till löslighet är principen "lika löser lika", vilket innebär att icke-polära föreningar lätt ska kunna extraheras i icke-polära lösningsmedel (och vice versa). De föreningar som är ansvariga för smaken och färgen på te måste vara polära om de lätt extraheras i hett vatten. När en förening får jämvikta sig mellan två vätskor i en separertratt hamnar majoriteten av den ofta i det skikt där den är mer löslig.
Fig. 2
Steg-för-steg-procedurer för extraktioner.
Enstaka extraktion.
Bilderna i detta avsnitt visar en enda extraktion av metylrött (färgad förening, fig. 3) från en vattenlösning (bottenskikt) till 25 ml etylacetat (toppskikt). Vattenlösningen har ursprungligen en rosa färg, eftersom metylrött blir rött i sur lösning (vattenlösningen tillverkades av 50 ml vatten, 5 droppar 0,1MHCl och 5 droppar 1% metylröd indikatorlösning). Metylrött har en stor fördelningskoefficient och extraheras från vattenskiktet till etylacetatet i denna process.
Förloppet av extraktionen av metylrött (den färgade föreningen) från det sura vattenskiktet (nederst) till det organiska skiktet (överst). Inversionerna gjordes långsamt för att man skulle kunna se extraktionen stegvis. Även med försiktig blandning extraheras metylrött snabbt.
Förbered installationen (för enstaka extraktion)
1. Skaffa en separeringstratt (fig. 4 a).- a) Om separertratten har en teflonkran, sätt tillbaka kranen om den har tagits isär för att torka, och placera delarna i rätt ordning (fig. 4 b). Se till att teflonkranen är lagom tät så att den fortfarande lätt kan vridas, men inte så lös att vätska kan sippra runt skarven.
- b) Om du använder en stoppkran av glas (fig. 4 c) behöver den troligen inte förberedas ytterligare. Ett mycket tunt lager fett bör användas för att täta stoppkranen och förhindra frysning. Om det finns både glas- och teflonkranar är teflon ett bättre val, eftersom det alltid finns en risk att lösningsmedel löser upp fettet som används med glaskranar och kontaminerar provet.
- c) Skaffa också en propp (teflon eller slipat glas) som passar bra i trattens övre skarv (fig. 4 a).
2. Placera separeringstratten i en ringklämma som är fäst vid ett ringstativ eller gitterverk. Trattarna går lätt sönder, så dämpa tratten i metallklämman med hjälp av bitar av slitsade gummi- eller plastslangar (fig. 4 d).
Tillsätt lösningarna (för enkel extraktion)
3. Innan du häller något i en separeringstratt ska du kontrollera att stoppkranen är i "stängt" läge, dvs. att stoppkranen är horisontell (fig. 5 a). Som en säkerhetsåtgärd ska du alltid placera en Erlenmeyerkolv under separeringstratten innan du häller i den (fig. 5 b). Denna kan fånga upp vätska om stoppkranen av misstag lämnas öppen eller om stoppkranen är lös och vätska oavsiktligt läcker ut.
4. Häll den vätska som ska extraheras i separeringstratten med hjälp av en tratt (fig. 5 b). En separeringstratt får aldrig användas med het eller varm vätska. Den slipade glasfogen på toppen av en separeringstratt är mer benägen att fastna i proppen om det fanns vätska i fogen vid något tillfälle. Om du häller vätska i separeringstratten med hjälp av en tratt med kort skaft undviker du att göra skarven våt, vilket gör att det är mindre sannolikt att den fryser under blandningen.
3. Innan du häller något i en separeringstratt ska du kontrollera att stoppkranen är i "stängt" läge, dvs. att stoppkranen är horisontell (fig. 5 a). Som en säkerhetsåtgärd ska du alltid placera en Erlenmeyerkolv under separeringstratten innan du häller i den (fig. 5 b). Denna kan fånga upp vätska om stoppkranen av misstag lämnas öppen eller om stoppkranen är lös och vätska oavsiktligt läcker ut.
4. Häll den vätska som ska extraheras i separeringstratten med hjälp av en tratt (fig. 5 b). En separeringstratt får aldrig användas med het eller varm vätska. Den slipade glasfogen på toppen av en separeringstratt är mer benägen att fastna i proppen om det fanns vätska i fogen vid något tillfälle. Om du häller vätska i separeringstratten med hjälp av en tratt med kort skaft undviker du att göra skarven våt, vilket gör att det är mindre sannolikt att den fryser under blandningen.
Häll en mängd av extraktionsmedlet i separeringstratten enligt proceduren (fig. 5 c). Det är inte nödvändigt att använda exakta mängder lösningsmedel för extraktioner, och volymerna kan mätas i en graderad cylinder. Om en procedur kräver 20 ml lösningsmedel är det godtagbart om mellan 20-25 ml används varje gång.
Blanda lösningarna (för enstaka extraktion)
6. Sätt proppen på tratten och håll tratten så att ena handens fingrar säkert täcker proppen medan den andra handen greppar trattens botten (fig. 6 a).
7. Vänd försiktigt på tratten (fig. 6 b) och virvla runt blandningen lite. Det är inte ovanligt att lite vätska rinner ner i den slipade glasfogen när den vänds, men det ska vara minimalt. Om det droppar vätska på fingrarna eller handskarna när du vänder på tratten är proppen förmodligen av fel storlek.
Blanda lösningarna (för enstaka extraktion)
6. Sätt proppen på tratten och håll tratten så att ena handens fingrar säkert täcker proppen medan den andra handen greppar trattens botten (fig. 6 a).
7. Vänd försiktigt på tratten (fig. 6 b) och virvla runt blandningen lite. Det är inte ovanligt att lite vätska rinner ner i den slipade glasfogen när den vänds, men det ska vara minimalt. Om det droppar vätska på fingrarna eller handskarna när du vänder på tratten är proppen förmodligen av fel storlek.
8. Trycket kan byggas upp i separeringstratten när lösningarna blandas, så omedelbart efter skakningen och med tratten fortfarande uppochnedvänd, "ventilera" tratten genom att kort öppna stoppkranen för att släppa ut trycket (Fig. 6 c). Trycket byggs upp i tratten när lösningsmedel avdunstar i huvudutrymmet och bidrar med ytterligare ånga till det initiala lufttrycket på ~ 1 atmosfär i tratten. Med mycket flyktiga lösningsmedel (som dietyleter) kan ett tydligt "swoosh" höras vid avluftning, och små mängder vätska kan till och med spruta ut genom stoppkranen. Om vätska sprutar ut genom stoppkranen, försök att låta den rinna tillbaka i tratten. Ljudet i samband med avluftning upphör normalt efter den andra eller tredje inverteringen, eftersom huvudutrymmet blir mättat med lösningsmedelsångor och trycket i och utanför tratten utjämnas.
Säkerhetsanmärkning: Rikta aldrig stoppkranen mot någon när du avluftar, eftersom det är möjligt att vätska kan stänka på honom eller henne.
9. Stäng stoppkranen och blanda lösningarna lite kraftigare, och stanna regelbundet för att ventilera systemet. Det finns olika åsikter om hur kraftigt lösningar ska blandas i separeringstrattar och under hur lång tid. Som en allmän riktlinje bör det räcka med en mild blandning i 10-20 sekunder. Med vissa lösningar (t.ex. diklormetan) bör man se till att inte skaka för kraftigt, eftersom dessa lösningar ofta bildar emulsioner (där gränssnittet mellan lösningarna inte klarnar). För lösningar som lätt bildar emulsioner ska tratten skakas försiktigt i en minut.
10. Placera separeringstratten upprätt i ringklämman så att skikten kan separeras helt. Gränsytan mellan skikten bör lösa sig ganska snabbt, ofta inom 10 sekunder eller så. Om gränssnittet är grumligt eller inte väldefinierat (en emulsion har bildats), se avsnittet om felsökning för tips.
Separera skikten (för enkel extraktion)
11. Vätska kommer inte att rinna ut ur en separeringstratt om proppen sitter kvar, eftersom luft inte kan komma in i tratten och ersätta den undanträngda vätskan. Om vätska rinner ut ur tratten utan att ersättas av en lika stor volym luft, skulle ett undertryck bildas i tratten. Ta därför bort proppen innan du tappar ut vätska ur en separeringstratt (fig. 7 a).
12. Tappa upp större delen av bottenskiktet i en ren Erlenmeyerkolv och placera ringklämman så att spetsen på separeringstratten ligger i Erlenmeyerkolven för att förhindra stänk (fig. 7 b). Stoppa dräneringen när gränssnittet är inom 1 cm från botten av stoppkranen.
13. Virvla försiktigt tratten för att lossa eventuella droppar som fastnat på glaset (fig. 7 c). En glasomrörare kan användas för att slå ner envisa droppar som fastnat.
14. Tappa sedan av bottenskiktet och sluta när gränssnittet precis har nått fram till stoppkranens kammare (fig. 7 d). Märk Erlenmeyerkolven (t.ex. "bottenskikt").
Säkerhetsanmärkning: Rikta aldrig stoppkranen mot någon när du avluftar, eftersom det är möjligt att vätska kan stänka på honom eller henne.
9. Stäng stoppkranen och blanda lösningarna lite kraftigare, och stanna regelbundet för att ventilera systemet. Det finns olika åsikter om hur kraftigt lösningar ska blandas i separeringstrattar och under hur lång tid. Som en allmän riktlinje bör det räcka med en mild blandning i 10-20 sekunder. Med vissa lösningar (t.ex. diklormetan) bör man se till att inte skaka för kraftigt, eftersom dessa lösningar ofta bildar emulsioner (där gränssnittet mellan lösningarna inte klarnar). För lösningar som lätt bildar emulsioner ska tratten skakas försiktigt i en minut.
10. Placera separeringstratten upprätt i ringklämman så att skikten kan separeras helt. Gränsytan mellan skikten bör lösa sig ganska snabbt, ofta inom 10 sekunder eller så. Om gränssnittet är grumligt eller inte väldefinierat (en emulsion har bildats), se avsnittet om felsökning för tips.
Separera skikten (för enkel extraktion)
11. Vätska kommer inte att rinna ut ur en separeringstratt om proppen sitter kvar, eftersom luft inte kan komma in i tratten och ersätta den undanträngda vätskan. Om vätska rinner ut ur tratten utan att ersättas av en lika stor volym luft, skulle ett undertryck bildas i tratten. Ta därför bort proppen innan du tappar ut vätska ur en separeringstratt (fig. 7 a).
12. Tappa upp större delen av bottenskiktet i en ren Erlenmeyerkolv och placera ringklämman så att spetsen på separeringstratten ligger i Erlenmeyerkolven för att förhindra stänk (fig. 7 b). Stoppa dräneringen när gränssnittet är inom 1 cm från botten av stoppkranen.
13. Virvla försiktigt tratten för att lossa eventuella droppar som fastnat på glaset (fig. 7 c). En glasomrörare kan användas för att slå ner envisa droppar som fastnat.
14. Tappa sedan av bottenskiktet och sluta när gränssnittet precis har nått fram till stoppkranens kammare (fig. 7 d). Märk Erlenmeyerkolven (t.ex. "bottenskikt").
15. Häll ut det översta skiktet från toppen av separeringstratten i en annan ren Erlenmeyerkolv (fig. 8 a) och se till att märka kolven igen (fig. 8 b). Det är korrekt teknik att tömma bottenskiktet genom stoppkranen och att hälla ut toppskiktet från trattens topp. Denna metod minimerar omblandning av lösningarna, eftersom endast det undre skiktet vidrör trattens skaft.
16. Kasta aldrig bort vätskor från en extraktion förrän du är helt säker på att du har den önskade föreningen. Oönskade skikt kan kasseras på rätt sätt när den önskade föreningen är i dina händer (t.ex. efter att den roterande indunstaren har avlägsnat lösningsmedlet).
Misstag som begås under extraktioner (t.ex. att fortsätta med fel lager) kan lösas så länge lösningarna inte har placerats i avfallsbehållaren! Skikten bör också sparas till efter indunstningen eftersom den önskade föreningen kanske inte är särskilt löslig i det använda lösningsmedlet. Om föreningen inte extraheras i ett lösningsmedel kan man prova med ett annat lösningsmedel senare, men återigen bara om lagren ännu inte har kastats.
Rengöring (för enstaka extraktion)
För att rengöra en separeringstratt, skölj den först med aceton i en avfallsbehållare. Tvätta sedan tratten med tvål och vatten på bänkskivan. Demontera teflonstoppkranen (om sådan används). Efter sköljning med destillerat vatten, låt delarna torka åtskilda i ditt skåp (Fig.8 c).
Misstag som begås under extraktioner (t.ex. att fortsätta med fel lager) kan lösas så länge lösningarna inte har placerats i avfallsbehållaren! Skikten bör också sparas till efter indunstningen eftersom den önskade föreningen kanske inte är särskilt löslig i det använda lösningsmedlet. Om föreningen inte extraheras i ett lösningsmedel kan man prova med ett annat lösningsmedel senare, men återigen bara om lagren ännu inte har kastats.
Rengöring (för enstaka extraktion)
För att rengöra en separeringstratt, skölj den först med aceton i en avfallsbehållare. Tvätta sedan tratten med tvål och vatten på bänkskivan. Demontera teflonstoppkranen (om sådan används). Efter sköljning med destillerat vatten, låt delarna torka åtskilda i ditt skåp (Fig.8 c).
Flera extraktioner.
I detta avsnitt finns stegvisa instruktioner om hur man extraherar en vattenlösning med ett organiskt lösningsmedel som är mindre tätt än vatten (det organiska skiktet kommer att ligga överst). Som exempel ges instruktioner för att extrahera en vattenlösning tre gånger med 25 ml dietyleter varje gång (3×25 ml dietyleter). En procedursammanfattning av de två första extraktionerna finns i Fig.9 Två extraktioner när det organiska skiktet är överst.
Fig.extraktioner när det organiska skiktet är överst.
Extraktion #1
1. Utför en enda extraktion med ca 25 ml dietyleter (en exakt mängd är inte nödvändig), enligt tidigare beskrivning, och se till att märka varje skikt på lämpligt sätt (t.ex. "översta organiska skiktet" och "undre vattenhaltiga skiktet").
Extraktion nr 2
2. Lägg tillbaka vattenskiktet i separertratten. Det finns ingen anledning att tvätta tratten mellan extraktionerna.
3. Tillsätt en ny 25 ml portion dietyleter i separeringstratten. Stoppa tratten, vänd den och skaka med luftning, låt sedan skikten separera.
I detta steg skall det finnas två skikt i separertratten. Om det inte finns två skikt är det troligt att fel skikt tillsattes i tratten i steg 2 (ett vanligt misstag). Ett sätt att testa om detta var felet är att tillsätta lite vatten från en sprutflaska. Om det organiska skiktet (felaktigt) har återförts till separeringstratten kommer vattnet från sprutflaskan inte att blandas med lösningen, utan istället falla som droppar till botten. Om det organiska skiktet (felaktigt) av misstag återfördes till skiljetratten har ingen skada skett, eftersom det organiska skiktet helt enkelt späddes ut. Häll tillbaka vätskan i kolven avsedd för det organiska skiktet och tillsätt i stället vattenlösningen i tratten.
4. Tappa upp det undre vattenhaltiga skiktet i en Erlenmeyerkolv: det går bra att använda samma kolv som användes för det vattenhaltiga skiktet i den första extraktionen (som kan ha märkts med "undre vattenhaltigt skikt").
5. Eftersom det är vanligast att kombinera de organiska skikten i flera extraktioner kan det översta organiska skiktet hällas ut från separeringstratten till samma kolv som användes för det organiska skiktet i den första extraktionen (som kan ha märkts "top organic layer"). I denna kolv bör det finnas ungefär 50 ml dietyleter från de två extraktionerna.
Extraktion nr 3
6. Upprepa extraktionen en tredje gång genom att tillsätta vattenskiktet från den andra extraktionen i separeringstratten, följt av ytterligare en ny 25 ml portion dietyleter. Stoppa tratten, vänd och skaka med ventilation och låt sedan skikten separera.
7. Tappa av vattenskiktet i lämplig kolv och häll återigen det översta skiktet i kolven för det organiska skiktet, där det bör finnas ungefär 75 ml dietyleter från de tre extraktionerna.
1. Utför en enda extraktion med ca 25 ml dietyleter (en exakt mängd är inte nödvändig), enligt tidigare beskrivning, och se till att märka varje skikt på lämpligt sätt (t.ex. "översta organiska skiktet" och "undre vattenhaltiga skiktet").
Extraktion nr 2
2. Lägg tillbaka vattenskiktet i separertratten. Det finns ingen anledning att tvätta tratten mellan extraktionerna.
3. Tillsätt en ny 25 ml portion dietyleter i separeringstratten. Stoppa tratten, vänd den och skaka med luftning, låt sedan skikten separera.
I detta steg skall det finnas två skikt i separertratten. Om det inte finns två skikt är det troligt att fel skikt tillsattes i tratten i steg 2 (ett vanligt misstag). Ett sätt att testa om detta var felet är att tillsätta lite vatten från en sprutflaska. Om det organiska skiktet (felaktigt) har återförts till separeringstratten kommer vattnet från sprutflaskan inte att blandas med lösningen, utan istället falla som droppar till botten. Om det organiska skiktet (felaktigt) av misstag återfördes till skiljetratten har ingen skada skett, eftersom det organiska skiktet helt enkelt späddes ut. Häll tillbaka vätskan i kolven avsedd för det organiska skiktet och tillsätt i stället vattenlösningen i tratten.
4. Tappa upp det undre vattenhaltiga skiktet i en Erlenmeyerkolv: det går bra att använda samma kolv som användes för det vattenhaltiga skiktet i den första extraktionen (som kan ha märkts med "undre vattenhaltigt skikt").
5. Eftersom det är vanligast att kombinera de organiska skikten i flera extraktioner kan det översta organiska skiktet hällas ut från separeringstratten till samma kolv som användes för det organiska skiktet i den första extraktionen (som kan ha märkts "top organic layer"). I denna kolv bör det finnas ungefär 50 ml dietyleter från de två extraktionerna.
Extraktion nr 3
6. Upprepa extraktionen en tredje gång genom att tillsätta vattenskiktet från den andra extraktionen i separeringstratten, följt av ytterligare en ny 25 ml portion dietyleter. Stoppa tratten, vänd och skaka med ventilation och låt sedan skikten separera.
7. Tappa av vattenskiktet i lämplig kolv och häll återigen det översta skiktet i kolven för det organiska skiktet, där det bör finnas ungefär 75 ml dietyleter från de tre extraktionerna.
Felsökning.
I detta avsnitt beskrivs vanliga problem och lösningar i samband med extraktioner.Det finns bara ett skikt
Den vanligaste orsaken till att det bara finns ett skikt i en separeringstratt när det borde finnas två (som när proceduren säger att du ska "separera skikten") är att du har gjort ett misstag. Det som troligen har hänt är att fel skikt har tillsatts i separeringstratten - t.ex. har det organiska skiktet omedvetet tillsatts i stället för vattenskiktet. När organiskt lösningsmedel tillsätts till ett organiskt skikt i separertratten blir resultatet bara ett skikt. Misstaget kan rättas till så länge skikten ännu inte har kastats bort! Om rätt skikt läggs i tratten kommer allt att gå som planerat. För att undvika att göra detta misstag i framtiden, se till att märka Erlenmeyerkolvarna. Tänk också på att aldrig kasta bort ett lager förrän du är helt säker på att du har gjort allt rätt.
En tillfällig anledning till att det bara bildas ett skikt i en separertratt är om det finns stora mängder föreningar som löser sig i båda lösningsmedlen, t.ex. om det finns stora mängder etanol, som löser sig bra i både vattenhaltiga och organiska lösningsmedel. I en sådan situation är det bäst att avlägsna den besvärliga föreningen (dvs. etanolen) i en roterande indunstare före extraktionen.
Det finns tre lager
Den vanligaste orsaken till tre skikt i en separeringstratt är otillräcklig blandning (fig. 10 a). Om tratten skakas kraftigare kommer den troligen att lägga sig i två lager (fig. 10 b). Det är också möjligt att det mellersta tredje lagret är en emulsion, där de två lagren inte är helt separerade.
Den vanligaste orsaken till att det bara finns ett skikt i en separeringstratt när det borde finnas två (som när proceduren säger att du ska "separera skikten") är att du har gjort ett misstag. Det som troligen har hänt är att fel skikt har tillsatts i separeringstratten - t.ex. har det organiska skiktet omedvetet tillsatts i stället för vattenskiktet. När organiskt lösningsmedel tillsätts till ett organiskt skikt i separertratten blir resultatet bara ett skikt. Misstaget kan rättas till så länge skikten ännu inte har kastats bort! Om rätt skikt läggs i tratten kommer allt att gå som planerat. För att undvika att göra detta misstag i framtiden, se till att märka Erlenmeyerkolvarna. Tänk också på att aldrig kasta bort ett lager förrän du är helt säker på att du har gjort allt rätt.
En tillfällig anledning till att det bara bildas ett skikt i en separertratt är om det finns stora mängder föreningar som löser sig i båda lösningsmedlen, t.ex. om det finns stora mängder etanol, som löser sig bra i både vattenhaltiga och organiska lösningsmedel. I en sådan situation är det bäst att avlägsna den besvärliga föreningen (dvs. etanolen) i en roterande indunstare före extraktionen.
Det finns tre lager
Den vanligaste orsaken till tre skikt i en separeringstratt är otillräcklig blandning (fig. 10 a). Om tratten skakas kraftigare kommer den troligen att lägga sig i två lager (fig. 10 b). Det är också möjligt att det mellersta tredje lagret är en emulsion, där de två lagren inte är helt separerade.
Det finns olösligt material vid gränssnittet.
Det är inte ovanligt att det finns en liten mängd olöslig film mellan två lager under en extraktion. Polymera material tenderar att vila mellan skikten eftersom interaktionen mellan lösningsmedlen minimeras vid gränssnittet. En mindre film är inget att oroa sig för, för om en liten mängd hamnar i det organiska skiktet kommer den ofta att avlägsnas genom ett efterföljande torknings- och filtreringssteg.
Gränssnittet kan inte ses.
Ibland är föreningarna i en separeringstratt så mörka att de skymmer gränssnittet mellan de två skikten. Om detta händer finns det flera metoder som kan hjälpa dig att se gränssnittet. En är att hålla upp separertratten mot ljuset eller att lysa på glaset med en ficklampa (fig. 11 b). Extra ljus gör att man ibland kan se gränssnittet. En annan metod är att noggrant observera skikten medan du lutar tratten fram och tillbaka åt sidan (fig. 11 c). Ögat kan ibland upptäcka subtila skillnader i hur vätskorna flödar. En tredje metod är att tillsätta lite mer lösningsmedel i tratten för att späda ut ett av skikten något, eller att tillsätta ett annat lösningsmedel för att ändra brytningsindex.
Skikten separerar inte bra (en emulsion bildas)
Fig.
Emulsioner kan uppstå av flera skäl.
1. Densiteten i varje skikt kan vara så likartad att det finns svag motivation för vätskorna att separera.2. Det kan finnas tvålliknande föreningar eller andra emulgeringsmedel som löser upp vissa komponenter i varandra.
Emulsioner kan vara mycket svåra att korrigera, och det är bäst att undvika dem från början genom att skaka lösningar som är benägna att bilda emulsioner (t.ex. diklormetan med starkt basiska eller täta lösningar) försiktigt i separeringstratten. Om det ändå bildas en emulsion finns det några sätt att försöka klargöra den.
- a) För milda emulsioner, virvla skikten försiktigt och försök att slå ner suspenderade droppar med en glasomrörare.
- b) Låt lösningen stå en tid (till och med fram till nästa laboration) om det är möjligt. Med tillräckligt lång tid kommer vissa lösningar att lösa upp sig av sig själva. Detta är naturligtvis inte alltid praktiskt möjligt.
- c) För små volymer, använd en centrifug om en sådan finns tillgänglig. En centrifug påskyndar processen med att låta en emulsion sedimentera av sig själv. Kom ihåg att en centrifug måste vara balanserad, annars kan den vingla av bänkskivan. Dela upp lösningarna lika genom att placera rör med samma volym mittemot varandra i centrifugen.
- d) Om en emulsion bildas på grund av att de två skikten har liknande densitet, försök att ändra densiteten i varje skikt för att göra dem mer olika. För att klargöra en emulsion kan du försöka minska densiteten i det översta skiktet eller öka densiteten i det undre skiktet. Om det t.ex. uppstår en emulsion med etylacetat (toppskiktet) och en vattenlösning (bottenskiktet) kan du tillsätta lite NaCl. NaCl kommer att lösas upp i vattenskiktet och öka vattenlösningens densitet. Alternativt kan du tillsätta ytterligare etylacetat, vilket späder ut det organiska skiktet och sänker dess densitet. Som en sista utväg kan man tillsätta lite pentan, som blandas med det översta organiska skiktet och minskar dess densitet (pentan är ett av de minst täta organiska lösningsmedlen). Tillsats av pentan används som en sista ansträngning, eftersom det kommer att påverka det organiska skiktets förmåga att extrahera något polära föreningar negativt.
Om en emulsion uppstår med en vattenlösning (översta skiktet) och diklormetan (undre skiktet), tillsätt lite vatten från en sprutflaska för att späda ut det översta skiktet och minska dess densitet. Denna metod fungerade bra för att klargöra emulsionen i fig. 13 c, vilket framgår av fig. 13 d. - c) Försök att minska den ena komponentens löslighet i den andra. En metod är att tillsätta NaCl eller NH4Cl i separeringstratten, vilket löser upp sig i vattenskiktet och minskar organiska föreningars förmåga att lösa sig i vatten ("saltning").
Extraktion med syra och bas
Hur de fungerar.
En modifiering av de extraktioner som tidigare diskuterats i detta kapitel är att utföra en kemisk reaktion i separeringstratten för att ändra polariteten och därmed fördelningen av en förening i vattenskiktet och det organiska skiktet. En vanlig metod är att utföra en syra-basreaktion, som kan omvandla vissa föreningar från neutrala till joniska former (eller vice versa).
Tänk dig t.ex. att en blandning av bensoesyra och cyklohexan löses i ett organiskt lösningsmedel som etylacetat i en separertratt. För att separera komponenterna kan man försöka med en vattentvätt för att avlägsna bensoesyra, men bensoesyra är inte särskilt vattenlöslig på grund av sin opolära aromatiska ring, och endast små mängder skulle extraheras i vattenskiktet (Fig. 14 a).
Tänk dig t.ex. att en blandning av bensoesyra och cyklohexan löses i ett organiskt lösningsmedel som etylacetat i en separertratt. För att separera komponenterna kan man försöka med en vattentvätt för att avlägsna bensoesyra, men bensoesyra är inte särskilt vattenlöslig på grund av sin opolära aromatiska ring, och endast små mängder skulle extraheras i vattenskiktet (Fig. 14 a).
.14
Tvättning av en blandning av bensoesyra och cyklohexan med: a) vatten, b) NaOH i vattenlösning.Det är dock möjligt att separera en blandning av bensoesyra och cyklohexan genom att tvätta den med en bas, t.ex. NaOH. På grund av sin sura natur kan bensoesyra genomgå en reaktion med NaOH enligt följande, vilket resulterar i karboxylatsaltet natriumbensoat.
Karboxylsyrornas löslighetsegenskaper skiljer sig väsentligt från deras motsvarande karboxylatsalter. Natriumsalicylat är ungefär 350 gånger mer lösligt i vatten än salicylsyra på grund av sin joniska karaktär (Fig.15), och det är ganska olösligt i organiska lösningsmedel som dietyleter.
En tvätt med NaOH skulle därför omvandla bensoesyra till dess joniska karboxylatform, som då skulle vara mer löslig i vattenskiktet, vilket skulle göra det möjligt att extrahera natriumbensoatet i vattenskiktet. Cyklohexan blir kvar i det organiska skiktet eftersom det inte har någon affinitet för vattenfasen och inte heller kan reagera med NaOH på något sätt. På detta sätt kan en blandning av bensoesyra och cyklohexan separeras (fig. 14 b). Vattenskiktet kan senare surgöras med HCl(aq) om så önskas för att omvandla bensoesyran tillbaka till sin neutrala form.
Tvättning med natriumbikarbonat
En syra-basextraktion kan användas för att extrahera karboxylsyror från det organiska skiktet till vattenskiktet. Som diskuterades i föregående avsnitt kan NaOH användas för att omvandla en karboxylsyra till dess mer vattenlösliga joniska karboxylatform. Om blandningen innehåller en önskad förening som kan reagera med NaOH, bör dock en mildare bas som natriumbikarbonat användas. En liknande reaktion inträffar.
Tvättning med natriumbikarbonat
En syra-basextraktion kan användas för att extrahera karboxylsyror från det organiska skiktet till vattenskiktet. Som diskuterades i föregående avsnitt kan NaOH användas för att omvandla en karboxylsyra till dess mer vattenlösliga joniska karboxylatform. Om blandningen innehåller en önskad förening som kan reagera med NaOH, bör dock en mildare bas som natriumbikarbonat användas. En liknande reaktion inträffar.
En skillnad med att använda basen NaHCO3 i stället för NaOH är att biprodukten kolsyra (H2CO3) kan sönderdelas till vatten och koldioxidgas. När man skakar en sur lösning med natriumbikarbonat i en separertratt ska man se till att virvla försiktigt och ventilera oftare för att släppa ut trycket från gasen.
Ett exempel på en reaktion där man ofta använder natriumbikarbonattvätt i upparbetningen är en Fischer-förestringsreaktion. För att demonstrera detta återflödades bensoesyra i etanol tillsammans med koncentrerad svavelsyra för att bilda etylbensoat (fig. 16 a och b). En TLC-platta av reaktionsblandningen vid 1 timmes återflöde visade kvarvarande oreagerad karboxylsyra (fig. 16 c), vilket inte är ovanligt på grund av reaktionens energetik.
Ett exempel på en reaktion där man ofta använder natriumbikarbonattvätt i upparbetningen är en Fischer-förestringsreaktion. För att demonstrera detta återflödades bensoesyra i etanol tillsammans med koncentrerad svavelsyra för att bilda etylbensoat (fig. 16 a och b). En TLC-platta av reaktionsblandningen vid 1 timmes återflöde visade kvarvarande oreagerad karboxylsyra (fig. 16 c), vilket inte är ovanligt på grund av reaktionens energetik.
Den kvarvarande karboxylsyran kan avlägsnas från den önskade esterprodukten med hjälp av en syra-basextraktion i en separeringstratt. En sköljning med natriumbikarbonat omvandlar bensoesyra till dess mer vattenlösliga form natriumbensoat och extraherar den till vattenskiktet (fig. 17). Dessutom neutraliserar natriumbikarbonaten den katalytiska syran i denna reaktion.
Natriumbikarbonat är att föredra framför NaOH i denna process, eftersom det är en mycket svagare bas; tvättning med NaOH kan orsaka hydrolys av esterprodukten.
Blandningar av syror och baser
Som tidigare nämnts kan föreningars syra-bas-egenskaper utnyttjas för att selektivt extrahera vissa föreningar från blandningar. Denna strategi kan utvidgas till andra exempelBlandningar av syror och baser
Extrahering av baser
Basiska föreningar som aminer kan extraheras från organiska lösningar genom att skaka dem med sura lösningar för att omvandla dem till mer vattenlösliga salter. På så sätt kan de extraheras från ett organiskt skikt till ett vattenhaltigt skikt.Extrahering av karboxylsyror kontra fenoler
Som tidigare diskuterats kan karboxylsyror extraheras från ett organiskt skikt till ett vattenhaltigt skikt genom att skaka dem med basiska lösningar, vilket omvandlar dem till deras mer vattenlösliga salter.
Som tidigare diskuterats kan karboxylsyror extraheras från ett organiskt skikt till ett vattenhaltigt skikt genom att skaka dem med basiska lösningar, vilket omvandlar dem till deras mer vattenlösliga salter.
En liknande reaktion sker med fenoler (PhOH), och även de kan extraheras till ett vattenhaltigt NaOH-skikt (fig. 18 a).
Fenoler är dock betydligt mindre sura än karboxylsyror och är inte tillräckligt sura för att reagera fullständigt med NaHCO3, som är en svagare bas. Därför kan en bikarbonatlösning användas för att separera blandningar av fenoler och karboxylsyror (fig. 18 b).
Fenoler är dock betydligt mindre sura än karboxylsyror och är inte tillräckligt sura för att reagera fullständigt med NaHCO3, som är en svagare bas. Därför kan en bikarbonatlösning användas för att separera blandningar av fenoler och karboxylsyror (fig. 18 b).
.18
a) Extraktion av både karboxylsyror och fenoler till 5% NaOH(aq), b) Extraktion av endast karboxylsyror till 5% NaHCO3(aq).Extrahering av syra, bas och neutrala föreningar
De syra-bas-egenskaper som tidigare diskuterats gör det möjligt att rena en blandning som innehåller sura (t.ex. RCO2H), basiska (t.ex. RNH2) och neutrala komponenter genom en serie extraktioner, som sammanfattas i fig. 19 (där ett organiskt lösningsmedel som är mindre tätt än vatten används).
De syra-bas-egenskaper som tidigare diskuterats gör det möjligt att rena en blandning som innehåller sura (t.ex. RCO2H), basiska (t.ex. RNH2) och neutrala komponenter genom en serie extraktioner, som sammanfattas i fig. 19 (där ett organiskt lösningsmedel som är mindre tätt än vatten används).
Det förutsätts att läsare som genomför denna typ av experiment är bekanta med att utföra enstaka och multipla extraktioner. I detta avsnitt beskrivs skillnaderna mellan allmänna extraktionsförfaranden och den process som sammanfattas i Fig. 19.
1. Isolering av den sura komponenten:
a) När den sura komponenten finns i vattenskiktet i en Erlenmeyerkolv kan den omvandlas tillbaka till den neutrala komponenten genom tillsats av 2M HCl(aq) tills lösningen har ett pH-värde på 3-4 (bestämt med pH-papper). Om det finns så stora mängder syra att det skulle krävas en för stor volym 2M HCl(aq) för försurning, kan koncentrerad HCl(aq) istället tillsättas droppvis. Lägre koncentrationer av Hcl(aq) är mindre farliga, men en stor volymökning av vattenskiktet skulle påverka effektiviteten i efterföljande extraktions- och filtreringssteg.
b) Efter surgörningen kan man gå två vägar, beroende på om den sura komponenten är fast eller flytande.
1. Isolering av den sura komponenten:
a) När den sura komponenten finns i vattenskiktet i en Erlenmeyerkolv kan den omvandlas tillbaka till den neutrala komponenten genom tillsats av 2M HCl(aq) tills lösningen har ett pH-värde på 3-4 (bestämt med pH-papper). Om det finns så stora mängder syra att det skulle krävas en för stor volym 2M HCl(aq) för försurning, kan koncentrerad HCl(aq) istället tillsättas droppvis. Lägre koncentrationer av Hcl(aq) är mindre farliga, men en stor volymökning av vattenskiktet skulle påverka effektiviteten i efterföljande extraktions- och filtreringssteg.
b) Efter surgörningen kan man gå två vägar, beroende på om den sura komponenten är fast eller flytande.
- Om ett fast ämne bildas vid surgöring av jonsaltet kan det samlas upp genom sugfiltrering. Denna metod bör endast användas om man ser stora mängder stora kristaller. Om fina kristaller bildas (vilket är ganska vanligt) kommer de att täppa till filterpapperet och hindra adekvat dränering. Om man endast ser en liten mängd fast ämne jämfört med den teoretiska mängden, är det troligt att föreningen är ganska vattenlöslig, och filtrering skulle leda till låg återvinning.
- Om inget fast ämne bildas vid surgörning (eller om fina kristaller eller en liten mängd fast ämne bildas), extrahera den sura komponenten tillbaka till ett organiskt lösningsmedel (×3). En allmän tumregel är att använda en tredjedel så mycket lösningsmedel för extraktionerna som det ursprungliga skiktet (t.ex. om du använder 100 ml vattenlösning, extrahera med 33 ml organiskt lösningsmedel varje gång). Se till att först kyla vattenlösningen i ett isbad före extraktionen om surgörningen skapade märkbar värme. Följ upp med en saltlösningstvätt (×1) om du använder dietyleter eller etylacetat, torka med ett torkmedel och avlägsna lösningsmedlet via rotationsindunstare för att lämna kvar den rena syrakomponenten.
2. Isolering av den basiska komponenten:
Använd en liknande process som vid isoleringen av den sura komponenten, men basifiera lösningen med 2M NaOH(aq) tills den ger ett pH-värde på 9-10 enligt pH-papper.
3. Isolering av den neutrala komponenten:
Den neutrala komponenten kommer att vara den "överblivna" föreningen i det organiska skiktet. För att isolera den, tvätta med saltlösning (×1) om dietyleter eller etylacetat används, torka med ett torkmedel och avlägsna lösningsmedlet via rotationsindunstare så att den rena neutrala komponenten återstår.
Använd en liknande process som vid isoleringen av den sura komponenten, men basifiera lösningen med 2M NaOH(aq) tills den ger ett pH-värde på 9-10 enligt pH-papper.
3. Isolering av den neutrala komponenten:
Den neutrala komponenten kommer att vara den "överblivna" föreningen i det organiska skiktet. För att isolera den, tvätta med saltlösning (×1) om dietyleter eller etylacetat används, torka med ett torkmedel och avlägsna lösningsmedlet via rotationsindunstare så att den rena neutrala komponenten återstår.
Slutsats.
Extraktionsmetoder används för att extrahera vissa ämnen från blandningar. Dessa ämnen kan vara baser, syror eller neutrala (polära eller icke-polära). Till exempel används denna metod vid amfetaminframställning i dekanteringsskedet: det översta skiktet som innehåller amfetaminbas samlas upp i alkohol. Det kan torkas lite med vattenfritt magnesiumsulfat, och slaggen kan dessutom extraheras med ett icke-polärt lösningsmedel (eter, bensen, toluen), lösningsmedlet indunstas sedan. Mephedron-produktion inkluderar manipulation med separeringstratt och extraktion. Syra-basextraktionen används också vid rening av vissa psykoaktiva ämnen från föroreningar.
Attachments
Last edited: