Ćwiczenia z zaawansowanego oczyszczania

Komentarze

Transkrypt

Ćwiczenia z zaawansowanego oczyszczania
Zaawansowane oczyszczanie
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych dla
Chemii Podstawowej (III r.),
Chemii Środowiska (II–III r.)
Informatyki Chemicznej (III r.)
Chemii Biologicznej (III r.)
Zakład Chemii Organicznej
Wydział Chemii
Uniwersytet Wrocławski
2006
wersja 2
Spis treści
[DF]
Destylacja frakcyjna mieszaniny cieczy ..................................................................... 2
[O.1]
Rozdzielenie mieszaniny kwasu benzoesowego i benzaldehydu................................ 3
[O.2]
Rozdzielanie mieszaniny aniliny i nitrobenzenu......................................................... 4
[O.3]
Rozdzielanie mieszaniny fenolu i nitrobenzenu.......................................................... 5
[O.4]
Oczyszczanie benzaldehydu........................................................................................ 6
[O.5]
Rozdzielanie mieszaniny aniliny i fenolu ................................................................... 7
[O.6]
Destylacja pod obniżonym ciśnieniem........................................................................ 8
[KK]
Oczyszczanie kwasu karboksylowego ...................................................................... 10
[F]
Oczyszczanie fenolu.................................................................................................. 11
[DF] Destylacja frakcyjna mieszaniny cieczy
Do okrągłodennej kolby destylacyjnej o pojemności 250 ml wlać 100 ml otrzymanej
mieszaniny. Wrzucić kamyczek wrzenny. Zmontować aparaturę do destylacji cieczy:
A) bez deflegmatora
Przeprowadzić destylację otrzymanej mieszaniny zbierając destylat do cylindra
miarowego. Co 2 ml zbieranego destylatu notować temperaturę wrzenia. Pozostałość po
destylacji (pogon) pozostawić w kolbie destylacyjnej.
Po skończonej destylacji zawrócić destylat do kolby destylacyjnej i przeprowadzić część
B) ćwiczenia.
B) z deflegmatorem
Powtórzyć
doświadczenie
z
punktu
A)
stosując
aparaturę
do
destylacji
z deflegmatorem. Zbieramy następujące frakcje:
•
•
•
•
przedgon – destyluje do ustalenia się temperatury wrzenia
pierwszą frakcję – destyluje po ustaleniu się temperatury wrzenia
frakcję pośrednią – destyluje do ponownego ustalenia się temperatury wrzenia
drugą frakcję – destyluje po ponownym ustaleniu się temperatury wrzenia
Pozostałość po destylacji (pogon) pozostawić w kolbie destylacyjnej.
Co 2 ml odbieranego destylatu notujemy temperaturę wrzenia. Dla poszczególnych
czystych frakcji mierzymy współczynniki załamania światła.
W sprawozdaniu należy przedstawić wykresy zależności temperatury na szczycie nasadki
destylacyjnej od objętości otrzymanego destylatu dla obu eksperymentów, temperatury
wrzenia oraz współczynniki załamania światła otrzymanych substancji. Należy oszacować
skład objętościowy i jakościowy mieszaniny cieczy.
2
[O.1] Rozdzielenie mieszaniny kwasu benzoesowego i
benzaldehydu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Montujemy zestaw do destylacji z parą wodną.
Otrzymaną próbkę, zawierającą aldehyd benzoesowy i kwas benzoesowy, umieszczamy
w kolbie do destylacji z parą wodną, naczynie spłukujemy 100 ml wody. Powoli dodajemy
nasycony roztwór NaHCO3 aż do rozpuszczenia całej porcji kwasu i uzyskania słabo
zasadowego odczynu.
Prowadzimy destylację z parą wodną aż do uzyskania klarownego destylatu. Oddzielamy
aldehyd benzoesowy, wytrząsamy przez 15 minut z bezwodnym MgSO4 i sączymy do
wytarowanego naczynia. Oznaczamy współczynnik załamania światła.
Do pozostałości po destylacji dodajemy porcję węgla aktywnego, ogrzewamy do
wrzenia, sączymy i po ostygnięciu ostrożnie zakwaszamy stężonym kwasem solnym. Po
ochłodzeniu odsączamy kwas benzoesowy, przemywamy wodą i zostawiamy do wysuszenia.
Wydzielone substancje w czystych, zamykanych i opisanych pojemnikach oddajemy
wraz ze sprawozdaniem.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonych substancji, współczynnik załamania światła
benzaldehydu, temperaturę topnienia kwasu benzoesowego oraz odpowiednie wartości
literaturowe i numery pomiarów.
Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania poszczególnych
operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
3
[O.2] Rozdzielanie mieszaniny aniliny i nitrobenzenu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Montujemy zestaw do destylacji z parą wodną.
Otrzymaną próbkę, zawierającą anilinę i nitrobenzen, umieszczamy w kolbie do
destylacji z parą wodną, naczynie spłukujemy 100 ml wody. Zawartość zakwaszamy kwasem
solnym aż do uzyskania trwałego odczynu kwaśnego.
Prowadzimy destylację z parą wodną aż do uzyskania klarownego destylatu. Oddzielamy
nitrobenzen, wytrząsamy przez 15 minut z bezwodnym MgSO4 i sączymy do wytarowanego
naczynia. Oznaczamy współczynnik załamania światła.
Pozostałość w kolbie destylacyjnej alkalizujemy stężonym roztworem NaOH i
ponownie destylujemy z parą wodną do uzyskania klarownego destylatu, po czym
oddestylowujemy jeszcze 100 ml roztworu. Nasycamy destylat NaCl, po czym ekstrahujemy
czterokrotnie 40 mililitrowymi porcjami eteru (pierwszymi dwoma porcjami eteru należy
uprzednio przepłukać naczynie po destylacie). Ekstrakty eterowe łączymy, przemywamy
nasyconym roztworem NaCl i suszymy stałym KOH. Jeżeli KOH upłynnia się, należy
warstwę organiczną oddzielić od wodnej i ponownie suszyć stałym KOH. Ekstrakt dekantuje
się (lub sączy przez sączek fałdowany) do kolby okrągłodennej i oddestylowuje eter,
następnie przenosi pozostałość do mniejszej kolby (100 ml), przemywając oddestylowanym
wcześniej eterem, oddestylowuje resztki eteru, a po wypuszczeniu wody z chłodnicy,
destyluje się anilinę, zbierając frakcje wrzącą w temperaturze 181-185 °C. Zebrany eter
należy przelać do pojemnika na zlewki eteru.
Wydzielone substancje w czystych, zamykanych i opisanych pojemnikach oddajemy
wraz ze sprawozdaniem.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonych substancji, współczynniki załamania światła
i temperatury wrzenia substancji oraz odpowiednie wartości literaturowe i numery pomiarów.
Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania poszczególnych
operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
4
[O.3] Rozdzielanie mieszaniny fenolu i nitrobenzenu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Montujemy zestaw do destylacji z parą wodną.
Otrzymaną próbkę, zawierającą fenol i nitrobenzen, umieszczamy w kolbie do destylacji
z parą wodną, naczynie spłukujemy 100 ml wody. Powoli dodajemy 20% roztwór NaOH aż
do uzyskania wyraźnie zasadowego odczynu.
Prowadzimy destylację z parą wodną aż do uzyskania klarownego destylatu. Oddzielamy
nitrobenzen, wytrząsamy przez 15 minut z bezwodnym MgSO4 i sączymy do wytarowanego
naczynia. Oznaczamy współczynnik załamania światła.
Pozostałość w kolbie destylacyjnej zakwaszamy rozcieńczonym (1:1) kwasem
siarkowym i ponownie destylujemy z parą wodną do uzyskania klarownego destylatu,
destylat nasycamy NaCl, po czym ekstrahujemy trzykrotnie 40 mililitrowymi porcjami eteru
(pierwszymi dwoma porcjami eteru należy uprzednio przepłukać naczynie po destylacie).
Połączone wyciągi eterowe suszymy bezwodnym MgSO4, sączymy i oddestylowujemy eter.
Pozostałość powinna wykrystalizować po oziębieniu, w przeciwnym razie przenosimy
pozostałość do mniejszej kolby (100 ml), przemywając oddestylowanym wcześniej eterem,
oddestylowujemy resztki eteru i destylujemy ostrożnie fenol z małej kolbki w temperaturze
182°C. Zebrany eter należy przelać do pojemnika na zlewki eteru.
Wydzielone substancje w czystych, zamykanych i opisanych pojemnikach oddajemy wraz ze
sprawozdaniem.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonych substancji, współczynniki załamania światła
i temperatury wrzenia/topnienia substancji oraz odpowiednie wartości literaturowe i numery
pomiarów.
Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania poszczególnych
operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
5
[O.4] Oczyszczanie benzaldehydu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Otrzymaną próbkę alkoholowego roztworu aldehydu wytrząsamy z trzykrotną objętością
nasyconego roztworu wodorosiarczynu sodu (NaHSO3), obserwując efekt egzotermiczny.
Wydzielony osad odsączamy pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywamy niewielką ilością
alkoholu i pozostawiamy do wyschnięcia.
Krystaliczną pochodną rozkłada się ostrożnie 2M roztworem kwasu siarkowego,
ogrzewając łagodnie na łaźni wodnej aż do zakończenia wydzielania dwutlenku siarki
(ostrożnie). Roztwór po ochłodzeniu ekstrahuje się trzykrotnie eterem, przemywa wodą i
nasyconym roztworem NaCl, po czym suszy bezwodnym siarczanem magnezu. Po
odsączeniu środka suszącego oddestylowujemy eter, przenosimy pozostałość do mniejszej
kolby (100 ml), przemywając oddestylowanym wcześniej eterem, oddestylowujemy resztki
eteru i destylujemy aldehyd benzoesowy w temperaturze 180°C. Zebrany eter należy przelać
do pojemnika na zlewki eteru.
Wydzielone substancje w czystych, zamykanych i opisanych pojemnikach oddajemy wraz ze
sprawozdaniem.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonych substancji, współczynniki załamania światła
i temperatury wrzenia/topnienia substancji oraz odpowiednie wartości literaturowe i numery
pomiarów. Należy obliczyć zawartość aldehydu w otrzymanej próbce i wydajność
wydzielania aldehydu z adduktu.
Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania poszczególnych
operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
6
[O.5] Rozdzielanie mieszaniny aniliny i fenolu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Montujemy zestaw do destylacji z parą wodną. Otrzymaną próbkę, zawierającą anilinę i
fenol, umieszczamy w kolbie do destylacji z parą wodną, naczynie spłukujemy 100 ml wody.
Powoli dodajemy rozcieńczony w stosunku 1:1 kwas solny aż do uzyskania kwaśnego
odczynu.
Prowadzimy destylację z parą wodną do uzyskania klarownego destylatu, destylat
nasycamy NaCl, po czym ekstrahujemy trzykrotnie 40 ml porcjami eteru (pierwszymi dwoma
porcjami eteru należy przepłukać naczynie po destylacie). Połączone wyciągi eterowe
suszymy bezwodnym MgSO4, sączymy i oddestylowujemy eter. Pozostałość powinna
wykrystalizować po oziębieniu, w przeciwnym razie przenosimy pozostałość do mniejszej
kolby (100 ml), przemywając oddestylowanym wcześniej eterem, oddestylowujemy resztki
eteru i destylujemy ostrożnie fenol z małej kolbki w temperaturze 182°C. Bezbarwny destylat
powinien zakrzepnąć. Zebrany eter należy przelać do pojemnika na zlewki eteru.
Pozostałość w kolbie destylacyjnej alkalizujemy stężonym roztworem NaOH i ponownie
destylujemy z parą wodną do uzyskania klarownego destylatu, po czym oddestylowujemy
jeszcze 100 ml roztworu. Nasycamy destylat NaCl, po czym ekstrahujemy czterokrotnie 40
ml porcjami eteru (przepłukać naczynie po destylacie!). Ekstrakty eterowe łączymy,
przemywamy nasyconym roztworem NaCl i suszymy stałym KOH. Jeżeli KOH upłynnia się,
należy warstwę organiczną oddzielić od wodnej i ponownie suszyć ją stałym KOH. Ekstrakt
dekantuje się (lub sączy przez sączek fałdowany) do kolby okrągłodennej i oddestylowuje
eter, następnie przenosi pozostałość do mniejszej kolby (100 ml), przemywając
oddestylowanym wcześniej eterem, oddestylowuje resztki eteru, a po wypuszczeniu wody z
chłodnicy, destyluje się anilinę, zbierając frakcje wrzącą w temperaturze 181-185 °C. Zebrany
eter należy przelać do pojemnika na zlewki eteru.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonych substancji, współczynniki załamania światła
i temperatury wrzenia/topnienia substancji oraz odpowiednie wartości literaturowe i numery
pomiarów. Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania
poszczególnych operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
7
[O.6] Destylacja pod obniżonym ciśnieniem
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa. Wszystkie
operacje należy wykonywać pod wyciągiem z opuszczoną szybą i w okularach ochronnych.
Student otrzymuje jedną z trzech substancji (ok. 40 ml): anilinę (tw. 184ºC), nitrobenzen
(210 ºC) lub aldehyd benzoesowy (179 ºC, przykładowe temperatury wrzenia benzaldehydu
pod obniżonym ciśnieniem: 79 ºC /25mmHg; 69 ºC /15mmHg; 62 ºC /10mmHg). Substancje
mogą być zawilgocone oraz mogą zawierać rozpuszczalniki mieszające się z wodą.
Otrzymaną próbkę należy poddać ekstrakcji wodą w rozdzielaczu (pięciokrotnie,
zwracając uwagę, która warstwa jest wodna, a która organiczna), następnie solanką
(dwukrotnie, do wyklarowania warstwy organicznej). Starannie oddzieloną warstwę
organiczną suszy się odpowiednim bezwodnym środkiem suszącym: anilinę – KOH,
nitrobenzen – chlorkiem wapnia, aldehyd benzoesowy – siarczanem magnezu. Ze względu na
gęstość i lepkość cieczy skuteczne osuszenie wymaga wytrząsania ze środkiem suszącym (w
zamkniętej kolbie stożkowej ze szlifem) przez przynajmniej 30 minut.
Oczyszczaną ciecz przesącza się przez sączek karbowany bezpośrednio do kolby
destylacyjnej, sączenie może trwać dość długo (sugeruje się użycie kolby dwuszyjnej i
wprowadzenie kapilary destylacyjnej przez boczną szyjkę). Po zmontowaniu pozostałych
elementów zestawu do destylacji pod obniżonym ciśnieniem rozpoczyna się chłodzenie
wymrażacza ciekłym azotem (ostrożnie!) i uruchamia się pompę próżniową. Należy zwrócić
uwagę na intensywność przepływu powietrza przez kapilarę, gdy strumień jest zbyt duży,
należy zacisnąć wlot węża nałożonego na kapilarę. Na manometrze odczytuje się ciśnienie
panujące w zestawie, powinno wynosić ok. 20 mm Hg. Jeżeli ciśnienie jest wyższe, należy
znaleźć i usunąć nieszczelności. Po dokonaniu odczytu kran manometru powinien być
zamknięty, aby uniknąć zniszczenia przyrządu podczas zmian ciśnienia.
Po ustaleniu ciśnienia należy oszacować przewidywaną temperaturę wrzenia przy danym
ciśnieniu, korzystając z nomogramu lub programu komputerowego, np.:
http://www.sigmaaldrich.com/Area_of_Interest/Research_Essentials/Solvents/Key_Resources/nomograph.html
Ogrzewanie należy prowadzić ostrożnie i powoli, górną część kolby i nasadkę można
owinąć folią aluminiową. Zasadniczą frakcję zbiera się do jednego z wybranych
odbieralników po skontrolowaniu ciśnienia. Po zakończeniu zbierania frakcji głównej należy
zmienić odbieralnik. Pojemność odbieralników powinna być dostosowana do przewidywanej
objętości frakcji. Po zebraniu potrzebnej frakcji usuwa się źródło ciepła i utrzymując
obniżone ciśnienie studzi się stopniowo aparaturę, powietrze wpuszcza się dopiero, gdy
8
można dotknąć dłonią kolby destylacyjnej. Destylowanie do końca jest wyjątkowo
niebezpieczne.
Należy
oznaczyć
współczynnik
załamania
światła
destylatu
oraz
wydajność
oczyszczania. W sprawozdaniu należy podać temperaturę wrzenia destylatu i ciśnienie
destylacji.
Uwagi praktyczne:
•
Przynajmniej dzień przed wykonaniem ćwiczenia należy zgłosić do laborantów
zapotrzebowanie na ciekły azot.
•
Smaru używa się jedynie do szlifu obrotowego odbieralnika (z umiarem) oraz ewentualnie
do szlifu kolby destylacyjnej (lubi się zapiekać) i termometru (też lubi).
•
Końcówkę kapilary wyciąga się w płomieniu bezpośrednio przed destylacją.
•
Wymrażacz wyjmuje się z naczynia z azotem po odłączeniu próżni, natomiast opróżnia ze
skroplin dopiero po roztopieniu zawartości.
Kapilara
wrzenna
Woda
Wylot
Wlot
Manometr
Łaźnia
grzejna
Odbieralniki
Do pompy
próżniowej
Pułapka
wymrażająca
Naczynie
Dewara
Schemat aparatury do destylacji pod obniżonym ciśnieniem. Rzeczywisty wygląd
zależy od dostępnego zestawu szkła. Kolejność łączenia elementów (manometr, wymrażacz)
oraz sposób i miejsca zamocowania elementów należy przedyskutować z prowadzącym przed
rozpoczęciem ćwiczenia.
9
[KK] Oczyszczanie kwasu karboksylowego
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Próbka
może
być
zanieczyszczona
substancjami
niepolarnymi
oraz
solami
nieorganicznymi.
Otrzymaną próbkę rozpuszcza się w 10% roztworze NaOH i odsącza ewentualne
zanieczyszczenia stałe. Jeżeli uzyskany roztwór jest zabarwiony, dodaje się porcję węgla
aktywnego, zagotowuje i odsącza osad na gorąco. Roztwór (o temperaturze pokojowej!)
ekstrahuje się eterem (połowa objętości fazy wodnej, nie mniej niż 40 ml), a następnie
ostrożnie zakwasza rozcieńczonym w stosunku 1:1 kwasem siarkowym (należy oszacować
ilość na podstawie zużytego NaOH). Po ochłodzeniu powinien wydzielić się osad kwasu,
który odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa wodą i suszy. Jeżeli kwas się nie
wydzieli, należy roztwór ekstrahować trzykrotnie 50 ml chlorku metylenu, połączone
warstwy organiczne przemyć nasyconym roztworem NaCl i wysuszyć bezwodnym
siarczanem magnezu. Po odsączeniu środka suszącego należy oddestylować chlorek metylenu
aż do momentu krystalizacji kwasu. Użyty eter i ewentualnie chlorek metylenu należy przelać
do pojemników na odpowiednie zlewki.
Uzyskany kwas karboksylowy należy przekrystalizować z metanolu, zachowując
odpowiednie środki ostrożności. Należy użyć najmniejszej niezbędnej ilości metanolu (zależy
ona od ilości kwasu i jego rozpuszczalności).
Na
podstawie
oznaczonej
temperatury
topnienia
(i
ewentualnych
reakcji
charakterystycznych) ustala się, który kwas znajdował się w próbce.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonej substancji, zmierzoną temperaturę topnienia,
odpowiednie wartości literaturowe, ewentualny opis dalszej identyfikacji kwasu oraz numery
pomiarów. Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania
poszczególnych operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
10
[F]
Oczyszczanie fenolu
Wszystkie substancje używane w trakcie ćwiczenia są niebezpieczne lub potencjalnie
niebezpieczne, należy zapoznać się z odpowiednimi kartami bezpieczeństwa.
Otrzymana próbka może być zanieczyszczona substancjami niepolarnymi oraz solami
nieorganicznymi.
Otrzymaną próbkę rozpuszcza się w 10% roztworze NaOH i odsącza ewentualne
zanieczyszczenia stałe. Jeżeli uzyskany roztwór jest zabarwiony, dodaje się porcję węgla
aktywnego, zagotowuje i odsącza osad na gorąco. Roztwór (o temperaturze pokojowej!)
ekstrahuje się eterem (połowa objętości fazy wodnej, nie mniej niż 40 ml), a następnie
ostrożnie zakwasza rozcieńczonym w stosunku 1:1 kwasem siarkowym (należy oszacować
ilość na podstawie zużytego NaOH). Po ochłodzeniu roztwór ekstrahuje się trzykrotnie 50 ml
chlorku metylenu, połączone warstwy organiczne przemywa wodą i nasyconym roztworem
NaCl, po czym suszy siarczanem magnezu. Po odsączeniu środka suszącego należy
oddestylować chlorek metylenu aż do momentu krystalizacji fenolu. Użyty eter i chlorek
metylenu należy przelać do pojemników na odpowiednie zlewki.
Na
podstawie
oznaczonej
temperatury
topnienia
(i
ewentualnych
reakcji
charakterystycznych) ustala się, który fenol znajdował się w próbce.
Sprawozdanie, oprócz opisu wykonanych czynności, prowadzonego na bieżąco, powinno
zawierać wzory strukturalne, ilość wydzielonej substancji, zmierzoną temperaturę topnienia,
odpowiednie wartości literaturowe, ewentualny opis dalszej identyfikacji fenolu oraz numery
pomiarów. Należy krótko wyjaśnić sposób postępowania i celowości wykonywania
poszczególnych operacji w trakcie rozdziału (schemat rozdziału i równania reakcji).
11

Podobne dokumenty