Перекристаллизация бензойной кислоты из воды

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Методические указания
к лабораторным работам по курсу органической химии
для студентов всех технологических специальностей

дневной и заочной форм обучения

Могилев 2012

УДК 547 (075)

Рассмотрено и утверждено к изданию

на заседании кафедры ХТВМС

Протокол № 8 от 21.03.2012 г.

Составители:

д.х.н., профессор Роганов Г.Н.

к.х.н, доцент Баранов О.М.

Рецензент

к.х.н., доцент А.В. Оботуров

УДК 547 (075)

© Учреждение образования

«Могилевский государственный

университет продовольствия», 2012

Содержание

1 Методы очистки органических соединений и определение физико-химических констант веществ. 4

1.1 Перекристаллизация. 4

1.1.1 Перекристаллизация бензойной кислоты из воды.. 6

1.2 Возгонка. 6

1.3 Экстракция. 7

1.3.1 Экстрагирование органических веществ из растворов. 7

1.3.2 Экстракция твердых веществ. 9

1.4 Определение температуры плавления. 11

1.5 Определение температуры кипения. 13

2 Определение молекулярной рефракции органических соединений. 16

2.1 Определение показателя преломления. 18

2.1.1 Методика измерения с использованием рефрактометра Аббе. 20

2.2 Определение молекулярной массы.. 21

2.3 Определение плотности жидких веществ пикнометрическим методом. 21

3 Контрольные вопросы.. 24

3.1 Перекристаллизация. 24

3.2 Возгонка. 24

3.3 Экстракция. 24

3.4 Определение температуры плавления. 24

3.5 Определение температуры кипения. 25

3.6 Определение молекулярной рефракции. 25

Список использованных источников. 26

Введение

Получение органического соединения включает в себя собственно синтез, выделение и очистку интересующего вещества, подтверждение его состава и структуры. Методики проведения синтезов изложены в методических указаниях к лабораторным занятиям по курсу органической химии; раздел «Синтезы» (4-й семестр). Первая же часть лабораторных занятий (3-й семестр) включает в себя описание основных методов выделения и очистки органических соединений, методы качественного элементного и функционального анализа. Логическим завершением первой части лабораторного практикума является задача на идентификацию органического соединения.

В конце методических указаний приводится список литературы, рекомендуемой при подготовке к выполнению лабораторных работ и их защите, и контрольные вопросы по каждой работе.

Письменный отчет по лабораторной работе должен содержать ее название, теоретическую часть, в которой раскрывается сущность метода и возможность его использования, описание проведенного эксперимента и выводы. Отчет должен быть оформлен от третьего лица множественного числа в прошедшем времени.

1 Методы очистки органических соединений и определение
физико-химических констант веществ

Продукты реакции, выделенные из реакционной массы, обычно содержат примеси и называются сырыми продуктами. В качестве примесей в них могут быть растворители, исходные вещества, побочные продукты, возникающие в ходе синтеза. Сырые продукты, как правило, подвергаются очистке. Методы очистки зависят от физических и химических свойств веществ, подвергаемых разделению. Одним из методов очистки твердых веществ является перекристаллизация.

Перекристаллизация

Перекристаллизация – один из наиболее широко употребляемых методов разделения смеси твердых веществ и их очистки. Он основан на выделении избытка растворенного вещества при охлаждении насыщенного при повышенной температуре раствора (рисунок 1). Если приготовить насыщенный раствор вещества при температуре t₂, а затем охладить его до температуры t₁, то из насыщенного он становится пересыщенным, что заставляет выкристаллизоваться
Dm = (m₂ – m₁) граммов вещества. По отношению же к примесям (загрязнениям) раствор при любой температуре остается ненасыщенным, и они остаются в растворе.

Из анализа рисунка 1 можно сделать вывод о требованиях, предъявляемых к растворителю при перекристаллизации:

1) чем сильнее зависимость растворимости вещества в данном растворителе от температуры, тем большее его количество удается перекристаллизовать, т.е. растворитель должен как можно меньше растворять вещество при низкой температуре t₁ и как можно больше при высокой температуре t₂;

2) чем меньше растворимость вещества при низкой температуре (t₁), тем меньше потери основного вещества (m_п – масса вещества, остающегося в растворе;

3) растворитель не должен реагировать с перекристаллизовываемым веществом;

4) для перекристаллизации необходимо брать минимальное количество растворителя; при необходимости раствор можно концентрировать (упарить часть растворителя).

Если не удается подобрать индивидуальный растворитель, удовлетворяющий перечисленным выше условиям, можно взять их бинарные смеси, например, растворителя и не растворителя (осадителя). Растворители (или их смеси), рекомендуемые для перекристаллизации конкретных веществ и даже отдельных групп (классов), обычно приводятся в справочниках (словарях) или в методической части оригинальных работ.

Dt – разница в температурах исходного и горячего растворов;

Dm – масса вещества, выделяющегося при охлаждении раствора

Рисунок 1 – Зависимость растворимости твердого вещества
от температуры

Процесс перекристаллизации включает в себя:

- приготовление нагретого насыщенного раствора вещества в подходящем растворителе при максимально возможной температуре;

- фильтрование горячего раствора (отделение нерастворимых примесей);

- охлаждение раствора (выпадение кристаллов основного вещества);

- фильтрование холодного раствора (отделение кристаллов от раствора);

- сушка кристаллов;

Общая методика процесса. Взвешенное количество неочищенного вещества помещают в круглодонную колбу и добавляют растворитель в количестве, недостаточном для полного растворения вещества. Бросив в воду «кипелки» (кусочки пористого неглазурированного фарфора), нагревают до кипения с обратным холодильником. Через холодильник малыми порциями добавляют столько растворителя, чтобы вещество полностью растворилось в кипящем растворителе, при этом могут оставаться нерастворимые примеси.

Горячий раствор фильтруют (при этом нерастворимые примеси удаляются), фильтрату дают охладиться для кристаллизации. Если кристаллизация самопроизвольно не наступила, ее вызывают трением стеклянной палочки о стенки сосуда или внесением «затравки» (кристаллика этого же или изоморфного соединения).

Кристаллы от раствора отфильтровывают, промывают их небольшим количеством холодного растворителя и сушат на воздухе или в вакуум-эксикаторе.

Перекристаллизация бензойной кислоты из воды

В плоскодонной конической колбе объемом 35–50 см³ растворяют при нагревании 0,5 г загрязненной бензойной кислоты в 25 см³ воды. После растворения проводят горячее фильтрование. Для этого в другую такую же колбу наливают
2–3 см³ воды (дно колбы должно быть полностью покрыто водой), вставляют коническую воронку со складчатым фильтром и нагревают до кипения. После того как пары воды обогреют воронку, на фильтр выливают горячий раствор кислоты. Колбу, в которой производилось растворение, дважды ополаскивают горячей водой (по 2–3 см³) и полученные растворы быстро выливают на тот же фильтр. Фильтрат охлаждают. Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают и высушивают до постоянной массы на воздухе или в вакуум-эксикаторе. Взвешивают очищенный продукт и определяют выход (% масс.) и температуру плавления.