Экстрагирование органических веществ из растворов

Экстракция веществ из растворов подчиняется закону распределения вещества между двумя жидкими фазами. Согласно этому закону отношение растворимостей распределяемого вещества в двух несмешивающихся растворителях является величиной постоянной для данной температуры и называется коэффициентом распределения:

,

где S₁ и S₂ – растворимости (концентрации) распределяемого вещества в
водном и органическом слоях.

Растворитель, выбранный для экстракции, должен заметно отличаться по плотности от растворителя самого раствора, не давать с ним трудноразделимых эмульсий, легко отгоняться от экстракта и не реагировать химически с веществом и растворителем.

Для выделения органических веществ, находящихся в водном растворе, применяют извлечение несмешивающимися с водой растворителями, в которых эти вещества хорошо растворимы. Обычно в качестве растворителей при экстракции используют легколетучие жидкости – диэтиловый эфир, нефтяной (петролейный) эфир, бензол, хлороформ, четыреххлористый углерод и др., легко удаляющиеся перегонкой.

Для выделения органического вещества из экстракта последний высушивают и затем отгоняют растворитель.

Иногда при взбалтывании водных растворов с органическими растворителями образуются очень стойкие эмульсии. Для разрушения эмульсии применяют насыщение водного слоя поваренной солью («высаливание») или прибавление нескольких капель спирта.

Для более полного извлечения экстрагируемого вещества водный раствор снова переносят в делительную воронку и повторяют экстракцию новой порцией растворителя. Целесообразнее экстрагировать 3–4 раза небольшими порциями, чем пытаться извлечь вещество однократной экстракцией большим объемом растворителя.

Общая методика процесса.Экстрагирование осуществляется с помощью делительных воронок сферической (а), конической (б) и цилиндрической (в) формы – (рисунок 3).

а – сферическая; б – коническая; в – цилиндрическая

Рисунок 3 – Типы делительных воронок

При выборе делительной воронки необходимо помнить, что она должна быть заполнена не более чем на 2/3 своего объема, чтобы обеспечить интенсивное перемешивание.

Перед экстракцией необходимо смазать тонким слоем вазелина сухие шлифы крана и пробки, затем проверить их на герметичность растворителем. Необходимо знать также, что краны в делительных воронках пришлифовываются «по месту», поэтому потеря или повреждение внутренней конусной части крана означает, по сути, потерю всей воронки.

В делительную воронку наливают при помощи обычной конической (не делительной) воронки «бромную воду» (раствор, из которого необходимо экстрагировать бром), приливают небольшое количество органического растворителя (хлороформ, четыреххлористый углерод, бензол, толуол, диэтиловый эфир), плотно закрывают пробкой и переворачивают воронку, придерживая при этом пробку и кран. В этом перевернутом положении необходимо ненадолго открыть кран (для выравнивания давления внутри воронки, которое может возрасти из-за испарения растворителя).

При этом сливную трубку воронки запрещается направлять в сторону людей; лучше всего эту операцию проводить в вытяжном шкафу.

Затем, закрыв кран, энергично встряхивают воронку в течение нескольких минут, время от времени приоткрывая кран (см. выше меры предосторожности). По окончании образуется два несмешивающихся слоя: органический и водный. При этом ярко окрашенный раствор брома в органическом растворителе может оказаться либо внизу, либо вверху, в зависимости от плотности органического растворителя по отношению к воде. После полного отстаивания и расслоения нижний слой сливают через кран, а верхний слой затем можно слить через горло воронки.

Экстракция твердых веществ

Полнота извлечения вещества из твердой смеси зависит в основном от его растворимости в выбранном растворителе и от скорости перехода твердой фазы в жидкую. Для увеличения скорости и полноты извлечения вещества перед экстракцией смесь измельчают, увеличивая тем самым поверхность соприкосновения фаз.

Эту процедуру можно проделывать вручную или с помощью магнитной мешалки, однако эффективным и не требующим постоянного участия экспериментатора приемом является использование экстрактора Сокслета (рисунок 4).

1 – обратный холодильник; 2 – трубка для отвода паров растворителя;
3 – патрон с твердым веществом; 4 – колба с растворителем; 5 – сифонная трубка

Рисунок 4 – Экстрактор Сокслета

В экстрактор помещают вещество, завернутое в закрытый патрон из фильтровальной бумаги или нерастворимой ткани (3), в колбу 4 наливают растворитель, предназначенный для проведения экстракции. Растворитель кипит, его пары по трубке 2 достигают обратного холодильника 1, в котором конденсируются, и жидкость стекает в экстрактор. При этом из вещества извлекается нужный компонент. Важной деталью экстрактора является изогнутая сифонная трубка (5) небольшого диаметра, один из концов которой сообщается с патроном экстрактора, а второй выходит в колбу с растворителем. Когда уровень раствора вещества в экстракторе достигает уровня изгиба трубки, последняя срабатывает как сифон – и практически весь раствор переливается в нижнюю колбу. Таким образом, из 3 вымывается все растворимое вещество, которое и концентрируется в колбе 1.

Экстрактор Сокслета весьма удобен при работе с объектами природного происхождения, и его использование часто является первой стадией работы по выделению из них органических соединений.