Como cristalizar compostos orgânicos: 10 etapas (com fotos)

Cristalização (ou recristalização) é o método mais importante para a purificação de compostos orgânicos. O processo de remoção de impurezas por cristalização envolve a dissolução de um composto em um solvente quente apropriado, permitindo que a solução esfrie e fique saturada com o composto sendo purificado, permitindo-lhe cristalizar a solução, isolando-a por filtração, lavando a sua superfície com frio, solvente para remover impurezas residuais e secagem.

Isso é melhor feito em um laboratório de química controlado, em uma área bem ventilada. Observe que este procedimento possui aplicações amplas, incluindo a purificação comercial de grande escala de açúcar por cristalização do produto de açúcar cru que deixam as impurezas por trás.

Passos

1. Sabe o que faz um solvente apropriado. Lembre-se do dictum "como se dissolve como": Compostos polares se dissolvem em solventes polares, compostos não polares dissolvem em solventes não polares. Por exemplo, açúcar e sal (compostos polares) dissolvem na água (solvente polar), mas não em óleo (solvente não polar).

O solvente ideal teria essas propriedades:

Ele irá dissolver o composto quando a solução estiver quente, mas não quando a solução estiver fria.
Ou não dissolverá as impurezas (para que possam ser filtrado para fora Quando o composto impuro é dissolvido), ou de tal forma que ele irá dissolvê-los muito bem (assim eles permanecerão em solução quando o composto desejado é cristalizado fora).
Não reagirá com o composto.
Não é inflamável.
É não tóxico.
É barato.
É muito volátil (por isso pode ser removido facilmente dos cristais).

2. Considere suas opções. Muitas vezes é difícil decidir sobre o melhor solvente - o solvente é frequentemente escolhido pela experimentação, ou usando o solvente mais não-polar disponível. Familiarize-se com a seguinte lista de solventes comuns (da maioria polar a menos polar). Observe que os solventes adjacentes uns aos outros são miscíveis (eles se dissolverão uns nos outros). Solventes comumente usados estão em negrito.

Água (H₂O) não é inflamável, não tóxico, barato, e dissolver muitos compostos orgânicos polares - sua desvantagem é de alto ponto de ebulição (100 ° C (212 ° C)), tornando-se relativamente não volátil e difícil de remover de cristais, a menos que sejam secos a vácuo em um dessecador.

Ácido acético (CH₃COOH) é útil para a reação de oxidação, mas reagirá com álcoois e aminas, e é, portanto, difícil de remover (ponto de ebulição é de 118 ° C (244 ° F)).

Sulfóxido de dimetil (DMSO), sulfóxido de metil (CH₃Sacro₃) é usado principalmente como solvente para reações - raramente para cristalização. Ferve-se a 189 ° C (372 ° F) e é difícil de remover.

Metanol (CH₃OH) é um solvente útil que dissolverá compostos de polaridade maior do que outros álcoois. Ponto de ebulição: 65 ° C (149 ° F).

Acetona (CH₃Coch₃) é um excelente solvente - sua desvantagem é baixo ponto de ebulição de 56 ° C (133 ° F), permitindo pouca diferença na solubilidade de um composto no seu ponto de ebulição e temperatura ambiente.

Butanona (metil etil cetona, mek) (ch₃Coch₂CH₃) é um excelente solvente com ponto de ebulição 80 ° C (176 ° F).

Acetato de etilo (CH₃COOC₂H₅) é um excelente solvente com ponto de ebulição 78 ° C (172 ° F).

Diclorometano, cloreto de metileno (CH₂CL₂) é útil como um par de solventes com ligroin, mas seu ponto de ebulição, 35 ° C (95 ° F), é muito baixo para torná-lo um bom solvente de cristalização. Pode, no entanto, ser resfriado para -78 ° C (-108 ° F) usando um banho de gelo seco / acetona,

Éter dietílico (CH₃CH₂Och₂CH₃) é útil como um par de solvente com ligroin, mas seu ponto de ebulição, 35 ° C (95 ° F), é muito baixo para torná-lo um bom solvente de cristalização, a menos que seja usado com um banho de gelo seco / acetona.

Metilo terter-éter butílico (CH₃OC (CH₃)₃) é barato, bom substituto para éter dietílico, dado seu ponto de ebulição mais alto, 52 ° C (126 ° F).

Dioxano (C₄H₈O₂) é fácil de remover de cristais - carcinogenes suaves peróxidos - ponto de ebulição 101 ° C (214 ° F).

Tolueno (C₆H₅CH₃) é um excelente solvente para a cristalização de compostos arílicos e substituiu o benzeno outrora comumente usado (um carcinogênio fraco) - uma desvantagem é alto ponto de ebulição de 111 ° C (232 ° F), tornando difícil remover de cristais.

Pentane (C₅H₁₂) é amplamente utilizado para compostos não polares - frequentemente usados como par de solvente com outro solvente. Seu ponto de ebulição baixa significa que é mais útil quando usado em conjunto com um banho de gelo / acetona seco.

Hexano (C₆H₁₄) é usado para compostos não polares-inertes- frequentemente usados em um par de solvente - ponto de ebulição 69 ° C (156 ° F).

Ciclohexano (C₆H₁₂) é semelhante ao hexano, mas mais barato, e tem ponto de ebulição 81 ° C (178 ° F).

Éter petróleo, também conhecido como Liploin, é uma mistura de hidrocarbonetos saturados de que Pentane é um componente principal - barato, e usado de forma intercambiável com ponto de ebulição pentano 30-60 ° C (86-140 ° F).

3. Escolha o seu solvente:

Coloque alguns cristais do composto impuro em um tubo de ensaio e adicione uma única gota do solvente, permita que ele flua para baixo ao lado do tubo.

Se os cristais dissolverem imediatamente à temperatura ambiente, rejeitar o solvente porque muito do composto permanecerá dissolvido a baixa temperatura, e tente outro solvente. Se você está planejando esfriar seu solvente significativamente abaixo da temperatura ambiente durante a re-cristalização, (i.E. Usando um banho de gelo seco / acetona), então execute este teste usando solvente pré-resfriado.

Se os cristais não se dissolvem no solvente frio, aquecem o tubo em um banho de areia quente ou usando uma arma de calor e observe os cristais. Adicione uma queda mais solvente se eles não dissolverem. Se dissolverem-se no ponto de ebulição do solvente e, em seguida, cristalize novamente quando arrefecido à temperatura ambiente, você encontrou um solvente apropriado. Se não, tente outro solvente.

Se após um processo de tentativa e erro - e nenhum solvente satisfatório único é encontrado - use um par de solvente. Dissolver os cristais no melhor solvente (aquele em que eles são prontamente dissolvidos), e adicionam o solvente mais pobre ao quente solução até ficar nublado (a solução está saturada com o soluto). O par de solventes deve ser miscível uns com os outros. Alguns pares de solventes úteis são água ácida acética, água etanol, água de acetona, água dioxana, acetona-etanol, éter etanol-dietílico, metanol-2 butanona, acetato de etilo-ciclohexano, acetona-ligroin, dietílico Ether-Liploin, Diclorometano-Ligroin, Toluene-Ligroin.

4. Dissolva o composto impuro: Para fazer isso, coloque esse composto em um tubo de ensaio. Esmagar grandes cristais com uma haste de agitação para promover a dissolução. Adicione a queda do solvente por gota. Para remover impurezas insolúveis e sólidas, use o excesso de solvente para diluir a solução e filtrar as sólidas impurezas à temperatura ambiente (veja a etapa 4 para o procedimento de filtração) e, em seguida, evaporar o solvente. Antes do aquecimento, coloque um candidato a lenha no tubo para evitar o super aquecimento (aquecimento da solução acima do ponto de ebulição do solvente sem realmente ferver). O ar preso na madeira vai sair para formar núcleos para permitir ainda fervura. Alternativamente, os chips de ebulição porosos podem ser usados. Depois que as impurezas sólidas foram removidas e o solvente evaporado, adicione a queda do solvente pela queda, enquanto agita os cristais com uma haste de vidro e aquecendo o tubo em um banho de vapor ou banho de areia, até que o composto seja completamente dissolvido com quantidade mínima de solvente.

Se você está trabalhando com um composto com um ponto de fusão inferior ao ponto de ebulição do seu solvente, verifique se ele não derrete sem dissolver. Se você vir duas camadas líquidas, adicione um pouco mais de solvente.

5. Descolorizar a solução. Pule este passo se a solução for incolor ou tiver apenas um tom claro de amarelo. Se a solução for colorida (que resulta da produção de subprodutos de peso de alta molecular de reações químicas), adicione excesso de solvente e carvão ativado (carbono) e ferver a solução por alguns minutos. As impurezas coloridas adsorvam na superfície do carvão ativado, devido ao seu alto grau de microporosidade. Remova o carvão com impurezas adsorvidas por filtração, conforme descrito no próximo passo.

Imagem intitulada Crystallize compostos orgânicos Passo 4

6. Remover sólidos por filtração. Filtração pode ser feita por filtração de gravidade, decantação ou remoção de solvente usando uma pipeta. Geralmente, não use filtração a vácuo, pois o solvente quente irá esfriar durante o processo, permitindo que o produto se cristalize no filtro. Se não houver impureza insolúvel, pule esta etapa.

Filtração da Gravidade: Este é o método de escolha para remover o carvão fino, poeira, fiapos, etc. Obter três frascos erlenmeyer aquecidos em um banho de vapor ou placa quente: um contendo a solução a ser filtrada, outro contendo alguns mililitros de solvente e um funil sem fios, e o terceiro contendo vários mililitros do solvente cristalizante para uso. Coloque um papel de filtro flutado (útil, já que você não está usando vácuo) em um funil sem fios (sem fios para impedir a solução saturada de resfriamento e entupimento do caule com cristais) sobre o segundo frasco Erlenmeyer. Traga a solução para ser filtrada para ferver, segure-a em uma toalha e despeje a solução para o papel de filtro. Adicionar solvente fervente do terceiro frasco Erlenmeyer a quaisquer cristais formados no papel de filtro e enxaguar o primeiro frasco Erlenmeyer que continha a solução filtrada, adicionando o enxaguamento ao papel de filtro. Remova o excesso de solvente fervendo a solução filtrada.

Decantação: isso é usado para grandes impurezas sólidas (i.E. vidro quebrado). Simplesmente derrame (decante) o solvente quente, deixando os sólidos insolúveis atrás.

Remoção do solvente usando uma pipeta: Isso é usado para uma pequena quantidade de solução e se as impurezas sólidas são grandes o suficiente. Insira uma pipeta com ponta quadrada na parte inferior do tubo de ensaio (inferior arredondada) e remova o líquido usando sucção, deixando as impurezas sólidas por trás.

7. Cristalizar o composto de interesse. Esta etapa pressupõe que quaisquer impurezas coloridas e impurezas insolúveis foram removidas por etapas apropriadas acima. Remova qualquer excesso de solvente fervendo ou soprando com um fluxo suave de ar, ou por evaporação rotativa. Comece de uma solução saturada com o soluto no ponto de ebulição. Permitir que esfrie devagar até a temperatura ambiente. A cristalização deve começar. Se não, inicie o processo adicionando um cristal de sementes ou coçando o interior do tubo com uma haste de vidro na interface Liquid-ar. Uma vez iniciada a cristalização, tome cuidado para não perturbar o recipiente para permitir a formação de grandes cristais. Para promover o resfriamento lento (o que permite que os cristais maiores sejam formulários), você pode isolar o recipiente com algodão ou toalhas de papel. Cristais maiores são mais fáceis de separar de impurezas. Uma vez que o recipiente tenha esfriado completamente na temperatura ambiente, resfrie-o em gelo ou outro banho de resfriamento por cerca de cinco minutos para maximizar a quantidade de cristais.

Se, após o resfriamento, você vê duas camadas líquidas, seu composto oleado para fora- Em outras palavras, caiu fora da solução a uma temperatura acima de seu ponto de fusão. Isto é especialmente provável que ocorra se você estiver trabalhando com um sólido de baixa fusão. Neste caso, adicione um pouco mais de solvente, reaqueça e tente novamente. Tente adicionar um cristal de sementes (se disponível) ou coçar o interior do contêiner antes de esfriar para incentivar a cristalização a começar.

8. Colete e lave os cristais: Para fazer isso, separe os cristais do solvente gelado por filtração. Isso pode ser feito usando o funil de Hirsch, o funil de Buchner, ou por remoção do solvente usando uma pipeta.

Filtração usando o funil Hirsch: Coloque o funil de Hirsch com não-fluted Papel de filtro em um frasco apertado a vácuo. Coloque o frasco de filtro no gelo para manter o frio solvente. Molhado o papel de filtro com o solvente de cristalização. Ganche o frasco para um aspirador, ligue o aspirador, e verifique se o papel de filtro é puxado para o funil pelo vácuo. Despeje e raspe os cristais no funil, e quebre o vácuo assim que todo o líquido for removido dos cristais. Use algumas gotas de solvente gelado para enxaguar o frasco de cristalização e derramar isso para o funil, enquanto reaplicando vácuo e quebre o vácuo assim que todo o líquido for removido dos cristais. Lave os cristais mais algumas vezes com solvente gelado para remover quaisquer impurezas residuais. No final da lavagem, deixe o vácuo para secar os cristais.

Filtração usando o funil de Buchner: Coloque um pedaço de não-fluted papel de filtro na parte inferior do funil de Buchner, e molhe-o com solvente. Coloque o funil firmemente contra um frasco de filtro através de um adaptador de borracha ou borracha sintética para permitir a sucção a vácuo. Despeje e raspe os cristais no funil, e quebre o vácuo assim que o líquido é removido para o frasco à medida que os cristais são deixados no papel. Lave o frasco de cristalização com solvente gelado, adicione isto aos cristais lavados, reaplique o vácuo e quebre o vácuo quando o líquido é removido dos cristais. Repita e lave os cristais quantas vezes forem necessárias. Deixe o vácuo para secar os cristais no final.

Lavar usando uma pipeta: usada para pequena quantidade de cristais a ser lavada. Insira uma pipeta com ponta quadrada na parte inferior do tubo de ensaio (fundo arredondado) e remova o líquido, deixando os sólidos lavados para trás.

Imagem intitulada Crystallize compostos orgânicos Passo 7

9. Seque o produto lavado: A secagem final para uma pequena quantidade de produto cristalizado pode ser feita apertando os cristais entre as folhas de papel de filtro e deixando-os secarem em um vidro de relógio - alternativamente, você pode colocá-los em um frasco de fundo redondo e deixá-los em um vácuo linha por cerca de uma hora.

Pontas

Se muito pouco solvente for usado, a cristalização pode ocorrer muito rapidamente quando a solução estiver arrefecida. Quando a cristalização ocorre muito rapidamente, as impurezas podem ficar presas nos cristais, derrotando o propósito da purificação por cristalização. Por outro lado, se muito solvente for usado, a cristalização pode não ocorrer em tudo. É melhor adicionar apenas um pouco mais de solvente além da saturação no ponto de ebulição. Encontrar o equilíbrio certo exigirá prática.

Ao tentar encontrar o solvente ideal por tentativa e erro, comece com os solventes mais ferventes e mais voláteis, pois eles podem ser removidos mais prontamente.

Talvez o passo mais importante esteja esperando que a solução quente esfrie lentamente e permita que os cristais se formem. É extremamente importante seja paciente e permitir que a solução esfrie não perturbada.

Se muito solvente for adicionado para que pequenos cristais sejam formados no resfriamento, evaporar parte do solvente por aquecimento e repetição de resfriamento.