для отгонки и перегонки растворителей из круглодонных одногорлых колб различной емкости. Отгонка растворителя осуществляется при вращении колбы — постоянном перемешивании — за счет чего достигается равномерное кипение и постоянный поток конденсата, улавливаемого эффективным холодильником, также являющимся частью роторного испарителя. Отгонку растворителя на роторном испарителе можно проводить при атмосферном давлении, однако конструкция прибора позволяет это делать под уменьшенным давлением — в результате, не перегревая вещество (используя водяную баню), можно концентрировать растворы в воде, спирте, толуоле и т. п.
Рисунок 12. Механическая мешалка с валом и крылаткой 1; магнитные мешалки без нагревания 2 и с нагреванием 3; роторный испаритель в комплекте 4.
Для нагревания веществ и их растворов используют электроплитки с закрытой спиралью или колбонагреватели.
Для определения массы реагентов и продуктов служат лабораторные весы различной степени точности. В основном используются одночашечные электронные весы с погрешностью определения массы -0.01 г.
3. СБОРКА ПРИБОРОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СИНТЕЗОВ
Весьма ответственной операцией при проведении синтеза органических соединений является сборка приборов, предназначенных для проведения реакций, выделения и очистки конечных продуктов.
Перед тем как приступить к сборке прибора, необходимо подготовиться к выполнению этой работы в целом, т. е.:
• внимательно ознакомиться с методикой синтеза и четко ее знать;
• представлять себе последовательность всех предстоящих манипуляций — от сборки прибора для проведения реакции до взвешивания емкости с очищенным продуктом синтеза;
• отдавать себе отчет в возможных источниках опасности и причинах возникновения аварийных ситуаций, представлять себе меры по их предотвращению и быть готовым немедленно им следовать;
• приготовить всю необходимую посуду и реагенты; убедиться в том, что посуда является чистой и сухой.
Лабораторные приборы для проведения синтезов в основном собираются из отдельных стеклянных шлифованных частей. При получении от лаборанта набора посуды в первую очередь необходимо убедиться в том, что шлифы подходят друг к другу.
Шлифы, которые в процессе синтеза будут испытывать серьезные перепады температуры, а также все шлифы в установке, предназначенной для работы под вакуумом, следует смазывать жесткой вакуумной смазкой. Смазку следует наносить в разумных количествах во избежание загрязнения реакционной смеси или полученного продукта. Обязательно следует смазывать краны. Если вы получили прибор с несмазанными кранами, и они от легкого нажатия не поворачиваются, ни в коем случае не пытайтесь сделать это с силой. Это справедливо и для любого другого шлифового соединения: если оно по каким-либо причинам не разбирается (шлифы “заело”), силу ни в коем случае прилагать нельзя — необходимо обратится к преподавателю или лаборанту.
При сборке прибора приходится надевать на стеклянные "оливки" резиновые трубки. Для снижения трения рекомендуется слегка смочить трубку водой или глицерином. Резиновые шланги одеваются на холодильники перед сборкой прибора — ни в коем случае не одевайте шланги на холодильник, являющийся частью уже собранной конструкции!
Подготовив отдельные части — предметы лабораторной посуды, выбирают подходящий по высоте и весу основания штатив (прибор должен быть устойчивым!) и металлические лапки для крепления частей прибора. Помните о том, что непосредственный контакт между металлом лапок и стеклом недопустим — необходимо прокладывать между ними куски резины (в некоторых лапках такие прокладки, резиновые или корковые, предусмотрены конструкцией).
Если реакцию проводят при нагревании и/или перемешивании, на основание штатива ставят (или закрепляют на штанге штатива) плитку или мешалку. Затем, если объем реакционной смеси превышает 250 мл, или если эта смесь содержит сильно ядовитые вещества, на мешалку (плитку) или подъемный столик (при механическом перемешивании) ставится алюминиевая баня подходящего диаметра и высоты. Только затем на штанге штатива крепится первая лапка, причем правый фиксирующий винт регулирует движение лапки вверх-вниз по штанге штатива, а левый — угол поворота и расстояние от лапки до штанги.
Эта лапка удерживает основной реакционный сосуд — как правило, колбу. Крепить колбы в зажимах следует под обрезом шлифа. Далее в шлифы этой колбы вставляются остальные части прибора, при необходимости крепятся лапками от других штативов (например, нисходящий холодильник при отгонке продукта прямо из реакционной смеси крепится только на другом штативе!). По окончании сборки прибора пускается ток воды (не сильно! Только для обеспечения охлаждения) и осторожно (при использовании механической мешалки — обязательно придерживая рукой ее вал) включается электропитание. Затем необходимо осмотреть все шлифованные соединения, убедиться в отсутствии в собранном приборе напряжений, могущих привести к поломке прибора уже в процессе синтеза.
И только после этого можно помещать в собранный прибор реагенты.
На рис. 13 изображены относительно непростые приборы — очень многие из описанных в данном пособии синтезов будут иметь существенно более простое "аппаратное оформление" — например, стоящий в охлаждающей бане на магнитной мешалке стакан или же круглодонная колба с обратным холодильником, нагреваемая на электрической плитке.
Рисунок 13. Приборы для проведения реакции:
1 — для синтеза с механическим перемешиванием, возможностью прибавления реагента и кипячения реакционной смеси; 2 — для синтеза на магнитной мешалке с возможностью добавления реагента и отгонки продукта в процессе реакции
(ВНИМАНИЕ! Лапки штативов изображены на рисунке черными прямоугольниками. Баня изображена прозрачной).
Ниже будут рассмотрены основные лабораторные операции — и конкретные приборы, необходимые для их проведения, будут обсуждаться в соответствующих разделах.
4. НЕКОТОРЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЕРАЦИИ
4.1. Кристаллизация
Большинство органических соединений имеет т. н. положительный ход растворимости — т. е. их растворимость при нагревании увеличивается. Это свойство является основой одного из методов очистки, называемого перекристаллизацией.
Перекристаллизация представляет собой растворение неочищенного вещества в горячем растворителе, отделение горячего раствора от нерастворимого остатка и последующее охлаждение раствора, в результате чего в осадок выпадает более чистое вещество. В оставшемся после кристаллизации растворе, называемом маточным, зачастую остается много вещества, что снижает общий выход. Поэтому маточные растворы после перекристаллизации концентрируют и стараются выделить из них остатки продукта.
Выбор растворителя
Правильный выбор растворителя для перекристаллизации имеет принципиальное значение. В процессе выбора необходимо учитывать химические свойства как очищаемого вещества, так и имеющихся в исходном препарате примесей. Желательно, чтобы подвергаемое очистке соединение имело большой ход растворимости (разницу в растворимости при разных температурах); примеси же должны либо хорошо растворяться на холоду, либо плохо — при нагревании (по сравнению с очищаемым веществом). Очевидно, растворитель должен быть химически инертным; желательно — иметь низкую вязкость для быстрого образования хорошо оформленных кристаллов; легко удаляться с поверхности кристаллов при промывке.
При выборе растворителя не стоит забывать старое правило — "подобное растворяется в подобном", которое можно проиллюстрировать на простом примере. В задаче 1–4 необходимо очистить перекристаллизацией транс-стильбен (Тпл ~125 °C) от исходного
