2.7: 재결정화로 화합물 정화

용매 연기에 노출되지 않도록 연기 후드의 모든 단계를 수행합니다.

1. 용매 선택

1. 에를렌마이어 플라스크에 50 mg의 샘플(N-bromosuccinimide)을 놓습니다.
2. 끓는 용매 (물)의 0.5 mL을 추가합니다. 시료가 완전히 용해되면, 차가운 용매의 용해도가 너무 높아서 좋은 재결정화 용매가 된다.
3. 시료가 차가운 용매에 용해되지 않으면 용매가 끓을 때까지 테스트 튜브를 가열합니다.
   1. 이 시점에서 샘플이 완전히 용해되지 않은 경우 모든 고체가 용해될 때까지 끓는 용매 드롭 와이즈를 더 추가합니다. 뜨거운 용매에 시료를 용해시키기 위해 3mL 이상이 걸리는 경우, 이 용매의 용해도가 너무 낮아서 좋은 재결정화 용매가 될 수 있습니다.
4. 용매의 첫 번째 선택이 좋은 재결정화 용매가 아닌 경우 다른 사람을 시도하십시오. 작동하는 단일 용매를 찾을 수 없는 경우 두 개의 용매 시스템을 시도하십시오.
   1. 적합한 단일 용매 시스템을 찾을 수 없는 경우 용매 쌍이 필요할 수 있습니다. 용매 쌍을 식별할 때 몇 가지 주요 고려 사항이 있습니다 1) 첫 번째 용매는 고체를 쉽게 용해시켜야 합니다. 2) 두 번째 용매는 1^st 용매와 오해해야하지만, 솔테에 대한 훨씬 낮은 용해도가 있다.
   2. 일반적으로 "좋아 용해 좋아"극성 화합물은 극성 용매및 비 극성 화합물이 종종 더 용해성 비 극성 화합물에 용해되는 경향이 있음을 의미합니다.
   3. 일반적인 용매 쌍(표 1)
5. 용매가 적어도 40 °C의 비등점을 가지고 있는지 확인, 그래서 끓는 용매와 실온 용매 사이에 합리적인 온도 차이가있다.
6. 용매가 약 120°C 이하의 비등점을 가지고 있는지 확인하여 결정에서 용매의 마지막 흔적을 쉽게 제거할 수 있습니다.
7. 또한 용매의 비등점이 화합물의 융점보다 낮은지 확인하므로 화합물은 불용성 오일이 아닌 고체 결정으로 형성됩니다.
8. 불순물이 뜨거운 용매에서 불용성(화합물이 용해되면 열색 여과될 수 있음) 또는 차가운 용매에 용해되도록 합니다(전체 공정 중에 용해상태를 유지).

2. 뜨거운 용매에서 시료를 용해

1. 에를렌마이어 플라스크에서 재결정될 화합물을 놓습니다. 경사진 면이 용매 증기를 트랩하고 증발 속도를 늦추는 데 도움이되기 때문에 이것은 비커보다 더 나은 선택입니다.
2. 용매(물)를 별도의 Erlenmeyer 플라스크에 넣고 끓는 칩이나 스터디 바를 추가하여 끓여줍니다. 뜨거운 접시에 끓이도록 가열합니다.
3. 화합물을 소량으로 함유하는 실온에서 플라스크에 뜨거운 용매를 넣고, 화합물이 완전히 용해될 때까지, 첨가후 소용돌이를 가한다.
   1. 용해 과정에서 핫플레이트에 놓아 항상 용액을 뜨겁게 유지하십시오. 시료를 용해시키기에 충분하기 때문에 필요한 것보다 더 많은 핫 용매를 추가하지 마십시오.
4. 고체의 일부가 용해되지 않는 경우, 더 뜨거운 용매가 첨가 된 후에도, 매우 불용성 불순물의 존재로 인해 가능성이 높습니다. 이 경우 용매 추가를 중지하고 진행하기 전에 뜨거운 여과를 하십시오.
   1. 뜨거운 여과를 수행하려면 필터 용지 한 조각을 플루티드 콘 모양으로 접고 유리 줄기없는 깔때기에 넣습니다.
   2. 10-20% 초과 된 핫 용매를 핫 솔루션에 추가하여 절차에서 증발할 수 있습니다.
   3. 용지를 통해 용액을 붓습니다. 공정 중에 언제든지 결정이 형성되기 시작하면 따뜻한 용매의 작은 부분을 추가하여 이를 용해시합니다.

3. 솔루션 냉각

1. 벤치탑에 놓인 종이 타월과 같이 열을 너무 빨리 수행하지 않는 표면에 용존 화합물이 들어 있는 플라스크를 설정합니다.
2. 플라스크를 가볍게 덮어 증발을 방지하고 먼지가 용액에 떨어지는 것을 방지합니다.
3. 플라스크가 실온으로 냉각될 때까지 방해받지 않고 둡니다.
4. 결정이 형성되면 최대 양의 결정이 얻어지도록 용액을 얼음 욕조에 놓습니다. 용액은 얼음 욕조에서 30 분에서 1 시간까지 방해받지 않고 방치해야하며 화합물이 용액에서 완전히 결정화 된 것처럼 보입니다.
5. 결정 형성이 분명하지 않으면, 플라스크의 내부 벽을 유리 막대로 긁거나 동일한 화합물의 작은 종자 결정을 추가하여 유도될 수 있다.
   1. 그래도 작동하지 않으면 용매가 너무 많이 사용되었을 수 있습니다. 용액을 다시 가열하고 용매의 일부가 끓인 다음 식힙니다.

4. 크리스탈을 분리하고 건조

1. 새로 형성된 크리스탈을 벤치탑에 담은 차가운 플라스크를 놓습니다.
2. 플라스크를 가볍게 덮어 증발을 방지하고 먼지가 용액에 떨어지는 것을 방지합니다.
3. Büchner 또는 Hirsch 깔때기를 사용하여 진공 여과로 결정을 분리합니다 (플라스크를 링 스탠드에 먼저 고정하십시오).
4. Büchner 깔때기에 소량의 신선하고 차가운 용매 (재결정에 사용되는 동일한 용매)로 결정을 헹구어 결정에 달라붙을 수있는 불순물을 제거합니다.
5. 결정을 건조하려면 필터 깔때기에 두고 몇 분 동안 공기를 그립니다. 크리스탈은 또한 몇 시간 또는 며칠 동안 발견 될 수 있도록하여 공기 건조 될 수있다. 보다 효율적인 방법은 진공 건조 또는 건조기에 배치를 포함한다.

표 1. 일반적인 용매 쌍.

재결정화는 고체 화합물에 대한 정제 기술입니다.

재결정화를 수행하기 위해 불순한 고체 화합물을 뜨거운 용매와 혼합하여 포화 용액을 형성합니다. 이 용액이 냉각됨에 따라 화합물의 용해도가 감소하고 용액에서 순수한 결정이 자랍니다.

재결정화는 추출 또는 컬럼 크로마토그래피와 같은 다른 분리 방법 이후의 최종 단계로 자주 사용됩니다. 재결정화는 또한 매우 다른 용해도 특성을 가진 두 화합물을 분리하는 데 사용될 수 있습니다. 이 비디오는 용액에서 유기 화합물의 재결정화, 정제를 위한 용매 선택을 설명하고 화학의 몇 가지 응용 분야를 소개합니다.

결정화는 핵형성으로 시작됩니다. 용질 분자가 모여 안정된 작은 결정을 형성하고 그 후 결정 성장이 이어집니다. 핵형성은 용액에서 자발적으로 발생하는 것보다 종자 결정, 긁힘 또는 고체 불순물과 같은 핵형성 부위에서 더 빠르게 발생합니다. 교반은 또한 빠른 핵형성을 촉진할 수 있습니다. 그러나 빠른 성장은 최적의 조건에서 성장하지 않으면 불순물의 혼입으로 이어질 수 있습니다.

화합물의 용해도는 온도에 따라 증가하는 경향이 있으며 용매 선택에 크게 좌우됩니다. 고온 및 저온에서 용해도의 차이가 클수록 용질이 냉각될 때 용액에서 나와 결정을 형성할 가능성이 높아집니다.

선택한 용매의 끓는점은 40 ?? C 따라서 끓는 온도와 실온 사이에는 상당한 온도 차이가 있습니다. 또한 용매의 끓는점은 결정화가 가능하도록 용질의 융점보다 낮아야 합니다. 용액의 급속 냉각은 많은 핵 형성 부위의 형성을 유도하여 많은 작은 결정의 성장을 촉진합니다. 그러나 느린 냉각은 더 적은 수의 핵 형성 부위의 형성을 유도하고 더 크고 순수한 결정을 선호합니다. 따라서 느린 냉각이 선호됩니다.

또한 불순물을 최소화하기 위해 용매를 선택할 수 있습니다. 용액 불순물이 용질 자체보다 용해성이 높으면 저온 용매로 완전히 형성된 결정에서 씻어낼 수 있습니다. 그러나 불순물이 덜 용해되는 경우 먼저 결정화된 다음 용질의 재결정화 전에 가열된 용액에서 여과할 수 있습니다.

필요한 특성을 가진 단일 용매가 없는 경우 용매 혼합물을 사용할 수 있습니다. 용매 쌍의 경우, 첫 번째 용매는 고체를 쉽게 용해시켜야 합니다. 두 번째 용매는 용질에 대한 용해도가 낮아야 하고 첫 번째 용매와 혼합되어야 합니다. 일반적인 용매 쌍에는 에틸 아세테이트와 헥산, 톨루엔과 헥산, 메탄올과 디클로로메탄, 물과 에탄올이 포함됩니다.

이제 재결정화의 원리를 이해했으므로 재결정화에 의한 유기 화합물의 정제 절차를 살펴보겠습니다.

이 절차를 시작하려면 샘플 50mg을 유리 시험관에 넣습니다.

실온 용제 0.5mL를 추가합니다. 화합물이 완전히 용해되면 저온 용매의 용해도가 너무 높아 재결정에 사용할 수 없습니다. 그렇지 않으면 시험관의 혼합물을 끓일 때까지 가열하십시오.

화합물이 끓는 용매에 완전히 용해되지 않으면 용매의 다른 부분을 끓일 때까지 가열하십시오. 고체가 완전히 용해될 때까지 또는 시험관에 3mL의 용매가 포함될 때까지 끓는 용매를 시험관에 적가하여 첨가합니다. 고체가 여전히 용해되지 않으면이 용매에 대한 용해도가 너무 낮습니다.

불순물이 뜨거운 용매에 불용성이므로 용해 후 걸러낼 수 있거나 차가운 용매에 용해되어 재결정화가 완료된 후 용액에 남아 있는지 확인합니다. 용매가 모든 기준을 충족하는 경우 재결정화에 적합합니다.

재결정을 시작하려면 교반 막대가 있는 삼각 플라스크의 핫 플레이트에서 용매를 끓일 때까지 가열합니다. 재결정화할 화합물을 실온의 다른 삼각 플라스크에 놓습니다.

다음으로, 화합물에 소량의 뜨거운 용매를 첨가하십시오. 플라스크에서 혼합물을 소용돌이친 다음 핫 플레이트에도 놓습니다. 샘플이 완전히 용해될 때까지 또는 용매 첨가로 인해 더 이상 용해되지 않을 때까지 이 과정을 반복합니다.

증발을 설명하기 위해 용액에 10% 이상의 뜨거운 용매를 추가합니다. B?chner 깔때기 설정에 여과지를 놓습니다. 용액을 여과하여 불용성 불순물을 제거합니다. 여과 중에 결정이 형성되면 뜨거운 용제 방울로 용해하십시오.

벤치탑에서 용액을 식히십시오. 증발로 인한 용매 손실을 방지하고 용액에서 미립자를 방지하기 위해 플라스크를 덮으십시오.

플라스크가 실온으로 식을 때까지 플라스크를 방해받지 않고 그대로 두십시오. 냉각 중 교반은 급격한 결정화를 일으켜 더 적은 순수한 결정을 생성할 수 있습니다. 냉각 시 결정 형성이 뚜렷하지 않으면 유리 막대로 플라스크의 내벽을 부드럽게 긁거나 재결정화되는 화합물의 작은 종자 결정을 추가하여 결정화를 유도합니다.

결정 형성을 유도할 수 없는 경우 용액을 재가열하여 일부 용매를 끓인 다음 용매를 실온으로 한 번 더 냉각합니다.

결정이 형성되면 얼음 목욕을 준비합니다. 용액을 덮은 상태로 유지하고 결정화가 완료된 것처럼 보일 때까지 얼음 수조에서 용액을 냉각시킵니다.

Clamp 여과 플라스크를 링 스탠드에 연결하고 플라스크를 진공 라인에 연결합니다. 플라스크 입구에 B?chner 깔때기와 어댑터를 설정합니다.

용액과 결정의 혼합물을 깔때기에 붓고 진공 여과를 시작합니다. 플라스크에 남아 있는 모든 결정을 차가운 솔벤트로 깔때기로 헹굽니다. 깔때기의 결정을 차가운 용제로 세척하여 용해성 불순물을 제거합니다.

깔때기를 통해 공기를 계속 빨아들여 결정을 건조시킨 다음 진공 펌프를 끕니다. 필요한 경우, 결정체는 실온에서 건조시켜 건조시키거나 결정화된 고체를 저장하기 전에 건조기에 배치할 수 있습니다.

조화합물에 존재하는 황색 불순물이 제거되어 회백색 고체가 생성되었습니다. 화합물의 정체와 불순물에 따라 결정의 순도는 NMR 분광법, 융점 측정 또는 육안 검사로 확인할 수 있습니다.

재결정화에 의한 정제는 화학 합성 및 분석을 위한 중요한 도구입니다.

X선 결정학은 분자의 3차원 원자 구조를 식별하는 강력한 특성화 기술입니다. 이를 위해서는 재결정화에 의해 얻어지는 순수한 단결정이 필요합니다. 단백질과 같은 일부 종류의 분자는 결정화하기 어렵지만 그 구조는 화학적 기능을 이해하는 데 매우 중요합니다. 재결정화 조건을 신중하게 선택하면 이러한 종류의 분자도 X선 결정학으로 분석할 수 있습니다. 이 과정에 대한 자세한 내용은 결정학을 위한 결정 성장에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하십시오.

불순물 반응물은 원치 않는 부작용을 일으킬 수 있습니다. 재결정화에 의한 반응물 정제는 생성물의 순도와 수율을 향상시킵니다. 고체 생성물을 분리하고 세척한 후에는 여과액에서 휘발성 물질을 제거하고 생성된 고체에서 생성물을 재결정화하여 반응 수율을 높일 수도 있습니다. 부동액 단백질(AFP)은 얼음 환경에 사는 많은 유기체에서 발현됩니다. AFP는 얼음 평면에 결합하여 더 큰 얼음 결정으로의 재결정화를 억제하여 내부 얼음 성장을 방해합니다. 다른 AFP는 다른 유형의 얼음 결정 평면에 바인딩됩니다. AFP 결합 메커니즘을 조사하려면 단일 얼음 결정에 흡착하는 것이 포함됩니다. 단일 얼음 결정의 적절한 성장은 명확하고 유익한 결과를 얻는 데 필수적입니다. 이 단백질은 내한성 작물의 엔지니어링에서 냉동 수술에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

방금 JoVE가 재결정화를 통한 화합물 정제에 대해 소개하는 것을 시청하셨습니다. 이제 이 기술의 원리, 정제 절차 및 화학에서의 재결정화의 몇 가지 응용 분야에 대해 잘 알게 되었을 것입니다.

시청해 주셔서 감사합니다!