$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rekristallisatie is een zuiveringstechniek voor vaste verbindingen.
Om rekristallisatie uit te voeren, wordt een onzuivere vaste verbinding gemengd met heet oplosmiddel om een verzadigde oplossing te vormen. Terwijl deze oplossing afkoelt, neemt de oplosbaarheid van de verbinding af en groeien pure kristallen uit de oplossing.
Rekristallisatie wordt vaak gebruikt als laatste stap na andere scheidingsmethoden zoals extractie of kolomchromatografie. Rekristallisatie kan ook worden gebruikt om twee verbindingen met zeer verschillende oplosbaarheidseigenschappen te scheiden. Deze video zal de oplosmiddelkeuze voor rekristallisatie, de zuivering van een organische verbinding uit oplossing, illustreren en enkele toepassingen in de chemie introduceren.
Kristallisatie begint met nucleatie. Opgeloste moleculen komen samen om een stabiele kleine kristallen te vormen, gevolgd door kristalgroei. Nucleatie vindt sneller plaats op nucleatieplaatsen zoals zaadkristallen, krassen of vaste onzuiverheden dan spontaan in oplossing. Roeren kan ook snelle nucleatie bevorderen. Echter, snelle groei kan leiden tot opname van onzuiverheden als het niet onder optimale omstandigheden wordt gegroeid.
De oplosbaarheid van een verbinding neigt te stijgen met temperatuur en is sterk afhankelijk van de keuze van oplosmiddel. Hoe groter het verschil in oplosbaarheid bij hoge en lage temperatuur, hoe groter de kans dat het opgeloste materiaal uit de oplossing komt terwijl het afkoelt en kristallen vormt.
Het gekozen oplosmiddel moet een kookpunt hebben van minimaal 40??C zodat er een significant temperatuurverschil is tussen koken en kamertemperatuur. Het kookpunt van het oplosmiddel moet ook onder het smeltpunt van het opgeloste materiaal liggen om kristallisatie mogelijk te maken. Snel afkoelen van de oplossing induceert de vorming van veel nucleatieplaatsen, waardoor de groei van veel kleine kristallen wordt bevorderd. Langzaam afkoelen induceert echter de vorming van minder nucleatieplaatsen en bevordert grotere en zuivere kristallen. Daarom wordt langzaam afkoelen geprefereerd.
Bovendien kan een oplosmiddel worden geselecteerd om onzuiverheden te minimaliseren. Als een oplossingsonzuiverheid meer oplosbaar is dan het opgeloste materiaal zelf, kan deze met koud oplosmiddel van de volledig gevormde kristallen worden afgewassen. Als een onzuiverheid echter minder oplosbaar is, zal deze eerst kristalliseren en kan vervolgens uit de verwarmde oplossing worden gefilterd, voorafgaand aan rekristallisatie van het opgeloste materiaal.
Als geen enkel oplosmiddel de nodige eigenschappen heeft, kan een mengsel van oplosmiddelen worden gebruikt. Voor een oplosmiddelpaar moet het eerste oplosmiddel het vaste materiaal gemakkelijk oplossen. Het tweede oplosmiddel moet een lagere oplosbaarheid voor het opgeloste materiaal hebben en mengbaar zijn met het eerste oplosmiddel. Veelgebruikte oplosmiddelparen omvatten ethylacetaat en hexaan, tolueen en hexaan, methanol en dichloormethaan, en water en ethanol.
Nu u de principes van rekristallisatie begrijpt, laten we een procedure voor zuivering van een organische verbinding door rekristallisatie doornemen.
Plaats om deze procedure te beginnen 50 mg van de monster in een glazen proefbuisje.
Voeg 0,5 mL oplosmiddel bij kamertemperatuur toe. Als de verbinding volledig oplost, is de oplosbaarheid in het koude oplosmiddel te hoog om te worden gebruikt voor rekristallisatie. Anders verwarm het mengsel in het proefbuisje tot koken.
Als de verbinding niet volledig oplost in het kookende oplosmiddel, verwarm een andere portie oplosmiddel tot koken. Voeg het kookende oplosmiddel druppelsgewijs toe aan het proefbuisje totdat het vaste materiaal volledig is opgelost of totdat het proefbuisje 3 mL oplosmiddel bevat. Als het vaste materiaal nog steeds niet oplost, dan is de oplosbaarheid ervan in dit oplosmiddel te laag.
Bevestig dat onzuiverheden of onoplosbaar zijn in het hete oplosmiddel zodat ze na oplossing kunnen worden gefilterd of oplosbaar zijn in het koude oplosmiddel zodat ze in oplossing blijven na het rekristallisatieproces. Als een oplosmiddel aan alle criteria voldoet, is het geschikt voor rekristallisatie.
Om rekristallisatie te starten, verwarm het oplosmiddel tot koken op een hotplate in een Erlenmeyerkolf met een roerbar. Plaats het te rekristalliseren verbinding in een andere Erlenmeyerkolf op kamertemperatuur.
Voeg vervolgens een kleine portie heet oplosmiddel toe aan het verbinding. Roer het mengsel in de kolf en plaats het vervolgens ook op de hotplate. Herhaal dit proces totdat het monster volledig is opgelost of totdat toevoeging van oplosmiddel geen verdere oplossing meer veroorzaakt.
Voeg een overschot van 10% heet oplosmiddel toe aan de oplossing om rekening te houden met verdamping. Plaats filterpapier in een B?chner-trechteropstelling. Filtreer de oplossing om onoplosbare onzuiverheden te verwijderen. Als er kristallen vormen tijdens het filteren, los ze op met druppels heet oplosmiddel.
Koel de oplossing af op de werktafel. Bedek de kolf om verlies van oplosmiddel door verdamping te voorkomen en om deeltjes uit de oplossing te houden.
Laat de kolf ongestoord staan totdat deze is afgekoeld tot kamertemperatuur. Roeren tijdens het koelen kan snelle kristallisatie veroorzaken, wat minder pure kristallen oplevert. Als er geen kristalvorming zichtbaar is na afkoeling, induceer kristallisatie door voorzichtig de binnenwanden van de kolf te krassen met een glazen staaf of door een kleine zaadkristal van de te rekristalliseren verbinding toe te voegen.
Als kristalvorming niet kan worden geïnduceerd, verwarm de oplossing opnieuw om wat van het oplosmiddel te laten koken, en koel vervolgens het oplosmiddel opnieuw af tot kamertemperatuur.
Zodra kristallen zijn gevormd, bereid een ijsbad voor. Houd de oplossing bedekt en koel de oplossing in het ijsbad tot de kristallisatie voltooid lijkt te zijn.
Klem een filterkolf op een ringstaander en verbind de kolf met een vacuümlijn. Plaats een B?chner-trechter en adapter in de mond van de kolf.
Giet het mengsel van oplossing
