Voer alle stappen in een afzuigkap uit om blootstelling aan oplosmiddeldampen te voorkomen.
1. Een oplosmiddel selecteren
2. Het oplossen van het monster in heet oplosmiddel
3. De oplossing koelen
4. De kristallen isoleren en drogen
Bron: Laboratorium van Dr. Jimmy Franco - Merrimack College
Rekristallisatie is een techniek die wordt gebruikt om vaste verbindingen te zuiveren.1 Vaste stoffen zijn doorgaans beter oplosbaar in hete vloeistoffen dan in koude vloeistoffen. Tijdens rekristallisatie wordt een onzuivere vaste verbinding opgelost in een hete vloeistof totdat de oplossing verzadigd is en vervolgens wordt de vloeistof gekoeld.2 De verbinding zou dan relatief zuivere kristallen moeten vormen. Idealiter blijven alle onzuiverheden die aanwezig zijn in de oplossing en worden ze niet opgenomen in de groeiende kristallen (Figuur 1). De kristallen kunnen vervolgens uit de oplossing worden verwijderd door middel van filtratie. Niet alle verbindingen zijn terug te winnen — sommige zullen in de oplossing achterblijven en gaan verloren.
Rekristallisatie wordt over het algemeen niet gezien als een scheidingstechniek; het is eerder een zuiveringstechniek waarbij een kleine hoeveelheid van een onzuiverheid uit een verbinding wordt verwijderd. Als de oplosbaarheidseigenschappen van twee verbindingen echter voldoende verschillend zijn, kan rekristallisatie worden gebruikt om ze te scheiden, zelfs als ze in bijna gelijke hoeveelheden aanwezig zijn. Rekristallisatie werkt het beste wanneer de meeste onzuiverheden al zijn verwijderd door een andere methode, zoals extractie of kolomchromatografie.

Figuur 1. Het algemene schema voor rekristallisatie.
Voer alle stappen in een afzuigkap uit om blootstelling aan oplosmiddeldampen te voorkomen.
1. Een oplosmiddel selecteren
2. Het oplossen van het monster in heet oplosmiddel
3. De oplossing koelen
4. De kristallen isoleren en drogen
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
Een succesvolle herkristallisatie is afhankelijk van de juiste keuze van oplosmiddel. De verbinding moet oplosbaar zijn in het hete oplosmiddel en onoplosbaar in hetzelfde oplosmiddel als het koud is. Voor het doel van herkristallisatie, beschouw 3% w/v als de scheidingslijn tussen oplosbaar en onoplosbaar: als 3 g van een verbinding oplost in 100 mL oplosmiddel, wordt het als oplosbaar beschouwd. Bij het kiezen van een oplosmiddel, geldt: hoe groter het verschil tussen oplosbaarheid in warmte en oplosbaarheid in koude, hoe meer product hersteld kan worden uit herkristallisatie.
De snelheid van afkoeling bepaalt de grootte en kwaliteit van de kristallen: snelle afkoeling bevordert kleine kristallen, en langzame afkoeling bevordert de groei van grote en over het algemeen zuivere kristallen. De snelheid van herkristallisatie is meestal het grootst op ongeveer 50 °C onder het smeltpunt van de stof; de maximale vorming van kristallen vindt plaats op ongeveer 100 °C onder het smeltpunt.
Hoewel de termen "kristallisatie" en "herkristallisatie" soms door elkaar worden gebruikt, verwijzen ze technisch naar verschillende processen. Kristallisatie verwijst naar de vorming van een nieuw, onoplosbaar product door een chemische reactie; dit product slaat vervolgens neer uit de reactieoplossing als een amorf vast lichaam dat veel gevangen onzuiverheden bevat. Herkristallisatie omvat geen chemische reactie; het ruwe product wordt eenvoudigweg opgelost in oplossing en vervolgens worden de omstandigheden gewijzigd om kristallen te laten hervormen. Herkristallisatie produceert een zuiverder eindproduct. Om deze reden bevatten experimentele procedures die een vast product produceren door kristallisatie normaal gesproken een laatste herkristallisatie stap om de zuivere verbinding te verkrijgen.
Een voorbeeld van de resultaten van herkristallisatie wordt getoond in Figuur 2. De gele onzuiverheden die aanwezig waren in de ruwe verbinding zijn verwijderd en het pure product is achtergebleven als een roomkleurige vaste stof. De zuiverheid van de herkristalliseerde verbinding kan nu worden geverifieerd door middel van nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie of, als het een verbinding is met een gepubliceerd smeltpunt, door te kijken hoe vergelijkbaar het smeltpunt is met het smeltpunt in de literatuur. Indien nodig kunnen meerdere herkristallisaties worden uitgevoerd totdat de zuiverheid acceptabel hoog is.

Figuur 2. 2a) Een ruwe verbinding (links), 2b) herkristalliseerd product vóór filtratie (midden), en 2c) dezelfde verbinding na herkristallisatie (rechts).
Rekristallisatie is een methode om een verbinding te zuiveren door eventuele onzuiverheden die ermee gemengd kunnen zijn, te verwijderen. Het werkt het beste wanneer de verbinding zeer goed oplosbaar is in een heet oplosmiddel, maar zeer onoplosbaar in de koude versie van hetzelfde oplosmiddel. De verbinding moet bij kamertemperatuur vast zijn. Rekristallisatie wordt vaak gebruikt als een laatste reinigingsstap, na andere methoden (zoals extractie of kolomchromatografie) die effectief zijn bij het verwijderen van grotere hoeveelheden onzuiverheden, maar die de zuiverheid van de uiteindelijke verbinding niet tot een voldoende hoog niveau verhogen.
Rekristallisatie is de enige techniek die absoluut zuivere, perfecte enkele kristallen van een verbinding kan produceren. Deze kristallen kunnen worden gebruikt voor röntgenanalyse, wat de ultieme autoriteit is bij het bepalen van de structuur en driedimensionale vorm van een molecuul. In deze gevallen wordt de rekristallisatie heel langzaam toegelaten, in de loop van weken tot maanden, om de kristalstructuur te laten vormen zonder de opname van enige onzuiverheden. Speciaal glaswerk is nodig om het oplosmiddel zo langzaam mogelijk te laten verdampen gedurende deze tijd, of om het oplosmiddel heel langzaam te laten mengen met een ander oplosmiddel waarin de verbinding onoplosbaar is (genaamd anti-oplosmiddeltoevoeging).
De farmaceutische industrie maakt ook intensief gebruik van rekristallisatie, omdat het een middel van zuivering is dat gemakkelijker kan worden opgeschaald dan kolomchromatografie.3 De belangrijkheid van rekristallisatie in industriële toepassingen heeft ervoor gezorgd dat onderwijzers rekristallisatie in het laboratoriumcurriculum benadrukken.4 Bijvoorbeeld, het medicijn Stavudine, dat wordt gebruikt om de effecten van HIV te verminderen, wordt typisch geïsoleerd door middel van kristallisatie.5 Vaak hebben moleculen meerdere verschillende kristalstructuren beschikbaar, dus het is noodzakelijk voor onderzoek om te evalueren en te begrijpen welke kristalvorm onder welke omstandigheden wordt geïsoleerd, zoals afkoeltempo, oplosmiddelsamenstelling, en ga zo maar door. Deze verschillende kristalvorm kunnen verschillende biologische eigenschappen hebben of in het lichaam met verschillende snelheden worden opgenomen.
Een meer gebruikelijke toepassing van rekristallisatie is bij het maken van zoetwaren. Zoetwaren worden gemaakt door suiker op te lossen in heet water tot verzadiging. Houten stokken worden in de oplossing geplaatst en de oplossing wordt langzaam afgekoeld en verdampt. Na enkele dagen zijn er grote kristalsuikerkristallen op de houten stokken gegroeid.
Chapters in this video
0:00
Overview
0:58
Principles of Recrystallization
3:41
Selecting a Solvent
4:50
Recrystallization
7:40
Applications
9:31
Summary
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved