Wykonaj wszystkie czynności w dygestorium, aby zapobiec narażeniu na opary rozpuszczalnika.
1. Wybór rozpuszczalnika
- Umieścić 50 mg próbki (N-bromosuccinimida) w kolbie Erlenmeyera.
- Dodać 0,5 ml wrzącego rozpuszczalnika (wody). Jeśli próbka całkowicie się rozpuści, oznacza to, że rozpuszczalność w zimnym rozpuszczalniku jest zbyt wysoka, aby mogła być dobrym rozpuszczalnikiem do rekrystalizacji.
- Jeśli próbka nie rozpuści się w zimnym rozpuszczalniku, podgrzej probówkę, aż rozpuszczalnik się zagotuje.
- Jeśli próbka nie rozpuściła się całkowicie w tym momencie, dodaj kroplami więcej wrzącego rozpuszczalnika, aż całe ciało stałe się rozpuści. Jeśli rozpuszczenie próbki w gorącym rozpuszczalniku zajmuje więcej niż 3 ml, rozpuszczalność w tym rozpuszczalniku jest prawdopodobnie zbyt niska, aby był to dobry rozpuszczalnik do rekrystalizacji.
- Jeśli rozpuszczalnik pierwszego wyboru nie jest dobrym rozpuszczalnikiem do rekrystalizacji, wypróbuj inne. Jeśli nie można znaleźć jednego działającego rozpuszczalnika, wypróbuj system z dwoma rozpuszczalnikami.
- Jeśli nie możesz znaleźć odpowiedniego systemu z pojedynczym rozpuszczalnikiem, może być konieczna para rozpuszczalników. Podczas identyfikacji pary rozpuszczalników należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych kwestii: 1) Pierwszy rozpuszczalnik powinien łatwo rozpuścić ciało stałe. 2) Drugi rozpuszczalnik musi być mieszalny z rozpuszczalnikiem 1st, ale mieć znacznie niższą rozpuszczalność w substancji rozpuszczonej.
- Zgodnie z ogólną zasadą, "lubi się rozpuszczać", co oznacza, że związki polarne są zwykle rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, a związki niepolarne są często bardziej rozpuszczalnymi związkami niepolarnymi.
- Typowe pary rozpuszczalników (Tabela 1)
- Upewnij się, że rozpuszczalnik ma temperaturę wrzenia co najmniej 40 °C, aby istniała rozsądna różnica temperatur między wrzącym rozpuszczalnikiem a rozpuszczalnikiem o temperaturze pokojowej.
- Upewnij się, że rozpuszczalnik ma temperaturę wrzenia poniżej około 120 °C, aby łatwiej było usunąć ostatnie ślady rozpuszczalnika z kryształów.
- Upewnij się również, że temperatura wrzenia rozpuszczalnika jest niższa niż temperatura topnienia związku, aby związek tworzył się w postaci stałych kryształów, a nie nierozpuszczalnego oleju.
- Upewnij się, że zanieczyszczenia są albo nierozpuszczalne w gorącym rozpuszczalniku (aby można je było odfiltrować na gorąco po rozpuszczeniu związku), albo rozpuszczalne w zimnym rozpuszczalniku (aby pozostały rozpuszczone podczas całego procesu).
2. Rozpuszczenie próbki w gorącym rozpuszczalniku
- Umieścić związek, który ma być rekrystalizowany, w kolbie Erlenmeyera. Jest to lepszy wybór niż zlewka, ponieważ pochyłe boki pomagają zatrzymywać opary rozpuszczalnika i spowalniają tempo parowania.
- Umieścić rozpuszczalnik (wodę) w osobnej kolbie Erlenmeyera i dodać wiórki do gotowania lub mieszadło, aby woda płynnie się gotowała. Podgrzej do wrzenia na płycie grzejnej.
- Dodać gorący rozpuszczalnik do kolby o temperaturze pokojowej zawierającej związek w małych porcjach, mieszając po każdym dodaniu, aż do całkowitego rozpuszczenia związku.
- Podczas procesu rozpuszczania utrzymuj roztwór gorący przez cały czas, kładąc go również na płycie grzejnej. Nie dodawaj więcej gorącego rozpuszczalnika niż to konieczne - tylko tyle, aby rozpuścić próbkę.
- Jeśli wydaje się, że część ciała stałego nie rozpuszcza się, nawet po dodaniu większej ilości gorącego rozpuszczalnika, jest to prawdopodobnie spowodowane obecnością bardzo nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. Jeśli tak się stanie, przestań dodawać rozpuszczalnik i wykonaj gorącą filtrację przed kontynuowaniem.
- Aby przeprowadzić gorącą filtrację, złóż kawałek bibuły filtracyjnej w karbowany stożek i umieść go w szklanym lejku bez nóżki.
- Dodaj 10-20% nadmiaru gorącego rozpuszczalnika do gorącego roztworu, aby umożliwić odparowanie podczas zabiegu.
- Wlej roztwór przez papier. Jeśli kryształy zaczną tworzyć się w dowolnym momencie procesu, dodaj niewielką porcję ciepłego rozpuszczalnika, aby je rozpuścić.
3. Chłodzenie roztworu
- Kolbę zawierającą rozpuszczony związek należy ustawić na powierzchni, która nie odprowadza ciepła zbyt szybko, takiej jak ręcznik papierowy ustawiony na blacie.
- Lekko przykryć kolbę, gdy ostygnie, aby zapobiec parowaniu i przedostawaniu się pyłu do roztworu.
- Pozostawić kolbę w spokoju, aż ostygnie do temperatury pokojowej.
- Po uformowaniu się kryształów umieść roztwór w łaźni lodowej, aby upewnić się, że uzyskano maksymalną ilość kryształów. Roztwory należy pozostawić w spokoju w łaźni lodowej na 30 minut do 1 godziny lub do momentu, gdy związek wydaje się całkowicie skrystalizowany z roztworu.
- Jeśli tworzenie się kryształów nie jest widoczne, można je wywołać przez zarysowanie wewnętrznych ścianek kolby szklaną pałeczką lub przez dodanie małego kryształu zarodkowego tego samego związku.
- Jeśli to nadal nie zadziała, prawdopodobnie użyto zbyt dużej ilości rozpuszczalnika. Podgrzej roztwór, pozwól, aby część rozpuszczalnika się wygotowała, a następnie ostudź go.
4. Izolowanie i suszenie kryształów
- Ustaw zimną kolbę zawierającą nowo uformowane kryształy na blacie stołu.
- Lekko przykryć kolbę, aby zapobiec parowaniu i przedostawaniu się pyłu do roztworu.
- Wyizolować kryształy przez filtrację próżniową, używając lejka Büchnera lub Hirscha (najpierw zacisnąć kolbę na stojaku pierścieniowym).
- Przepłukać kryształy na lejku Büchnera niewielką ilością świeżego, zimnego rozpuszczalnika (tego samego, który jest używany do rekrystalizacji), aby usunąć wszelkie zanieczyszczenia, które mogą przyklejać się do kryształów.
- Aby wysuszyć kryształy, pozostaw je w lejku filtrującym i wciągaj przez nie powietrze przez kilka minut. Kryształy można również suszyć na powietrzu, pozostawiając je odkryte na kilka godzin lub dni. Bardziej wydajne metody obejmują suszenie próżniowe lub umieszczanie w eksykatorze.
| Rozpuszczalnik polarny | Mniej polarny rozpuszczalnik |
| Octan etylu | Heksan |
| Metanol | Chlorek metylenu |
| Woda | Etanol |
| Toluen | Heksan |
Tabela 1. Typowe pary rozpuszczalników.
Źródło: Laboratorium dr Jimmy'ego Franco - Merrimack College
Rekrystalizacja to technika stosowana do oczyszczania związków stałych. 1 Ciała stałe są zwykle bardziej rozpuszczalne w gorących cieczach niż w zimnych. Podczas rekrystalizacji zanieczyszczony związek stały rozpuszcza się w gorącej cieczy, aż roztwór zostanie nasycony, a następnie ciecz pozostawia się do ostygnięcia. 2 Związek powinien wtedy tworzyć względnie czyste kryształy. Idealnie byłoby, gdyby wszelkie obecne zanieczyszczenia pozostały w roztworze i nie zostały włączone do rosnących kryształów (Rysunek 1). Kryształy można następnie usunąć z roztworu przez filtrację. Nie cały związek jest możliwy do odzyskania - część pozostanie w roztworze i zostanie utracona.
Rekrystalizacja nie jest ogólnie uważana za technikę separacji; Jest to raczej technika oczyszczania, w której niewielka ilość zanieczyszczenia jest usuwana ze związku. Jeśli jednak właściwości rozpuszczalności dwóch związków są wystarczająco różne, można zastosować rekrystalizację do ich rozdzielenia, nawet jeśli występują w prawie równych ilościach. Rekrystalizacja przebiega najlepiej, gdy większość zanieczyszczeń została już usunięta inną metodą, taką jak ekstrakcja lub chromatografia kolumnowa.
Rysunek 1. Ogólny schemat rekrystalizacji.
Wykonaj wszystkie czynności w dygestorium, aby zapobiec narażeniu na opary rozpuszczalnika.
1. Wybór rozpuszczalnika
- Umieścić 50 mg próbki (N-bromosuccinimida) w kolbie Erlenmeyera.
- Dodać 0,5 ml wrzącego rozpuszczalnika (wody). Jeśli próbka całkowicie się rozpuści, oznacza to, że rozpuszczalność w zimnym rozpuszczalniku jest zbyt wysoka, aby mogła być dobrym rozpuszczalnikiem do rekrystalizacji.
- Jeśli próbka nie rozpuści się w zimnym rozpuszczalniku, podgrzej probówkę, aż rozpuszczalnik się zagotuje.
- Jeśli próbka nie rozpuściła się całkowicie w tym momencie, dodaj kroplami więcej wrzącego rozpuszczalnika, aż całe ciało stałe się rozpuści. Jeśli rozpuszczenie próbki w gorącym rozpuszczalniku zajmuje więcej niż 3 ml, rozpuszczalność w tym rozpuszczalniku jest prawdopodobnie zbyt niska, aby był to dobry rozpuszczalnik do rekrystalizacji.
- Jeśli rozpuszczalnik pierwszego wyboru nie jest dobrym rozpuszczalnikiem do rekrystalizacji, wypróbuj inne. Jeśli nie można znaleźć jednego działającego rozpuszczalnika, wypróbuj system z dwoma rozpuszczalnikami.
- Jeśli nie możesz znaleźć odpowiedniego systemu z pojedynczym rozpuszczalnikiem, może być konieczna para rozpuszczalników. Podczas identyfikacji pary rozpuszczalników należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych kwestii: 1) Pierwszy rozpuszczalnik powinien łatwo rozpuścić ciało stałe. 2) Drugi rozpuszczalnik musi być mieszalny z rozpuszczalnikiem 1st, ale mieć znacznie niższą rozpuszczalność w substancji rozpuszczonej.
- Zgodnie z ogólną zasadą, "lubi się rozpuszczać", co oznacza, że związki polarne są zwykle rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, a związki niepolarne są często bardziej rozpuszczalnymi związkami niepolarnymi.
- Typowe pary rozpuszczalników (Tabela 1)
- Upewnij się, że rozpuszczalnik ma temperaturę wrzenia co najmniej 40 °C, aby istniała rozsądna różnica temperatur między wrzącym rozpuszczalnikiem a rozpuszczalnikiem o temperaturze pokojowej.
- Upewnij się, że rozpuszczalnik ma temperaturę wrzenia poniżej około 120 °C, aby łatwiej było usunąć ostatnie ślady rozpuszczalnika z kryształów.
- Upewnij się również, że temperatura wrzenia rozpuszczalnika jest niższa niż temperatura topnienia związku, aby związek tworzył się w postaci stałych kryształów, a nie nierozpuszczalnego oleju.
- Upewnij się, że zanieczyszczenia są albo nierozpuszczalne w gorącym rozpuszczalniku (aby można je było odfiltrować na gorąco po rozpuszczeniu związku), albo rozpuszczalne w zimnym rozpuszczalniku (aby pozostały rozpuszczone podczas całego procesu).
2. Rozpuszczenie próbki w gorącym rozpuszczalniku
- Umieścić związek, który ma być rekrystalizowany, w kolbie Erlenmeyera. Jest to lepszy wybór niż zlewka, ponieważ pochyłe boki pomagają zatrzymywać opary rozpuszczalnika i spowalniają tempo parowania.
- Umieścić rozpuszczalnik (wodę) w osobnej kolbie Erlenmeyera i dodać wiórki do gotowania lub mieszadło, aby woda płynnie się gotowała. Podgrzej do wrzenia na płycie grzejnej.
- Dodać gorący rozpuszczalnik do kolby o temperaturze pokojowej zawierającej związek w małych porcjach, mieszając po każdym dodaniu, aż do całkowitego rozpuszczenia związku.
- Podczas procesu rozpuszczania utrzymuj roztwór gorący przez cały czas, kładąc go również na płycie grzejnej. Nie dodawaj więcej gorącego rozpuszczalnika niż to konieczne - tylko tyle, aby rozpuścić próbkę.
- Jeśli wydaje się, że część ciała stałego nie rozpuszcza się, nawet po dodaniu większej ilości gorącego rozpuszczalnika, jest to prawdopodobnie spowodowane obecnością bardzo nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. Jeśli tak się stanie, przestań dodawać rozpuszczalnik i wykonaj gorącą filtrację przed kontynuowaniem.
- Aby przeprowadzić gorącą filtrację, złóż kawałek bibuły filtracyjnej w karbowany stożek i umieść go w szklanym lejku bez nóżki.
- Dodaj 10-20% nadmiaru gorącego rozpuszczalnika do gorącego roztworu, aby umożliwić odparowanie podczas zabiegu.
- Wlej roztwór przez papier. Jeśli kryształy zaczną tworzyć się w dowolnym momencie procesu, dodaj niewielką porcję ciepłego rozpuszczalnika, aby je rozpuścić.
3. Chłodzenie roztworu
- Kolbę zawierającą rozpuszczony związek należy ustawić na powierzchni, która nie odprowadza ciepła zbyt szybko, takiej jak ręcznik papierowy ustawiony na blacie.
- Lekko przykryć kolbę, gdy ostygnie, aby zapobiec parowaniu i przedostawaniu się pyłu do roztworu.
- Pozostawić kolbę w spokoju, aż ostygnie do temperatury pokojowej.
- Po uformowaniu się kryształów umieść roztwór w łaźni lodowej, aby upewnić się, że uzyskano maksymalną ilość kryształów. Roztwory należy pozostawić w spokoju w łaźni lodowej na 30 minut do 1 godziny lub do momentu, gdy związek wydaje się całkowicie skrystalizowany z roztworu.
- Jeśli tworzenie się kryształów nie jest widoczne, można je wywołać przez zarysowanie wewnętrznych ścianek kolby szklaną pałeczką lub przez dodanie małego kryształu zarodkowego tego samego związku.
- Jeśli to nadal nie zadziała, prawdopodobnie użyto zbyt dużej ilości rozpuszczalnika. Podgrzej roztwór, pozwól, aby część rozpuszczalnika się wygotowała, a następnie ostudź go.
4. Izolowanie i suszenie kryształów
- Ustaw zimną kolbę zawierającą nowo uformowane kryształy na blacie stołu.
- Lekko przykryć kolbę, aby zapobiec parowaniu i przedostawaniu się pyłu do roztworu.
- Wyizolować kryształy przez filtrację próżniową, używając lejka Büchnera lub Hirscha (najpierw zacisnąć kolbę na stojaku pierścieniowym).
- Przepłukać kryształy na lejku Büchnera niewielką ilością świeżego, zimnego rozpuszczalnika (tego samego, który jest używany do rekrystalizacji), aby usunąć wszelkie zanieczyszczenia, które mogą przyklejać się do kryształów.
- Aby wysuszyć kryształy, pozostaw je w lejku filtrującym i wciągaj przez nie powietrze przez kilka minut. Kryształy można również suszyć na powietrzu, pozostawiając je odkryte na kilka godzin lub dni. Bardziej wydajne metody obejmują suszenie próżniowe lub umieszczanie w eksykatorze.
| Rozpuszczalnik polarny | Mniej polarny rozpuszczalnik |
| Octan etylu | Heksan |
| Metanol | Chlorek metylenu |
| Woda | Etanol |
| Toluen | Heksan |
Tabela 1. Typowe pary rozpuszczalników.
Rekrystalizacja to technika oczyszczania związków stałych.
Aby przeprowadzić rekrystalizację, zanieczyszczony związek stały miesza się z gorącym rozpuszczalnikiem, tworząc nasycony roztwór. Gdy roztwór ten stygnie, rozpuszczalność związku maleje, a z roztworu wyrastają czyste kryształy.
Rekrystalizacja jest często stosowana jako ostatni etap po innych metodach separacji, takich jak ekstrakcja lub chromatografia kolumnowa. Rekrystalizacja może być również stosowana do rozdzielania dwóch związków o bardzo różnych właściwościach rozpuszczalności. Ten film zilustruje dobór rozpuszczalnika do rekrystalizacji, oczyszczania związku organicznego z roztworu oraz przedstawi kilka zastosowań w chemii.
Krystalizacja rozpoczyna się od zarodkowania. Cząsteczki substancji rozpuszczonej łączą się, tworząc stabilny mały kryształ, po którym następuje wzrost kryształów. Zarodkowanie zachodzi szybciej w miejscach zarodkowania, takich jak kryształy zarodkowe, zadrapania lub zanieczyszczenia stałe, niż spontanicznie w roztworze. Pobudzenie może również sprzyjać szybkiemu zarodkowaniu. Jednak szybki wzrost może prowadzić do włączenia zanieczyszczeń, jeśli nie jest uprawiany w optymalnych warunkach.
Rozpuszczalność związku ma tendencję do zwiększania się wraz z temperaturą i w dużym stopniu zależy od wyboru rozpuszczalnika. Im większa różnica w rozpuszczalności w wysokiej i niskiej temperaturze, tym większe prawdopodobieństwo, że substancja rozpuszczona wydostanie się z roztworu podczas jego ostygnięcia i utworzy kryształy.
Wybrany rozpuszczalnik powinien mieć temperaturę wrzenia co najmniej 40?? C, więc istnieje znaczna różnica temperatur między temperaturą wrzenia a temperaturą pokojową. Temperatura wrzenia rozpuszczalnika musi być również niższa od temperatury topnienia substancji rozpuszczonej, aby umożliwić krystalizację. Szybkie chłodzenie roztworu indukuje powstawanie wielu miejsc zarodkowania, sprzyjając w ten sposób wzrostowi wielu małych kryształów. Jednak powolne chłodzenie indukuje powstawanie mniejszej liczby miejsc zarodkowania i sprzyja większym i czystszym kryształom. Dlatego preferowane jest powolne chłodzenie.
Dodatkowo można wybrać rozpuszczalnik, aby zminimalizować zanieczyszczenia. Jeśli zanieczyszczenie roztworem jest bardziej rozpuszczalne niż sama substancja rozpuszczona, można je zmyć z w pełni uformowanych kryształów zimnym rozpuszczalnikiem. Jeśli jednak zanieczyszczenie jest mniej rozpuszczalne, najpierw krystalizuje, a następnie można je odfiltrować z podgrzanego roztworu przed rekrystalizacją substancji rozpuszczonej.
Jeśli żaden pojedynczy rozpuszczalnik nie ma niezbędnych właściwości, można użyć mieszaniny rozpuszczalników. W przypadku pary rozpuszczalników pierwszy rozpuszczalnik powinien łatwo rozpuścić ciało stałe. Drugi rozpuszczalnik musi mieć niższą rozpuszczalność w substancji rozpuszczonej i być mieszalny z pierwszym rozpuszczalnikiem. Typowe pary rozpuszczalników to octan etylu i heksan, toluen i heksan, metanol i dichlorometan oraz woda i etanol.
Teraz, gdy rozumiesz zasady rekrystalizacji, przejdźmy przez procedurę oczyszczania związku organicznego przez rekrystalizację.
Aby rozpocząć tę procedurę, umieść 50 mg próbki w szklanej probówce.
Dodać 0,5 ml rozpuszczalnika o temperaturze pokojowej. Jeśli związek całkowicie się rozpuści, rozpuszczalność w zimnym rozpuszczalniku jest zbyt wysoka, aby można go było użyć do rekrystalizacji. W przeciwnym razie podgrzej mieszaninę w probówce do wrzenia.
Jeśli związek nie rozpuści się całkowicie we wrzącym rozpuszczalniku, podgrzej kolejną porcję rozpuszczalnika do wrzenia. Dodawać kroplami wrzący rozpuszczalnik do probówki, aż ciało stałe całkowicie się rozpuści lub dopóki probówka nie będzie zawierała 3 ml rozpuszczalnika. Jeśli ciało stałe nadal się nie rozpuszcza, oznacza to, że jego rozpuszczalność w tym rozpuszczalniku jest zbyt niska.
Potwierdzić, że zanieczyszczenia są albo nierozpuszczalne w gorącym rozpuszczalniku, aby można je było odfiltrować po rozpuszczeniu, albo rozpuszczalne w zimnym rozpuszczalniku, aby pozostały w roztworze po zakończeniu rekrystalizacji. Jeśli rozpuszczalnik spełnia wszystkie kryteria, nadaje się do rekrystalizacji.
Aby rozpocząć rekrystalizację, podgrzej rozpuszczalnik do wrzenia na gorącej płycie w kolbie Erlenmeyera z mieszadłem. Umieścić związek, który ma być rekrystalizowany, w innej kolbie Erlenmeyera o temperaturze pokojowej.
Następnie dodaj niewielką porcję gorącego rozpuszczalnika do związku. Zamieszaj mieszaninę w kolbie, a następnie umieść ją również na płycie grzejnej. Powtarzać ten proces aż do całkowitego rozpuszczenia próbki lub do momentu, gdy dodanie rozpuszczalnika nie spowoduje dalszego rozpuszczenia.
Dodaj 10% nadmiaru gorącego rozpuszczalnika do roztworu, aby uwzględnić parowanie. Umieść bibułę filtracyjną w konfiguracji lejka B?chnera. Przefiltruj roztwór, aby usunąć nierozpuszczalne zanieczyszczenia. Jeśli podczas filtracji tworzą się kryształy, rozpuść je w kroplach gorącego rozpuszczalnika.
Ostudzić roztwór na blacie. Przykryć kolbę, aby zapobiec utracie rozpuszczalnika w wyniku parowania i aby cząstki stałe nie dostały się do roztworu.
Pozostawić kolbę w spokoju, aż ostygnie do temperatury pokojowej. Mieszanie podczas chłodzenia może spowodować szybką krystalizację, dając mniej czystych kryształów. Jeżeli po schłodzeniu nie jest widoczne tworzenie się kryształów, należy wywołać krystalizację poprzez delikatne zadrapanie wewnętrznych ścianek kolby szklanym prętem lub dodanie małego kryształu zarodkowego rekrystalizowanego związku.
Jeśli nie można indukować tworzenia się kryształów, podgrzej roztwór, aby zagotować część rozpuszczalnika, a następnie ponownie schłodzić rozpuszczalnik do temperatury pokojowej.
Gdy uformują się kryształy, przygotuj kąpiel lodową. Trzymając roztwór pod przykryciem, schłodzić roztwór w łaźni lodowej, aż krystalizacja wydaje się być zakończona.
Zacisnąć kolbę filtracyjną na statywie pierścieniowym i podłączyć kolbę do przewodu próżniowego. Umieścić lejek B?chner i adapter w otworze kolby.
Wlej mieszaninę roztworu i kryształów do lejka i rozpocznij filtrację próżniową. Wypłukać wszelkie kryształy pozostałe w kolbie do lejka zimnym rozpuszczalnikiem. Umyj kryształy na lejku zimnym rozpuszczalnikiem, aby usunąć rozpuszczalne zanieczyszczenia.
Kontynuuj zasysanie powietrza przez lejek, aby wysuszyć kryształy, a następnie wyłącz pompę próżniową. W razie potrzeby kryształy można pozostawić w temperaturze pokojowej do wyschnięcia na powietrzu lub umieścić w eksykatorze przed przechowywaniem skrystalizowanego ciała stałego.
Żółte zanieczyszczenia obecne w surowym związku zostały usunięte, dając białawe ciało stałe. Na podstawie tożsamości związku i zanieczyszczeń czystość kryształów można zweryfikować za pomocą spektroskopii NMR, pomiarów temperatury topnienia lub kontroli wizualnej.
Oczyszczanie przez rekrystalizację jest ważnym narzędziem syntezy i analizy chemicznej.
Krystalografia rentgenowska to potężna technika charakteryzacji, która identyfikuje trójwymiarową strukturę atomową cząsteczki. Wymaga to czystego monokryształu, który uzyskuje się przez rekrystalizację. Niektóre klasy cząsteczek, takie jak białka, są trudne do krystalizacji, ale ich struktury są niezwykle ważne dla zrozumienia ich funkcji chemicznych. Dzięki starannemu doborowi warunków rekrystalizacji, nawet te klasy cząsteczek mogą być analizowane za pomocą krystalografii rentgenowskiej. Aby dowiedzieć się więcej o tym procesie, zobacz film z tej kolekcji na temat hodowli kryształów do krystalografii.
Zanieczyszczone reagenty mogą powodować niepożądane reakcje uboczne. Oczyszczanie reagentów przez rekrystalizację poprawia czystość i wydajność produktu. Po wyizolowaniu i umyciu produktu stałego, wydajność reakcji można również zwiększyć poprzez usunięcie substancji lotnych z filtratu i rekrystalizację produktu z powstałego ciała stałego. Białka zapobiegające zamarzaniu (AFP) ulegają ekspresji w wielu organizmach żyjących w lodowatym środowisku. AFP hamują wzrost lodu wewnętrznego, wiążąc się z płaszczyznami lodu, hamując rekrystalizację w większe kryształki lodu. Różne AFP wiążą się z różnymi typami płaszczyzn kryształów lodu. Badanie mechanizmów wiązania AFP polega na adsorpcji ich na pojedynczych kryształkach lodu. Prawidłowy wzrost pojedynczego kryształu lodu jest niezbędny do uzyskania jasnych i pouczających wyników. Białka te mają zastosowanie od inżynierii upraw odpornych na zimno po kriochirurgię.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do oczyszczania związków przez rekrystalizację. Powinieneś teraz zapoznać się z zasadami tej techniki, procedurą oczyszczania i niektórymi zastosowaniami rekrystalizacji w chemii.
Dzięki za oglądanie!
Udana rekrystalizacja zależy od właściwego wyboru rozpuszczalnika. Związek musi być rozpuszczalny w gorącym rozpuszczalniku i nierozpuszczalny w tym samym rozpuszczalniku, gdy jest zimny. Do celów rekrystalizacji należy wziąć pod uwagę 3% w/v linię podziału między rozpuszczalnym a nierozpuszczalnym: jeśli 3 g związku rozpuści się w 100 ml rozpuszczalnika, uważa się go za rozpuszczalny. Przy wyborze rozpuszczalnika im większa różnica między rozpuszczalnością na gorąco a rozpuszczalnością na zimno, tym więcej produktu można odzyskać z rekrystalizacji.
Szybkość chłodzenia określa rozmiar i jakość kryształów: szybkie chłodzenie sprzyja małym kryształom, a powolne chłodzenie sprzyja wzrostowi dużych i ogólnie czystszych kryształów. Szybkość rekrystalizacji jest zwykle największa przy temperaturze topnienia substancji o około 50 °C; maksymalne tworzenie się kryształów następuje w temperaturze około 100 °C poniżej temperatury topnienia.
Chociaż terminy "krystalizacja" i "rekrystalizacja" są czasami używane zamiennie, technicznie odnoszą się do różnych procesów. Krystalizacja odnosi się do powstania nowego, nierozpuszczalnego produktu w wyniku reakcji chemicznej; Produkt ten następnie wytrąca się z roztworu reakcyjnego jako amorficzne ciało stałe zawierające wiele uwięzionych zanieczyszczeń. Rekrystalizacja nie obejmuje reakcji chemicznej; Surowy produkt jest po prostu rozpuszczany w roztworze, a następnie warunki są zmieniane, aby umożliwić ponowne uformowanie się kryształów. Rekrystalizacja daje bardziej czysty produkt końcowy. Z tego powodu procedury eksperymentalne, w których powstaje produkt stały przez krystalizację, zwykle obejmują końcowy etap rekrystalizacji w celu uzyskania czystego związku.
Przykład wyników rekrystalizacji pokazano na rysunku Rysunek 2. Żółte zanieczyszczenia obecne w surowym związku zostały usunięte, a czysty produkt pozostawia się w postaci białawego ciała stałego. Czystość zrekrystalizowanego związku można teraz zweryfikować za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) lub, jeśli jest to związek o opublikowanej temperaturze topnienia, na podstawie podobieństwa jego temperatury topnienia do temperatury topnienia podanej w literaturze. W razie potrzeby można przeprowadzić wielokrotną rekrystalizację, aż czystość będzie akceptowalnie wysoka.
Rysunek 2. 2a) Surowy związek (po lewej), 2b) produkt rekrystalizowany przed filtracją (w środku) i 2c) ten sam związek po rekrystalizacji (po prawej).
Rekrystalizacja to metoda oczyszczania związku poprzez usunięcie wszelkich zanieczyszczeń, które mogą się z nim zmieszać. Działa najlepiej, gdy związek jest bardzo dobrze rozpuszczalny w gorącym rozpuszczalniku, ale bardzo nierozpuszczalny w zimnej wersji tego samego rozpuszczalnika. Związek musi być ciałem stałym w temperaturze pokojowej. Rekrystalizacja jest często stosowana jako końcowy etap oczyszczania, po innych metodach (takich jak ekstrakcja lub chromatografia kolumnowa), które są skuteczne w usuwaniu większych ilości zanieczyszczeń, ale nie podnoszą czystości końcowego związku do wystarczająco wysokiego poziomu.
Rekrystalizacja jest jedyną techniką, która pozwala na wytworzenie absolutnie czystych, doskonałych monokryształów związku. Kryształy te mogą być używane do analizy rentgenowskiej, która jest najwyższym autorytetem w określaniu struktury i trójwymiarowego kształtu cząsteczki. W takich przypadkach rekrystalizacja może postępować bardzo powoli, w ciągu tygodni lub miesięcy, aby umożliwić utworzenie się sieci krystalicznej bez włączania jakichkolwiek zanieczyszczeń. Potrzebne są specjalne naczynia szklane, aby rozpuszczalnik mógł odparowywać tak wolno, jak to możliwe w tym czasie, lub aby rozpuszczalnik mógł bardzo powoli mieszać się z innym rozpuszczalnikiem, w którym związek jest nierozpuszczalny (tzw. dodatek antyrozpuszczalnika).
Przemysł farmaceutyczny również intensywnie wykorzystuje rekrystalizację, ponieważ jest to sposób oczyszczania, który jest łatwiejszy do skalowania niż chromatografia kolumnowa. 3 Znaczenie rekrystalizacji w zastosowaniach przemysłowych skłoniło nauczycieli do położenia nacisku na rekrystalizację w programie nauczania laboratoryjnego. 4 Na przykład lek Stawudyna, który jest stosowany w celu zmniejszenia skutków zakażenia wirusem HIV, jest zwykle izolowany przez krystalizację. 5 Często cząsteczki mają wiele różnych struktur krystalicznych, dlatego konieczne jest, aby badania oceniły i zrozumiały, która forma kryształu jest izolowana w jakich warunkach, takich jak szybkość chłodzenia, skład rozpuszczalnika i tak dalej. Te różne formy kryształów mogą mieć różne właściwości biologiczne lub być wchłaniane do organizmu w różnym tempie.
Bardziej powszechnym zastosowaniem rekrystalizacji jest produkcja cukierków skalnych. Cukierki skalne powstają przez rozpuszczenie cukru w gorącej wodzie do punktu nasycenia. Drewniane patyczki umieszcza się w roztworze, a roztwór pozostawia się do ostygnięcia i powolnego odparowania. Po kilku dniach na wszystkich drewnianych patyczkach wyrosły duże kryształki cukru.
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