Comment cristalliser les composés organiques: 10 étapes (avec des images)

Cristallisation (ou recristallisation) est la méthode la plus importante pour la purification de composés organiques. Le processus d`élimination des impuretés par cristallisation consiste à dissoudre un composé dans un solvant chaud approprié, permettant à la solution de refroidir et de se protéger du composé étant purifié, ce qui lui permet de cristalliser de la solution, de l`isoler par filtration, de laver sa surface avec du froid solvant pour éliminer les impuretés résiduelles et le séchage.

Ceci est mieux fait dans un laboratoire de chimie contrôlé, dans une zone bien ventilée. Notez que cette procédure dispose de larges applications, notamment une purification commerciale à grande échelle de sucre par cristallisation du produit de sucre brut qui laisse des impuretés derrière.

Pas

1. Savoir ce qui fait un solvant approprié. Rappelez-vous le dictum "dissout comme tels": Les composés polaires se dissolvent dans des solvants polaires, des composés non polaires se dissolvent dans des solvants non polaires. Par exemple, le sucre et le sel (composés polaires) se dissolvent dans de l`eau (solvant polaire), mais pas dans l`huile (solvant non polaire).

Le solvant idéal aurait ces propriétés:

Il va dissoudre le composé lorsque la solution est chaude mais pas lorsque la solution est froide.
Il ne dissoudra pas les impuretés du tout (afin qu`ils puissent être filtré lorsque le composé impur est dissous), ou de telle sorte qu`il les dissolvrait très bien (ils resteront donc en solution lorsque le composé souhaité est cristallisé).
Il ne réagira pas avec le composé.
Il n`est pas inflammable.
C`est non toxique.
C`est bon marché.
Il est très volatile (il peut donc être enlevé facilement des cristaux).

2. Considérez vos options. Il est souvent difficile de décider du meilleur solvant - le solvant est souvent choisi par expérimentation ou en utilisant le solvant le plus polaire disponible. Familiarisez-vous avec la liste suivante de solvants courants (de la plupart des polaires à moins polaires). Notez que les solvants adjacents les uns aux autres sont miscibles (ils se dissolvent les uns dans les autres). Les solvants couramment utilisés sont en gras.

Eau (h₂O) est ininflammable, non toxique, bon marché et va dissoudre de nombreux composés organiques polaires - son inconvénient est un point d`ébullition élevé (100 ° C (212 ° F)), le rendant relativement non pervers et difficile à éliminer des cristaux sauf si elles sont séchées sous vide dans un dessiccateur.

Acide acétique (ch₃COOH) est utile pour la réaction d`oxydation, mais réagira avec des alcools et des amines, et il est donc difficile à éliminer (point d`ébullition est de 118 ° C (244 ° F)).

Diméthylsulfoxyde (DMSO), méthylsulfoxyde de méthyle (CH₃Sourdine₃) est principalement utilisé comme solvant pour les réactions - rarement pour la cristallisation. Il se résume à 189 ° C (372 ° F) et est difficile à enlever.

Méthanol (ch₃OH) est un solvant utile qui dissoudra les composés de polarité plus élevée que d`autres alcools. Point d`ébullition: 65 ° C (149 ° F).

Acétone (ch₃Cocoche₃) est un excellent solvant - son inconvénient est un point d`ébullition bas de 56 ° C (133 ° F), permettant une faible différence de solubilité d`un composé à son point d`ébullition et de la température ambiante.

Butanone (méthyl éthylcétone, mek) (ch₃Cocoche₂Ch₃) est un excellent solvant avec point d`ébullition 80 ° C (176 ° F).

Acétate d`éthyle (ch₃Cooc₂H₅) est un excellent solvant avec point d`ébullition 78 ° C (172 ° F).

Dichlorométhane, chlorure de méthylène (ch₂Clocher₂) est utile comme une paire de solvants avec la ligroine, mais son point d`ébullition, 35 ° C (95 ° F), est trop faible pour en faire un bon solvant de cristallisation. Il peut toutefois être refroidi à -78 ° C (-108 ° F) à l`aide d`un bain de glace carbonique / acétone,

Éther diéthylique (ch₃Ch₂À l`och₂Ch₃) est utile comme une paire de solvants avec de la ligroine, mais son point d`ébullition, 35 ° C (95 ° F), est trop bas pour en faire un bon solvant de cristallisation, sauf s`il est utilisé avec un bain de glace / acétone sec.

Méthyle tertre-éther butyle (ch₃OC (ch₃)₃) est bon marché et bon remplacement pour éther diéthylique donné son point d`ébullition plus élevé, 52 ° C (126 ° F).

Dioxane (c₄H₈O₂) est facile à éliminer des cristaux - Peroxydes de peroxydes de cancérogène bénins - point d`ébullition 101 ° C (214 ° F).

Toluène (c₆H₅Ch₃) est un excellent solvant pour la cristallisation des composés aryle et a remplacé le benzène une fois couramment utilisé (un cancérogène faible) - un inconvénient est un point d`ébullition élevé de 111 ° C (232 ° F), ce qui rend difficile l`élimination des cristaux.

Pentane (c₅H₁₂) est largement utilisé pour les composés non polaires - souvent utilisé comme paire de solvants avec un autre solvant. Son point d`ébullition basse signifie qu`il est plus utile lorsqu`il est utilisé en conjonction avec un bain de glace carbonique / acétone.

Hexane (c₆H₁₄) est utilisé pour les composés non polaires - souvent utilisé dans un point d`ébullition de paire de solvant 69 ° C (156 ° F).

Cyclohexane (c₆H₁₂) est semblable à l`hexane, mais moins cher et a un point d`ébullition 81 ° C (178 ° F).

L`éther de pétrole, également connu sous le nom de Ligroin, est un mélange d`hydrocarbures saturés de quel pentane est un composant principal à bon marché et utilisé de manière interchangeable avec point d`ébullition pentane 30-60 ° C (86-140 ° F).

3. Choisissez votre solvant:

Placez quelques cristaux du composé impur dans un tube à essai et ajoutez une seule goutte du solvant, laissez-la couler à côté du tube.

Si les cristaux se dissolvent immédiatement à la température ambiante, rejeter le solvant parce que trop du composé restera dissous à basse température et essayez un autre solvant. Si vous envisagez de refroidir votre solvant de manière significative au-dessous de la température ambiante pendant la recristallisation, (je.e. Utiliser un bain de glace à sec / acétone), puis effectuez ce test à l`aide de solvant pré-refroidi.

Si les cristaux ne se dissolvent pas dans un solvant froid, réchauffez le tube sur un bain de sable chaud ou à l`aide d`un pistolet thermique et observez les cristaux. Ajouter une goutte plus solvant si elles ne se dissolvent pas. S`ils se dissoluent au point d`ébullition du solvant, puis cristallisez à nouveau lorsqu`il est refroidi à la température ambiante, vous avez trouvé un solvant approprié. Sinon, essayez un autre solvant.

Si, après un processus d`essais et d`erreurs - et aucun solvant unique satisfaisant n`est trouvé - utilisez une paire de solvant. Dissoudre les cristaux dans le meilleur solvant (celui dans lequel ils sont facilement dissous) et ajoutent le solvant plus pauvre à la chaud solution jusqu`à ce qu`il devienne nuageux (la solution est saturée avec le soluté). La paire de solvants doit être miscible les uns avec les autres. Certaines paires de solvants utiles sont de l`eau acide acétique, de l`éthanol-eau, de l`eau de l`acétone, de l`eau de dioxane, de l`acétone-éthanol, de l`éthanol-diéthyl éther, du méthanol-2butanone, de l`acétate d`éthyle-cyclohexane, de l`acétone-ligroin, de l`acétate d`éthyle-ligroine, de diéthyle éther-ligroin, dichlorométhane-ligroin, toluène-ligroine.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 2

4. Dissolvez le composé impur: Pour ce faire, placez ce composé dans un tube à essai. Écraser de gros cristaux avec une tige d`agitation pour favoriser la dissolution. Ajouter la chute de solvant par goutte. Pour éliminer des impuretés insolubles, solides, utilisez l`excès de solvant pour diluer la solution et filtrer les impuretés solides à la température ambiante (voir l`étape 4 pour la procédure de filtration), puis évaporer le solvant. Avant de chauffer, placez un bâton d`applicateur de bois dans le tube pour éviter le superficiel Super chauffage (chauffage de la solution au-dessus du point d`ébullition du solvant sans ébullition). L`air piégé dans le bois viendra pour former noyau permettre une ébullition même. Alternativement, des puces d`ébullition poreuses peuvent être utilisées. Une fois que des impuretés solides ont été retirées et que le solvant évaporé, ajoutez la chute de solvant de la goutte, tout en remuant les cristaux avec une tige de verre et réchauffer le tube sur un bain à vapeur ou un bain de sable, jusqu`à ce que le composé soit complètement dissous avec une quantité minimale de solvant.

Si vous travaillez avec un composé avec un point de fusion inférieur au point d`ébullition de votre solvant, assurez-vous qu`il n`a pas fondu sans dissolution. Si vous voyez deux couches liquides, ajoutez un peu plus de solvant.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 3

5. Décolorer la solution. Ignorez cette étape si la solution est incolore ou n`a que une nuance de lumière jaune. Si la solution est colorée (qui résulte de la production de sous-produits à base de poids moléculaire de réactions chimiques), ajoutez un excès de solvant et de charbon actif (carbone) et faites bouillir la solution pendant quelques minutes. Les impuretés colorées adsorberont la surface du charbon actif, en raison de son degré élevé de microporosité. Retirez le charbon de bois avec des impuretés adsorbées par filtration, comme décrit dans la prochaine étape.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 4

6. Retirer les solides par filtration. La filtration peut être effectuée par filtration de gravité, décantation ou élimination du solvant à l`aide d`une pipette. Généralement, n`utilisez pas de filtration sous vide, car le solvant chaud refroidira pendant le processus, permettant au produit de cristalliser dans le filtre. S`il n`y a pas d`impureté insoluble, ignorez cette étape.

Filtration de gravité: C`est la méthode de choix pour éliminer le charbon fin, la poussière, la peluche, etc. Obtenez trois flacons Erlenmeyer chauffés sur un bain à vapeur ou une plaque chauffante: une contenant la solution à filtrer, une autre contenant quelques millilitres de solvant et un entonnoir sans tige, et le troisième contenant plusieurs millilitres du solvant de cristallisation à utiliser pour le rinçage. Placez un papier filtre cannelé (utile car vous n`utilisez pas l`aspirateur) dans un entonnoir sans tige (sans tige pour empêcher la solution saturée de refroidir et d`encrasser la tige avec des cristaux) sur le deuxième flacon Erlenmeyer. Amenez la solution à être filtrée à ébullition, saisissez-la dans une serviette et versez la solution dans le papier filtre. Ajoutez des solvants d`ébullition du troisième ballon Erlenmeyer à tous les cristaux formés sur le papier filtre et pour rincer le premier ballon Erlenmeyer contenant la solution filtrée, en ajoutant le rinçage au papier filtre. Supprimer l`excès de solvant en faisant bouillir la solution filtrée.

Décantation: Ceci est utilisé pour de grandes impuretés solides (je.e. verre brisé). Versez simplement (décanter) le solvant chaud, laissant les solides insolubles derrière.

Suppression du solvant à l`aide d`une pipette: Ceci est utilisé pour une petite quantité de solution et si les impuretés solides sont suffisamment grandes. Insérez une pipette avec une pointe carrée dans le bas du tube à essai (fond arrondi) et retirez le liquide à l`aide d`une aspiration, laissant des impuretés solides derrière.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 5

7. Cristalliser le composé d`intérêt. Cette étape suppose que toutes les impuretés colorées et les impuretés insolubles ont été supprimées par des étapes appropriées ci-dessus. Retirez tout excès de solvant en bouillant ou en le soufflant avec un flux d`air doux, ou par évaporation rotative. Commencez par une solution saturée avec le soluté au point d`ébullition. Permettez-le de refroidir lentement à la température ambiante. La cristallisation devrait commencer. Sinon, initiez le processus en ajoutant un cristal de graines ou en grattant l`intérieur du tube avec une tige de verre à l`interface d`air liquide. Une fois que la cristallisation a commencé, veillez à ne pas perturber le conteneur pour permettre la formation de grands cristaux. Pour favoriser le refroidissement lent (qui permet de former de plus gros cristaux), vous pouvez isoler le conteneur avec du coton ou des serviettes en papier. Les gros cristaux sont plus faciles à séparer des impuretés. Une fois que le conteneur a complètement refroidi à la température ambiante, refroidissez-le en glace ou à un autre bain de refroidissement pendant environ cinq minutes pour maximiser la quantité de cristaux.

Si, après refroidissement, vous voyez deux couches liquides, votre composé a huilé- En d`autres termes, il est tombé de la solution à une température supérieure à son point de fusion. Ceci est particulièrement susceptible de se produire si vous travaillez avec un solide à faible fusion. Dans ce cas, ajoutez un peu plus de solvant, réchauffez-vous et réessayez. Essayez d`ajouter un cristal de graine (si disponible) ou de gratter l`intérieur du conteneur avant de refroidir pour encourager la cristallisation pour commencer.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 6

8. Recueillir et laver les cristaux: Pour ce faire, séparez les cristaux du solvant glaciaire par filtration. Cela peut être fait à l`aide de l`entonnoir Hirsch, de l`entonnoir Buchner ou d`enlèvement du solvant à l`aide d`une pipette.

Filtration à l`aide de l`entonnoir Hirsch: Placez l`entonnoir Hirsch avec non cannelant Papier filtrant dans une fiole équipée sous vide. Placez la fiole filtrante dans la glace pour garder le solvant froid. Mouiller le papier filtre avec le solvant de cristallisation. Accrochez le ballon sur un aspirateur, allumez l`aspirateur et vérifiez que le papier filtre est tiré sur l`entonnoir par le vide. Versez et grattez les cristaux sur l`entonnoir et rompez le vide dès que tout le liquide est retiré des cristaux. Utilisez quelques gouttes de solvant à froid glacée pour rincer le ballon de cristallisation et versez cela sur l`entonnoir tout en réappliquant le vide et rompez le vide dès que tout le liquide est retiré des cristaux. Laver les cristaux quelques fois de plus avec un solvant glaciaire pour éliminer les impuretés résiduelles. Au bout du lavage, laissez le vide sur le sécher les cristaux.

Filtration à l`aide de l`entonnoir Buchner: Placez un morceau de non cannelant papier filtrer dans le bas de l`entonnoir Buchner et humide avec solvant. Fixez bien l`entonnoir contre une fiole filtrante via un adaptateur de caoutchouc ou synthétique pour permettre une aspiration sous vide. Versez et grattez les cristaux sur l`entonnoir et rompez le vide dès que le liquide est éliminé dans le ballon lorsque les cristaux sont laissés sur le papier. Rincer le ballon de cristallisation avec solvant glaciaire, ajoutez ceci aux cristaux lavés, réappliquez le vide et rompez le vide lorsque le liquide est retiré des cristaux. Répétez et lavez les cristaux autant de fois que nécessaire. Laissez le vide sur pour sécher les cristaux à la fin.

Laver à l`aide d`une pipette: utilisé pour une petite quantité de cristaux à laver. Insérez une pipette avec une pointe carrée dans le bas du tube à essai (fond arrondi) et retirez le liquide, laissant les solides lavés derrière.

Image intitulée Cristalliser les composés organiques Étape 7

9. Sécher le produit lavé: Le séchage final pour une petite quantité de produit cristallisé peut être effectué en comprimant les cristaux entre des feuilles de papier filtre et en leur permettant de sécher sur une montre de montre - alternativement, vous pouvez les placer dans une fiole à fond rond et les laisser sur un vide ligne pendant environ une heure.

Conseils

Si trop peu de solvant est utilisé, la cristallisation peut se produire trop rapidement lorsque la solution est refroidie. Lorsque la cristallisation se produit trop rapidement, les impuretés peuvent devenir piégées dans les cristaux, vaincre le but de la purification par cristallisation. D`autre part, si trop de solvant est utilisé, la cristallisation peut ne pas se produire du tout. Il est préférable d`ajouter seulement un peu plus de solvant au-delà de la saturation au point d`ébullition. Trouver le bon équilibre nécessitera une pratique.

Lorsque vous essayez de trouver le solvant idéal par essai et erreurs, commencez par les solvants plus volatils, d`abord, car ils peuvent être retirés plus facilement.

L`étape la plus importante attend peut-être que la solution chaude refroidit lentement et permettre aux cristaux de se former. Il est extrêmement important de sois patient et permettre à la solution de refroidir non perturbé.

Si trop de solvant est ajouté de manière à ce que de petits cristaux soient formés au refroidissement, évaporent une partie du solvant par chauffage et refroidissement de répétition.