Ayırma ve Đzolasyon Teknikleri : Ekstraksiyon

Transkript

1 3. Deney Ayırma ve Đzolasyon Teknikleri : Ekstraksiyon Sentezlerde istenen ürünü yan ürünlerden, fazla miktardaki veya tepkimeye girmemiş başlangıç bileşiklerinden, safsızlıklardan ve çözeltiden ayırmak gerekir. Benzer şekilde, bileşikler doğada her zaman karışım halinde bulunur. Ekstraksiyon metodu, istenen organik ürünü karışımdan veya doğal kaynaklardan ayırmak için kullanılan en genel yöntemlerden biridir. Ekstraksiyon, bir karışımdan ayrıştırılmak istenilen bileşiğin, birbiriyle karışmayan ve ayrıştırılmak istenilen bileşikye karşı farklı çözücülük gücüne sahip iki çözücü kullanılarak ayrıştırılmasından ibarettir. Ayrıştırılmak istenen bileşik iki çözücüden birinde daha fazla çözünürken karışımdaki diğer bileşikler sadece bir çözücüde (ayrıştırılmak istenen bileşikyi daha az çözen çözücüde) çözünür olmalıdırlar. Ekstraksiyon, istenilen bileşikyi tamamen ayırmak için birkaç defa yapılabilir. Genellikle çözücünün biri organik çözücü, diğeri sulu çözücüdür. Anorganik bileşikler, organik bileşiklerden bu yolla ayrılır. Anorganik bileşikler suda, organik bileşik ise organik çözücüde çözünür. Bu gibi durumlarda, tek bir ekstraksiyon istenilen ürünü elde edebilmek için yeterlidir. Buna rağmen, birçok organik bileşikler (genellikle oksijen veya azot içeren bileşikler -mesala aldehitler, alkoller, esterler ve aminler gibi hidrojen bağı oluşturabilen bileşikler) suda çözünürler. Bu gibi bileşiklerin bir kısmı organik çözücüde, bir kısmı suda bu çözücülerdeki çözünürlüğüne göre dağılır. Dengede, organik (o) ve su fazındaki (s) bileşik konsantrasyonlarının oranı (C o /C s ) veya çözünürlüklerin oranı (S o / S s ), dağılım katsayısı (K D ) olarak adlandırılır, S o S o K D = = S s S s Mesala; A bileşiksinin ether içinde çözünürlüğü 0,6g/100 ml ve sudaki çözünürlüğü 0.12 g / 100 ml dir. 0.6 K D = = 5 0,12 Dağılım katsayısı K D nin nasıl kullanılacağını göstermek için, A bileşiksinin, 60 mg A içeren 60 ml sudan, 100 ml eter tarafından ne kadar uzaklaştırıldığını hesaplayalım.eter fazına geçen A bileşiksinin miktarını mg cinsinden (x) olarak alırsak, (60-x) mg A bileşiksi su fazında kalmıştır. x K D = 0.6 0,12 = 5 = x 60 ve burdan x= 53.5 mg eter fazına geçen A bileşiksi bulunur. (60-x)= 6.5 mg A bileşiksi halâ suda bulunmaktadır. Eğer su fazı, bir defa eter ile ekstaksiyon yerine iki defa 50 ml eter ile ekstraksiyon yapılırsa ; birincisinde 48.4 mg ve ikincisinde 9.4 mg olmak üzere toplam olarak 57.8 mg A bileşiksi sudan eter fazına alınır (Bu sonuçların hesaplanmasını raporunuzda gösteriniz). Görüldüğü gibi fazla miktarda çözücü ile bir defa ekstaksiyon yerine az miktarda çözücülerle bir kaç defa ekstaksiyon yapmak daha verimlidir. 1

2 Pratik Uygulamalar Ekstraksiyon çözücüsü istenilen bileşikyi, bileşiğin başlangıçta içinde çözünmüş olduğu çözücüden daha iyi çözmelidir. Çözücüler, bileşik ile herhangi bir tepkime vermemelidir ve ekstraksiyon bittikten sonra kolayca uzaklaştırılabilmelidir. Eğer çözücü düşük kaynama noktasına sahip is,e distilasyon yöntemi ile kolayca uzaklaştırılabilir. Yukarıdaki özelliklere sahip organik çözücülerden çoğu hidrokarbonlar ve onların klorür türevleridir (Örnek; petrol eteri, dietil eter, kloroform ve karbon tetraklorür vb.). Bazen asit-baz tepkimeleri gibi kolayca geri dönüşümü olan tepkimeler, ayırma işlemini daha etkili kılabilmek için kullanılır. Mesala, seyreltik sodyum hidroksit çözeltisi ( bir anorganik baz) organik asitleri sodyum tuzlarına dönüştürür ve genelde organik asitler suda çözünmemelerine rağmen tuzları suda kolayca çözünür. RCO 2 H + Na + OH - RCO 2 Na + + H 2 O Karboksilik Asit (genelde suda çözünmez) Karboksilik Asitin Sodyum Tuzu (genelde suda çözünür) Örneğin, genelde bir karboksilik asit suda çözünmemesine rağmen, daha polar olan sodyum tuzu suda daha iyi çözünür. Suda çözünmeyen nötür bir bileşikle bir organik asitin karışımının bir organik çözücü içindeki çözeltisi, seyreltik sodyum hidroksit çözeltisiyle çalkalandığı zaman, asit sodyum tuzuna dönüşür ve suda çözünür, nötür bileşik ise organik fazda kalır. Fazlar ayrıldıktan sonra,organik asit, bazik sulu çözeltiyi hidroklorik asit gibi kuvvetli bir asidle asidifiye edilirek geri elde edilebilir. RCO 2 Na + + H + Cl - RCO 2 H + Na + Cl - Asitler, aynı çözelti içindeki nötüral ve bazik bileşiklerden alkali çözelti ile ekstraksiyon yapılarak kolayca ayrılabilir. RCO 2 H + NaHCO 3 RCO 2 Na + + H 2 O + CO 2 Sodyum Bikarbonat ArOH + Na + OH - ArO Na + (Fenol) + H 2 O Çoğu fenoller karboksilik asitlerden daha az asidiktirler. Sodyum hidroksite göre daha zayıf baz olan sodyum bikarbonat çözeltisi, fenollere göre daha kuvvetli asitler olan karboksilik asitleri tuzlarına dönüştürmek için yeterince alkalidir (baziktir), fakat fenoller için yeterince alkali değildirler. Bu yüzden, bazen fenoller ve karboksilik asitler; önce sodyum bikarbonat çözeltisi ekstraksiyonu ile daha sonra sodyum hidroksit ile muamele edilerek birbirlerinden kolayca ayrıştırılabilirler. Seyreltik asit çözeltisi de bazik bileşikleri benzer şekilde ayırmak için kullanılır. Bazik bileşiklerden olan aminler, seyreltik asit çözeltileriyle suda çözünebilen alkilamonyum tuzlarına dönüştürülürler ve su fazına alınarak suda çözünmeyen nötür veya asidik bileşiklerden ayrıştırılırlar. RNH 2 + H + Cl - RNH 3 + Cl - Amin Alkilamonyum Tuzu 2

3 Aminleri tuzlarından geri kazanabilmek için, organik ve su fazı birbirlerinden ayırdıktan sonra, su fazı kuvvetli bir baz ile nötür veya hafifçe alkali (bazik) hale getirilir. Aşağıda gösterildiği gibi, tekrar oluşan ve suda çözünmeyen amin, su fazının suyla karışmayan ve aminin içinde çözünüğü organik bir çözücüyle ekstraksiyonu ile organik faza alınır. Organik çözücünün uçurulmasıyla amin geri kazanılmış olur. Eğer amin bileşiği bir katı madde ise, organik çözücüyle ekstraksiyon yapılmaya gerek kalmaksızın süzme işlemiyle de geri kazanılabilir. RNH 3 + Cl - + Na + OH - RNH 2 + H 2 O + Na + Cl - Bu deneyde, uygulayacağız. yukardaki teknikleri üç bileşikden oluşan karışımları bileşenlerine ayırmak için Ayırma Hunisinin Kullanımı Ekstraksiyon genellikle ayırma hunisi yardımıyla yapılır. Deneye başlamadan önce ayırma hunisinin nasıl kullanılacağını assistanınızdan öğrenmelisiniz. (Resim 3.1 ve 3.2) Resim 3.1 : Ayırma hunisi için uygun destek çubuğu Resim 3.2 : Ayırma hunisini ekstraksiyon sırasında uygun tutma metodu 3

4 Kimyasallar ve Gerekli Malzemeler m-nitroanilinveya p-toluidin (veya herhangi bir organik baz), 2 naftol veya benzoik asit (veya herhangi bir zayıf asit), 1,3,5-benzen triklorür (veya herhangi bir nötür bileşik), derişik ve 3-6 M hidroklorik asit, 3-6 M sodyum hidroksit, susuz kalsiyum klorür, dietil eter, saf su, ayırma hunisi, değişik ebatlarda erlenmeyerler, beherler,test tüpleri, Bühner hunisi, erime noktası tayini aparatı, Pastör pipetleri. Üç Bileşenden Oluşan Karışımın Bileşenlerine Ayrılması Bu deneyde, m-nitroanilin (bir organik baz), 2-naftol (bir organik asit) ve p-dikolorobenzen (bir organik nötür bileşik) karışımı ekstraksiyon yöntemi ile bileşenlerine ayrıştırılacaktır. Yukardaki bileşiklerin yerine, benzoik asit (e.n C), sinnamik asit (e.n C), bifenil (e.n C), naftalin (e.n C), ve p-kloroanilin (e.n C) de verilebilir. NH 2 OH Cl CH 3 Cl p- toluidin 2- naftol p-dikolorobenzen (e.n C) (e.n C) (e.n C) Uyarı: Eter yüksek derecede yanıcılık ve uçuculuk özelliklerine sahiptir. Bu yüzden bu deney yapılırken etrafta yanan ateş olmamalıdır. Prosedür Asistanınızdan 1 gr karışım alın ve 15 ml eterde çözün. Çözeltiyi 100 ml-lik ayırma hunisine boşaltın. Bazik olan bileşeni çözeltiden ayırmak için ; 1 ml derişik hidroklorik asidi 10 ml suya ekleyin ve daha sonra bu asidik sulu çözeltiyi ayırma hunisindeki eter çözeltisine ilave edin. Ayırma hunisini dikkatli bir şekilde iyice çalkalayın. Eter ve su fazının ayrılması için ayırma hunisini dikey bir şekilde resimde (Resim 3.1) görüldüğü gibi halkaya yerleştirin ve fazların tamamen ayrılması için bekleyin. Daha sonra su fazını (alttaki faz) erlenmeyere ayırın ve bu işlemi iki defa daha uygulayın. Son olarak da sadece 4-5 ml saf su ile eter fazında kalan hidroklorik asidi uzaklaştırın. Elde ettiğiniz sulu kısmı birleştirin ve etiketleyip bir kaba alın. Asidik bileşeni ayırmak için, kalan eter çözeltisini üç defa 10 ml %12 lik sodyum hidroksit çözeltisi ile ve bir defa 4 ml su ile ektraksiyon yapın. Elde ettiğiniz bu sulu çözeltileri de etiketleyip başka bir kaba aktarın. Kalan eter çözeltisini ayırma hunisinden bir erlenmeyere alın ve suyu almak için kuru kalsiyum klorür ekleyin ( erlenin tabanını kaplayacak miktarda) ve çözeltiyi 15 dakika kadar arada sırada karıştırırarak bekletin. Eter kısmını ağırlığını bildiğiniz bir behere alın ve erleni 1-2 ml eter ile yıkayıp bu eteri de behere aktarın. Gerekirse çözeltiyi az bir miktar pamuk sıkıştırılmış pastör pipetinden geçirerek süzün. Beheri çeker ocağa koyun ve uçmasını bekleyin.eter uçtuktan sonra beheri tartın ve ürünü hesaplayın. Erime noktasını belirleyin. Ürünü saklayın. Asidik sulu çözeltiyi %12 lik sodyum hidroksit çözeltisi ile litmus kağıdı alkali olana kadar nötüralize edin. Alkali çözeltiyi iki kez 10 ml eter ile ekstraksiyon yapın ve eterleri toplayın. Daha sonra 4

5 yukaridaki gibi kalsiyum klorür ekleyerek suyu uzaklaştırın. Eter çözeltisini süzün ve yukarıdaki gibi aynı şekilde eteri uçurup ürünün miktarını, verimini ve erime noktasını belirleyin. Bazik çözeltiyi derişik hidroklorik asit çözeltisini damla damla ekleyerek litmus kağıdı asidik olana kadar nötürleştirin. Çözelti nötürleştirme sırasında buz kabında tutulmalıdır. 2- naftol kristallerini Bühner hunisi ile süzerek toplayın. Ürünü havayla kurumaya bırakın ve ürünü tartıp erime noktasını belirleyin. Eğer keskin bir erime noktası ölçülemiyorsa(erime aralığı 2 o C dan genişse), elde edilen her bir bileşik yeniden kristallendirilebilir. Sorular 1) A bileşiğinin sudaki çözünürlüğü 0.1 g/100ml veya diklorometandaki çözünürlüğü 0.4 g/100ml dir. A bileşiksinin % 80 nini bir defada 100 ml sudan uzaklaştırmak için kaç ml diklorometan kullanılması gerektiğini hesaplayın. 2)Eğer 30 ml diklorometan ile 3 defa ekstraksiyon yapılırsa, A bileşiğinin yüzde kaçının 100 ml sudan uzaklaştırılacağını hesaplayın. 5