ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ 2013 S A M S U N
ASİT-BAZ EKSTRAKSİYONLARI TEORİ Ekstraksiyon, organik bileşikleri ayırmak için oldukça yaygın kullanılan bir metotdur. Ekstraksiyon, sıvı-sıvı veya sıvı-katı gibi farklı formlarda olabilir. Sıvı-sıvı ekstraksiyonda bir bileşik, sıvı bir çözüden ikinci bir çözücü içerisine aktarılır. Çünkü aktarılan bileşik, ikinci çözücü içerisinde daha fazla çözünürlüğe sahiptir. İki çözücü kesinlikle birbirleri ile karışmamalıdır. Sıvı- sıvı ekstraksiyonda, katı bir organik karışımın içindeki bir bileşen, tıpkı sıcak su içerisindeki çay yapraklarından kafeinin ekstrakte edilmesi gibi çözücü içerisine aktarılır. Dahası, kafein, su dan kloroform veya diklorometan ile ektrakte edilebilir. Çünkü kafeinin çözünürlüğü, suya oranla bu çözücüler içerisinde daha fazla çözünürlüğe sahiptir. Organik bileşikleri ekstrakte edebilmenin diğer bir yoluda, bu deneyinde asıl amacı olan asitbaz reaksiyonlarından yararlanarak ekstrakte etmektir. ASİT- BAZ EKSTRAKSİYONU Asit- baz ekstraksiyonunda amaç, güçlü veya zayıf organik asitleri, bazları veya nötr organik bileşikleri ayırmaktır. Asit baz reaksiyonlarında ayırma, basit asit baz reaksiyonlarına dayanır. Elinizde güçlü bir organik asit ( benzoik asit), zayıf bir organik asit ( fenol ), organik bir baz ( anilin) ve nötr organik bir bileşik ( naftalin ) gibi dört bileşik olduğunu varsayınız. Bu karışımları ayırmak için kullanılacak olan strateji aşağıdadır ; İlk olarak bu dört organik bileşik eter çözeltisi içerisinde çözülür. Ether çözeltisi, zayıf bir baz olan sodyum bi karbonatın doyurulmuş sulu çözeltisi ile karıştırılır. Bu karışımda bikarbonat ile sadece, iyonik tuz oluşturmak üzere güçlü organik asit reaksiyona girecektir. Oluşacak iyonik tuz, su fazında çözünmüş forumda olacaktır ve su fazı uzaklaştırılır. Şu an eter çözeltisi içerisinde sadece zayıf organik asit, organik baz ve nötr bileşik bulunmaktadır. Eter çözeltisine şimdi % 10 luk sodyum hidroksit( NaOH) eklenir ve karışım karıştırılır. Bu karışımda güçlü bir baz olan hidroksit ile sadece zayıf organik asit reaksiyona girerek su fazında çözülen iyonik bir bileşik oluşacaktır. Daha sonra su fazı
uzaklaştırılır. Şuan eter çözeltisi sadece bazik ve nötr bileşiği içermektedir. Eter çözeltisi, sulu hidroklorik asit ile karıştırılır ve bazik bileşiğin su fazında çözünen klor tuzu oluşur. Daha sonra oluşan su fazı uzaklaştırılır. Son olarak, eter çözeltisini buharlaştırmak için su banyosuna bırakılır ve buharlaştırma kapında nötr organik bileşik ( naftalin ) kalır. Diğer üç bileşen, sodyum benzoata ve sodyum fenoksite asit eklenerek anilin klorüre baz eklenerek tekrar geri kazanılır. COOH OH NH 2 Eterde çöz, HCO 3 - ile çarkala, fazlari ayir HCl ilave et O O - Na + C Su Fazi O - Na + Su Fazi Eter fazi OH - ileve et, çarkala, fazlari ayir Eter fazi HCl ileve et, çarkala, fazlari ayir Su Fazi Eter fazi Buharlastir + NH 3 Cl - COOH HCl ilave et OH NaOH ilave et Naftalin Benzoik asit NH 2 Fenol Anilin
Ayırma hunisi ve nasıl kullanılır ; Sıvı-sıvı ekstraksiyonlar, bir ayırma hunisi yardımı ile yapılır. Oluşabilecek kazalardan kaçınabilmek ve iyi bir verim elde edebilmek için, ayırma hunisi aşağıda verilen kurallara göre dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır : Ayırma hunisinin vanasını kolayca çevirebilmek için huninin vanası İnce bir gres yağı ile yağlayınız. Vana, genellikle kapalı konumda tutulur. Vana açık unutulması halinde vanadan akacak sızıntı sonucunda oluşabilecek kazalardan kaçınabilmek için ayırma hunisi altına temiz bir beher konulur. Ayırma hunisi asla üçte ikisinden fazla doldurmayınız. Ayırma hunisi, demir halka ile desteklenir. Vananın kapalı konumda olduğunu kontrol ediniz, tıpayı çıkarın ve ayrılacak olan sıvıları ayırma hunisinin içerisine boşaltınız. Tıpayı tekrar kapatınız. Demir halkadan ayırma hunisini çıkartınız, bir elinizle huninin vanasını diğer elinizlede huninin tıpasını sıkıca tutunuz. İki veya üç kez, ayırma hunisi dikkatlice sallanır daha sonra ayırma hunisi ters çevrilir ve içeride birikebilecek olan basınç, ters haldeki ayırma hunisinin vanası açılarak dışarı bırakılır. Basınç dışarı bırakıldıktan sonra, vana tekrar kapatılır ve işlem sürecinde açığa çıkan basınç artık çıkmayana kadar bu işlem tekrar tekrar yapılır. Daha sonra ayırma hunisi bir demir halka içerisine konur ve huninin tıpası çıkarılır. İki sıvı faz ayrılana kadar beklenir. Ayırma hunisinin vanası açılır ve alt tabaka bir beherin içerisine boşaltılır. Alt tabaka daha yüksek yoğunluğa sahip bir sıvıdır. Üst faza tekrar ihtiyaç duyulabilir diye, ayırma hunisinin tıpası çıkarılır ve buradan başka bir koruma kabına alınır. Not : Deney bitene kadar herhangi bir tabakayı asla atmayınız.
Resim 3.3 Ayırma hunisinde biriken fazla havanın dışarı boşaltılması
DENEYİN YAPILIŞI : İçeriği bilinmeyen bir karışımı alın. Bu karışım sadece iki bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler ; asit, baz ve nötr bileşiklerden ikisini içermektedir. Bilinmeyen karışımınızı 25 ml ether çözeltisi içerisinde çözünüz ve çözeltiyi 125 ml lik bir ayırma hunisinin içerisine boşaltınız. 1) Karışımdan organik asidi ayırmak için eter çözeltisi, iki kez %10 luk 25 ml NaOH çözeltisi ile birkez de 10 ml su ile ekstrakte ediniz. Bütün baz ekstratlarını birleştir ve onları bir kenarda saklayınız. 2) Karışımdan organik bazı ayırmak için, 25 ml su içerisine derişik HCI den 3 ml ekleyerek hazırlanan HCI çözeltisini bu karışıma ekleyin ve iyice karıştırınız. Aynı miktar ve derişimdeki HCI çözeltisi ile bu işlem tekrarlanır. Son olarak, ortamda bulunan HCI in fazlasını uzaklaştırmak için karışımı 10 ml su ile ekstrakte ediniz. Üç asit ekstratlarını birleştir ve onları bir kenarda saklayınız. 3) Kalan eter çözeltisinin ayırma hunisinin tepesinden küçük bir erlene boşalt ve biraz CaCI 2 granülleri ekleyiniz. Su damlaları görünürse eğer veya CaCI 2 granülleri birbirlerine yapışırsa, eter çözeltisi, kuru bir kaba alınır ve daha fazla kurutma ajanı ile muamele edilir. Kurutma işleminden sonra, buharlaşma kabına boşaltılır ve su banyosu ile eterin buharlaştırılması sağlanır.kalan maddenin ağırlığı ve erime noktası tayinini yapınız. 4) Adım 1 de toplanılan alkali ekstratlar, turnusol kağıdı asit olana kadar damla damla derişik asit ekleyerek nötralize ediniz. Çözeltiyi, nötralizasyon sırasında bir buz banyosu içerisinde soğuk tutunuz. Çökmüş asidi vacum filtrasyonu ile tekrar geri kazanınız. Elde ettiğiniz kristalleri kurutunuz ve erime noktası aralığını belirleyiniz. 5) Adım 2 de toplanılan asit ekstratlarını, turnusol kağıdı bazik olana dek damla damla %10 luk NaOH ekleyerek nötralize ediniz. Çözeltiyi, nötralizasyon sırasında bir buz banyosu içerisinde soğuk tutunuz. Çökmüş bazı vacum filtrasyonu ile tekrar geri kazanınız. Elde ettiğiniz kristalleri kurutunuz ve erime noktası aralığını belirleyiniz.
Elinizde bilmediğiniz iki bileşeni tanımlamak için, verilen bilinmeyenler listesine bakınız. Laboratuvar raporunuzda, elinizdeki bileşenlerin sayısını ve ismini belirtiniz. DİKKATLİ OL!!! Basınç artması ; Elinizin sıcaklığı ve moleküllerin karıştırılması ve hareketlerinden dolayı ayırma hunisinin içerisinde basınç artışına sebep olabilir. Özelliklede ether veya diklorometan gibi çok uçucu çözücülerle çalıştığınız zaman basınç artışına karşı dikkatli olunuz. Sodyum bikarbonat çözeltisi, asit-baz ekstraksiyonları yapılırken asitleri nötralize etmek için çok kullanılmaktadır. Bu yüzden sodyum bikarbonat eklendiği zaman, karbon dioksit oluşacaktır ve hunide basınç artacaktır. Bu sebebten dolayı her nezaman sodyum bikarbonat kullanılacak olursanız, onu karışıma çok yavaş bir şekilde ekleyiniz. GÜVENLİK DERİŞİK HCI, YUTULURSA, NEFES YOLUYLA İÇİNİZE ALIRSANIZ VEYA DERİYE ABSORBE OLURSA EĞER ÖLÜMCÜL OLABİLİR VE YANMALARA SEBEP OLUR. NaOH, ÇOK KOROZİFTİR. ÇEŞİTLİ YANMALARA SEBEP OLUR. GÖZLERE KALICI VE CİDDİ ZARARLAR VEREBİLİR. DERİ İLE ETKİLEŞİMİNDE DERİYE ZARAR VERİR. SORULAR ; 1) Asit- Baz ekstraksiyonları için bir akış şeması oluşturunuz? 2) Deney sonucunda elinizde hangi bileşenlerin var olduğunu buldunuz? 3) Elde ettiğiniz bileşenlerin verimlerini ve erime noktalarını belirleyiniz? 4) Ekstraksiyonda organik ve bir su fazının bağıl yoğunluğunu bilmiyorsanız eğer, hangisinin organik hangisinin su fazı olduğunu nasıl belirlersiniz? 5) İçerisinde anilin, benzoik asit ve klorobenzen olan bir karışımı ayırmak için bir akış şeması çiziniz? bütün tabakaları ve kullanılan reaktifleri gösteriniz?
KAYNAKÇA ; TAYLAN E., Experimental Organıc Chemıstry, İstanbul TÜRKİYE, 2005 http://www.fatih.edu.tr/~besat/teaching/kim%20258/3.%20deney.pdf