Tek Kristal ölçümüne uygun kristal eldesi Saflaştırma amacıyla kullanılan rekristalizasyon yöntemlerinin birçoğu bilinen ve sık kullanılan yöntemler olsa da bu yöntemlerle yapısı rahatça aydınlatılabilecek keskin köşelere sahip ölçüme uygun boyutlarda tek kristal eldesi çoğu zaman mümkün olmamaktadır. Ölçüme uygun boyutta tek kristal eldesi için uygulanabilecek en kolay ve en çok işe yarayan birkaç yöntemin sıralanması gerekirse: 1) Yavaş Buharlaşma Yöntemi En basit ancak her zaman en iyi sonucun alınamadığı bu yöntemde oda sıcaklığında katı halde bulunan yapıdan en iyi çözen çözgen kullanılarak çok derişik bir çözelti uygun cam malzemelerde hazırlanır. Derişim yaklaşık olarak 13 C-NMR analizi için gereken derişim olabilir (30-40mg/1-2ml) ancak kesin bir derişim söylenemez. Genel bir kural olarak kristallenme işlemi ne kadar yavaş gerçekleşirse oluşan tek kristaller de o kadar mükemmele yakın olur. Bu nedenle buharlaşma işlemi cam malzemenin ağzı hafifçe kapatılarak yavaşlatılır. Süre derişim ve çözgenin uçuculuğuna bağlı olarak 1-2 günden 1-2 haftaya kadar değişebilmektedir. Vida kapaklı vialler en uygun cam malzemelerdir. Uçuculuğu yüksek çözücülerde iğne yöntemi Bırakılmış NMR tüplerinden kaliteli tek krisaller elde edilebilir Dar deney tüpleri de uygun cam malzemelerdir. Not1 : Yüzey alanı göreceli geniş cam malzemelerden (örn: Petri kabı, Erlenmeyer, balon,beher) kaçınılmalıdır. Not2: Kullanılan çözgenler yüksek kalitede olmalıdır. ( Teknik çözgen kullanılmamalıdır)
Not3: Kullanılan cam malzemeler temiz ve mümkünse eski olmalıdır. (Eski cam malzeme üzerindeki çizikler katı oluşumunu hızlandırır) Çözgenlerle ilgili en iyi örnekler (özellikle apolar maddeler için) toluen ve benzendir. Diklorometan ve dietil eter gibi uçucu çözgenler düzensizliği arttırıp (disorder) kristal kalitesini düşürdükleri için bu çözgenlerden mümkün olduğunca kaçınmak gerekmektedir. (En iyi çözgen olmaları durumunda cam malzemelerin kapaklarını iyice kapatarak veya kapağa iğne sokarak buharlaşma işlemi iyice yavaşlatılıp sonuca gitmek mümkün olabilir.) Polar maddeler içinse sırasıyla etilasetat, asetonitril, metil alkol, etil alkol ve kloroform tek kristal eldesi için uygun çözgenlerdir. Tetrahidrofuran ve aseton ise koordinasyon problemleri yaşanmayacak olan (koordinasyon bileşikleri) polar yapılar için uygun çözgenlerdir. Piridin, benzen ve toluenin çözmediği polar ve rijit olan aromatik yapılar için tercih edilebilir. DMSO, DMF, pentanol gibi uçuculuğu çok düşük çözgenlerden kaçınılmalıdır. Su da iyi bir kristallendirme çözücüsüdür. Dikkat: Benzenin kansere yol açtığı bilinmektedir.
2) Sıvı-Sıvı Difüzyonu veya Çözgen Karışımı Yöntemi Daha deneyim gerektiren bu yöntemin ilk yöntemden farkı hazırlanan yüksek derişimdeki çözeltinin üzerine kullanılan çözgenle karıştığını bildiğimiz ancak yapıyı çözmediğinden emin olduğumuz ikinci bir çözgeni daha az miktarda ve dikkatlice (cam malzemenin çeperinden pastör pipeti yardımıyla) çözeltinin üzerine eklemedir. Faz ayrımı görülmeye başladıktan sonra cam malzemeyi sarsmadan buzdolabına veya çekerocak içine koyup beklemek iyi sonuç verebilmektedir. Daha hafif ve iyi çözmeyen çözgen Zamanla Daha hafif ve iyi çözmeyen çözgen Buhar İyi çözen çözgen
3) Buhar Difüzyonu Yöntemi En iyi sonuç veren yöntemlerden biridir. Bu yöntemde farklı boyutlardaki iki vialden büyük olanı katıyı hiç çözmeyen bir çözgenle yaklaşık 1/10 üne kadar doldurulurken daha küçük olan diğer bir viale yavaş buharlaşma yöntemine uyularak hazırlanmış bir çözelti konulur. İkinci vial ilk vialin içine ağzı açık bir şekilde yavaşca bırakılır ve büyük vial sıkıca kapatılır. Buradaki en önemli nokta çözmeyen çözgenin buhar basıncının iyi çözen çözgeninkinden daha düşük olmasıdır. (n-hegzan/etilasetat ve n-hegzan/etil veya metil alkol bilinen en iyi sistemlerdir.) Not: Çözgen buhar basınçları en son sayfadaki tabloda verilmiştir. Çok uçucu çözgen Zamanla Difüzyon Az uçucu çözgen
4) Süblimasyon Yöntemi Bu yöntem maddeyi katı halden buhar haline geçene kadar alltan ısıtıp düşük basınç altında soğuk bir yüzeyde yeniden gaz halinden katı hale getirmedir. Cold finger cam malzemesi bu yöntem için en uygun aparattır. Yüksek ısıda bozulan veya kaynama noktası çok yüksek katılarda bu yöntem başarısız olmaktadır. Soğuk Su Giriş Soğuk Su Çıkış Vakum Kristaller Cam Yünü Isı Kaynağı Kristallendirilecek Madde
5) Yavaş Soğutma Yöntemi En son yöntemlerden birisi olarak kullanılacak bu yöntemde rekristalizasyonda olduğu gibi katıyı iyi çözmeyen çözgen ısıtılarak katı çözünür hale getirilip daha sonra çözelti yavaşça soğutularak kristal oluşumu sağlanır. Bu yöntem özellikle iyi bir çözgen bulunamadığı durumlarda soğutma işlemi mümkünse ayarlanabilir etüvlerde veya su banyolarında çok yavaş bir şekilde yapılmalıdır. Kristaller hızlı oluştukları için çoğu zaman ölçümde sorun yaratan iğne şeklinde oluşmaktadır. Sık kullanılan çözgenlerin buhar basınç tablosu: ( Az olan rakam çok olana rakama difüze olur) o-dichlorobenzene 1.2 Dimethyl Acetamide 1.3 (25 C) N,N-Dimethylformamide 2.7 n-butyl Alcohol 4.4 o-xylene 6 2-Methoxyethanol 6.2 n-butyl Acetate 7.8 Chlorobenzene 8.8 Isobutyl Alcohol 8.8 n-propyl Alcohol 15 Methyl Isobutyl Ketone 16 Water 17.54 Pyridine 18 Methyl n-propyl Ketone 27.8 Toluene 28.5 1,4-Dioxane 29 Isopropyl Alcohol 32.4 Heptane 35.5
Iso-Octane 41 Ethyl Alcohol 43.9 Glyme 48.0 Triethylamine 57 (25 C) Ethyl Acetate 73.0 Methyl Ethyl Ketone 74 Cyclohexane 77.5 n-butyl Chloride 80.1 Ethylene Dichloride 83.35 Acetonitrile 88.8 (25 C) Methanol 97 Hexane 124 Tetrahydrofuran 142 Chloroform 158.4 Acetone 184.5 Methyl t-butyl Ether 240 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane 284 Dichloromethane 350 Cyclopentane 400 Ethyl Ether 442
Önemli Bilgiler Ölçüme uygun bir kristalin ideal boyutu 0.25mmx0.25mmx0.25mm dir. Ancak daha büyük veya daha küçük kristallerden de iyi sonuçlar alınabilmektedir. İğne şeklindeki kristallerden çoğu zaman iyi sonuç alınamamaktadır. Parlak ve iri olan katı parçacıklarının tek kristal olduğu düşüncesi bir yanılgıdır. Önemli olan basit x10 bir büyüteçle bile bakıldığında birbirinden ayrı ve keskin köşelere sahip katılar elde edebilmektir. Farklı renkte gözüken kristal yapılar safsızlık göstergesidir ve iyi sonuç alınamaz. Ana çözgenin tamamen uçmasına izin vermeden kristalleri saklamak kristal kalitesi açısından olumlu olmaktadır. Özellikle çözgenlerin kristal latisin içine girdiği veya metallere koordine olduğu durumlarda aşırı kurumuş kristaller bir zamanlar iyi sonuç alınabilecek olan yapıların çatlamasına (crystal cracking) ve analizin yapılamamasına neden olmaktadır. Ölçüme uygun tek kristal örnekleri Aromatik halka ve şelat benzeri üniteler içeren rijit yapıların oda sıcaklığında ölçümü (298Kelvin de ölçüm alınması) data kalitesini etkilememektedir. Ancak serbest dönmenin fazla olduğu alkil zincirleri (pentil, hegzil, heptil, özellikle tert-bütil, izopropil...) içeren kristallerde atomik hareketlerin minimize edilmesi (100Kelvin de ölçüm alınması) data kalitesini ciddi şekilde arttırmaktadır. Kristal datası kristalin kalitesi dışında elektron yoğunluyla da doğru orantılı olduğu için oksijenden ağır atom içermeyen organik yapılar çoğu zaman saatlerce nadiren 1 günden fazla ölçüm gerektirebilmektedir. Oksijenden ağır atom içeren ortalama bir kristalin yapısı 3-4 saatte aydınlatılmaktadır.