1. растворение твердого вещества в минимальном объеме кипящего растворителя (приготовление насыщенного раствора);
2. фильтрование горячего раствора для удаления нерастворимых примесей (если они присутствуют);
3. охлаждение раствора и образование кристаллов;
4. отделение кристаллов от маточного раствора фильтрованием;
5. высушивание кристаллов.
Для того чтобы достичь высокой степени чистоты, может потребоваться неоднократная перекристаллизация.
Для успешной кристаллизации чрезвычайно важным является правильный выбор растворителя, в котором очищаемое вещество легко растворяется при нагревании и практически не растворяется на холоду и в котором хорошо растворимы приме-
На практике растворитель подбирают путем серии пробных кристаллизаций. Общая закономерность "подобное растворяется в подобном", т. е. полярные соединения более растворимы в полярных растворителях, чем в неполярных, и наоборот.
Необходимо знать, что растворители — четыреххлористый углерод, бензол и хлороформ — являются токсичными и работать с ними нужно аккуратно.
Некоторые общие характеристики растворимости и полярности растворителей приведены в таблице 1.
Таблица 1. Общие характеристики растворимости некоторых классов соединений и растворителей, используемых при кристаллизации.
Приготовление насыщенного раствора.
После подбора растворителя очищаемый твердый продукт помещают в коническую колбу со шлифом. Добавляют минимальное количество растворителя, чтобы покрыть им твердое вещество. Присоединяют к колбе обратный холодильник и нагревают смесь на водяной бане или электроплитке до кипения. Нагревают в течение нескольких минут, и при этом часть твердого вещества растворяется. Затем через обратный холодильник пипеткой добавляют растворитель небольшими порциями до полного растворения твердого вещества. После каждого добавления растворителя дают возможность содержимому в колбе кипеть в течение нескольких минут для растворения твердого вещества.
Помните, что необходимо использовать минимальный объем растворителя.
Если в растворе присутствуют нерастворимые примеси, нужно провести фильтрование горячего раствора. Интенсивно окрашенные растворы, содержащие примеси смолы, обесцвечивают древесным углем.
Для этого раствор немного охлаждают, добавляют порошкообразный древесный уголь (1–3 % от массы органического твердого вещества), доводят раствор до кипения и кипятят с обратным холодильником в течение нескольких минут. Древесный уголь удаляют горячим фильтрованием.
Кристаллизацию проводят двумя способами:
• после горячего фильтрования насыщенный раствор медленно охлаждают до комнатной температуры, а затем помещают в холодильник;
• в насыщенный раствор при комнатной температуре добавляют по каплям второй растворитель, в котором вещество плохо растворимо, до тех пор, пока не появится слабая опалесценция, а затем еще добавляют одну или две капли первого растворителя, чтобы устранить помутнение (образования двух фаз не должно происходить).
Наиболее часто применяют следующие смеси двух растворителей:
1) диэтиловыйэфир — н. гексан,
2) дихлорметан — н. гексан,
3) хлороформ — циклогексан,
4) ацетон — диэтиловый эфир,
5) ацетон — вода,
6) метанол — вода,
7) этанол — вода.
В некоторых случаях кристаллы при охлаждении раствора не образуются, даже если раствор пересыщен. Это может происходить из-за отсутствия центров, инициирующих образование кристаллов. Для ускорения процесса кристаллизации применяют несколько способов:
• добавляют "затравочный" кристалл ("затравку") того же самого вещества (для этой цели полезно оставлять небольшое количество неочищенного вещества),
• потирают стеклянной палочкой с острыми краями по внутренней стороне колбы на уровне жидкости, что приводит к образованию неровностей на стеклянной поверхности, которые служат центрами роста кристаллов,
• раствор переохлаждают (до -70 °C) и медленно нагревают до комнатной температуры с одновременным потиранием стеклянной палочкой.
Температура для наилучшего образования зародышей кристаллов лежит приблизительно на 100 °C, а для наилучшего роста кристаллов приблизительно на 50 °C, ниже температуры плавления кристаллизующегося соединения.
Слишком сильное и быстрое охлаждение часто не приводит к кристаллизации.