2.3.2. Кристалізація

Кристалізація (перекристалізація) - важливий спосіб очистки твердих органічних речовин. Відома кристалізація з розплаву (зонна плавка) і кристалізація з пароподібного стану (сублімація). Однак найважливіше значення має перекристалізація з розчинів. Перекристалізація складається з таких операцій: приготування нагрітого насиченого розчину речовини у відповідному розчиннику, знебарвлення насиченого розчину і видалення нерозчинних домішок фільтруванням, охолодження чистого насиченого розчину (кристалізація), відділення кристалів від маточного розчину, в якому залишились розчинні домішки, висушування кристалів.

Вирішальне значення для успішного проведення кристалізації має правильний вибір розчинника. Розчинник повинен задовольняти такі вимоги: а) не повинен хімічно реагувати з речовинами, що перекриста- лізовуються;

б) мати круту криву розчинності, тобто речовина повинна добре розчинятись в киплячому розчиннику і погано в холодному;

в) повинен добре розчиняти домішки на холоду або зовсім не розчинити їх навіть при нагріванні;

г) не повинен давати пересичених розчинів; тому що в цьому випадку відділення рідкої фази, а з нею і забруднень, ускладнюється;

д) повинен, по можливості, бути нетоксичним, безпечним у роботі.

Вибираючи розчинник, в першому наближенні можна керува­тись правилом: «подібне розчиняється в подібному» (полярне в полярному, відповідно неполярне - в неполярному). Наприклад, вуглеводні звичайно добре розчиняються в петролейному ефірі, гексані, бензині, толуолі, а сполуки, що містять гідроксильні групи (спирти, вуглеводи, карбонові кислоти), легко розчиняються в воді, спиртах та інших полярних розчинниках. Для більш складних сполук цього правила недостатньо, потрібен експериментальний підбір у кожному випадку.

Вибираючи розчинник, слід враховувати також його температуру кипіння, величину діелектричної сталої. Якщо речовина добре розчиняється в одному розчиннику, а в іншому - погано, слід провести пробну кристалізацію із суміші обох розчинників. Для цього до гарячого розчину речовини в першому розчиннику додають краплями другий розчинник до того моменту, коли утвориться стійке помутніння. Цей розчин нагрівають до прозорості і залишають для кристалізації.

Методика перекристалізації.

Речовину, що очищають, поміщають у круглодонну колбу із зворотним холодильником. Якщо розчинником є вода, то зворотний холодильник не потрібен. Через холодильник малими порціями при кімнатній температурі додають стільки розчинника, щоб речовина повністю розчинилась у киплячому розчиннику, або у випадку присутності нерозчинних домішок кількість твердої фази перестане зменшуватись при додаванні нових порцій розчинника. Необхідно уникати довгого кип’ятіння, тому що деякі органічні речовини при нагріванні розкладаються.

З метою видалення забарвлених домішок насичений розчин кип’ятять декілька хвилин з малою кількістю активованого дервинного вугілля (1-2 г на 100 мл). Неможна додавати вугілля до кип’ячого розчину, може трапитись бурхливе скипання і викид розчину. Доцільно розчин трохи охолодити, додати вугілля і кип’ятити 2-3 хвилини.

Гарячий насичений розчин якомога скоріше фільтрують для відділення нерозчинних домішок і адсорбента. Щоб запобігти передчасній кристалізації під час фільтрування використовують лійку для гарячого фільтрування (див.мал.11). Далі фільтрат охолоджують, при швидкому охолодженні розчину холодною водою і енергійному перемішуванні утворюються відносно дрібні, однорідні за формою кристали. Варто мати на увазі, що занадто дрібні кристали мають велику питому поверхню і можуть адсорбувати домішки із розчину, що також небажано. Для утворення крупних, добре оформлених кристалів розчин залишають у повному спокої і дають йому повільно охолодитись. В залежності від природи речовини і умов кристалізації слід вибирати оптимальні розміри кристалів, що забезпечують найбільшу чистоту препарату.

У органічних речовин дуже велика схильність до утворення пересичених розчинів. При внесенні «затравки» - кристала тієї ж самої або ізоморфної їй речовини - випадають кристали. Тертям скляною паличкою об стінку посуду також можна значно прискорити кристалізацію. Швидкість кристалізації органічних речовин коливається в дуже широких межах, так що неможливо сказати нічого певного про необхідний, час контакту кристалів з маточним розчином, тому ніколи неможна викидати маточний розчин до повного завершення роботи. Після завершення кристалізації (звичайно 30-40 хвилин після охолодження) відділяють кристали від маточного розчину, відфільтровують на лійці Бюхнера (мал. 12а). Висушування речовини здійснюють у відповідних для цього умовах: на повітрі між листами фільтрувального паперу; в ексикаторах з осушником (хлорид кальцію, концентрована сірчана кислота, Р₂О₅ та ін.) або в сушильній шафі (температура шафи повинна бути на 20-50°С нижче температури топлення даної речовини).

Визначення ступеню чистоти речовини, отриманої при перекристалізації, здійснюється визначенням температури топлення або іншими фізико-хімічними методами.