Разделение о-, м- и п- нитроанилинов

Реактивы и расходные материалы: о-нитроанилин (0,15 г); м-нитроанилин (0,15 г); п-нитроанилин (0,15 г); петролейный эфир с Т_кип до 70 °С (250 мл); метиловый спирт (4 мл); бензол (200 мл); гидроксид кальция (50 г).

Посуда и оборудование: колонка (28x1,7см), делительная ворон­ка, стеклянная вата, механическая мешалка, приемники (5 шт.), колбы на 100 мл (5 шт.), насадка Вюрца, прямой холодильник, аллонж паук, водяная баня, вакуумный насос, термометр, воронка стеклянная, ка­пилляр, роторный испаритель, прибор для определения температуры плавления, мерный цилиндр.

Колонку (см. рис. 29) наполняют гидроксидом кальция, как при сухом способе наполнения. Раствор смеси о-, м- и п-нитроанилинов (по 0,15 г каждого) в 50-60 мл легкого петролейного эфира с темп. кип. до 70 °С пропускают через адсорбент со ско­ростью 1-2 капли в секунду, как при очистке. Хроматограмму проявляют с помощью такого же петролейного эфира. Появляются три полосы:

а) вверху - светло-желтая полоса (п-нитроанилин),

б) в середине - желтая полоса (м-нитроанилин),

в) внизу - темно-желто-коричневая (о-нитроанилин).
После проявления производят элюирование полос смесью метилового спирта и бензола (1:50), прибавляя ее в колонку по каплям из капельной воронки. По мере вымывания полос сме­няют приемники, в которые поступали соответствующие фрак­ции элюата.

Рис. 29. Колонка для хро­матографирования в обыч­ных условиях: 1 - капель­ная воронка с элюентом; 2 -стекловата; 3 - адсорбент; 4 - пористая перегородка; 5 - кран; 6 - приемник

Затем от каждой фракции отгоняют в вакууме растворитель, применяя для этого колбу Вюрца с высоко припаянной отвод­ной трубкой; колбу нагревают на водяной бане при непрерыв­ном вращении, чтобы избежать местного перегрева или толчка.

После отгонки растворителей определяют выход и темпера­туру плавления каждого из выделенных веществ и, если окажет­ся необходимым, то производят перекристаллизацию их.

Температура плавления чистого о-нитроанилина 71,5 °С.

Температура плавления чистого м-нитроанилина 114 °С.

Температура плавления чистого п-нитроанилина 146-147 °С.

Выход каждого препарата около 0,13 г.

Экстракция

Экстракция применяется для очистки веществ или разделе­ния смеси веществ. Экстракцией (или извлечением) называют процесс перевода вещества из одной жидкой или твердой фазы в другую жидкую фазу. Экстракция может осуществляться в двух режимах: периодическом и непрерывном.

Экстракция в системе твердое вещество - жидкость. Для из­влечения из смеси твердых веществ только одного компонента необходимо так подобрать растворитель, чтобы в нем растворялся только данный компонент, и не растворялись другие ком­поненты. Чем лучше измельчен образец, тем полнее извлекается из него требуемое вещество.

Периодическая экстракция из твердого образца называется мацерацией. Измельченное твердое вещество смешивают с под­ходящим растворителем, который подбирается эксперименталь­но, встряхивают или перемешивают в течение некоторого вре­мени. Затем растворитель отделяют фильтрованием или декан­тацией. Для полноты извлечения операцию повторяют несколь­ко раз небольшими порциями свежего растворителя.

Непрерывная экс­тракция (перколя-ция) проводится в перколяторах (рис. 33, а). В нижнюю часть ворон­ки перколятора по­мещают кусочек ваты и заполняют ее экст­рагируемым твердым материалом. Пода­ваемый сверху рас­творитель просачива­ется через твердое вещество. Кран во­ронки открывают на­столько, чтобы уро­вень жидкости в во­ронке оставался по­стоянным, а над слоем экстрагируе-мого материала все время находился слой растворителя.

а б в г

Рис. 33. Приборы для экстракции: а-перколятор; б - экстрактор Сокслета; в - перфоратор для экстракции из жидкости более легким растворителем; г - перфоратор для экстракции более тяжелым растворителем

Широкое приме­нение для экстракции вещества из твердого образца получил экстрактор Сокслета (рис. 33, б), позволяющий вести непрерывную экстракцию срав­нительно небольшим количеством растворителя.

Экстрагируемый материал помещают в бумажном патроне в экстрактор. В колбу наливают необходимое количество раство­рителя и нагревают его до кипения. Пары растворителя, подни­маясь по боковой трубке, конденсируются в обратном холо­дильнике, и растворитель стекает каплями на экстрагируемый материал. Когда экстрактор заполняется растворителем до уров­ня сгиба сливной трубки сифона, экстракт сбрасывается по си­фону в перегонную колбу и процесс повторяется. Таким обра­зом, экстрагируемый материал каждый раз обрабатывается пор­цией чистого растворителя, а экстрагируемое вещество скапли­вается в перегонной колбе. Этот метод применим, когда экстра­гируемое вещество выдерживает длительное нагревание без разложения.

Экстракция в системе жидкость - жидкость. В системе из двух несмешивающихся жидкостей вещество распределяется между двумя жидкими фазами в соответствии с законом распре­деления Нернста. Чем больше разница в растворимости, тем большее количество вещества находится в одной из фаз. Раство­ритель для экстракции вещества из жидкой фазы (экстрагент) должен растворять вещество лучше, чем жидкость, в которой оно растворено.

Экстракцию веществ растительного и животного происхож­дения в основном проводят из водных растворов. Для этих слу­чаев рекомендуются такие экстрагенты, как петролейный эфир, бензол, толуол, хлороформ, растворимость которых в воде ме­нее 1%. Часто применяемые в этих целях диэтиловый эфир, этилацетат, бутанол ограниченно растворимы в воде (7-8%).

Периодическая экстракция проводится в делительной во­ронке, куда помещают раствор экстрагируемого вещества и до­бавляют к нему экстрагент в количестве не более трети объема образца. При этом делительная воронка должна быть заполнена не более чем на две трети. Воронку закрывают пробкой и со­держимое встряхивают, придерживая пробку и кран. При встря­хивании внутри воронки может возникнуть небольшое избы­точное давление. Поэтому для уравнивания давления периоди­чески, повернув воронку краном вверх, открывают кран и эту операцию повторяют, пока не перестанет возникать избыточное давление. Только после этого воронку сильно встряхивают в течение 1-2 мин и закрепляют в штативе, давая возможность наиболее полно разделиться двум фазам. После разделения фаз ниж­ний слой выпускают через кран воронки, предварительно от­крыв пробку. Верхний слой сливают через горло воронки.

Непрерывная экстракция (перфорация) в системе «жид­кость-жидкость» осуществляется в специальных приборах - перфораторах (рис. 33, в, г). Принцип действия перфоратора аналогичен описанному для экстрактора Сокслета. Растворитель испаряют в колбе. Его пары конденсируются в обратном холо­дильнике, и капли конденсата, проходя через раствор вещества, экстрагируют его. Полученный экстракт стекает через перелив обратно в перегонную колбу.