Методы выделения и очистки органических соединений

Органические реакции в отличие от большинства неорганических обычно протекают по нескольким направлениям и, как правило, не до конца. В результате после завершения реакции реакционная смесь содержит, кроме некоторой части исходных реагентов, еще несколько продуктов реакции. Для выделения целевого продукта приходится проводить различные операции, такие, как перегонка, ректификация, осаждение (кристаллизация), экстракция, хроматография, сублимация и др. Кратко рассмотрим физические основы этих операции.

Перегонка и ректификация

Перегонка является важнейшим методом разделения жидких веществ в реакционной смеси. Если жидкая смесь состоит из веществ с различной температурой кипения (/|, /₂, /3, …), то проводится нагревание жидкости до температуры, при которой отгоняется низ ко кипящий компонент (/,). Конденсация его паров осуществляется в приемнике (холодильнике). Вследствие взаимодействия компонентов жидкой смеси температура, при которой происходит кипение и удаление паров компонента /_ь нс совпадает с его температурой кипения /₍, а может быть либо выше, либо ниже этой температуры в зависимости от силы межмолекулярного взаимодействия. Часто случается, когда вслед за отгонкой одного чистого компонента при определенном соотношении компонентов смеси начинает перегоняться бинарная (а иногда и тройная смесь) смесь жидкостей. Такая смесь называется азеотропной смесью (двойной или тройной). Так, например, из смеси ацетонитрила с водой азеотропная смесь состава 84% CH₃CN и 16% Н₂0 отгоняется при 77°, т. е. ниже /_кип обоих компонентов (81,6 и 100 °C соответственно). Перегонка происходит при атмосферном давлении. В зависимости от устойчивости вещества, его температуры кипения и других условий нередко проводится перегонка под уменьшенным давлением (в вакууме). Такая перегонка применяется тогда, когда отгоняемое вещество при атмосферном давлении разлагается вследствие превышения его температуры кипения над температурой разложения (/_кип > f_piM) или же когда температура кипения вещества высока.

Перегонка используется для разделения двух или более жидких веществ, а также для отгонки растворителя от малолетучих твердых соединений, полученных в ходе реакции, или подвергающихся очистке путем извлечения (экстракции) тех растворимых примесей, которые в них находятся. Если перегоняемый растворитель не представляет экологической опасности, перегонку небольших его количеств можно заменить простым упариванием (выпариванием досуха).

При разделении двух жидкостей с разницей температур кипения в 80° простая перегонка весьма эффективна. Если же разделяемые жидкости (или летучие легкоплавкие твердые тела) мало отличаются по своей летучести, измеряемой t^, то простой перегонкой их разделить невозможно. В этом случае, а также для разделения многокомпонентных жидких смесей (нефть и ее фракции и др.) приходится прибегать к фракционной перегонке (ректификации). Для целей перегонки в лаборатории используются специальные холодильники для фракционной перегонки, а в промышленности — ректификационные колонки.

Кроме перечисленных типов перегонки также широко распространена в органическом синтезе перегонка с инертным носителем (в частности, с водяным паром). Данный тип перегонки удобен в том случае, когда нужно отделить целевой продукт от смеси побочных (продуктов осмоления), имеющих высокие /"л. Метод пригоден, если целевой продукт имеет < 100 °C и практически нерастворим в воде. Для удобства перегонки в лабораторных условиях часто используют бани, работающие в определенных интервалах температур: водяные (до 100 °С), масляные (от 100 до 250 °С), песчаные (250—350 °С).