 |
I.4. Измерение и регулирование температуры
|
|
|
|
Как уже было отмечено, при проведении синтеза бывает необходимо регулирование термического режима процесса. Для наблюдения за температурой реакционной массы обычно применяют термометры. В лабораторных условиях наиболее часто используются ртутные термометры, предназначенные для измерения температуры не ниже -39 о С (температура кристаллизации ртути) и не выше 350 о С (Ткип.=357 о). В диапазоне от -70 до +70 о С применяют термометры, заполненные этанолом. Поскольку спирт имеет тот же показатель преломления, что и стекло, жидкость подкрашивают в красный или синий цвет. Глицериновые термометры позволяют определять температуру до -100 о С. Для измерения температур выше 350о С обычно используют термометры сопротивления или биметаллические, однако столь сильное нагревание является большой редкостью в органическом синтезе, и поэтому мы не станем подробно рассматривать принципы определения высоких температур.
Довольно часто бывает необходимо выдержать реакционную массу при постоянной температуре длительное время. Желательный режим можно поддерживать, ограничивая подвод тепла к нагревательной бане, включив нагреватель через реостат ил трансформатор. Однако регулирование температуры значительно облегчается при использовании специальных контактных термометров. Нагреватель и контактный термометр подключают к терморегулятору (рис. 4,б). По достижении требуемой температуры в бане реле выключает нагрев, а по охлаждении нагреватель включается вновь.
Регулирование низких температур обычно представляется сложной проблемой, и лишь при проведении экзотермических реакций это возможно осуществить скоростью прибавления реагентов. В этом случае роль нагревателя играет сама химическая реакция.
|
|
|
I.5. Прибор для органического синтеза
Конструкция прибора, в котором осуществляют синтез органических соединений, зависит от характера и последовательности операций, приводящих к получению продукта реакции. Поскольку же для осуществления каждой операции служит определенный вид оборудования, к реакционному сосуду присоединяют различные детали: холодильники, термометры, мешалки и проч. Для присоединения деталей прибора друг к другу используют либо пробки, либо шлифы. Пробки применяют обычно корковые или резиновые.
Корковые пробки изготавливают из коры деревьев или прессуют из пробковой крошки. Пробка обладает упругостью, плотностью, значительной термостойкостью. С точки зрения химической устойчивости корковые пробки неплохи, однако разрушаются при действии галогенов, щелочей, серной и азотной кислот. К тому же пористая пробка хорошо пропускает газообразные соединения. Для повышения химической стойкости и герметичности пробку покрывают парафином или химически инертным лаком. Резина менее устойчива к действию химических реагентов, чем корковые пробки. Каучук разрушается кислотами, быстро разбухает при действии галогенуглеводородов и углеводородов, однако он очень устойчив к действию щелочей. Каучук газонепроницаем и приборы, собранные на резиновых пробках более подходят для работы с легколетучими веществами.
В современных лабораториях сравнительно редко пользуются резиновыми и корковыми пробками. Вместо них используют так называемые шлифы. Две притертые друг к другу отшлифованные поверхности представляют собой соединение на шлифах (рис. 8). Шлифы имеют чаще всего форму усеченного конуса и называются коническими. Размеры шлифов обычно бывают стандартными, и поэтому различные элементы оборудования хорошо подходят друг к другу. Такого рода соединения вполне герметичны, термически и химически устойчивы, чем и объясняется их широкое использование. К недостаткам соединений на шлифах смело отнесем их дороговизну, а также чрезвычайную хрупкость. Соединение на шлифах является более жестким.
|
|
|
Сборку прибора для синтеза осуществляют, как правило, на штативе с помощью зажимов, называемых лапками. Лапки к штативу присоединяются посредством муфт. Муфты всегда надо закреплять открытой частью вверх. Захваты лапок должны быть снабжены каучуковыми прокладками во избежание поломки стеклянной посуды.
При сборке прибора необходимо следить за тем, чтобы не возникали напряжения и деформации, могущие привести к поломкам. Поэтому приборы обычно не крепят жестко, а затягивают лапки так, чтобы колба поворачивалась в зажиме, не выпадая из него.
На рис. 8 изображены некоторые стандартные приборы, используемые в органическом синтезе.
 |
Рисунок 8
II. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
По окончании синтеза продукты реакции необходимо отделить от растворителя, непрореагировавших реагентов и побочных веществ. Способы очистки химических соединений весьма разнообразны и правильное их применение сильно влияет на степень чистоты получаемого продукта. Выбор метода зависит от многих факторов: агрегатного состояния вещества, его растворимости в различных растворителях, химических свойств и проч. Газообразные продукты в органическом синтезе встречаются сравнительно редко, и поэтому мы рассмотрим способы, применяемые только для жидких и твердых веществ.
II. 1. Выделение твердых веществ из реакционной массы
При выделении твердых веществ из реакционной смеси имеет место один из двух случаев:
1. Продукт нерастворим (или малорастворим) в жидкой фазе.
2. Продукт растворим в жидкости.
Первый случай представляется наиболее простым, поскольку вещество отделяют простым фильтрованием. Однако в осадке могут присутствовать такие примеси, от которых приходится избавляться экстракцией в системе твердое вещество-жидкость, переосаждением и проч.
В том случае, когда реакционная масса представляет собой раствор, твердое вещество извлекают одним из следующих методов: упаривание, экстракция, переосаждение или выливание. Главной целью всех используемых методов является выделение целевого продукта в твердом виде. Поэтому реакционную смесь обрабатывают таким образом, чтобы целевой продукт выпал в осадок с наименьшими потерями, после чего его отделяют фильтрованием.
|
|
|
II.1.1. Фильтрование и отсасывание
Если кристаллический продукт реакции нерастворим в реакционной массе, или, наоборот, ценный раствор необходимо отделить от нерастворимых примесей, используют метод фильтрования. В самом простом случае фильтрование проводят через воронку, в которую вложен складчатый бумажный фильтр (рис. 9,а). Протекание жидкости здесь осуществляется только под действием собственного веса фильтруемой смеси, поэтому скорость фильтрования мала, к тому же осадок практически невозможно полностью отделить от остатков растворителя. Поэтому обычное фильтрование применяют лишь в том случае, когда ценность имеет раствор, а масса осадка сравнительно невелика.
Отделение кристаллических продуктов реакции обычно осуществляется способом отсасывания через бумажный фильтр. Для проведения этой операции используют прибор, состоящий из воронки Бюхнера и колбы Бунзена (рис. 9,б). Фильтрование в этом случае осуществляют следующим образом. Хорошо подходящий по размеру бумажный фильтр укладывают на дырчатую поверхность воронки Бюхнера, смачивают растворителем и отсасывают его, подключая колбу Бунзена к вакуумной системе. Фильтр при этом плотно прилегает к воронке. После этого на фильтр выливают фильтруемую смесь, собирая фильтрат в колбу. Для удаления избытка растворителя осадок отжимают плоской стеклянной пробкой и при необходимости кристаллы промывают растворителем, в котором вещество малорастворимо. Размеры воронки Бюхнера выбирают в зависимости от количества осадка. Твердая фаза должна полностью и равномерно покрывать поверхность фильтра не слишком толстым слоем. Отношение толщины слоя осадка к высоте воронки обычно не превышает 0.5. Увеличение толщины слоя осадка замедляет процесс и затрудняет промывку; использование чрезмерно широких воронок приводит к «размазыванию» осадка по фильтру, и собирать его без потерь бывает трудно.
|
|
|
 | |||
 | |||
а б
Рисунок 9
Фильтровальную бумагу используют как можно более широкопористую для ускорения процесса, ширина пор, однако, должна быть меньше величины частиц осадка, в противном случае фильтрат получается мутный из-за проникших частиц, а сама операция протекает медленно, поскольку мелкий осадок забивают поры.
Колба Бунзена выбирается таким образом, чтобы объем колбы был больше объема фильтруемой жидкости. Следует помнить, что толстенные колбы для фильтрования нетермостойки и их нагревание или охлаждение может привести к разрушению сосуда.
II.1.2. Экстракция
Экстракцией называется метод извлечения целевого продукта из твердого вещества или жидкости другой жидкостью за счет различного распределения соединений между несмешивающимися фазами. Распределением вещества между двумя фазами характеризуется соотношение. Равновесных концентраций (С) вещества в каждом из фаз и носит название коэффициента распределения (К):
К = СА / СВ.
Из уравнения видно, что экстракция осуществима тогда, когда растворимость соединения в экстрагирующем растворителе (экстрагенте, СА) выше, чем в экстрагируемой исходной фазе (СВ). Экстрагент подбирают таким образом, чтобы основное вещество растворялось лучше, чем примеси (случай обратный называют промывкой).
При выборе экстрагента руководствуются основными принципами:
а) экстрагент не должен смешиваться с экстрагируемым раствором;
б) коэффициент К не должен быть максимальным;
в) экстрагент не должен вступать в химическое взаимодействие с экстрагируемой смесью;
г) при прочих равных условиях выбирают долее низкокипящий растворитель.
Экстракция из твердой фазы
Простейший случай экстракции состоит в перемешивании твердой фазы с растворителем и последующем фильтровании с отсасыванием. Естественно, что степень извлечения вещества зависит от величины поверхности межфазного контакта, поэтому для повышения эффективности процесса тщательно измельченную смесь обрабатывают избытком растворителя при перемешивании. Обычно процесс проводят в стакане, однако экстракцию легколетучими жидкостями при нагревании осуществляют в колбе с обратным холодильником (рис. 8,а). Однократной экстракции бывает достаточно при К = 100. При меньших значениях коэффициента распределения необходимы повторения операции со свежими порциями растворителя.
|
|
|
Экстракция из жидкостей
Дискретная экстракция соединений из растворов (как правило, водных) обычно осуществляется в делительной воронке (рис. 11) и называется встряхиванием. Экстрагируемый раствор смешивают в аппарате с экстрагентом, объем которого равен 0.2-0.3 объема раствора. Коэффициент заполнения воронки (j не должен превышать 0.4. Делительную воронку закрывают пробкой, правой (для левшей - левой) рукой берутся за горло, поддерживая ладонью пробку, а левой - за кран так, чтобы можно было свободно поворачивать кран.
Воронку переворачивают сливной трубкой вверх и осторожно открывают кран. Кран закрывают и несколько раз встряхивают воронку и снова открывают кран для выравнивания давления. Укрепляют воронку на штативе и, дождавшись разделения фаз, снимают пробку. Нижнюю фазу сливают (в колбу) через кран, а верхнюю - через горлышко воронки. Операцию обычно повторяют несколько раз для как можно более полного извлечения продукта. При проведении экстракции в системе жидкость-жидкость необходимо всегда хорошо помнить, какой из слоев представляет собой экстрагент, а какой - экстрагируемую фазу.
II.1.3. Высаливание
Если целевой продукт растворим в воде, иногда бывает возможности понизить его растворимость путем добавления другого, более растворимого соединения. Обычно для этого используют неорганические соли (сульфаты, хлориды и фосфаты калия, натрия, аммония). Сущность метода состоит в том, что более растворимая в воде соль при насыщении будет вытеснять из растворителя менее растворимое вещество, отбирая у него сольватную оболочку. Для высаливания соль прибавляют к раствору вещества в порошкообразном виде и перемешивают до образования насыщенного раствора (прекращение растворения соли).
II.1.4. Осаждение путем изменения pH (переосаждение)
Органические кислоты и основания, малорастворимые в воде, часто образуют хорошо растворимые в воде соли. Растворы этих солей можно очистить фильтрованием, обесцветить адсорбентом и проч. При подкислении растворов солей кислот (растворы оснований подщелачивают) соединения выделяется из раствора и его можно выделить фильтрованием или экстракцией.
II.1.5. Упаривание
Если твердый продукт реакции растворим в достаточно летучем растворителе (Ткип. до 150 о С) и метод экстрагирования неэффективен, часто применяют способ упаривания растворителя для концентрации раствора. Наиболее простой вариант метода, применяемый в случае водных растворов, - это упаривание при кипячении, которое проводят в чашке или реже в стакане. Процесс ведут до начала кристаллизации продукта при кипячении. В том случае, когда необходимо упаривание легколетучих или легковоспламеняющихся растворителей (например, эфира), используют прибор для перегонки, изображенный на рис. 11. Описание процесса дано в разделе «перегонка». Обычно растворитель удаляют не полностью, а до образования кашицеобразной массы, после чего суспензию охлаждают и продукт отделяют фильтрованием. Если же смесь упаривают досуха, то полученный остаток, как правило, дополнительно обрабатывают растворителем, экстрагирующим примеси и не растворяющим основное вещество.
II.2. Высаливание жидких веществ из реакционной массы
Выбор способа выделения жидкостей в значительной степени зависит от фазового состояния реакционной смеси. Если реакционная масса представляет собой суспензию, то жидкость сначала отделяют от осадка, который отбрасывают. Из жидких смесей продукт выделяют различными способами в зависимости от их взаимной растворимости. Различают три случая взаимной растворимости жидкостей.
1. Жидкости смешивают друг с другом в любом соотношении.
2. Жидкости ограниченно растворяют друг в друге.
3. Жидкости взаимно нерастворимы.
В первом случае продукт возможно выделить только перегонкой. В двух других случаях искомое вещество отделяют либо простым разделением с помощью делительной воронки, либо экстракцией, либо перегонкой с паром. При этом широко пользуются такими дополнительными методами, как высаливание и переохлаждение.
II.2.1. Перегонка
Перегонку используют для жидких смесей, в которых продукт реакции хорошо растворим и его невозможно выделить экстракцией. Метод основан на различии состава и ее пара. Давление пара (р) над раствором двух жидкостей определяется определяется их молярной концентрацией. Эта зависимость выражается законом Рауля:
р = р1n1 + p2n2,
где р1 и р2 - парциальные давления компонентов;
n1 и n2 - их мольные доли.
Фактором, определяющим возможность разделения смеси, является относительная летучесть жидкостей (р1/р2). Пары смеси жидких веществ обогащены более легкокипящей компонентой и летучесть показывает степень обогащения газовой фазы более легколетучим компонентом.
При обычных (простой) перегонке жидкость переводят в парообразное состояние и затем конденсируют в другой части прибора. Перегонку применяют для разделения жидкостей, значительно отличающихся по летучести. Таким образом, удается хорошо разделить жидкости, разница в температурах кипения которых составляет более 100о. В тех случаях, когда эта разница меньше, применяют повторную перегонку или ректификацию.
Стандартный прибор для простой перегонки состоит из перегонной колбы, холодильника с отводом (алонжем) и приемника (рис. 12,а).
 |
а
 |
б в
Рисунок 13
В качестве перегонной колбы обычно используют колбу Вюрца, снабженную боковой трубкой для отвода паров. В горловину колбы вставляют пробку с термометром для определения температуры паров. Для перегонки можно также пользоваться обычной колбой с насадкой Вюрца (рис. 12,б). Если нет необходимости в определении температуры паров, пользуются обычным изогнутым отводом (рис. 12,в).
К отводу колбы или насадки присоединяют нисходящий (см. главу I.3.3) холодильник для отходящих паров. Чаще всего для этого пользуются прямыми холодильниками (рис. 6, 7,а), поскольку конденсат в них не задерживается. Следует помнить о том, что холодильником Либиха можно пользоваться лишь для жидкостей, кипящих не выше 150о. Перегонка высококипящих жидкостей приводит к возникновению внутренних напряжений в месте спая трубки и рубашки и разрушения стекла, поэтому в этом случае применяют прямой воздушный холодильник. Шариковый и другие холодильники со сложной формой охлаждающей поверхности не применяют в качестве нисходящего, поскольку в них задерживается и смешивается достаточно большое количество конденсата.
К холодильнику для соединения его с приемником присоединяют алонж - изогнутую трубку, предназначенную для удобства обращения с прибором: возможности своевременного удаления фракций, точности попадания капель конденсата в приемник и проч. В качестве приемника чаще всего используют колбу Эрленмейера, которую при перегонке летучих жидкостей иногда охлаждают водой или даже водой со льдом. При перегонке легковоспламеняющихся жидкостей приемник нужно герметично присоединить к холодильнику или алонжу (во избежание утечки паров) и обеспечить отвод паров. Для этого в качестве приемника используют колбу Вюрца, к отводной трубке которой присоединен резиновый шланг, по которому пары отводятся в безопасное место (рис. 13). Такой прибор используют, например, для отгонки диэтилового эфира.
Рисунок 13
Процесс перегонки выглядит следующим образом. В колбу Вюрца наливают жидкость (j = 0.66), добавляют несколько кипелок для обеспечения равномерного кипения и во избежание опасных перегревов. Колбу устанавливают не слишком высоко над нагревателем. В то же время колбу ни в коем случае нельзя устанавливать непосредственно на плиту, поскольку весьма возможен взрыв колбы. Нагревание колбы допустимо только при полностью собранном приборе, чтобы скорость падения капель конденсата (называемого дистиллятом) не превышала двух капель в секунду. При перегонке легковоспламеняющихся жидкостей нагревание перегонной колбы осуществляют кипятком без непосредственного участия электронагревателя во избежание взрыва паров эфира. Для отвода тяжелых паров эфира к приемной колбе присоединена трубка, спускающаяся до пола. Определение температуры отходящих паров определяют при помощи термометра, ртутный шарик которого установлен на 4-6 мм ниже отвода колбы Вюрца.
Чистое вещество перегоняется в пределах 1-2о (допустимо 5-8о); смесь веществ перегоняется в широком интервале температур.
По правилам техники безопасности недопустимо полностью перегонять жидкости. Перегонку прекращают, когда количество остатка в колбе (называемого кубом) составляет не менее 5 % объема колбы.
II.2.2. Перегонка с водяным паром
Перегонку с водяным паром применяют в тех случаях, когда жидкости нерастворимы или частично смешиваются друг с другом. В этом случае закон Рауля не применим и действует другое соотношение:
р = р1 + р2.
Таким образом, общая упругость паров р смеси больше, чем упругость паров каждого компонента, взятого в чистом виде, и величина ркрит., при которой начинается кипение, наступает при более низкой температуре. Следовательно, смесь будет перегоняться при температуре ниже 100о. Поэтому метод позволяет отделять жидкости, разлагающиеся при простой перегонке.
 |
Рисунок 14
Прибор для перегонки с водяным паром, изображенный на рис. 14, состоит из генератора пара, паропроводящей трубки, перегонной колбы, холодильника, алонжа и приемника. Прибор имеет много общего с прибором для простой перегонки (рис. 12,а), и потому мы не станем подробно комментировать конструкцию, а лишь остановимся на ее особенностях. Парогенератор (парообразователь) чаще всего представляет собой плоскодонную колбу большого объема, хотя для этой цели используют также металлические колбы и парообразователи специальных конструкций. Колба должна быть снабжена отводной трубкой и предохранительной трубкой, доходящей почти до дна колбы. Предохранительная трубка предназначена для уравновешивания давления в колбе. Паропроводящая трубка должна быть снабжена отводом с зажимом для регулирования подачи пара в реакционную смесь и для выравнивания давления в приборе.
Во избежание переброса перегоняемой массы в приемник перегонную колбу устанавливают наклонно. Паропроводящая трубка должна доходить почти до дна колбы для возможно более равномерного распределения пара в перегоняемой жидкости. Перегонную колбу, кроме обычного крепления в лапке, подпирают снизу кольцом: перегонка с паром протекает довольно бурно и плохое крепление колбы может привести к ее разрушению.
При перегонке с водяным паром применяют эффективные холодильники, поскольку при конденсации большого количества пара приходится отводить большое количество тепла.
Перегонку обычно продолжают до тех пор, пока не прекратится отделение нерастворимого в воде продукта в виде маслянистых пятен. Если малорастворимый продукт все-таки образует разбавленный раствор, окончание перегонки приходится определять по отсутствию соединения в дистилляте какими-либо качественными реакциями.
Для прекращения перегонки сначала отсоединяют парообразователь и только потом его отключают во избежание попадания реакционной массы в парогенератор.
Все изложенные выше методы выделения соединений не являются окончательной стадией получения вещества. Актом, завершающим длительный процесс синтеза, является очистка вещества.
II.3. Очистка твердых органических соединений
Перекристаллизация
Наиболее часто применяемым методом очистки твердых веществ является перекристаллизация. Метод основан на различной растворимости соединений в растворителе при различных температурах. При кристаллизации вещество, как правило, необходимо растворить, подготовить раствор для кристаллизации (обесцветить, отделить нерастворимые примеси), отфильтровать полученные кристаллы и промыть их чистым растворителем.
Растворитель для кристаллизации выбирают, руководствуясь следующими основными принципами. Вещество должно очень ограниченно растворяться в нем при нормальных условиях (или при охлаждении) и хорошо растворяться при нагревании. Обычно растворимость веществ резко возрастает вблизи точки кипения, поэтому при перекристаллизации жидкость всегда необходимо доводить до кипения. Растворимость примесей при этом должна быть либо очень хорошей, либо, наоборот, очень малой. В первом случае растворившиеся загрязнения не кристаллизуются из раствора, а во втором - не растворяются, и их можно удалить фильтрованием. Необходимо также помнить о том, что растворитель не должен химически взаимодействовать с продуктом.
Перекристаллизацию проводят в приборе, состоящем из колбы и обратного холодильника (рис. 8,а). К веществу, помещенному в колбу, приливают такое количество растворителя, чтобы образовалась так называемая кашицеобразная консистенция, вносят кипелки, присоединяют обратный холодильник и доводят массу до кипения.
Если после минутного кипячения осадок не растворился, через форштосс холодильника добавляют небольшое количество растворителя и снова доводят смесь до кипения. Операцию повторяют до тех пор, пока вещество полностью не растворится в минимальном количестве растворителя. Если примеси остаются в осадке, нет необходимости добавлять слишком много растворителя. Так, не надо пытаться растворять механические примеси.
При необходимости раствор обесцвечивают, добавляя адсорбенты (обычно - активированный уголь), для чего надо прекратить кипячение полученного раствора, добавив немного (2-5 % от массы продукта) угля и снова довести смесь до кипения.
Полученный кипящий раствор быстро фильтруют горячим через хорошо нагретую воронку Бюхнера. Если растворителем для перекристаллизации служит вода, воронку нагревают в бане с горячей водой. Необходимо помнить о том, что колба Бунзена, в которую собирают фильтрат, нетермостойка и приливание горячего раствора в сосуд, стоящий на холодном лабораторном столе, может привести к взрыву, влекущему за собой тяжелые последствия. Во избежание этого колбу термоизолируют, обматывая полотенцем.
Колбу с фильтратом оставляют охлаждаться и по охлаждении отфильтровывают полученные кристаллы.
Перекристаллизация - не единственный способ очистки твердых соединений. Для получения индивидуальных кристаллических соединений используют также сублимацию, кристаллизацию из расплава и хроматографию, однако эти методы препаративно сложны в сравнении с кристаллизацией и требуют от синтетика значительного опыта работы, поэтому в рамках данного курса они не рассматриваются.
Основным методом очистки жидких соединений является перегонка.
III. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Синтезированный и очищенный продукт необходимо идентифици-ровать, т.е. установить его структуру. Для этого чаще всего используют физические характеристики: температуру плавления и кипения, плотность, показатель преломления, а также способность к поглощению электромагнитного излучения: ик-, уф- и ямр-спектры. Обычно вещество считают чистым, если его физические характеристики не изменяются после повторной операции очистки.
Для ранее синтезированных соединений чаще всего бывает достаточно сравнить полученные физические характеристики с описанными в химической литературе. Наиболее важными физическими характеристиками вещества считают температуры плавления и кипения. К тому же они и наиболее просты в определении.
III.1. Определение температуры плавления
Температурой плавления называют диапазон температур, в котором происходит превращение твердой фазы в жидкость. Известно, что смеси веществ плавятся при температурах более низких, чем чистые вещества, поэтому величина отклонения полученной температуры от справочной является важной характеристикой степени чистоты полученного продукта.
Для определения температуры плавления применяют прибор Тиле. Термометр помещают в теплопередающую среду, в качестве которой используют диалкилфталат, силиконовое или парафиновое масло, а иногда и серную кислоту. Вещество помещают в капиллярную трубку (капилляр) диаметром 1 мм.
Подготовка образца проводят следующим образом. Капилляр длиной 6-8 см запаивают с одной стороны над пламенем спиртовки до образования стеклянной капли. Затем небольшое количество вещества, при необходимости измельченного в порошок, помещают на чистую твердую поверхность. Постукивая незапаянным концом капилляра по слою вещества, вводят его внутрь. Затем капилляр переворачивают открытым концом вверх и несколько раз сбрасывают капилляр на твердую поверхность внутри стеклянной трубки. При этом вещество, набранное внутрь капилляра утрамбуется на дне капилляра. Высота столбика вещества в капилляре должна быть 4-6 мм. После этого образец подготовлен для определения температуры плавления.
Подготовленный капилляр с веществом вводят в боковой отвод прибора Тиле таким образом, чтобы проба вещества находилась на уровне шарика термометра. Прибор нагревают на пламени спиртовки таким образом, чтобы скорость повышения температуры не превышала 4-6 град./мин.
III.2. Определение температуры кипения
Температура кипения очищенного жидкого соединения определяют в процессе перегонки (см. главу II.6). Узкий интервал температуры кипения перегоняемого вещества (не более 5 о) является хорошим показателем степени его чистоты.
IV. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРЫ
Работа в лаборатории органической химии связана с некоторой опасностью, вытекающей из необходимости пользоваться легковоспламеняющимися, взрывоопасными и ядовитыми веществами. Надо помнить, что большинство несчастных случаев вызывается невниманием или небрежностью работающих. Поэтому опасность при работе в лаборатории можно свести к минимуму, правильно и своевременно применяя все необходимые меры предосторожности.
Перед началом эксперимента необходимо детально изучить инструкцию к данной работе и продумать ход эксперимента.
Во время работы нужно быть внимательным и осторожным. На рабочем месте следует поддерживать чистоту и порядок.
Надо постоянно следить за тем, чтобы не создавать опасности в лаборатории для своих соседей.
В лаборатории запрещается принимать пищу, пить и курить.
Все приборы необходимо собирать так, чтобы они стояли устойчиво. Нельзя использовать поврежденную посуду.
Химические вещества не должны соприкасаться с кожей. Некоторые ядовитые вещества проникают через здоровую, неповрежденную кожу.
При работе с раздражающими, ядовитыми или неприятно пахнущими веществами нужно работать в вытяжном шкафу, не наклоняться внутрь шкафа.
Нельзя переносить склянки с едкими, ядовитыми или горючими реактивами, держа их за горлышко. Склянку всегда нужно поддерживать снизу.
В препаративной органической химии для экстракции и кристаллизации часто применяют огнеопасные растворители (эфир, спирт, ацетон и др.), что требует соблюдения соответствующих мер безопасности. При работе с легковоспламеняющимися веществами вблизи не должно быть открытого пламени. В случае растворителей, кипящих ниже 100о, нагревание проводят на водяной бане.
Нагревание горючих жидкостей (например, перегонку) ведут только под постоянным наблюдением.
Растворители, не смешивающиеся с водой, например, диэтиловый эфир, нельзя сливать в канализацию. Их нужно регенерировать и для этого их сдают лаборанту, в препараторскую.
В лабораториях чаще тепловых ожогов наблюдаются ожоги химические: кислотами, щелочами и другими едкими веществами, вредно действующими на кожу.
Ожоги кислотами: из кислот наиболее опасна концентрированная азотная кислота. Кратковременное соприкосновение с ней вызывает желтое окрашивание кожи, а более длительное воздействие приводит к образованию трещин и очень болезненных трудно заживающих ран.
Концентрированная серная кислота менее опасна, и если быстро снять тряпкой, остаток смыть тотчас же спиртом, а потом большим количеством воды, то наступит легкое раздражение кожи. Более длительное воздействие серной кислоты вызывает сперва появление белых пятен, затем пузырей, а через некоторое время изъявлений, после заживления которых остаются следы. Даже серьезные ожоги серной кислотой после тщательного промывания водой заживают хорошо.
Соляная кислота не представляет большой опасности для кожи, но очень опасна для глаз и слизистой оболочки.
Ожоги щелочами. Концентрированные, особенно горючие, растворы щелочей вызывают сильные ожоги. Сначала кожа становится скользкой и гладкой, а после более длительного действия щелочей образуются очень глубокие и медленно заживающие раны. Таким же образом действуют на кожу твердые щелочи даже в случае соприкосновения с ней в течение нескольких минут.
Аммиак почти не действует на кожу, которая при попадании на нее аммиака делается скользкой: при более длительном действии вызывает раздражение. Более опасным аммиак является для глаз: попадание в глаза раствора аммиака или его паров вызывает сильное раздражение или даже слепоту (необратимое поражение глазного нерва).
При ожогах кислотами и щелочами обоженные места необходимо хорошо промыть водой. После этого кислоту необходимо нейтрализовать раствором бикарбоната натрия, а щелочь - 1% раствором уксусной или борной кислоты.
Бром вызывает трудно заживающие раны и сильно действует на слизистую оболочку. Места, обоженные бромом, нужно тщательно промыть бензином, бензолом или спиртом до исчезновения запаха брома, а затем втереть в кожу глицерин.
Фенол следует смывать с кожи этиловым спиртом, а затем промывать кожу теплой водой с мылом.
Особенно опасны ожоги глаз, так как даже разбавленные растворы кислот и щелочей, безвредные для кожи, могут быть для глаз очень опасными. Если кислота или щелочь попадает в глаза, их нужно сейчас же промыть большим количеством воды (лучше по индикатору), а затем в случае попадания кислоты - 1% раствором бикарбоната натрия, а в случае попадания, щелочи - 1% раствором борной кислоты, а затем снова тщательно водой. Пострадавшего необходимо направить к врачу.
Опасные вещества
Ниже перечислены и кратко охарактеризованы опасные вещества, с которыми студент может иметь дело при выполнении лабораторных работ.
Азотная кислота разъедает кожу. Первая помощь: промыть большим количеством воды. Со многими органическими веществами азотная кислота реагирует взрывоподобно.
Амины ароматические очень токсичны, адсорбируют кожей.
Аммиак обладает сильным раздражающим действием. Первая помощь: промыть пораженное место водой, вдыхать кислород. Концентрация 2 мг/м3 смертельна.
Бром разъедает кожу и органы дыхания. Первая помощь: кожу промыть большим количеством спирта, вдыхать кислород.
Галогеноводороды сильно раздражают слизистые оболочки. Смертельная концентрация хлористого водорода 0.5%. Первая помощь: при попадании внутрь необходимо пить молоко, воду, принять окись магния.
Галогенопроизводные алифатические и ароматические обладают наркотическим действием, вызывают раздражение кожи, токсичны для печени и почек. Первая помощь: пораженную кожу промыть водой с мылом, свежий воздух, кислород.
Муравьиная кислота - оказывает сильное разъедающее действие.
Нитриты неорганические - яды, действующие на кровь, нарушают кровообращение. Первая помощь: вызвать рвоту, вдыхать кислород, принимать активированный уголь, много витамина С.
Нитросоединения ароматические - сильные яды, действующие на кровь. Могут поглощаться при вдыхании паров и через кожу. Первая помощь: кислород, много молока.
Перманганат калия со многими органическими веществами образует взрывчатые смеси.
Фенол - разъедает кожу и адсорбирует ею. Первая помощь: промыть кожу разбавленными щелочами, большим количеством воды, пить молоко.
Хлорсульфоновая кислота является монохлорангидридом серной кислоты и поэтому бурно взаимодействует с водой, на воздухе дымит. Все работы, связанные с использованием хлорсульфоновой кислоты, следует проводить в вытяжном шкафу и использовать только сухую посуду. При попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги. С кожи снимают сухой тряпкой промокательными движениями, затем промывают сильной струей воды, раствором бикарбоната и смазывают мазью от ожога, и пострадавшего направляют к врачу. Прилитую хлорсульфонов
|
|
|
