OZNAKE UPOZORENJA NA BOCAMA SA HEMIKALIJAMA eksplozivan oksidant korozivan štetan iritantan toksičan ekstremno toksičan zapaljiv ekstremno zapaljiv št

Транскрипт

1

2 ZNAKE UPZRENJA NA BCAMA SA HEMIKALIJAMA eksplozivan oksidant korozivan štetan iritantan toksičan ekstremno toksičan zapaljiv ekstremno zapaljiv štetan po okolinu ZAŠTITA PRI RADU U LABRATRIJI zaštita lica zaštita disajnih organa upotreba zaštitnih naočala upotreba zaštitnih rukavica upotreba zaštitne odjeće DRUGE ZNAKE KLASA 1 KLASA 2 KLASA 3 eksplozivi gasovi zapaljive tečnosti KLASA 4 KLASA 5 zapaljivi čvrsti spojevi oksidanti i peroksidi KLASA 6 KLASA 7 KLASA 8 otrovni i toksični materijali radioaktivni materijali korozivni materijali

3

4

5 P R A K T I K U M I Z S N V A R G A N S K E H E M I J E

6 Praktikum iz osnova organske hemije Autori Milka Maksimović Sanja Ćavar Danijela Vidic Izdavač Prirodno-matematički fakultet Sarajevo Recenzenti Prof. dr. Emin Sofić, redoviti profesor Prirodno-matematički fakultet Univerziteta u Sarajevu Prof. dr. Mladen Miloš, redoviti profesor Kemijsko-tehnološki fakultet Sveučilišta u Splitu DTP Autori Naslovna strana Sanja Ćavar Štampa INDEX s.t.r. Sarajevo Tiraž CIP Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i univerzitetska biblioteka Bosne i Hercegovine, Sarajevo 547(075.8)(076) MAKSIMVIĆ, MILKA Praktikum iz osnova organske hemije / Milka Maksimović, Sanja Ćavar, Danijela Vidic. Sarajevo : Prirodno-matematički fakultet, VI, 266 str. : ilustr. ; 25 cm Bibliografija: str. 265 ISBN Ćavar, Sanja 2. Vidic, Danijela CBISS.BH-ID bjavljivanje ovog udžbenika odobrio je Senat Univerziteta u Sarajevu odlukom broj: /09 od godine. Na osnovu Zakona o autorskim i srodnim pravima ( Službeni glasnik BiH, br. 7/2002), zabranjeno je svako umnožavanje, fotokopiranje ili bilo kakvo reproduciranje knjige ili njenih dijelova bez odobrenja autora.

7 Milka MAKSIMVIĆ Sanja ĆAVAR Danijela VIDIC P R A K T I K U M I Z S N V A R G A N S K E H E M I J E Sarajevo, 2009

8

9 PREDGVR Praktikum iz osnova organske hemije namijenjen je studentima hemije, kao i studentima biologije, farmacije i srodnih disciplina koji u okviru kursa organske hemije imaju integriran praktični dio nastave. vaj praktikum je nastao kao rezultat višegodišnjeg rada autora u vođenju laboratorijskih vježbi iz organske hemije i svojom koncepcijom i izborom eksperimenata treba da popuni prazninu koja postoji u ovoj vrsti udžbeničke literature. Prezentirani materijal pruža mogućnost studentu ne samo da ovlada osnovnim tehnikama rada u organskom laboratoriju, već i da izvođenjem eksperimentalnih vježbi potpunije razumije teorijske osnove organske hemije. U prvom dijelu Praktikuma data su osnovna pravila laboratorijskog rada, opis osnovnog laboratorijskog posuđa i pribora koje se koristi u organskom hemijskom laboratoriju, osnovne laboratorijske operacije, metode prečišćavanja organskih spojeva, prekristalizacija i destilacija, kao i kvalitativna elementarna analiza organskog spoja. vim iscrpno opisanim uvodnim vježbama student će, uz malo prakse, steći samopouzdanje da može samostalno obavljati različite laboratorijske operacije, brzo, lako i efikasno. U sklopu ovog praktikuma, uz klasične primjere vježbi koje se odnose na sintezu, izolaciju, prečišćavanje i identifikaciju organskih spojeva, uključeni su eksperimenti koji su bliski svakodnevnom životu kakve su izolacije prirodnih produkata. Posebna pažnja posvećena je sigurnosti i mjerama opreza jer studenti moraju od početka biti svjesni potencijalnih opasnosti pri radu sa organskim supstancama. Pri izboru eksperimenata imali smo na umu smanjenje upotrebe toksičnih supstanci na najmanju moguću mjeru. Na kraju praktikuma izdvojen je Dodatak sa osnovnim podacima o spojevima korištenim u eksperimentima kako bi student na najbrži način došao do važnih podataka o fizičkohemijskim osobinama datih spojeva, njihovoj potencijalnoj toksičnosti i opasnostima u rukovanju. Autori I

10 II

11 SADRŽAJ 1 Uvod 1 2 snovni laboratorijski pribor 3 3 snovne laboratorijske operacije 5 4 Metode prečišćavanja organskih spojeva - prekristalizacija 11 5 Metode prečišćavanja organskih spojeva - destilacija 19 6 Kvalitativna elementarna analiza 29 7 Sinteza 5,6-dibromholesterola 39 8 Sinteza 2,4,6-tribromfenola 45 9 Sinteza benzojeve kiseline Sinteza aspirina Spektrofotometrijsko određivanje aspirina Sinteza metilsalicilata Sinteze mirisnih estera Sinteza iodoforma Sinteza dibenzilidenacetona Sinteze organskih boja i bojenje tkanine Sinteza 7-hidroksi-4-metilkumarina Polimerizacijske reakcije Izolacija i identifikacija masnih kiselina iz jestivog ulja Sinteza i osobine sapuna Kvantitativno određivanje vitamina C u voćnim sokovima Separacija biljnih pigmenata hromatografijom na papiru Izolacija esencijalnih ulja Izolacija kofeina iz čaja Identifikacija organskih spojeva Identifikacija produkata primarnog metabolizma Dodatak osnovni podaci o spojevima korištenim u eksperimentima Literatura 263 III

12 IV

13 SADRŽAJ LABRATRIJSKG STLA Laboratorijski stol broj. # Laboratorijsko posuđe i pribor Volumen Količina 1. Balon 250 ml 2. Balon 500 ml 3. Čaša 100 ml 4. Čaša 250 ml 5. Čaša 400 ml 6. Erlenmeyerova tikvica 50 ml 7. Erlenmeyerova tikvica 100 ml 8. Erlenmeyerova tikvica 250 ml 9. Menzura 25 ml 10. Menzura 50 ml 11. Menzura 100 ml 12. Lijevak za filtriranje 13. Lijevak za odvajanje 14. Tikvica za destilaciju 15. Liebigovo hladilo 16. Satno staklo 17. Stakleni štapić 18. Termometar Student Laborant Datum V

14 VI

15 Uvod 1 UVD SNVNA PRAVILA LABRATRIJSKG RADA Prije početka rada obavezno je upoznati se s mjerama opreza i zaštite pri radu u laboratoriju, te se strogo pridržavati istih. Na početku vježbi student će od asistenta dobiti upute važne za rad tog radnog dana. snovna pravila laboratorijskog rada su slijedeća: U laboratoriju trebaju vladati red i tišina. Tokom rada student je dužan nositi radni mantil. Nije dozvoljeno izvoditi nekontrolirane eksperimente, odnosno eksperimente koji nisu propisani planom i programom vježbi. Prije početka svakog eksperimenta student je dužan pročitati kompletnu uputu za taj eksperiment. Pri tome potrebno je obratiti pozornost ne samo na to što se radi, već kako se radi i zašto se tako radi. Ne počinjati eksperiment dok nije pripremljen sav potreban pribor i hemikalije. Ako u uputi za izvođenje eksperimenta nije navedena količina reagensa, upotrijebiti najmanju potrebnu količinu. Reagense nikada ne vraćati natrag u bocu za reagense. Posuđe je preporučljivo prati odmah dok je vlažno, jer se kasnije teško pere. Nakon vaganja vagu treba očistiti. Male količine otpadnih tečnosti i u vodi topive soli bacati u odvod, te isti odmah oprati tekućom vodom. rganska otapala se izlijevaju u boce označene za otpadna organska otapala. U vodi netopive soli, kao i sve ostale čvrste otpatke, bacati samo u posuđe za otpatke. Tokom rada radno mjesto održavati čisto i uredno. Zato je potrebno da svaki student ima krpu za brisanje stola. Po završenom radu odvode treba oprati, a radno mjesto dovesti u red. Svaku ozljedu potrebno je odmah prijaviti asistentu. PRAVILA BLAČENJA U LABRATRIJI Tokom rada u laboratoriju student mora nositi zaštitni mantil. Zaštitni mantil štiti gornji dio tijela i ruke do šaka. Ukoliko dužina radnog mantila nije do koljena hlače su obavezne. buća mora zaštiti stopala sa svih strana: u laboratoriju nije dozvoljeno nositi sandale, papuče, klompe. Duga kosa mora biti skupljena. Kontaktne leće ne nose se u laboratoriju. Tokom izvođenja eksperimenata studenti su dužni nositi bezdioptrijske naočale, a kod opasnijih eksperimenata, kada je to navedeno u uputama Slika 1.1 Zaštitne naočale i maska vježbi, lice je potrebno zaštititi zaštitnom maskom (Slika 1.1). 1

16 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE MJERE PREZA I ZAŠTITE Priroda laboratorijskog rada je takva da uvijek postoji potencijalna mogućnost ozljeda. Da bi se ta mogućnost svela na minimum, odnosno eliminirala, svaki student je dužan radu pristupiti ozbiljno, pridržavajući se mjera opreza i zaštite: U laboratoriju se ne smije jesti, piti i pušiti. U laboratoriju se ne smiju primati posjete. Ne dozvoliti da reagensi dođu u dodir s kožom i odjećom. Za to postoje zaštitne rukavice, radni mantil, pinceta itd. U slučaju da hemikalija dođe u dodir s kožom, to mjesto treba odmah oprati mlazom vodovodne vode. Daljnji tretman ovisi o prirodi hemikalije. Ne smije se zavirivati u otvor posuda u kojima se odvija eksperiment. Ako incidentno u oko dođe hemikalija, treba ga odmah isprati mlazom vodovodne vode u trajanju ne dužem od 3 do 4 minute. Daljnje liječenje poduzima se prema prirodi hemikalije. Uvijek je potrebno provjeriti naziv hemikalije na boci, jer pogrešno uzeta hemikalija može izazvati nesreću. Ukoliko treba mirisom ispitati kemikaliju, to se radi na način da se boca odmakne od lica i dlanom ruke približe pare do nosa (Slika 1.2). Prilikom otvaranja boce u kojoj je lako isparljiva tečnost bocu treba držati podalje, da se ne udišu pare. Eksperimenti kod kojih se razvija otrovan plin, kao i Slika 1.2 Ispitivanje mirisa hemikalija Slika 1.3 Dodavanje koncentrovane kiseline u vodu Slika 1.4 Provlačenje staklene cijevi kroz gumeni čep eksperimenti kod kojih se razvija previše plina ili para izvode se u digestoru. Pretakanje lako zapaljivih hemikalija ne smije se izvoditi u blizini plamena. Pri zagrijavanju tečnosti u epruveti, zbog opasnosti od prskanja, otvor epruvete ne smije se okrenuti prema sebi, niti prema drugim osobama. Nikada ne dodavati vodu u koncentrovanu kiselinu, već kiselinu u vodu uz obavezno miješanje (Slika 1.3). Dodavanje vode u kiselinu izazvati će prskanje otopine. Kod rada sa staklenim priborom potrebno je paziti da ne dođe do loma istog i ranjavanja ruku ili nekog drugog dijela tijela. U slučaju loma staklenog pribora potrebno je odmah ukloniti krhotine, i ako je moguće, oštre rubove ostatka pribora ispolirati u plamenu. Provlačenje staklene cijevi i termometra kroz gumeni čep izvoditi hvatanjem cijevi i čepa krpom (Slika 1.4). Prethodno je potrebno staklo podmazati glicerinom, sapunicom ili vodom. Kod vađenja staklene cijevi upotrijebiti bušač za čepove. Predmete od hemijskog stakla zagrijavati na mrežici ili putem kupatila. Predmeti od običnog stakla ne smiju se zagrijavati jer lako pucaju. Ne ostavljati zapaljen plamenik pri napuštanju radnog mjesta. Goruće šibice ne smiju se bacati u posude za otpatke. Manji požari u laboratoriju gase se vlažnim krpama ili pijeskom. Veći požari gase se aparatima za gašenje požara. 2

17 snovni laboratorijski pribor 2 SNVNI LABRATRIJSKI PRIBR STAKLENI PRIBR Staklo je najzahvalniji i najčešće upotrebljavani materijal u hemijskoj laboratoriji. Za izradu laboratorijskog pribora koriste se dvije vrste stakla: obično staklo i hemijsko staklo. Pribor od običnog stakla ne smije se zagrijavati, jer je neotporan na temperaturne promjene. d običnog stakla izradene su boce za reagense, kristalizirka, posudica za vaganje, menzura, pipete, birete, odmjerne tikvice, lijevci (Slika 2.1). Pribor od hemijskog stakla za razliku od običnog stakla, ima veću čvrstoću, bolju otpornost na temperaturne promjene i bolju postojanost prema hemikalijama. Poznata su hemijska stakla: "Pyrex", "Jena", "Duran" i "Boral". d hemijskog stakla izrađene su tikvice s ravnim i okruglim dnom, epruvete, Erlenmeyerove tikvice, tikvice za destilaciju itd (Slika 2.2) Slika 2.1 Pribor od običnog stakla: 1-eksikator; 2-menzura; 3-lijevak za filtriranje; 4-lijevak za odvajanje; 5-satno staklo; 6-kristalizirka Slika 2.2 Pribor od hemijskog stakla: 1-epruvete; 2-čaša; 3-tikvica s ravnim dnom; 4-tikvica s okruglim dnom; 5-tikvica za destilaciju; 6-Erlenmeyerova tikvica PRCULANSKI PRIBR Dio laboratorijskog pribora izrađuje se od porculana (Slika 2.3), koji ima veću mehaničku čvrstoću i otpornost od stakla. Porculanske zdjelice i lončići izrađeni su od vrlo kvalitetnog porculana i mogu se zagrijavati na otvorenom plamenu, dok se tučak i avan, lijevci i pločice ne smiju zagrijavati Slika 2.3 Porculanski pribor: 1-tučak i avan; 2-porculanski lončić; 3-Büchnerov lijevak za filtriranje; 4-zdjelica za uparavanje 3

18 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE METALNI PRIBR Za izradu metalnog pribora koriste se najviše željezo, platina, bakar, nikal i neke legure. Jedan dio najvažnijeg metalnog pribora prikazan je na Slici Slika 2.4 Metalni pribor: 1- kleme; 2-prsten; 3-muf; 4-stativ; 5-štipaljke; 6-tronožac STALI PRIBR U preostali laboratorijski pribor spada pribor koji je načinjen od drveta, plastične mase, metala, gume, pluta, i sl., kao i pribor izrađen od više materijala. Jedan dio tog pribora prikazan je na Slici Slika stalak za epruvete; 2-trokut za žarenje; 3-mrežica; 4-štipaljka za epruvete PRANJE, ČIŠĆENJE I SUŠENJE LABRATRIJSKG PSUĐA Treba steći naviku pranja posuđa odmah nakon upotrebe, jer se tada najlakše uklanjaju nečistoće. Stakleno posude ne smije se čistiti mehaničkim sredstvima za čišćenje (pijesak, abrazivna sredstva, stakleni štapići, metalne žice) jer oni uzrokuju oštećenja stakla. Manje zaprljano posuđe pere se otopinom deterdženta, pomoću četke za pranje. Ako je posuđe dosta masno upotrebljavaju se organskia otapala, alkoholna otopina kalijevog hidroksida i hromsumporna kiselina *. Ukoliko se radi o onečišćenju anorganskim tvarima, za čišćenje se koriste hloridna kiselina, nitratna kiselina, sulfatna kiselina i zlatotopka. Nakon čišćenja bilo kojim od spomenutih sredstava posuđe treba dobro isprati vodovodnom vodom, a zatim tri puta destiliranom vodom. Posuđe je čisto kada se, nakon ispiranja destiliranom vodom, kapljice vode ne zadržavaju na zidovima stakla. prano posuđe treba ostaviti da se suši u ormariću. Brzo sušenje postiže se u sušnici. U sušnici se posuđe stavlja s otvorom prema gore, da bi vodena para mogla izaći. Kalibrirano posuđe (posuđe za mjerenje volumena) ne smije se sušiti u sušnici, već se suši u struji zraka. * Hromsumpornu kiselinu treba izbjegavati zbog njenih kancerogenih svojstava. 4

19 snovne laboratorijske operacije 3 SNVNE LABRATRIJSKE PERACIJE PRIBR I NAČINI ZAGRIJAVANJA Zagrijavanje spada među najvažnije operacije u hemijskom laboratoriju. Zagrijavanje se izvodi: a) direktno u plamenu b) preko mrežice c) u kupatilima d) pomoću električnih uređaja za zagrijavanje. Kod prva tri načina zagrijavanja najcešće se koriste plinski plamenici. U upotrebi su dosta često Meckerov plamenik i Tecluov plamenik, dok se najčešće upotrebljava Bunsenov plamenik (Slika 3.1). Bunsenov plamenik sastoji se od: postolja s dovodom plina, sapnice i dimnjaka s prstenom za regulaciju dovoda zraka. Kod novijih modela moguća je i regulacija dovoda plina na samom plameniku. Najveća količina topline oslobađa se pri potpunom sagorijevanju plina, kad je plamen skoro bezbojan. U bezbojnom plamenu Bunsenovog plamenika uočavaju se tri plamene zone (Slika 3.2): a) unutrašnja (A), gdje dolazi do miješanja plina i zraka i nema sagorijevanja. b) srednja (B), gdje je sagorijevanje nepotpuno. vaj dio plamena ima redukcijsko djelovanje, pa se naziva još i redukcijskom zonom. c) vanjska (C), gdje je sagorijevanje plina potpuno. Kako ovaj dio plamena ima oksidacijsko djelovanje, naziva se i oksidacijskom zonom. Slika 3.1 Plamenik po Bunsenu plamenu Slika 3.2 Plamene zone u Bunsenova plamenika Pri direktnom zagrijavanju staklenog posuđa u plamenu, plamen ne smije duže vrijeme zagrijavati jedno mjesto, jer može doći do omekšavanja stakla. Da bi se to izbjeglo, zagrijavanje treba izvoditi tako da se pri tom pomiče ili plamenik ili posuda. Stakleno posuđe (čaše, tikvice) preporučljivo je zagrijavati preko mrežice, jer se time umanjuje mogućnost pucanja. U slučaju kada je potrebno duže i ravnomjernije zagrijavanje, pri stalnoj temperaturi, upotrebljavaju se kupatila. Izbor kupatila ovisi o potrebnoj temperaturi zagrijavanja. Tako se kod zagrijavanja do temperature vrenja vode (100 C) najčešće koristi vodeno kupatilo. Za temperature do oko 350 C koriste se različita uljna kupatila. Pri radu s njima treba paziti da voda ne dospije u ulje, jer tada dolazi do prskanja ulja. Ako se pri radu ulje zapali ne smije se gasiti vodom, već se kupatilo prekrije salonitnom pločom. Za više temperature koristi se pješčano kupatilo, koje se sastoji od posude napunjene kvarcnim pijeskom. Za postizanje vrlo visokih temperatura upotrebljavaju se električne peći raznih tipova. 5

20 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE PRIBR I NAČINI MJERENJA TEMPERATURE Za mjerenje temperature u hemijskom laboratoriju najčešće se koriste živini termometri. Upotreba ovih termometara moguća je u intervalu od C (temperatura tališta žive) do 357 C (temperatura vrelišta žive). U slučaju da se razbije živin termometar, potrebno je sakupiti rasutu živu upotrebom bakarne žice ili praha sumpora, pri čemu nastaju manje toksični spojevi žive koji se lakše odstranjuju sa radne površine. Za temperature niže od C koriste se termometri u kojim je živa zamijenjena alkoholom (do -120 C). Radi lakšeg očitavanja temperature te tečnosti obojene su crvenom ili plavom bojom. PRIBR I NAČINI MJERENJA VLUMENA Uobičajeno je da se kod čvrstih tvari mjeri masa, a kod tečnosti i plinova volumen. Za mjerenja volumena plina najčešće se koriste gasne pipete i gasne birete, a za sakupljanje i približno mjerenje menzure uronjene u vodu. Za mjerenje volumena tečnosti služe menzure, pipete, birete i odmjerne tikvice Slika trbušasta i graduisana pipeta; 2-bireta; 3-odmjerni sud Menzure su graduisani stakleni cilindri izradeni od običnog stakla, a služe za približno određivanje volumena. Izrađuju se u raznim veličinama, najčešće od 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 i 2000 ml. Za precizno odredivanje volumena služe pipete, birete i odmjerne tikvice. Pipete (Slika 3.3-1) su cilindričnog oblika i mogu biti trbušaste i graduisane. Trbušaste služe za odmjeravanje uvijek istog, određenog volumena, za koji su baždarene. Na suženom dijelu pipete je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti pipetu. Pipeta se puni usisavanjem. Uvijek se usisa nešto više tečnosti, pa se gornji otvor zatvori kažiprstom (ne palcem) i polako ispušta višak dok se nivo tečnosti ne spusti do oznake. Trbušaste pipete izrađuju se obično od 2, 5, 10, 25, 50, 100 i 200 ml. ve pipete preciznije su od graduisanih. Graduisane pipete izrađuju se u različitim veličinama i mogu se upotrebljavati za mjerenje različitih volumena od 0.1 ml na više. Birete (Slika 3.3-2) su dugačke graduisane staklene cijevi, koje se učvršćuju na stative. Za neutralne i kisele otopine upotrebljavaju se birete koje završavaju staklenim pipcem. Za bazne otopine koriste se birete koje završavaju gumenom cijevi s kapilarom i štipaljkom, jer baze otapaju staklo. Bireta ima raznih veličina i vrsta, već prema njihovoj namjeni. Najčešće se upotrebljavaju Mohrova i Schellbachova bireta. 6

21 snovne laboratorijske operacije dmjerni sudovi (Slika 3.3-3) su staklene posude kruškastog oblika s ravnim dnom i dugim uskim grlom na kojemu je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti sud. Na vrhu se zatvaraju izbrušenim grlom i čepom, koji omogućuje da se otopine u tikvicama mogu dobro izmiješati. dmjerne tikvice služe za pripremanje otopina određene koncentracije, a izrađuju se najčešće od 5, 10, 50, 100, 250, 500 i 1000 ml. Menzura, bireta i odmjerne tikvice pune se ulijevanjem, a pipete usisavanjem tečnosti na donji otvor. Pri očitavanju volumena promatra se donji menisk tečnosti, a treba se postaviti tako, tj. posudu treba držati, da menisk bude u visini očiju (Slika 3.4). Slika 3.4 Pravilno odmjeravanje volumena Temperatura tečnosti pri mjerenju treba biti približno jednaka temperaturi pri kojoj je posuda kalibrisana. Na svakoj kalibrisanoj posudi označena je temperatura pri kojoj je vršena kalibracija (najčešće 20 C). Pipete, birete i menzure kalibrisane su na izljev. To znači da je određeni volumen tečnosti postignut ispuštanjem tečnosti iz posude, te se ne smije npr. kod pipete puhati da izađe "zadnja kap". dmjerni sudovi kalibrisane su na uljev. Upotreba mehaničke propipete trovne tečnosti, lako isparljive tečnosti i korozivne tečnosti ne smiju se usisavati u pipetu ustima, već upotrebom mehaničke propipete (Slika 3.5) koja je izrađena od gume. Propipeta se donjim otvorom navuče na gornji otvor pipete. Stiskanjem prstima "ventila" A, uz istovremeno stiskanje loptastog dijela, istisne se iz loptastog dijela zrak i propipeta je spremna za usisavanje tečnosti u pipetu. Usisavanje se vrši stiskanjem "ventila" B. Usisavanje treba vršiti oprezno, da tečnost ne uđe u propipetu. Ispuštanje tečnosti vrši se pritiskanjem "ventila" C. Slika 3.5 Mehanička propipeta sim mehaničke propipete, za rad s otrovnim tečnostima, koriste se i klipne pipete, kao i mikropipete s promjenjivim nastavcima. 7

22 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE PRIBR I NAČINI MJERENJA MASE Uređaj koji omogućava mjerenja mase jest vaga. Za grubo određivanje mase služe tehničke vage, koje važu s preciznošcu ± 0.01 g (Slika 3.6). Analitičke vage služe za vrlo precizna mjerenja do ±0.0001g. Vage se smještaju u posebnu prostoriju, na posebno izradene stolove. Na taj način su zaštićene od mehaničkih udara, strujanja zraka, temperaturnih promjena i isparavanja hemikalija Slika 3.6 Tehničke vage (1-vaga s jednim tasom; 2-vaga s dva tasa; 3-elektronska vaga) Pravila korištenja vage Postupak vaganja propisuje proizvođač vage. Zbog toga je prije vaganja potrebno dobro proučiti uputstvo. pća pravila kojih se treba pridržavati kod vaganja su: a) Vagom je potrebno uvijek pažljivo rukovati. b) Predmet vaganja i tegove stavljati na zdjelicu vage i skidati s nje samo ako je vaga zakočena (aretirana). c) Na zdjelice se ne smiju stavljati vrući, vlažni ili nečisti predmeti. Predmet koji se važe mora imati temperaturu vage. d) Predmet vaganja nikada ne stavljati izravno na zdjelicu, već ga mjeriti u posudici za vaganje, satnom staklu ili lađici od papira. Isparljive tvari, čije pare mogu oštetiti vagu, uvijek vagati u dobro zatvorenim posudama. e) Tegove (ako ih vaga ima) hvatati samo pincetom iz kompleta tegova. Tegovi mase veći od 1 g prihvaćaju se pincetom tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema gore, a tegovi od 0.5 g i manji tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema dolje. Nakon upotrebe svaki teg treba vratiti na njegovo mjesto u kompletu tegova. Tegovi se ne smiju zamjenjivati iz jednog kompleta u drugi. f) Vage nikada ne opteretiti preko njenog kapaciteta vaganja. g) Kada nije u upotrebi, vagu uvijek držati zakočenu. h) Vagu održavati čistom i urednom. i) U slučaju bilo kakve neispravnosti vage, ne popravljati je sam već se obratiti asistentu. 8

23 snovne laboratorijske operacije HEMIKALIJE I PSTUPAK S NJIMA Hemikalije se čuvaju u staklenim i plastičnim bocama. Tečne hemikalije čuvaju se u bocama s uskim grlom (reagens boce), a čvrste u bocama sa širokim grlom (prahovke), (Slika 3.7). Boce uvijek moraju biti zatvorene čepom. Čepovi su najčešće od stakla, ali mogu biti od plastike, gume ili pluta, ovisno o prirodi hemikalije. 1 2 Slika reagens boca; 2-prahovka Čvrste hemikalije uzimaju se iz boce čistom plastičnom ili metalnom kašikom ili špatulom. Prilikom uzimanja tečnih hemikalija ne smije se ići pipetom direktno u bocu, već se hemikalija iz boce prelijeva u epruvetu ili čašu, te se odatle pipetom uzima potrebna količina. Višak se iz epruvete ili čaše ne smije vratiti natrag u bocu. Kad se iz boce vadi čep, treba ga staviti na stol tako da leži na svojoj široj bazi. Ako je stakleni čep na svojoj gornjoj strani spljošten drži se u ruci između prstenjaka i malog prsta (Slika 3.8). Slika 3.8 Pravilno držanje čepa U slučaju da se stakleni čep ne može lako izvaditi iz boce treba lagano udarati čepom po rubu stola, a ako ni to ne uspije obratiti se asistentu. Na bocama u kojima se čuvaju hemikalije nalijepljene su etikete s nazivima hemikalija, te prelijevanje treba izvoditi s one strane boce gdje se ne nalazi etiketa, kako se ista ne bi oštetila. Bocu iz koje je uzeta potrebna količina reagensa potrebno je odmah začepiti i spremiti na njeno mjesto. 9

24 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE 10

25 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Prekristalizacija 4 METDE PREČIŠĆAVANJA RGANSKIH SPJEVA PREKRISTALIZACIJA UVD Većina organskih spojeva koje izoliramo iz prirodnih materijala ili reakcijskih smjesa, sadrže primjese, odnosno nečistoće, koje treba odstraniti. Za prečišćavanje organskih spojeva upotrebljavaju se slijedeće metode: a) prekristalizacija b) sublimacija c) destilacija d) ekstrakcija e) hromatografija. Metoda prečišćavanja se bira na osnovu fizikalno-hemijskih osobina spoja koji se treba prečistiti. U nekim slučajevima koristi se kombinacija više metoda, npr. ekstrakcijakristalizacija, ekstrakcija-destilacija, hromatografija-prekristalizacija, itd. PREKRISTALIZACIJA Prekristalizacija je proces prečišćavanja čvrstih supstanci uklanjanjem nečistoća na osnovu razlike u topivosti. Postupak se sastoji u otapanju organskog spoja u pogodnom otapalu, na povišenoj temperaturi i sakupljanju izdvojenih kristala nakon hlađenja. Pogodno otapalo je ono koje na povišenoj temperaturi otapa umjerenu, a na sobnoj temperaturi minimalnu količinu organskog spoja. tapalo mora zadovoljiti slijedeće uslove: 1. nečistoće moraju biti dobro topive u hladnom otapalu, da bi pri hlađenju ostale otopljene, ili moraju biti praktično netopive, da bi se mogle odstraniti filtriranjem; 2. otapalo ne smije hemijski reagovati sa spojem kojeg treba prekristalizirati; 3. otapalo se mora lako odstraniti. U upotrebi su i mješovita otapala kao: etanol voda, sirćetna kiselina voda, benzen petroleter. Za otapanje organskih spojeva vrijede, grubo, slijedeća pravila; a) Slično se otapa u sličnom. b) U vodi su topivi oni organski spojevi koji u svojoj strukturi imaju jedan ili više atoma oksigena i nitrogena. c) Topivost organskih spojeva u vodi opada s porastom broja ugljikovih atoma u odnosu na oksigen i nitrogen. d) rganski spojevi su po pravilu topivi jedni u drugima. Postupak izbora otapala je slijedeći: mala količina organskog spoja (10-40 mg) stavi se u epruvetu i doda nekoliko kapi otapala uz miješanje staklenim štapićem. Ako se organski spoj otapa na sobnoj temperaturi, otapalo nije pogodno za kristalizaciju. Pogodano je ono otapalo u kojem se organski spoj otapa uz zagrijavanje. Po pravilu sva otapala koji imaju vrelište ispod 100 C zagrijavaju se na vodenom kupatilu, a na električnom grijaču ili plameniku ako im je vrelište iznad 100 C. 11

26 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE TAPAL FRMULA VRELIŠTE ( o C) TALIŠTE ( o C) GUSTĆA (g/ml) TPIVST U H 2 (g/100ml) sirćetna kiselina C 2 H topiva aceton C 3 H topiv benzen C 6 H ugljik tetrahlorid CCl hloroform CHCl cikloheksan C 6 H <0.10 dimetil sulfoksid (DMS) C 2 H 6 S topiv etanol C 2 H topiv dimetil eter C 4 H etil acetat C 4 H metanol CH topiv metilen hlorid CH 2 Cl toluen C 7 H voda H topiva teška voda (D 2 ) D topiva Tabela 4.1 sobine osnovnih otapala koja se koriste pri prekristalizaciji Kao onečišćenja mogu se naći: a) Mehanička onečišćenja (komadi papira, prašina, dijelovi čepa, itd.) koja se uklanjaju filtriranjem; b) Tragovi obojenih supstanci, koje se uklanjaju dodatkom male količine aktivnog uglja; c) Nusprodukti reakcije. Aktivni ugalj se dodaje na ohlađenu otopinu, koja se ponovo dovede do ključanja. U suprotnom, dolazi do intezivnog izdvajanja mjehurića zraka iz otopine, pa se može desiti da otopina iscuri iz tikvice. Aktivni ugalj na svoju površinu adsorbuje nečistoće i ne smije se dodavati u velikim količinama jer može za sebe vezati supstancu koju prečišćavamo. dređivanje tališta (tačke topljenja) Talište je fizikalna konstanta koja se najviše koristi za karakterizaciju čvrstih organskih spojeva, a definira se kao temperatura na kojoj čisti organski spoj prelazi u tekućinu pri pritisku od 101 kpa. Talište je fizikalna konstanta na osnovu koje se određuje čistoća spoja. Čisti spojevi se tale u temperaturnom intervalu ( C). Na vrijednost tališta bitno utiče prisustvo onečišćenja, tako da služi kao kriterijum čistoće. Ako je tačka topljenja niža od literaturne vrijednosti organski spoj nije čist, a ako je je veća onda to nije taj spoj, jer nečistoće mogu dovesti samo do depresije tališta. Talište se u organskom laboratoriju najčešće određuje u Thieleovu aparatu (Slika 4.1). Usitnjeni kristali čvrstog spoja unesu se u staklenu kapilaru zataljenu na jednom kraju, tako da visina kristala u kapilari iznosi 3-4 mm. Aparat je izrađen od tvrdog laboratorijskog stakla i napunjen otapalom visokog vrelišta (najčešće parafinsko ili silikonsko ulje, te sulfatna kiselina). Kapilara se priljubi uz termometar s malo otopine iz aparata tako da kraj kapilare s supstancom bude u razini s rezervoarom žive. Konstrukcija aparata omogućuje ravnomjerno miješanje otopine za vrijeme grijanja, a usjek u plutenom čepu, kroz koji prolazi termometar omogućuje prolaz parama otopine. Prilikom određivanja tališta nepoznatog organskog spoja preporučljivo je približno određivanje tališta bržim zagrijavanjem (oko 10 C u minuti). Nakon toga se pristupa tačnom određivanju tališta s novom količinom spoja, a kada temperatura dođe u blizinu nađene vrijednosti zagrijavanje se uspori (oko 1 C u minuti). 12

27 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Prekristalizacija Promatra se taljenje kristala u kapilari i zabilježi temperatura početka taljenja i temperatura pri kojoj kristali pređu u tečnu fazu. vaj aparat služi za određivanje temperature taljenja supstanci koje se tale do 200 C, dok se supstance s višim talištem tale u aluminijskom bloku. Slika 4.1 Thielov aparat Slika 4.2 Mel-Tempov aparat Savremeniji aparati, kao što su Kofflerov i Mel-Temp aparat sadrže električni uređaj za postupno zagrijavanje, a topljenje kristala prati se uz pomoć mikroskopa. U Mel-Tempovom aparatu (Slika 4.2) organski spoj se također zagrijava u staklenoj kapilari, dok u Kofflerovom aparatu kristali organskog spoja se nalaze na predmetnom staklu. Korištenjem Kofflerovog aparata (Slika 4.3) moguće je opažati kristalnu strukturu, sublimaciju, izdvajanje kristalne vode, itd. Slika 4.3 snovni dijelovi Kofflerovog aparata 13

28 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE EKSPERIMENTALNI RAD ZADATAK VJEŽBE - Uraditi pripremna vježbanja. - Pripremiti čisto i suho laboratorijsko posuđe za prekristalizaciju. - dmjeriti uzorak organske supstance koju je potrebno prečistiti. - Izvesti prekristalizaciju prema navedenoj proceduri. - drediti talište za prekristaliziran uzorak. - Izračunati prinos prekristaliziranog uzorka. HEMIKALIJE I REAGENSI - benzojeva kiselina - dibenzilidenaceton - m-dinitrobenzen - etanol - 2-propanol - voda PRIBR I PREMA - vaga - električni grijač - vodeno kupatilo - čaša - 2 Erlenmeyerove tikvice - lijevak za filtriranje - stakleni štapić - Kofflerov aparat - Büchnerov lijevak - vakuum boca za filtriranje - filter papir MJERE PREZA - bavezno nositi zaštitne naočale. - tapala čija je vrelište ispod 100 C obavezno grijati na vodenom kupatilu. 14

29 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Prekristalizacija IZVĐENJE VJEŽBE Prekristalizacija ZADATAK: Prekristaliziraj iz. dvagaj određenu količinu čvrstog spoja kojeg trebaš prekristalizirati i zabilježi odvaganu masu. U avanu homogeniziraj i spraši organski spoj. rganski spoj prenesi u suhu Erlenmayerovu tikvicu (nikad u čašu). Zagrij pogodno otapalo za prekristalizaciju do ključanja i postepeno ga sipaj u Erlenmayerovu tikvicu u kojoj se nalazi organski spoj, dok ne nastane zasićena otopina. topinu ohladi i dodaj malo aktivnog ulja i ponovo je pažljivo zagrij. Pripremi filter papir prema schemi na slici (konsultuj se s asistentom koji od dva prikazana načina ćes koristiti). Filtriraj vruću otopinu u čašu radi ukljanjanja neotopljenih onečišćenja. Prije filtriranja lijevak je potrebno zagrijati. Prilikom hlađenja filtrata dolazi do kristalizacije. Čašu sa kristalima stavi u ledeno kupatilo neko vrijeme. Na Büchnerovom lijevku filtriraj nastale kristale, te ih isperi hladnim otapalom, da se u potpunosti uklone tragovi matičnog luga. Kristale čistog spoja ostavi da se suše u sušnici na odgovarajućoj temperaturi (konsultuj se s asistentom), ili ih ostavi u svoj radni stol da se suše na sobnoj temperaturi. dredi talište (i interval topljenja) suhog prekristaliziranog organskog spoja. dvagaj prekristalizirani organski spoj i izračunaj prinos prekristalizacije. Na papirnoj lađici napiši svoje ime i prezime, te prinos, talište i naziv spoja koji si prekristalizirao-la i predaj asistentu. 15

30 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE PRIPREMNA VJEŽBANJA 1. Navedi metode prečišćavanja organskih spojeva. 2. Zašto se tačka topljenja spoja snižava u prisustvu nečistoća? bjasni! 3. Koliki je prinos prekristalizacije tribromfenola ako si uzeo-la 5 g ovog spoja, a nakon prekristalizacije vaga je pokazala 3.55 g čistog spoja? 16

31 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Prekristalizacija IZVJEŠTAJ Ime i prezime: Grupa: Datum: Asistent: ZADATAK: Prekristalizacija iz. Prikaži račun prinosa: Prinos: Talište: Interval topljenja: PITANJA: 1. Šta mogu biti razlozi da spoj ne iskristalizira u matičnom lugu prilikom prekristalizacije? 2. bjasni ulogu aktivnog uglja u prekristalizaciji! 17

32 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE 18

33 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Destilacija 5 METDE PREČIŠĆAVANJA RGANSKIH SPJEVA DESTILACIJA UVD Destilacija je najčešća metoda prečišćavanja i izolacije tečnih spojeva. Tečna smjesa se pri temperaturi vrelišta prevede u paru koja se kondenzuje u destilat. Isparljivost nekog tečnog spoja zavisi o njegovom naponu para. Svaka je tečnost u ravnoteži s parom. Napon para tečnosti ovisan je o vrsti tvari i temperaturi. Povećanjem temperature napon para tečnosti raste. Kada se pritisak para tečnosti izjednači s vanjskim pritiskom tečnost vrije, a daljnje dovođenje toplote troši se na isparavanje tvari, a ne na povišenje temperature. Ta temperatura, pri kojoj se uspostavlja ravnoteža između plinske i tečne faze, je temperatura ključanja ili vrelište. Prema tome, destilacija je i metoda određivanja vrelišta spoja. Vrelište je funkcija vanjskog pritiska i zato treba naznačiti vrijednost pritiska pri kojem je vrelište određeno. Ako je pritisak u sistemu niži od atmosferskog, temperatura vrenja tečnosti je snižena. Svrha destilacije je: a) razdvajanje smjesa tečnosti različitog vrelišta b) otparavanje organskih otapala od neisparljivih spojeva c) identifikacija tečnih spojeva (određivanje vrelišta). Najčešće vrste destilacija koje se primjenjuju u organskom laboratoriju su: a) destilacija pri normalnom pritisku b) frakciona destilacija c) vakuumska destilacija d) destilacija vodenom parom. Vrsta destilacije koja će se koristiti bira se na osnovu fizikalno-hemijskih osobina spoja koji se destilira. dređivanje vrelišta (tačke ključanja) dređivanje vrelišta neke tečnosti obično se provodi metodom destilacije, ako su na raspolaganju količine veće od 4 do 5 ml. Zagrijavanjem tečnosti temperatura naglo raste do blizine vrelišta, a zatim polagano do konstantne vrijednosti. Ta konstantna vrijednost temperature je temperatura vrelišta ispitivane tekućine. Siwoloboffova metoda primjenjuje se za određivanje vrelišta uzoraka malih volumena ( ml) tečnosti. U epruvetu s tečnim spojem kojem se određuje vrelište, umetne se kapilara zataljena na jednom kraju tako da je otvoreni kraj kapilare uronjen u tečnost. Epruveta se pričvrsti za termometar, tako da nivo tečnosti u epruveti bude u razini s rezervoarom žive i sve zajedno se uroni u kupatilo (Slika 5.1). Slika 5.1 Siwoloboffova kapilara 19

34 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE Zagrijavanjem kupatila iz otvorenog kraja kapilare počinju povremeno izlaziti mjehurići zraka. Kada mjehurići počnu izlaziti kontinuirano zagrijavanje se prekida, a polaganim hlađenjem sistema mjehurići izlaze sve sporije. Temperatura na kojoj je iz kapilare izašao posljednji mjehurić zraka je vrelište ispitivane tečnosti. Destilacija pri normalnom pritisku Za prečišćavanje tečnih spojeva čije je vrelište do 200 C, kao i za razdvajanje tečnih smjesa čija se vrelišta razlikuju za više od 30 C, koristi se jednostavna destilacija pri normalnom pritisku. Kod ove vrste destilacije destilat se ne dovodi u dodir s parama koje izlaze iz tikvice. Slika 5.2 Aparatura za destilaciju pri normalnom pritisku Aparatura za destilaciju pri normalnom pritisku (Slika 5.2) sastoji se od: a) tikvice za destilaciju b) termometra c) hladila d) nastavka za hvatanje destilata - tzv. "lule" e) suda za hvatanje destilata (najčešće Erlenmeyerova tikvica ili balon). Čist spoj destilira u intervalu 1-2 C. Kada termometar pokaže veće promjene temperature zaustavlja se destilacija ili se zamjeni Erlemeyerica za sakupljanje destilata. Aparaturu za destilaciju treba sastavljati pažljivo da bi se izbjegle napetosti koje mogu prouzročiti lom stakla. Danas se, uglavnom, koristi posuđe s brušenim dijelovima koje se jednostavno spaja, ali, ako ono nije dostupno, pojedini dijelovi aparature spajaju se preko probušenih plutenih ili gumenih čepova koji su obloženi aluminijskom folijom. Tikvica za destilaciju se puni, kroz lijevak, najviše do 2/3 svog volumena, a radi ravnomjernog vrenja obavezno se dodaju kamenčići za vrenje ili staklene kuglice. Termometar se postavi tako da rezervoar žive bude 0.5 cm niže od otvora bočne cijevi tikvice. Hladilo se izabere prema vrelištu tečnosti. Hladilo se priključuje na vodu tako da voda struji prema gore (u suprotnom smjeru od kondenzata). Destilat se hvata na donjem otvoru hladila preko nastavka za hvatanje destilata - tzv. "lule". Erlenmeyerova tikvica u koju se hvata destilat ne smije biti čvrsto fiksirana za aparaturu. Kada je aparatura za destilaciju potpuno sastavljena i voda puštena kroz hladilo, tikvica se počinje zagrijavati. Tikvica se zagrijava plamenikom preko mrežice, ili pomoću vodenog, uljnog ili pješčanog kupatila. Kad se temperatura destilacije ustali, izmijeni se, bez prekida zagrijavanja, Erlenmeyerova tikvica s predfrakcijom i hvata glavna frakcija pri konstantnoj temperaturi ili u uskom temperaturnom intervalu. Kad se temperatura počne mijenjati, destilacija se prekine, a treba je svakako prekinuti kada u tikvici zaostane 2-3 ml tečnosti. bavezno se zabilježi temperatura ili temperaturni interval u kojem destilira glavna frakcija tečnosti. 20

35 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Destilacija Frakciona destilacija Smjese tečnosti čija se vrelišta razlikuju za manje od 30 C ne mogu se odvojiti jednostavnom destilacijom, jer uz tečnost nižeg vrelišta već na početku destilacije destilira i tečnost višeg vrelišta. Za odvajanje takvih smjesa tečnosti primjenjuje se frakciona destilacija. Slika 5.3 Aparatura za frakcionu destilaciju Frakciona destilacija je postupak u kojem se dio destilata (tzv. refluks) s pomoću posebne kolone, postavljene između tikvice i hladila, vraća u tikvicu, pri čemu dolazi u dodir s uzlazećim parama. Prolaženjem pare kroz kolonu dolazi do uspostavljanja niza uzastopnih ciklusa isparavanje - kondenzacija i para se postupno obogaćuje komponentom nižeg vrelišta, koja prva destilira u više ili manje čistom obliku. Aparatura za frakcionu destilaciju razlikuje se od aparature za jednostavnu destilaciju po koloni koja je postavljena okomito između tikvice s okruglim dnom i hladila (Slika 5.3). Površina u koloni mora biti što veća radi veće dodirne površine kondenzata i uzlazeće pare. Zato se kolone za frakcionu destilaciju pune inertnim materijalom poput komadića staklenih cjevčica ili kuglica, komadića porculana ili nehrđajućom čeličnom spužvom, ili su im stjenke oblikovane tako da imaju što veću površinu npr. Vigreuxova kolona koja se i najčešće koristi. Frakciona destilacija izvodi se na isti način kao i jednostavna destilacija. Destilacija pri sniženom pritisku Slika 5.4 Aparatura za destilaciju pri sniženom pritisku Destilacija pri sniženom pritisku, odnosno vakuumska destilacija, služi za razdvajanje i prečišćavanje spojeva koji se raspadaju pri temperaturi vrelišta, pri atmosferskom pritisku. Sniženjem pritiska sistema se snizi vrelište tečnosti. va vrsta destilacije se može kombinovati sa frakcionom destilacijom (Slika 5.4). Aparatura za vakuum-destilaciju sastoji se od Claisenove tikvice ili okrugle tikvice s Claisenovim nastavkom, termometra, hladila, lule i suda za prikupljanje destilata. Kapilara koja je postavljena u vertikalni odvod Claisenova nastavka ide gotovo do dna tikvice i služi za regulaciju vrenja. Zbog razlike pritisaka sistema i okoline zrak struji kroz kapilaru i miješa tečnost. Lula koja se koristi kod ove destilacije ima brušeni nastavak na oba kraja i odvod za priključivanje na sisaljku na vodeni mlaz ili vakuum-pumpu. Kod vakuum-destilacije kao posuda za prikupljanje destilata ne smije se nikad upotrebljavati Erlenmeyerova tikvica nego samo tikvica s okruglim dnom (zbog opasnosti od implozije). Pri otparavanju organskih otapala često se koristi rotavapor čiji su sastavni dijelovi prikazani na Slici 5.5. Rotavapor je instrument koji radi na principu destilacije pri sniženom pritisku. 21

36 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE Slika 5.5 Shema rotavapora. Destilacija vodenom parom Slika 5.6 Aparatura za destilaciju vodenom parom. Destilacija vodenom parom se koristi za prečišćavanje i odvajanje tečnosti i čvrstih spojeva koji se ne miješaju s vodom i ne raspadaju pri temperaturi od oko 100 C. peracija podrazumijeva isparavanje spoja pomoću vodene pare. Zbog niskog pritiska vodene pare u sistemu (5-10 mmhg na 100 C) moguća je destilacija spojeva koji imaju vrelišta iznad 100 C. va metoda omogućava izolaciju spojeva koji su termolabilni na višim temperaturama. Aparatura za destilaciju vodenom parom (Slika 5.6) nešto je modificirana u odnosu na aparaturu za jednostavnu destilaciju. Vodena para se razvija u balonu sa vodom (generator pare), s tim što se balon za destilaciju ne grije direktno, već se u njega uvodi vodena para pomoću cjevčice koja povezuje balon za destilaciju i balon u kojem ključa destilovana voda. Balon za razvijanje vodene pare puni se destilovanom vodom do 2/3 volumena, a staklena cijev koja je kroz pluteni čep postavljena gotovo do dna balona služi za izjednačavanje pritiska u sistemu ("sigurnosni ventil"). Dovod pare priključuje se na aparaturu tek kada para počne izlaziti iz kotlića. Vrste hladila za destilaciju U zavisnosti od vrelišta tečnog spoja koji se treba destilirati, vrši se odabir hladila koje će se koristiti pri destilaciji. Najčešće se koristi Liebigovo hladilo (Slika 5.7-1), koje se nekad naziva i Westovo hladilo. vo hladilo ima unutrašnju cijev sa tankim zidovima i uski prostor između te cijevi i debelim vanjskim zidom. Razlog ovakve konstrukcije Liebigovog hladila je u brzom protoku hladne vode kroz hladilo, čime se postiže veća efikasnost hlađenja pare. Mogu se upotrijebiti različite dužine hladila (od 6 do 50 cm), u zavisnosti od količine spoja ili smjese koja se destilira, te od vrste reakcije koja se vrši. Davisovo hladilo (Slika 5.7-2) i Grahamovo hladilo (Slika 5.7-3) su primjeri efikasnih hladila koji imaju dvije površine hlađenja koje su u kontaktu s destilatom. Na Slici prikazana je shema Friedrichovog hladila koje se koristi pri sintezama kao povratno hladilo (refluks) ili u klasičnoj destilaciji. Hladilo na Slici se najčešće koristi pri vakuum destilaciji gdje je medij za hlađenje tečnosti suhi led (C 2 ) ili smjesa suhog leda i acetona. Ako je potrebno izvršiti destilaciju tečnosti čije je vrelište na visokim temperaturama, a nije potrebno snižavati pritisak sistema, onda se koristi zračno hladilo (Slika 5.7-6). vo hladilo koristi sobnu 22

37 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Destilacija temperaturu zraka za hlađenje destilata. Sličnu konstrukciju i ulogu ima i Vigreuxovo hladilo (Slika 5.7-7) koje se najčešće koristi pri frakcionim destilacijama Slika 5.7 Hladila za destilaciju (1-Liebigovo hladilo; 2-Davisovo hladilo; 3-Grahamovo hladilo; 4-Friedrichovo hladilo; 5-hladilo za vakuum destilacije; 6-zračno hladilo; 7-Vigreuxovo hladilo. 23

38 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE EKSPERIMENTALNI RAD ZADATAK VJEŽBE - Uraditi pripremna vježbanja. - Pripremiti čisto i suho laboratorijsko posuđe za destilaciju. - dmjeriti uzorak organskog spoja koji je potrebno prečistiti. - Izvesti destilaciju prema navedenoj proceduri. - drediti vrelište destiliranog uzorka. - Izračunati prinos destiliranog uzorka. HEMIKALIJE I REAGENSI - etanol - aceton - 2-propanol PRIBR I PREMA - menzura - električni grijač - vodeno kupatilo - čaša - 2 Erlenmeyerove tikvice - lijevak - Liebigovo hladilo - termometar - lula za destilaciju - tikvica za destilaciju MJERE PREZA - bavezno nositi zaštitne naočale. - tapala čija je tačka ključanja ispod 100 C obavezno grijati na vodenom kupatilu. - bratiti pažnju na zapaljivost etanola i acetona. 24

39 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Destilacija IZVĐENJE VJEŽBE Destilacija ZADATAK: Predestiliraj. Menzurom odmjeri određeni volumen tečnog spoja kojeg treba prečistiti. Sastavi aparaturu za destilaciju. rganski spoj prenesi pomoću lijevka u suhu tikvicu za destilaciju, do 2/3 volumena tikvice. Termometar mora biti postavljen tako da se spremnik žive nalazi na mjestu gdje pare tečnog spoja odlaze u Liebigovo hladilo u kojem se kondenziraju. Destilaciju prekinuti u trenutku kada temperatura počne rasti, što znači da je željeni spoj predestiliran. Destilaciju nikad vršiti do kraja. Kada se aparatura ohladi, rastavi je, a menzurom odmjeri volumen predestiliranog spoja i izračunaj prinos destilacije. Predestilirani spoj prenesi u Erlenmeyerovu tikvicu i zatvori je odgovarajućim čepom. Na tikvici napiši svoje ime i prezime, te prinos, tačku ključanja i naziv spoja koji si predestilirao-la i predaj asistentu. 25

40 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE PRIPREMNA VJEŽBANJA 1. Na koji način se vrši zagrijavanje tikvice za destilaciju ako je vrelište 60 C, odnosno 160 C? 2. Kada se koristi vodeno hladilo za destilaciju ili kao povratno hladilo (refluks), voda ulazi kroz niži otvor hladila, a izlazi na višem! Zašto? 3. Koliki je prinos destilacije benzaldehida ako si uzeo-la 25 ml ovog spoja, a nakon destilacije dobio-la si 17 ml čistog spoja? 26

41 Metode prečišćavanja organskih spojeva - Destilacija IZVJEŠTAJ Ime i prezime: Grupa: Datum: Asistent: ZADATAK: Destilacija. Prikaži račun prinosa: Prinos: Vrelište: Interval ključanja: PITANJA: 1. Kada se koristi Liebigovo, a kada zračno hladilo pri destilaciji? 2. bjasni kada se koristi vakuumska destilacija, a kada destilacija vodenom parom! 27

42 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE 28

43 Kvalitativna elementarna analiza 6 KVALITATIVNA ELEMENTARNA ANALIZA UVD Elementarna analiza je prvi stepen u određivanju sastava i strukture čistog organskog spoja. rganski spojevi su izgrađeni od relativno malog broja elemenata. Elementi koji ulaze u sastav organskih spojeva su: ugljik (karbon), vodik (hidrogen), kisik (oksigen), dušik (nitrogen), sumpor, halogeni elementi (hlor, brom, jod, fluor), fosfor i neki metali (npr. željezo, magnezij). Za njihovo dokazivanje koriste se uobičajene analitičke reakcije, ali je potrebno elemente iz kovalentno građenog organskog spoja prevesti u ionski spoj. Ako se organski spoj pomiješa sa bakar(ii) oksidom i zagrije, ugljik prelazi u ugljik dioksid, koji se dokazuje uvođenjem u otopinu barijum hidroksida, pri čemu dolazi do taloženja bijelog barijum karbonata. Voda nastala oksidacijom vodika izdvaja se u obliku kapljica na hladnom dijelu epruvete. Kisik se ne dokazuje direktno u organskim spojevima. Nitrogen, sumpor i halogeni elementi se dokazuju nakon razaranja organskog spoja elementarnim natrijumom, pri čemu nastaju ionski spojevi. Postupak razaranja organskog spoja elementarnim natrijumom naziva se Lassaigneova proba. NaCN C, H,, S, N, X Na X, X = F, Cl, Br, I Na 2 S Nitrogen iz organskog spoja žarenjem sa natrijumom prelazi u natrijum cijanid. Dodatkom svježe otopine željezo(ii) sulfata i željezo(iii) hlorida nastaje plavo obojenje koje potiče od željezo(iii) heksacijanoferata(ii). Fe CN - Fe (CN) 2 4 Fe Fe(CN) CN - Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Cijanidini ion se može dokazati i reakcijom nastajnja dinitrobenzen dianiona koji je plavoljubičast u baznoj sredini. N + - N + - NaCN + + CN - Na + N + - N + - 2NaH N + - N + - Na + N + - Na Na + - plavo-ljubičast + NaCN + H 2 U slučaju da se u uzorku nalaze i nitrogen i sumpor, prilikom raščinjavanja s elementarnim natrijumom može se desiti da nastane natrijum tiocijanat (NaSCN), koji se dokazuje 29

44 Praktikum iz SNVA RGANSKE HEMIJE reakcijom sa trovalentnim ionima željeza, pri čemu nastaje crveno obojenje željezo(iii) heksatiocijanata. 6NaSCN + FeCl 3 Na 3 Fe(SCN) 6 + 3NaCI Sumpor preveden u sulfidni ion daje crni talog olovo sulfida sa olovo acetatom ili olovo nitratom. Pb 2+ + S 2- PbS Sulfidni ion se može dokazati i reakcijom sa natrijum nitroprusidom pri čemu nastaje plavoljubičasto obojenje. Na 2 S + Na 2 Fe(CN) 5 N Na 4 [Fe(CN) 5 NS] + 2NaH Prisustvo halogenih elemenata u organskom spoju dokazuje se Beilsteinovom reakcijom. rganski spoj se sagori na bakarnoj žici. Nastali bakar halogenid boji plamen intenzivno zeleno. Halogeni elementi u obliku halogenidinih iona, u prisustvu srebro nitrata daju taloge srebro halogenida koji se međusobno razlikuju po boji i topivosti u amonijum hidroksidu. X - + Ag + AgX AgX + 2NH 4 H Ag(NH 3 ) + 2 X - + 2H 2 Instrumentalna elementarna analiza Za elementarnu analizu danas se koriste instrumenti (elementni analizatori ili CHN analizatori) za brzo određivanje C, H, N, S i u organskim spojevima. Uzorci se sagorijevaju u struji čistog oksigena uz automatsko mjerenje nastalih plinova sagorjevanja. U suvišku oksigena organski spoj u potpunosti sagorjeva uz nastanak C 2, H 2, N 2 N 2 i S 2. Plinovi se zatim miješaju i homogeniziraju. Nakon homogeniziranja, plinovi se odvajaju kroz kolone i njihove količine se mjere detektorima toplotne vodljivosti. Da bi se sadržaj oksigena direktno odredio u organskom spoju, uzorak se pirolizira u struji He/H 2 na 1000 C. Nastali produkti s oksigenom se pretvaraju u C pomoću platinskog reagensa. Nakon separacije plinova, količina nastalog C se također mjeri pomoću detektora toplotne vodljivosti. 30