Umkristallisation Flashcards
Definition Rohprodukt
aus allgemeinen Aufarbeitungsmethode resultierende Festkörper
Welche Reinigungsoperationen für feste organische Substanzen sind geeignet?
- (Um)Kristallisation
- Sublimation
- Chromatographie
- Festkörperdestillation
Was ist das Prinzip der Umkristallisation?
Auflösen einer Verbindung in der geringsten möglichen Menge eines geeigneten Lösungsmittels in der (Siede)Hitze & anschließende Auskristallisation der Verbindung aus der gesättigten Lösung in der Kälte
Was ist die Voraussetzung für die Umkristallisation?
Löslichkeit der Substanz muss einen großen Temperaturgradienten im verwendeten Solvens zeigen
Was ist eine Umkristallisation?
eine Reinigungsoperation
-> mit Verlust an Substanz zu rechnen
Welche Reinigungsoperationen finden bei der korrekten Durchführung einer Umkristallisation statt?
- Abtrennung von mech. Verunreinigungen (Filterpapier, Siedesteine) durch Heißfiltration & Zuhilfenahme von Filterhilfen
- Abtrennung von chem. Verunreinigungen (harzige und schmierige Produkte) die unlöslich oder schwerlöslich sind durch Heißfiltration
- Abtrennung von leicht löslichen Verunreinigungen, die beim Abkühlen in Lösung bleiben und nicht mehr auskristallisieren
Zähle die einzelnen Arbeitsschritte bei der Umkristallisation auf
1) Herstellen einer bei Siedehitze gesättigten Lösung (Heißfiltration)
2) langsame Auskristallisation (beim Abkühlen / in der Kälte)
3) Isolierung des Kristallisats durch Kaltfiltration
4) waschen der Kristallisats bis zur Gewichtskonstanz (Lufttrocknen, Trockenschrank, Exsikkator)
5) Reinheitskontrolle & Ausbeutebestimmung
6) Aufarbeitung der Mutterlauge
Was beeinflusst Reinheit und Ausbeute(verlust)?
die Wahl des richtigen Lösungsmittel
Was benötigt man alles für das Lösen der Substanz?
- arbeiten in Standardapparatur 1
- Kolbengröße so wählen, dass bei erfolgter Lösung 1/2 des Nennvolumens benutzt wird
- Magnetrührer oder Siedesteine zur Vermeidung von Siedeverzügen
Erkläre den Ablauf der Umkristallisation im Makromaßstab
1) 80% der erwarteten Lösungsmittelmenge+ Substanz einfüllen
2) zum Sieden erhitzen
3) Eintauchtiefe des Kolbens bis knapp unter Lösungsmittelniveau
Was sollte man machen, wenn nach 15 min konstanten Siedens noch keine vollständige Lösung eingestellt wurde?
portionsweise weiteres Lösungsmittel über den Kühler zugeben
ACHTUNG: auf schwer- bzw. unlösliche Verunreinigungen -> Verwendung von zu großen Lösungsmittelmengen reduziert die Ausbeute drastisch
Wozu Heißfiltration
= zur Entfernung von schwerlöslichen Verunreinigungen aus heißen, gesättigten Lösungen
Was ist die Schwierigkeit während der Heißfiltration?
die Verhinderung der Kristallisation
-> schnelle Filtration muss möglich sein
-> nur geringer Unterdruck verwenden, weil sonst zu viel Solvens verdampft
-> 5-10 Volums% mehr heißes Lösungsmittel verwenden
Wie werden kleine Lösungsmittelmengen filtriert?
- mittels Filterpapier + Glastrichter + Erlenmeyerkolben
- Filtration mit Schwerkraft
- nach Filtration langsames Abkühlen
Wie werden große Lösungsmittelmengen filtriert?
- Büchner-Trichter mit Rundfilter oder Glassinternutsche mit Absaugflasche und Gummidichtungsring (GuKo)
- schwacher Unterdruck
- Verwendung von vorgeheizten Glasgeräte kann eine zu rasche Abkühlung & damit vorzeitige Kristallisation vermeiden
Wann sollte man das Lösungsmittel im Eis abkühlen lassen?
erst nach Begin der Kristallisation
Was sollte man machen wenn zu früh einsetzende Kristallisation eintritt?
durch nochmaliges Erwärmen kann es unterbunden werden
Bei welchen Temperaturen kommt es zur Kristallkeimbildung?
bei 100°C unterhalb des Schmelzpunkts ist es am größten
Bei welchen Temperaturen kommt es zur Kristallwachstum?
bei 30 bis 50°C unterhalb des Schmelzpunkts ist es am größten
Wie können Schwierigkeiten bei der Kristallisation behoben werden?
- Impfkristall aus dem Rohprodukt zum Anreiben benutzen
- Kratzen mit einem rauen Glasstab
- anderes Lösungsmittel verwenden bzw. vorhandenes LM langsam abdampfen lassen
- falls Substanz geringen Schmelzpunkt aufweist kann beim Abkühlen der Effekt des Ausölens auftreten -> Vermeidung: Temperatur des LM muss bei Herstellung der gesättigten Lösung unterhalb des Schmelzpunktes der umzukristallisierenden Substanz liegen
Wie wird das Kristallisat isoliert?
1) kalte Lösung unter verminderten Druck filtrieren
2) Material auf Nutsche mit einem gebogenen Spatel oder einem umgekehrten Glasstopfen festpressen
3) Abgesaugtes Kristallisat mit wenig kaltem LM nachspülen
Wie wird das Kristallisat getrocknet?
1) auf tarierte Schale im Vakuumexsiccator bis zur Gewichtskonstanz
2) Berechnung der Ausbeute
3) Bestimmung des Schmelzpunkts
4 Aussehen und Farbe der Kristalle
Zähle die einzelnen Arbeitsschritte der Umkristallisation auf
1) Lösen der Substanz
2) Heißfiltration
3) Kristallisation
4) Isolierung des Kristallisats
5) Trocknung des Kristallisats
Was wenn bei der Umkristallisation eine zu geringe Menge erhalten wird?
Mutterlauge muss nochmals aufbereitet werden: einengen, nochmalige Kristallisation, Filtration etc.
Was wenn bei der Umkristallisation ungenügend Reinheit ist?
nochmalige Umkristallisation, eventuell kann ein anderes Lösungsmittel eingesetzt werde
Was ist die Voraussetzung einer Kristallisation?
Dass Komponente A > B ist
eine Komponente muss im Überschuss sein, da bei gleicher Menge kann keine Trennung erreicht werden
Was sollte man bei der Wahl des Lösungsmittel für die Umkristallisation beachten?
- Durch LM darf bei Umkristallisation keine chemische Veränderung eintreten
- Bildung von Einlagerungsverbindungen (z.B. Hydrate) möglichst gering
- Siedepunkt des LM darf nicht zu hoch sein, da Trocknungsprobleme
- Siedepunkt des LM sollte mind. 15-20°C unterhalb des Schmelzpunktes der umzukristallisierenden Substanz sein
Similia similibus solvuntur
LM sind ungeeignet für Umkristallisation
- Zucker in Wasser
- Naphthalin in Benzol oder Toluol
Was sin die Voraussetzungen für das LM bei der Umkristallisation?
- geringe Löslichkeit bei RT
- großer Temperaturgradient
Zähle aprotische LM mit geringer Polarität auf
- Petrolether (40/60)
- Benzol
- Toluol
- CHCl3
Zähle aprotische LM mit mäßiger Polarität auf
- THF
- Essigsäureethylester
- Aceton
Zähle dipolare aprotische LM auf
- Acetonitril
- DMF
- Nitromethan
- NMP
Zähle protische LM auf
- Wasser
- Methanol
- Ethanol
- 2-Propanol
- Essigsäure
- Ameisensäure
- 1-Butanol
Welche Lösungsmittel werden oft gemischt?
protische (gut löslich) und aprotische (schlecht löslich) Solventien
Erkläre die Technik der Umkristallisation aus Lösungsmittelgemischen
- in einfachsten Fall direkt aus der Mischung
- im gut lösenden Solvens eine heiße, gesättigte Lösung herstellen, dann schlechter lösende Solvens bis zur leichten Trübung zutropfen und langsam abkühlen lassen
- Durchführung bei RT
Zähle die Lösungsmittel nach abnehmende Polarität auf
- Wasser
- Ethanol
- 2-Butanon
- Ethylacetat
- Toluol
- Hexan
Zähle die einzelnen Arbeitsschritte bei Umkristallisation unbekannter Verbindung
1) Auswahl eines geeigneten Lösungsmittel
2) Auflösen unter Erwärmen
3) Entfärben mit Aktivkohle (bei gefärbten Substanzen)
4) Abfiltrieren über Celite
5) Umkristallisieren
6) Abfiltrieren und Waschen
7) Trocknen bis zur Gewichtskonstanz
Kristallisation
= langsame Bildung eines kristallinen Festkörpers beim Abkühlen einer gesättigten Lösung -> Verunreinigungen bleiben in der Lösung
Niederschlag
entsteht beim zu raschen Abkühlen einer übersättigten Lösung und führt zur Ausbildung eines amorphen Festkörpers -> Verunreinigungen mitgerissen -> Reinigungseffekt gering
Welche Eigenschaften besitzt das ideale Lösungsmittel?
- keine Reaktion mit der Substanz
- Siedepunkt liegt unterhalb des Schmelzpunkts der Substanz
- ist nicht giftig, nicht entzündbar und kostet wenig
- löst die zu reinigende Substanz bei Siedehitze in ausreichendem Maß
- löst in kaltem Zustand nur geringe Menge der zu reinigende Substanz
- Verunreinigungen in der Kälte gelöst
- Verunreinigungen in der Siedehitze nicht gelöst
