Hóa hữu cơ 1 bài tiểu luận

Vấn đề tách biệt các chất hữu cơ là rất cần thiết trong cuộc sống ngày này, vì vậy đề tài: “PHƯƠNG PHÁP TÁCH BIỆT VÀ TINH CHẾ HỢP CHẤT HỮU CƠ” để tìm hiểu sâu hơn, nắm rõ hơn về các phương pháp và chia sẻ đến mọi người một cách dễ hiểu, vận dụng vào thực tiễn.

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN NỘI DUNG HỌC PHẦN 1 CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG HÓA HỮU CƠ 1.1 Nội dung chương Ở nội dung chương 1, có đề mục trọng tâm: Hợp chất hữu hóa học hữu cơ; Phương pháp tách, tinh chế; Danh pháp; Thành phần nguyên tố, công thức phân tử; Thuyết cấu tạo cấu trúc không gian; Cấu trúc electron phân tử hiệu ứng cấu trúc; Tiểu phân trung gian; Phản ứng hữu - Hợp chất hữu hóa học hữu cơ: cấu tạo chứa C, cịn có H, O, N, halogen, liên kết cộng hóa trị, tương đối bền + Tính chất vật lý: dễ nóng chảy, dễ bay Khơng tan tan nước,tan dung mơi hữu + Tính chất hóa học: đốt cháy, bền nhiệt, dễ phân hủy, phản ứng chậm, khơng hồn tồn, khơng theo hướng tạo nên nhiều sản phẩm + Phân loại:theo mạch Cacbon (mạch hở, mạch vịng) nhóm chức - (hydrocarbon, dẫn xuất hydrocarbon C,H,N, ) Phương pháp tách, tinh chế: kết tinh, chiết, chưng cất, sắc ký Danh pháp: + Phân loại: danh pháp hệ thống (hexane ); thơng thường (dựa vào nguồn gốc, tính chất màu, mùi, ); nửa hệ thống, nửa thông thường (styrene) + Phân loại IUPAC: tên thay thế; tên loại chức (gốc-chức); thường + nửa hệ thống: acethylene, + Độ ưu tiên nhóm: Acid carboxylic > Anhydride acid > ester > halide acid > amit > aldehyde > cetone > alcohol phenol > amine > ether, + Quy tắc IUPAC: Hydrocarbon = Số mạch nhánh + tên mạch nhánh + hidrua + số vị trí liên kết bội + hậu tố liên kết bội Dẫn xuất hydrocarbon = Số + nhóm nhóm chức khơng + mạch + số + độ chưa bão hịa (-ene, -in, ) + số + nhóm chức (hậu tố) - Thành phần nguyên tố, cơng thức phân tử: phân tích định tính định lượng nguyên tố Thuyết cấu tạo, cấu trúc không gian: + Thuyết cacbon tứ diện, công thức biểu diễn cấu trúc: • Thuyết: hóa trị cacbon hướng đỉnh tứ diện • Mơ hình: dạng (rỗng) khối cầu nối; dạng (đặc) khối • Cơng thức biểu diễn: phối cảnh, newmen, fiso + Đồng phân lập thể: Quang học (ánh sáng quang hoạt chất quang hoạt); - - hình học “cứng nhắc” gồm cis trans Tiểu phân trung gian: + Phân cắt đồng li gốc carbo tự + Phân cắt dị li carbocation carbacation + Tác nhân electrophile tác nhân nucleophile Cấu trúc electron hiệu ứng cấu trúc: + Giải thích tính acid – base + Liên kết cộng hóa trị: liên kết σ, π + Liên kết yếu, ảnh hưởng đến tính chất vật lý: Van-de-van, hydrogen; phân tử khối lớn, hợp chất có liên kết hydrogen -> nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy cao, nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy phụ thuộc vào độ phân cực, độ phân nhánh; tính tan: dễ nóng chảy, dễ sơi -> dễ tan, khơng có liên kết hydrogen -> không tan H2O tan dung môi không phân cực, dẫn xuất hydrocacbon không tạo liên kết hydrogen -> khơng tan, tan H2O, dẫn xuất hydrocacbon tạo liên kết hydrogen tan nhiều nước + Phân cực liên kết σ Hiệu ứng cảm ứng: Sư phân cực liên kết σ; Hiệu ứng - cảm ứng; Hiệu ứng liên hợp; Hiệu ứng siêu liên hợp; Hiệu ứng không gian Phản ứng hữu cơ: + Phân loại: Theo hướng biến đổi thành phần chất phản ứng; Theo đặc điểm biến đổi liên kết; Theo số lượng tiểu phân tham gia vào đoạn định tốc độ phản ứng; Theo tác nhân phản ứng + Cơ chế: đường chi tiết mà hệ chất qua để tạo thành sản phẩm phản ứng 1.2 Mối quan hệ với nội dung chương trình phổ thơng hành Chương trình hóa học phổ thông lớp 11 đề cập tới mở đầu hóa học hữu cơ, cơng thức phân tử hợp chất hữu cơ, cấu trúc phản ứng hữu Ở nội dung học sinh cần đạt được: 1.2.1 Hợp chất hữu hóa học hữu cơ: - Nêu khái niệm hợp chất hữu hoá học hữu cơ; đặc điểm chung hợp chất hữu - Phân loại hợp chất hữu (hydrocarbon dẫn xuất) - Nêu khái niệm nhóm chức số loại nhóm chức - Sử dụng bảng tín hiệu phổ hồng ngoại (IR) để xác định số nhóm chức 1.2.2 Phương pháp tách biệt tinh chế hợp chất hữu cơ: - Trình bày nguyên tắc cách thức tiến hành phương pháp tách biệt tinh chế hợp chất hữu cơ: chưng cất, chiết, kết tinh sơ lược sắc kí cột - Thực thí nghiệm chưng cất thường, chiết - Vận dụng phương pháp: chưng cất thường, chiết, kết tinh để tách biệt tinh chế số hợp chất hữu sống 1.2.3 Công thức phân tử hợp chất hữu cơ: - Nêu khái niệm công thức phân tử hợp chất hữu Sử dụng kết phổ khối lượng (MS) để xác định phân tử khối hợp - chất hữu Lập công thức phân tử hợp chất hữu từ liệu phân tích nguyên tố phân tử khối 1.2.4 Cấu tạo hoá học hợp chất hữu cơ: - Trình bày nội dung thuyết cấu tạo hoá học hoá học hữu - Giải thích tượng đồng phân hố học hữu - Nêu khái niệm chất đồng đẳng dãy đồng đẳng - Viết công thức cấu tạo số hợp chất hữu đơn giản (công thức cấu tạo đầy đủ, công thức cấu tạo thu gọn) - Nêu chất đồng đẳng, chất đồng phân dựa vào công thức cấu tạo cụ thể hợp chất hữu 4 1.2.5 Một số ví dụ tập hướng dẫn giải: Bài 1:Từ tinh dầu hồi, người ta tách anetol – chất thơm dùng sản xuất kẹo cao su Anetol có khối lượng mol phân tử 148 g/mol Phân tích ngun tố cho thấy, anetol có %C = 81,08%; %H = 8,10% lại oxi Lập CTĐGN CTPT anetol Đáp án hướng dẫn giải %O = 100% - 81,08% - 8,1% = 10, 82% x : y : z = = 10: 12: => CTĐGN = C10H12O => (C10H12O)n = 148 => n = => CTPT : C10H12O Bài 2:β-Caroten (chất hữu có củ cà rốt) có màu da cam Nhờ tác dụng enzim ruốt non,β-Croten chuyển thành vitamin A nên cịn gọi tiến vitamin A Oxi hố hoàn toàn 0,67 gam β-Caroten dẫn sản pẩm oxi hố qua bình (1) đựng dung dịch H2SO4 đặc, sau qua bình (2) đựng dung dịch Ca(OH)2 dư Kết cho thấy khối lượng bình (1) tăng 0,63 gam; bình (2) có gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng nguyên tố phân tử β-Caroten Lời giải: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Khối lượng bình (1) tăng khối lượng H2O = 0,63(g)   mCaCO3 = 5g ⇒ nCO2 = nCaCO3 = 5/100 = 0,05 mol BT nguyên tố ⇒ nC = nCO2 = 0,05 mol ⇒ mC = 12 0,05 = 0,6 g 5   %mO = 100% - (89,55 + 10,45)% = 0% Bài 3:Khi cho 5,30 gam hỗn hợp gồm etanol C 2H5OH propan-1-olCH3CH2CH2OH tác dụng với natri (dư) thu 1,12 lít khí (đktc) a Viết phương trình hố học phản ứng xảy b Tính thành phần phần trăm khối lượng chất hỗn hợp Lời giải: a) 2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2↑ (1) 2CH3-CH2-СН2-ОН + 2Na → 2CH3-CH2-СН2-ONa + H2↑ b) Gọi số mol etanol x propan-1-ol y (mol) Theo (1) (2) ta có hệ phương trình: 6 (2) CHƯƠNG 2: HYDROCARBON NO 2.1 Nội dung chương - Hydrocarbon loại hợp chất hữu chứa C H Hydrocarbon no loại hydrocarbon có liên kết đơn (σ) phân tử Phân thành loại: + Alkane: no, mạch hở + Cycloalkane: no, mạch vòng 2.1.1 Alkane: - Từ trở có đồng phân mạch C (mạch thẳng mạch nhánh) Danh pháp: + Danh pháp thông thường: butane, pentane, + Danh pháp IUPAC: Vd: 2,3-đimetyl butan - Cấu trúc: tất nguyên tử C phân tử alkane có trạng thái lai hóa sp3, góc hóa trị ≈ 109,5°, mạch C no có hình ziczac 7 - - Tính chất vật lý: + Khối lượng phân tử lớn, nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy cao + Mạch C bị phân nhánh, nhiệt độ sôi giảm + Không tan nước, khối lượng riêng tăng theo mạch C, giới hạn tối đa 0,8 g/ml Tính chất hóa học: Các phản ứng thường xảy đun nóng, chiếu sáng có mặt chất khơi mào xúc tác, hầu hết phản ứng xảy theo chế đồng li + Phản ứng thế: (chỉ phụ thuộc vào điều kiện phản ứng) bao gồm phản ứng halogen hóa, phản ứng nitro hóa, phản ứng sunfo hóa phản ứng sunfoclo hóa + Phản ứng tách: Phản ứng tách hydrogen, phản ứng crackinh (chỉ số octan tiêu chuẩn đánh giá chất lượng xăng, đặc trưng cho tính - nổ xăng bị nén) + Phản ứng oxy hóa: Oxy hóa hồn tồn oxy hóa khơng hồn tồn Ứng dụng điều chế: + Ứng dụng: Alkane dùng làm nhiên liệu dùng cơng nghiệp hóa học + Điều chế: Từ nguồn thiên nhiên (methane đồng đẳng lấy từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ khí mỏ dầu); hydrogen hóa alkene; khử halogenoalkane; phản ứng Vuyêc; tổng hợp Corey – House; phản ứng Konbơ 2.1.2 Cycloalkane: - Cycloalkane hydrocarbon no có vịng (đơn vịng) hay nhiều vịng - (đa vịng) Cơng thức chung cyclo đơn vịng: CnH2n (n ≥ 3) Ví dụ: - Đồng phân, danh pháp: + Cycloalkanes có đồng phân mạch cacbon + Tên cycloalkanes gọi theo qui tắc sau: • Với clycloalkanes đơn vịng khơng nhánh: Cyclo + tên alkane tương ứng – Ví dụ 1: 8 • Với clycloalkanes đơn vịng có nhánh: số nhánh + tên nhánh + cyclo + tên alkanes tương ứng (đánh số xung quanh vòng cho tổng số nhỏ nhất) – Ví dụ 2: - Cấu trúc: Các nguyên tử carbon phân tử cycloalkane trạng thái sp - với liên kết σ Tính chất vật lý: + Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tăng dần theo số cacbon + Các cycloalkane không tan nước - Tính chất hóa học: + Phản ứng halogens (tương tự alkanes) + Do vòng 3, cạnh bền nên có phản ứng cộng mở vịng • Br2, HBr mở vịng cạnh 9 • Hydrogen mở vịng 3, cạnh + Phản ứng cháy tổng quát - + Cycloalkaneses không làm màu dung dịch KMnO4 Điều chế, ứng dụng: + Cycloalkanes điều chế từ trình chưng cất dầu mỏ, điều chế từ alkanes, ví dụ: + Cycloalkanes dùng làm nhiên liệu, dung môi nguyên liệu điều chế chất khác, ví dụ: 2.2 Mối quan hệ với nội dung chương trình phổ thơng hành 2.2.1 Trong chương trình phổ thơng alkane cycloalkane cần đạt yêu cầu sau: - Nêu khái niệm alkane, nguồn alkane tự nhiên, công thức chung alkane 10 10 - Ưu điểm: Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản Thiết bị gọn, dễ chế tạo Trong q trình chưng cất, phân chia cấu tử hỗn hợp cách ngưng tụ phần theo thời gian Khơng địi hỏi vật liệu phụ phương pháp tẩm trích, hấp thụ Thời gian tương đối nhanh Có thể tiến hành chưng cất với cấu tử tinh dầu chịu nhiệt độ cao Có khả tách triệt để tinh dầu - ngun liệu Nhược điểm: Khơng có lợi ngun liệu có hàm lượng tinh dầu thấp, thời gian chưng cất kéo dài, tốn nhiều nước ngưng tụ Chất lượng tinh dầu bị ảnh hưởng tinh dầu có cấu phần dễ bị phân hủy Không lấy loại nhựa sáp có nguyên liệu Trong nước chưng có lượng tinh dầu tương đối lớn Tiêu tốn lượng nước lớn để làm ngưng tụ hỗn hợp Những tinh dầu có nhiệt độ cao thường cho hiệu suất Nguyên liệu dễ bị cháy khét, dính vào thành thiết bị khó vệ sinh PHƯƠNG PHÁP CHIẾT Chiết phương pháp dùng dung mơi thích hợp hòa tan chất cần tách thành pha lỏng (gọi dịch chiết) phân chia khỏi pha lỏng (hoặc pha rắn) chứa hỗn hợp chất lại Dựa khác độ tan chất dung mơi thích hợp Thường người ta dùng dung mơi sơi thấp tan nước ete, clorofom để tách chiết chất hữu từ môi trường nước (các chất hữu cần tinh chế thường tan nước dạng nhũ tương lẫn với nước) Sau lắc dung môi với hỗn hợp chất cần tinh chế nước, chất chuyển phần lớn lên dung mơi ta dùng phễu chiết để tách riêng dung dịch thu khỏi nước Bằng cách lặp lại việc chiết số lần, ta tách hồn tồn chất cần tinh chế vào dung mơi chọn, sau cất loại dung môi cất lấy chất tinh khiết nhiệt độ áp suất thích hợp Người ta thường chiết chất từ hỗn hợp rắn dung mơi Ví dụ: Khi cất lơi nước để tách lấy anilin người ta thu nhũ tương anilin nước Lắc nhũ tương với benzen phễu chiết, anilin hòa tan vào benzen tạo thành dịch chiết lên phía lớp nước Mở khóa cho lớp nước chảy hết thu dịch chiết Cất quay để đuổi hết benzen thu anilin 52 52 2.1 Chiết lỏng – lỏng Chiết lỏng – lỏng thường sử dụng để làm để tách cấu tử riêng loại cấu tử khỏi mẫu mẹ Mẫu rắn lỏng chiết dung mơi hữu thích hợp Đối với mẫu nước dung môi chiết phải không tan nước Độ phân cực dung môi nằm khoảng rộng từ ankan pentan, hexan xiclohexan đến nitrobenzen n-butanol, dung môi clo (đặc biệt diclometan, clorofom) thuận lợi cho việc tách Sự lựa chọn dung môi chiết phụ thuộc vào tính tan chất phân tích dung mơi vào dễ dàng tách chất cần tách khỏi mẫu Có hai trình chiết lỏng – lỏng khác nhau: chiết liên tục chiết khơng liên tục (chiết đoạn) • Chiết liên tục Quá trình chiết liên tục áp dụng cho trường hợp có hệ số phân bố nhỏ, buộc phải chiết đoạn lặp nhiều lần, nên tốt ta tiến hành chiết liên tục, trường hợp không bỏ qua mát chất (chiết phân tích) Trong q trình chiết liên tục dịng dung mơi chiết liên tục dịng mẫu • thiết bị riêng Chiết không liên tục (chiết đoạn) Chiết đoạn thực cách lắc mẫu với dung môi chiết phễu chiết sử dụng trường hợp có hệ số phân bố lớn bỏ qua mát chất Để thu hồi chất cần chiết có độ tinh khiết cao cần dùng phương pháp chiết • đoạn lặp Chiết lỏng – lỏng cột Chiết lỏng – lỏng cột dựa vào định luật phân bố chất tan hai pha khơng trộn lẫn vào Trong phân tích chất ưa dầu (kị nước) mẫu phức tạp dịch thể, mẫu môi trường, phân tích tồn lượng, việc chuẩn bị mẫu phương pháp thông thường (dùng phễu chiết) thường gặp điều bất lợi: hình thành nhũ, tách pha tối, tiêu tốn nhiều dung môi thời gian Phương pháp chiết lỏng-lỏng cột trường hợp tỏ hiệu hơn, tránh bất lợi nêu, không cần làm khô dung dịch thu độ thu hồi cao Nguyên tắc làm việc phương pháp chiết lỏng-lỏng cột (hiện thị trường có bán sẵn cột nhồi tích 120ml) sau: Cột (polietilen thủy tinh) nhồi đất chịu lửa có lỗ rộng 53 53 (thể tích lỗ cao), trơ hóa học, làm việc khoảng pH=1-13 (thí dụ Kizengua) Mẫu nước chứa chất phân tích đưa vào cột tự phân bố dạng phim mỏng bề mặt chất nhồi đóng vai trị pha tĩnh Sau rửa giải xảy sử dụng chất dung môi hữu không trộn lẫn với nước đietyl ete, etyl axetat dung mơi hydrocacbon clo hóa Tất chất ưa dầu chiết từ pha nước vào pha hữu Trong trình pha nước nằm lại pha tĩnh Dịch rửa giải thu khơng bị nhũ hóa đem bốc dung mơi để tiến hành phân tích tiếp mà khơng cần làm khơ Chiết đối dịng (chiết phân đoạn) Chiết phân đoạn cho phép tách chất có hệ số phân bố gần nhau, nhiên dùng địi hỏi thiết bị chun dụng đắt tiền không cho phép tách hỗn hợp phức tạp Hình 2.1 Chiết lớp chất lỏng 2.2 Chiết lỏng – rắn Chiết lỏng - rắn áp dụng để tách chất phân tích khỏi mẫu vật rắn (thực vật, đất, mẫu sinh học,…) dung mơi thích hợp Chất phân tích mẫu vật rắn thường nằm thành nang nhỏ phân tán chất rắn, cần nghiền nhỏ để tăng bề mặt chất tiếp xúc dung môi chất phân tích Tùy thuộc vào tính phân cực chất cần tách ta lựa chọn dung môi chiết, dung mơi hydrocacbon nhẹ chất phân cực đến dung môi phân cực đietyl ete, axeton, etanon kể nước chất phân cực Q trình chiết 54 54 lỏng-rắn tiến hành theo phương pháp chiết đoạn chiết liên tục tùy theo yêu cầu việc chiết (chiết điều chế chiết phân tích) • Chiết đoạn (chiết đơn lặp) Q trình chiết đoạn có hiệu thấp so với trình chiết liên tục Trong trình mẫu rắn ngâm vào dung mơi cối nghiền, bình tam giác cốc thời gian (có thể khuấy lắc), sau dịch chiết tách lắng gạn lọc quay li tâm Cặn lại chiết tiếp đến hai lần dung môi Các dịch chiết gộp lại (cần chiết làm khơ) cho bay (thường áp suất giảm) để thu sản phẩm sử lý tiếp • Chiết liên tục Quá trình chiết liên tục thực thiết bị riêng, tốt sử dụng chiết Soclet cải tiến Trong phần thân máy chứa ống giây đựng mẫu cải tiến để nóng dung mơi bốc lên bao quanh ống đựng mẫu, nhờ chất chiết dung mơi nóng, khơng phải dung môi ngưng lạnh 2.3 Chiết pha rắn Chiết pha rắn trình chiết bao gồm pha rắn pha lỏng Các cấu tử cần quan tâm chất cản trở nằm pha lỏng Khi cho chảy qua cột nhồi chất hấp thu chuyên dụng, trường hợp lý tưởng (chiết chọn lọc), cấu tử cần quan tâm lưu giữ lại chất hấp lưu, cịn chất cản trở khơng lưu giữ lại thải loại theo dịng chảy, sau chất cần quan tâm rửa giải khỏi cột nhờ dung mơi thích hợp, ngược lại chất cản trở giữ lại chất hấp lưu, cấu tử cần quan tâm không bị lưu giữ lại khỏi cột Trong đa số trường hợp thường cấu tử cần quan tâm chất cản trở bị lưu giữ chất hấp lưu Khi cần rửa chọn lọc dung mơi, dung dịch đủ mạnh để loại bỏ chất cản trở, lại đủ yếu để cấu tử cần quan tâm nằm lại sau, rửa giải chọn lọc chất cần quan tâm dung môi để lại chất cản trở bị lưu giữ mạnh chất hấp lưu Chiết pha rắn làm việc dựa nguyên tắc sắc ký lỏng Nhờ tương tác mạnh bất thuận nghịch chất phân tích bề mặt pha tĩnh, tương tác kỵ nước, phân cực trao đổi ion, tương tác pha tĩnh 55 55 chất cản trở mẫu khơng xảy mức độ khác chất cần quan tâm khác tính chất hóa học vật lý chất phân tích chất cản trở, mà chúng lưu giữ phạm vi khác Điều đạt nhờ thay đổi pH lực ion dung dịch mẫu Trong điều kiện vậy, chất phân tích lưu giữ, làm giàu giải hẹp pha tĩnh rửa giải chọn lọc khỏi cột dung mơi thích hợp [3, trang 7-26] PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH - Kết tinh phương pháp đơn giản hiệu để tinh chế chất hữu - thể rắn Nguyên tắc: Các chất khác có độ hịa tan khác dung - môi Cách tiến hành kết tinh lại: Hịa tan cách đun nóng hỗn hợp rắn dung mơi thích hợp đến bão hịa Lọc nóng để loại bỏ tạp chất khơng tan - - làm lạnh Khi chất có độ tan kết tinh trước, tách cách lọc Dung môi phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Khơng tương tác hóa học với chất cần tinh chế; + Hòa tan tốt chất cần tinh chế nhiệt độ cao khơng hịa tan (hoặc tan ít) nhiệt độ thấp; + Khó hịa tan, hịa tan chất phụ; + Giải phóng tốt tinh thể tạo thành; + Dễ bay khỏi bề mặt tinh thể rửa làm khô Cơ sở lý thuyết lựa chọn dung môi hay hệ dung môi: mối quan hệ mặt cấu tạo phân tử chất kết tinh dung môi Một chất hịa tan tốt dung mơi có cấu trúc hóa học tính chất hóa học tương tự với Chất có thành phần cao dãy đồng đẳng có tính tan chất có thành phần thấp - dãy Ví dụ: Các hydrocarbon rắn kết tinh lại ether dầu hỏa, xăng, benzene, toluen Chất phân cực tan dung môi phân cực chất chứa nhóm hydrogenxyl (alcohol, monosaccarit) Các hydrogenxy acid kết - tinh lại nước alcohol Cách chọn dung môi: Cho vào ống nghiệm lượng nhỏ chất cần kết tinh lại nghiền nhỏ thành bột (khoảng 0,1g) nhỏ dần dung môi vào (khoảng 12 ml) đồng thời lắc tay hi cho dung môi vào Nút ống nghiệm nút có cắm ống thủy tinh dài 120-150 mm (nếu dung mơi dễ cháy) đun nóng 56 56 hỗn hợp tới sơi Nếu chưa tan hết cho thêm dung môi vào (mỗi lần 0,5 ml) - - lại đun sôi Dung môi không tốt: + 0,1 g chất hữu tan ml dung môi lạnh đun sôi nhẹ; + 0,1 g chất hữu không tan ml dung môi đun sôi; + Không thấy kết tinh xảy nhiệt độ phòng thấp (làm lạnh) dùng đũa cọ xát vào thành bình gây mầm kết tinh Dung môi tốt: Nếu thấy tượng kết tinh xảy làm nguội dung dịch nóng hịa tan chất cần kết tinh lại Hình 3.1 Các bước tiến hành kết tinh Các phương pháp kết tinh: Có phương pháp 57 57 3.1 Chất cần tinh chế tan tốt dung môi nhiệt độ cao, tan nhiệt độ thường, cịn tạp chất ngược lại Trường hợp ta sử dụng kết tinh nóng để làm chất Lưu ý, dung mơi chọn cho tạo dung dịch bão hòa chất kết tinh nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi dung môi (khoảng 10°C) để thuận tiện cho việc lọc nóng cần thiết 3.2 Chất cần tinh chế tan tốt dung môi nhiệt độ thường, tan nhiệt độ nóng, cịn tạp chất ngược lại Trường hợp ta thường sử dụng phương pháp kết tinh lạnh nhiệt độ thấp (từ - 10°C đến – 40°C) để làm chất Phương pháp tinh chế chất lỏng - Nhận xét:Trong phương pháp làm chất kết tinh, ngồi lựa chọn hệ dung mơi ( đơn hỗn hợp) thích hợp, tạp chất thường có mặt với lượng nhỏ đuổi khỏi dung dịch kết tinh xử lý với chất hấp phụ than hoạt tính, đất chịu lửa, silicagen Lưu ý, tốc độ kết tinh (phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian kết tinh) có ý nghĩa lớn Kết tinh nhanh tinh thể bé, khó lọc hấp phụ nhiều chất bẩn; kết tinh chậm tinh thể to dễ lọc Để thu nhiều chất tinh khiết, trình kết tinh thường phải lặp lại nhiều lần, tốt dung môi khác Phương pháp làm chất phương pháp kết tinh thường phải lặp lại nhiều lần, tốt dung môi khác Phương pháp làm chất phương pháp kết tinh không áp dụng đƣợc chất cần kết tinh tạo tinh thể trộn lẫn với tạp chất [3, trang 29-30] PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Phương pháp sắc ký nhà thực vật học người Nga Mikhail Tsvet (Mikhail Semyonovich Tsvet) phát minh vào năm 1903 ông nghiên cứu clorofin đến trở thành phương pháp định tính, định lượng, tinh chế quan trọngtrong hóa học hữu Sắc ký phương pháp đại, có tính xác cao sử dụng rộng rãi hầu hết phòng thí nghiệm đại 58 58 Nguyên tắc: Tách chất có màu, tách biệt, tinh chế, dùng phân tích định tính, định lượng hỗn hợp từ đơn giản đến phức tạp Dựa vào tính chất bị hấp phụ chất hữu chất hấp phụ (pha tĩnh), tốc độ di chuyển cho pha động qua chất hấp phụ Tùy theo phương thức thực mà người ta chia phương pháp sắc kí thành nhiều loại: sắc kí cột, sắc kí khí, sắc kí khí mao quản, sắc kí giấy, sắc kí mỏng, sắc kí lỏng cao áp,… 4.1 Sắc kí cột (Sắc kí hấp phụ): - Dụng cụ: Bình đựng dung dịch; cột thủy tinh hay đơi kim loại có kích - thước thơng thường là: 15x1, 25x5, 40x3, 40x4; bình hứng Hóa chất: Hỗn hợp chứa dung dịch cần tách; dung môi hấp phụ: dạng bột thường oxit nhôm, silicagen, tinh bột, bari sunfat… chất chất hấp phụ không phản ứng với dung môi hay hỗn hợp nghiên cứu; dung môi - trơ thích hợp để hịa tan hỗn hợp cần nghiên cứu Cách tiến hành: Hỗn hợp chất nghiên cứu hòa tan dung mơi trơ thích hợp cho chảy qua cột Các chất hỗn hợp nghiên cứu tách khỏi chúng chiếm vị trí khác cột hấp phụ Vì lúc đầu người ta tiến hành cột thí nghiệm với chất màu, chúng tách tạo thành khoanh màu khác ống hấp phụ nên phương pháp gọi phương pháp sắc ký Sau người ta tách riêng chất cách cắt cột hấp phụ thành đoạn ứng với chất, liên tục đổ thêm dung môi, chất rửa trơi bình hứng thời điểm - khác Nhận xét: Có thể dùng phương pháp để tách chất màu phải dùng chất thị hay thuốc thử thích hợp để nhận biết chúng bắt đầu bình hứng 59 59 Hình 4.1 Sắc kí cột 4.2 Sắc kí khí lỏng: Phương pháp thơng thường cho vài microlit chất lỏng phân tích vào thiết bị bay dùng dịng khí mang (thường khí Heli) lơi chúng qua ống dài nung nóng nạp đầy chất rắn xốp (ví dụ gạch chịu lửa, oxit nhơm, silicagen, than hoạt tính…) tẩm chất lỏng khó bay (dầu xilicon, polietylen glycol, ester sơi cao) Khi xảy phân bố chất pha lỏng pha khí, đồng thời cần khác nhỏ phân bố cấu tử hỗn hợp đủ để phân tách hoàn toàn chất lỏng hỗn hợp, lặp lặp lại nhiều lần ống dài Người ta thường nhận biết chất thoát cuối ống cách đo thay đổi độ dẫn nhiệt khí thiết bị phát gọi detector - Nhận xét: Những năm gần sắc ký khí lỏng phát triển mạnh mẽ, mở khả lớn phân tích chất dễ bay 4.3 Sắc kí giấy: Sắc ký giấy dạng đặc biệt sắc ký phân bố Conzden Gordon Martin phát minh vào năm 1994 60 60 Pha tĩnh nước thấm giấy lọc đặc biệt (xenlulozo tinh khiết) Dung dịch chất nghiên cứu chấm đầu dãi giấy giọt cách chừng cm Người ta thường nhỏ dung dịch mẫu biết để so sánh Sau đầu giấy lọc nhúng dung mơi hay dung mơi thích hợp bảo hịa Do lực mao dẫn, dung môi thấm dần lên giấy sắc ký kéo theo chất nghiên cứu chuyển động lên phía tạo vết giấy mà người ta nhận biết mắt thường chất thị Để thu kết tách tốt hơn, người ta lặp lại thao tác với dung mơi khác theo chiều thẳng góc với chiều chạy nằm trước - Nhận xét: Sắc ký giấy thường dùng để định tính chất, định lượng sơ dựa vào độ đậm tiết diện vết chất nghiên cứu 4.4 Sắc kí mỏng: Phương pháp Izmailop Schraiber đề nghị từ 1983, Stan phát triển hoàn thiện (1995) khiến có ứng dụng rộng rãi Người ta tráng lớp mỏng chất hấp phụ (Al2O3, silicagen) lên kính kích thước khoảng 10x12 cm 20x20 cm, chấm giọt chất nghiên cứu hay hỗn hợp chất nghiên cứu lên đầu bảng cho dung môi chạy sắc ký giấy - Nhận xét: Phương pháp sắc ký lỏng thường cho hiệu tách cao, thời gian ngắn, lượng chất ít, thường dùng để định tính hợp chất thiên nhiên Nó nhà hóa học tổng hợp sử dụng thường xuyên để nhanh chóng phân tách chất thu phản ứng Hình 4.2 Sắc ký mỏng 61 61 PHƯƠNG PHÁP THĂNG HOA - Định nghĩa: Thăng hoa trình biến đổi pha chất từ trạng thái - rắn sang trạng thái mà không quan trọng trạng thái lỏng Cơ sở lí thuyết: Một số chất như: naphtalen, menton,…có khả thăng hoa, người ta dùng phương pháp thăng hoa áp suất thường áp - suất thấp để tinh chế chúng Phương pháp tiến hành: Gia nhiệt chất rắn để bay hơi, làm lạnh chất rắn ta thu chất rắn kết tinh có độ tinh khiết cao, cịn tạp chất - khơng thăng hoa nằm lại đáy bình Ưu điểm: thu chất tinh khiết dùng lượng nhỏ chất Nhược điểm:các chất bẩn phải có tính bay khác nhiều so với chất tinh chế, trình thăng hoa thường chậm hao phí nhiều chất phương pháp khác Tốc độ thăng hoa tỉ lệ thuận với áp suất chất nhiệt độ xác định, tỉ lệ với độ lớn bề mặt chất bay tỉ lệ nghịch với áp suất bình Phương pháp tiến hành thăng hoa áp suất thường: Với dụng cụ đơn giản lượng nhỏ cho chất cần thăng hoa vào bát sứ, phủ giấy lọc có chọc thủng nhiều lỗ nhỏ đậy bát phễu thủy tinh có bọc giấy tẩm ướt hay vải ướt bên ngồi, có đậy cuống phễu bơng Sau đun nóng bát sứ lên lửa đèn cồn hay bếp điện qua lưới amiang hay bếp cách cát cách cận thận đun nóng q phân hủy chất thăng hoa Với lượng lớn lắp ráp dụng cụ sau: 62 62 Hình 5.1 Các dụng cụ thăng hoa áp suất khác CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC DỰA VÀO TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA CÁC CẤU TỬ 6.1 Tách dựa vào khả tạo hợp chất có tính tan khác - Tách hỗn hợp amin bậc 1, 2, phương pháp sử dụng phản ứng với benzensunfonuyl clodrua: amin bậc chuyển thành sunfonatamit tan kiềm, amin bậc hai thành sunfonamit không tan kiềm, amin bậc ba không - phản ứng Tách andehit, thí dụ benzandehit khỏi hidrocacbon lỏng chất lỏng trung tính khơng tan nước cách lắc với dung dịch natribisunfit: andehit tạo hợp chất cộng hợp bisunfit rắn, lọc phân hủy axit loãng dung dịch natri bicacbonat để thu hồi andehit [3, trang 345-346] 6.2 Tách dựa vào khả tạo muối Dựa vào khả tạo muối cấu tử cần tách dung dịch mà tách chất khỏi hỗn hợp Một số ví dụ: - Tách hỗn hợp cấu tử anilin toluen: anilin tạo muối với axit clohidric C6H5NH2.HCl tan nước thu hồi trung hòa với kiềm, toluen tách riêng Tương tự hỗn hợp phenol toluen tách xử lý với dung dịch kiềm loãng Hỗn hợp anilin, phenol toluen - tách theo nguyên tắc Tách hỗn hợp hai cấu tử đietyl ete clobenzen: tách axit sunfuric đặc hịa tan ete (tạo muối oxoni) thu hồi từ dung dịch pha - lỗng với nước Phenol tách khỏi axit (ví dụ: o-cresol khỏi axit benzoic) dung dịch lỗng natri bicatbonat: phenol (và enol) có tính axit yếu khơng thể chuyển thành muối thuốc thử tách chiết với ete, axit tạo - thành muối tan vào dung dịch thu hồi axit hóa Xeton tách khỏi chất trung tính khơng tan nước cacbohidrazitmetyltrimetylamoni clodrua (thuốc thử Girard – T) điều chế từ 63 63 etyl cloaxetat với trimetylamin Nó phản ứng với cacbonyl tạo muối amoni bậc bốn khác R1R2CO + [(CH3)3N+CH2CONHNH2]Cl-[(CH3)3N+CH2CONHN=CR1R2]Cl- + H2O - Muối chất phân cực tan nước Chiết loại chất không tan nước, muối nằm lại dung dịch Xeton dễ dàng thu hồi thủy phân với axit clohidric loãng 64 64 KẾT LUẬN Sau gần tháng nỗ lực em hoàn thành tiểu luận với đề tài: Phương pháp tách biệt tinh chế hợp chất hữu Về nội dung, tiểu luận em trình bày phần sau: - Phần 1: Em tổng quan lại nội dung chương chương trình Hóa học hữu Liên hệ tới nội dung Hóa học phổ thơng điểm giống yêu cầu học sinh cần đạt sau học xong Vận dụng giải tập đến nâng cao - Phần 2: Tách biệt tinh chế hợp chất hữu quan trọng đời sống ngày nay, em đưa phương pháp thường dùng, nêu nguyên tắc cách tiến hành phương pháp Đưa số ví dụ áp dụng trình bày cách dễ hiểu để người vận dụng vào thực tế Về kiến thức, sau làm xong tiểu luận em rút cho nhiều kiến thức kinh nghiệm việc làm tiểu luận, tìm hiểu nội dung bổ ích liên quan tới đề tài nói riêng Hóa học hữu nói chung Tuy nhiên, thời gian làm đề tài có hạn, thời gian tìm hiểu thực tế cịn lượng kiến thức cịn nhiều nên khơng tránh khỏi sai sót q trình làm Em kính mong thầy bạn lớp đóng góp ý kiến để báo cáo em hồn thiện hơn, để sử dụng làm tài liệu ứng dụng vào việc học tập, thực hành cho lớp sau Em xin chân thành cảm ơn! 65 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1.] PGS.TS Nguyễn Hữu Đĩnh, Hóa học hữu 1, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2009 [2.] PGS.TS Lê Đức Giang, Bài giảng hóa hữu 1, 2020 [3.] Nguyễn Đức Huệ, Các phương pháp phân tích hóa học hữu cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005 [4.] Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Hóa học 2018 [5.] Các lý thuyết, tập, ví dụ sách Hóa 11, trang mạng tin cậy [6.] Tham khảo số nghiên cứu lớn nhà khoa học, sinh viên trường Đại học 66 66