Sign In

טיהור תרכובות על ידי תיקון

Overview

מקור: המעבדה של ד"ר ג'ימי פרנקו - מכללת מרימק

Recrystallization היא טכניקה המשמשת לטיהור תרכובות מוצקות. 1 מוצקים נוטים להיות מסיסים יותר בנוזלים חמים מאשר בנוזלים קרים. במהלך recrystallization, תרכובת מוצקה טמפורה מומסת בנוזל חם עד הפתרון רווי, ולאחר מכן הנוזל מותר להתקרר. 2 התרכובת צריכה ליצור גבישים טהורים יחסית. באופן אידיאלי, כל זיהומים הקיימים יישארו בתמיסה ולא ישולבו בגבישים הגדלים (איור 1). לאחר מכן ניתן להסיר את הגבישים מהפתרון על ידי סינון. לא כל המתחם ניתן לשחזור — חלקם יישארו בפתרון ויאבדו.

Recrystallization אינו נחשב בדרך כלל כאכניקת הפרדה; במקום זאת, זוהי טכניקת טיהור שבה כמות קטנה של טומה מוסרת ממתחם. עם זאת, אם תכונות המסיסות של שתי תרכובות שונות מספיק, recrystallization יכול לשמש כדי להפריד אותם, גם אם הם קיימים בסכומים כמעט שווים. Recrystallization פועל בצורה הטובה ביותר כאשר רוב זיהומים כבר הוסרו על ידי שיטה אחרת, כגון חילוץ או כרומטוגרפיה עמודה.

Figure 1
איור 1. התוכנית הכללית לחזרה.

Principles

נסיגה מוצלחת תלויה בבחירה הנכונה של ממס. המתחם חייב להיות מסיס בממס החם ותסיס באותו ממס כאשר הוא קר. לצורך recrystallization, לשקול 3% w / v הקו המפריד בין מסיס lululuble: אם 3 גרם של תרכובת מתמוסס ב 100 מ"ל של ממס, זה נחשב מסיס. בבחירת ממס, ככל שההבדל בין מסיסות חמה למסיסות קרה, כך ניתן לשחזר את המוצר יותר מ- recrystallization.

קצב הקירור קובע את גודלם ואיכותם של הגבישים: קירור מהיר מעדיף גבישים קטנים, וקירור איטי מעדיף את הצמיחה של גבישים גדולים ובדרך כלל טהורים יותר. קצב ה- recrystallization הוא בדרך כלל הגדול ביותר בסביבות 50 °C (50 °F) מתחת לנקודת ההיתוך של החומר; היווצרות מקסימלית של גבישים מתרחשת על 100 °C (50 °F) מתחת לנקודת ההיתוך.

למרות המונחים "התגבשות" ו "recrystallization" משמשים לפעמים לסירוגין, הם מתייחסים מבחינה טכנית לתהליכים שונים. התגבשות מתייחסת להיווצרות של מוצר חדש, מסיס על ידי תגובה כימית; מוצר זה לאחר מכן מזרז מתוך פתרון התגובה כמו מוצק אמורפי המכיל זיהומים לכודים רבים. Recrystallization אינו כרוך בתגובה כימית; המוצר הגולמי פשוט מומס לפתרון, ואז התנאים משתנים כדי לאפשר גבישים להיווצר מחדש. Recrystallization מייצר מוצר סופי טהור יותר. מסיבה זו, הליכים ניסיוניים המייצרים מוצר מוצק על ידי התגבשות כוללים בדרך כלל שלב recrystallization הסופי לתת את המתחם הטהור.

Procedure

בצע את כל השלבים במכסה המנוע כדי למנוע חשיפה לאדי ממס.

1. בחירת ממס

  1. מניחים 50 מ"ג של המדגם (N-bromosuccinimide) בבקבוק ארלנמאייר.
  2. מוסיפים 0.5 מ"ל של ממס רותח (מים). אם המדגם מתמוסס לחלוטין, המסיסות בממס הקר גבוהה מדי כדי להיות ממס recrystallization טוב.
  3. אם המדגם אינו מתמוסס בממס הקר, מחממים את המבחנה עד שהממס רותח.
    1. אם המדגם לא נמס לחלוטין בשלב זה, להוסיף עוד טיפת ממס רותח, עד שכל מוצק מתמוסס. אם זה לוקח יותר מ 3 מ"ל כדי להמיס את המדגם בממס החם, המסיסות בממס זה הוא כנראה נמוך מדי כדי להפוך אותו ממס recrystallization טוב.
  4. אם הבחירה הראשונה של ממס הוא לא ממס recrystallization טוב, לנסות אחרים. אם לא ניתן למצוא ממס יחיד הפועל, נסה מערכת שני ממסים.
    1. אם אתה לא יכול למצוא מערכת ממס יחיד מתאים, אז זוג ממס עשוי להיות נחוץ. בעת זיהוי זוג ממס, ישנם מספר שיקולים מרכזיים 1) הממס הראשון צריך בקלות להמיס את מוצק. 2) הממס השני חייב להיות miscible עם ממסרחוב 1, אבל יש מסיסות נמוכה בהרבה עבור solute.
    2. ככלל "אוהב להתמוסס אוהב" כלומר תרכובות קוטב נוטים להיות מסיסים ממיסים קוטביים ותרכובות שאינן קוטביות הם לעתים קרובות יותר מסיסים תרכובות שאינן קוטביות.
    3. זוגות ממסים נפוצים (טבלה 1)
  5. ודא הממס יש נקודת רתיחה של לפחות 40 °C (50 °F), כך שיש הבדל טמפרטורה סביר בין ממס רותח ממס טמפרטורת החדר.
  6. ודא כי הממס יש נקודת רתיחה מתחת כ 120 °C (70 °F), כך קל יותר להסיר את העקבות האחרונים של ממס מן הגבישים.
  7. כמו כן לוודא את נקודת הרתיחה של הממס הוא נמוך יותר מאשר נקודת ההיתוך של המתחם, כך המתחם צורות כמו גבישים מוצקים ולא כשמן מסיס.
  8. אשר כי זיהומים הם גם מסיסים בממס החם (כך שהם יכולים להיות מסוננים חם החוצה, פעם המתחם מומס) או מסיס בממס קר (אז הם נשארים מומסים במהלך כל התהליך).

2. המסת המדגם בממס חם

  1. מניחים את המתחם כדי להיות מחדש בבקבוק ארלנמאייר. זוהי בחירה טובה יותר מאשר, שכן הצדדים המשופעים לעזור ללכוד אדי ממס להאט את קצב האידוי.
  2. מניחים את הממס (מים) בבקבוק Erlenmeyer נפרד, ומוסיפים שבבים רותחים או מוט ערבוב כדי לשמור אותו רותח בצורה חלקה. מחממים אותו לרתיחה על כיריים.
  3. מוסיפים ממס חם לבקבוק בטמפרטורת החדר המכיל את המתחם בחלקים קטנים, מסתחרר לאחר כל תוספת, עד המתחם מומס לחלוטין.
    1. במהלך תהליך הפירוק, לשמור על הפתרון חם בכל עת על ידי הנחת אותו על הלול, מדי. אין להוסיף יותר ממס חם מהנדרש - רק מספיק כדי להמיס את המדגם.
  4. אם חלק של מוצק לא נראה להתמוסס, גם לאחר ממס חם יותר הוסיף, סביר להניח בשל נוכחות של זיהומים מאוד מסיסים. במקרה כזה, הפסק להוסיף ממס ונהל סינון חם לפני שתמשיך.
    1. כדי לבצע סינון חם, מקפלים פיסת נייר סינון לצורת חרוט מחוסנת ומניחים אותה במשפך ללא גבעול מזכוכית.
    2. הוסף עודף של 10-20% של ממס חם לפתרון החם כדי לאפשר אידוי בהליך.
    3. יוצקים את הפתרון דרך הנייר. אם גבישים מתחילים להיווצר בכל עת במהלך התהליך, להוסיף חלק קטן של ממס חם כדי להמיס אותם.

3. קירור הפתרון

  1. הגדר את הבקבוק המכיל את המתחם המומס על משטח שאינו מוליך את החום מהר מדי, כגון מגבת נייר להגדיר על ספסל.
  2. מכסים קלות את הבקבוק כשהוא מתקרר כדי למנוע אידוי ולמנוע נפילת אבק לתוך הפתרון.
  3. משאירים את הבקבוק ללא הפרעה עד שהוא מתקרר לטמפרטורת החדר.
  4. לאחר הגבישים נוצרו, למקם את הפתרון באמבט קרח כדי להבטיח כי הכמות המרבית של גבישים מתקבל. הפתרונות צריכים להישאר ללא הפרעה באמבט הקרח במשך 30 דקות עד 1 שעה, או עד המתחם נראה מגובש לחלוטין מתוך פתרון.
  5. אם אין היווצרות גביש ניכר, זה יכול להיגרם על ידי גירוד הקירות הפנימיים של הבקבוקון עם מוט זכוכית או על ידי הוספת גביש זרע קטן של אותה תרכובת.
    1. אם זה עדיין לא עובד, אז יותר מדי ממס שימש כנראה. לחמם את הפתרון, לאפשר חלק הממס להרתיח, ולאחר מכן לקרר אותו.

4. בידוד וייבוש הקריסטלים

  1. הציבו את הבקבוקון הקר המכיל את הגבישים החדשים שנוצרו על ספסל.
  2. לכסות קלות את הבקבוק כדי למנוע אידוי ולמנוע אבק ליפול לתוך הפתרון.
  3. לבודד את הגבישים על ידי סינון ואקום, באמצעות משפך Büchner או הירש (מהדק את הבקבוקון לטבעת לעמוד ראשון).
  4. לשטוף את הגבישים על משפך Büchner עם כמות קטנה של ממס טרי, קר (אותו ממס המשמש recrystallization) כדי להסיר כל זיהומים שעשויים להיות דבק גבישים.
  5. כדי לייבש את הגבישים, להשאיר אותם משפך המסנן ולשאוב אוויר דרכם במשך כמה דקות. גבישים יכולים גם להיות מיובשים באוויר על ידי מתן אפשרות להם לעמוד חשוף במשך כמה שעות או ימים. שיטות יעילות יותר כוללות ייבוש ואקום או הצבה במייבש.
ממס קוטבי פחות ממס קוטבי
אתיל אצטט הקסאן
מתנול מתילן כלוריד
מים אתנול
טולואן הקסאן

טבלה 1. זוגות ממסים נפוצים.

Results

דוגמה לתוצאות ההשבתה מוצגת באיור 2. זיהומים צהובים נוכחים במתחם הגולמי הוסרו, ואת המוצר הטהור נשאר כמו מוצק מחוץ ללבן. טוהר התרכובת rerystallized עכשיו ניתן לאמת על ידי ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR) או, אם זה תרכובת עם נקודת התכה שפורסמה, על ידי כמה דומה נקודת ההיתוך שלה היא לנקודת ההיתוך הספרותית. במידת הצורך, ניתן לבצע ריטריסטלציות מרובות עד שהטוהר גבוה.

Figure 2
איור 2. 2a) תרכובת גולמית (משמאל), 2b) מוצר מחדש לפני סינון (באמצע), ו 2c) אותה תרכובת לאחר recrystallization (מימין).

Application and Summary

Recrystallization היא שיטה של טיהור תרכובת על ידי הסרת כל זיהומים שעשויים להיות מעורבבים עם זה. זה עובד הכי טוב כאשר המתחם הוא מסיס מאוד ממס חם, אבל מאוד מסיס בגרסה הקרה של אותו ממס. המתחם חייב להיות מוצק בטמפרטורת החדר. Recrystallization משמש לעתים קרובות כצעד ניקוי סופי, לאחר שיטות אחרות (כגון חילוץ או כרומטוגרפיה עמודה) כי הם יעילים בהסרת כמויות גדולות יותר של זיהומים, אבל זה לא להעלות את הטוהר של המתחם הסופי לרמה גבוהה מספיק.

Recrystallization היא הטכניקה היחידה שיכולה לייצר גבישים יחיד טהורים לחלוטין, מושלמים של תרכובת. גבישים אלה יכולים לשמש לניתוח קרני רנטגן, המהווה את הסמכות האולטימטיבית בקביעת המבנה והצורה התלת ממדית של מולקולה. במקרים אלה, recrystallization מותר להמשיך לאט מאוד, במהלך שבועות עד חודשים, כדי לאפשר סריג הגביש להיווצר ללא הכללה של זיהומים כלשהם. כלי זכוכית מיוחדים נדרשים כדי לאפשר לממס להתאדות לאט ככל האפשר במהלך תקופה זו, או כדי לאפשר לממס לערבב לאט מאוד עם ממס אחר שבו המתחם הוא מסיס (נקרא תוספת נגד חדלי פירעון).

תעשיית התרופות גם עושה שימוש כבד של recrystallization, שכן הוא אמצעי טיהור בקלות רבה יותר קנה מידה מאשר כרומטוגרפיה עמודה. 3 החשיבות של נסיגה ביישומים תעשייתיים עוררה אנשי חינוך להדגיש את ההסתגרות בתוכנית הלימודים במעבדה. 4 לדוגמה, התרופה Stavudine, אשר משמש כדי להפחית את ההשפעות של HIV, מבודד בדרך כלל על ידי התגבשות. 5 לעתים קרובות, מולקולות יש מבנים גביש שונים מרובים זמינים, ולכן יש צורך במחקר כדי להעריך ולהבין איזו צורת גביש מבודד באילו תנאים, כגון קצב קירור, הרכב ממס, וכן הלאה. צורות גביש שונות אלה עשויות להיות תכונות ביולוגיות שונות או להיספג לתוך הגוף בשיעורים שונים.

שימוש נפוץ יותר ב-recrystallization הוא בהכנת סוכריות רוק. סוכריות סלע מיוצרות על ידי המסת סוכר במים חמים עד כדי רוויה. מקלות עץ ממוקמים לתוך הפתרון ואת הפתרון מותר להתקרר להתאדות לאט. לאחר מספר ימים, גבישים גדולים של סוכר גדלו על כל מקלות העץ.

References
  1. Mayo, D. W.; Pike, R. M.; Forbes, D. C., Microscale organic laboratory : with multistep and multiscale syntheses. 5th ed.; J. Wiley & Sons: Hoboken, NJ, p xxi, 681 p (2011).
  2. Armarego, W. L. F.; Chai, C. L. L., Purification of laboratory chemicals. 5th ed.; Butterworth-Heinemann: Amsterdam ; Boston; p xv, 609 p (2003).
  3. Ray, P. C.; Tummanapalli, J. M. C.; Gorantla, S. R., Process for the large scale production of Stavudine. Google Patents: (2011).
  4. Hightower, T. R.; Heeren, J. D., Using a Simulated Industrial Setting for the Development of an Improved Solvent System for the Recrystallization of Benzoic Acid: A Student-Centered Project. Journal of Chemical Education 83 (11), 1663 (2006).
  5. Rohani, S.; Horne, S.; Murthy, K., Control of Product Quality in Batch Crystallization of Pharmaceuticals and Fine Chemicals. Part 1: Design of the Crystallization Process and the Effect of Solvent. Organic Process Research & Development 9 (6), 858-872 (2005).
Disclosures
  1. מאיו, ד.ו. פייק, ר.M; פורבס, D.C., מעבדה אורגנית Microscale : עם סינתיסייזרים רב-צדדיים ורב-גווניים. 5 אד; ג'יי ויילי ובניו: הובוקן, ניו ג'רזי, p xxi, 681 p (2011).
  2. ארמרגו, ו.ל. פ. חי, סי.אל.אל, טיהור כימיקלים במעבדה. 5 אד; באטרוורת'-היינמן: אמסטרדם ; בוסטון; עמ' xv, 609 עמ' (2003).
  3. ריי, פ.C; טומנפאלי, י.M.C; גורנטלה, ס.ר., תהליך לייצור בקנה מידה גדול של סטאבודין. גוגל פטנטים: (2011).
  4. הייטאוור, ט.ר. Heeren, J. D., באמצעות הגדרה תעשייתית מדומה לפיתוח מערכת ממס משופרת עבור recrystallization של חומצה בנזואית: פרויקט מרוכז סטודנט. כתב העת לחינוך כימי 83 (11), 1663 (2006).
  5. רוחאני, ש'; הורן, ס'; מורטי, ק', שליטה על איכות המוצר בהתגבשות אצווה של תרופות וכימיקלים משובחים. חלק 1: עיצוב תהליך ההתגבשות והשפעת הממס. מחקר ופיתוח תהליכים אורגניים 9 (6), 858-872 (2005).
Tags
RecrystallizationPurification TechniqueSolid CompoundsImpure Solid CompoundHot SolventSaturated SolutionSolubilityPure CrystalsSeparation MethodsExtractionColumn ChromatographyNucleationCrystal GrowthNucleation SitesSeed CrystalsScratchesSolid ImpuritiesAgitationSolute MoleculesSolubility PropertiesSolvent SelectionOrganic CompoundChemistry Applications

Skip to...

0:00

Overview

0:58

Principles of Recrystallization

3:41

Selecting a Solvent

4:50

Recrystallization

7:40

Applications

9:31

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

טיהור תרכובות על ידי תיקון

Organic Chemistry

704.3K Views

article

מבוא קטליזה

Organic Chemistry

34.0K Views

article

הרכבה של מערכת ריפלוקס לתגובות כימיות מחוממות

Organic Chemistry

165.9K Views

article

ביצוע תגובות מתחת לטמפרטורת החדר

Organic Chemistry

70.3K Views

article

העברת קווי שלנק של ממיסים

Organic Chemistry

41.5K Views

article

דיית נוזלים עם רכיבה על אופניים להפשרת משאבת הקפאה

Organic Chemistry

55.9K Views

article

הכנת ריאגנטים וציוד נטולי מים

Organic Chemistry

79.0K Views

article

הפרדת תערובות באמצעות משקעים

Organic Chemistry

157.1K Views

article

מיצוי נוזלי מוצק

Organic Chemistry

236.5K Views

article

אידוי סיבובי להסרת ממס

Organic Chemistry

212.1K Views

article

זיקוק שברים

Organic Chemistry

332.3K Views

article

גידול גבישים לניתוח עקיפה של קרני רנטגן

Organic Chemistry

32.2K Views

article

Performing 1D Thin Layer Chromatography

Organic Chemistry

287.9K Views

article

כרומטוגרפיה של עמודה

Organic Chemistry

358.1K Views

article

ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR)

Organic Chemistry

246.5K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved