Yeniden kristalleşme (kimya) - Recrystallization (chemistry)
Olarak kimya , yeniden kristalleşme kimyasal saflaştırmak için kullanılan bir tekniktir. Hem safsızlıkları hem de bir bileşiği uygun bir çözücü içinde çözerek, istenen bileşik veya safsızlıklar, diğerini geride bırakarak çözeltiden çıkarılabilir. Bileşik çökeldiğinde sıklıkla oluşan kristaller için adlandırılır . Alternatif olarak, yeniden kristalleşme, daha küçük buz kristallerinin pahasına daha büyük buz kristallerinin doğal büyümesine atıfta bulunabilir .
Kimya
Olarak kimya , yeniden kristalleştirme saflaştırılması için bir işlemdir bileşikleri . En tipik durum, istenen bir "bileşik A"nın az miktarda "katışık B" ile kontamine olmasıdır. Denenebilecek çeşitli saflaştırma yöntemleri vardır (bkz. Ayırma işlemi ), yeniden kristalleştirme bunlardan biridir. Ayrıca kullanılabilecek farklı yeniden kristalleştirme teknikleri de vardır, örneğin:
Tek solventli yeniden kristalleştirme
Tipik olarak, "bileşik A" ve "katışıklık B" karışımı, karışımı tamamen çözmek için en küçük miktarda sıcak çözücü içinde çözülür, böylece doymuş bir çözelti elde edilir . Daha sonra çözelti soğumaya bırakılır. Çözelti soğudukça çözeltideki bileşiklerin çözünürlüğü düşer. Bu, istenen bileşiğin çözeltiden düşmesiyle (yeniden kristalleşme) sonuçlanır. Soğutma hızı ne kadar yavaşsa, kristaller o kadar büyük olur.
İdeal bir durumda, safsızlığın çözünürlük ürünü B, hiçbir sıcaklıkta aşılmaz. Bu durumda katı kristaller saf A'dan oluşacak ve tüm safsızlık çözeltide kalacaktır. Katı kristaller süzülerek toplanır ve süzüntü atılır. Safsızlığın çözünürlük ürünü aşılırsa, safsızlığın bir kısmı birlikte çökelecektir. Bununla birlikte, safsızlığın nispeten düşük konsantrasyonu nedeniyle, çökelmiş kristallerdeki konsantrasyonu, orijinal katıdaki konsantrasyonundan daha az olacaktır. Tekrarlanan yeniden kristalleştirme, daha da saf kristalin bir çökelti ile sonuçlanacaktır. Saflık, safsızlıklar erime noktasını düşürdüğü için erime noktası ölçülerek her yeniden kristalleştirmeden sonra kontrol edilir . NMR spektroskopisi , safsızlık seviyesini kontrol etmek için de kullanılabilir. Tekrarlanan yeniden kristalleşme, bileşik A'nın sıfır olmayan çözünürlüğü nedeniyle bir miktar malzeme kaybına neden olur.
Kristalleştirme işlemi, bir "tohum" kristalinin eklenmesi gibi bir başlatma aşaması gerektirir. Laboratuarda, cam yeniden kristalleştirme kabının yan tarafının çizilmesiyle üretilen ufacık bir cam parçası, kristallerin üzerinde büyüyebileceği çekirdeği sağlayabilir. Başarılı yeniden kristalleşme, doğru çözücünün bulunmasına bağlıdır. Bu genellikle tahmin/deneyim ve deneme/yanılmanın bir birleşimidir. Bileşikler, düşük sıcaklıklarda olduğundan daha yüksek sıcaklıkta daha fazla çözünür olmalıdır. Herhangi bir çözünmeyen safsızlık, sıcak filtrasyon tekniği ile uzaklaştırılır .
Çoklu çözücü yeniden kristalleştirme
Bu yöntem, yukarıdakiyle aynıdır, ancak burada iki (veya daha fazla) çözücü kullanılır. Bu, hem "bileşik A" hem de "katışık B"nin bir birinci çözücü içinde çözünür olmasına dayanır. Yavaş yavaş ikinci bir çözücü eklenir. "Bileşik A" veya "katışık B" bu çözücü içinde çözünmez ve çökelecek, "A bileşiği"/"katışık B"nin diğeri ise çözelti içinde kalacaktır. Bu nedenle, birinci ve ikinci çözücülerin oranı kritiktir. Tipik olarak ikinci çözücü, bileşiklerden biri çözeltiden kristalleşmeye başlayana kadar yavaş yavaş eklenir ve ardından çözelti soğutulur. Bu teknik için ısıtma gerekli değildir, ancak kullanılabilir.
Bu yöntemin tersi, bir solvent karışımının hem A hem de B'yi çözdüğü durumlarda kullanılabilir. Daha sonra solventlerden biri damıtma veya uygulanan bir vakumla çıkarılır. Bu, çözücü oranlarında "bileşik A" veya "katışıklık B"nin çökelmesine neden olan bir değişiklikle sonuçlanır.
Sıcak filtrasyon-yeniden kristalleşme
Sıcak filtrasyon, "A bileşiğini" hem "katışık B"den hem de bazı "çözünmeyen C maddesi"nden ayırmak için kullanılabilir. Bu teknik normalde yukarıda açıklandığı gibi tek çözücülü bir sistem kullanır. Hem "bileşik A" hem de "katışık B" minimum miktarda sıcak çözücü içinde çözüldüğünde, "çözünmeyen C maddesini" çıkarmak için çözelti filtrelenir. Bu madde, üçüncü bir safsızlık bileşiğinden kırık cam parçalarına kadar herhangi bir şey olabilir. Başarılı bir prosedür için, süzme sırasında çözünmüş bileşiklerin çözeltiden kristalleşmesini ve böylece filtre kağıdı veya huni üzerinde kristaller oluşturmasını önlemek için süzme aparatının sıcak olduğundan emin olunmalıdır.
Bunu başarmanın bir yolu, sıcak bir plaka üzerinde az miktarda temiz solvent içeren konik bir şişeyi ısıtmaktır. Ağzın üzerine bir filtre hunisi yerleştirilir ve sıcak solvent buharları gövdeyi sıcak tutar. Ceketli filtre hunileri de kullanılabilir. Filtre kağıdı, dörde katlanmak yerine tercihen olukludur; bu, daha hızlı süzme sağlar, dolayısıyla istenen bileşiğin çözeltiden soğuması ve kristalleşmesi için daha az fırsat sağlar.
Filtrasyon ve yeniden kristalleştirmeyi iki bağımsız ve ayrı adım olarak yapmak genellikle daha basittir. Yani oda sıcaklığında uygun bir çözücü içinde "bileşik A" ve "katışıklık B" çözülür, süzülür (çözünmeyen bileşik/camın çıkarılması için), çözücü çıkarılır ve daha sonra yukarıda listelenen yöntemlerden herhangi biri kullanılarak yeniden kristalleştirilir.
tohumlama
Kristalizasyon bir başlatma adımı gerektirir. Bu kendiliğinden olabilir veya doymuş çözeltiye az miktarda saf bileşik (bir tohum kristali ) ekleyerek yapılabilir veya kristal büyümesi için bir tohumlama yüzeyi oluşturmak üzere cam yüzeyi basitçe çizerek yapılabilir . Toz parçacıklarının bile basit tohumlar gibi davranabileceği düşünülmektedir.
Tek mükemmel kristaller (X-ışını analizi için)
X-ışını kristalografisi için büyüyen kristaller oldukça zor olabilir. X-ışını analizi için tek mükemmel kristaller gereklidir. Tipik olarak az miktarda (5-100 mg) saf bileşik kullanılır ve kristallerin çok yavaş büyümesine izin verilir. Bu mükemmel kristalleri büyütmek için birkaç teknik kullanılabilir:
- Tek bir çözücünün yavaş buharlaşması - tipik olarak bileşik, uygun bir çözücü içinde çözülür ve çözücünün yavaşça buharlaşmasına izin verilir. Çözelti doygun hale geldiğinde kristaller oluşabilir.
- Çok çözücülü bir sistemin yavaş buharlaşması - yukarıdakiyle aynı, ancak daha uçucu çözücünün buharlaşması nedeniyle çözücü bileşimi değişir. Bileşik, uçucu çözücü içinde daha fazla çözünür ve bu nedenle bileşik, çözelti içinde giderek daha fazla çözünmez hale gelir ve kristalleşir.
- Yavaş difüzyon - yukarıdakine benzer. Bununla birlikte, ikinci bir çözücünün bir kaptan bileşik çözeltisini içeren bir kaba buharlaşmasına izin verilir (gaz difüzyonu). Çözelti içinde gaz difüzyonu olan çözücüdeki bir artış nedeniyle çözücü bileşimi değiştikçe, bileşik çözelti içinde giderek daha fazla çözünmez hale gelir ve kristalleşir.
- Arayüz/yavaş karıştırma (genellikle bir NMR tüpünde gerçekleştirilir ). Yukarıdakine benzer, ancak bir çözücünün diğerine gaz yayması yerine, iki çözücü sıvı-sıvı difüzyonu ile karışır (yayılır). Tipik olarak, ikinci bir çözücü, bileşiği içeren çözeltinin üzerine dikkatlice "katlanır". Zamanla iki çözelti karışımı. Difüzyon nedeniyle çözücü bileşimi değiştikçe, bileşik çözelti içinde giderek daha fazla çözünmez hale gelir ve genellikle arayüzde kristalleşir. Ek olarak, alt katman olarak daha yoğun bir çözücünün ve/veya üst katman olarak daha sıcak bir çözücünün kullanılması daha iyidir, çünkü bu, çözücülerin daha yavaş karışmasına neden olur.
- "H"nin dikey çizgilerinden birinin bileşiğin bir çözeltisini içeren bir tüp olduğu ve "H"nin diğer dikey çizgisinin aşağıdakileri gerçekleştirmek için "H" şeklinde özel ekipman kullanılabilir. bileşiğin içinde çözünmediği bir çözücü içeren bir tüp ve "H"nin yatay çizgisi, iki dikey boruyu birleştiren ve aynı zamanda iki çözücünün karıştırılmasını sınırlayan ince bir cam sinterine sahip olan bir tüptür.
- Tek mükemmel kristaller elde edildikten sonra, kristalin 'kurumasını' önlemek için kristallerin bir miktar kristalizasyon sıvısı ile kapalı bir kapta tutulması tavsiye edilir. Tek mükemmel kristaller, kristal kafes içinde kristalleşme çözücüsü içerebilir . Bu iç çözücünün kristallerden kaybı, kristal kafesin parçalanmasına ve kristallerin toza dönüşmesine neden olabilir.
buz
İçin buz , yeniden kristalleştirme daha küçük olanlar pahasına daha büyük kristallerin büyümesi anlamına gelir. Bazı biyolojik antifriz proteinlerinin bu süreci engellediği gösterilmiştir ve etki, donmaya dayanıklı organizmalarla ilgili olabilir.
Ayrıca bakınız
- Craig tüpü , küçük ölçekli yeniden kristalleştirme için bir aparat
- Kristal yapı
- kristalizasyon
- Fraksiyonel kristalizasyon (kimya)
- Lazerle ısıtılan kaide büyümesi
- tohum kristali
- Tek kristal
Referanslar
Referans kitapları
- Laurence M. Harwood; Christopher J. Moody; Jonathan M. Percy (1999). Deneysel organik kimya: standart ve mikro ölçekleme . ISBN'si 9780632048199.
- John Leonard; B. Lygo; Garry Procter (2 Haziran 1994). Gelişmiş pratik organik kimya . ISBN'si 9780748740710.