Экстракция органических веществ из водных растворов

В настоящей работе используется метод экстракции растворенного в воде анилина органическим растворителем – диэтиловым эфиром. Органические вещества обычно более растворимы в органических растворителях, чем в воде, поэтому они могут быть экстрагированы (извлечены) из водных растворов при встряхивании последних с растворителем, который не смешивается с водой.

Метод экстракции основан на законе распределения какого-либо растворенного вещества (в нашем случае - анилина) между двумя несмешивающимися жидкостями:

с ₁/ с ₂ = Const = K,

где с ₁ и с ₂ - концентрации анилина в слоях жидкостей 1 и 2 (рис. 22); К – коэффициент распределения вещества в двух несмешивающихся жидкостях. Коэффициент К при постоянной температуре для каждого вещества и двух не смешивающихся друг с другом жидкостей постоянен.

Если к водному раствору добавляют электролит (например, NаСl), растворимость органического соединения в нем (с ₂) умень­шается. Органическое соединение “высали­вается” из раствора, что способствует его экстракции из водного слоя.

Рис. 22. Разделение несмешивающихся жидкостей в делительной воронке

Следует иметь в виду, что лучшие результаты могут быть получены при многократном повторении процесса экстракции малыми порциями экстрагента, чем при однократном экстрагировании сразу всем его количеством. Так, в водной фазе останется меньше анилина, если его экстрагирование проводить дважды порциями эфира по 10 мл, чем один раз порцией в 20 мл.

Анилин можно экстрагировать из водного раствора не только диэтиловым эфиром, но и другими растворителями: бензолом, толуолом и т.п. Однако повышение температуры кипения растворителя, применяемого для экстракции, приводит к трудности отделения его от анилина с помощью простой перегонки. Для удаления высококипящего растворителя из его смеси с анилином смесь приходится долго нагревать при высокой температуре, близкой к температуре кипения анилина. Это приводит к сильному окислению последнего. Для экстрагирования первичных аминов ни в коем случае нельзя применять галогенопроизводные углеводородов типа хлороформа, четыреххлористого углерода и т.п., так как при перегонке таких растворов образуются скверно пахнущие карбиламины (изоцианиды). Например, с анилином:

Запах изоцианидов настолько силен, что эту реакцию специально применяют для обнаружения ничтожных примесей первичных аминов.

Хлористый кальций не пригоден для осушки растворов ароматических аминов из-за его способности образовывать жидкие двойные соединения состава ArNH₂·CaCl₂.

Растворы анилина в органических растворителях перед перегонкой высушивают твердыми едким кали или едким натром, которые связывают воду, но не реагируют с анилином.

Контрольные вопросы

1. Нитробензол и анилин не могут кипеть при той температуре, при которой проходит реакция (95 – 98 °С). Зачем же при восстановлении нитробензола в анилин используется обратный холодильник?

2. Как можно обнаружить присутствие примеси нитробензола в анилине? Как это используют при определении конца реакции восстановления?

3. Перечислите все органические и неорганические вещества, которые содержатся в реакционной смеси после окончания процесса восстановления.

4. Зачем перед отгонкой анилина с паром в реакционную смесь добавляют едкий натр до щелочной реакции?

5. Как можно отделить от анилина нитробензол, используя различия в химических свойствах этих веществ?

6. Сравните между собой растворимости в воде анилина и нитробензола. Как зависит растворимость органических веществ в воде от строения их молекул?

7. С какой целью после перегонки с паром в дистиллят добавляют поваренную соль? Можно ли для этой цели вместо хлористого натрия использовать другие соли?

8. Напишите химическую реакцию, позволяющую обнаружить анилин в его водном растворе (например, в прозрачном дистилляте при перегонке с водяным паром).

9. Как практически проводят экстрагирование анилина из дистиллята? Какие растворителя для этой цели можно использовать?

10. Чем и как следует осушать раствор анилина в органическом растворителе?

11. Как можно отделить анилин от толуола, используя различия в их химических свойствах? Какой способ разделения применяется в настоящей работе?

13. Какие методы предосторожности следует принимать при синтезе анилина?

Дата добавления: 2015-10-21