Химические методы получения индивидуальных органических веществ

Определение

Органический синтез — раздел органической химии и технологии, направленный на получение органических соединений с заданными ценными физическими, химическими и биологическими свойствами и изучающий свойства полученных соединений и их строение (идентификация).

Органический синтез может проводиться в лабораториях или на производстве и играет фундаментальную роль в становлении органической химии как науки и в ее дальнейшем развитии, обеспечивая постоянно расширяющийся круг изучаемых объектов. В промышленных масштабах сегодня синтезируются многие лекарственные препараты, растворители, реактивы.

В лабораториях для органического синтеза используют специальную химическую посуду и оборудование (см. тему «Химическая посуда, оборудование, реактивы»).

Различают тяжелый и тонкий органический синтез.

Определение

Тяжелый, или основной органический синтез — промышленное многотоннажное производство органических веществ, основанное на переработке природного сырья — нефти, природных горючих газов, нефтяных попутных газов и газов нефтепереработки.

Определение

Тонкий органический синтез — промышленное малотоннажное производство органических веществ сложного строения, характеризующееся многостадийностью, высокой точностью и сложностью производственных процессов.

Методы выделения индивидуальных органических веществ

Физико-химические методы, применяемые в органическом синтезе, направлены на выделение и очистку получаемых индивидуальных соединений. С этой целью используют фильтрование, возгонку, кристаллизацию, перегонку и экстракцию.

Определение

Фильтрование — способ механического разделения неоднородных смесей (суспензий или аэрозолей) при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость или газ, но задерживающих твердые частицы.

Сегодня в лабораториях чаще всего используют фильтры двух видов: бумажные и мембранные. Бумажные фильтры различаются размером пор и скоростью фильтрации: медленно фильтрующие — синяя лента, средне фильтрующие — белая лента, и быстро фильтрующие — красная лента. Мембранные фильтры также выпускаются с различными размерами пор и с различными диаметрами в виде дисков и изготавливают из полиамида или полиэфирсульфона. Фильтры вкладываются в специальные воронки. Для мембранного вакуумного фильтрования в лабораториях используют воронки с уже заранее встроенным полимерным фильтром или используют приборы для вакуумного фильтрования.

Определение

Возгонка (сублимация) — физический способ разделения смесей (чаще всего растворенного вещества и растворителя), основанный на свойстве некоторых веществ кристаллизоваться на охлажденной твердой поверхности из паров.

Вещества, которым свойственно возгоняться, лучше освобождать от примесей именно этим способом, а не перекристаллизацией, поскольку при возгонке, если вещество не склонно к окислению, потери очищаемого вещества меньше. При достаточно высоком вакууме можно возогнать большинство органических соединений без разложения с выходом более 95 %.

Определение

Кристаллизация — физический метод выделения индивидуальных веществ, основанный на фазовом переходе, то есть переходе вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое или из одного кристаллического состояния в другое (рекристаллизация).

В лаборатории этот процесс используется для выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в химической промышленности часто используется для получения веществ в чистом виде.

Определение

Перегонка, или дистилляция (лат. distillatio — стекание каплями) — физический метод, основанный на испарении жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.

Перегонка очень часто применяется в химической лабораторной практике и в промышленном производстве (прямая перегонка нефти) для разделения растворов жидкостей или твердых тел в жидкостях, а также их смесей. Это процесс, основанный на неодинаковой летучести жидкостей и состоящий в превращении жидкости в пар при кипячении с последующим охлаждением в холодильнике и переходом в жидкое состояние.

Определение

Экстракция (от лат. extraho — извлекаю) — физико-химический метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстрагента). Для извлечения из смеси применяются растворители, не смешивающейся с этой смесью.

Экстракция применяется в основном в лабораториях, процесс включает три последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом путем многократного встряхивания; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз с помощью делительной воронки; удаление экстрагента из обеих фаз. После механического разделения получают экстракт (раствор извлекаемого вещества в экстрагенте) и рафинат (остаток исходного раствора или твердого вещества). Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией или кристаллизацией.