SENTEZ LABORATUVARI Sentez yolu ile kimyasal madde elde edilirken birbirini izleyen bazı fiziksel ve kimyasal işlemler uygulanır.

... konulu sunumlar: "SENTEZ LABORATUVARI Sentez yolu ile kimyasal madde elde edilirken birbirini izleyen bazı fiziksel ve kimyasal işlemler uygulanır."— Sunum transkripti:

1 SENTEZ LABORATUVARI Sentez yolu ile kimyasal madde elde edilirken birbirini izleyen bazı fiziksel ve kimyasal işlemler uygulanır.

2 Fiziksel İşlemler Absorbsiyon Adsorbsiyon Kurutma Isıtma Soğutma Buharlaştırma Distilasyon Ekstraksiyon Kristallendirme (Billurlandırma) Karıştırma Süzme Santrifüjleme

3 1. Kurutma a)Organik Katı Maddelerin Kurutulması 1. Basit olarak havada 2. Kurutucu maddelerle (desikatörde) (Adi basınçta kurumayanlar için vakum desikatörleri kullanılır)

4 Desikatörde kurutucu olarak: ● d.H 2 SO 4 ( sünger taşına emdirilerek ) ● Ergitilmiş granüle CaCl 2 ● Katı KOH ●

5 b) Sıvıların ve Çözeltilerin Kurutulması Anorganik kurutucu madde ile çözeltiler arada sırada çalkalanarak bekletilir. Pileli süzgeç kağıdından süzülerek kurutucu madde uzaklaştırılır. Sıvı distile edilir. Dikkat edilmesi gereken hususlar ! Kullanılan kurutucu madde çok fazla kullanılmamalı ve porsiyonlar halinde ilave edilmelidir. ! Su çekici maddenin organik madde ve çözücü ile reaksiyon vermemesi gerekir. ! Reaksiyonları katalize etmemelidir.

6 Kurutucu olarak kullanılan anorganik kimyasal maddeler değişik mekanizmalarla kurumayı sağlarlar: 1 ) Suyu parçalayarak ( ) 2 ) Su ile asid oluşturarak ( ) 3 ) Su ile baz oluşturarak ( ) 4 ) Su ile hidrat yaparak ( )

7 CaCl 2. 6H 2 O Na 2 CO 3. 10 H 2 O Na 2 SO 4. 10H 2 O KOH. n H 2 O MgSO 4. 7H 2 O NaOH. n H 2 O CuSO 4. 1 veya 5 H 2 O CaSO 4. 0.5 H 2 O K 2 CO 3 1.5 veya 2 H 2 O

8 c) Gazların Kurutulması Gazların kimyasal yapısına göre çeşitli kurutucular kullanılır. ● O 2, H 2, N 2, CO 2, CO, Cl 2, SO 2 gibi gazlar d.H 2 SO 4 içeren şişelerden veya granüle CaCl 2 üzerinden geçirilerek kurutulur. ● Silikajel, NaOH, CaO (NH 3 için), P 2 O 5 içeren U borularından geçirilip kurutulur.

9 2) ISITMA Isıtma yapmamızdaki AMAÇ:  Reaksiyonun yürütülmesi, hızlandırılması ( hemen her reaksiyona uygulanır )  Bir maddenin çözücüde çözünmesini arttırmak, hızlandırmak ( billurlandırma )  Bir sıvıyı buharlaştırmaktır (distilasyon, yoğunlaştırma )

10 Isıtma işlemi için kullanılan ARAÇLAR: Bunsen beki Su banyosu Elektrikli mantolar Yağ banyosu Doymuş tuz eriyikleri banyosu Metal banyoları Buhar banyoları Hava banyoları Kum banyosu Elektrikle ısınan plaklar

11 Alevle ısıtma : Bunsen beki Banyolarda ısıtma: elektrikli su banyoları (Alev alan maddeler) !!! Su banyosu 100 0 C ‘de kaynar. Reaksiyon kabının ısısı 80 0 C olur. Elektrikli mantolar: Fazla sıcaklık elde etmek istiyorsak (distilasyon yaparken karşılaşacağız)  Bazı organik çözücülerin kaynama dereceleri:

12 Doymuş tuz eriyikleri banyosu: Sudan daha fazla sıcaklık sağlayabilir. Doymuş eriyikler k.d. ( o C) Na 2 CO 3 NaCl NaNO 3 K 2 CO 3 CaCl 2 Yağ banyoları: 100 o C den daha yüksek ısı sağlarlar. Örneğin; sıvı parafin 220 o C

13  Laboratuvarda, Alevle yapılan ısıtmada “…………………” ; Yanıcı, parlayıcı maddelerle çalışıldığında elektrikli “…………………………” kullanılır.

14  Laboratuvarda ısıtmalı reaksiyonlar balonda yapılır. Balon içine çözücü ve madde konulup ısıtılmaya başlatıldığında çözücü buharlaşır. Isınan çözeltinin buharlaşıp uçmasını önlemek için geri çeviren soğutucu kullanılır.

15 3) KAYNATMA Kaynama: Bir sıvının buhar basıncının, sıvının üstündeki gazın basıncına eşit olduğu sıcaklıktır. (açık havada kaynatma durumunda 1 atm. ) Amaç: Isıtmadaki amaçlarla aynıdır. Kaynatmayı - kolaylaştırıcılar: - -

16 Geri Çeviren Soğutucu Altında Isıtma ; Amaç:  gibi nedenleri ortadan kaldırmak

17 Geri çeviren soğutucularla soğutma hava veya suyla yapılır.  K.N >150 o C Hava soğutucusu  K.N=100 -150 o C Durgun su soğutucusu (su akımı,su giriş ve çıkışı yok)  K.N <100 o C İçinden su geçen soğutucular

18 1) Hava ile soğutma: Hava soğutucusu camdan düz bir borudur. Reaksiyon kabına mantar bir tıpa ile monte edilir. Hava soğutucusu olarak içinden su geçmeyen soğutucu da kullanılır.

19 2) Su ile soğutma 150 o C’den düşük kaynama dereceli maddelerle çalışılırken içinden su geçen veya içinde durgun su bulunan soğutucular kullanılır. Bu soğutucuların amaca uygun olarak kullanılan türleri mevcuttur. Soğutucuda su girişi alttan, çıkışı üsttendir.

20 …………….… ……………….. …………………. ………………

21  Maddenin kaynama noktası düşük ise iyi soğutma işlemi yapan soğutucular kullanılmalıdır. Akım halinde su geçen soğutucular bu işlevi sağlar.  Soğutucular; dikey durumda  …………………………… yatay durumda  ……………………………

22 4) KARIŞTIRMA Amaç:  Bir maddeyi çözücüde hızlı çözmek  İlkel maddelerin birbiriyle temasını kolaylaştırmak  Reaksiyonların çabuk yürümesini sağlamak  Reaksiyon ortamında maddenin ve ısının homojen dağılımını sağlamak Bu amaçla laboratuvarda; baget ve manyetik karıştırıcılar (redüksiyon reak.) kullanılır.

23 5) SOĞUTMA Amaç :  Reaksiyon hızını yavaşlatmak  Çözünürlüğü azaltmak  Sıvının buharlaşma hızını azaltmak -Buz + su ( 0-5 o C arasında sıcaklık sağlanır) (Diazo reaksiyonu) -Buz + tuz -Su + tuz (bazı tuzlar endotermik olarak çözünür) -Organik çözücü + CO 2 karı (kuru buz) -Organik çözücü + azot

24 Buz-Tuz Karışımları Tuz Oran (tuz:buz) En düşük sıcaklık ( o C) CaCl 2.6H 2 O 1:2.5 -10 NH 4 Cl 1:4 -15 NaCl 1:3 -20 CaCl 2.6H 2 O 1:0.8 -40  Buz bulunmadığı taktirde bazı tuzların suda çözünmesi sırasında sıcaklığın düşmesinden yararlanılır. Örneğin; 1 k NaNO 3 +1-2 k su -15-20 o C (10 o C den) 3 k NH 4 Cl + 10 k su - 15 o C (13 o C den) 11 k Na 2 S 2 O 3 + 10 k su - 8 o C (11 o C den) 3 k NH 4 NO 3 + 5 k su - 13 o C (13 o C den)

25 Çözücü/Soğutucu En düşük sıcaklık ( o C) Etilen glikol/CO 2 -15 CCl 4 /CO 2 -23 CHCl 3 /CO 2 -60 Aseton/CO 2 -78 Toluen/CO 2 -95 Eter/CO 2 karı-100

26 AYIRMA VE SAFLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ  Elde edilen ürünün yan ürünlerden ve reaksiyona girmemiş maddelerden arındırılması 1) Katı maddelerin sıvıdan ayrılması : a) Süzme b) Trompla süzme c) Basınç altında süzme d) Santrifüjleme 2) Billurlandırma 3) Ekstraksiyon 4) Dializ

27 5) Elektroforez 6) Kromatografi 7) Süblimasyon 8) Distilasyon : a) b) c) d) e)

28 1) SÜZME Katı bir maddenin bir sıvıdan ayrılmasını sağlamak için yapılan işlemdir. Süzme için huni kullanılır. Normal huni veya kesik saplı huni

29 Süzgeç kağıdı ;  katı maddenin gerektiği durumlarda “ …………………………………..”  sıvının gerektiği durumlarda hızlı süzme sağlamak için “………………………….”

30 Trompla süzme :  Porselenden yapılmış Buchner hunisi ve camdan yapılmış Nuçe erleni kullanılır.  Su trompuyla vakum oluşturulup süzme gerçekleştirilir.  Buchner hunisinin içi deliklidir.  Avantajı: - Çok miktarda maddenin hızlı süzülebilmesi - Daha fazla çözücü uzaklaştırıldığı için maddenin kolay kuruması

31 2) YENİDEN BİLLURLANDIRMA (KRİSTALLENDİRME)  Katı maddelerin temizlenmesini sağlayan bir işlemdir. Bu işlemle organik reaksiyonlar sonucunda oluşan madde, istenmeyen yan ürünlerinden veya reçineleşmiş kısımlardan kurtarılır.  Billurlandırmada kullanılacak çözücü; 1) Saf olmalıdır. 2) Maddeyi çözücünün kaynama derecesi civarında çözmelidir. 3) Soğutulduğunda da billurlanmayı sağlayabilmelidir. (Çözücü maddeyi sıcakta çok, soğukta az çözmelidir ) 4) Ayrıca zehirli olmamalıdır.

32 Billurlandırmaya elverişli çözücü deneme yapılarak seçilir: Bunun için ufak deneme tüplerine eşit miktarda ~ 0.1 g kadar madde alınır. Her birinin üzerine çeşitli çözücülerden damla damla olmak üzere 1 ml kadar ilave edilir. Madde çözücülerin herhangi birinde soğukta çözünürse billurlandırma için UYGUN DEĞİLDİR. Yine her seferinde 0.5 ml olmak üzere 3 ml çözücü ilavesiyle ısıtıldığında çözünmüyorsa o çözücü billurlandırma için UYGUN DEĞİLDİR. Kaynatıldığında madde çözünüp, soğutulduğunda da billurlanırsa o çözücü billurlandırma için UYGUNDUR.

33 Billurlandırmada kullanılan çözücüler: Su, etanol, metanol, n-butanol, aseton, CHCl 3, CCl 4, etilasetat, benzen, petrol eteri, eter, glasiyel asetik asid.  Laboratuvarda billurlandırma için kullanacağımız çözücüler su ve etanol ! Su ile billurlandırma yaparken ısıtıcı olarak bek alevi, etanol ile billurlandırma yaparken ise su banyosu

34 Billurlandırmanın yapılışı: Gerekli malzemeler:

35 UYARILAR: 1) Kesik saplı huni kullanılmalıdır.  Kesik saplı huni, sadece billurlandırma esnasında geri çeviren soğutucu olarak –sıcak sıvının süzülme esnasında soğumasını ve sap kısmında billurların oluşmasını engellemek amacıyla- kullanılır. 2) Pileli süzgeç kağıdı kullanılmalıdır.  Süzme işleminden önce –doymuş çözeltinin kağıtta kalmasını engellemek amacıyla- süzgeç kağıdı çözücü ile ıslatılmalıdır. 3) Madde çözeltisinin süzüleceği erlen sıcak olmalıdır.

36 4) Süzerken baget kullanılmalıdır.  Çözeltinin sızmasını –madde kaybını- önlemek için kullanılır. 5) Hazırlanan madde çözeltisi çok yoğunsa ve süzerken süzgeç kağıdında billurlanırsa yeniden çözücü ile çözülüp aynı yere süzülür. 6) Dikkat edilecek nokta Çok seyreltik çözelti hazırlanmamalı (doymuş çözelti) Bunun için önce az miktarda çözücü ilave edilir, gerekirse ufak porsiyonlar halinde fazlası konur, kaynatılır. (Maddenin içinde çözücüde çözünmeyen kirlilikler bulunması mümkün olduğundan gereğinden fazla çözücü ilavesinden kaçınmalıdır.)

37 7) Billurlanmanın geç olduğu durumlarda madde billuru atılarak aşılama yapılabilir veya cam bir bageti erlenin iç kenarına sürterek billurlanma başlatılabilir. 8) Çok seyreltik bir çözeltiyse fazlası yoğunlaştırılıp (kullanılan çözücünün bir kısmı uçurulup) tekrar bekletilir. 9) Süzüntü fazla sarsılır veya ani olarak soğutulursa billurlar küçük olabilir ve içinde kirlilikler barındırabilir. 10) Sulu çözelti kullanılmış ise süzme işlemi behere de yapılabilir.

38 11)Billurlandırma sırasında ortamda renkli kirlilikler varsa çözeltiye %1-2 oranında hayvan kömürü ilave edilip 5-10 dk. kaynatıldıktan sonra 2 adet pileli süzgeç kağıdından süzülür. 12)Bekletme sonucunda oluşan billurlar dörde katlanmış süzgeç kağıdından veya nuçeden süzülür ve kullanılan çözücüyle yıkanır. Süzme tamamlandıktan sonra kurumaya bırakılır. 13) Bazı maddelerin billurları çok küçük olur, onların yıkama işlemleri erlende yapılır.

39  Kaynama derecesi 80 o C den düşük olan çözücülerle çalışıldığında kaynatma geri çeviren soğutucu altında yapılmalıdır.  Toksik olmayan ve alev almayan çözücülerle çalışırken kap üzerine geri çeviren soğutucu olarak kesik saplı huni oturtulabilir.

40 Çözücü Karışımlarıyla Billurlandırma: Madde kolay çözündüğü çözücüde çözülür. Pileli süzgeç kağıdından ikinci erlene süzülür. Maddenin güç çözündüğü çözücü sıcak olarak süzüntüye bulanıklık oluşuncaya kadar damla damla ilave edilir. İlk eriticiden bulanıklık gidinceye kadar damla damla ilave edilir ve soğumaya bırakılır. Örneğin; ……

41 3) EKSTRAKSİYON Sıvı içinde çözünmüş halde bulunan veya sulu bir süspansiyondan veya katı maddeler karışımından maddeyi ayırmak için uygulanan bir işlemdir.

42 Yapılışı: Maddeyi sulu bir çözeltiden organik çözücü ile ekstre etmek için ayırma hunisi kullanılır. Ayırma hunisi içine konan sulu çözelti üzerine az miktarda ekstraksiyon çözücüsü ilave edilip kapağı kapatılıp 2-3 dakika çalkalanır. Arada sırada ters çevirilip musluk açılır. İçerideki gaz veya hava çıkışı sağlanır. Bir süre bekletilerek fazların ayrılması sağlanır. Musluktan alt faz toplanır, kalan kısım üst fazdan alınır.

43  Ekstraksiyonda kullanılacak çözücünün, maddeyi çözmüş olan ilk ortamdan (bu genellikle sudur) daha fazla eritmesi yani daha fazla çözmesi ve ayrıca çözücü ile hemen hemen hiç karışmaması gerekir.  Ekstraksiyonda eter, benzen, CHCl 3 ve CCl 4 en fazla kullanılan çözücülerdir.  Eterle ekstraksiyonda eter üst faz, Kloroformla ekstraksiyonda kloroform alt fazda

44 HESAP: Sulu bir çözeltiden ekstraksiyon çözücüsü ile ne kadar maddenin ekstre edilebileceği bir formülle hesaplanır. Bu formülde; Bir A çözeltisi bununla karışmayan B çözücüsü ile çalkalandığında madde bu iki sıvıda, sabit sıcaklıkta konsantrasyonları oranı sabit olacak şekilde dağılır. Buna “……………………………...” denir.

45 İçerisinde S g madde içeren D ml (A) çözeltisi, E ml (B) çözücüsü ile ekstre edildiğinde B sıvısına geçen miktar X g olsun, ekstraksiyon sonunda A çözeltisinde kalan madde miktarı S – X olur. Maddenin A ve B çözücülerindeki konsantrasyonlarının sabit olduğu düşünüldüğünde ;

46 Katı maddelerin katılardan (ayrılması) ekstraksiyonu ; Maserasyon, dijestiyon ve perkolasyon gibi usullerle sağlanır.  Maserasyon: Katı maddelerin adi temperatürde çözücü ile temasta bırakılarak eriyebilen kısımların çözücüye geçmesidir. Drogdaki madde çözücüye geçer.  Dijestiyon: Sıcakta uygulanan maserasyon şeklidir.  Perkolasyon: Bir maserasyon şeklidir. Perkolatör denen aletler kullanılarak yapılır. Droglardaki etken maddelerin kazanılmasında kullanılır.

47 4) DİSTİLASYON Tanım: Uçucu sıvı veya sıvıları, uçucu olmayan maddeden ve çoğunlukla kaynama dereceleri farklı iki veya daha fazla sıvıyı birbirinden ayırmak için kullanılır. Distilasyon çeşitleri: 1- 2- 3- 4- 5-

48 1-Basit Distilasyon:  Bunun için yan borusu bulunan uzun boyunlu bir distilasyon balonu kullanılır.  Distilasyon balonuna delinmiş bir mantara geçirilmiş bir termometre takılır, burada termometrenin civa haznesinin yan borunun biraz aşağısında –yaklaşık 1 cm- olmasına dikkat edilmelidir.  Isı ile oluşan buharların yoğunlaşmasını sağlamak için yan kol bir mantarla soğutucu ile birleştirilir. Soğutucu maddenin kaynama derecesine göre seçilir.  Soğutucunun altına toplama kabı konur.  Distilasyon balonu ısıtılır, madde çözeltisi buharlaşır, yan koldan soğutucuya gelir ve burada yoğunlaşarak toplama kabına gelir.

49 ……………. …………………..…… ……..………… ……………. …………... ………

50 Basit distilasyon teorik olarak ne zaman başlar?  ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… … Basit distilasyon pratik olarak ne zaman başlar?  ……………………………………………………………… …………….…………………………………………….….… Basit distilasyon ne zaman biter?  ……………………………………………………………… …………………………………………………………………

51 2- Su Buharı Distilasyonu:  Su ile karışmayan veya sınırlı miktarda karışabilen ve su ile sürüklenebilen sıvıların distile edilmesinde kullanılan bir metoddur. Su ile sürüklenebilen bir maddeyi uçucu olmayandan ayırmak için de kullanılır.  A balonunda su 2/3’ üne kadar doldurulup kaynatılır. Bu esnada B balonu kaynamaya kadar ısıtılmalıdır (gelen su buharının yoğunlaşmasını önlemek için). Bu arada A ve B balonu arasındaki bağlantı tıpası açıktır. Sonra bağlantı yapılır ve maddeyi gelen su buharı alarak buhar halde soğutucuya getirir. Yoğunlaşarak distila kabında toplanır. Distilasyon bitişinde ise önce lastik bağlantı açılır (B’den A balonuna sifon yapmasın diye).

52 ……….. ………. Isı ……………. …………. ……….. …………… …………… ………..

53 Su buharı distilasyonu teorik olarak olarak ne zaman başlar?  ……………………………………..………… Su buharı distilasyonu pratik olarak olarak ne zaman başlar?  ………………………………………………. Su buharı distilasyonu ne zaman biter?  ………………………………………………..

54 Karışımın kaynama derecesi, maddenin kaynama derecesinden daha düşüktür. Bu nedenle kaynama derecesi yüksek olan veya kendi kaynama derecesinde bozunan ve su buharı ile sürüklenebilen birçok madde daha düşük bir temperatürde distile edilebilir. ÖRNEK: İyodobenzenin K.D. 188-9ºC’ dir. Su buharı ile yapılan distilasyon karışım 98.2ºC’ de distile olur. 98.2ºC’ de suyun buhar basıncı 712 mmHg, iyodobenzenin buhar basıncı 48 mmHg olduğundan toplam basınç 760 mmHg’ ya eşit olduğunda su ve madde birlikte distile olur.

55  Toplanan distilada ne kadar suya karşılık ne kadar madde olacağını formülle hesaplayabiliriz.  Her iki maddenin buhar fazdaki mol sayıları parsiyel basınçları ile orantılıdır. n A, n B = Buhar fazdaki mol sayıları P A, P B = Parsiyel basınçları Mol sayıları ise, W A, W B = madde miktarı M A, M B = molekül ağırlığı

56  Formülü iyodobenzen için kullanırsak distilasyon sonunda toplanan iyodobenzen miktarını bulabiliriz: Suyun ağırlığı / İyodobenzenin ağırlığı= W A / W B = 18 x 712 / 204 x 48 = 1.3 / 1  Distilada yaklaşık 1.3 g suya karşılık 1 g iyodobenzen bulunacaktır. (% 43 iyodobenzen içeren bir distiladır.)

57 VERİM Deney sonunda kazanılan saf madde miktarıdır. Ancak çeşitli nedenlerden dolayı elde edilen ürün miktarı hesaplanan teorik miktardan daha az olur. Nedenleri: Yan reaksiyonların da meydana gelmesi Bazı reaksiyonların geri dönüşümlü olması Ayırma ve temizleme sırasında maddenin kaybı Maddenin izole edilmeden önce bozunabilmesi Uçucu maddelerle çalışmalarda azalma olasılığı Kuru ortamdaki çalışmalarda reaktiflerin su ihtiva etmesi Reaktiflerin ve maddelerin saf olmaması

58 Teorik Verim: Kullanılan ilkel maddelerin, tamamen reaksiyona girmesi halinde vereceği ürün miktarıdır. Yüzde Verim: Elde edilen saf ürünün (Pratik Verim) teorik olarak hesap edilen (Teorik Verim) miktara oranıdır.

59 Billurlandırmanın yapılışı: Gerekli malzemeler: 2 adet erlen, kesik saplı huni, pileli süzgeç kağıdı, baget, seçilmiş uygun çözücü, uygun ısıtıcı. Elde edilen ham ürün; Bir erlenin içerisine alınır. Üzerine azar azar ilave edilen çözücü ile berrak bir eriyik elde edilinceye kadar, geri çeviren soğutucu altında veya erlen üzerine kesik saplı huni oturtularak kaynatılır. Maddenin sıcakta doymuş çözeltisi hazırlanmış olur. Maddenin içinde çözücüde çözünmeyen kirlilikler bulunabilir, lüzumundan fazla çözücü ilavesinden kaçınılmalıdır.

60 Hazırlanan bu doymuş çözelti ısıtılmış olan ikinci erlene yine aynı kesik saplı huni ile pileli süzgeç kağıdından süzülür. Süzmeye başlamadan önce pileli süzgeç kağıdı kullanılan çözücü ile ıslatılmalıdır. Süzme işlemi bir baget yardımıyla yapılmalıdır. Erlen süzme tamamlanana kadar ısıtıcı üzerinde kalmalıdır. Süzülme tamamlandıktan sonra erlen mümkün olduğunca sallamadan yavaşça ısıtıcı üzerinden kaldırılarak soğumaya bırakılmalıdır.  Kaynama derecesi 80 o C den düşük olan eriticilerle çalışıldığında kaynatma geri çeviren soğutucu altında yapılmalıdır.  Toksik olmayan ve alev almayan çözücülerle çalışırken kap üzerine geri çeviren soğutucu olarak kesik saplı huni oturtulabilir.