9.3.3 Zuur/base extracties

De sleutel tot het scheiden van organische verbindingen door middel van extractie bestaat uit het kiezen van de vorm van de stof waarmee je te maken wilt hebben.

Uit bovenstaande volgt bijvoorbeeld dat, door het verwijderen van een proton, benzoëzuur, welke goed oplosbaar is in ether, in de waterige fase kan worden 'getrokken'. Dit kan dan worden gedaan door te extraheren met een 5% waterige NaOH-oplossing. De base haalt het proton van het zuur af, waardoor het een RCOO- ion wordt, wat goed oplosbaar is in water en slecht oplosbaar is in ether. Hierdoor blijft een organische fase achter die bestaat uit alle in de organische fase oplosbare stoffen die niet zuur zijn ofwel: neutrale of basische verbindingen.

Als we later het zuur uit de waterige fase willen drijven kunnen we dit doen door de waterige fase aan te zuren (voorzichtig: er zal warmte vrijkomen!). Dit zal leiden tot protonering van het benzoaation en leiden tot precipitatie van het benzoëzuur of het zal oplossen in de nieuwe organische fase indien deze is toegevoegd.

Aan de andere kant kunnen we op een soortgelijke manier een amine als aniline uit de organische fase (bijvoorbeeld ether) halen door deze te extraheren met een 5% HCl oplossing. Dit zuur protoneert de aniline waardoor het in water oplosbaar wordt. Om de aniline terug te kunnen winnen moet de dan afgescheiden waterlaag gewoon weer basisch worden gemaakt.

Deze eigenschappen leiden tot de volgende algemene regel:

Extraheer zuren (uit een organische fase) met een base en extraheer basen (uit een organische fase) met een zuur

Dit principe kan worden geïllustreerd met de volgende diagrammen, welke laten zien welke vorm van een stof (de ionische vorm of de neutrale vorm) zal oplossen in een bepaalde fase (waterig of organisch).

Figuur 9.8 Voorbeelden van (organische laag) /( waterige laag) – evenwichten, die weergeven welke verbinding (ionisch of neutraal) in een bepaalde laag gaat zitten.

In dit voorbeeld is de organische fase steeds de bovenste laag wat het geval zal zijn voor bijvoorbeeld een ether/water systeem. Hetzelfde principe werkt natuurlijk ook als de organische fase de onderste laag is.

Scheiding van een mengsel dat zure, basische en neutrale componenten bevat

Het flowdiagram op de volgende pagina illustreert de scheiding van een mengsel dat zure, basische en neutrale componenten bevat. Om het mengsel te scheiden wordt begonnen met het op te lossen in ether. NB: In de organische chemie zijn de basische componenten die voorkomen meestal amines, de sterke zuren de carboxylzuren, de zwakke zuren de fenolzuren en voor de neutrale componenten komen een heleboel stoffen in aanmerking (zie figuur 9.9).

Om de basische stoffen eruit te krijgen wordt geëxtraheerd met 5% HCl oplossing. De basische component (een amine) zal worden geprotoneerd en vervolgens worden geëxtraheerd naar de waterige fase, terwijl zure en neutrale componenten in de organische fase zullen blijven. De lagen worden gescheiden en de waterige laag wordt voorzichtig (reactie!) basisch gemaakt met 6 M NaOH oplossing. Dit zal het amine doen precipiteren (als het een vaste stof is) of het zal een eigen laag vormen (als het een vloeistof is). Als het op dit moment makkelijk is om de lagen te scheiden, wordt dit gedaan.

Als dat niet het geval is, omdat er bijvoorbeeld een troebele oplossing overblijft, wordt een nieuwe hoeveelheid ether toegevoegd, en wordt de ether laag die de amine bevat, afgescheiden, gewassen met een waterige verzadigde NaCl-oplossing en gedroogd over watervrije Na2S04 gefilterd en afgedampt. Wat uiteindelijk de amine oplevert. Als er na deze procedure geen product wordt verkregen, betekent dit dat er geen basische component aanwezig was.

Figuur 9.9 Opsplitsen van een mengsel van zure(AH), basische (B:) en neutrale componenten (N) door middel van extractie.

Vervolgens kunnen we na gaan of er een zure component in het mengsel aanwezig is. De oorspronkelijke etherlaag, welke nog steeds zure en neutrale componenten kan bevatten, wordt geëxtraheerd met 5% waterige NaHCO3. Deze zwakke base zal sterke zuren (zoals carboxylzuren) doen opsplitsen, echter de zwakkere zuren zullen door deze zwakke base niet worden opgesplitst. De waterige laag zal dus alleen sterke zuren bevatten. Deze laag kan worden afgescheiden en worden aangezuurd met geconcentreerd zoutzuur. Hierdoor zullen grote hoeveelheden CO2-gas ontwijken:

Reactie: HCO3-(aq) + H+ à H2CO3(aq) à H2O(l) + CO2(g)

Hierdoor zal het sterke zuur uit de zure oplossing worden gedreven. Het kan op soortgelijke manieren worden verkregen als hierboven beschreven is voor de amines. Filtratie, scheiden van lagen, of extractie met een nieuwe portie ether.
Als er geen product is verkregen, betekent dit dat er geen sterke zuren (carboxylzuren) aanwezig waren in het mengsel.

Om zwakke zuren (bijvoorbeeld fenolen) te extraheren uit het mengsel, is een zwakke base als NaHCO3 onvoldoende. Hiervoor is een sterkere base nodig, bijvoorbeeld een 5% waterige NaOH-oplossing. Dit is dus de volgende stap. Het extraheren van de ether laag met 5% waterige NaOH-oplossing leidt tot het opsplitsen van zwakke zuren. Door de afgescheiden waterige laag aan te zuren kan de zwak zure component worden verkregen.
Alles wat nu nog aanwezig is in de oorspronkelijke etherlaag, na extracties met HCl, NaHCO3, of NaOH, moet neutraal zijn. Was de etherlaag met een verzadigde NaCl-oplossing om het meeste water uit de ether laag te verwijderen en droog het met Na2SO4 om de laatste sporen water te verwijderen. Decanteer of filter de ether oplossing om het droogmiddel te verwijderen en damp de ether af zodat uiteindelijke de neutrale component kan worden verkregen.

vorige pagina volgende pagina