1. Trang Chủ
  2. Hoá học
  3. Giáo trình Thí nghiệm hóa hữu cơ: Phần 2

Giáo trình Thí nghiệm hóa hữu cơ: Phần 2

Phần 2 cuốn giáo trình Thí nghiệm hóa hữu cơ đã trình bày các nội dung: Tổng hợp tert-pentyl chloride, sắc ký cột, tách các chất lỏng bằng phương pháp chưng cất, tổng hợp hương liệu isopentyl acetate, sắc ký lớp mỏng. Mời các bạn bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết. BÀI 4 TÁCH CÁC CHẤT LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT Mục tiêu bài thí nghiệm: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: • Trình bày được nguyên tắc kỹ thuật chưng cất, và phân biệt được chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn. •

Thể loại Tài liệu miễn phí Hoá học

Số trang 74

Ngày tạo 4/10/2023 7:15:18 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.96 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Thí nghiệm hóa hữu cơ: Phần 2 (.pdf)

Xem mẫu

  1. BÀI 4 TÁCH CÁC CHẤT LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT Mục tiêu bài thí nghiệm: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: • Trình bày được nguyên tắc kỹ thuật chưng cất, và phân biệt được chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn. • Áp dụng được kỹ thuật chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn nhằm tách hỗn hợp các chất lỏng. • Xây dựng được đồ thị nhiệt độ theo thể tích của quá trình chưng cất. • Đánh giá được kết quả khi chưng cất cùng một hỗn hợp chất lỏng sử dụng hai phương pháp chưng cất khác nhau. 4.1. NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN CẦN ĐỌC TRƯỚC Nhiệt độ sôi. Lý thuyết chưng cất. Định luật Konovolov và giản đồ cân bằng lỏng - hơi của hệ hai cấu tử trộn lẫn vào nhau. Kỹ thuật đo lường thể tích. Kỹ thuật đun nóng. 4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi của chất lỏng bằng áp suất môi trường. Sự khác biệt giữa thành phần pha hơi và pha lỏng của dung dịch là cơ sở để tách các cấu tử từ dung dịch bằng phương pháp chưng cất. Nhiệt độ sôi của các cấu tử ở một áp suất nhất định khác biệt nhau càng nhiều thì sự phân tách càng dễ thực hiện. Tùy vào sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các chất lỏng cần chưng cất mà lựa chọn kỹ thuật chưng cất phù hợp. Phạm vi áp dụng kỹ thuật chưng cất được trình bày trong Bảng 2.4.1. 63
  2. Bảng 2.4.1: Các tiêu chí của các kỹ thuật chưng cất Kỹ thuật chưng cất Các tiêu chí - Các chất lỏng trộn lẫn vào nhau Kỹ thuật chưng cất đơn - Nhiệt độ sôi chất lỏng < 150oC ở 1 atm (Hình 2.4.2) - Độ chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các chất >25oC - Các chất lỏng trộn lẫn vào nhau Kỹ thuật chưng cất phân đoạn - Nhiệt độ sôi chất lỏng < 150oC ở 1 atm (Hình 2.4.3) - Độ chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các chất 150oC ở 1 atm Hình 2.4.1: Cân bằng lỏng - hơi của hệ hai cấu tử tan lẫn vào nhau 64
  3. Hình 2.4.2: Hệ thống chưng cất đơn trong phòng thí nghiệm Hình 2.4.3: Hệ thống chưng cất phân đoạn trong phòng thí nghiệm 65
  4. 4.3. HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ 4.3.1. Hoá chất Ethanol 100 mL Nước cất 100 mL 4.3.2. Dụng cụ Tên dụng cụ Số lượng Bình cầu 250 mL 02 Nhiệt kế 100oC 02 Ống sinh hàn ruột thẳng 02 Khớp nối chưng cất 3 nhánh 01 Cột chưng cất phân đoạn 01 Bếp gia nhiệt 01 Khớp nối cong 02 Bộ giá đỡ + kẹp 02 Đá bọt Ống đong 50 mL 02 Bếp cách thủy 01 4.4. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 4.4.1. Chưng cất đơn Bước 1: Cho một hỗn hợp gồm 50 mL ethanol và 50 mL nước cất vào bình cầu 250 mL; Thêm 2 viên đá bọt vào bình cầu; Bước 2: Lắp hệ thống chưng cất đơn như Hình 2.4.2, mở hệ thống nước hoàn lưu; Bước 3: Tiến hành gia nhiệt từ từ để chất lỏng bắt đầu sôi. Duy trì 66
  5. quá trình sôi của chất lỏng. Theo dõi nhiệt kế, ghi nhận nhiệt độ khi giọt chất lỏng đầu tiên hứng được trong ống đong (ống thu nhận chất lỏng), lúc này cần điều chỉnh bếp để đạt tốc độ chưng cất mong muốn (10 giọt/phút); Bước 4: Ghi nhận nhiệt độ chưng cất như một hàm theo thể tích chất lỏng thu được. Mỗi 5 mL chất lỏng hứng được, ghi nhận nhiệt độ một lần; Bước 5: Chưng cất đến khi còn khoảng 20 mL chất lỏng trong bình cầu thì tắt bếp, ngừng chưng cất. Sau khi hệ thống đã nguội hẳn thì tắt nước hệ thống hoàn lưu. 4.4.2. Chưng cất phân đoạn Thực hiện tương tự thí nghiệm chưng cất đơn với hệ thống chưng cất được ráp như Hình 2.4.3. 4.4.3. Xây dựng đồ thị và phân tích kết quả Bước 1: Xây dựng đồ thị nhiệt độ theo thể tích của phương pháp chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn trên cùng một hệ trục. Bước 2: Giải thích kết quả thu được đối với từng phương pháp. Bước 3: Nhận xét và giải thích sự khác biệt về kết quả thu được khi sử dụng hai phương pháp chưng cất khác nhau. Bước 4: Kết luận. 4.5. NƠI ĐỔ CHẤT THẢI VÀ CHẤT THU HỒI Ethanol sau khi chưng cất được chuyển vào bình thu hồi ethanol (45 mL đầu tiên thu được từ hỗn hợp chất lỏng). Phần chất lỏng thu được ở giai đoạn tiếp theo và chất lỏng còn lại trong bình cầu được đổ vào bồn rửa. Đá bọt được thu hồi và để vào nơi để dụng cụ thí nghiệm. 4.6. CÂU HỎI Câu 1: Hãy trình bày nguyên tắc kỹ thuật chưng cất, và phân biệt chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn. Câu 2: Nêu một vài ứng dụng của kỹ thuật chưng cất trong thực tế. 67
  6. Câu 3: Tính phần mol của từng cấu tử trong hỗn hợp sử dụng trong kỹ thuật chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn ở bài thí nghiệm này. Câu 4: Tại sao trong bài thí nghiệm chỉ thu hồi 45 mL ethanol mà không thu hồi được toàn bộ 50 mL như lượng ban đầu? Câu 5: Đề xuất tối thiểu một phương pháp để kiểm tra độ tinh khiết của chất lỏng sau khi chưng cất từ những kiến thức đã từng được học. Câu 6: Tại sao trong bài thí nghiệm này, chất thải được đổ bỏ trực tiếp vào bồn rửa mà không bỏ vào bình đựng chất thải hữu cơ? Câu 7: Một sinh viên thực hiện thí nghiệm chưng cất tương tự như bài thí nghiệm trên nhưng sử dụng acetone thay vì ethanol. Dự đoán kết quả thu được trong hai trường hợp sử dụng chưng cất đơn và chưng cất phân đoạn. Có xảy ra sự khác biệt lớn không? Hãy giải thích. Câu 8: Để tách một hỗn hợp gồm hexane và nước, một sinh viên đề nghị sử dụng kỹ thuật chưng cất phân đoạn. Đề xuất này có phù hợp không? Hãy giải thích. Câu 9: Có thể sử dụng kỹ thuật chưng cất để tách một hỗn hợp nhiều hơn hai chất lỏng được không? Hãy giải thích. Câu 10: Trong quá trình chưng cất phân đoạn, nhiệt độ khác biệt như thế nào trong cột chưng cất phân đoạn theo chiều từ dưới lên trên? Giải thích. Câu 11: Trong quá trình thực hiện thí nghiệm chưng cất, sinh viên vừa thu được giọt chất lỏng đầu tiên thì phát hiện ra chưa bỏ đá bọt vào bình cầu chưng cất. Trong trường hợp đó bạn sinh viên nên làm gì? Vai trò của đá bọt là gì? Câu 12: Một sinh viên thực hiện thí nghiệm chưng cất thì nhận thấy kết quả nhiệt độ trên thang nhiệt kế không ổn định. Hãy đưa ra một vài lý do và đề nghị biện pháp khắc phục. Câu 13: Tại sao không ghi nhận nhiệt độ sôi của chất lỏng đến khi chưng cất hết chất lỏng trong bình mà dừng lại khi bình còn khoảng 20 mL chất lỏng? 68
  7. BÀI 5 TỔNG HỢP HƯƠNG LIỆU ISOPENTYL ACETATE Mục tiêu bài thí nghiệm: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: • Trình bày được quy trình tổng hợp isopentyl acetate. • Tổng hợp được isopentyl acetate thông qua phản ứng giữa acetic acid và isopentyl alcohol. • Áp dụng được kỹ thuật chiết để tách isopentyl acetate ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng. • Áp dụng được kỹ thuật chưng cất để tinh chế isopentyl acetate. 5.1. NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN CẦN ĐỌC TRƯỚC Ester và các phản ứng tổng hợp ester. Kỹ thuật chiết. Kỹ thuật chưng cất. Các kỹ thuật đo lường thể tích và khối lượng. Kỹ thuật lọc. Các kỹ thuật đun nóng và làm lạnh. 5.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5.2.1. Ester và phản ứng tạo ester Ester là dẫn xuất của carboxylic acid với cấu trúc tổng quát là RCOOR’. Ester được điều chế bằng nhiều cách. Phương pháp thông dụng là chuyển carboxylic acid thành ester bằng cách xử lý với alcohol, xúc tác acid. Quy trình này được gọi là phản ứng ester hoá Fischer (Hình 2.5.1). O O + [H ] MeOH H2O R OH R OMe Hình 2.5.1: Phản ứng tổng hợp tạo ester từ carboxylic acid và methanol 69
  8. Phản ứng tạo ester từ carboxylic acid và alcohol xảy ra qua 06 bước (Hình 2.5.2). (1) Chuyển proton: dưới tác dụng của xúc tác, nguyên tử oxygen của alcohol bị proton hoá và sau đó proton này được chuyển sang nhóm carbonyl của carboxylic acid. Sự proton hoá này làm tăng tính ái điện tử của carbon nhóm carbonyl. (2) Cộng ái nhân: cặp electron tự do trên nguyên tử oxygen sẽ tấn công vào carbon nhóm carbonyl của acid thông qua phản ứng cộng ái nhân. (3) Chuyển proton: phân tử alcohol trung hoà sẽ tách proton từ sản phẩm trung gian ở Bước (2). (4) Chuyển proton: Một trong hai nhóm -OH trong sản phẩm trung gian ở Bước (3) sẽ bị proton hoá thông qua quá trình chuyển proton từ phân tử alcohol đã bị proton hoá. (5) Tách H2O: nhóm -OH bị proton hoá chuyển thành nhóm -O+H2, là một nhóm xuất tốt, sẽ được tách loại. (6) Chuyển proton: điện tích dương trong sản phẩm trung gian sẽ được trung hoà thông qua quá trình chuyển proton, từ đó hình thành sản phẩm cuối cùng ester. Hình 2.5.2: Cơ chế tổng quát phản ứng ester hoá Fischer Theo cơ chế trên thì Bước (2) khi alcohol tấn công vào nhóm carbonyl của carboxylic acid là bước quan trọng. Yếu tố lập thể đóng vai trò quyết định lên tốc độ ester hoá. Tốc độ hình thành ester giảm khi chướng ngại lập thể tăng: 70
  9. CH3COOH > CH3CH2COOH > (CH3)2CHCOOH > (CH3)3CCOOH Yếu tố lập thể của alcohol cũng đóng góp quan trọng vào tốc độ ester hoá. Thứ tự ester hoá của acetic acid và các alcohol như sau: CH3OH > CH3CH2OH > (CH3)3CCH2OH Phản ứng ester hoá Fischer là quá trình chuyển nhóm acyl từ acid sang alcohol. Acid chloride và acid anhydride là các tác nhân cung cấp nhóm acyl hiệu quả vì chúng chứa các nhóm xuất tốt hơn so với carboxylic acid. Ngoài ra, các dẫn xuất này có khả năng phản ứng cao trong giai đoạn tấn công ái nhân của alcohol vào nhóm carbonyl. Vì sản phẩm của phản ứng ester hoá Fischer có sự hiện diện của nước, nên lựa chọn xúc tác có tính hút nước hoặc các kỹ thuật loại nước nhằm nâng cao hiệu suất ester hoá. Ngoài ra, phản ứng ester hoá Fischer là thuận nghịch nên việc dùng dư một trong hai tác chất ban đầu cũng giúp nâng cao hiệu suất. Thực tế, dùng tác chất nào dư liên quan đến vần đề an toàn và kinh tế. 5.2.2. Ester và isopentyl acetate Ester là dẫn xuất của carboxylic acid. Do một số loại ester có mùi trái cây hay mùi hoa, nên ester thường được sử dụng như phụ gia tạo mùi thơm trong thực phẩm. Các hợp chất dễ bay hơi trong trái cây hoặc hoa thường là hỗn hợp của nhiều chất, nhưng trong đó ester thường là thành phần chính, nhiều khi là hỗn hợp các ester. Isopentyl acetate hay còn gọi là isoamyl acetate, là chất lỏng không màu, ít tan trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ. Isopentyl acetate tinh khiết hoặc hỗn hợp gồm isopentyl acetate, amyl acetate và một số chất dễ bay hơi khác được gọi là dầu chuối. Ngoài ra, isopentyl acetate còn được dùng làm dung môi sơn và chất dẫn dụ côn trùng. Isopentyl acetate là sản phẩm của isopentyl alcohol và acetic acid trong môi trường H2SO4 (Hình 2.5.3). 71
  10. O O H2SO4 OH + + HOH HO O Isopentyl alcohol Acetic acid Isopentyl acetate Hình 2.5.3: Phản ứng tổng hợp isopentyl acetate từ isopentyl alcohol và acetic acid 5.3. HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ 5.3.1. Hoá chất Isopentyl alcohol 20 mL Acetic acid 25 mL Sulfuric acid 5,0 mL Dung dịch NaHCO3 5% 250 mL Dung dịch NaCl bão hoà 10 mL Na2SO4 khan 2,0 g Đá bọt 5 viên 5.3.2. Dụng cụ Tên dụng cụ Số lượng Bình cầu đáy tròn 01 cổ 100 mL 29/32 02 Ống sinh hàn ruột bóng 29/32 01 Ống sinh hàn ruột thẳng 29/32 01 Pipet 10 mL 03 Pipet 5 mL 01 Ống bóp cao su 01 Cá từ 4x10 mm 01 72
  11. Khớp nối chưng cất 3 nhánh 01 Máy khuấy từ gia nhiệt 01 Bể gia nhiệt 01 Muỗng nhựa 01 Nhiệt kế 200oC 01 Ống đong 25 mL 01 Phễu chiết 250 mL 01 Bình tam giác 50 mL 01 Cốc 250 mL 02 5.4. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 5.4.1. Tổng hợp isopentyl acetate (Tiến hành trong tủ hút khí độc) Bước 1: Ráp hệ thống gồm bình cầu được cố định vào giá đỡ bằng kẹp, phía dưới đặt nồi gia nhiệt chứa môi chất là glycerol, dưới cùng là máy khuấy từ gia nhiệt. Cho cá từ vào bình cầu. Bước 2: Cho vào bình cầu đáy tròn 20 mL isopentyl alcohol và 25 mL acetic acid. Khuấy từ để hai chất lỏng trộn lẫn vào nhau. Bước 3: Thêm từ từ 5 mL H2SO4 đậm đặc vào bình cầu, vừa thêm vừa khuấy từ. Bước 4: Lắp hệ thống sinh hàn phía trên bình cầu như Hình 2.5.4. Mở nước hoàn lưu, tiến hành đun bếp khuấy từ gia nhiệt ở 120oC và khuấy từ liên tục trong 1 giờ kể từ khi hỗn hợp trong bình cầu bắt đầu sôi. Sau khi phản ứng kết thúc, tắt điện và đợi hệ thống đã nguội hẳn thì tắt nước hệ thống hoàn lưu. 73
  12. Hình 2.5.4: Hệ thống tổng hợp isopentyl acetate 5.4.2. Tách isopentyl acetate bằng kỹ thuật chiết Bước 1: Sau khi đun hoàn lưu kết thúc, hỗn hợp phản ứng được để nguội đến nhiệt độ phòng. Chuyển toàn bộ hỗn hợp sau phản ứng vào phễu chiết. Bước 2: Thêm vào phễu chiết 50 mL nước cất. Lắc phễu chiết vài lần. Để yên phễu chiết trên giá để hỗn hợp tách thành hai pha. Loại pha dưới. Thực hiện thêm một lần rửa pha trên với 25 mL nước cất. Bước 3: Thêm 25 mL dung dịch NaHCO3 5% vào pha trên đang nằm trong phễu chiết. Lắc. Mở khoá giải phóng áp suất hơi trong phễu chiết. Lưu ý sau vài lần lắc, phải mở khoá phễu chiết cẩn thận, từ từ, hướng ra xa; tất cả các thao tác được tiến hành trong tủ hút. Để yên phễu chiết trên giá để hỗn hợp tách thành hai pha. Loại pha dưới. Thực hiện thêm hai lần rửa pha trên với dung dịch NaHCO3 5% (2x25 mL). Bước 4: Thêm 5 mL dung dịch NaCl bão hoà vào pha trên đang nằm trong phễu chiết. Lắc. Để yên phễu chiết trên giá để hỗn hợp tách thành hai pha. Loại pha dưới. Chuyển pha hữu cơ ở pha trên vào bình tam giác 50 mL. 74
  13. Bước 5: Cho Na2SO4 khan vào bình tam giác, lắc đều, để yên 15 phút. Bước 6: Gạn lớp hữu cơ vào bình cầu đáy tròn 100 mL. 5.4.3. Tinh chế isopentyl acetate bằng kỹ thuật chưng cất Bước 1: Lắp hệ thống chưng cất đơn như Hình 2.4.2. Lưu ý: thêm vài viên đá bọt vào bình cầu. Bình hứng được đặt trong bể nước đá. Bước 2: Thu nhận phân đoạn khi nhiệt kế chỉ từ 135-143oC. Dừng đun khi trong bình cầu còn khoảng 2-5 mL chất lỏng. Khoá nước hệ thống hoàn lưu khi hệ thống chưng cất đã nguội. Bước 3: Ghi nhận đặc điểm sản phẩm về màu và mùi. Ghi nhận thể tích hoặc khối lượng sản phẩm để tính hiệu suất. 5.5. NƠI ĐỔ CHẤT THẢI VÀ CHẤT THU HỒI Isopentyl acetate tổng hợp được chuyển vào chai thu hồi isopentyl acetate. Glycerol trong bể gia nhiệt phản ứng được giữ nguyên trong bể. 5.6. CÂU HỎI Câu 1: Hãy trình bày quy trình tổng hợp isopentyl acetate. Câu 2: Hãy giải thích vai trò của sulfuric acid trong phản ứng tổng hợp isopentyl acetate. Câu 3: Hãy cho biết tỷ lệ mol của isopentyl alcohol và acetic acid trong quy trình thực nghiệm tổng hợp isopentyl acetate. Vì sao dùng tỷ lệ này? Câu 4: Vì sao phản ứng ester hoá cần được thực hiện trong điều kiện đun hoàn lưu? Câu 5: Hãy cho biết vai trò của dung dịch NaHCO3 5% trong giai đoạn tách isopentyl acetate ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng bằng kỹ thuất chiết? Hãy viết các phương trình phản ứng có thể xảy ra. Có thể thay dung dịch NaHCO3 bằng dung dịch NaOH cùng nồng độ được không? Câu 6: Trong giai đoạn chưng cất isopentyl acetate, vì sao phải thu sản phẩm tại nhiệt độ 135-143oC? Hãy cho biết những chất nào có thể thu 75
  14. được ở các phân đoạn có nhiệt độ thấp hơn 135oC và cao hơn 145oC? Câu 7: Trong giai đoạn chiết isopentyl acetate ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng, vì sao loại bỏ lớp chất lỏng pha dưới, chỉ thu nhận lớp chất lỏng pha trên? Câu 8: Vì sao phải dùng thêm dung dịch NaCl bão hoà trong giai đoạn chiết isopentyl acetate ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng? Hãy cho biết lý do dùng Na2SO4 khan trong tiến trình tinh chế sản phẩm? Câu 9: Đề xuất một số kỹ thuật xác định độ tinh khiết của sản phẩm isopentyl acetate thu được? 76
  15. BÀI 6 SẮC KÝ LỚP MỎNG Mục tiêu bài thí nghiệm: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: • Trình bày được nguyên tắc tách các hợp chất hữu cơ bằng kỹ thuật sắc ký. • Áp dụng được kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để phân tích và đánh giá được mức độ sạch của một mẫu. • Áp dụng được kỹ thuật sắc ký lớp mỏng điều chế để tinh chế hợp chất hữu cơ. 6.1. NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN CẦN ĐỌC TRƯỚC Lực liên phân tử trong các hợp chất hữu cơ. Các kỹ thuật đo lường thể tích và khối lượng. Kỹ thuật lọc. Kỹ thuật đun nóng. 6.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6.2.1. Sắc ký phân bố Sắc ký phân bố là một phương pháp phân tách vật lý trong đó các thành phần của hỗn hợp được phân bố giữa hai pha: pha tĩnh và pha động. Pha động di chuyển theo một hướng xác định và đi ngang qua pha tĩnh. Hỗn hợp cần tách được nạp vào một đầu của pha tĩnh. Các chất trong hỗn hợp tương tác với pha động và pha tĩnh. Tuỳ thuộc mức độ tương tác mà các hợp chất di chuyển với tốc độ khác nhau và do đó có thể tách khỏi nhau. Sự tương tác này liên quan đến các lực liên phân tử. Một chất có lực tương tác mạnh hơn với pha tĩnh sẽ di chuyển chậm hơn so với chất có lực tương tác yếu hơn. Đồng thời, khả năng của một chất hoà tan và di chuyển cùng với pha động cho phép nó di chuyển dễ dàng hơn trong pha tĩnh. 77
  16. Pha tĩnh được sử dụng phổ biến nhất trong sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography - TLC) và sắc ký lỏng (Liquid Chromatography - LC) là silica gel, đây là dạng silica hạt mịn (SiO2) liên kết với một lớp mỏng các phân tử nước. Liên kết hydro và tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử làm cho các hợp chất hữu cơ phân cực bị giữ bởi silica gel mạnh hơn các hợp chất hữu cơ không phân cực. Do đó, dung môi pha động kéo các hợp chất phân cực đi chậm hơn so với các hợp chất không phân cực. Theo cách tương tự, dung môi phân cực di chuyển trên bảng TLC hoặc qua cột LC nhanh hơn so với dung môi không phân cực. 6.2.2. Sắc ký lớp mỏng Sắc ký lớp mỏng (TLC) đã trở thành một kỹ thuật phân tích được sử dụng rộng rãi bởi vì nó đơn giản, rẻ tiền, nhanh chóng và hiệu quả; ngoài ra, nó chỉ cần sử dụng vài miligam mẫu nguyên liệu. TLC đặc biệt hữu ích để xác định số lượng hợp chất có trong hỗn hợp, để giúp xác định xem hai hợp chất có là trùng nhau hay không, và để theo dõi quá trình phản ứng. Để thực hiện phân tích TLC, một lượng nhỏ hỗn hợp mẫu được hoà tan trong dung môi thích hợp và được đưa lên bề mặt chất hấp phụ, gần một đầu của bảng TLC. Sau đó, bảng TLC được đặt trong một buồng kín với cạnh gần điểm vừa được chấm mẫu nhúng trong dung môi pha động, hay còn gọi là dung môi triển khai (Hình 2.6.1). Dung môi dâng lên qua pha tĩnh bằng tác động mao dẫn, gọi là quá trình triển khai sắc ký. Hình 2.6.1: Bình triển khai sắc ký lớp mỏng 78
  17. Khi dung môi dâng lên bảng TLC, các hợp chất trong mẫu được tách ra do kết quả của nhiều trạng thái cân bằng giữa các pha động và pha tĩnh. Hợp chất càng liên kết mạnh với chất hấp phụ trong pha tĩnh thì nó càng di chuyển chậm trên bảng TLC (Hình 2.6.2). Khi pha tĩnh là silica gel, dung môi triển khai sẽ di chuyển các chất không phân cực lên bảng TLC một cách nhanh nhất, các chất phân cực di chuyển rất chậm hoặc không di chuyển. Hình 2.6.2: Quá trình triển khai sắc ký lớp mỏng Tấm TLC được lấy ra khỏi bình triển khai khi dung môi dâng lên đến vạch kết thúc, cách mép cạnh trên bảng TLC khoảng 0,5 cm. Sau đó, bảng TLC được đặt trên nắp bình giải ly, để khô. Để quan sát các vết trên bảng TLC, có thể sử dụng thuốc thử tạo ra các vết màu. Ngoài ra, có thể soi bảng TLC dưới ánh sáng tử ngoại nếu bảng TLC có chỉ thị huỳnh quang để quan sát các chất có khả năng hấp thu tia cực tím. Giá trị Rf trong TLC. Trong các điều kiện thí nghiệm không đổi, một hợp chất nhất định luôn đi được một khoảng cách cố định so với khoảng cách di chuyển của dung môi (Hình 2.6.3). Tỷ lệ khoảng cách này được gọi là Rf. 79
  18. Hình 2.6.3: Tấm TLC đã được triển khai và hiện vết Để tính giá trị Rf, hãy đo khoảng đường hợp chất di chuyển và khoảng đường dung môi di chuyển (xem Hình 2.6.3). Đo từ trung tâm của vết. Các giá trị Rf cho hai chất thể hiện trên bảng TLC được triển khai trong Hình 2.6.3 được tính như sau: Chọn lựa dung môi triển khai TLC. Nhìn chung, nên sử dụng dung môi triển khai không phân cực cho các hợp chất không phân cực và dung môi triển khai phân cực cho các hợp chất phân cực (theo Bảng 2.6.1). Tuy nhiên, việc chọn một dung môi phù hợp thường là một quá trình thử và sai, có thể dùng một hỗn hợp dung môi để đạt được sự phân tách tốt. Một dung môi không làm cho bất kỳ hợp chất nào, trong hỗn hợp cần phân tích, di chuyển khỏi vạch xuất phát là dung môi không đủ phân cực (Hình 2.6.4a). Trong khi đó, một dung môi làm cho tất cả các chất trong hỗn hợp di chuyển đến vạch kết thúc là dung môi quá phân cực (Hình 2.6.4b). Một dung môi thích hợp để phân tích TLC cho các 80
  19. vết với giá trị Rf là 0,20-0,70, với các giá trị lý tưởng trong phạm vi 0,30- 0,60, như trong Hình 2.6.4c. Bảng 2.6.1: Độ phân cực tương đối của các dung môi TLC thường dùng và các nhóm hợp chất hữu cơ Các dung môi triển khai Độ phân cực Các nhóm hợp chất thường dùng tăng dần hữu cơ Alkane, cycloalkane Alkane Toluene Alkene Dichloromethane Hydrocarbon thơm Diethyl ether Ether, halocarbon Ethyl acetate Aldehyde, ketone, ester Acetone tuyệt đối Amine Ethanol tuyệt đối Alcohol Methanol Carboxylic acid Acetonitril Nước Hình 2.6.4: Chọn lựa dung môi triển khai TLC 81
  20. Ứng dụng của sắc ký lớp mỏng TLC Kỹ thuật sắc ký lớp mỏng được sử dụng trong các trường hợp sau đây: - Kiểm tra xem hai chất có là một hay không. - Xác định số lượng hợp chất trong hỗn hợp. - Xác định dung môi phù hợp cho sự tách hỗn hợp bằng sắc ký cột. - Theo dõi tiến trình sắc ký cột. - Theo dõi tiến trình phản ứng hoá học. 6.2.3. Sắc ký lớp mỏng điều chế Sắc ký lớp mỏng điều chế (Preperative Thin Layer Chromatography - prep.TLC) dùng để tách định lượng các hợp chất ra khỏi hỗn hợp. Kỹ thuật này thường được sử dụng với bảng TLC được tráng dày (1 mm) và kích thước lớn 20x20 cm, mỗi lần có thể triển khai được 0,2 – 0,5 g mẫu chất. Để quan sát được vết sau khi đã triển khai bảng TLC có thể dùng đèn UV hoặc cắt 2 mép dọc bảng để hiện vết bằng thuốc thử và định hình vị trí mẫu chất trên bảng. Dùng spatula cạo chất hấp phụ chứa mẫu chất trong vùng đã định vị. Dùng dung môi thích hợp để giải hấp chất hữu cơ ra khỏi chất hấp phụ và làm bay hơi dung môi để thu được hợp chất tinh khiết. 6.3. HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ 6.3.1. Hoá chất Lá mồng tơi khô 1 g Hexane 20 mL Ethyl acetate 20 mL Acetone 20 mL Methanol 20 mL Na2SO4 khan Giấy lọc 1 Bảng TLC silica gel pha thường 1 82
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học