METODY ČIŠTĚNÍ ORGANICKÝCH LÁTEK Chemické sloučeniny se připravují z jiných chemických sloučenin. Tento děj se nazývá chemická reakce, kdy z výchozích látek (reaktantů) vznikají nové látky (produkty). Tato přeměna však nikdy není dokonalá, což má za následek vznik směsi vice látek. Taková směs by tedy měla ideálně obsahovat co nejvyšší podíl produktu. Můžeme v ní však najít také spousty jiných látek. Bývá to často jeden z nedoreagovaných reaktantů (u některých reakcí se používá nadbytek jedné z výchozích látek), činidlo potřebné pro reakci, vedlejší nežádoucí produkty, zbytková rozpouštědla, anorganické nečistoty, atp. Pokud chceme získat náš produkt čistý, musíme použít vhodnou čistící metodu. Čistících metod je několik, jejich volba záleží na látkách, které chceme čistit, povaze a množství nečistot, požadované čistotě, atp. Mezi základní čistící operace v organické syntéze patří:
1) Extrakce Pojem extrakce známe jako děj vyluhování, které slouží k získávání látek např. z přírodních materiálů (barviva, tuky, atp). Nedílnou součástí je vhodné rozpouštědlo, do kterého požadovaná látka přechází. Extrakce v organické laboratoři je založena na stejném principu. Používá se hlavně tehdy, potřebujeme-li od sebe oddělit různé látky, jejichž rozpustnost je ve stejném rozpouštědle různá. Tradiční extrakce se konkrétně používá tehdy, máme-li ve směsi látku organickou (rozpustnou v organickém rozpouštědle, nerozpustnou ve vodě) a anorganickou (rozpustnou ve vodě, nerozpustnou v organických rozpouštědlech). Tuto směs vytřepeme ve směsi vzájemně nemísitelných rozpouštědlech (např. voda + chloroform), čímž organická látka přejde do chloroformu, zatímco anorganická do vody. Následuje oddělení rozpouštědel a jejich odpaření, čímž získáme zvlášť požadovaný organický produkt a zvlášť anorganickou látku. Příkladem může být příprava lidokainu, anestetika používaného zejména ve stomatologií.
Vzniká reakcí derivátu acetanilidu s diethylaminem. Diethylaminu se však používá přebytek, aby během reakce zachytával vznikající chlorovodík ve formě soli diethylamonium chloridu. Tato sůl je nerozpustná v organických rozpouštědlech, ale je velmi dobře rozpustná ve vodě. Od produktu ji tedy oddělíme tak, že tuto směs vytřepeme mezi vodu a organické rozpouštědlo, do kterého přejde čistý lidokain.
Pokud se extrakce provádí v laboratorním měřítku, používá se dělící nálevka. V té můžeme mechanicky třepat dvě nemísitelná rozpouštědla se směsí látek. Po ustálení a oddělení obou fází spodním kohoutem upustíme do baňky rozpouštědlo tvořící spodní vrstvu a tak od sebe obě látky oddělíme. Extrakce je tedy metoda využívající různé rozpustnosti látek a vzájemné nemísitelnosti rozpouštědel. Rozdělí však pouze látky s těmito předpoklady, nejedná se tedy o finální čistící metodu. Tímto způsobem od sebe nemůžeme oddělit látky organické, které mají podobné vlastnosti.
2) Chromatografie Chromatografie je fyzikálně chemická separační metoda založená na rozdělování složek směsi mezi mobilní a stacionární fázi. Používá se zejména na rozdělení směsí látek s podobnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Tím se stává jedinečným a nepostradatelným nástrojem při čištění velkého množství látek. Existuje mnoho provedení a druhů chromatografií. Základní princip je však vždy stejný. V nejjednodušším laboratorním provedení obsahuje chromatografická aparatura kolonu (skleněný válec s dolním kohoutem), která je vyplněna stacionární fází. Jak již název napovídá, tato fáze je nepohyblivá a setrvává v koloně. Bývá jím nejčastěji různě modifikovaný silikagel.
Touto stacionární fází protéká mobilní fáze (buď na základě gravitace, nebo dodaného tlaku), kterou může být kapalina, např. organické rozpouštědlo nebo plyn. Tato fáze slouží k přepravě dělené směsi přes kolonu (stacionární fázi). Jednotlivé složky směsi pak v průběhu průtoku kolonou fyzikálně interagují se silikagelem, přičemž síla interakce je u různých látek různá. To způsobí, že každá látka se na koloně zdrží různě dlouho a tudíž se dostane na konec
kolony v různých časech. Tím se od sebe jednotlivé složky směsi oddělí a my je za kolonou můžeme jednotlivě odebírat. Chromatografie je nejčastější čistící metodou v laboratoři organického chemika. V dnešní době existují moderní plně automatické vysokoúčinné chromatografické přístroje, které jsou schopny vyizolovat produkty v čistotách 99,9%.
3) Krystalizace Krystalizaci známe jako děj, který umožňuje růst krystalů. Sami si doma můžeme udělat krásné krystalky kuchyňské soli, cukru nebo třeba modré skalice. V organické chemii však krystalizace slouží zejména k finálnímu čištění organických pevných látek. Finálnímu proto, že požadovaná látka může obsahovat jen menší procento nečistot, jinak by krystalizace neproběhla. Krystalizováním nečisté látky však získáme vysoce čistý produkt. Principem je různá rozpustnost produktu a nečistot ve stejném rozpouštědle. Znečištěná látka se rozpustí ve vhodném rozpouštědle. To se volí ideálně tak, aby v ní tato látka byla rozpustná až za horka. Horký roztok můžeme nejprve zfiltrovat od nerozpuštěných nečistot, jeho postupným chladnutím pak vypadávají čisté krystalky našeho produktu. Ty se odfiltrují z roztoku, ve kterém zůstávají nežádoucí nečistoty. Tato metoda je velmi jednoduchá a účinná, je však použitelná pouze pro látky krystalické.
4) Destilace Destilace je metoda oddělování kapalných látek ze směsi. Principem jsou různé body varu jednotlivých složek. Destilace tedy probíhá tak, že pozvolna zahříváme směs kapalných látek. Jakmile je dosaženo bodu varu nejníže vroucí složky, dojde k jejímu vypaření. Tyto páry jsou pak zchlazeny na chladiči, kde kondenzují na čistou látku. Po oddestilování první složky dále zvyšujeme teplotu a můžeme stejným způsobem získat další jednotlivé čisté složky. Limitujícím faktorem destilace je tedy omezení na kapalné látky s dosažitelným bodem varu. Při potřebě vyšší destilační teploty můžeme použít destilaci za sníženého tlaku (vakuovou destilaci), kdy nám vakuum sníží teplotu vary složky odpovídajícím poměrem. Vakuová destilace se používá také pro látky, které se při svých bodech varu rozkládají.
Pro rozdělení látek, které mají velmi blízké body varu a pro dokonalé destilace se používají tzv. rektifikační kolony.
5) Sublimace Nejméně používanou, ale nezastupitelnou čistící metodou organických látek je sublimace. Sublimace je přeměna pevné skupenství na plynné, aniž by látka prošla kapalnou fází. Pro přečištění látky je důležitý i opačný proces – tedy desublimace, kdy látka přechází z plynného skupenství zpět na pevné. Tato metoda se tedy používá tehdy, máme-li směs pevných látek, ze kterých pouze náš požadovaný produkt je schopen sublimace. Tuto směs zahříváme (je možné použít také vakuum) a nad ní zpět zachycujeme chlazením přečištěnou pevnou látku.
Existuje tedy široké spektrum čistících metod organických látek. To, kterou z nich zvolíme, závisí na povaze látky, kterou chceme získat a jejích nečistot. Pro dosažení extrémně vysokých čistot můžeme i některé metody kombinovat (např. po chromatografii často následuje krystalizace).
