1 Extraktion Die heute vielfach angewandte Trennung durch ...

1
Extraktion
Die heute vielfach angewandte Trennung durch Extraktion basiert auf der
unterschiedlichen Löslichkeit bestimmter Verbindungen in zwei nicht (od. begrenzt)
mischbaren Lösungsmittel. (Das Lösungsmittesystem besteht praktisch aus einer
polaren und einer apolaren Phase.) Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise (Flüssig-
Flüssig-Extraktion) spricht man auch vom Ausschütteln. Als Extraktionsmittel können
z.B. Ether, Chloroform. Essigester, Petrolether, aber auch alle anderen organischen
Lösungsmittel verwendet werden. Zur praktischen Ausführung wird die zu
extrahierende Lösung mit dem Extraktionsmittel im Scheidetrichter gut
durchgeschüttet. Nach der Entmischung beider Phasen werden diese getrennt
abgelassen. Kann sich ein Stoff zwischen zwei nicht miteinander mischbaren
Lösungsmitteln entsprechend seiner unterschiedlichen Löslichkeit in beiden
Lösungsmitteln verteilen, so führt diese Verteilung zu einem Gleichgewicht. Den sog.
„Ausschüttelungsverfahren“ liegt in theoretischer Hinsicht das Nerstsche
Verteilungsgesetz zugrunde.
Dabei bedeutet C die Gleichgewichts-Konzentration des Stoffes in den Phasen A und
B. Die Gleichgewichtskonstante K heißt Verteilungskoeffizient. Sie drückt die
unterschiedliche Löslichkeit des Stoffes in den beiden Lösungsmitteln aus und ist von
der Temperatur abhängig. Ist ein Stoff im Extraktionsmittel wesentlich besser löslich
als in der Ausgangs-Lösungsmittel (K ist wesentlich größer als 1) so ist eine
Extraktion für eine praktisch verlustfreie Ausschüttelung des gelösten Stoffes
ausreichend. Bei Substanzen mit Verteilungskoeffizient von K kleiner 100 reicht eine
Extraktion nicht mehr aus. In diesen Fällen muss die Extraktion mit frischem
Lösungsmittel mehrmals wiederholt werden.
Arbeitstechnik der Extraktion
Zum Ausschütteln benutzt man einen kugel-, kegel-, oder zylinderförmigen
Scheidetrichter oder Schütteltrichter (Abb. 1). Die auszuschüttelnde, meist wässrige
Lösung wird im Scheidetrichter mit 1/5 bis 1/3 ihres Volumens mit Extraktionsmittel

2
Abb. 1
Scheidetrichter
versetzt, so dass das Gefäß höchstens zu 2/3 gefüllt ist. Nach Verschließen des
Schüttelgefäßes wird unter Festhalten des Stopfens und des Hahnkükens zunächst
vorsichtig geschüttelt. (Vorsicht: Beim Schütteln kann das Hahnküken sich lockern!)
Während des Schüttelns entsteht meist ein Überdruck, der durch kurzzeitiges Öffnen
des Hahnkükens bei nach oben gerichtetem Ansatzrohr abzulassen ist. Dies wird
solange wiederholt, bis nach mehrmaligem Schütteln kein Überdruck mehr
vorhanden ist. Nun wird ein bis zwei Minuten lang kräftig geschüttelt. Nachdem sich
beide Phasen entmischt haben, wird die Unterphase durch den Auslauf abgelassen.
(Stopfen dabei öffnen, sonst wird ein Unterdruck im Schneidetricher erzeugt!). Das
Ziel der Extraktion ist es, die Substanz möglichst quantitativ aus der wässrigen
Phase herauszulösen. Beim einmaligen Ausschütteln kann im günstigsten Fall
(K>100) eine fast vollständige Extraktion erreicht werden. Ist die Löslichkeit des zu
extrahierenden Stoffes in den beiden Lösungsmittel relativ gut (K

3
wiederholt ausschütteln. (Bei gut wasserlöslichen Substanzen muss das
Ausschütteln unter Umständen vielen Male wiederholt werden.)
Feststoffextraktion: Perforation (Feststoff-Flüssigkeit-Extraktion)
Mit der Methode werden Substanzen aus fein verteilten (gemahlten) Festsoffen
gewonnen.
Abb. 2
Soxleth-Extraktor

4
Für das Extrahieren von Substanzen aus Festoffen verwendet man
zweckmäßigerweise automatisch arbeitende Apparaturen. Solche bestehen aus
einem Kolben, einem Extraktionsaufsatz und einem Rückflußkühler. Das im Kolben
befindliche Lösungsmittel wird zum Sieden gebracht, die Dämpfe steigen zum
Rückflußkühler hoch, werden dort kondensiert, das Kondensat tropft auf das in einer
Extraktionshülse befindliche Extraktionsgut. Der Soxleth-Extraktor besitzt ein seitlich
angebrachtes Heberrohr, das die Extraktionslösung jeweils erst in den Kolben
zurückführt, sobald der Flüssigkeitsstand im Extraktionsraum das obere Heberknie
erreicht hat. Dabei reichert sich die abzutrennende Komponente im Lösungsmittel
an. (Voraussetzung für die Anwendung des Soxleth-Extraktors ist, dass das
Extraktionsgut ein höheres spezifisches Gewicht als das Lösungsmittel aufweist.)
Umkristallisieren
Beim Kristallisieren benutzt man zur Darstellung bestimmter Präparate die
Eigenschaft, dass sie meistens bei Hitze besser löslich sind als in der Kälte. Beim
Abkühlen tritt Kristallisation ein. Je langsamer abgekühlt wird, umso besser sind die
Kristalle ausgebildet.
Zur Reinigung von Substanzen ist häufig ein Umkristallisieren erforderlich. Hierzu
wird eine heiß gesättigte Lösung des Rohproduktes in einem geeigneten
Lösungsmittel hergestellt, aus der beim Abkühlen die Substanz in größerer Reinheit
wieder auskristallisiert. Voraussetzung ist, dass die Verunreinigungen eine größere
Löslichkeit als die zu reinigende Substanz besitzen und in der erkalteten Lösung
(„Mutterlauge“) gelöst bleiben.
Die Verunreinigungen bleiben entweder in der Mutterlauge gelöst oder sie sind in der
Siedehitze unlöslich, so dass sie vor dem Auskristallisieren abfiltert werden können.
Vor der Umkristallisierung sollten nach Möglichkeit chemische Eigenschaften,
Polarität, Löslichkeit, (bzw. Schmelzpunkt und Zersetzungspunkt) der zu reinigenden
Substanz und der Verunreinigung bekannt sein. Dies ermöglicht die Wahl des
Lösemittels. Damit das Auskristallisieren beginnen kann, muss die Lösung
übergesättigt sein. Bei diesem Vorgang bilden sich unzählige mikroskopisch kleine

5
Kristalle (Kristallisationskeime) die anschließend wachsen. Die Geschwindigkeit des
Vorgangs hängt von dem Lösemittel und die Geschwindigkeit der Abkühlung ab.
Den vorgelegten Stoff gibt man mit relativ wenig destilliertem Wasser (man darf keine
zu dünne Lösung verwenden!) in ein Becherglas. Dann erhitzt man das Gemenge bis
zum Sieden.
Nach dem Lösen erfolgt die Entfernung der nichtlöslichen Verunreinigungen (noch in
warmer Lösung!). Die festen Verunreinigungen und die nicht aufgelösten Teilchen
können aus der heißen Lösung abfiltriert werden. Mit der Verwendung eines
Adsorptionsmittels (Aktivkohle, Silikagel, Aluminiumoxid) können teilweise auch die
gelösten Verunreinigungen entfernt werden. (Die zu reinigende Substanz wird von
dem Adsorptionsmittel nicht oder nur in kleinen Mengen adsorbiert.) Das
Adsorptionsmittel wird dann aus der warmen Lösung durch Filtration entfernt.
Danach kann man das Auskristallisieren durch Abkühlen der Lösung beginnen
lassen. Wenn man die warme Lösung langsam abkühlen lässt, wachsen wenige aber
große Kristalle, beim schnellen Abkühlen (z.B. im Kühlschrank) mehrere, aber
kleinere Kristalle, weil dann in der Lösung mehr Kristallkeime entstehen. Wenn das
Material auch nach Abkühlen nicht kristallisiert, eine übersättigte Lösung sich bildet,
können die Keime in Formen von kleinen Kristallen von außen in die Lösung
gegeben werden („Keimung“) oder das Auskristallisieren durch Reiben an der
Innenwand des Kolbens (mit einem Glasstab) angeregt werden.
Bei einer anderen Art von Umkristallisieren verwendet man Lösungsmittel-Gemische.
Der Stoff wird zuerst in dem Lösemittel gelöst, in dem der Stoff eine gute Löslichkeit
hat, dann wird ein anderes Lösemittel, in dem der Stoff sich nur schwer löst,
zugefügt. Der Stoff hat in diesem Lösemittelgemisch eine kleinere Löslichkeit, und
die Lösung wird übersättigt (übersaturiert). Die Fällung (Präzipitation) des Stoffes
führt allerdings oft zu verunreinigten Produkten.
Die Reinheit der erzeugten Kristalle kann z.B. mit der Bestimmung des
Schmelzpunktes bestimmt werden.
Herstellung und Umkristallisieren von Acetanilid
Durchführung
In ein Becherglas gibt man 0,5 cm 3 destilliertes Wasser, 15-20 Tropfen Anilin (giftig!)
und 15 Tropfen Essigsäureanhydrid (ätzend!). Der Kolben muss geschüttelt werden.

6
Wenn die Reaktion nicht beginnt, soll man die Wand des Kolbens mit dem Glasstab
reiben. Hat sich das kristalline Produkt gebildet, der feste Stoff sich abgekühlt, soll es
mit 20 cm 3 Wasser versetzt werden. Dann soll man die Lösung erwärmen
(Bunsenbrenner und Drahtnetz verwenden!). Wenn sich nicht alle Kristalle auflösen,
kann man noch weitere kleine Portionen Wasser zugeben. Vorsicht: Die
verunreinigten Kristalle schmelzen leicht, und die geschmolzenen Tropfen lösen sich
nur langsam!
Nun erhitzt man das Gemenge bis zum Sieden. Nachdem sich der Stoff in der
siedenden Flüssigkeit gelöst hat, wird eine Spatelspitze Aktivkohle hinzugeben. Man
sollte darauf achten, dass die Aktivkohle zu der heißen, aber nicht mehr siedenden
Lösung zugegeben wird. (Durch die große Porosität der Aktivkohle könnte es zu
einem heftigen Schäumen kommen.) Dann muss die Flüssigkeit über einem,
zweckmäßigerweise mit warmem Wasser vorgewärmten, Faltenfilter sofort filtriert
werden, damit der gelöste Stoff sich nicht in dem Trichter abkühlt und ausfällt. Das
Filtrat wird abgekühlt. Nachdem das Filtrat sich auskristallisiert hat, können die
Kristalle vorsichtig dekantiert werden. (Beim Dekantieren lässt man den Niederschlag
sich absetzen und gießt vorsichtig die klare Flüssigkeit ab.) Die noch nicht ganz
saubere Kristalle werden nochmals aus 10-15 cm 3 Wasser umkristallisiert und von
der Mutterlauge durch Filtrieren getrennt. Die Kristalle werden samt Filterpapier unter
einer Infrarotlampe bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.