Protokoll_Versuch_Piperin-Isolierung PDF

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Summary

komplettes Protokoll zum Versuch...

Description

Ansatzgröße

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25,077 g schwarzer Pfeffer 201 mL Dichlormethan Reaktionsgleichung

Abb. 1: Nebenreaktion; erstellt mit ChemDraw

Methoden

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Extraktion mit Soxhlet-Extraktor Abdampfen eines Lösungsmittels im Rotierverdampfer Zentrifugation Umkristallisation Trocknung &Filtrierung Dünnschichtchromatographie Schmelzpunktbestimmung Chemikalien [3] [4] [5]

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25,077 g gemahlener schwarzer Pfeffer 201 mL Dichlormethan → ฀฀ = 3,15 ฀฀฀฀฀฀ 20 mL 10%ige ethanolisch-wässrige (1:1) Kaliumhydroxid-Lösung 32 mL destilliertes Wasser → ฀฀ = 1,77 ฀฀฀฀฀฀ 10 mL Essigsäureethylester → ฀฀ = 0,10 ฀฀฀฀฀฀ Natriumsulfat Natriumchlorid 16 mL Petrolether

[3] [4] [5]

Betriebsanweisungen [2] Edukte, Produkte

Gefahrenpiktogramm mit Signalwort

H- und P-Sätze mit Gefahren und Sicherheitshinweisen

H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar. H319: Verursacht schwere Augenreizung. H336: Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen. EUH066: Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen.

Dichlormethan

Gefahr

P210: Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu füllende Anlage erden.

P305+P351+P338: Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. P280: Schutzhandschuhe /Schutzkleidung/ Augenschutz/ Gesichtsschutz tragen. P301+P330+P331: Bei Verschlucken: Mund ausspülen. Kein Erbrechen herbeiführen.

Kaliumhydroxid

Gefahr

Natriumsulfat

Keine Piktogramme

Petrolether

Gefahr

Piperin

Keine Angaben

H224: Flüssigkeit und Dampf extrem entzündbar. H304: Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein. P210: Von Hitze /Funken/ offener Flamme/ heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. P240: Behälter und zu füllende Anlage erden. P301+P310: Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen. P331: Kein Erbrechen herbeiführen. P403+P235: Kühl an einem gut belüfteten Ort aufbewahren. H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H411: Giftig für Wasserorganismen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

Achtung

Gefahren für Mensch und Umwelt Dichlormethan: Kontakt mit Augen u. Schleimhäuten führt zu starken Reizungen; Gefahr der Hornhauttrübung am Auge; nach Resorption großer Mengen treten zentralnervöse Störungen mit Benommenheit, Schwindel, Rausch, Blutdruckabfall, Störung der Atem- und Herztätigkeit u. Bewusstlosigkeit sowie Leber- u. Nierenschäden auf, mögl. krebserzeugendes Potenzial. Trinkwassergefährdung bereits beim Auslaufen geringer Mengen in den Untergrund. Schutzmaßnahmen und Verhaltensregeln Lösungsmitteldämpfe nicht einatmen, Berührung mit der Haut vermeiden, Zündquelle fernhalten, unter Abzug arbeiten. Verhalten im Gefahrenfall Nach Verschütten/Auslaufen: Mit flüssigkeitsbindendem Material aufnehmen. Erste-Hilfe-Maßnahmen Hautkontakt: Mit reichlich Wasser abwaschen; kontaminierte Kleidung entfernen. Augenkontakt: Mit reichlich Wasser bei geöffnetem Lidspalt ausspülen (mind. 10 Minuten), Augenarzt hinzuziehen. Inhalation: Frisch, ggf. Atemspende Verschlucken: Vorsicht bei Erbrechen, Aspirationsgefahr! keine Milch; kein Rizinusöl; kein Alkohol.

Geräte

Extraktion • 500-mL-Rundkolben • Soxhlet-Extraktor mit Extraktorhülse • Rückflusskühler • Heizpilz Abdampfen: • Rotationsverdampfer Zentrifugation: • Zentrifuge • Zentrifugenröhrchen • Feinwaage Umkristallisation: • Glasstab • Pasteurpipette • 100-mL-Rundkolben • Eisschale Versuchsaufbau (erstellt mit ChemDraw)

Abb. 2: Extraktionsapparatur mit Soxhlet-Extraktor & Hülse für Feststoff

Abb. 3: Absaugapparatur mit Woulff’scher Flasche

Versuchsdurchführung [2]

Zu Beginn wurden 25g schwarzer Pfeffer in einem Mixer zerkleinert und in einer Extraktionshülse in den Soxhlet-Extraktor gebracht. In der Extraktionsapparatur (siehe Abb. 2) wurden 200 mL Dichlormethan mit 3 Siedesteinchen in den Rundkolben gegeben und erhitzt. Nach etwa 10 min begann das Lösungsmittel zu sieden, am Rückflusskühler zu kondensieren bis es schlussendlich den Soxhlet-Extraktor füllte. Als der Füllstand das obere Hebeknie am Extraktor erreicht hat, floss das Dichlormethan zurück in den Rundkolben. Dieser Vorgang wurde 90 min lang durchgeführt, wobei 32 Durchläufe erfolgt sind. Aus der erhaltenen Lösung wurde das Dichlormethan mithilfe des Rotationsverdampfers bei 200 mbar vollständig entfernt. Der Rückstand von 3-5 mL wurden in 20 mL 10%iger ethanolisch-wässrigen (1:1) KOH-Lösung gelöst und im Eisbad auf 4°C heruntergekühlt. Unter ständigem Rühren mit Glasstab wurden langsam 30 mL destilliertes Wasser mit einer Pasteurpipette hinzugetropft woraufhin ein Niederschlag erkennbar wurde. Um eine vollständige Fällung des Piperins zu erzielen, verblieb die Lösung für 80 min im Eisbad. Die Lösung wurde nun auf 2 Zentrifugenröhrchen aufgeteilt und an der Waage austariert. Bei 5000 U/min und 4°C wurde für 15 min zentrifugiert und anschließend der Überstand dekantiert. Der Niederschlag am Boden wurde mit wenigen Tropfen destilliertem Wasser gewaschen und erneut zentrifugiert. Nach Dekantieren des Überstands wurde das Pellet am Boden der Zentrifugenröhrchen mit jeweils 5 mL Essigsäureethylester aufgenommen und durch Zugabe von 4 Spatelspitzen Natriumsulfat getrocknet. Das Natriumsulfat wurde anschließend abfiltriert. Erneut wird das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer abgedampft und unterm Abzug getrocknet. Das getrocknete Rohprodukt wurde in 3 mL Essigsäureethylester gelöst unter Zugabe von Wärme im Wasserbad. Anschließend wurde die Lösung in ein Eisbad umgelagert und mit 10 mL Petrolether versetzt bis eine Trübung sichtbar wurde. Diese wurde mittels Zugabe zweier Tropfen Essigsäureethylester entfernt. Nach 10 min und Kratzen an der Kolbeninnenwand wurden erste Kristalle sichtbar. Die Lösung wurden über eine Woche bei 4°C gelagert und kristallisierte aus. Abschließend wurden die Kristalle in einer Fritte abgesaugt und mit wenig Essigsäureethylester-Petrolether (1:2) nachgewaschen. Das Produkt wurde im Rahmen einer Dünnschichtchromatographie (DC) und Schmelzintervallbestimmung untersucht. Die DC erfolgte mit einem Dichlormethan-EssigsäureethylesterEluent (3:1). Analytik [2]

Ausbeute Rohprodukt: • • •

Masse schwarzer Pfeffer: theoretische Ausbeute: praktisch

฀฀0 = 25,077 g ฀฀฀฀ℎ = 0,5 g bis 1,0 g ฀฀฀฀฀฀฀฀฀฀ = 0,45 g (1,8% bezogen auf ฀฀0 )

Ausbeute Piperin: • •

Masse schwarzer Pfeffer: Masse Piperin:

฀฀0 = 25,077 g ฀฀฀฀฀฀ = 0,34 g

 Ausbeute theoretisch ca. 0,40 g bis 0,60 g (entspr. 1,6% - 2,4% der 25 g Pfeffer)  Ausbeute praktisch: ฀฀฀฀฀฀ ฀฀0

∗ 100% =

0,34 ฀฀ 25,077 ฀ ฀

∗ 100% = 1,35 %

Schmelzpunktbestimmung: • •

theoretischer Schmelzpunkt Fp. ermittelter Schmelzpunkt Fp.

127 - 130 °C 124,7 °C

Dünnschichtchromatographie:

Abb 4: Skizze der Dünnschichtchromatographie-Platte, Dichlormethan-Essigsäureethylester-Eluent (3:1); Beschriftung: P = extrahiertes Piperin, R = Referenz Piperin, M = Mutterlauge

Das extrahierte Piperin zeigt signifikante Ähnlichkeit zum Referenzmittel, da eine vergleichbare Fluoreszenzminderung im mittleren ฀฀฀฀ -Bereich zu erkennen ist bei einer Wellenlänge von 254 nm (siehe Abb. 4 linkes Bild). Weiterhin ist eine blaue Eigenfluoreszenz im selben Bereich beim extrahierten Piperin zu sehen, so wie beim Referenzmittel. Laufstrecke Eluent Referenz Probe Mutterlauge

฀ ฀ = 5,3 cm

Laufstrecke Substanz ฀฀1 = 1,6 cm ฀฀2 = 2,7 cm ฀฀1 = 1,5 cm ฀฀2 = 3,0 cm ฀฀1 = / ฀฀2 = 2,8 cm

฀฀฀฀-Werte 0,301 0,509 0,283 0,566 0,541

Entsorgung [2]

Dichlormethan von der Extraktion Mutterlauge (KOH, EtOH, Wasser) Essigsäureethylester Essigsäureethylester/Petrolether Fließmittelreste Natriumsulfat vom Trocknen einfüllen) Gebrauchte DC-Platten Piperin

 Sammelgefäß: Dichlormethan (zur Redestillation)  Sammelgefäß: Mutterlauge Piperin  Sammelgefäß: EE zum Redestillieren  Sammelgefäß: Organische Lösungsmittel, halogenfrei  Sammelgefäß: Organische Lösungsmittel, halogenhaltig  Sammelgefäß: Natriumsulfat-Abfall (nur trocken  Sammelgefäß: Gebrauchte DC-Platten  im Eppendorfgefäß abgeben

Auswertung und Fehlerbetrachtung [2]

Als Produkt des Versuchs verbleibt ein gelblich-brauner, kristalliner Stoff. Das abschließende Isolieren des Piperins erfolgte mithilfe der Umkristallisation. Die Masse des Rohprodukts betrug dabei 0,45 g aus denen schließlich 0,34 g Piperin resultierten. Das entspricht einer Ausbeute von 1,35% bezogen auf die eingesetzte Menge schwarzen Pfeffers. Damit liegt die Ausbeute leicht unter der aus der Literatur erwartbaren Ausbeute von 1,6% bis 2,4%. Der Schmelzpunkt des extrahierten Piperins liegt bei 124,7 °C und ist damit ebenfalls leicht unter dem Literaturbereich von 127 – 130 °C. Die geringere Ausbeute kann auf mehrere Ursachen zurückzuführen sein. So kann bereits die anfängliche Extraktion nicht dem notwendigen Umfang entsprochen haben. Zudem wurden die Siedesteine erst nach 20 min nachträglich eingesetzt, womit es zu Siedeverzügen gekommen sein kann und das Lösungsmittel unerwünschte Temperaturen erreicht hat. Zudem ist bereits hier ein Teil der Extraktionslösung in der Apparatur verloren gegangen, durch Tröpfchen, die sich nicht aus den Geräten entfernen ließen. Im späteren Versuchsverlauf können weitere Anteile an Piperin durch das zweifache Dekantieren der zentrifugierten Lösung verloren gegangen sein, sofern sich das Piperin nicht vollständig am Boden absetzen konnte. Beim anschließenden Trocknen sind abermals Teile der Lösung im Filter bzw. dem pulvrigen Natriumsulfat verblieben. Weitere Einbußen sind durch die Toleranzen der jeweiligen Messgeräte, wie Waage und Messzylinder zurückzuführen, schließlich aber auch im letzteren Fall auf den Parallaxenfehler. Der geringere Schmelzpunkt lässt eine geringere Reinheit des Piperins vermuten, die möglicherweise auf eine minder erfolgreiche Umkristallisation zurückführbar ist. Dies kann mit einem mangelhaften Nachspülen zusammenhängen....