Kristallisation av paracetamol

Att kristallerna blir svarta låter, som du var inne på, underligt. Med lite mer information kanske det blir lättare att resonera om varför dina kristallers färg skiljer sig ifrån vad du förväntade dig.

När du omkristalliserar dina kristaller, vilket lösningsmedel använder du för att lösa upp kristallerna?

Hur ser vätskan ut när du löser upp saltet, vilken färg får vätskan?

Löses alla kristaller upp helt?

50:50 förhållande mellan destillerat vatten och metanol.

Vätskan ser fullständigt svart ut.

Alla kristallerna löstes vad vi kunde se!

Då låter det som om det finns (minst) ett ämne med som i sig är svartfärgat, vilket inte paracetamol inte är. Det svarta ämnets identitet, blir svårt att bestämma utan analytiska metoder (t.ex. extraktion, TLC, IR-spektroskopi etcetera). 

Någon stans från reaktanter till det du (om)kristalliserat har det svarta ämnet bildats. Hur syntetiserade du paracetamol, från 4-aminofenol och ättiksyranahydrid eller var det en andra material?

Det kan vara bland ämnena, en sidoreaktion under syntesen, eller en reaktion under upparbetningen av ämnet. Tillsätts t.ex. en koncentrerad syra till ett organiskt ämne, kan ämnet oxideras och missfärgas, men precis vad som skett är svårt att lista ut. 

Om du ger mer information om syntesen och upparbetningen (=framreningen av produkten, t.ex. genom extraktion), med detaljer kanske det kan gå att resonera fram hur det svarta ämnet bildats, men det är lite detektivarbete för att kunna föreslå hur det kan komma sig.

Har du gjort någon analys av din produkt, t.ex. smältpunktsbestämning eller TLC?

Vi syntetiserade paracetamol med hjälp av reaktanterna p-aminophenol och ättiksyraanhydrid. Min grupp har en teori att det är p-aminophenolet som bidragit till den svarta färgen då den visade upp svart nyans vid TLC och smältpunkts analys (som vi ha gjort).

När det gäller framreningen av ämnet användes filtrering för att avskilja paracetamolet från restprodukten ättiksyra.

Var startmaterialet eller referensprovet med p-nitrofenol svartfärgat?

I så fall borde väl de andra grupperna även de ha svartfärgade kristaller om de renat fram produkten på precis samma sätt.

Nej, p-aminophenol som användes var åt den beigea/rosa hållet. De andra grupperna använde samma förpackningar, men möjligtvis andra metoder. Du tror inte att metoden kan påverka? Just färgen alltså...?

Ja metoden kan absolut påverka, den avgör vad som faktiskt sker.
Kristallernas och vätskans färg, beror på ämnet/-na, och vid en kombination av ämnen ändras (ofta) färgen. Så antingen har ni ett annat ämne än paracetamol, eller så är det en kombination av ämnen, som ger upphov till den svarta färgen.

Från er TCL platta bör i kunna få ut mer information. Det svarta ämnet bör ni kunna se med blotta ögat (?), och med Uv-ljus ser ni p-nitrofenol och paracetamol. Och om upplösningen på plattan är hyfsad bör ni kunna se om den svarta färgen vandrat precis lika långt som p-nitrofenol eller paracetamol. Vilka Rf värden fick ni?

Så i vårt TLC försök jämfördes vår paracetamol, vanlig paracetamol samt huvudreaktanten p-aminophenol.

På plattan kunde vi med blotta ögat se en svart prick som hade vandrat av ämnet p-aminophenol.

Angående Rf värden fick vi:

Egen tillverkad paracetamol: 0,25

Vanlig paracetamol: 0,26

p-aminophenol: 0,35 

Har du en bild på plattan och en förteckning av var proverna laddades på plattan? 

Det blir kanske enklare att diskutera med plattan som utgångspunkt. 

A för vanlig paracetamol

B för tillverkad paracetamol

C för p-aminophenol 

A, blir då referensprovet, som visar hur långt paracetamol vandrar på plattan.

B, tillverkad paracetamol - är detta er produkt, eller en annan grupps framställda paracetamol?

C, är det ert prov (de "svarta kristallerna"), eller referensprovet för p-aminfenolen?

B är vår produkt!

C referensprovet för p-aminophenpol

Då är jag med på varför ni misstänker att den svarta färgen kommer ifrån p-nitrofenolprovet. Förresten var provet svart hela tiden, eller ändrades färgen under syntesen?

Vilken smältpunkt fick ni på er produkt, och smälte den helt och hållet (d.v.s. helt flytande, utan svarta bitar kvar)?

Ert prov B) ser inte alls ut svart ut (det kan i och för sig bero på koncentrationen). Varifrån kommer provet B), från er reaktionsblandning innan kristallisationen, eller är det de svarta kristallerna som ni löst upp?

Och hur omkristalliserade ni produkten med varmt vatten/metanol eller något annat?

Ibland används aktiverat kol för att försöka binda upp andra ämnen under kristallisationen, var det något ni gjorde?

Provet på plattan var från första början transparant liksom de andra. Däremot, när vi kom tillbaka för att mäta Rf en vecka senare var provet svart. Vi gjorde TLC flera gånger, på tredje försöket användes en produkt utan omkristalliserade kristaller då vi bara fick mörkare och mörkare kristaller efter omkristallisationsprocesserna....

I smältmetoden fick vår produkt smältpunkt 169 grader celcius, produkten blev mörk när den smälte den med. Omkristallisationen var 50:50 metanol:dest. vatten

Vi har inte använt aktiverat kol i vårt arbete.

Eftersom provet verkar ha blivit mörkare med tiden, låter det som om ett ämne i provet reagerar med ett annat. p-nitrofenolens färg är vit, eller lite gulaktig vid basiskt pH. Och att detta ämnes färg är blir svart på TLC plattan, tyder på att i alla fall detta ämne reagerat. Vilka ämnen som reagerat och vad som då bildats, är knepigt att lista ut, i frånvaro av mer analysdata.

I er produkt, bör det efter den första kristallisationen inte finnas så mycket p-nitrofenol kvar, och speciellt inte efter omkristallisationen. Smältpunkten ni mätt upp för er produkt stämmer bra med paracetamols smältpunkt, och denna är högre än p-nitrofenols på 113°C.

Paracetamol bryts (bl.a. i kroppen) ner till p-nitrofenol, genom att acetylgruppen hydrolyseras bort. Och detta kan så klart även ske med er produkt om den inte är helt torr, men det borde inte ske så snabbt.  Men finns det ett annat ämne som katalyserar denna reaktion går det kanske snabbare (stark syra/bas, metalljoner eller liknande).

Från vad du skrivit borde ni kunna visa hur det svarta ämnet bildas med tiden. Om ni t.ex. visar bilder på de olika TLC plattorna, körda vid olika tidpunkter (eller samma platta som "åldrats" och svärtats), så kanske det går att tydligt visa hur färgen mörknar med tiden. Annars kan ni skriva om detta, som ett resultat, och så klart resonera och presentera idéer om vad som kan ha inträffat med ert prov, och dra en slutsats. 

Om det fortfarande finns paracetamol kvar (d.v.s. allt inte brutits ner ännu, ni har produkt och tid kvar), så borde ni kunna rena fram denna paracetamol från det svarta ämnet. Från vad du visat, så separeras ämnena på TLC plattan, så det finns en skillnad i polaritet, vilken kan användas för separation. Och lyckas ni med denna separation, kan ni nog få fram lite rent/vit paracetamol.

Och får ni fram denna vita paracetamol, kan ni om tiden/intresset tillåter, studera om den svartnar av sig själv, eller t.o.m. försöka tillsätta ämnen som kan få den att svartna, d.v.s. försöka återskapa det som skett med ert syntetiserade paracetamol.

Vi har kommit fram till att det genomsnittliga smältpunkten är 190 grader celcius med hjälp av källor på nätet...

Intressant det du skriver om separation via polaritet, har du en källa om hur det går till?

Om du menar hur det praktiskt går till, så blir det att utgå ifrån vad du känner till om de två ämnena, och sedan göra en kvalificerad gissning, och sedan prova. Väljs lösningsmedlen lite smart, kan man blanda ihop allt material igen om det inte en tillräcklig separation, och prova ett annat sätt.

Du vet redan att ämnena separerar olika på TLC plattan (av kiselsyra antar jag) med metanol:vatten 1:1 som mobil fas. Vätskekromatografi med kiselsyra som stationär fas (d.v.s. kolonnmaterialet som vätskan rinner genom) misstänker jag skulle fungera för att separera ämnena från varandra. Skulle det vara små mängder, kan du t.o.m. använda TLC-plattan för att separera ämnena från varandra, och sedan lösa upp dem från den torkade plattan.

Om du undrade över hur det fungerar rent teoretiskt, så beskrivs kiselsyrakromatografi här:

https://en.wikipedia.org/wiki/Silica_gel#Chemistry

Och generellt så separeras ämnen från varandra med vätskekromatografi, p.g.a. ett av ämnena binder lite starkare och därmed lite längre till den stationära fasen, jämfört med ett eller flera andra ämnen. Ämnena rör sig endast då de löser sig i den mobila fasen, och då dras med vätskan genom den stationära fasen. Så genom att välja en lämplig stationär fas, i kombination med en lämplig mobil fas kan en skillnad fås mellan hur snabbt/långsamt olika ämnen rör sig genom den stationära fasen, och om vätskan som droppar ut ut kolonnen delas upp i olika rör (motsvarande 1-2 ml, 2-3ml, 3-4 ml o.s.v.) så kommer ämnena att hamna separerade i olika rör.

För att läsa mer om hur kromatografi och hur ämnen separeras kanske denna länk är en bra början, det som sker på TLC plattan är ett exempel på denna typ av separation.

https://en.wikipedia.org/wiki/Chromatography