1. No category

‫מעבדה לכימיה אורגנית‬
‫לתלמידי מדעי החיים‬
‫מעבדה לכימיה אורגנית‬
‫לתלמידי מדעי החיים ‪ -‬ביוטכנולוגיה‬
‫מבוא‬
‫במעבדה שלפנינו נבצע מספר קטן של ראקציות בסיסיות על מנת לרכוש מיומנויות בסיסיות‬
‫בהכנה‪ ,‬ניקוי וזיהוי של תרכובות אורגניות‪ .‬המעבדה מבוססת על מספר מצומצם של פרפרטים‬
‫שכל אחד מהם מייצג משפחה חשובה ורחבה של ראקציות אורגניות‪ .‬במעבדה נילמד שיטות‬
‫הכנה‪ ,‬ניקוי וזיהוי של חומרים אורגנים‪.‬‬
‫ניקוי והפרדה וקביעת זהותה של תרכובת אורגנית‪ ,‬בין שהוכנה באופן סינתטי ובין שהופקה מן‬
‫הטבע‪ ,‬הם חלק בלתי נפרד מעבודתו של כימאי‪ .‬לתכלית זאת נוקטים בפעולות הבאות‪:‬‬
‫שלב ראשון – בידוד וניקוי הנעשים בשיטות שונות‪ :‬מיצוי‪ ,‬זיקוק‪ ,‬גיבוש או כרומטוגרפיה‬
‫מסוגים שונים‪.‬‬
‫שלב שני – קביעת נתונים פיזיקאלים כגון נקודת התכה‪ ,‬נקודת רתיחה‪ ,‬מסיסות‪ ,‬צפיפות וביצוע‬
‫מדידות ספקטרליות שהנפוצות ביניהן הן האולטרא‪-‬סגול )‪ ,(UV‬האינפרא‪-‬אדום )‪ (IR‬ותהודה‬
‫מגנטית גרעינית )‪ .(NMR‬אם החומר הוא גבישי ניתן לבצע מדידות קריסטלוגרפיות ) ‪X-ray‬‬
‫‪.(crystallography‬‬
‫שלב שלישי – אנליזה כמותית של היסודות המרכיבים את התרכובת וקביעת היחסים שביניהם‪,‬‬
‫כולל מדידת ספקטרום המסות המאפשר בין היתר קביעה מדוייקת של המסה המולקולרית של‬
‫התרכובת‪.‬‬
‫השוואת הנתונים הללו עם אלה שבספרות תאפשר זיהוי וקביעת המבנה של החומר שסונתז או‬
‫בודד‪.‬‬
‫אנו נכלול במעבדה הנוכחית‪ ,‬בשל מגבלות הקורס‪ ,‬רק את השיטות הבסיסיות ביותר‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫מדידת קבועים פיסיקליים‬
‫‪ .1‬נקודת התכה ‪Melting point‬‬
‫נקודת התכה של תרכובת מוגדרת כטמפרטורה שבה הפאזה הנוזלית והפאזה המוצקת נמצאות‬
‫בשיווי משקל והיא מוגדרת כטמפרטורה שבה מתחיל מוצק גבישי להינתך בלחץ אטמוספרי‪.‬‬
‫כשהחומר נקי ויבש‪ ,‬יש לחומר נקודת התכה חדה והתחום שבו הופכת כמות קטנה של החומר‬
‫ממוצק לנוזל אינו עולה על ‪ .0.5ºC‬מאחר ולרוב התרכובות המוצקות יש נקודת התכה מוגדרת‪,‬‬
‫זהו נתון חשוב לצורך זיהוי ואיפיון‪.‬‬
‫להלן תמונה של מכשיר המצוי במעבדה המשמש לקביעת נקודת התכה‪:‬‬
‫ציור מס' ‪ :1‬מכשיר לקביעת נקודות התכה‬
‫קביעת נקודת התכה מאפשרת בדיקת מידת ניקיונה של התרכובת‪ .‬נוכחות חומר זר )אף בכמות‬
‫קטנה( מורידה את נקודת ההתכה של התרכובת אף אם נקודת התכתו של החומר הזר עצמו גבוהה‬
‫מנקודת ההתכה של התרכובת‪ .‬נוכחות חומר זר‪ ,‬לא רק שהיא מורידה את נקודת ההתכה של‬
‫תרכובת נתונה‪ ,‬אלא גם מרחיבה בדרך כלל את תחום טמפרטורת ההתכה ומכאן שנקודת ההתכה‬
‫אינה יכולה להיות חדה‪.‬‬
‫אם בידינו שני חומרים שנקודת התכתם זהה‪ ,‬ניתן לקבוע אם הם שונים או זהים על ידי קביעת‬
‫"נקודת התכה מעורבת"‪ .‬לצורך זה כותשים ומערבבים היטב מספר גבישים מכל אחד משני‬
‫החומרים וקובעים נקודת התכה של התערובת‪ .‬אם נקודת ההתכה המעורבת נמצאת זהה לזו של‬
‫כל אחד מהחומרים הנקיים המרכיבים את התערובת‪ ,‬ניתן לקבוע ששני החומרים אמנם זהים‪ .‬אם‬
‫אין הדבר כך‪ ,‬אפשר לקבוע כי שני החומרים אינם זהים‪ .‬נקודת ההתכה של התערובת תהיה‬
‫‪2‬‬
‫נמוכה מנקודת ההתכה של כל אחד ממרכיביה )כל חומר משמש אי ניקיון לשני( והיא יכולה‬
‫להגיע אף לכדי ‪ 20-30 ºC‬מתחת לנקודת ההתכה של המרכיבים‪.‬‬
‫קביעת נקודות ההתכה צריכה להתבצע בחומרים יבשים לחלוטין ויש צורך להשתמש בגבישים‬
‫דקים וכתושים‪.‬‬
‫מדידת נקודת התכה במעבדה‪:‬‬
‫מכניסים מעט חומר לתוך קפילרה עם קצה אחד סגור )ציור ‪2‬א'( ואותה מכניסים למכשיר דרך‬
‫אחד משלושת החריצים )ציור ‪2‬ב'(‪ .‬החריצים האלה מאפשרים מדידה של מספר קפילרות בו‬
‫זמנית‪ .‬מבעד לחלון )חץ בציור ‪2‬ג'( מסתכלים ורואים באיזה טמפ' מתחיל החומר להתנזל ובאיזה‬
‫טמפ' החומר לגמרי נוזל וזה התחום שמדווחים עליו )תמיד מדווחים על תחום טמפרטורות(‪.‬‬
‫המכשיר נועד למדידת נקודות התכה בין ‪ 70ºC‬ל ‪ 350ºC‬הוא מחמם עד ‪ 400 ºC‬ומבוסס על‬
‫סלילים חשמליים‪ .‬יש לכוון את טמפ' החימום לשתי מעלות פחות מטמפ' ההתכה של החומר‪.‬‬
‫הכיוון נעשה על ידי החיצים חץ למעלה מעלה את הטמפ' ב‪ 100‬והחץ למטה מוריד את הטמפ'‬
‫במעלה אחת )ציור ‪2‬ד'(‪ .‬לוחצים על אנטר )ציור ‪2‬ה'( והחימום מתחיל‪ .‬הנורות נדלקות לפי‬
‫הקרבה של הטמפ' לטמפ' היעד וקצב עליית הטמפ' נעשה איטי יותר ככל שמתקרבים לטמפ' היעד‬
‫)ציור ‪2‬ו'(‪ .‬כאשר טמפ' הסלילים מגיעה לטמפ' היעד יש צפצוף‪ .‬לחיצה נוספת על אנטר מעלה את‬
‫הטמפ' בקצב של מעלה לדקה‪ .‬לחיצה על ‪ clear‬מראה את טמפ' היעד‪ .‬בסיום המדידה יש ללחוץ‬
‫‪ 4‬פעמים על ‪ clear‬ולראות שהטמפ' מתחילה לרדת )חשוב מאד אחרת המכשיר ימשיך לחמם –‬
‫מסוכן למכשיר(‪.‬‬
‫ג'‬
‫א'‬
‫ב'‬
‫ו'‬
‫ד'‬
‫ה'‬
‫ציור מס' ‪ :2‬שלבים לקביעת נקודות התכה‬
‫‪3‬‬
‫‪ .2‬נקודת רתיחה ‪Boiling point‬‬
‫נקודת רתיחה של נוזל היא טמפרטורה שבה לחץ האדים של הנוזל שווה ללחץ החיצוני‬
‫שבמערכת )הלחץ שמעל פני הנוזל(‬
‫ציור מס' ‪ :3‬תאור גרפי של תלות לחץ אדים בטמפרטורה של כלורופורם‬
‫לכל תרכובת יש נקודת רתיחה קבועה לכל לחץ חיצוני‪ .‬נקודות הרתיחה המתוארות בספרות‬
‫מתייחסות ללחץ של אטמוספירה אחת )‪ 760‬מ"מ כספית(‪ ,‬אלא אם צויין אחרת במפורש‪.‬‬
‫ניתן למדוד נקודת רתיחה של חומר בעזרת שיטת מיקרו‪ :‬מכניסים לתוך מבחנה יבשה ‪0.3-0.5‬‬
‫סמ"ק מהנוזל שאת נקודת רתיחתו רוצים לקבוע‪ .‬מכניסים למבחנה קפילרה סגורה בקצה אחד‬
‫באופן שהקצה הפתוח יטבול בנוזל‪ .‬מחברים את המבחנה לתרמומטר על ידי גומיה ואת‬
‫התרמומטר למהדק וטובלים אותו בכוס עם שמן פרפין ומחממים‪ .‬עם חימום השמן מתחמם גם‬
‫הגז בקפילרה )המכיל אוויר ואדי החומר(‪ ,‬כתוצאה מכך הוא מתפשט ויוצא תוך בעבוע‬
‫מהקפילרה‪ .‬כשהטמפרטורה עולה – גדלה גם זרימת הבועות‪ .‬כשמגיעים לנקודת הרתיחה )או‬
‫מעבר לה( יוצאות הבועות מהקפילרה בזרם חזק ורציף ואז מפסיקים את החימום‪.‬‬
‫כשהטמפרטורה מתחילה שוב לרדת נפסקת זרימת הגז‪ .‬ברגע שזרימת הגז נפסקת וטיפה מן הנוזל‬
‫מתחילה להיכנס לקפילרה‪ ,‬רושמים את הטמפרטורה‪ .‬זוהי טמפרטורת הרתיחה של הנוזל‪ .‬יש‬
‫לחזור על התהליך כמה פעמים‪ .‬בשיטה זו מקבלים דיוק קביעה של ‪.1-2ºC‬‬
‫‪ .3‬מדידת סיבוב אופטי ספציפי )‪(Specific Optical Rotation‬‬
‫למולקולות בלתי סימטריות יש "פעילות אופטית"‪ :‬הן מסובבות את מישור הפולריזציה של אור‬
‫מקוטב העובר דרכן‪ .‬שיעור הסיבוב הוא גודל מצטבר ותלוי במספר המולקולות הפעילות‬
‫המתנגשות בקרן האור המקוטב העובר דרכן והוא תלוי גם באורך הגל ובטמפרטורה שבה נערך‬
‫הניסוי‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫בתנאים קבועים )אורך גל‪ ,‬טמפרטורה‪ ,‬ריכוז( לכל תרכובת בלתי סימטרית זווית סיבוב ספציפית‬
‫שמסמנים ב ‪ ,α‬התלויה במבנה שלה‪ .‬את זווית הסיבוב מודדים בעזרת פולרימטר‪.‬‬
‫הפולרימטר )ציור מספר ‪ (4‬בנוי ממקור אור מונוכרומטי‪ ,‬פריזמת ניקול )המקטבת את האור(‬
‫שהיא הפולריזר‪ ,‬שפופרת בעלת אורך קבוע שבתוכה התמיסה הנמדדת ופריזמת ניקול נוספת‬
‫)פולריזר( המשמשת כאנליזר‪.‬‬
‫כשקרן אור עוברת דרך הפולריזר – היא יוצאת מקוטבת‪ .‬כשהתמיסה שבשפופרת איננה פעילה‬
‫אופטית יוצאת הקרן מן התמיסה כשמישור הקיטוב שלה לא השתנה‪ .‬כשהאנליזר "מקביל"‬
‫לפולריזר‪ ,‬עובר דרכו מלוא האור ומגיע לעין הצופה‪ .‬כשמסובבים את האנליזר‪ ,‬כמות קטנה יותר‬
‫של אור עוברת דרכו‪ .‬כשהאנליזר ניצב לפולריזר – שדה הראיה חשוך‪.‬‬
‫ציור מס' ‪ :4‬תאור סכמטי של פולרימטר‬
‫מכוונים את האנליזר באופן ששדה הראיה חשוך‪ .‬כשמכניסים חומר בעל פעילות אופטית‬
‫לשפופרת – הוא מסובב את מישור הקיטוב של האור‪ .‬על מנת לקבל שוב שדה ראיה חשוך – יש‬
‫צורך לסובב את האנליזר באותה מידה בו סובב החומר את מישור הקיטוב של האור אך בכיוון‬
‫ההפוך‪.‬‬
‫הסיבוב הספציפי ‪ α‬מוגדר במשוואה הבאה‪:‬‬
‫‪ - α‬זווית הקריאה‬
‫‪ – l‬אורך השפופרת בדצימטרים‬
‫‪ – c‬ריכוז התמיסה בגרמים ב ‪ 100‬סמ"ק תמיסה‬
‫‪ – t‬טמפרטורה‬
‫‪ – D‬אור נתרן באורך גל ‪5890Å‬‬
‫קביעת "זווית סיבוב ספציפית" מספקת נתון פיסיקלי חשוב לזיהוי ואיפיון תרכובות אורגניות‬
‫בלתי סימטריות‪ .‬נציין רק שרוב התרכובות הביולוגיות הן פעילות אופטית‪.‬‬
‫כמו כן ניתן בעזרת הפולרימטר לעקוב אחר מהלך ראקציות המלוות בשינוי הסיבוב האופטי תוך‬
‫התקדמות הראקציה‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫שיטות טיהור ‪Purification‬‬
‫‪ .1‬זיקוק רגיל ‪Distillation‬‬
‫אחת הדרכים לניקוי חומר אורגני נוזלי היא על ידי זיקוק‪ ,‬היינו‪ ,‬הפיכת החומר לאדים על ידי‬
‫חימום‪ ,‬עיבוי האדים לנוזל ואיסופו מחדש‪.‬‬
‫מערכת זיקוק )ציור מס' ‪ (5‬בנויה מגולה )‪ ,(flask‬שלתוכה מכניסים את החומר לזיקוק‪ ,‬ראש‬
‫זיקוק )‪ (still head‬המכונה גם תרנגול‪ ,‬תרמומטר למדידת הטמפרטורה של האדים‪ ,‬מעבה‬
‫)‪ (condenser‬שדרכו עוברים אדי החומר‪ ,‬שופר )‪ (adapter‬וכלי לאיסוף הנוזל )‪.(flask‬‬
‫ציור מס' ‪ :5‬מערכת לזיקוק רגיל‬
‫מחברים את הגולה על ידי מהדק לעמוד ברזל בגובה מתאים ולאחר מכן בונים את שאר חלקי‬
‫המערכת לפי הסדר‪ :‬ראש זיקוק )תרנגול(‪ ,‬מעבה‪ ,‬שופר וגולה מקבלת‪ .‬המעבה בנוי מצינור פנימי‬
‫שדרכו עוברים אדי החומר וממעטפת חיצונית שדרכה זורמים מים לקירור‪ .‬את המים מזרימים על‬
‫ידי חיבור לסירקולטור ששואב מים מתוך פיילה‪ .‬המים נכנסים דרך צינור לתוך המעבה ויוצאים‬
‫ממנו דרך צינור נוסף חזרה לתוך הפיילה‪ .‬בצורה כזו המים נעים במחזוריות ויש לדאוג לקירור‬
‫של המים בפיילה על ידי הוספת קרח‪ .‬כאשר נקודת הרתיחה של חומר מזוקק היא מעל ‪,150ºC‬‬
‫אין להזרים מים במעבה‪ .‬במקרה זה האוויר מספיק לקרר ולעבות אדים‪ .‬קירור יתר על ידי מים‬
‫יכול לגרום לפיצוץ המעבה בגלל הבדל הטמפרטורה הגדול בין המים הקרים לבין אדי החומר‪.‬‬
‫)פירוט לגבי הרכבת מערכת זיקוק בפרק‪" :‬בניית מערכות בסיסיות"(‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫‪ .2‬זיקוק בוואקום ‪Vacuum Distillation‬‬
‫במקרים מסויימים אי אפשר לזקק נוזל במערכת זיקוק רגילה‪ ,‬אם בשל העובדה שנקודת הרתיחה‬
‫של החומר גבוהה מאד והחומר עלול להתפרק לפני שהגיע לנקודת הרתיחה או בשל העובדה‬
‫שהחומר הינו רגיש לטמפרטורה וחימום קל עלול לגרום בו לשינויים כימיים‪ .‬במקרים כאלה יש‬
‫אפשרות לזקק את החומר בטמפרטורה נמוכה יותר על ידי הורדה של הלחץ החיצוני שבמערכת‪,‬‬
‫מאחר ונקודת הרתיחה של חומר תלויה בלחץ החיצוני‪.‬‬
‫לשם כך משתמשים במערכת זיקוק בוואקום‪ ,‬בה מורידים על ידי שאיבה את הלחץ שמעל הנוזל‬
‫שבמערכת‪ .‬אפשר להשתמש במערכת הזיקוק שהשתמשנו בה לזיקוק רגיל‪ ,‬כפי שמתוארת בציור‬
‫‪ .5‬את הצינור הצדדי של השופר מחברים למשאבה‪ .‬מערכת נוספת לזיקוק בוואקום מוצגת בציור‬
‫מס' ‪.6‬‬
‫ציור מס' ‪ :6‬מערכת לזיקוק בוואקום‬
‫מערכת זו מורכבת יותר אך הברזים שבה מאפשרים הכנסת המערכת לוואקום בהדרגתיות‪.‬‬
‫השימוש במערכת זו מקטין את הסיכוי לאיבוד חומר בגלל הקצפה מה שעלול להתרחש עקב‬
‫הורדת הלחץ במערכת‪ .‬בנוסף על ידי שימוש בברזים ניתן להחליף גולות מקבלות ולאסוף‬
‫פרקציות שונות בזיקוק ביתר קלות‪.‬‬
‫זיקוק בוואקום מאפשר לא רק זיקוק נוזלים אלא גם זיקוק חומרים שבלחץ אטמוספרי הם‬
‫מוצקים‪ ,‬אך בלחץ נמוך יותר אפשר על ידי חימום לזקקם ללא פירוק‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫‪ .3‬זיקוק למקוטעין ‪Fractional Distillation‬‬
‫זיקוק רגיל או זיקוק בוואקום‪ ,‬מאפשרים הוצאת תרכובת נדיפה מתוך תערובת עם חומרים בלתי‬
‫נדיפים‪ .‬האדים המתעבים בכלי הקיבול הם אדי החומר הנדיף‪ .‬בגולת הזיקוק נשארים כל שאר‬
‫החומרים‪ .‬כשמזקקים תערובת של נוזלים נדיפים‪ ,‬לחץ האדים של התערובת שווה לסכום לחץ‬
‫האדים החלקיים של המרכיבים‪ .‬אדי התזקיק לא יכילו רק אחד ממרכיבי התערובת אלא כמות‬
‫מסויימת מהאדים של כל החומרים הנדיפים‪ .‬אם יש לפנינו תערובת של שני נוזלים‪ ,‬יכילו האדים‬
‫תערובת של שתי התרכובות באופן שהאדים יהיו עשירים יותר בתרכובת הנדיפה יותר מאשר‬
‫הנוזל )ראה ציור מס' ‪.(7‬‬
‫ציור מס' ‪ :7‬עקומת זיקוק של תערובת בנזן‪-‬טולואן‬
‫בזיקוק חלק מהתערובת‪ ,‬יתאסף מקטע העשיר יותר בנוזל הנדיף‪ .‬אם נשוב ונזקק מקטע זה באופן‬
‫חלקי‪ ,‬נקבל מקטע חדש העשיר עוד יותר בחומר הנדיף‪ .‬תיאורטית נחוץ מספר אינסופי של‬
‫זיקוקים להפרדה מלאה בין תערובות כגון זו של בנזן וטולואן‪ .‬למעשה – אנו בונים מערכת‬
‫המאפשרת בזיקוק אחד "זיקוקים חוזרים" רבים‪ ,‬זוהי מערכת של זיקוק למקוטעין תוך שימוש‬
‫בקולונת הפרדה‪ ,‬המכונה גם "קולונת ויגרה" )‪.(Vigre column‬‬
‫בונים מערכת זיקוק למקוטעין )ציור מס' ‪ ,(8‬באופן שבין גולת הזיקוק לבין ראש הזיקוק‬
‫)תרנגול( נתונה קולונה מתאימה‪ .‬קולונת ויגרה מכילה פלטפורמות זכוכית‪ ,‬האדים הפוגעים בהן‬
‫מתעבים וחוזרים לגולה‪ .‬הקולונה מחוממת מלמטה על ידי האדים כך שהחלק התחתון שלה הוא‬
‫החם ביותר והחלק העליון הוא הקר ביותר‪ .‬הנוזל רותח והאדים העולים בקולונה מכילים ריכוז‬
‫גבוה יותר של החומר הנדיף מאשר הנוזל‪ .‬חלקם מתקרר‪ ,‬יורד‪ ,‬נפגש באדים חדשים העולים‬
‫‪8‬‬
‫בקולונה ורותח שוב‪ ,‬וחוזר חלילה‪ .‬כל רתיחה מחודשת היא "זיקוק מחדש"‪ .‬בדרך כלל‬
‫משתמשים בזיקוק למקוטעין להפרדת תערובת של נוזלים שהפרש טמפרטורת הרתיחה שלהם‬
‫קטן מ ‪ .25ºC‬ככל שהפרש בטמפרטורות הרתיחה של שני הנוזלים קטן יותר‪ ,‬יש צורך בקולונה‬
‫יעילה יותר להפרדה טובה יותר ביניהם‪.‬‬
‫ציור מס' ‪ :8‬מערכת לזיקוק למקוטעין‬
‫‪9‬‬
‫‪ .4‬גיבוש מחדש ‪Recrystallization‬‬
‫אחת משיטות הניקוי החשובות של חומרים מוצקים היא שיטת הגיבוש מחדש‪ .‬עיקרה בהמסת‬
‫החומר המוצק המבוקש בממס מתאים‪ ,‬שממנו נותנים לגבישי החומר לצמוח מחדש ללא "אי‬
‫ניקיונות" הנשארים בתמיסה‪ .‬לרוב נבחר ממס שבו החומרים הזרים נמסים טוב יותר מהחומר‬
‫המנוקה‪ ,‬בעיקר בקור‪.‬‬
‫שיטת גיבוש מקובלת היא "גיבוש מתמיסה חמה"‪ .‬בוחרים ממס שבו התרכובת נמסה היטב בחום‪,‬‬
‫אך קשת‪-‬תמס בקור ומבצעים את השלבים הבאים‪:‬‬
‫‪ .1‬ממיסים את החומר הגולמי בכמות מינימלית של ממס רותח‪ ,‬דהיינו מכינים תמיסה רוויה‬
‫של החומר הגולמי‪.‬‬
‫‪ .2‬אם התמיסה אינה צלולה ומכילה אי‪-‬נקיונות שאינם נמסים כלל‪ ,‬מסננים את התמיסה‬
‫החמה במהירות דרך נייר סינון מקופל ומחומם לתוך ארלנמייר‪ .‬סינון חם נועד למנוע‬
‫התגבשות של החומר על נייר הסינון – איבוד חומר‪.‬‬
‫‪ .3‬משהים את התמיסה החמה שבארלנמייר לקירור איטי‪ .‬מאחר ובממס שנבחר מסיסות‬
‫החומר בקור קטנה‪ ,‬יתגבש החומר מתוך התמיסה‪ .‬ככל שהגיבוש איטי‪ ,‬הגבישים גדלים‬
‫ממספר קטן יותר של מרכזי התגבשות‪ ,‬והם יפים יותר ובעיקר הומוגניים יותר‪.‬‬
‫‪ .4‬מסננים את המשקע שמתקבל דרך משפך ביכנר )ציור מס' ‪ .(9‬הסינון נעשה בעזרת‬
‫משאבת אוויר‪ .‬הסינון בדרך זו מהיר והגבישים מתייבשים במהירות‪.‬‬
‫"תמיסת האם" – זו התמיסה הנשארת לאחר סינון הגבישים‪ .‬היא מכילה את אי‪-‬הניקיונות‬
‫הנמסים בממס וכן כמות מסויימת מהחומר שגובש‪.‬‬
‫ציור מס' ‪ :9‬סינון דרך משפך ביכנר‬
‫בשיטת הגיבוש מפסידים חומר על חשבון ניקיונו‪ ,‬ולכן חשוב לבחור ממס אשר בו מסיסותה של‬
‫התרכובת בקור נמוכה ככל האפשר‪ .‬לכן גם משתמשים בכמות מינימלית של ממס כי בתמיסה‬
‫‪10‬‬
‫מהולה יותר הפסד החומר יהיה גדול יותר‪ .‬לעיתים קרובות קשה למצוא ממס מתאים לגיבוש‬
‫מתמיסה חמה‪.‬‬
‫דרך גיבוש אחרת היא על ידי מציאת שני ממסים‪ ,‬המתערבבים אחד בשני )כמו מים וכוהל או‬
‫אתר ופתרול‪-‬אתר( שבאחד החומר נמס היטב ובשני אינו נמס כלל‪ .‬ממיסים את החומר בממס‬
‫הראשון‪ ,‬מסננים את התמיסה מאי ניקיונות קשי‪-‬תמס‪ ,‬ואחר כך מוסיפים תוך טפטוף את הממס‬
‫השני‪ .‬מסיסות החומר בתמיסה שבה הולך ועולה ריכוז הממס השני – הולכת וקטנה‪ ,‬והחומר‬
‫שוקע מתוך התמיסה‪ .‬זהו גיבוש על ידי השקעה מתערובת ממסים‪.‬‬
‫‪ .5‬סובלימציה ‪Sublimation‬‬
‫סובלימציה מוגדרת כמעבר ישיר מפאזה מוצקת לפאזה הגזית מבלי לעבור דרך הפאזה הנוזלית‪.‬‬
‫אפשר לבצע סובלימציה של מוצק שלחץ אדיו גבוה במיוחד בתנאי המעבדה והיא באה במקום‬
‫שיטת הגיבוש‪ .‬מכשיר הסובלימציה בנוי ממבחנה רחבה )ציור מס' ‪ (10‬עם צינור צדדי )שאפשר‬
‫לחברו למשאבה(‪ ,‬ומבחנה פנימית המאפשרת זרימת מים‪ ,‬כפי שמתואר בציור‪ ,‬או המאפשרת‬
‫הכנסה של קרח כתוש לתוכה‪.‬‬
‫ציור מס' ‪ :10‬מכשיר סובלימציה‬
‫החומר הגולמי מוכנס למבחנה הרחבה‪ .‬למבחנה הפנימית מכניסים קרח או מזרימים מים קרים‪.‬‬
‫בחימום‪ ,‬החומר הגולמי שבמבחנה החיצונית עובר סובלימציה‪ ,‬וממריא על הדפנות החיצוניים‬
‫הקרים של המבחנה הפנימית‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫‪ .6‬מיצוי ‪Extraction‬‬
‫אפשר להוציא תרכובת מתוך תערובת גולמית או מתמיסה‪ ,‬על ידי העברתה לממס אחר בתנאי‬
‫שהממסים אינם מתערבבים ביניהם‪ .‬כך‪ ,‬למשל‪ ,‬ניתן להעביר תרכובת מתמיסה מימית לתמיסה‬
‫אורגנית‪ .‬תהליך זה נקרא מיצוי‪ .‬כשתרכובת אורגנית נמסה גם במים וגם בממס אורגני‪,‬‬
‫ומטלטלים אותה היטב במשפך מפריד עם תערובת שני הממסים‪ ,‬שאינם מתערבבים בינם לבין‬
‫עצמם‪ ,‬מתחלקת התרכובת האורגנית בין שתי הפאזות‪.‬‬
‫התחלקות תרכובת נתונה בין שתי פאזות נקבעת על פי "עיקרון החלוקה" )‪(partition low‬‬
‫האומר שכאשר מוסיפים למערכת של שני נוזלים בילתי‪-‬מתערבבים כמות מסויימת של חומר‬
‫שלישי הנמס בכל אחד מהנוזלים‪ ,‬התחלקות החומר בין שני הנוזלים הינה לפי יחס קבוע‬
‫בטמפרטורה נתונה‪:‬‬
‫‪CA‬‬
‫‪CB‬‬
‫=‪K‬‬
‫‪ = K‬קבוע ההתחלקות‬
‫‪ = CA‬ריכוז החומר בממס ‪A‬‬
‫‪ = CB‬ריכוז החומר בממס ‪B‬‬
‫למיצוי תרכובת אורגנית מתוך תמיסות מימיות יש לבחור בממס אורגני מתאים‪ .‬למשל‪,‬‬
‫כשהתרכובת בלתי פולרית‪ ,‬משתמשים בממסים לא פולריים‪ ,‬כגון פטרול‪-‬אתר‪ ,‬פחמן‬
‫טטראכלורי‪ ,‬בנזן ועוד‪ .‬כאשר החומר הוא פולרי‪ ,‬יש לבחור בממסים אורגנים פולריים כגון‬
‫דיכלורומתאן‪ ,‬כלורופורם‪ ,‬אתר ועוד‪.‬‬
‫למיצוי טוב יותר של חומר מתמיסה מימית‪ ,‬מוסיפים לפעמים לתערובת הממסים מלח בישול‪.‬‬
‫לתהליך של "הוצאת התרכובת" מתוך המים על ידי מלחים קוראים "מילוח" )‪.(salting out‬‬
‫‪12‬‬
‫זיהוי והפרדה ‪ -‬כרומטוגרפיה‬
‫שתי הדרכים החשובות ביותר בהן ניתן להפריד תרכובת מבוקשת מאי‪-‬נקיונות‪ ,‬או לבודדה מתוך‬
‫תערובת מרכיבים הן‪) :‬א( מיצוי‪) ,‬ב( כרומטוגרפיה‪ .‬שתי השיטות מבוססות על התחלקות בין‬
‫שתי פאזות‪.‬‬
‫חשיבות השיטות הכרומטוגרפיות נובעת מכך שהן מאפשרות הפרדה בין מספר מרכיבים‬
‫שבתערובת על ידי ניצול תכונת ההתחלקות השונה של כל אחד מהמרכיבים בין שתי הפאזות‪.‬‬
‫ההתחלקות השונה של תרכובת בין שתי פאזות יכולה לנבוע‪ :‬א( מהבדלי מסיסות‪ ,‬היינו עיקרון‬
‫ההתחלקות )‪ ;(partitioning‬ב( מהבדלים בכושר הספיחה של הפאזה לגבי כל אחד ממרכיבי‬
‫התערובת )‪.(adsorption‬‬
‫בכל שיטות הכרומטוגרפיה מתחלקת התרכובת בין פאזה ניידת )‪ (mobile phase‬ופאזה נייחת‬
‫)‪ .(stationary phase‬ישנן מספר רב של שיטות כרומטוגרפיות המסווגות על פי אופי הפאזה‬
‫הנייחת והפאזה הניידת‪ .‬להלן כמה משיטות הכרומטוגרפיה העיקריות‪:‬‬
‫‪ .1‬כרומטוגרפיה בשכבה דקה )‪(thin layer chromatography – TLC‬‬
‫‪ .2‬כרומטוגרפיה בקולונה )‪(solid liquid chromatography‬‬
‫‪ .3‬כרומטוגרפיה בפאזה גזית )‪(gas chromatography – GC‬‬
‫‪ .4‬כרומטוגרפיה בפאזה נוזלית )‪.(liquid liquid chromatography‬‬
‫‪ .1‬כרומטוגרפיה בשכבה דקה )‪(thin layer chromatography – TLC‬‬
‫כרומטוגרפיה בשכבה דקה מבוססת על התחלקות חומר בין פאזה נוזלית ניידת ופאזה מוצקה‬
‫נייחת‪ .‬בשיטה זו ההפרדה בין החומרים הנמצאים בפאזה הנוזלית הניידת מתבצעת על ידי השכבה‬
‫המוצקה על ידי כך שהחומר המוצק סופח על שטח פניו באופן סלקטיבי את החומרים השונים‬
‫העוברים דרכו‪ .‬הספיחה היא סך כל כוחות המשיכה הבין מולקולריים‪ :‬כוחות אלקטרוסטטים‪,‬‬
‫קשרי מימן‪ ,‬קשרי וון‪-‬דר‪-‬וולס וכדומה‪ .‬בשיטה זו המוצק הסופח )סיליקה‪/‬אלומינה( מרוח‬
‫בשכבה דקה על פלטה של זכוכית‪ ,‬אלומיניום או חומר פלסטי קשיח‪ .‬מניחים טיפה מתמיסת‬
‫התערובת להפרדה על הפלטה‪ ,‬קרוב לקצה אחד שלה )ציור מס' ‪ .(11‬מכניסים למיכל נוזל מריץ‬
‫בכמות קטנה באופן שפני הנוזל יהיו נמוכים מהטיפה שעל הפלטה‪ .‬לאחר מכן מכניסים את‬
‫הפלטה למיכל הפיתוח‪ .‬הנוזל המריץ עולה בפלטה )עליה בנימיות הסופח( וסוחף עימו את‬
‫התערובת הנבדקת‪ .‬קצב ההרצה של כל מרכיב בתערובת תלוי במס' גורמים חשובים‪:‬‬
‫‪13‬‬
‫‪ .1‬נטייתו של החומר להקשר להתמוסס או להסתפח אל הפאזה העומדת‪.‬‬
‫‪ .2‬נטייתו של החומר להקשר או להתמוסס במריץ‪.‬‬
‫לכל חומר‪/‬מרכיב בתערובת תכונות שונות של קישור‪ ,‬המסה וכד'‪ -‬לכן מהירות תנועתו במערכת‬
‫הכרומטוגרפיה היא אופיינית לו‪ ,‬ושונה מזו של חומרים אחרים‪ .‬היחס בין מרחק הנדידה של‬
‫החומר לבין מרחק נדידת הנוזל המריץ מנקודת המוצא נקרא קבוע הנדידה ‪.(Rate of flow) Rf‬‬
‫קבועי הנדידה ‪ Rf‬הינם גדלים קבועים ובתנאים נתונים הם מאפשרים איפיון החומרים‪ .‬שרטוט‬
‫סכמטי של תערובת ראקציה‪ ,‬חומר מוצא והתוצר של ראקציה מסויימת שעברו הפרדה ב‪TLC‬‬
‫מובא בציור מס' ‪:11‬‬
‫א'‬
‫ב'‬
‫ציור מס' ‪ :11‬א'‪ :‬הכנת פלטת ‪ TLC‬לכרומטוגרפיה‪ .‬ב'‪ :‬הפרדה של תערובת ראקציה‬
‫ב‪ .1:TLC‬תוצר הראקציה‪ .2 ,‬תערובת הראקציה‪ .3 ,‬חומר המוצא‪.‬‬
‫כשהמרכיבים צבועים‪ ,‬אפשר לראותם במישרין על הפלטה‪ .‬אם הם חסרי צבע‪ ,‬יש צורך לבצע‬
‫בהם ראקציה כלשהיא על הפלטה על מנת לקבל תוצרים צבעוניים נראים לעין‪ .‬אחת השיטות היא‬
‫הכנסת הפלטה למיכל המכיל אדי יוד‪ .‬יוד יוצר תרכובות קומפלקסיות צבועות עם רוב התרכובות‬
‫האורגניות‪ .‬אולם השיטה המקובלת ביותר היא להסתכל על הפלטה באור אולטרא‪-‬סגול בעזרת‬
‫מנורת ‪ ,UV‬שכן לרוב החומרים האורגניים בליעות בתחום‪.‬‬
‫‪ .2‬כרומטוגרפיה על קולונה‬
‫כרומטוגרפיה על קולונה אף היא כרוכה בהתחלקות חומר בין פאזה נוזלית ניידת ופאזה מוצקה‬
‫נייחת‪ .‬הקולונה מפרידה בין החומרים השונים שבפאזה הניידת על ידי כך שהמוצק הממלא אותה‬
‫סופח על פני שטחו באורח סלקטיבי את החומרים השונים העוברים דרכו‪ .‬ההפרדה מתבססת על‬
‫‪14‬‬
‫ההבדלים בזיקה היחסית של החומרים בתערובת לשתי הפאזות‪ .‬חומרים להם זיקה רבה יותר‬
‫לפאזה הנייחת ישהו בה זמן רב יותר ועל כן ינועו )באופן ממוצע( לאט יותר בעוד חומרים להם‬
‫זיקה רבה יותר לפאזה הניידת ינועו )באופן ממוצע( מהר יותר‪ .‬בחירתם של הממס לשימוש‬
‫בפאזה הניידת ושל הפאזה הנייחת נעשית בהתאם לתערובת אותה רוצים להפריד‪ .‬בשלב ראשון‬
‫מטעינים בראש העמודה המלאה בחומר סופח )כגון אלומינה ‪ ,Al2O3‬סיליקה ג'ל ועוד( את‬
‫התערובת להפרדה‪ .‬לאחר מכן מוסיפים במנות את הפאזה הניידת שעוברת דרך העמודה מלמעלה‬
‫למטה בכוח הגרביטציה‪ .‬התערובת מחלחלת לאיטה דרך העמודה‪ ,‬כשמרכיביה נודדים במהירויות‬
‫שונות‪ ,‬לפי הזיקה שלהם לפאזה הנייחת‪/‬פאזה ניידת‪ .‬אם החומרים המופרדים הם בעלי צבע אז‬
‫בדומה ל‪ TLC‬ניתן מיד לזהותם‪ .‬אם הם חסרי צבע ניתן לזהותם על ידי‪ :‬א(‪ .‬איסוף מקטעים של‬
‫נוזל ביציאה מהעמודה‪ .‬ב(‪ .‬הפעלת ראגנטי זיהוי או שיטות זיהוי אחרות )כגון שיטות‬
‫ספקטרליות( על כל מקטע‪ .‬לעיתים רחוקות אף נהוג לפרק את העמודה לאחר הניסוי ולמצות‬
‫מתוך הפאזה הנייחת את החומרים שהופרדו‪.‬‬
‫ממס)פאזה ניידת(‬
‫חול‬
‫א'‬
‫פאזה‬
‫נייחת‬
‫ב'‬
‫כיוון זרימת‬
‫הפאזה הניידת‬
‫ציר הזמן‬
‫חול‬
‫כותנה‬
‫ציור מס' ‪ :12‬א'‪ :‬קולונה לכרומטוגרפית ספיחה‪ .‬ב'‪ :‬הפרדה של שלושה חומרים על קולונה‪.‬‬
‫‪ .3‬כרומטוגרפיה בפאזה גזית )‪(Gas chromatography‬‬
‫בכרומטוגרפיה בפאזה גזית הפאזה הניידת היא גז אינרטי )הליום או חנקן( הנקרא גם גז נושא‬
‫)‪ ,(carrier gas‬הזורם ממיכל מיוחד לתוך המערכת‪ .‬הפאזה הנייחת מצופה בתוך קולונה‬
‫ספירלית ארוכה )מספר מטרים(‪ .‬הקולונה יושבת בתוך תנור המחומם לטמפרטורה מעל‬
‫טמפרטורת האידוי של החומרים בדוגמא‪ .‬הדוגמא להפרדה מוזרקת לתוך הקולונה ועוברת תהליך‬
‫אידוי בחלק ההתחלתי של הקולונה‪ .‬לאחר אידוי הדוגמא הגז הנושא דוחף את הדוגמא במצבה‬
‫הגזי לאורך הקולונה ותהליך ההפרדה מתבצע‪ .‬אילו הקולונה היתה ריקה היה החומר נסחף בזרם‬
‫הגז ויוצא מן הקולונה במהירות בה יצא הגז‪ .‬מאחר ובקולונה מצוי חומר בעל כושר ספיחה‪,‬‬
‫‪15‬‬
‫מתקיימת תחרות )על פני הקולונה( על מולקולות החומר בין הנוזל לבין הגז‪ ,‬כשהמולקולות‬
‫נספחות על פני הנוזל ומשתחררות וזורמות הלאה לאורך הקולונה‪ .‬מהירות זרימת החומר תיקבע‬
‫לפי מהירות זרימת הגז‪ ,‬הטמפרטורה של הקולונה ואורכה ובעיקר אופי הפאזה הנוזלית‪.‬‬
‫בפעולת הפאזה הנוזלית משתתף גורם הספיחה‪ ,‬גורם ההתחלקות לפי מסיסות וכן לחץ האדים של‬
‫החומרים השונים בתערובת‪ .‬החומר הסופח בקולונה נבחר לפי אופי התרכובות שצריך להפריד‪.‬‬
‫קולונה יעילה תהיה זו שבה חומר אחד יוצא בשלמות )ספיחה קטנה על הקולונה( לפני שהחומר‬
‫השני יתחיל לצאת‪ .‬הזמן הדרוש למעבר החומר בקולונה מרגע הזרקתו ועד לרגע יציאתו ממנה‬
‫נקרא ‪ (retention time) Rt‬והוא נתון המאפיין את החומר בתנאי המכשיר‪.‬‬
‫בסוף הקולונה מוצב גלאי הרגיש לסוג החומרים שעוברים הפרדה‪ .‬האות היוצא מהגלאי נרשם על‬
‫גבי רשם או נאגר במחשב‪ .‬בדרך כלל אינטגרציה של עוצמת האות מהגלאי )עבור כל חומר(‬
‫פרופורציונית לכמות החומר בדוגמא המוזרקת‪ .‬נתון זה משמש לאנליזה כמותית של כל חומר‬
‫בדוגמה‪.‬‬
‫‪ .4‬כרומטוגרפית נוזל‪-‬נוזל )‪(liquid-liquid chromtography‬‬
‫שיטת הכרומטוגרפיה נוזל‪-‬נוזל מבוססת על התחלקות בין שתי פאזות נוזליות כאשר אחת נייחת‬
‫והשניה ניידת‪ .‬שיטת כרומטוגרפיה נוזל‪-‬נוזל בלחץ גבוה ‪High Performance Liquid ) HPLC‬‬
‫‪ (Chromatography‬נחשבת לאחת משיטות ההפרדה היעילות ביותר ובעזרתה ניתן להפריד‬
‫תערובות של חומרי טבע מורכבים כמו חומצות אמינו‪ ,‬סוכרים‪ ,‬סטרואידים ועוד‪ .‬בשיטה זו‬
‫הפאזה הנייחת מורכבת מחלקיקים קטנים מאוד בקוטרם )קטן מ ‪ 200‬מיקרון( של מוצק המצופים‬
‫בחומר נוזלי‪ .‬פאזה זו בדרך כלל פולרית והפאזה הניידת היא נוזל בלתי פולרי‪ .‬את החלקיקים‬
‫הנ"ל דוחסים לתוך קולונה ספירלית‪ .‬בעקבות העובדה שהקולונה דחוסה מאוד הפאזה הניידת‬
‫)נוזל( לא מסוגלת לעבור בה בכוח הגרביטציה בלבד ויש צורך להפעיל לחץ באמצעות משאבה‪.‬‬
‫בדומה ל ‪ GC‬ביציאה מהקולונה מוצב גלאי‪ .‬הגלאים הנפוצים במערכות ‪ HPLC‬הן גלאי בליעת‬
‫‪ ,UV‬גלאי פלורסנציה‪ ,‬גלאי מוליכות ועוד‪ .‬בדומה ל ‪ GC‬אינטגרציה על עוצמת האות מהגלאי‬
‫)עבור כל חומר( פרופורציונית לכמות החומר בדוגמא המוזרקת‪ .‬נתון זה משמש לאנליזה כמותית‬
‫של כל חומר בדוגמה‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫שיטות ספקטרליות‬
‫כיום משתמש הכימאי באופן שיגרתי במספר רב של שיטות ספקטרוסקופיות‪ ,‬שמטרתן לזהות‬
‫ולאפיין את המבנה של תרכובות חדשות שהוכנו או בודדו‪ .‬השיטות הללו המחליפות את השיטות‬
‫הכימיות הקלאסיות‪ ,‬כוללות בין היתר אנליזת מסות )‪ (mass spectrometry‬ושיטות‬
‫ספקטרוסקופיות המבוססות על אינטראקציה בין קרינה אלקטרומגנטית לבין החומר הנבדק‪.‬‬
‫השיטות הספקטרוסקופיות כוללות שיטות לקביעת מבנה במצב מוצק‪ ,‬כמו קרני ‪X-ray ) X‬‬
‫‪ (crystallography‬ושיטות אחרות המותאמות יותר לקביעת מבנה בתמיסה‪ ,‬כגון‬
‫ספקטרוסקופיה בתחום הנראה והאולטרא‪-‬סגול )‪ ,(UV visible spectroscopy‬ספקטרוסקופיה‬
‫בתחום האינפרא‪-‬אדום )‪ ,(infra-red spectroscopy-IR‬וספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית‬
‫גרעינית – תמ"ג )‪ .(nuclear magnetic resonance – NMR‬מכל השיטות שנזכרו לעיל‪,‬‬
‫‪ NMR‬היא השיטה השימושית ביותר לקביעת מבנה בתמיסה‪ .‬שיטה זו מכילה כמות רבה יותר‬
‫של אינפורמציה וככל שמדובר במבנה כימי מסובך יותר‪ ,‬הופך ספקטרום ה‪ NMR-‬לבעל‬
‫חשיבות רבה יותר‪ .‬בשנים האחרונות הפכה שיטת התמ"ג לשיטה העיקרית לקביעת מבנה‬
‫שלישוני מפורט בתמיסה של מולקולות ביולוגיות כמו חלבונים ומקטעים של ‪.DNA‬‬
‫השיטות הספקטרוסקופיות המבוססות על אינטראקציה בין גל אלקטרומגנטי וחומר מבוססות על‬
‫כך שכל גל אלקטרומגנטי נושא עמו כמות אנרגיה בהתאם למשוואה )‪:(1‬‬
‫האנרגיות השונות של הגלים האלקטרומגנטיים השונים מובאות בטבלה ‪.1‬‬
‫כשקרינה אלקטרומגנטית פוגעת בצורון כימי ב"מצב היסוד" )”‪ ,(“ground state‬עשוי צורון זה‬
‫לבלוע כמות אנרגיה אם זו מתאימה לעירור הצורון הכימי‪ ,‬היינו העברת הצורון למצב מעורר‪.‬‬
‫תהליך זה בא לידי ביטוי בקבלת ספקטרום בליעה‪ .‬לחליפין ניתן לעקוב אחרי החזרה של‬
‫המערכת למצב היסוד‪ .‬במקרה זה אנו מדברים על ספקטרום פליטה‪ .‬מקור "מצב העירור"‬
‫)”‪ (“excited state‬יכול להיות אלקטרוני‪ ,‬היינו‪ ,‬מעבר אלקטרון מאורביטלה‪-‬קושרת‬
‫‪17‬‬
‫)‪ (bonding-orbital‬אחת לאורביטלה בעלת אנרגיה גבוהה יותר )בדרך כלל ‪anti-bonding‬‬
‫‪ (orbital‬או עירור הקשור בעיוות הקשרים שבין האטומים במולקולה שהוא עירור של רמות‬
‫ויברציוניות או עירור הכרוך בהיפוך הספין המגנטי ועוד‪ .‬כל צורת עירור קולטת אנרגיה מסויימת‬
‫בסדר גודל אחר‪ .‬על כן ספקטרום הבליעה של המולקולה משתנה לפי תחום הקרינה‬
‫האלקטרומגנטית שבו משתמשים‪.‬‬
‫כעיקרון‪ ,‬רגישות של שיטה ספקטרלית נקבעת על ידי הפרש האנרגיה שבין הרמות האנרגתיות‬
‫שמעורבות בתהליך העירור‪ .‬כך שברור כי שיטת ה ‪ UV-visible‬יותר רגישה משיטת ה ‪,IR‬‬
‫שהיא כשלעצמה רגישה יותר משיטות של תהודה מגנטית אלקטרונית )‪ (ESR‬או גרעינית‬
‫)‪ .(NMR‬ואולם שיטת ה ‪ NMR‬היא השיטה האינפורמטיבית ביותר לקביעת מבנה של מולקולות‬
‫אורגניות וביוכימיות שונות‪.‬‬
‫כפי שנאמר‪ 3 ,‬השיטות המקובלות ביותר במעבדה האורגנית הן שיטות ה ‪ ,UV-visible‬ה‪,IR -‬‬
‫וה‪ .NMR -‬אולם בשל החשיבות הרבה של שיטת ה –‪ NMR‬בזיהוי ואיפיון של מולקולות‬
‫אורגניות‪ ,‬רק נזכיר את המאפיינים של שיטות ה‪ UV-‬וה‪ IR-‬ונדון מעט יותר בהרחבה בשיטת‬
‫ה‪.NMR-‬‬
‫‪18‬‬
‫א‪ .‬ספקטרוסקופיה בתחום הנראה והאולטרא סגול )‪(UV-visible‬‬
‫אורכי הגל המשמשים בספקטרוסקופיה מסוג זה הם‪ :‬בתחום הנראה ‪ 400-750nm‬ובתחום‬
‫האולטרא‪-‬סגול ‪ .200-400nm‬כאן מדובר על מעברים אלקטרונים‪ .‬השיטה רגישה ומאפשרת‬
‫מדידת נוכחות של כמויות קטנות של חומר‪ .‬הספקטרום המתקבל הוא מספר בליעות רחבות‬
‫ומסמנים את מקומה של הבליעה ב ‪ λmax‬ואת עוצמתה ב‪ .εmax -‬המעברים יכולים להיות קשורים‬
‫לאלקטרוני ‪ σ‬הנמצאים בקשרים בודדים‪ ,‬אלקטרוני ‪ π‬הנמצאים בקשרים כפולים ומשולשים‬
‫ובאלקטרונים בלתי קושרים ‪ (non-bonding) n‬כדוגמת האלקטרונים על החמצן בקשר‬
‫קרבונילי‪ .‬המעברים הנצפים בסדר אנרגתי יורד הם מעברי‪:‬‬
‫)* מסמלת אורביטלה לא‪-‬קושרת(‬
‫אלקטרונים בקשרים בודדים בולעים בתחום האולטרא‪-‬סגול הרחוק ואפילו עירור *‪ π---- π‬בולע‬
‫באיזור של ‪ ,250nm‬ואולם ככל שהמערכת האלקטרונית יותר מצומדת יש הסחה של הבליעה‬
‫לכיוון הספקטרום הנראה‪ .‬ספקטרום ה ‪ UV‬מאפשר רק קביעה של קיום קבוצות פונקציונליות‬
‫ואולם חשיבות השיטה היא בקביעת הריכוז של תרכובות ידועות בהסתמך על חוק בר‪-‬למברט‬
‫הקובע כי קיימת תלות לינארית בין עוצמת הבליעה והריכוז של החומר )‪.(2‬‬
‫ספקטרומטר ה‪ UV-‬מצייר בדרך כלל את עוצמת הבליעה כפונקציה של אורך הגל‪ ,‬כך שניתן‬
‫כעיקרון לקבל גרף כיול עבור כל חומר שהוא על ידי הרצת הספקטרום עבור תמיסות בעלות‬
‫ריכוז ידוע ואורך תא נתון‪ .‬מכך ניתן לחשב את ‪ .ε‬לאחר שיש לנו את ‪ ε‬ניתן לבצע אנליזה של‬
‫תמיסת נעלם ולקבוע את ריכוזה‪ .‬יתרונות השיטה הן פשטות הפעלת המכשיר‪ ,‬מהירות הבדיקה‬
‫והצורך בכמויות קטנות של חומר על מנת לבצע את הבדיקה והעובדה שהבדיקה אינה הרסנית‪.‬‬
‫להלן בליעות אופייניות של כמה מערכות מצומדות‪:‬‬
‫‪19‬‬
‫כפי שניתן לראות מנתונים חלקיים אלה מיקום הבליעות הן אדטיביות בקירוב ראשון‪ ,‬כלומר ניתן‬
‫לקבלן על ידי חיבור התרומות של כל אחד מן הכרומופורמים הקיימים במולקולה‪.‬‬
‫ב‪ .‬ספקטרוסקופיה בתחום האינפרא‪-‬אדום )‪(infra red - IR‬‬
‫תחום הספקטרום שמשתמשים בו במכשירי ‪ IR‬הוא תחום האינפרא‪-‬אדום הקרוב‪ .‬היחידות‬
‫המקובלות לתחום זה הן המיקרון ‪ μ‬או מספר הגל המוגדר כ ‪ .ν = 1/λ cm-1‬תחום הבליעה של‬
‫המכשירים הסטנדרטיים הוא‪ 2.5-15μ :‬או ‪.667-4000cm-1‬‬
‫תחום ה‪ IR-‬הוא תחום עירור של רמות ויברציוניות בתוך הרמות האלקטרוניות של האטומים‬
‫בתוך המולקולות‪ .‬המודל הפשוט ביותר להמחיש את העירורים הללו הוא להסתכל על מולקולה‬
‫כאילו היא בנוייה מכדורים )אטומים( הקשורים בינהם בקפיצים )קשרים(‪ .‬ככל שהקשר חזק‬
‫יותר‪ ,‬נאמר שזהו קפיץ חזק יותר – ההיינו קפיץ שקבוע הכוח שלו ‪ k‬גדול יותר‪.‬‬
‫במכשירי ה‪ IR-‬קרינה אלקטרומגנטית עוברת דרך החומר הנבדק שנמצא בדרך כלל בין לוחות‬
‫‪ .NaCl‬אם החומר הוא נוזל שמים כמה טיפות של חומר בין לוחות ה ‪ NaCl‬ואם החומר הוא‬
‫מוצק‪ ,‬ניתן להכין ממנו תרחיף מכמה גבישים של החומר ונוג'ול )פראפין אליפאטי נוזלי(‪ .‬כאשר‬
‫החומר מומס בתמיסה יש לשים בתא הרפרנס את הממס כך שהספקטרום שירשם יהיה ההבדל‬
‫‪20‬‬
‫בין הבליעה של התמיסה ושל הממס‪ .‬סיבוב הפריזמה במכשיר מאפשר רישום של הבליעה בכל‬
‫אורך גל שבתחום האינפרא‪-‬אדום הקרוב‪.‬‬
‫כפי שכבר הוזכר‪ ,‬מתברר כי קבוצות אטומים מסויימות כמו ‪ –NH2 ,C=O ,OH‬בולעות בתחום‬
‫צר ואופייני גם אם הן מוקפות בקבוצות אטומים נוספות ושונות‪ .‬מסת האטומים שבקבוצה וחוזק‬
‫הקשרים שביניהם קובעים בקירוב טוב את מיקום הבליעה וניתן לצפותה על פי משוואה )‪:(3‬‬
‫כאשר ‪ MA‬ו‪ MB -‬הן המסות של ‪ A‬ו‪ ,B-‬בהתאמה‪.‬‬
‫להלן כמה בליעות אופייניות של קבוצות פונקציונאליות חשובות )טבלה ‪.(2‬‬
‫‪21‬‬
‫ציור מס' ‪ :13‬ספקטרום ‪ IR‬אופייני של חומצה הקסאנואית‪.‬‬
‫ג‪ .‬תהודה מגנטית גרעינית )תמ"ג( )‪(NMR – Nuclear Magnetic Resonance‬‬
‫תהודה מגנטית גרעינית הינה ללא ספק השיטה החשובה ביותר לזיהוי ולקביעת המבנה של‬
‫תרכובות אורגניות וביוכימיות בתמיסה‪ .‬השיטה‪ ,‬שהחיסרון העיקרי שלה הוא רגישות יחסית‬
‫נמוכה‪ ,‬מאפשרת קבלת כמות עצומה של אינפורמציה על המולקולה האורגנית וזו מאפשרת בדרך‬
‫כלל זיהוי ואף קביעת המבנה המרחבי של המולקולה‪ ,‬אם יש צורך בכך‪.‬‬
‫לגרעינים של אטומים מסויימים יש ספין גרעיני וניתן לומר שגרעינים בעלי ספין גרעיני מתנהגים‬
‫כמגנטים קטנים כאשר מופעל עליהם שדה מגנטי חיצוני‪ .‬ניתן לקבוע את מספר הספין ‪ I‬של גרעין‬
‫אטום לפי הכללים הבאים‪:‬‬
‫* כאשר מספר הפרוטונים ומספר הניוטרונים בגרעין האטום הוא זוגי אז מספר הספין הוא אפס‬
‫)כמו ‪ 16O, 12C‬וכו'(‪.‬‬
‫* כאשר מספר הפרוטונים ומספר הניוטרונים בגרעין האטום הוא איזוגי אז ‪ I‬הוא שלם )‪,2 ,1‬‬
‫‪ (.....3‬כמו ‪ 14N, 2D‬וכו'‪.‬‬
‫* כאשר מספר הפרוטונים הוא איזוגי ומספר הניוטרונים הוא זוגי או להיפך‪ I ,‬הוא חצי שלם‬
‫)‪ 3/2 ,1/2‬וכו'( כמו ‪ 19F, 31P ,17O, 15N ,13C, 1H‬וכו'‪.‬‬
‫רוב הגרעינים החשובים לכימאים האורגניים ולביוכימאים הם בעלי ספין ½ וניתן לכנותם כ‪-‬‬
‫‪.NMR active nuclei‬‬
‫לכל גרעין אטום בעל ספין ‪ I‬יש ‪ 2I+1‬רמות אנרגיה ספיניות‪ .‬רמות האנרגיה האלה מנוונות‬
‫בהעדר שדה מגנטי חיצוני‪ .‬כאשר גרעינים אלה מוכנסים לשדה מגנטי חיצוני )‪ (B0‬מוסר הניוון‬
‫ברמות האנרגיה הספיניות )ציור ‪ .(14‬יש מספר סופי של כיוונים המותרים בשדה מגנטי חיצוני‬
‫‪22‬‬
‫ולכל כיוון )למשל מקביל‪ ,‬אנטי מקביל או ניצב( מתאימה אנרגיה שונה‪ .‬עבור ספין ‪ 1/2‬למשל יש‬
‫סה"כ שני מצבים אנרגטיים‪ :‬עבור ספין ½‪ (α) +‬ועבור ½‪.(β) -‬‬
‫‪B0‬‬
‫ציור מס' ‪ :14‬רמות אנרגיה של גרעינים בעלי ספין ½ וספין ‪.1‬‬
‫עתה משהוסר הניוון בין רמות האנרגיה הספיניות ניתן להקרין את הדוגמא בקרינה‬
‫אלקטרומגנטית ולגרום למעברים בין רמות האנרגיה הספיניות השונות של גרעין האטום‪ .‬כאשר‬
‫הקרינה האלקטרומגנטית נושאת אנרגיה המתאימה בדיוק להפרש האנרגתי בין הרמות יש בליעה‬
‫של אנרגיה וזו נרשמת על ידי הגלאי‪ .‬מצב זה נקרא הרזוננס של הגרעין וערכו ניתן על ידי‬
‫משוואות ‪ 4‬ו‪.5-‬‬
‫‪23‬‬
‫תדירות הרזוננס של הגרעין תלויה בשדה המגנטי החיצוני‪ .‬כך תדירות רזוננס של מימנים בשדה‬
‫של ‪ 2.35T‬תהיה ‪ 100MHz‬ובשדה של ‪ 11.75T‬היא ‪) 500MHz‬תדר זה הוא בתחום של גלי‬
‫רדיו(‪ .‬ככל שנגדיל את השדה המגנטי החיצוני הפרש האנרגיה בין רמות הספין השונות יגדל וכך‬
‫תגדל רגישות השיטה‪.‬‬
‫איך בנוי מכשיר ה‪ :NMR-‬בשדה מגנטי חזק נמצא סליל עם זרם‪ .‬זרם משרה שדה אלקטרומגנטי‬
‫בתדירות מתאימה לגרעין שאותו מודדים )במקרה שלנו זה פרוטונים(‪ .‬כדי להתגבר על סטיות‬
‫קטנטנות בשדה כתוצאה ממיקום הדוגמה ולהגיע להומוגניות‪ ,‬מסובבים את הדוגמה‪ .‬משנים את‬
‫הזרם בסליל כדי לתת פולס לדוגמה‪ .‬הספינים עוברים מרמה אנרגטית אחת לרמה אחרת‪ .‬מכבים‬
‫את המתח ומודדים‪ .‬הפולס כולל את טווח תדירויות הרלוונטיות לאותו גרעין‪ .‬דוגמא למכשיר‬
‫‪ NMR‬ניתן לראות בציור מס' ‪.15‬‬
‫ציור מס' ‪ :15‬מכשיר ‪NMR‬‬
‫המיקום של סיגנל המימן על הציר נקרא היסט כימי‪ .‬טרנספומצית פורייה )‪ (Fourier‬מעבירה את‬
‫הדעיכה ממימד הזמן למימד התדירויות‪ .‬ניתן לקבל את ערכי ההיסט הכימי ביחידות של תדירות‬
‫‪ .Hz‬מכיוון שבמכשירים בעלי שדות מגנטים שונים ההיסט הכימי יהיה שונה‪ ,‬מקובל יותר‬
‫להשתמש בערך של היסט כימי שלוקח בחשבון את תדירות הרזוננס של אותו גרעין באותו שדה‬
‫מגנטי‪ .‬נוח למדוד את השינויים בתדירויות מסטנדרד פנימי מסוים‪ .‬שתי התדירויות נמדדות ב ‪Hz‬‬
‫ואת ההפרש הזה מחלקים בתדירות המכשיר כדי לקבל ערכים מספריים חסרי מימד שאינם‬
‫תלויים בשדה ויהיו בתחום נוח לשימוש‪.‬‬
‫הסטנדרד הפנימי הוא כמעט תמיד טטרה מתיל סילאן )‪ (TMS‬וההיסט הכימי ‪ δ‬מוגדר ע"י‬
‫)‪δ = [νs(Hz) – νTMS(Hz)]/operating frequency (MHz‬‬
‫‪24‬‬
‫הפרמטר ‪ ,δ‬אשר מודד את מיקומו של הסיגנל יהיה זהה בכל מכשיר ‪ NMR‬ואיננו תלוי בסוג‬
‫המכשיר אין לו יחידות והוא מבוטא כ ‪ .part per million – ppm‬טטרה מתיל סילאן נבחר‬
‫כסטנדרדט פנימי מכיוון שהוא אינרטי‪ ,‬נדיף‪ ,‬בלתי רעיל‪ ,‬זול יחסית ויש לו רק סיגנל אחד‪ ,‬אשר‬
‫נכנס לרזוננס בצד אחד קיצוני של התדירויות )מוגדר ‪.(0ppm‬‬
‫ההיסט הכימי וגורמים המשפיעים עליו‪ :‬עד עכשיו ראינו שליסודות שונים יש תדירות בליעה‬
‫שונה וכביכול כל המימנים היו צריכים לבלוע במקום אחד‪ ,‬אך למזלנו זה לא כך‪ .‬תנועת‬
‫האלקטרונים משרה שדה מגנטי ‪ B1 .B1‬יכול לתרום לערך של השדה החיצוני ואז אומרים‬
‫שהגרעין לא ממוסך )‪ (deshilded‬או להפך להחסיר ממנו ואז אומרים שהגרעין‬
‫ממוסך )‪ .(shielded‬מיסוך תלוי בסביבה הכימית של גרעין המימן‪ .‬לכן גם תדירויות של אותו‬
‫גרעין בסביבה שונה ידעכו בזמן שונה‪ .‬קרבת האטומים בעלי אלקטרושליליות קטנה מזו של פחמן‬
‫גורמת לאלקטרונים להתקרב יותר למימן וכך נוצר מסוך‪ .‬המימנים הממוסכים יופיעו ב ‪ppm‬‬
‫נמוך יותר )שדה גבוה יותר(‪ .‬קרבת האטומים שיותר אלקטרושליליים מפחמן גורמת‬
‫לאלקטרונים להתרחק מהמימן ולהתקרב לאותם אטומים אלקטרושליליים וכך נוצר דה‪-‬מיסוך‪.‬‬
‫הגרעינים המימניים הלא ממוסכים יופיעו בשדה נמוך יותר כלומר ‪ ppm‬גבוה יותר‪.‬‬
‫עוד גורמים שמשפיעים על ההיסט כימי הם קרבה לקשרים הלא רווים )כפולים‪ ,‬משולשים(‪.‬‬
‫טבעת בנזנית משרה זרם ע"י תנועה חופשית של אלקטרוני ‪ π‬ויוצרת שדה מגנטי משלה שגורם‬
‫למימנים להיות מאוד לא ממוסכים ויופיעו ב ‪.7-8 ppm‬‬
‫פיצולים‪ :‬מימנים שנמצאים בסביבה כימית זהה לחלוטין יתנו סיגנל אחד בספקטרום‪ .‬לדוגמא‬
‫במתמיר ‪ CH3‬כל המימנים יהיו זהים ולא יפצלו אחד את השני‪ .‬לכן הם לא נקראים שכנים אחד‬
‫לשני‪ .‬לעומת זאת במתמיר ‪ CH3-CH2‬מימנים ‪ H‬אינם זהים מבחינת הסביבה הכימית למימנים‬
‫‪ H‬ולכן הם יהיו "שכנים" אחד של השני ויפצלו אחד את האחר‪ .‬מקורו של פיצול זה‬
‫באינטראקציות ספין‪-‬ספין )‪ .(spin-spin interactions‬מספר הסיגנלים ועוצמתם מתחלקים לפי‬
‫משולש פסקל )ציור מס' ‪.(16‬‬
‫ציור מס' ‪ :16‬מבנה הקווים עבור בליעת ‪ NMR‬לגרעינים בעלי ספין ½‬
‫‪25‬‬
‫‪ – J‬הוא קבוע הפיצול של מימן אחד ע"י השני‪ .‬ערכו של ‪ J‬שמימן ‪ H‬יפצל את מימן ‪ H‬יהיה‬
‫אותו ‪ J‬שמימן ‪ H‬יפצל את ‪ H‬וקבוע פיצול זה נקרא ‪ 3J‬מכוון שיש ‪ 3‬קשרים בין שני המימנים‪.‬‬
‫מימנים על אותו פחמן )ג'מינליים( מפצלים אחד את השני כאשר הם נמצאים בסביבה כימית‬
‫שונה‪ .‬הדבר אפשרי כאשר אין סיבוב חופשי סביב קשר פחמן‪-‬פחמן‪ ,‬למשל‪ ,‬מימנים טרמינאליים‬
‫של קשר כפול‪.‬‬
‫בעזרת שיטת העץ המוצגת בציור ‪ 17‬ניתן לנבא את מבנה הפיצולים של הבליעה בספקטרום ה‬
‫‪.NMR‬‬
‫ציור מס' ‪ :17‬שיטת העץ לניבוי מבנה הפיצולים של בליעת ‪ NMR‬לגרעינים בעלי ספין ½‬
‫נתון נוסף שמתקבל מספקטרום פרוטונים הוא יחס השטחים מתחת לפיק )או העוצמות( של‬
‫הסיגנלים בספקטרום והוא כיחס בין המימנים שנותנים אותם סיגנלים‪ .‬כך שבעיקרון נוכל לקבוע‬
‫מספקטרום פשוט כמה סוגי מימנים יש בתרכובת‪ ,‬כמה שכנים רואה כל סוג וסוג ומה הכמות‬
‫היחסית של פרוטונים בכל קבוצה וקבוצה‪ .‬דוגמא לספקטרום ‪ NMR‬של אתאנול מוצגת בציור‬
‫מס' ‪.18‬‬
‫ציור מס' ‪ :18‬ספקטרום ‪ NMR‬של אתאנול‬
‫‪26‬‬
‫בעשורים האחרונים חלה התפתחות מדהימה בתחום ה ‪ NMR‬עם פיתוח ה‪ NMR-‬הדו‪-‬מימדי‪.‬‬
‫כתוצאה מפריסת הספקטרום על כמה מימדים ניתן לאפיין גם מולקולות מורכבות יותר‬
‫שספקטרום הפרוטונים החד‪-‬מימדי שלהן הוא צפוף וקשה לאיפיון‪ .‬ניתן למשל לקבל בניסיון אחד‬
‫קורלציות בין מימנים שקרובים במרחב או קורלציות בין מימנים שכנים‪ .‬בעזרת טכניקות אלה‬
‫ניתן לקבל מבנה תלת‪-‬מרחבי מדוייק של מולקולות ביולוגיות כמו חלבונים‪ ,‬אנזימים ומקטעים‬
‫של ‪.DNA‬‬
‫ציור מס' ‪ :19‬ספקטרום דו‪-‬מימדי של מקטע של ‪ {[d(GGTATACC)2]} DNA‬במים‬
‫בשנים האחרונות התפתח מאד התחום של ‪ NMR‬של מערכות חיות )‪ (in vivo NMR‬המאפשר‬
‫קבלת ספקטרום של מטאבוליטים באזורים שונים של גוף החיה או האדם בצורה שהיא לגמרי לא‬
‫חודרנית‪ .‬ציור ‪ 20‬מראה ספקטרום פרוטונים וספקטרום זרחן )ציור ‪ 20‬א' ו‪-‬ב'‪ ,‬בהתאמה( של‬
‫מוח של חולדה בלווית שיוך של כמה מן הפיקים הבולטים ביותר‪ .‬מספקטרום הזרחן ניתן אף‬
‫לחלץ את ה ‪ pH‬התוך‪-‬תאי של תאי מוח אלו‪.‬‬
‫‪27‬‬
‫א‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫)‪(1‬‬
‫)‪(2‬‬
‫ציור מס' ‪ :20‬א‪ .‬ספקטרום פרוטונים ‪ in vivo‬של מוח של חולדה‬
‫ב‪ .‬ספקטרום זרחן )‪ in vivo (31P‬של מוח של חולדה כאשר ה ‪ pH‬התוך‪-‬תאי שונה‪:‬‬
‫)‪.pH = 7.1 (2) pH = 6.2 (1‬‬
‫‪28‬‬
‫בניית מערכות בסיסיות‬
‫המערכות הבסיסיות במעבדה הם מערכת למיצוי‪ ,‬ריפלקס ומערכת לזיקוק פשוט‪ .‬בפרק הזה‬
‫נסביר את שלבי בניית המערכות‪.‬‬
‫המערכת הראשונה היא מערכת למיצוי והיא מתוארת באופן סכימטי בציור מספר ‪ .21‬המערכת‬
‫מורכבת ממשפך מפריד המונח על טבעת ברזל ומתחת למשפך נמצא כלי קיבול בנפח המתאים‬
‫לנפח המשפך המפריד‪.‬‬
‫משפך זכוכית‬
‫משפך מפריד‬
‫טבעת ברזל‬
‫ארלנמייר‬
‫ציור מס' ‪ :21‬מערכת למיצוי‬
‫השלבים לבנייה ועבודה עם מערכת המיצוי מתוארים בציור ‪:22‬‬
‫‪.1‬מחברים לעמודה )סטטיב( מלחציים )מופה(‪) .‬ציור ‪22‬א'(‬
‫‪ .2‬בעזרת המלחציים לחבר טבעת ברזל‪) .‬ציור ‪22‬ב'(‬
‫‪ .3‬בתוך הטבעת מניחים משפך מפריד לאחר שמוודאים כי הברז בקצה המשפך סגור‬
‫‪ .4‬מתחת למשפך המפריד מציבים ארלנמייר בגודל מתאים‪) .‬ציור ‪22‬ג'(‬
‫‪ .5‬לאחר הכנסת התמיסות‪ ,‬פוקקים את המשפך עם פקק פלסטיק )ולא זכוכית( ואוחזים במשפך‬
‫באופן המתואר בציור ‪22‬ד'‪.‬‬
‫‪ .6‬מנערים את המשפך המפריד כשהפתח שלו פונה אל תוך המנדף ומשחררים לחץ על ידי‬
‫פתיחת הברז‪ ,‬חוזרים על פעולה זו מספר פעמים‪.‬‬
‫‪ .7‬מוודאים שהברז סגור‪ ,‬מניחים את המשפך חזרה לתוך טבעת הברזל ומסירים את הפקק‪.‬‬
‫‪29‬‬
‫‪ .8‬לאחר שרואים הפרדה ברורה בין הפאזות ניתן לפתוח בזהירות את הברז ולשפוך כל פאזה‬
‫לכלי נפרד‪.‬‬
‫ד'‬
‫ג'‬
‫ב'‬
‫ציור מס' ‪ :22‬השלבים בבנייה והפעלה של מערכת מיצוי‬
‫מערכת נוספת היא מערכת לריפלקס‪ .‬במערכת זו מחממים את תערובת המגיבים עם הממס עד‬
‫לנקודת הרתיחה של הממס‪ .‬לגולת הראקציה מחובר מעבה אליו עולים אדי הממס‪ ,‬מתעבים‬
‫וחוזרים חזרה לגולת הראקציה‪ .‬המערכת משמשת לתגובות כימיות המתרחשות בטמפרטורות‬
‫גבוהות )טמפרטורת הרתיחה של הממס הנבחר לתגובה הכימית(‪ .‬מערכת הריפלקס מתוארת‬
‫באופן סכימטי בציור ‪.23‬‬
‫‪30‬‬
‫א'‬
‫מעבה גולות‬
‫פתח יציאת מים‬
‫פתח כניסת מים‬
‫גולה‬
‫מהדק יחיד‬
‫סיר שמן‬
‫פלטת חימום‬
‫ג'ק‬
‫ציור מס' ‪ :23‬מערכת ריפלקס‬
‫השלבים לבניית מערכת הריפלקס מתוארים בציור ‪:24‬‬
‫‪ .1‬על עמודה )סטטיב( מניחים ג'ק‪ ,‬עליו מניחים פלטת חימום ועליה סיר שמן‪.‬‬
‫‪ .2‬מחברים לסטטיב מהדק יחיד ומחזיקים בעזרתו את גולת הראקציה שמכילה מגנט ביצה‪.‬‬
‫את גובה הגולה במערכת קובעים לפי גובה מינימלי שעדיין מאפשר הוצאה של הסיר מבלי להזיז‬
‫את הגולה‪) .‬ציור ‪24‬א'(‪.‬‬
‫בנוסף צריך לבדוק שכמות השמן בסיר לא תהיה גדולה מדי )שמן עלול לגלוש( או קטנה מדי )לא‬
‫מחמם את החומרים בגולה(‪ .‬כאשר טובלים את הגולה בשמן גובה השמן צריך להיות כ ‪ 2-3‬ס"מ‬
‫פחות מגובה הסיר )כי שמן מתפשט בחימום ועלול לגלוש( ועדיין לכסות לפחות מחצית מנפח‬
‫הגולה‪) .‬ציור ‪24‬ב'(‬
‫‪ .3‬מעלים את הג'ק עד שהגולה טבולה בתוך השמן‪) .‬ציור ‪24‬ג'(‬
‫‪ .4‬למעבה גולות מחברים שני צינורות מים‪ .‬את הצינור התחתון מחברים לסירקולטור‪ ,‬את‬
‫הצינור העליון מניחים באמבט מלא במים‪ .‬מפעילים את הסירקולטור לפני חיבור המעבה לגולה‬
‫‪31‬‬
‫על מנת לבדוק שאין דליפה של מים )מעבה לא תקין( ושחיבורי הצינורות נעשו באופן הנכון‪.‬‬
‫)ציור ‪24‬ד'(‬
‫‪ .5‬מחברים את מעבה הגולות לגולה )ציור ‪24‬ה'(‪ .‬אפשר לתמוך המעבה בעזרת תלת‪-‬אצבע‪.‬‬
‫‪ .6‬קושרים יריעות בד סביב החיבור של המעבה לצינור )ציור ‪24‬ו'(‪ .‬בהזרמת מי קרח דרך‬
‫המעבה אדי מים מתעבים באיזור הזה ויריעת הבד מונעת מטיפות מים ליפול לתוך השמן החם‪.‬‬
‫‪ .7‬בעזרת מהדק יחיד מחברים מד‪-‬חום למדידת טמפרטורת השמן‪.‬‬
‫ב'‬
‫ג'‬
‫ה'‬
‫ו'‬
‫ציור מס' ‪ :24‬השלבים בבניית מערכת ריפלקס‬
‫‪32‬‬
‫א'‬
‫ד'‬
‫המערכת השלישית היא מערכת לזיקוק פשוט‪ ,‬המתוארת באופן סכימטי בציור ‪.25‬‬
‫תרנגול‬
‫פתח יציאת מים‬
‫תלת אצבע‬
‫גולה‬
‫מעבה‬
‫שופר‬
‫סיר שמן‬
‫גולה‬
‫פלטת חימום‬
‫פתח כניסת מים‬
‫קערת קרח‬
‫ג'ק‬
‫ג'ק‬
‫ציור מס' ‪ :25‬מערכת זיקוק פשוט‬
‫‪33‬‬
‫אופן בניית המערכת מתואר בציור ‪ :26‬השלבים הראשונים בבניית המערכת דומים מאד לאלו‬
‫שבמערכת הריפלקס‪.‬‬
‫‪ .1‬על עמודה )סטטיב( מניחים ג'ק‪ ,‬עליו מניחים פלטת חימום ועליה סיר שמן )עם כמות מתאימה‬
‫של שמן )ראה מערכת ריפלקס(‪.‬‬
‫‪ .2‬מחברים לסטטיב מהדק יחיד ומחזיקים בעזרתו את גולת הראקציה שמכילה מגנט ביצה‪.‬‬
‫את גובה הגולה במערכת קובעים לפי גובה מינימלי שעדיין מאפשר הוצאה של הסיר מבלי להזיז‬
‫את הגולה‪) .‬ציור ‪24‬א'(‪.‬‬
‫‪ .3‬לגולת הזיקוק מחברים ראש זיקוק )תרנגול( )ציור ‪26‬א'(‬
‫‪ .4‬מחברים למעבה ליבינג שני צינורות מים‪ .‬את הצינור התחתון )פתח המעבה המרוחק יותר‬
‫מגולת הזיקוק( מחברים לסירקולטור ואת הצינור העליון )פתח המעבה הקרוב יותר לגולת‬
‫הזיקוק( מניחים באמבט המים‪ .‬יש לבדוק את תקינות המעבה וחיבורי הצינורות על ידי הפעלת‬
‫הסירקולטור לפני חיבור המעבה למערכת‪.‬‬
‫‪ .5‬על סטטיב שני מחברים תלת אצבע‪.‬‬
‫‪ .6‬מחברים את המעבה לתרנגול ומהדקים בעזרת תופסן )קליפס כחול(‪ ,‬המעבה נתמך ע"י תלת‬
‫האצבע‪) .‬ציור ‪26‬ב'(‬
‫‪ .7‬למעבה מחברים שופר ומהדקים בעזרת קליפס כחול )ציור ‪26‬ג'(‬
‫‪ .8‬לשופר מחברים גולה שקולה ומהדקים בעזרת קליפס כחול )ציור ‪26‬ד'(‪ .‬את הגולה המקבלת‬
‫מקררים על ידי קערת מי קרח המונחת על ג'ק‪ .‬קערת הקרח גם תומכת בגולה המקבלת‪.‬‬
‫‪ .9‬מכניסים מד‪-‬חום דרך לטש עם הברגה ומכניסים למערכת דרך התרנגול‪ .‬מד‪-‬החום צריך‬
‫להגיע לגובה המינימלי של הפתח בתרנגול דרכו נכנסים אדי החומר אל תוך המעבה )ציור ‪26‬ה'(‪.‬‬
‫‪ .10‬בעזרת מהדק יחיד מחברים מד‪-‬חום למדידת טמפרטורת השמן‪.‬‬
‫המערכת הסופית מוצגת בציור ‪26‬ו'‪.‬‬
‫‪34‬‬
‫ב'‬
‫א'‬
‫ג'‬
‫ד'‬
‫ה'‬
‫ו'‬
‫ציור מס' ‪ :26‬השלבים בבניית מערכת זיקוק פשוט‬
‫‪35‬‬
‫נסיונות‬
‫‪ .1‬הפרדת תערובת – מיצוי‪ ,‬זיקוק‪ ,‬גיבוש וקביעת נקודת התכה‬
‫נושאים‪ :‬עקרון הזיקוק‪ ,‬הגיבוש והמיצוי‪ .‬הגדרה של גדלים פיזיקאלים כדוגמת נקודת התכה‪,‬‬
‫נקודת רתיחה וגורמים המשפיעים על הגדלים האלה‪.‬‬
‫דוגמא לבדיקה‪ 3.2 :‬גר' חומצה בנזואית ו‪ 2.1 -‬גר' טרנס‪-‬סטילבן מומסים ב ‪ 75‬מ”ל של‬
‫כלורופורם‪.‬‬
‫מיצוי‪ :‬מצה את הדוגמה פעמיים‪ ,‬כל פעם על ידי ‪ 15‬מ”ל של תמיסת ‪ 10% NaOH‬ועוד פעם על‬
‫ידי ‪ 15‬מ”ל של מים‪ .‬אחד את כל הפאזות המימיות‪ .‬יבש את פאזת הכלורופורם על ידי הוספת‬
‫‪ ,MgSO4‬וסנן כדי לסלק את ה‪.MgSO4-‬‬
‫הפאזה הכלורופורמית‪ :‬זקק את התמיסה מעל אמבט שמן ואסוף את הכלורופורם הנקי )לפי‬
‫נקודת רתיחה(‪ .‬בכלי הזיקוק נשאר הטרנס‪-‬סטילבן‪ .‬גבש אותו מחדש מ‪ 26-‬מ”ל של אתאנול‬
‫וקבע את נקודת היתוכו‪.‬‬
‫הפאזה המימית‪ :‬הוסף לאט ותוך ערבוב מנות של ‪ 4‬מ”ל ‪ HCl‬מרוכזת עד שתגיע ל‪ pH-‬חומצי‪.‬‬
‫קרר את התמיסה וסנן את המשקע של חומצה בנזואית במשפף ביכנר‪ .‬המס את המשקע מחדש ב‪-‬‬
‫‪ 75‬מ"ל של מים על ידי הרתחה‪ .‬הוסף כפית שטוחה של פחם פעיל )לאט כדי למנוע קפיצה של‬
‫חומר מהכלי( והמשך את ההרתחה עוד ‪ 5‬דקות‪ .‬סנן את התמיסה השחורה בעודה חמה לתוך‬
‫ארלנמייר שעומד על פלטה ושמכיל מעט מים רותחים‪ .‬עם קרור התסנין שוקעת חומצה בנזואית‬
‫לבנה וטהורה‪ .‬סנן את המשקע בביכנר‪ ,‬יבש אותו וקבע את נקודת היתוכו‪.‬‬
‫‪36‬‬
‫‪ .2‬נגזרות של חומצות קרבוקסיליות‬
‫נושאים‪ :‬ראקציות שיווי משקל‪ ,‬השפעה על ראקציות שיווי משקל‪ ,‬נגזרות של חומצות‬
‫קרבוקסיליות‪ ,‬פעילותן היחסית בראקציות אסטריפיקציה‪ ,‬אסטריפיקציה במנגנון חומצי ובסיסי‪,‬‬
‫הידרוליזה של אסטרים‪.‬‬
‫אסטריפיקציה‪ :‬הכנת ‪n-butyl acetate‬‬
‫הערות לגבי הפרוצדורה‪:‬‬
‫כמויות – ‪ 50%‬מהפרוצדורה‬
‫הוספת חומצה גופריתנית עם פיפטה חד‪-‬פעמית מכויילת‬
‫ריפלקס של ‪ 2-3‬שעות‬
‫ייבוש פאזה אורגנית עם מגנזיום סולפאט‬
‫הזיקוק נעשה מעל אמבט שמן תוך בחישה עם מגנט ולא עם אבני רתיחה )‪.(porous porcelain‬‬
‫‪37‬‬
‫‪ .3‬אלקיל הלידים‬
‫נושאים‪ :‬יציבות של יוני קרבוניום‪ ,‬ראקציות ‪ SN1‬ו‪ ,SN2 -‬מאפיינים ופעילות של אלקיל‬
‫הלידים שונים לגבי כל אחד מהמנגנונים האלה‪ .‬ראקציות מתחרות כמו אלמינציה‪.‬‬
‫שיטות להכנת אלקיל הלידים‪:‬‬
‫‪38‬‬
‫הכנת ‪) Tert-butyl chloride‬בשיטת ‪(HCl‬‬
‫הערות לגבי הפרוצדורה‪:‬‬
‫את הראקציה מבצעים בתוך גולה ולא בתוך משפך מפריד‪.‬‬
‫מערבבים את כל החומרים מספר דקות בתוך הגולה ורק אחר כך מעבירים למשפך מפריד‪.‬‬
‫ייבוש הפאזה האורגנית נעשה עם ‪.anhydrous calcium chloride‬‬
‫הזיקוק נעשה תוך בחישה עם מגנט ולא עם אבני רתיחה )‪.(porous porcelain‬‬
‫‪39‬‬
‫‪ .4‬פרידל קרפטס‬
‫נושאים‪ :‬חומצות לואיס‪ ,‬מנגנון ראקצית פרידל קרפטס‪ ,‬אלקילצית ואצילציית פרידל קרפטס‪,‬‬
‫התקפה ארומטית אלקטרופילית‪ ,‬קבוצות מאקטבות ודה‪-‬מאקטבות‪ .‬הכוונה לעמדות שונות בטבעת‬
‫הארומטית‪.‬‬
‫הכנת ‪(2-hydroxylepidine) 2-hydroxy-4-methyl-quinoline‬‬
‫הערות לגבי הפרוצדורה‪:‬‬
‫כמויות – ‪ 10%‬מהפרוצדורה‬
‫הבחישה נעשית עם מגנט ולא עם בוחש מכני‬
‫‪40‬‬
‫‪ .5‬תרכובות אורגנו‪-‬מתכתיות ‪Organometallic Reagents‬‬
‫נושאים‪ :‬תרכובות אלקיל‪-‬ליתיום – הכנה‪ ,‬יציבות‪ .‬תרכובות גריניארד – יציבות‪ ,‬הכנה‪ ,‬פעילות‪.‬‬
‫מנגנוני ראקציות עם חומרים שונים‪.‬‬
‫הכנת חומצה בנזואית )על ידי קרבונילציה של ראגנט גריניארד(‬
‫‪41‬‬
‫הערות לגבי הפרוצדורה‪:‬‬
‫ייבוש כלים עם אקדח חום יחד עם המדריך‬
‫לא מוסיפים יוד למערכת )לפחות לא בשלב ראשון(‬
‫את תערובת הברומובנזן והאתר מכינים בארלנמייר ומוסיפים למשפך המטפטף לפני התחלת התגובה‬
‫לגולה מוסיפים ‪ 8‬מ"ל של אתר יבש )ולא ‪ 5‬מ"ל כפי שכתוב בפרוצדורה(‬
‫ריפלקס נעשה עם אמבט שמן במשך ‪ 30‬דקות‬
‫‪42‬‬
‫‪ .6‬שיחלופים מולקולאריים )‪(Rearrangements‬‬
‫נושאים‪ :‬יציבות של יוני קרבוניום‪ ,‬מנגנוני שיחלוף שונים )בעיקר אלו המבוססים על קרבוקטיון(‬
‫והכוח המניע לשיחלופים שכאלה‪.‬‬
‫הכנת ‪Pinacolone‬‬
‫הערות לגבי הפרוצדורה‪:‬‬
‫כמויות – ‪ 30.8%‬מהפרוצדורה‬
‫הראגנט שמקבלים הוא ‪ pinacol‬וממנו צריך להכין ‪.pinacol hydrate‬‬
‫‪ 6N sulphuric acid‬יש להכין מ ‪ 97%‬חומצה שיש במעבדה‪) .‬מיהול של חומצה גופריתנית נעשה עם‬
‫קרח!!!(‬
‫הזיקוק נעשה לתוך מסורה מקובעת‪.‬‬
‫חוזרים על הזיקוק רק עוד פעם אחת )סה"כ פעמיים( ולא עוד שלוש פעמים )סה"כ ארבע פעמים( כמו‬
‫שכתוב בפרוצדורה‪.‬‬
‫‪43‬‬