4有机化合物的分离与提纯技术（第1页）
。4有机化合物的分离与提纯技术
对一个有机合成实验来说，选择一种合理的合成方法固然重要，但是更重要、更难的也许是选择一种切实可行的方法，将粗产物从反应体系中分离出来得到比较纯的产物。同样，在天然产物研究过程中，首先要解决的问题也是天然产物的提取与纯化，其次才能进行天然产物的结构鉴定以及一系列的应用研究。
有机化合物的分离提纯手段很多，对于**有机化合物的分离和提纯来说，应用最广泛的方法是蒸馏、分馏、水蒸气蒸馏、减压蒸馏等；对于固态有机化合物的分离和提纯来说，常用方法有重结晶、升华等。有些分离和提纯技术，比如萃取、洗涤、色谱分离等，不仅适合于**有机化合物，也适合于固体有机化合物。随着现代分离技术的不断问世，有机化合物的分离和提纯手段越来越丰富、分离效率也越来越高。本节主要介绍一些有机化合物分离和提纯的常用手段，包括它们的基本原理和操作方法，并配有实验实例。
实验5重结晶
一、实验目的
（1） 学习重结晶法提纯固体有机化合物的原理和实验方法。
（2） 掌握趁热过滤、减压过滤及剪、折叠滤纸的实验操作技术。
二、实验原理
固体有机物在溶剂中的溶解度与温度关系密切，一般是温度升高溶解度增大。若把固体溶解在热的溶剂中达到饱和，冷却时由于溶解度降低，溶液变成过饱和而析出晶体。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，通过加热溶解又冷却结晶的形式，将杂质除去（溶解度很小的杂质在热滤时除去，溶解度很大的杂质在冷却后留在母液中）以达到分离纯化固体物质的目的，整个操作过程称为重结晶（recrystallization）。
重结晶一般只适用于杂质含量在5％以下的固体有机物的提纯。杂质含量多，常会影响晶体生成的速度，甚至会妨碍晶体的形成，如有时会变成油状物，使晶体难以析出，或者重结晶后仍有杂质。这时，必须先采取其他方法初步提纯，例如萃取、水蒸气蒸馏、减压蒸馏等，然后再用重结晶提纯。
重结晶的操作过程主要包括下列几个步骤：
1。 选择溶剂
溶剂的选择是关键，理想的溶剂必须具备下列几个条件：
① 溶剂不与被提纯物起化学反应；
② 较高温度时溶剂能溶解被提纯物，而在室温或更低温度时被提纯物的溶解量却很少；
③ 杂质在该溶剂中的溶解度要么非常小，要么非常大（前一种情况是使杂质在热过滤时被滤去，后一种情况是使杂质留在母液中不随被提纯物一同析出）；
④ 溶剂的沸点适中。沸点过低，溶解度改变不大，沸点过高，不易与被提纯物分离；
⑤ 被提纯物在该溶剂中能析出较好的晶体；
⑥ 价廉易得，毒性低，回收率高，操作安全。
重结晶常用的溶剂见表28。在选择溶剂时，可考虑“相似相溶”的原则，即溶质一般易溶于结构与其近似的溶剂中，极性物质较易溶于极性溶剂中，非极性物质较易溶于非极性溶剂中。具体选择溶剂时，大部分化合物可先从化学手册或文献资料中查出溶解度数据，如无法查到，则须由实验决定。表28重结晶常用的溶剂
溶剂名称沸点（℃）密度（gcm3）溶剂名称沸点（℃）密度（gcm3）水100。01。00乙酸乙酯77。10。90甲醇64。70。79二氧六环101。31。０3乙醇78。00。79二氯甲烷40。81。34丙酮56。10。79二氯乙烷83。81。24乙醚34。60。71三氯甲烷61。21。49石油醚30～600。6４～0。６６四氯化碳76。81。5860～90０．６４～０．６６硝基甲烷120。０1。14环己烷80。80。78丁酮79。60。81苯80。10。88乙腈81。60。78甲苯110。60。87单溶剂的选择方法：取若干小试管，各放入0。1g待重结晶物质，分别加入0。5～1mL不同种类的溶剂，加热至沸腾，至完全溶解，冷却后能析出最多量晶体的溶剂，一般可认为是最合适的。有时在1mL溶剂中尚不能完全溶解，可用滴管逐步添加溶剂，每次0。5mL，并加热至沸，如果在3mL热溶剂中仍不能全溶，可以认为此溶剂不合适。如果固体在热溶剂中能溶解，而冷却后无晶体析出，可用玻璃棒在试管中液面下刮擦，以及在冰水中冷却，若仍无晶体产生，则此溶剂也不适用，说明该物质在此溶剂中的溶解度太大了。
混合溶剂的选择方法：如果未能找到某种合适的溶剂，则可采用混合溶剂。混合溶剂通常是由两种互溶的溶剂组成，其中一种对被提纯物的溶解度很大（称为良溶剂），而另一种对被提纯物的溶解度很小（称不良溶剂）。常用的混合溶剂有水乙醇、水丙酮、水乙酸、甲醇水、甲醇乙醚、甲醇二氯乙烷、石油醚苯、石油醚丙酮、氯仿石油醚、乙醚丙酮、氯仿乙醇、苯无水乙醇。测定溶解度的方法同上。
混合溶剂比例的确定：用混合溶剂重结晶时，先将物质溶于热的良溶剂中。若有不溶物则趁热滤去，若有色则加活性炭煮沸脱色后趁热过滤。在此热溶液（接近沸点温度下）中滴加热的不良溶剂，直至滤液呈现混浊为止，加热混浊不消失时，再加入少量（几滴）良溶剂使之恰好透明，然后将此混合物冷至室温，使晶体从溶液中析出。当重结晶量大时，可先按上述方法，找出良溶剂和不良溶剂的比例，然后将两种溶剂先混合均匀，再按单一溶剂的方法进行重结晶。
2。 溶解粗产品
图２３６低沸点、易燃有机
溶剂的加热装置通常将粗产品置于锥形瓶（或圆底烧瓶）中，加入比需要量[1]略少的溶剂，加热至微沸腾。若未完全溶解，可再分次逐渐添加溶剂，每次加入后均需再加热使溶液沸腾，直至物质刚好完全溶解，记录溶剂用量。若溶剂为可燃性、易挥发或有毒溶剂，应在烧瓶内加入沸石，烧瓶上安装回流冷凝管，如图236所示，同时根据溶剂的沸点和易燃性，选择适当的热浴，以保证安全。添加溶剂时，必须先移去火源后，从冷凝管上端加入。由于在热过滤时溶剂的挥发、温度的降低会引起晶体过早地在滤纸上析出而造成产品损失，一般比需要量多加20％的溶剂[2]。有时，总有少量固体不能溶解，应将热溶液倒出或过滤，分出不溶物，在不溶剩余物中再加入溶剂，观察能否溶解。如加热后慢慢溶解，说明此产品需要加热较长时间才能全部溶解。如仍不溶解，则视为杂质去除。
3。 脱色
粗产品溶解后，如其中含有有色杂质或树脂状杂质，会影响产品的纯度甚至妨碍晶体的析出，此时常加入吸附剂以除去这些杂质，最常用的吸附剂有活性炭和三氧化二铝。吸附剂的选择和重结晶的溶剂有关，活性炭适用于极性溶剂（如水、乙醇等有机溶剂）；三氧化二铝适用于非极性溶剂（如苯、石油醚），否则脱色效果较差。活性炭的用量，根据所含杂质的多少而定。一般为干燥粗产品质量的1％～5％，有时还要多些。若一次脱色不彻底，则可将滤液用1％～5％的活性炭进行再脱色。但必须注意：活性炭除吸附杂质外，也会吸附产品，因而活性炭加入过多是不利的。为了避免**的暴沸，甚至冲出容器，活性炭不能加到已沸腾的溶液中，须稍冷后加入，然后煮沸5～１0min，再趁热过滤，除去活性炭。热过滤
4。 热过滤
热过滤的目的是除去不溶性杂质（包括用作脱色的吸附剂）。为了尽量减少过滤过程中晶体的损失，常使用热水漏斗和折叠滤纸[3]进行常压保温快速过滤，可防止在过滤过程中因溶剂的冷却或挥发使溶质析出而造成损失[4]。热水漏斗如图 237（a）所示，为颈短而粗的玻璃漏斗外边装有金属夹套，夹套间充水。金属夹套上面的小孔为装水和水蒸气挥发的进出口用。热水漏斗可用铁夹和铁圈固定，漏斗下用锥形瓶接收。过滤前先在金属外套支管端加热，使夹套内的水接近沸腾。为了保持热水漏斗有一定温度，在过滤时可用小火加热。但必须注意，过滤易燃溶剂时应将火焰熄灭！
用折叠滤纸过滤时，应先用少量热的溶剂湿润，以免干滤纸吸收溶液中的溶剂使晶体析出而堵塞纸孔。过滤时，漏斗上应盖上表面皿（凹面向下），起到保温和减少溶剂挥发的作用。过滤完毕，用少量热溶剂冲洗一下滤纸。若析出的晶体较多时，必须用刮刀刮回到原来的容器中，再加适量的溶剂加热溶解并过滤。
图237过滤装置
5。 冷却结晶
热溶液冷却，使溶解的物质自过饱和溶液中析出，而一部分杂质仍留在母液中。冷却方式有两种：一种是快速冷却；一种是自然冷却。
① 快速冷却：将滤液在冷水浴或冰水浴中迅速冷却并剧烈搅动，可得到颗粒很小的晶体。小晶体包含杂质较少，但其表面积大，吸附在表面的杂质较多，其优点是冷却时间短。
② 自然冷却：将热的饱和溶液（如在滤液中已析出晶体，可加热使之溶解）静置，自然地冷却，缓慢地降温。当溶液的温度降至接近室温，而且有大量晶体析出后，可以进一步用冷水或冰水冷却，使更多的晶体从母液中析出，这样析出的晶体大而均匀。较大的晶体内部虽然含杂质较多，但晶体大，表面积小，吸附杂质少，而且容易用新鲜溶剂洗涤除去。
总之，自然冷却得到的晶体比快速冷却得到的晶体洁净。重结晶选择何种冷却方法要根据产品要求而定。有时晶体不易从过饱和溶液中析出，这是由于溶液中尚未形成结晶中心，此时可用玻璃棒摩擦容器内壁，或投入晶种（即同物质的晶体），可以促使晶体析出。
抽滤与洗涤6。 抽滤与洗涤
把晶体从母液中分离出来，一般采用布氏漏斗和吸滤瓶进行抽气过滤（简称抽滤，又称减压过滤），如图237（b）所示。布氏漏斗的斜口要远离抽气口，吸滤瓶的侧管用耐压的橡皮管与安全瓶相连，安全瓶再用耐压的橡皮管和水泵相连，安全瓶的作用在于防止因水压突然改变而使水倒流入吸滤瓶中。布氏漏斗中铺的圆形滤纸，应较漏斗的内径略小，紧贴于漏斗的底壁，在抽滤前先用少量溶剂把滤纸润湿，然后打开水泵将滤纸吸紧，防止固体在吸滤时自滤纸边沿吸入瓶中。将容器中的晶体和**分批沿玻璃棒倒入布氏漏斗中，并用少量母液将黏附在容器壁上的残留晶体转移至布氏漏斗中[5]。用玻璃塞或玻璃钉挤压晶体，以尽量除去母液。滤得的固体习惯称滤饼。滤毕，应先打开安全瓶上的旋塞或拔掉抽滤瓶与水泵之间连接的橡皮管，再关闭水泵。