有機化合物的重結晶提純

1、有機物的重結晶提純有機物的重結晶提純 重結晶是有機合成中一項非常基本，但是又非常重要的技術，它原理簡單、使用方便，但是真的要做好重結晶，不是那么容易的事，今天我們一塊學習重結晶的具體方法v 主要分為以下幾個內(nèi)容：v 一、原理v 二、溶劑的選擇v 三、熱溶解v 四、熱過濾v 五、結晶v 六、冷過濾和干燥一、原理一、原理 v 重結晶是利用固體混合物中目標組分在某種溶劑中的溶解度隨溫度變化有明顯差異，在較高溫度下溶解度大，降低溫度時溶解度小，從而能實現(xiàn)分離提純。例如： A和B在某溶劑中的溶解度都是1g/100mL，100度10g/100mL，若一個混合物樣品中含有9gA和1.5gB，將這個樣品用10

2、0mL溶劑在100度下溶解，A和B可以完全溶解于溶劑中。將其冷卻到20度，則有8gA和1gB從溶液中析出。過濾，剩余溶液（通常稱為母液）中還溶有1gA和0.5gB。 二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇I、溶劑分類、溶劑分類II、溶劑極性大小、溶劑極性大小III、選擇溶劑標準、選擇溶劑標準IV、選擇溶劑的實驗操作、選擇溶劑的實驗操作二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇I、常用溶劑分類、常用溶劑分類1.烴類溶劑 己烷、戊烷、石油醚等屬于低毒性溶劑，易燃，苯、甲苯、二甲苯 等毒性溶劑，易燃烴類溶劑極性小，密度比水小，難溶于水2.鹵代烴溶劑 二氯甲烷、四氯化碳 、氯仿、氯苯、溴苯、二氯乙烷等密度比水大，難燃性。3.

3、醇類溶劑 一元醇-甲醇、乙醇、異丙醇等強親水性溶劑，可以與水任意比混溶，丁醇環(huán)己醇芐醇等低水溶性醇。 多元醇-乙二醇丙三醇等強親水性溶劑二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇4.酮類溶劑 丙酮、丁酮等一種溶解范圍較廣的溶劑，對許多有機物都有溶解能力，而且毒性低。5.酯類溶劑 乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸正丁酯等毒性比較低，有芳香氣味，不溶于水6.醚類溶劑 乙醚，正丁醚，甲基叔丁醚等不溶于水的溶劑 四氫呋喃、二氧六環(huán)等易溶于水的溶劑7.其他-水、DMF、DMSO等二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇II、常用溶劑極性大小、常用溶劑極性大小1，試劑極性從小到大：烷、烯、醚、酯、酮、醛、胺、醇和酚、水2，戊烷，正己烷環(huán)己

4、烷 四氯化碳甲苯二甲苯氯苯乙醚苯，異丁醇二氯甲烷正丁醇醋酸丁酯,乙酸丁酯四氫呋喃乙酸乙酯異丙醇氯仿二氧六環(huán)丙酮乙腈DMF甲醇乙二醇DMSO水二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇常用混合溶劑的極性：常用混合溶劑的極性：環(huán)己烷-乙酸乙酯（8+2）苯-丙酮（9+1）苯-乙酸乙酯（8+2）氯仿-乙醚（9+1）苯-甲醇（95+5）環(huán)己烷-乙酸乙酯（1+1）氯仿-甲醇（99+1）苯-甲醇（9+1）苯-乙酸乙酯（1+1）氯仿-甲醇(95+5)乙酸乙酯-甲醇（99+1）苯-丙酮（1+1）氯仿-甲醇（9+1）隨著甲醇等大極性溶劑的比例增加極性逐漸增大二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇III、選擇溶劑標準、選擇溶劑標準（1）不

5、與被提純物質(zhì)起化學反應，例如脂肪族鹵代烴類化合物不宜用作堿性化合物結晶和重結晶的溶劑；醇類化合物不宜用作酯類化合物結晶和重結晶的溶劑，也不宜用作氨基酸鹽酸鹽結晶和重結晶的溶劑。（2）在較高溫度時能溶解多量的被提純物質(zhì)；而在室溫或更低溫度時，只能溶解很少量的該種物質(zhì)（3）對雜質(zhì)的溶解非常大或者非常?。ㄇ耙环N情況是使雜 質(zhì)留在母液中不隨被提純物晶體一同析出；后一種情況是使雜質(zhì)在熱過濾時被濾去）二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇（4）容易揮發(fā)（溶劑的沸點較低），易與結晶分離除去（5）能給出較好的晶體（6）無毒或毒性很小，便于操作（7）價廉易得，回收率高 ( 8) 溶劑沸點比化合物熔點至少低50度（9）適當

6、時候可以選用混合溶劑 用于結晶和重結晶的常用溶劑有：水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氧六環(huán)、石油醚等。此外四氯化碳、苯、甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亞砜等也常使用。二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇 DMF和DMSO的溶解能力大，當找不到其它適用的溶劑時，可以試用。但往往不易從溶劑中析出結晶，且沸點較高，晶體上吸附的溶劑不易除去，是其缺點。 苯、四氯化碳、甲苯等毒性大 乙醚雖是常用的溶劑，但是若有其它適用的溶劑時，最好不用乙醚，因為一方面由于乙醚易燃、易爆，使用時危險性特別大，應特別小心；另一方面由于乙醚易沿壁爬行揮發(fā)而使欲純化的化學試劑在瓶壁上析出，以致影響結晶的純度。

7、二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇 在選擇溶劑時必須了解欲純化的化學物質(zhì)的結構，因為溶質(zhì)往往易溶于與其結構相近的溶劑中“相似相溶”原理。極性物質(zhì)易溶于極性溶劑，而難溶于非極性溶劑中；相反，非極性物質(zhì)易溶于非極性溶劑，而難溶于極性溶劑。 但是一般情況下重結晶溶劑的選擇，與“相似相溶”有點背道而馳，大極性的物質(zhì)，用中等極性的溶劑結晶；小極性的東西，用大極性的溶劑。有一半以上的情況是適合的。 了解上面的知識我們再根據(jù)雜質(zhì)的物理性質(zhì)確定合適的溶劑。二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇v 物質(zhì)的類別 溶解度大的溶劑v 烴 烴、醚、鹵代烴v 鹵代烴 醚， 胺，酯，酯硝基化合物 v 腈酮 醇、二氧六烷v 酚酰胺 醇、水醇

8、 v 羧酸磺酸鹽 水如：欲純化的化學試劑是個非極性化合物，實驗中已知其在異丙醇中的溶解度太小，異丙醇不宜作其結晶和重結晶的溶劑，這時一般不必再實驗極性更強的溶劑，如甲醇、水等，應實驗極性較小的溶劑，如苯、石油醚等。適用溶劑的最終選擇，只能用試驗的方法來決定。二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇 若不能選擇出一種單一的溶劑對欲純化的組分進行結晶和重結晶，則可選擇混合溶劑?；旌先軇┮话闶怯蓛煞N可以以任何比例互溶的溶劑組成，其中一種溶劑較易溶解欲純化的化學試劑，另一種溶劑較難溶解欲純化的化學試劑。 一般常用的混合溶劑有：乙醇和水、乙醇和乙醚、乙醇和丙酮、乙醇和氯仿、二氧六環(huán)和水、乙醚和石油醚、氯仿和石油醚等

9、等，最佳復合溶劑的選擇必須通過試驗來確定。二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇IV、選擇溶劑的實驗操作1）單一溶劑 取0.1g目標物質(zhì)于一小試管中，滴加約1mL溶劑，加熱至沸。若完全溶解，且冷卻后能析出大量晶體，這種溶劑一般認為合用。如樣品在冷時或熱時，都能溶于1mL溶劑中，則這種溶劑不合用。若樣品不溶于1mL沸騰溶劑中，再分批加入溶劑，每次加入0.5mL，并加熱至沸?？偣灿?mL熱溶劑，而樣品仍未溶解，這種溶劑也不合用。若樣品溶于3mL以內(nèi)的熱溶劑中，冷卻后仍無結晶析出，這種溶劑也不合用。二、溶劑的選擇二、溶劑的選擇2）混合溶劑如果難于選擇一種適宜的溶劑，可考慮選用混合溶劑?；旌先軇┮话阌蓛煞N能互相

10、溶解的溶劑組成，目標物質(zhì)易溶于其中一種溶劑，而難溶于另一種溶劑。先將目標物質(zhì)溶于易溶溶劑中，沸騰時趁熱逐漸加入難溶的溶劑，至溶液變渾濁，再加入少許前一種溶劑或稍加熱，溶液又變澄清。放置，冷卻，使結晶析出。三、熱溶解三、熱溶解操作：操作：通過試驗結果或查閱溶解度數(shù)據(jù)計算被提取物所需溶劑的量，在將被提取物晶體置于單口瓶中，加入較需要量稍少的適宜溶劑，加熱到微微沸騰一段時間后，若未完全溶解，可再添加溶劑，每次加溶劑后需再加熱使溶液沸騰，直至被提取物晶體完全溶解（但應注意，在補加溶劑后，發(fā)現(xiàn)未溶解固體不減少，應考慮是不溶性雜質(zhì)，此時就不要再補加溶劑，以免溶劑過量）。注意事項：1）溶劑量的多少，因同時考

11、慮兩個因素。溶劑少則收率高，但可能給熱過濾帶來麻煩，并可能造成更大的損失；溶劑多，顯然會影響收率。故兩者應綜合考慮。一般可比需要量多加20左右的溶劑三、熱溶解三、熱溶解2）可以在溶劑沸點溫度時溶解固體，但必須注意實際操作溫度是多少，否則會因?qū)嶋H操作時，被提純物晶體大量析出。但對某些晶體析出不敏感的被提純物，可考慮在溶劑沸點時溶解成飽和溶液，故因具體情況決定，不能一概而論。例如，本次實驗在100時配成飽和溶液，而熱過濾操作溫度不可能是100，可能是 80？也可能是90？那么在考慮加多少溶劑時，應同時考慮熱過濾的實際操作溫度。3）為了避免溶劑揮發(fā)及可燃性溶劑著火或有毒溶劑中毒，應在單口瓶上裝置回流

12、冷凝管，添加溶劑可從冷凝管的上端加入。4）若溶液中含有色雜質(zhì)，則應加活性炭脫色，應特別注意活性炭的使用。降溫后加入活性炭，再次升溫回流。四、熱過濾四、熱過濾方法一：常壓過濾用漏斗趁熱過濾（預先加熱漏斗，疊菊花濾紙，準備錐形瓶接收濾液，減少溶劑揮發(fā)用的表面皿）。方法二：減壓過濾可把布氏漏斗預先烘熱，然后便可趁熱過濾?？杀苊饩w析出而損失。上述兩種方法在過濾時，應先用溶劑潤濕濾紙，以免結晶析出而阻塞濾紙孔。濾紙沒有貼緊（可用雙層的）、動作遲緩導致結晶在布氏漏斗中析出、抽氣壓力太大導致濾液被吸入泵中、過濾完畢沒有立即卸壓導致大量溶劑被抽進泵中。 五、結晶五、結晶（1）將濾液在室溫或保溫下靜置使之緩緩

13、冷卻（如濾液已析出晶體，可加熱使之溶解），析出晶體，再用冷水充分冷卻。必要時，可進一步用冰水或冰鹽水等冷卻（視具體情況而定，若使用的溶劑在冰水或冰鹽水中能析出結晶，就不能采用此步驟）。（2）有時結晶不易析出晶體，或因形成過飽和溶液也不析出晶體，在這種情況下，可用玻棒摩擦器壁以形成粗糙面，使溶質(zhì)分子成定向排列而形成結晶的過程較在平滑面上迅速和容易；或者投入晶種（同一物資的晶體，若無此物質(zhì)的晶體，可用玻棒蘸一些溶液稍干后即會析出晶體），供給定型晶核，使晶體迅速形成。五、結晶五、結晶（3）有時被提純化合物呈油狀析出，雖然該油狀物經(jīng)長時間靜置或足夠冷卻后也可固化，但這樣的固體往往含有較多的雜質(zhì)（雜質(zhì)在

14、油狀物中常較在溶劑中的溶解度大；其次，析出的固體中還包含一部分母液），純度不高。 這時可將析出油狀物的溶液重新加熱溶解，然后慢慢冷卻。當油狀物析出時便劇烈攪拌混合物，使油狀物在均勻分散的狀況下固化，但最好是重新選擇溶劑，使其得到晶形產(chǎn)物。 出現(xiàn)油狀物和乳化主要以下幾個原因：出現(xiàn)油狀物和乳化主要以下幾個原因： A 在蒸發(fā)溶劑時蒸發(fā)的太多，出現(xiàn)油狀。 解決的辦法很簡單就是再加一些溶劑的溶劑讓其全部溶解，進行結晶讓其析出。 五、結晶五、結晶 B 降溫太快。 解決辦法：進行自然降溫或是梯度降溫，使其慢慢結晶出固體 C選擇溶劑不合適 解決辦法：需要再繼續(xù)選擇溶劑 D物料中有粘狀雜質(zhì)，造成難于析晶或者析出

15、后成油狀物解決辦法 難于析晶：加入晶種，玻璃棒、鑰匙研磨玻璃器壁誘導析晶或者用玻璃棒沾一滴溶液，揮干，固體加入結晶溶液中五、結晶五、結晶v 析出后油狀物的解決辦法析出后油狀物的解決辦法（1） 如果你的油狀物能溶于乙醚，可用乙醚將其溶解后轉移至研缽中進行研磨，隨著乙醚的不斷揮發(fā)，油狀物會漸漸凝為固體。原因有二：1-溶劑不斷在減少。2-研磨中產(chǎn)生大量玻璃微屑成為晶種而誘導析晶。 （2） “石油醚熱提-冷卻法”也是用來對付油狀物的方法，加入石油醚，沸騰，傾出上清液，底部油繼續(xù)加入石油醚熱提取，直至石油醚層無色，則基本提取完全。冷卻后一般會析出晶體。（在此過程中還可加入活性炭脫色效果會更好，有一缺點就

16、是冷卻后剩余樣品和活性炭在一起會變的很硬）（3）過柱預純化，粗分離后再結晶； 六、冷過濾和干燥六、冷過濾和干燥冷過濾冷過濾 和熱過濾要求基本一樣，如果溫度比較低結晶出來的要先把洗滌溶劑低溫冷凍，并且動作要快，防止溶液溫度升高，結晶固體重新溶解，降低收率。干燥干燥 （1）空氣涼干（不吸潮的低熔點物質(zhì)在空氣中干燥是最簡單的干燥方法）。 （2）烘干（對空氣和溫度穩(wěn)定的物質(zhì)可在烘箱中干燥，烘箱溫度應比被干燥物質(zhì)的熔點低2050。 （3）置于干燥器中干燥補充補充 怎樣將少量固體取出瓶子，分兩種情況：怎樣將少量固體取出瓶子，分兩種情況： （1）旋轉蒸發(fā)后，固體呈透明狀，粘在瓶壁上，無法用刮刀刮下。解決方法：用易溶溶劑（如丙酮）重新溶解，并加入一些不良溶劑（如己烷），重新旋干，固體將以較好的形態(tài)析出，或以（2）形式存在； （2）旋轉蒸發(fā)后，固體呈白色非透明狀，粘在瓶壁上，可以用刮刀刮下，但由于靜電原因無法取出來。解決方法：用少量易溶溶劑重新溶解，將溶液轉移到表面皿或扁平的樣品瓶中，把它們放到一個更大的容器里，蓋上張濾紙防止落上灰塵，讓溶劑自然揮干。 另外，應準確稱量