現(xiàn)代有機(jī)制備分離技術(shù)分析知識分享

1、現(xiàn)代有機(jī)制備分離技術(shù)分析 一、一、 學(xué)習(xí)有機(jī)制備分離技術(shù)的重要性學(xué)習(xí)有機(jī)制備分離技術(shù)的重要性 1有機(jī)制備分離技術(shù)有機(jī)制備分離技術(shù)： 有關(guān)有機(jī)化合物的制備過程中，產(chǎn)物的分離與純化技術(shù)。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)所合成的有機(jī)化合物，一般總是與許多其它物質(zhì)（包括反應(yīng)原料、副產(chǎn)物、溶劑等）共存于反應(yīng)體系中，因此在有機(jī)制備中，常需要從復(fù)雜的混合物中分離出所要的產(chǎn)品。2學(xué)習(xí)有機(jī)制備分離技術(shù)的重要性學(xué)習(xí)有機(jī)制備分離技術(shù)的重要性 有機(jī)制備分離是有機(jī)實驗的主要組成部分，是對有機(jī)理論的驗證過程。學(xué)習(xí)有機(jī)制備分離技術(shù)是培養(yǎng)與提高實驗技能的重要內(nèi)容。 隨著近代有機(jī)合成的發(fā)展，分離提純技術(shù)將越來越顯示它的重要性。對于藥學(xué)和化學(xué)工作者

2、來說，具有熟練的分離和純化的操作技術(shù)，是進(jìn)行藥物研究和化學(xué)研究的重要前提。l上篇經(jīng)典有機(jī)制備分離與純化實驗技術(shù)上篇經(jīng)典有機(jī)制備分離與純化實驗技術(shù)l第一節(jié). 結(jié)晶與重結(jié)晶 (Crystallization/ Recrystallization)l第二節(jié). 蒸餾與減壓蒸餾 (Distillation/ Vacuum Distillation)l第三節(jié). 分餾 (Fractionation)l第四節(jié). 水蒸氣蒸餾 (Water Vapor Distillation)l第五節(jié). 萃取 (Extraction)l第六節(jié). 升華 (Sublimation)第一章. 色譜分離技術(shù)概論第二章 制備薄層技術(shù) 一

3、. 普通制備薄層（1） 吸附劑 （2）薄層板的制備 （3）展開劑的選擇 （4）上樣與展開 （5）檢測方法 （6）定性、定量與制備二. 制備型加壓壓薄層層析（Preparative on-line over-pressure Layer chromatography）三. 離心薄層層析 (Centrifugal TLC)第三章第三章. . 常壓柱色譜分離技術(shù)常壓柱色譜分離技術(shù)l（1）層析柱的制備 l（2）固定相（3）樣品的制備與上樣 （4） 洗脫與分離l1. 干柱液相色譜l (Dry column chromatography)l2. 高分辨制備型組件l (Preparative high re

4、solution segment)l3. 洗脫式干柱液相色譜l1.真空液相柱層析l (Vacuum Liquid Chromatography VLC） l2.減壓干柱快速柱層析l（Dry Flash Column Chromatography）l3.減壓半干柱快速柱層析l（Semi-dry Flash Column Chromatography） 一. 快速柱層析l (Flash column chromatography）l二. 低壓液相色譜(LPLC)l三. 中壓液相色譜(MPLC)l四. 制備高壓液相色譜(HPLC)l五. 超臨界流體色譜(SFC) l第七章第七章. 制備氣相色譜制備氣

5、相色譜l第八章第八章. 逆流色譜制備分離技術(shù)逆流色譜制備分離技術(shù)l第九章第九章. 大分子色譜制備分離大分子色譜制備分離l 1分子排阻色譜(分子篩)l 2離子交換色譜l 3親和色譜分離l 4離子對反相色譜l第十章第十章. 手性分子制備分離手性分子制備分離 第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶與重結(jié)結(jié)晶與重結(jié) Crystallization and Recrystallizationl 第二節(jié)第二節(jié) 蒸餾與減壓蒸餾蒸餾與減壓蒸餾 l Distillation and Vacuum Distillation 第三節(jié)第三節(jié) 分餾分餾 FractionationFractionation 第四節(jié)第四節(jié) 水蒸氣蒸餾水蒸氣蒸

6、餾 Water-steam DistillationWater-steam Distillation 第五節(jié)第五節(jié) 萃取萃取 ExtractionExtractionl一、結(jié)晶的形成過程一、結(jié)晶的形成過程 l二、結(jié)晶法的基本原理二、結(jié)晶法的基本原理 l三、固體溶解度與溶劑的選擇三、固體溶解度與溶劑的選擇 l四、結(jié)晶與重結(jié)晶的方法四、結(jié)晶與重結(jié)晶的方法 l五、脫色五、脫色 l六，混合溶劑結(jié)晶法六，混合溶劑結(jié)晶法 l七，小量及微量物質(zhì)結(jié)晶七，小量及微量物質(zhì)結(jié)晶 l八過濾基本操作八過濾基本操作 l一、結(jié)晶的形成過程一、結(jié)晶的形成過程l1.定義定義l結(jié)晶結(jié)晶是物質(zhì)的晶態(tài)的形式從溶液中析出的過程。結(jié)晶是

7、純化固體有機(jī)化合物的重要方法，它是利用混合物中各成分在某種溶劑中或某種混合溶劑中的溶解度不同使其相互分離形成結(jié)晶的過程。l重結(jié)晶重結(jié)晶由于初次結(jié)晶或多或少總會有少量雜質(zhì)（光譜分析、熔點測定），因此需反復(fù)結(jié)晶，這一過程叫做重結(jié)晶。通過蒸餾或減壓蒸餾以及色譜分離所得固體，一般都需要重結(jié)晶。l2. 晶體的形成過程晶體的形成過程l 晶體的形成過程是一個可逆過程，最初先形成一粒晶種，這個晶種從溶液中選擇恰當(dāng)?shù)梅肿?，按照一定的晶格排列而慢慢一層層長大，形成具有一定幾何形狀的晶體。l 如果這個過程進(jìn)行的較快，沒有什么選擇，就會得。如果這個過程進(jìn)行的相對較慢，有一定選擇性，則生成結(jié)晶。因此在進(jìn)行固體重結(jié)晶純化

8、時，不應(yīng)使過程進(jìn)行得太快，但也不宜進(jìn)行的太慢。l3. 應(yīng)避免兩種主要操作錯誤應(yīng)避免兩種主要操作錯誤l（1） 將溶液冷卻過快 l（2）突然向溶液中加入極性相反得溶劑 l二、結(jié)晶法的基本原理二、結(jié)晶法的基本原理l 依據(jù)要純化的固體物質(zhì)與所含雜質(zhì)在同一溶劑中溶解度不同，結(jié)晶析出而得到純化。l 若所選擇溶劑只融解被純化物質(zhì)，不溶解雜質(zhì)，那末通過過濾后，進(jìn)行結(jié)晶，可以很容易將樣品純化，也很容易理解。但是，實際上并沒有或很少有這樣理想的溶劑，即溶劑往往對欲純化物質(zhì)和雜質(zhì)都能溶解，但只要雜質(zhì)在總固體中占很小一部分，即可以用結(jié)晶法予以純化。 如設(shè)物質(zhì)A及其雜質(zhì)B，二者在室溫下溶解度均為1克/100毫升溶劑，在

9、100時二者均為10克/100毫升溶劑. 若有一不純的樣品A，其中含10克A和2克B，當(dāng)加入100毫升溶劑，室溫下都不會溶解。當(dāng)加熱到100時，二者全都溶解，冷到室溫時，9克A 和1克B析出，1克A和1克B留在母液中。繼續(xù)用100溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，冷至室溫，只有8克A析出，1克A和1克B留在母液中，最終得8克純A，但損失2克。l 這一結(jié)果說明利用結(jié)晶法是可以分離純化含少量雜質(zhì)得樣品，但結(jié)晶的方法是浪費的，而且這種浪費是不可避免的。l 當(dāng)然如果雜質(zhì)在溶液中更易溶，含量較少的話，可減少損失。l值得注意的是值得注意的是：l 上述情況用結(jié)晶法可以取得成功分離的原因是A的含量大于B的含量。若A、B二物質(zhì)為

10、50的混合物，即使選擇較好的溶劑，損失量是很大的，分離效果差，幾乎無法分離。這就是為什么有時重結(jié)晶多次仍不能得到純品的原因。l 在上述情況下，可以考慮用其他分離方法，如色譜分離法等。 固體溶解度與溶劑的選擇是影響結(jié)晶法分離純化的一個主要因素。l1. 溶解度溶解度：理想的情況應(yīng)該是，被純化物質(zhì)在室溫時微溶于所選溶劑，而在較高溫度時卻相當(dāng)易溶。l 低溫和高溫溶解度都較低的溶劑或低溫高溫下溶解度都較大的溶劑，均不適于結(jié)晶用。l 只有在溶解度斜率較大的溶劑，才適合于結(jié)晶用。 圖 1 固體溶解度曲線l lD沸點不宜太高沸點不宜太高l 沸點高，溶劑附著于晶體表面不易除盡。l 另外，沸點太高的溶劑，固體在溶

11、劑中熔融而不是溶解，這種液體在冷卻時不會析出，而是形成一種過冷的液體或過冷的油。即使溫度充分降低，這種油將會固化，而不成結(jié)晶，呈無定型的固體或硬化物，而得不到純化。在實驗中遇到油狀物是極難打交道的，必須試圖更換溶劑，把他們再溶解，得到結(jié)晶。l（2）溶劑選擇方法）溶劑選擇方法lA 通常人們將少許待純化樣品用多種溶劑進(jìn)行實驗，借以選出一個供結(jié)晶所用的合適的溶劑。一般在試管規(guī)模進(jìn)行實驗即可。進(jìn)行樣品純化前，進(jìn)行這種嘗試是必要的，以免溶劑的浪費和操作的麻煩.l具體操作： 如將0.1g的粉末狀試樣置于小試管內(nèi)，用滴管逐滴加入溶劑，同時不斷振搖試管，加入的溶劑約1ml， 如已全部溶解，則該溶劑不能入選，因

12、為試樣在該溶劑的溶解度太大。l 若加入1ml溶劑后，試樣仍不溶解待加熱后才溶解，冷卻后有大量結(jié)晶析出者，則可選用作為重結(jié)晶溶劑。 l 若加入1ml 后加熱后仍不溶解，后逐漸滴加溶劑，每次0.5ml，直至3ml后，樣品仍不溶解者，則不適用，因為溶解度太小。l 若在3ml內(nèi)，加熱溶解，冷卻后有大量結(jié)晶析出，可選用。 l B對于已知的化合物：參考文獻(xiàn)中都有注明，可借鑒前人經(jīng)驗，選用合適溶劑。l C未知的化合物：在選取溶劑時，要根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，按照“相似相溶” 的原則，按上述嘗試法實驗之。l 若溶質(zhì)極性很大，必須用極性較大的溶劑溶解。若溶劑為非極性的，則需用非極性溶劑。l 如某物質(zhì)為非極性，用異

13、丙醇試劑溶解度很小，則不必再選用極性更大的溶劑。通常，對于帶有能形成形成氫鍵的官能團(tuán)如羥基，氨基，羧基，酰氨基的化合物，它們在水甲醇乙醇等含羥基溶劑中比在烴類溶劑中易溶。但是，如果官能團(tuán)并非分子的主要部分，那末溶解性能可能會逆轉(zhuǎn)。如十二醇幾乎不溶于水，其碳鏈?zhǔn)蛊湫袨橄駸N而不像乙醇。l 溶劑的極性在很大程度上取決于介電常數(shù)，可以通過查找與對比介電常數(shù)的大小選擇適當(dāng)?shù)娜軇D若不能選出單一溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，則可應(yīng)用混合溶劑。l 混合溶劑一般由二種以上能任意互溶的溶劑組成，根據(jù)極性配比組成所需的混合溶劑。l 1固體溶解固體溶解lA按照溶劑選擇，選用合適溶劑。lB熱沸溶劑，盡可能少的加入待純化樣品中，

14、使之大部分溶解（不可加入溶劑后加熱溶解，避免化合物分解。也不可溶劑沸騰后加入樣品，暴沸危險）l 當(dāng)樣品較多，溶劑較多時可安上回流管，以避免溶劑揮發(fā)。攪拌下加熱，使之溶解。必要時添加少量溶劑每次加入量一定少。l 若待純化物質(zhì)含有不溶或難溶雜質(zhì)，不要誤認(rèn)為溶劑不夠，而加入過多溶劑。l 若分不清是雜質(zhì)還是樣品，則寧愿將其濾掉。在這過程中若需要脫色，可以提前加入活性炭，且不可在溶液沸騰后加入，否則產(chǎn)生強烈瀑沸，危險！ l2趁熱過濾趁熱過濾 l 制備好的熱溶液必須經(jīng)過熱過濾，以除去不溶雜質(zhì)，以避免在過濾中溫度下降，在濾器上析出結(jié)晶。若某物質(zhì)非常易結(jié)晶析出，寧可將溶液配的稀一些，過濾后可再濃縮之。 l3結(jié)

15、晶析出及濾集結(jié)晶析出及濾集l（1）結(jié)晶）結(jié)晶 將濾液放置，慢慢冷卻，有較大結(jié)晶析出。大晶體內(nèi)包含雜質(zhì)也較多。驟冷或攪動將會影響結(jié)晶的形成，使晶體變小。小晶體包含雜質(zhì)較少，但其表面大，吸附于表面的雜質(zhì)和母液較多。l 為得到較純物質(zhì)往往進(jìn)行二次三次重結(jié)晶，可得到均勻而較好的晶體。 l 若冷卻后的溶液仍無結(jié)晶，可通過下列方法誘發(fā)結(jié)晶：lA. 用玻棒摩擦瓶壁。由于摩擦使液面變的粗造，促使分子在液面定向排列形成結(jié)晶。lB. 加入少量晶種，使結(jié)晶析出。這一操作稱之為“種晶”。實驗室沒有這種結(jié)晶，可以自己制備，其方法為： 取數(shù)滴過飽和溶液于一小滴管中，旋轉(zhuǎn)之，使該溶液在試管壁形成一薄膜，然后將此試管放入冷卻

16、劑中，形成少量結(jié)晶作為“晶種”。也可以取一滴過飽和溶液于表面皿上，使溶劑揮發(fā)得到晶種。lC. 冰箱中放置較長時間。 l(2) 結(jié)晶的濾集與洗滌結(jié)晶的濾集與洗滌：l l4結(jié)晶的干燥結(jié)晶的干燥l （1）最常用的結(jié)晶干燥法為：將結(jié)晶置于表面皿上或蒸發(fā)皿上風(fēng)干。優(yōu)點：不需加熱，減少分解或熔化。缺點: 暴露于空氣中易吸濕潮解，易氧化。l （2）烘箱中烘干。對熱穩(wěn)定的物質(zhì)，烘干溫度不可超過化合物熔點。l （3）真空干燥：l 真空干燥器（不需加熱，不暴露于空氣中，抽真空）. 若需空氣氧化， 可在抽真空后，通N2氣。l 真空干燥箱（需加熱，不可很高溫度，抽真空干燥之）l 易升華物不可取。l少量樣品可用真空恒溫

17、干燥器，見下圖 粗制的有機(jī)化合物常包含有色雜質(zhì)，在重結(jié)晶時雜質(zhì)雖可溶于溶劑，但仍有部分被結(jié)晶吸收，因此當(dāng)分出結(jié)晶時常會得到有色產(chǎn)物。另外在溶液中存在少量樹脂狀物質(zhì)或極細(xì)的不溶物。雖然經(jīng)過過濾仍有混濁狀，即不能用簡單過濾方法除去。如果在溶液中加入少量脫色劑（活性炭）煮沸510分鐘，活性炭可吸附色素或樹脂狀物質(zhì)，趁熱濾去，即可得無色較純的產(chǎn)品溶液。l 應(yīng)用活性碳脫色應(yīng)注意一下幾點：l（1）溶質(zhì)溶解后，再加活性炭?；钚蕴坎荒芘c樣品一起加熱溶解l（2）待熱溶液稍冷后，加入活性碳；否則易引起暴沸，使溶液濺出或危險l（3）所加活性炭的量，視溶質(zhì)量而定，一般為粗品溶質(zhì)質(zhì)量的15為宜；過多活性炭可降低收率（吸

18、附溶質(zhì)）l（4）在濾液中若有活性炭，通常應(yīng)重新過濾。使用沙芯漏斗時，沙芯型號應(yīng)為G4號以上，否則堵塞。若在非極性溶劑中如苯石油醚中活性炭脫色效果不佳，可考慮換用其他吸附劑，如氧化鋁，吸附脫色等方法。 l六，混合溶劑結(jié)晶法六，混合溶劑結(jié)晶法l 常常遇到用單一溶劑無法找到某個化合物的合乎溶解度要求的溶劑。在這種情況下，可使用混合溶劑。l 方法很簡單：選一種能溶解某樣品的溶劑，作為第一種溶劑。再選一種能和第一種溶劑互溶，對樣品溶解度較小的溶劑作為第二種溶劑。l 步驟： 將化合物溶于能使它溶解的最少量的第一種溶劑中，接著向此熱的混合物溶液中滴入第二種溶劑，直至混合物剛好變成混濁。達(dá)到這一點時，加熱使其

19、澄清或加入第一種溶劑使其剛剛變?yōu)槌吻?，過濾除去不溶雜質(zhì)，冷卻，即有結(jié)晶析出。此方法比較適用。l 除了上述表列混合溶劑外，還有一種混合溶劑 是對難溶物質(zhì)常采用DMF/H2O，DMSO/H2O混合溶劑重結(jié)晶。常見的混合溶劑配對見下表：l七、小量及微量物質(zhì)結(jié)晶七、小量及微量物質(zhì)結(jié)晶 1、小量物質(zhì)結(jié)晶 基本要求同前述，但均需采用與該物質(zhì)的量相適應(yīng)的小的儀器。可在小試管中制得熱溶液，使用小的玻璃或砂心漏斗在 小的濾甁或小 的側(cè)支試管上過濾。 濾集結(jié)晶也可利用同樣裝置。l 2、微量物質(zhì)重結(jié)晶：l（1）可在小離心管中進(jìn)行，熱溶液制備后即行離心，使不溶雜質(zhì)沉于管底，用吸管將上清液移至另一個小離心管中，使其結(jié)晶

20、。l（2）也可用在自制的帶有橡皮滴頭滴管的細(xì)頸部位放入少許脫脂棉作為熱溶液的過濾器。l 或?qū)⑸僭S脫脂棉置于試管中，用細(xì)長滴管抵著棉花上吸取，作為過濾。l 濾液在小離心管中結(jié)晶后，離心，用滴管吸去母液；再加入少量溶劑，離心，再吸去洗滌液。用濾紙吸除溶劑后，真空干燥之。l 過濾通常用普通折疊濾紙進(jìn)行常壓過濾，也可用布氏漏斗和砂心漏斗進(jìn)行減壓過濾。過濾的介質(zhì)可根據(jù)實驗要求選用不同的介質(zhì)：實驗室常用濾紙、砂心、玻璃棉、滌綸薄膜等。l折疊濾紙法常壓過濾折疊濾紙法常壓過濾：一般先將漏斗與濾紙預(yù)熱（倒入熱溶劑）置于三角燒瓶上，然后迅速將溶液一份一份倒入。此方法過濾較慢，因而在過濾過程中結(jié)晶在濾紙上而防礙過濾

21、。若出現(xiàn)這種情況，必須小心將其返回于制備的熱溶液中。且將濾紙也一并放入，重新溶解后再過濾。對極易結(jié)晶析出的物質(zhì)，或熱溶液量大時候，可采用保溫漏斗過濾. l折疊濾紙的疊法折疊濾紙的疊法：見下圖 將濾紙對折，在對折成四份l l 2減壓過濾減壓過濾：l 可采用布氏漏斗，沙芯漏斗，抽濾瓶減壓過濾。l 優(yōu)點：可避免在過濾過程中結(jié)晶析出迅速簡便。l 缺點：lA、混懸的雜質(zhì)易通過濾紙。lB、若溶劑為揮發(fā)性，熱溶液過濾時，濾l 器孔內(nèi)也易析出結(jié)晶，堵塞濾孔。lC、濾下來的熱溶液，在負(fù)壓下易沸騰。l抽濾法過濾應(yīng)注意以下幾點:l（1）濾紙不應(yīng)大于布氏漏斗的底面。也不能小于底面，應(yīng)與布氏漏斗的底面相符。l（2）吸濾

22、前需用同一溶劑將濾紙濕潤后過濾，使其緊貼于布氏漏斗底面；用沙芯漏斗過濾時，必要時，也要加上紙濾。l（3）為避免熱過濾在濾孔上結(jié)晶析出，堵塞孔眼，可將布氏漏斗或沙芯漏斗放在烘箱或遠(yuǎn)紅外加熱器內(nèi)預(yù)熱或用熱溶劑預(yù)熱。 l 若在抽濾過程中有結(jié)晶析出，堵塞漏斗，應(yīng)加入少量的沸騰溶劑，溶解結(jié)晶，而流經(jīng)漏斗，過濾之后可將溶液濃縮至原來體積。l 過濾中，濾液中可能有結(jié)晶析出，最好不要結(jié)晶太快，可將慮液加熱至全溶后，慢慢放冷結(jié)晶。 l3保溫?zé)徇^濾保溫?zé)徇^濾 l為防止過濾的溶液在溫度降低時結(jié)晶析出，可選用熱濾漏斗進(jìn)行過濾(如圖24)。過濾時，把玻璃漏斗放在銅質(zhì)的熱濾漏斗內(nèi)，熱濾漏斗內(nèi)裝有熱水(注意水不要裝得太滿，以免加熱至沸后溢出)以保持溶液的溫度不降低。也可以事先把玻璃漏斗在水浴上加熱后再使用。熱過濾選用的玻璃漏斗頸越短越好。熱濾裝置見下圖：l砂芯漏斗又稱為燒結(jié)玻璃漏斗。它是由玻璃粉末燒結(jié)制成的多孔性 濾片，再焊接在相同或相似的膨脹系數(shù)的玻璃上所形成的一種過濾容器。若濾液具有堿性，或者有酸性物質(zhì)、酸酐或者有氧化劑等存在，對普通濾紙有腐蝕性作用，在過濾(或吸濾)時容易發(fā)生濾紙破損，待濾物穿透濾紙而泄漏，導(dǎo)致過濾的失敗。而選用砂芯漏斗可代替鋪設(shè)有濾紙的漏斗，進(jìn)行有效的分離。表27列出國產(chǎn)砂芯漏斗的型號、規(guī)格和用途，供實