《重结晶提纯法》PPT课件.ppt

重 结 晶 提 纯 法,2013年5月24日,杨明军,重结晶提纯法,在无机物的制备或有机物的合成中，为了获得所需的产品，反应结束之后，通常采用蒸发（浓缩）、结晶的方法，将化合物从混合溶液中分离出来。蒸发浓缩一般在蒸发皿中进行，对热稳定的溶液可用直火加热，否则要用水浴等间接加热，当溶液浓缩到一定浓度后，冷却就会有溶质的晶体析出，如果结晶所得的物质纯度不符合要求，需要重新加入一定溶剂进行溶解、蒸发和再结晶，这个过程称为重结晶。重结晶是有机合成中一项非常基本，但是又非常重要的技术，它原理简单、使用方便，但是合成工艺不同，有的实验要做好重结晶，有一定的难度，也要付出一定的努力。,本报告主要分为以下几个内容： 一、重结晶原理 二、溶剂的选择 三、热溶解 四、热过滤 五、结晶 六、冷过滤、干燥和检验 七、重结晶实例 八、总结,一、原理,固体混合物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。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，冷却时即由于溶解度降低，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，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出。而让杂质全部或大部分仍留在溶液中（若在溶剂中的溶解度极小，则配成饱和溶液后被过滤除去），从而达到提纯目的。 注意-重结晶只适宜杂质含量在5%以下的固体有机化合物的提纯。从反应粗产物直接重结晶是不适宜的，必须先采取其他方法初步提纯，然后再重结晶提纯。,二、溶剂的选择,I、溶剂分类 II、溶剂极性大小 III、选择溶剂标准 IV、选择溶剂的实验操作,二、溶剂的选择,I、常用溶剂分类 1.烃类溶剂 己烷、戊烷、石油醚等属于低毒性溶剂，易燃，苯、甲苯、二甲苯 等毒性溶剂，易燃 烃类溶剂极性小，密度比水小，难溶于水 2.卤代烃溶剂 二氯甲烷、四氯化碳 、氯仿、氯苯、溴苯、二氯乙烷等密度比水大，难燃性。 3.醇类溶剂 一元醇-甲醇、乙醇、异丙醇等强亲水性溶剂，可以与水任意比混溶，丁醇环己醇苄醇等低水溶性醇。 多元醇-乙二醇丙三醇等强亲水性溶剂,二、溶剂的选择,4.酮类溶剂 丙酮、丁酮等一种溶解范围较广的溶剂，对许多有机物都有溶解能力，而且毒性低。 5.酯类溶剂 乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸正丁酯等毒性比较低，有芳香气味，不溶于水 6.醚类溶剂 乙醚，正丁醚，甲基叔丁醚等不溶于水的溶剂 四氢呋喃、二氧六环等易溶于水的溶剂 7.其他-水、DMF、DMSO等,二、溶剂的选择,II、常用溶剂极性大小 1，试剂极性从小到大：烷、烯、醚、酯、酮、醛、胺、醇和酚、水 2，戊烷，正己烷环己烷 四氯化碳甲苯二甲苯氯苯乙醚苯，异丁醇二氯甲烷正丁醇醋酸丁酯,乙酸丁酯四氢呋喃乙酸乙酯异丙醇氯仿二氧六环丙酮乙腈DMF甲醇乙二醇DMSO水,二、溶剂的选择,常用混合溶剂的极性： 环己烷-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） 环己烷-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） 随着甲醇等大极性溶剂的比例增加极性逐渐增大 说明一下: 苯甲醇（95+5）的意思是95体积的苯混合5体积的甲醇配成混合溶剂!,二、溶剂的选择,III、选择溶剂标准 （1）不与被提纯物质起化学反应，例如脂肪族卤代烃类化合物不宜用作碱性化合物结晶和重结晶的溶剂；醇类化合物不宜用作酯类化合物结晶和重结晶的溶剂，也不宜用作氨基酸盐酸盐结晶和重结晶的溶剂。 （2）在较高温度时能溶解多量的被提纯物质；而在室温或更低温度时，只能溶解很少量的该种物质 （3）对杂质的溶解非常大或者非常小（前一种情况是使杂 质留在母液中不随被提纯物晶体一同析出；后一种情况是使杂质在热过滤时被滤去）,二、溶剂的选择,（4）容易挥发（溶剂的沸点较低），易与结晶分离除去 （5）能给出较好的晶体 （6）无毒或毒性很小，便于操作 （7）价廉易得，回收率高 ( 8) 溶剂沸点比化合物熔点至少低50度 （9）适当时候可以选用混合溶剂 用于结晶和重结晶的常用溶剂有：水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氧六环、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、二甲亚砜等也常使用。,二、溶剂的选择,DMF和DMSO的溶解能力大，当找不到其它适用的溶剂时，可以试用。但往往不易从溶剂中析出结晶，且沸点较高，晶体上吸附的溶剂不易除去，是其缺点。 苯、四氯化碳、甲苯等毒性大.乙醚虽是常用的溶剂，但是若有其它适用的溶剂时，最好不用乙醚，因为一方面由于乙醚易燃、易爆，使用时危险性特别大，应特别小心；另一方面由于乙醚易沿壁爬行挥发而使欲纯化的化学试剂在瓶壁上析出，以致影响结晶的纯度。,二、溶剂的选择,在选择溶剂时必须了解欲纯化的化学物质的结构，因为溶质往往易溶于与其结构相近的溶剂中“相似相溶”原理。极性物质易溶于极性溶剂，而难溶于非极性溶剂中；相反，非极性物质易溶于非极性溶剂，而难溶于极性溶剂。还可查阅相关的文献和手册，了解某化合物在各种溶剂中不同温度的溶解度。也可通过实验来确定化合物的溶解度。 即可取少量的重结晶物质在试管中，加入不同种类的溶剂进行预试。 但是一般情况下重结晶溶剂的选择，与“相似相溶”有点背道而驰，大极性的物质，用中等极性的溶剂结晶；小极性的东西，用大极性的溶剂。有一半以上的情况是适合的。 了解上面的知识我们再根据杂质的物理性质确定合适的溶剂。,二、溶剂的选择,物质的类别 溶解度大的溶剂 烃 烃、醚、卤代烃 卤代烃 醚， 胺，酯，酯硝基化合物 腈酮 醇、二氧六烷 酚酰胺 醇、水醇 羧酸磺酸盐 水 如：欲纯化的化学试剂是个非极性化合物，实验中已知其在异丙醇中的溶解度太小，异丙醇不宜作其结晶和重结晶的溶剂，这时一般不必再实验极性更强的溶剂，如甲醇、水等，应实验极性较小的溶剂，如苯、石油醚等。适用溶剂的最终选择，只能用试验的方法来决定。,二、溶剂的选择,若不能选择出一种单一的溶剂对欲纯化的组分进行结晶和重结晶，则可选择混合溶剂。混合溶剂一般是由两种可以以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种溶剂较易溶解欲纯化的化学试剂，另一种溶剂较难溶解欲纯化的化学试剂。 一般常用的混合溶剂有：乙醇和水、乙醇和乙醚、乙醇和丙酮、乙醇和氯仿、二氧六环和水、乙醚和石油醚、氯仿和石油醚等等，最佳复合溶剂的选择必须通过试验来确定。,二、溶剂的选择,IV、选择溶剂的实验操作 1）单一溶剂 取0.1g目标物质于一小试管中，滴加约1mL溶剂，加热至沸。若完全溶解，且冷却后能析出大量晶体，这种溶剂一般认为合用。如样品在冷时或热时，都能溶于1mL溶剂中，则这种溶剂不合用。若样品不溶于1mL沸腾溶剂中，再分批加入溶剂，每次加入0.5mL，并加热至沸。总共用3mL热溶剂，而样品仍未溶解，这种溶剂也不合用。若样品溶于3mL以内的热溶剂中，冷却后仍无结晶析出，这种溶剂也不合用。,二、溶剂的选择,2）混合溶剂 如果难于选择一种适宜的溶剂，可考虑选用混合溶剂。混合溶剂一般由两种能互相溶解的溶剂组成，目标物质易溶于其中一种溶剂，而难溶于另一种溶剂。先将目标物质溶于易溶溶剂中，沸腾时趁热逐渐加入难溶的溶剂，至溶液变浑浊，再加入少许前一种溶剂或稍加热，溶液又变澄清。放置，冷却，使结晶析出。,三、热溶解,操作：通过试验结果或查阅溶解度数据计算被提取物所需溶剂的量，在将被提取物晶体置于单口瓶中，加入较需要量稍少的适宜溶剂，加热到微微沸腾一段时间后，若未完全溶解，可再添加溶剂，每次加溶剂后需再加热使溶液沸腾，直至被提取物晶体完全溶解（但应注意，在补加溶剂后，发现未溶解固体不减少，应考虑是不溶性杂质，此时就不要再补加溶剂，以免溶剂过量）。 注意事项： 1）溶剂量的多少，因同时考虑两个因素。溶剂少则收率高，但可能给热过滤带来麻烦，并可能造成更大的损失；溶剂多，显然会影响收率。故两者应综合考虑。一般可比需要量多加20左右的溶剂,三、热溶解,2）可以在溶剂沸点温度时溶解固体，但必须注意实际操作温度是多少，否则会因实际操作时，被提纯物晶体大量析出。但对某些晶体析出不敏感的被提纯物，可考虑在溶剂沸点时溶解成饱和溶液，故因具体情况决定，不能一概而论。例如，本次实验在100时配成饱和溶液，而热过滤操作温度不可能是100，可能是 80？也可能是90？那么在考虑加多少溶剂时，应同时考虑热过滤的实际操作温度。 3）为了避免溶剂挥发及可燃性溶剂着火或有毒溶剂中毒，应在单口瓶上装置回流冷凝管，添加溶剂可从冷凝管的上端加入。,三、热溶解,4）若溶液中含有色杂质，则应加活性炭脱色，用量为粗产品质量的1%-5%。应特别注意活性炭的使用。降温后加入活性炭，再次升温回流。切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。煮沸10-15分钟脱色。,四、热过滤,方法一：常压过滤 用漏斗趁热过滤（预先加热漏斗，叠菊花滤纸，准备锥形瓶接收滤液，减少溶剂挥发用的表面皿）。 方法二：减压过滤 可把布氏漏斗预先烘热，然后便可趁热过滤。可避免晶体析出而损失。 上述两种方法在过滤时，应先用溶剂润湿滤纸，以免结晶析出而阻塞滤纸孔。滤纸没有贴紧（可用双层的）、动作迟缓导致结晶在布氏漏斗中析出、抽气压力太大导致滤液被吸入泵中、过滤完毕没有立即卸压导致大量溶剂被抽进泵中。,五、结晶,（1）将滤液在室温或保温下静置使之缓缓冷却（如滤液已析出晶体，可加热使之溶解），析出晶体，再用冷水充分冷却。必要时，可进一步用冰水或冰盐水等冷却（视具体情况而定，若使用的溶剂在冰水或冰盐水中能析出结晶，就不能采用此步骤）。 （2）有时结晶不易析出晶体，或因形成过饱和溶液也不析出晶体，在这种情况下，可用玻棒摩擦器壁以形成粗糙面，使溶质分子成定向排列而形成结晶的过程较在平滑面上迅速和容易；或者投入晶种（同一物资的晶体，若无此物质的晶体，可用玻棒蘸一些溶液稍干后即会析出晶体），供给定型晶核，使晶体迅速形成。,五、结晶,（3）有时被提纯化合物呈油状析出，虽然该油状物经长时间静置或足够冷却后也可固化，但这样的固体往往含有较多的杂质（杂质在油状物中常较在溶剂中的溶解度大；其次，析出的固体中还包含一部分母液），纯度不高。 这时可将析出油状物的溶液重新加热溶解，然后慢慢冷却。当油状物析出时便剧烈搅拌混合物，使油状物在均匀分散的状况下固化，但最好是重新选择溶剂，使其得到晶形产物。 出现油状物和乳化主要以下几个原因： A 在蒸发溶剂时蒸发的太多，出现油状。 解决的办法很简单就是再加一些溶剂的溶剂让其全部溶解，进行结晶让其析出。,五、结晶,B 降温太快。 解决办法：进行自然降温或是梯度降温，使其慢慢结晶出固体 C选择溶剂不合适 解决办法：需要再继续选择溶剂 D物料中有粘状杂质，造成难于析晶或者析出后成油状物 解决办法 难于析晶：加入晶种，玻璃棒、钥匙研磨玻璃器壁诱导析晶或者用玻璃棒沾一滴溶液，挥干，固体加入结晶溶液中,五、结晶,析出后油状物的解决办法 （1） 如果你的油状物能溶于乙醚，可用乙醚将其溶解后转移至研钵中进行研磨，随着乙醚的不断挥发，油状物会渐渐凝为固体。原因有二：1-溶剂不断在减少。2-研磨中产生大量玻璃微屑成为晶种而诱导析晶。 （2） “石油醚热提-冷却法”也是用来对付油状物的方法，加入石油醚，沸腾，倾出上清液，底部油继续加入石油醚热提取，直至石油醚层无色，则基本提取完全。冷却后一般会析出晶体。（在此过程中还可加入活性炭脱色效果会更好，有一缺点就是冷却后剩余样品和活性炭在一起会变的很硬） （3）过柱预纯化，粗分离后再结晶；,六、冷过滤、干燥和检验,冷过滤 和热过滤要求基本一样，如果温度比较低结晶出来的要先把洗涤溶剂低温冷冻，并且动作要快，防止溶液温度升高，结晶固体重新溶解，降低收率。 干燥 （1）空气凉干（不吸潮的低熔点物质在空气中干燥是最简单的干燥方法）。 （2）烘干（对空气和温度稳定的物质可在烘箱中干燥，烘箱温度应比被干燥物质的熔点低2050。 （3）置于干燥器中干燥(易吸潮物质）。 （4）真空干燥（热不稳定或吸潮易氧化，mp低于20-30 。,六、冷过滤、干燥和检验,（1）恒重法检验，即称重后再干燥一段时间，看重量是否发生变化。 （2）熔点法检验干燥程度。 （3）纯度检验用熔点法：与标准样品同时测熔点进行比较。 （4）测一次熔点后再重结晶一次，再干燥测熔点，两次熔点不变化。 （5）纯度检验还可以用薄层法检验，液相或者气相色谱。,干燥程度与纯度检验,补充,怎样将少量固体取出瓶子，分两种情况： （1）旋转蒸发后，固体呈透明状，粘在瓶壁上，无法用刮刀刮下。解决方法：用易溶溶剂（如丙酮）重新溶解，并加入一些不良溶剂（如己烷），重新旋干，固体将以较好的形态析出，或以（2）形式存在； （2）旋转蒸发后，固体呈白色非透明状，粘在瓶壁上，可以用刮刀刮下，但由于静电原因无法取出来。解决方法：用少量易溶溶剂重新溶解，将溶液转移到表面皿或扁平的样品瓶中，把它们放到一个更大的容器里，盖上张滤纸防止落上灰尘，让溶剂自然挥干。 另外，应准确称量转移前后的瓶重，以确定样品是否完全转移。,实例1:乙酰苯胺,白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末，在水中再结晶析出呈正交晶片状，无臭或略有苯胺及乙酸气味。是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。,乙酸苯胺在水中的溶解度与温度的关系,主要试剂及物理参数,实例1:乙酰苯胺,乙酰苯胺在溶解过程中会出现油状物，此油状物不是杂质。乙酰苯胺的熔点为114，但当乙酰苯胺用水重结晶时，往往于83就熔化成液体，这时在水层有溶解的乙酰苯胺，在熔化的乙酰苯胺层中含有水，故油状物为未溶于水而已熔化的乙酰苯胺，所以应继续加入溶剂，直至完全溶解。,实例2:萘,白色,易挥发并有特殊气味的晶体.从炼焦的副产品煤焦油中大量生产,而用于合成染料、树脂等。通常的卫生球就是用萘制成的。 （1）、 粗萘溶解、脱色. 将100ml单口烧瓶以合适的高度固定于铁架台上，向瓶内加入2g粗萘、15ml 75%乙醇及