有机化学实验.doc

有机化学实验一、有机化学实验常用仪器和设备1. 分液漏斗2. 分水器3. 冷凝管： 直形冷凝管：常压和减压蒸馏时用于冷却；球形冷凝管：用于反应回流；空气冷凝管：用于蒸馏沸点高于140的物质4. 布氏漏斗：5. 热水漏斗：6. b型管（提勒管）：二、常用玻璃仪器装置1. 回流装置当进行有机反应时，既要使反应物在较长时间保持沸腾，又要防止被加热的反应物或溶剂的蒸气逸出，这就需要使用回流装置。 2. 搅拌装置在固体和液体或是互不相溶的液体的非均相反应时，为了加速反应或避免不必要的副反应发生，常需要搅拌装置。3. 蒸馏装置 分离和提纯液体有机化合物的最常用方法是蒸馏。蒸馏装置主要包括蒸馏烧瓶、冷凝管和接收器三部分。根据不同需要，可采用不同的蒸馏装置。图1.6（a）是简单蒸馏装置；图 1.6（b）是控制馏分的蒸馏装置；图1.6（c）是控制馏分并带有尾气吸收的蒸馏装置，一般用于蒸馏液中有低沸点有害气体产生的情况。4. 回流分水装置在进行某些可逆平衡反应时，为了使正向反应进行到底，常常将产物之一不断从反应混合物体系中除去，而采用回流分水装置。回流分水装置与回流装置的不同之处是在回流冷凝管的下端连一个分水装置。回流液经分水器后，可以将密度不同且互不相溶的两种液体分开，密度小的液体在上层，可以流回反应器中，密度大的液体可从反应体系中分离出来。由于在多数情况下它们都用来分水，故分别称为回流分水装置和分水器。5. 分馏装置当液体混合物中各组分的沸点相近，用普通蒸馏难以将其分离，可采用分馏的办法。分馏装置与普通蒸馏装置区别在于烧瓶与冷凝管之间增加一个分馏柱，通过分馏柱将沸点相近的各组分分开。6. 减压蒸馏装置对于分离高沸点或在沸点下易分解的液体混合物，一般采用减压蒸馏的办法。减压蒸馏装置由蒸馏、测压、保护和抽气四部分组成，见图1.9。蒸馏部分由圆底烧瓶、克氏蒸馏头、冷凝管、多头接引管和接收器组成。克氏蒸馏头带有支管一侧的上口插温度计，另一口插一毛细管（提供沸腾中心并起搅拌作用）。毛细管上端套一带螺旋夹的橡胶管，下端离烧瓶底约12mm。测压一般用水银压力计或压力表，也可用带有压力表的循环水泵直接测得。保护系统是由安全瓶（缓冲用吸滤瓶）和 23个分别装有无水氯化钙、氢氧化钠、活性炭等吸收塔构成，吸收塔的作用为保护油泵，通常连接在泵与压力计之间。抽气减压是由水泵或油泵来完成。油泵可获得较高真空度。7. 水蒸气蒸馏装置当混合物中含有大量固体或树脂状物质，或者被提纯物质沸点较高又难溶于水，常采用水蒸气蒸馏的办法来分离提纯。水蒸气蒸馏装置如图1.10所示。主要由水蒸气发生器和普通蒸馏装置构成。水蒸气导管必须插入烧瓶底部并附有安全阀。三、基本实验熔点的测定 (1) 熔点管的制备将拉制好的直径11.5mm、长为7cm左右的毛细管一端熔封，作为熔点管。(2) 样品的填装取0.10.2g样品，置于干净的表面皿上，用角匙或玻璃棒研成很细的粉末，聚成小堆。将毛细管开口一端倒插入粉末中，样品便被挤入管中，再把开口一端向上，轻轻在桌面上敲击，使粉末落入管底。取一根长约304Ocm 的玻璃管，垂直放于一个干净的表面皿上，将熔点管从玻璃管上端自由落下，反复数次，使样品夯实。重复操作，直至样品高约23mm为止。粘在管外的样品要擦去，以免污染加热浴液。装入的样品一定要研得很细且夯实。如果有空隙则传热不均匀，影响测定结果。(3) 仪器及安装实验室最常用的装置为b形熔点测定管，见图2.8，也称提勒管 (Thiele tube)。管内加入浴液，高度达上叉管处即可，管口装有开口软木塞，温度计插入其中，刻度面向开口，水银球位于b形管上下两叉管口之间。将装好样品的熔点管沾少许浴液粘附于温度计下端，也可以用棉皮圈套在温度计上 (注意橡皮圈应在浴液液面之上) 。调节毛细管位置，使样品部分置于水银球侧面中部。装置中用的浴液，通常有浓硫酸、甘油、液体石蜡和硅油等。所需温度低于140时，最好选用液体石蜡和甘油。若温度高于140，可选用浓硫酸。热的浓硫酸具有极强的腐蚀性，要注意加热适当，以免溅出伤人。使用浓硫酸作浴液，有时由于有机物掉入酸内而变黑，妨碍对样品熔融过程的观察。在这种情况下，可以加入一些KNO3晶体，以除去有机物。硅油可以加热到250，且比较稳定，透明度高，无腐蚀性，但价格较贵。图2.8 测熔点的装置(4) 实验操作粗测 若测定未知物的熔点，应先粗测一次。粗测时，升温速度可快些，约每分钟56。认真观察并记录现象，直至样品熔化。这样可以测得一个粗测的熔点。精测 让热浴液慢慢冷却到样品粗测熔点以下20左右。在冷却的同时，换上一根新的装有样品的毛细熔点管，做精测。注意每一次测定必须用新的毛细管另装样品，不能将己测定过的毛细管冷却后再用。精测时，开始升温速度为每分钟56，当离粗测熔点1015时，调整火焰，使上升温度为每分钟1左右。愈接近熔点，升温速度应愈慢，掌握升温速度是测定熔点的关键。密切注意毛细管中样品的变化情况，当样品开始塌落，并有液相产生时 (部分透明)，表示开始熔化 (初熔)，当固体刚好完全消失时 (全部透明)，则表示完全熔化 (全熔) 。记录 记下初熔和全熔的两点温度，即为该化合物的熔程。例如某化合物在121时有液滴出现，在122.0时全熔，其熔点为：121.0122.0，熔程为：1。另外，在加热过程中应注意是否有萎缩、变色、发泡、升华、炭化等现象，如有应如实记录。测定已知物熔点时，要测定两次，两次测定的误差不能大于土1。测定未知物时，要测三次，一次粗测，两次精测，两次精测的误差也不能大于1。后处理 实验完毕，取下温度计，让其自然冷却至接近室温时，用水冲洗干净。若用浓硫酸作浴液，温度计用水冲洗前，需用废纸擦去浓硫酸，以免其遇水发热使水银球破裂。等 b形管冷却后，再将浴液倒入回收瓶中。 实验三 熔点的测定一、实验目的1. 了解测定熔点的原理；1. 掌握熔点测定的方法。二、仪器和试剂仪器：提勒管；温度计；表面皿；酒精灯。试剂：萘；乙酰苯胺；苯甲酸；固体未知样12个。三、实验内容1. 毛细管法测定标准化合物萘的熔点；2. 用数字式熔点仪测定乙酰苯胺或苯甲酸的熔点；3. 由教师指定未知样12个，测定熔点鉴定之。本实验约需2h。四、注释1 已测定过的试样由于分解、晶形改变等原因，与原试样不同，不能再用于测定；2 影响熔点测定准确性的因素可能包括试样的纯度、试样量、试样的粒度、加热速度、温度的准确读数等，必须严格掌握。五、思考题1. 毛细管法测定熔点时，使用提勒管的好处是什么？ 如何选择浴液？怎样控制升温速度？2. 测定有机物熔点时，若遇到下列情况，对所测熔点的结果有何影响？毛细管的管壁较厚；毛细管没有完全烧熔封闭；毛细管内不洁净；试样研磨不细、装填不密实；试样装填太多；温度计与毛细管位置固定不正确；温度计未校正。沸点的测定沸点的测定分为常量法和微量法。常量法的装置和操作与一般蒸馏相同。微量法测沸点可用图2.10 所示装置。沸点管有内外两管，内管是长约5cm、一端封闭、内径为lmm的毛细管；外管是长78cm、一端封闭、内径为45mm的小玻璃管。取34滴待测样品滴入沸点管的外管中，将内管开口向下插入外管中，然后用橡皮圈把沸点管固定在温度计旁，使装样品的部分位于温度计水银球的中部，然后将其插入热浴中加热。若用b形管加热，则应调节温度计的位置使水银球位于上下两叉管中间；若用烧杯加热，则为了加热均匀，需要不断搅拌。图2.10 微量法沸点测定装置装置安装完毕后，开始加热，随着温度的升高，由于气体受热膨胀，内管中很快会有小气泡缓缓地从液体中逸出。当温度升到比沸点稍高时，管内将有一连串的气泡快速逸出，此时停止加热。随着浴液温度的降低，气泡逸出的速度渐渐减慢。当气泡不再冒出而液体刚要进入沸点内管 ( 即最后一个气泡刚要缩回毛细管) 时，立即记下温度计上的温度，即为该液体的沸点。每支毛细管只可用于一次测定，一个样品测定需重复23次，测得平行数据差应不超过1。实验四 沸点的测定一、实验目的1. 熟悉微量法测定液体化合物沸点的原理和仪器装置；2. 学习沸点测定的操作方法及其应用。二、仪器和试剂仪器：提勒管；温度计；沸点管；酒精灯。试剂：四氯化碳；液体未知样12个。三、实验内容1. 测定四氯化碳的沸点；2. 由教师指定未知样12个，测定沸点并鉴定之。本实验约需2h。四、注释微量法测沸点装置与提勒管测熔点相似，所不同的是测熔点用的毛细管被沸点管取代。测定方法是把试样滴入外管内，将毛细管开口端插入外管中，然后用橡皮圈把沸点管固定在温度计旁，像测定熔点一样放入提勒管内，慢慢地加热浴液，进行测定五、思考题1. 微量法沸点测定与常量法沸点测定有什么不同？2. 微量法沸点测定操作中，如何准确判断沸腾现象及相关温度？连续气泡溢出与气泡回缩的关键是什么？重结晶从实验室制备或自然界得到的固体化合物往往是不纯的，重结晶是提纯固体化合物常用的方法之一。大多数固体化合物在溶剂中的溶解度随温度的升高而增大，当被提纯物的热饱和溶液在冷却时，溶质就会以晶体析出。不同物质在同一溶剂中的溶解度是不同的。如果杂质的溶解度极小，则配成热饱和溶液后可以通过热过滤除去；若杂质的溶解度较大，则重结晶后杂质留在母液中，都能达到纯化的目的。重结晶一般只适用于杂质含量小于5%的固体物质的提纯。重结晶的操作1. 配制热饱和溶液 选好溶剂后即可进行较大量产品的重结晶。配制热饱和溶液时应根据所用溶剂的沸点及可燃性选择合适的热源。用水作溶剂时，可在烧杯或锥形瓶中进行重结晶；而用有机溶剂时，则必须用锥形瓶或圆底烧瓶作容器，同时，还须安装回流冷凝管，防止溶剂挥发造成火灾。溶解产品时先加入比计算量少的溶剂，加热沸腾一段时间后，从冷凝管的上口分次加入溶剂，并使溶液保持沸腾，注意观察样品溶解情况，直至样品完全溶解。此时再使其过量约20%，以补偿热过滤时因温度的降低和溶剂的挥发，结晶在滤纸上析出而造成的损失。2. 活性炭脱色及热过滤 当重结晶的样品带有颜色时可加入适量活性炭脱色。活性炭的脱色效果和溶液的极性、杂质的多少有关，活性炭在水溶液及极性有机溶剂中脱色效果较好，而在非极性溶剂中效果则不太显著。活性炭的用量一般为样品的1%5%左右。加入量过多会吸附部分产品，过少则 达不到理想的脱色效果。加入活性炭时应在饱和溶液稍冷后加入，以免暴沸使溶液冲出。加入活性炭后摇匀，使其均匀分布在溶液中，然后加热微沸510分钟，趁热过滤除去活性炭和不溶性杂质。热过滤时，既要滤除活性炭和不溶性杂质，又要避免溶液冷却而在滤纸和漏斗中析出结晶，因此，热过滤时动作要迅速，尽量不使溶液降温。热过滤的方法有两种，即常压和减压热过滤。常用布氏漏斗或砂芯漏斗进行减压抽滤，装置图见图2.19（a），布氏漏斗的下端斜口应对准抽滤瓶的侧口。滤纸要比布氏漏斗的内径略小，但必须将漏斗的小孔完全覆盖。抽滤前应先将布氏漏斗预热，并用少量溶剂润湿滤纸。待滤纸紧贴后迅速倒入热的待过滤液，并用极少量热溶剂洗涤锥形瓶及活性炭等。常压热过滤是用热水漏斗，见图2.19（b），装上水后，铺上扇形滤纸折法见图2.19（c），然后用酒精灯在支管处加热，待温度达到要求后，即趁热过滤。（a） （b） （c）图2.19 热过滤装置3. 结晶的析出将上述热抽滤液及洗涤液合并后静置，自然冷却，结晶慢慢析出。结晶的大小与冷却的温度有关。一般迅速冷却并搅拌，往往得到细小的晶体，表面积大，表面吸附杂质较多。如将热滤液慢慢冷却，析出的结晶较大，但往往有母液和杂质包在结晶内部。因此要得到纯度高、结晶好的产品，还需要摸索冷却的过程，但一般只要让热溶液静置冷却至室温即可。如果放冷后也无结晶析出，可用玻璃棒在液面下摩擦器壁或投入该化合物的结晶作为晶种，促使晶体较快地析出；也可将过饱和溶液放入冰箱内促使结晶析出。4. 结晶的收集和干燥为了把结晶从母液中分离出来，一般采用布氏漏斗进行抽气过滤。布氏漏斗里的晶体应用同一溶剂进行洗涤。用量应尽量少，以减少产品的溶解损失。如重结晶溶剂的沸点较高，在用原溶剂至少洗涤一次后，可用低沸点的溶剂洗涤，使最后的结晶产物易于干燥。抽滤和洗涤后的结晶，表面上还吸附有少量的溶剂，因此需用适当的方法进行干燥。重结晶后的产物需要通过测定熔点来检验其纯度，在测定熔点前，晶体必须充分干燥，否则熔点会下降。固体的干燥方法很多，可根据重结晶所用的溶剂及结晶的性质来选择。实验六 重结晶法纯化粗乙酰苯胺一、实验目的1. 学习重结晶法纯化固体有机化合物的原理；2. 掌握重结晶的操作技术及应用范围。二、仪器和试剂仪器：热水漏斗；布氏漏斗；吸滤瓶；水泵。试剂：粗乙酰苯胺。三、实验步骤称量由实验十七制得的粗乙酰苯胺，放入200mL烧杯中，按1121的比例加入适量的水，加热煮沸使乙酰苯胺完全溶解2。移开火源，稍冷，加入少许活性炭（约0.3g）3，再煮沸23分钟。趁热用热水漏斗和折叠滤纸过滤，滤液收集在另一只洁净的200mL烧杯中。待溶液充分冷却后，抽滤，用冷水洗涤布氏漏斗中结晶物两次，每次都要尽量滤干溶剂。取出结晶，放在表面皿，置于鼓风干燥箱中烘干、称重、计算产率。本实验约需2.5h。四、注释1 乙酰苯胺在水中的溶解度与温度的关系：温 度/205080100溶 解 度/g/100mLH2O0.460.843.455.552 溶解过程中有时会出现油珠状物，此物不是杂质。乙酰苯胺的熔点为114，但用水重结晶时，往往由于形成水化物而在83左右熔融成液体，呈油珠状物。此时应继续加入过量溶剂直至完全溶解。3 活性炭具有很强的吸附能力，可以吸附有色物质，使用时应注意以下几点：a.根据杂质颜色深浅确定用量，多用时因其吸附被提纯物而造成损失，若用量不足时，脱色效果达不到要求，需要重复脱色操作；b.不能向正在沸腾的溶液中加入活性炭以免溶液爆沸溅出；c.活性炭对水溶液脱色效果较好，对非极性溶液脱色效果较差。五、思考题1. 重结晶法提纯固体有机化合物有哪些主要步骤？简单说明每步的目的。2. 重结晶所用的溶剂为什么不能太多，也不能太少？如何正确控制溶剂量？3. 在活性炭脱色热过滤时，若发现母液中有少量活性炭，试分析可能由哪些原因引起的？应如何处理？4. 抽滤时滤纸大于布氏漏斗底有什么不妥？柱色谱分离法色谱法是分离、纯化和鉴定有机化合物的重要方法之一，具有极其广泛的用途。色谱法的基本原理是利用混合物中各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（即分配）的不同，或其他亲和作用性能的差异，使混合物的溶液流经该物质时，进行反复的吸附或分配等作用，从而使各组分分开。流动的混合物溶液称为流动相；固定物质称为固定相（可以是固体或液体）。按混合组分对固定相和流动相的作用方式不同即分离原理不同，色谱可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、排阻色谱等。根据操作条件的差异又可分为柱色谱、薄层色谱、纸色谱和高效液相色谱等。柱色谱是将固定相填装在玻璃柱中进行分离的一种色谱方法。常用的有吸附色谱和分配色谱两种。固定相以氧化铝或硅胶作为吸附剂的为吸附色谱；以硅藻土或纤维素作为支持剂，支持剂中吸附的大量液体作为固定相的为分配色谱。实验室中最常用的是吸附色谱。分离原理为了进一步理解色谱原理，我们对柱色谱的分离过程作一简单介绍。将已溶解的样品从柱顶加入到已装好的色谱柱中，然后用洗脱剂 (流动相) 进行淋洗。样品中各组分在吸附剂 (固 定相) 上的吸附能力不同，一般来说，极性大的吸附能力强，极性小的吸附能力相对弱一些。当用洗脱剂淋洗时，各组分在洗脱剂中的溶解度也不一样，因此，被解吸的能力也就不同。根据“相似相溶”原理，极性化合物易溶于极性洗脱剂中，非极性化合物易溶于非极性洗脱剂中。一般是先用非极性洗脱剂进行淋洗。当样品加入后，无论是极性组分还是非极性组分均被固定相吸附 (其作用力为范德华力)，当加入洗脱剂后，非极性组分由于在固定相 (吸附剂) 中吸附能力弱，而在流动相 (洗脱剂) 中溶解度大，首先被解吸出来，被解吸出来的非极性组分随着流动相向下移动与新的吸附剂接触再次被固定相吸附。随着洗脱剂向下流动，被吸附的非极性组分再次与新的洗脱剂接触，并再次被解吸出来随着流动相向下流动。而极性组分由于吸附能力强，且在洗脱剂中溶解度又小，因此不易被解吸出来，这样经过一定次数的吸附和解吸后，各组分在色谱柱中形成了一段一段的色带，随着洗脱过程的进行，每个色带的溶液从柱底端流出口每一段色带代表一个组分， 分别收集不同的色带，再将洗脱剂蒸发，就可以获得单一的纯净物质。吸附剂和洗脱剂1. 吸附剂 选择合适的吸附剂作为固定相对于柱色谱来说是非常重要的。常用的吸附剂有硅胶、氧化铝、氧化镁、碳酸钙和活性炭等。实验室一般使用氧化铝或硅胶，在这两种吸附剂中氧化铝的极性更大一些，它是一种高活性和强吸附的极性物质。通常市售的氧化铝分为中性、酸性和碱性三种。酸性氧化铝适用于分离酸性有机物质；碱性氧化铝适用于分离碱性有机物质，如生物碱和烃类化合物；中性氧化铝应用最为广泛，适用于中性物质的分离，如醛、酮、酯、醌等类有机物质。市售的硅胶略带酸性。由于样品被吸附到吸附剂表面上，因此颗粒大小均匀，比表面积大的吸附剂分离效率佳。比表面积越大，组分在流动相和固定相之间达到平衡就越快，色带就越窄。通常使用的吸附剂颗粒大小以100目至150 目为宜。吸附剂的活性取决于吸附剂的含水量，含水量越高，活性越低，吸附剂的吸附能力越弱，反之则吸附能力强。吸附剂的含水量和活性等级关系见表2.7所示。2. 洗脱剂在柱色谱分离中，洗脱剂的选择也是一个重要的因素。一般洗脱剂的选择与薄层色谱中展开剂选择相类似，即极性化合物选择极性洗脱剂，非极性化合物选择非极性洗脱剂。使用的洗脱剂必须保证将样品中各组分完全分开。有时单纯一种洗脱剂达不到要求的分离效果，可考虑选用混合洗脱剂。选择洗脱剂的另一个原则是：洗脱剂的极性不能大于样品中各组分的极性，否则会由于洗脱剂在固定相上被吸附，迫使样品一直保留在流动相中。在这种情况下，组分在柱中移动得非常快，很少有机会建立起分离所要达到的化学平衡，影响分离效果。另外，所选择的洗脱剂必须能够将样品中各组分溶解，但不能同组分竞争与固定相的吸附。如果被分离的样品不溶于洗脱剂，那么各组分可能会牢固地吸附在固定相上，而不随流动相移动或移动很慢。不同的洗脱剂使给定的样品沿着固定相的相对移动能力，称为洗脱能力。一般来说，在反相色谱中，洗脱能力按以下顺序排列，在正相色谱中的洗脱能力刚好与之相反：基本操作(1) 装柱在色谱柱上端放一个干燥的漏斗，将吸附剂倒入漏斗中，使其成为一细流连续不断地装入柱中，并轻轻敲打色谱柱，使其填充均匀，再覆盖一层约0.5cm的石英砂，用洗脱剂预淋。(2) 样品的加入及组分洗脱液体样品可以直接加入到色谱柱中，如浓度低，则可浓缩后再进行分离。固体样品应先用最少量的溶剂溶解后再加入到柱中。在加入样品时，应先将柱内洗脱剂排至稍低于石英砂表面后停止排液，用滴管沿柱内壁把样品一次加完。在加入样品时，应注意滴管尽量向下靠近石英砂表面。样品加完后，打开下旋活塞，使液体样品进入石英砂层后，再加入少量的洗脱剂将壁上的样品洗下来，待这部分液体进入石英砂层后，再加入洗脱剂进行淋洗，直至所有色带被展开。色谱带的展开过程也就是样品的分离过程。在此过程中应注意： 洗脱剂应连续平稳地加入，不能中断。样品量少时，可用滴管加入。样品量大时，用滴液漏斗作储存洗脱剂的容器，控制好滴加速度，可得到更好的效果。在洗脱过程中，应先使用极性最小的洗脱剂淋洗，然后逐渐加大洗脱剂的极性，使洗脱剂的极性在柱中形成梯度，以形成不同的色带环。也可以分步进行淋洗，即将极性小的组分分离出来后，再改变极性分出极性较大的组分。在洗脱过程中，样品在柱内的下移速度不能太快，但是也不能太慢 (甚至过夜)，因为吸附剂表面活性较大， 时间太长会造成某些成分被破坏，使色谱带扩散，影响分离效果。通常流出速度为每分钟 510 滴，若洗脱剂下移速度太慢，可适当加压或用水泵减压。当色谱带出现拖尾时，可适当提高洗脱剂极性。(3) 样品中各组分的收集当样品中各组分带有颜色时，可根据不同的色带用锥形瓶分别进行收集，然后分别将洗脱剂蒸除得到纯组分。但是大多数有机物质是无色的，可采用等分收集的方法，即将收集瓶编好号，根据使用吸附剂的量和样品分离情况来进行收集，一般用5Og吸附剂，每份洗脱剂的收集体积约为50mL。如果洗脱剂的极性增加或样品中组分的结构相近时，每份收集量应适当减小。将每份收集液浓缩后，以残留在烧瓶中物质的质量为纵坐标，收集瓶的编号为横坐标绘制曲线图，来确定样品中的组分数。还可以在吸附剂中加入磷光体指示剂，用紫外线照射来确定。一般用薄层色谱进行监控是最为有效的方法。实验七 柱色谱法分离甲基橙和亚甲基蓝 一、实验目的1. 了解柱色谱的原理，掌握柱色谱法的操作步骤；2. 熟悉仪器装置的应用。二、仪器和试剂仪器：层析柱。试剂：层析用氧化铝，甲基橙，亚甲基蓝，95%乙醇。三、实验步骤称取45g层析用氧化铝（100目200目），干法装柱，用木块轻轻敲击装实，氧化铝顶部盖一层约5mm石英砂，开启活塞，用95%乙醇预淋使氧化铝全部润湿。滴加45滴混合指示剂，先加5mL95%乙醇洗脱，当亚甲基蓝深色谱带已过固定相界面时，再加约15mL95%乙醇继续洗脱，控制流出液的速度为12滴/秒，使亚甲基蓝全部从柱子上洗脱下来。待洗出液为无色时，换水作洗脱剂，这时甲基橙随水向柱子下端移动，另用容器收集，洗至固定相呈无色为止，观察两个接受液的颜色。本实验约需1.5h。四、注释1 加入石英砂的目的是使加料时不致把吸附剂冲起，影响分离效果。若无石英砂，也可用玻璃毛。2 为了保持柱子的均一性，使整个吸附剂浸泡在溶剂或溶液中是必要的。否则当柱中溶剂或溶液流干时，就会使柱身干裂，影响渗滤和显色的效果。五、思考题1. 装柱不均匀或者有气泡、裂缝，将会造成什么后果，为什么？2. 极性大的组分为什么要用极性大的洗脱剂？3. 使用氧化铝作为固定相，用极性溶剂为流动相，混合物中极性小的组分与极性大的组分哪一个先被洗脱？ 薄层色谱分离法薄层色谱 (Thin Layer Chromatography，TLC)，是一种微量、快速而简单的色谱法。常用来分离和鉴定混合物中的各组分，精制化合物，对有机合成反应进行监控，寻找柱色谱的最佳分离条件等。此法特别适用于挥发性较小或在较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物质。薄层色谱通常是在玻璃板上均匀铺上一薄层吸附剂，制成薄层板； 用毛细管将样品溶液点在起点处； 把此薄层板置于盛有溶剂的容器中；待溶液到达前沿后取出，晾干，喷以显色剂，测定色斑的位置。由于层析是在薄层板上进行，故称为薄层层析。常用的薄层色谱有吸附色谱和分配色谱两类。吸附色谱常用的吸附剂是硅胶或氧化铝；分配色谱常用的支持剂有硅藻土和纤维素等。通常吸附薄层色谱使用较多。在TLC中所用的吸附剂颗粒比柱色谱中用的要小得多，一般为200目以上。当颗粒太大时，表面积小，吸附量少，样品随展开剂移动速度快，斑点扩散较大，分离效果不好；当颗粒太小时，样品随展开剂移动速度慢，斑点不集中，效果也不好。薄层层析用的硅胶有：硅胶 H( 不含粘合剂 )； 硅胶 G(Gypsum 的缩写 ) 含粘合剂 (煅石膏)；硅胶 GF254( 含有粘合剂和荧光剂，可在波长254nm 紫外光下发出荧光)； 硅胶 HF254 只含荧光剂。同样，氧化铝也分为氧化铝G 、氧化铝 GF254及氧化铝 HF254。 氧化铝的极性比硅胶大，宜用于分离极性小的化合物。粘合剂除煅石膏外， 还可用淀粉、聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠 (CMC) 。使用时，一般配成百分之几的水溶液。如羧甲基纤维素钠的质量分数一般为 0.5% 左右。淀粉的质量分数为5%左右。加粘合剂的薄板称为硬板，不加粘合剂的薄板称为软板。基本操作1. 薄层板的制备薄板的制备方法有两种，一种是干法制板，另一种是湿法制板。实验室最常用的是湿法制板。取 7g 硅胶G，加入 1517mL0.5% 的羧甲基纤维素钠水溶液，调成糊状。将糊状硅胶均匀地倒在两块7cm15cm的载玻片上，先用玻璃棒铺平，然后用手轻轻震动至平。薄层板制备得好与坏直接影响色谱分离的效果，在制备过程中应注意： (1)铺板时，尽可能将吸附剂铺均匀，不能有气泡或颗粒等。(2)铺板时，吸附剂的厚度不能太厚也不能太薄，太厚展开时会出现拖尾，太薄样品则分不开，一般厚度为 0.51mm。(3)湿板铺好后，应放在比较平的地方晾干，然后转移至试管架上慢慢地自然干燥，千万不要快速干燥，否则薄层板会出现裂痕。2. 薄层板的活化薄层板经过自然干燥后，再放入烘箱中活化，进一步除去水分。不同的吸附剂及配方， 需要不同的活化条件。例如：硅胶一般在烘箱中逐渐升温，在 105110下，加热 30min；氧化铝在 200220下烘干4h 可得到活性为级的薄层板，在 150160下烘干 4h 可得到活性为的薄层板。当分离某些易吸附的化合物时，可不用活化。3. 点样将样品用易挥发溶剂配成 1%5% 的溶液。在距薄层板的一端 10mm 处，用铅笔轻轻地画一条横线作为点样时的起点线，在距薄层板的另一端 约15mm 处，再画一条横线作为展开剂向上爬行的终点线 (划线时不能将薄层板表面破坏)。用内径小于 1mm 的干净且干燥的毛细管吸取少量的样品，轻轻触及薄层板的起点线 (点样)，然后立即抬起，待溶剂挥发后，再触及第二次。这样点35次即可，如果样品浓度低多点几次。若在同一块板上点几个样，两点之间的距离至少在11.5cm。点好样品的薄层待溶剂挥发后再放入展开缸中进行展开。4. 展开在此过程中，选择合适的展开剂是至关重要的。一般展开剂的选择与柱色谱中洗脱剂的选择类似，即极性化合物选择极性展开剂，非极性化合物选择非极性展开剂。当一种展开剂不能将样品分离时，可选用混合展开剂。一般展开能力与溶剂的极性成正比。薄层板展开时，在展开缸中注入配好的展开剂， 因为吸附剂对样品会发生无数次吸附、解析过程，所以展开前，应使展开槽内展开剂的蒸气达到饱和，将薄层板点有样品的一端放入展开剂中 (注意展开剂液面的高度应低于点样点) 。在展开过程中，样品斑点随着展开剂向上迁移，当展开剂前沿至薄层板上边的终点线时，立刻取出薄层板。将薄层板上分开的样品点用铅笔圈好，5. 比移值一Rf的计算某种化合物在薄层板上上升的高度与展开剂上升高度的比值称为该化合物的比移值， 常用Rf来表示：样品中某组分移动离开原点的距离展开剂前沿距原点中心的距离Rf=图2.32(b) 给出了某化合物的展开过程及Rf值。对于一种化合物，当展开条件相同时，Rf值是一个常数。因此，可用Rf作为定性分析的依据。但是，由于影响Rf值的因素较多，如展开剂、吸附剂、薄层板的厚度、温度等均能影响Rf值，因此同一化合物的Rf值与文献值会相差很大。在实验中我们常采用的方法是，在一块板上同时点一个已知物和一个未知物，进行展开，通过计算Rf值来确定是否为同一化合物。实验八 绿色叶子色素的薄层分析一、实验目的1. 掌握薄层色谱法的分离原理和仪器装置；2. 学习薄层色谱的操作技术和实际应用。二、仪器和试剂仪器：层析缸，电子天平，研钵，25mL量筒，玻璃板(7cm15cm)。试剂：硅胶G(180200目)，羧甲基纤维素钠（CMC），石油醚，甲苯，丙酮，95%乙醇。三、实验步骤1. 薄层板的制备具体操作见2.12.2。2. 样品的制备取几片新鲜的绿色植物的叶子置于研钵中，加5mL丙酮与乙醇的混合液（11，V/V），取上面的绿色清液作为分析用试样。3. 点样在离薄层板一端约1.5cm处，用铅笔轻轻横划一条线，用毛细管吸取上述绿色清夜轻轻地点在铅笔线上，点两个点，点的位置距玻璃板一边约1/3处，重复点样45次并吹干溶剂（色斑直径约为3mm左右）4. 展开以甲苯、丙酮和石油醚的混合液（337，V/V）为展开剂，层析缸中的展开剂的量以液柱高度约0.5cm为宜。采用倾斜上行法展开，当展开剂前沿上升到离上端1.52cm处时，取出薄层板，立即用铅笔划下前沿线的位置，置于吸毒柜中，让展开剂自然挥发掉。5. 计算Rf值具体计算见2.12.2。如果分离情况良好，可看到由上至下的斑点为：卡黄素（橙黄）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）、叶黄素（黄色）。本实验约需2.5h。四、注释1 调成的糊状物不能太稠以免摊开困难；也不能太稀造成随意流淌使薄层太薄。2 硅胶糊很容易凝胶化，结果会无法摊开成薄层，因此调浆应迅速，但也不宜用力搅拌以免形成过多过大的气泡，在薄层晾干时出现气孔。3 务必使摊好的薄层板自然晾干，否则烘干活化时将产生龟裂，使薄层板报废；同样，湿的薄层板也不能烘烤催干。五、思考题1. 薄层层析中，展开剂和吸附剂应如何选择？2. 为什么样品斑点不能浸入到展开剂中？3. 由同样操作条件下进行的薄层色谱分离测定的一种有机物的Rf，为什么可以用于鉴别这种有机物？实验十一 溴乙烷的制备一、实验目的1. 学习用乙醇与氢溴酸反应制取溴乙烷的反应原理和方法。2. 熟悉蒸馏和分液漏斗的使用方法。二、实验原理乙醇和氢溴酸反应生成溴乙烷。主反应：副反应：三、仪器与试剂仪器：图1.6普通蒸馏装置 (a) 和 (c) 。试剂： 95% 乙醇 7mL(5.5g，0.116mol)， 溴化钠 (无水) 10g (0.10mol)， 浓硫酸 (d =1.84) 13mL（0.34mo1）。四、实验步骤在 125mL 圆底烧瓶中，加入7mL95% 乙醇和 5mL水1，在不断旋摇和冷水冷却下，慢慢加入 10mL 浓硫酸，冷却至室温后， 加入10g 研细的溴化钠2及几粒沸石，装好常压蒸馏装置进行蒸馏，在接收瓶内放入少量冷水并浸入冷水浴中3，使接引管的末端刚好与冰水接触为宜。开始用小火4加热蒸馏，约 30min 后慢慢提高加热温度， 直至无油状物馏出为止5。将馏出液倒入分液漏斗，将下层的粗制溴乙烷置于干燥的锥形瓶里。将锥形瓶浸于冰水浴，在旋摇下逐滴加入浓硫酸约 5mL 6，用干燥的分液漏斗仔细地分去下面的硫酸层，将溴乙烷层从漏斗的上口倒入 30mL 蒸馏烧瓶中。装配蒸馏装置，加入沸石，用水浴加热进行蒸馏，用已称重的干燥的锥形瓶作接收器，并浸入冰水中冷却。收集 3740的馏分。产量：约 7g。纯溴乙烷为无色液体，沸点 38.4，n1.46。本实验约需 4h 。五、注释1加少量水可防止反应进行时发生大量泡沫，减少副产物乙醚的生成和避免氢溴酸的挥发。2研细的溴化钠在搅拌下加入，防止结块而影响反应的进行。亦可用含结晶水的溴化钠 (NaBr2H20)，其用量按物质的量进行换算，并相应减少加入水的量。3由于接收瓶中加入了冷水，故在蒸馏时防止馏出液倒吸。一旦发生倒吸，应立即使接引管的下端露出液面，然后稍微加大火焰，待有馏出液出来时再恢复原状。4蒸馏速度宜慢，否则蒸气来不及冷却而逸失；而且在开始加热时，常有很多泡沫发生，若加热太剧烈，会使反应物冲出。5馏出液由浑浊变成澄清时，表示已经蒸完。拆除热源前，应先将接收器和接引管离开，以防倒吸。稍冷后，应趁热将瓶内物倒出，以免硫酸氢钠等冷后结块，不易倒出。6加硫酸可除去乙醚、乙醇及水等杂质，为防止产物挥发，应在冷却下操作。六、思考题1. 在制备溴乙烷时，反应混合物中如果不加水，会有什么结果？2. 粗产物中可能有什么杂质？ 是如何除去的？3. 造成本次实验产量不高的主要原因是什么？实验十五 乙酸正丁酯的制备一、实验目的1. 学习乙酸正丁酯的制备原理和方法。2. 熟悉并掌握分水器的使用、液体有机物的洗涤及干燥等基本操作。二、实验原理冰醋酸与正丁醇在少量浓硫酸的催化下发生酯化反应，生成乙酸正丁酯。三、仪器与试剂仪器：见图1.6(c)，图1.7(b) 。试剂：正丁醇 11.5mL(9.3g，0.125mol)， 冰醋酸 7.2mL（7.5g，0.125mol），浓硫酸，10% 碳酸钠溶液，无水硫酸镁。四、实验步骤在干燥的 125mL 圆底烧瓶中，装入 11.5mL 正丁醇和 7.2mL 冰醋酸，再加入 34 滴浓硫酸1。混合均匀，投入沸石，然后安装分水器和回流冷凝管，并在分水器中预先加水至略低于支管口。在石棉网上加热回流，反应一段时间后把水逐渐分去2，保持分水器中水层液面在原来的高度。约40min 后不再有水生成，表示反应完毕。停止加热，记录分出的水量3。冷却后卸下回流冷凝管，把分水器中分出的酯层和圆底烧瓶中的反应液一起倒入分液漏斗中。用10mL 水洗涤，分去水层。酯层用 10mL10% 碳酸钠溶液洗涤，试验是否仍有酸性，分去水层。将酯层再用 10mL 水洗涤一次，分去水层。将酯层倒入小锥形瓶中，加少量无水硫酸镁干燥。将干燥后的乙酸正丁酯滤入干燥的 60mL 蒸馏烧瓶中， 加入沸石，安装好蒸馏装置， 加热蒸馏。收集 124126的馏分。前后馏分倒入指定的回收瓶中。产量约为 1011g，产率约70% 。纯乙酸正丁酯的沸点为 126.5 ，n1.3947。本实验约需 5h。五、注释1浓硫酸在反应中起催化作用，故只需少量。2本实验利用恒沸混合物除去酯化反应中生成的水。含水的恒沸混合物冷凝为液体时，分为两层，上层为含少量水的酯和醇，下层主要是水。3根据分出的总水量 (注意扣去预先加到分水器中的水量)，可以粗略地估计酯化反应完成的程度。六、思考题1. 本实验是根据什么原理提高乙酸正丁酯的产率的？ 2. 计算反应完全时应分出多少水？3. 反应结束后，过量的乙酸及催化剂硫酸是如何除去的？实验十六 乙酰水杨酸的制备一、实验目的1. 学习乙酰水杨酸的制备原理和方法。2. 熟悉并掌握重结晶等基本操作。二、实验原理本实验用乙酸酐对水杨酸的酚羟基进行酰基化制备乙酰水杨酸，即阿斯匹林。在生成乙酰水杨酸的同时，水杨酸分子间可以发生缩合反应， 生成少量聚合物，因此反应温度不可过高， 以减少聚合物的生成。主反应:副反应：三、仪器与试剂仪器： 见抽滤装置图2.19试剂： 水杨酸 2g(0.015mol)，乙酸酐5mL (0.05m