有机化合物的分离与提纯

1、波 谱 解 析,李盈蕾绪 论,一、有机样品分析的一般过程 1. 采样：天然、人工制备样品 2. 样品分离纯化及成分分析： 分离纯化：洗涤、萃取、蒸馏、色谱、电泳等 初步鉴定：元素分析、物理常数测定、性质测定 3. 分子式确定：MS及其它测定方法 4. 结构确定：四大波谱方法,中药：,西药：,药物中间体：,主要用途： 有机合成中间体的鉴定。 新药研发中药物结构的鉴定。 生物活性分子、天然产物结构的鉴定。,例如对药物结构的分析：,目 录,一、有机化合物的分离和提纯 二、紫外吸收光谱 三、红外吸收光谱 四、核磁共振 五、质谱 六、谱图综合解析,学习要求： （1）了解每一种方

2、法的基本原理； （2）了解各种谱图的主要参数及影响因素； （3）掌握每一类化合物的谱图特征； （4）掌握各种谱图的解析方法； （5）能对简单化合物进行谱图解析。,课程考核方式： 平时成绩(30%) 课堂的回答问题、出勤率、作业成绩 考试成绩(70%),二、波谱方法 Spectroscopy,1. 紫外光谱：UV, UltraViolet spectroscopy 2. 红外光谱：IR, InfraRed spectroscopy 3. 核磁共振波谱：NMR, Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy 4. 质谱：MS, Mass Spectrometry,

3、波谱的产生,1.本质：物质内能量的增减具有量子化特征。 2.形式：电磁辐射（光）与化合物分子互相作用的结果。 3.另一角度：物质内部的运动在外部的一种表现形式，而且不同类型的光谱反应了物质内部不同的运动状态。 通过光谱峰位、形状，确定分子结构。 通过峰强度，确定其含量。,三、特点 仪器昂贵 要求样品纯度高 操作较复杂 谱图解析困难 结果准确、应用价值高,第一章 有机化合物的分离与提纯,常用的分离和提纯方法有以下几种： 1.重结晶 2. 升华 3. 常压蒸馏 、减压蒸馏、分馏 4. 萃取 5. 色谱法(薄层色谱、柱色谱) 6. 利用仪器分离和制备纯有机化合物(制备气相色谱、制备液相色谱)。,1.

4、1 重结晶,原理： 一般情况下物质的溶解度随着温度的升高而增大。 把固体混合物溶解在热的溶剂中达到饱和，冷却时被提纯物质随着溶解度的降低变成过饱和而析出结晶，杂质由于含量较少冷却时仍然处于不饱和而溶解在溶剂中，从而达到分离的目的。,关键在溶剂的选择： “相似相溶” 极性大的物质溶于极性大的溶剂中；极性小的物质溶于极性小的溶剂中。 常见的溶剂极性大小顺序如下：水DMSO 甲醇DMF乙醇丙酮氯仿乙醚甲苯石油醚。,溶剂选择要求： 1. 沸点适宜。 2. 不与被提纯物质反应。 3.在较高温度时能溶解较多的被提纯物质，而在室温或较低温度时只能溶解很少量的被提纯物质。 4.对杂质的溶解度非常小(可趁热过滤

5、除去)或非常大(冷却时留在母液中)。,思考：如果得到的化合物应该是无色或白色，但是制备出的粗产物有较深的颜色，怎么办?,混合溶剂法： 混合溶剂由对被提纯物质溶解度很大和溶解度很小而又能互溶的两种溶剂组成，前者为良溶剂，后者为劣溶剂。 先将固体有机物溶于热的良溶剂中，溶解后慢慢加入劣溶剂至出现浑浊，然后再加入良溶剂至澄清透明，冷却即可。,1.2 升华,升华是指物质自固态不经过液态而直接变成气态以及蒸汽不经过液态而直接转变为固态的现象。 升华是提纯固体有机物的一个方法，在实验室中只用于较少量物质的纯化。,如：从茶叶中提取咖啡因,1.3 蒸馏、分馏、减压蒸馏 、水蒸气蒸馏,将液态物质加热到沸腾变为蒸

6、气，又将蒸气冷凝为液体的两个联合操作。 沸点较低的有机物先蒸出，较高的随后蒸出，不挥发的留在蒸馏器内。,1.3.1 常压蒸馏,常压蒸馏：蒸馏烧瓶（搅拌子或沸石）、蒸馏头（常压）、温度计、冷凝管、接收器。,用途：,分离液体有机物：沸点相差较大、30。 提出，除去不挥发物。 回收溶剂。 测定化合物的沸点。,1.3.2 分馏,应用分馏柱使几种沸点相近（30）的混合物进行分离的方法称为分馏。分馏就是利用分馏柱来实现的多次重复的蒸馏过程。这种方法在工业生产和实验室中被广泛使用。 最精密的分馏装置可将沸点相差12C的混合物分开。,实验室常用分馏柱：,分馏的效果和分馏柱的种类有关！,分馏：蒸馏烧瓶（搅拌子或

7、沸石）、蒸馏头（常压）、温度计、冷凝管、接收器、分馏柱。,1.3.3 减压蒸馏,原理： 液体的沸点随着外界的压力减小而降低，在低于一个大气压下进行的蒸馏称为减压蒸馏。,减压蒸馏适用于沸点很高的液体有机物的分离和提纯。 特别适用于在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。,减压蒸馏：蒸馏烧瓶、蒸馏头（克氏蒸馏头）、温度计、冷凝管、接收器、减压装置。,减压蒸馏：,1.3.4 水蒸汽蒸馏,在利用该方法进行提纯时，要求被提纯物质在低于100C时就随水蒸汽一起蒸出，所以特别适用于分离那些在其沸点附近易分解的物质，也适用于从不挥发性物质或不需要的树脂状物质中分离出所需的成分。,被提纯物必须具备条

8、件：,被提纯物不溶或难溶于水 共沸腾下于水不发生化学反应 100C左右时，必须具有一定的蒸气压。,1.4 萃取,萃取是利用物质在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同来达到分离、提取或纯化的目的。 应用萃取方法可以从液体或固体混合物中提取出所需要的物质，也可以用来除去混合物中不需要的成分。,常用的萃取分离有以下几种情况：,1.用有机溶剂从水相中萃取有机物。 2. 用水从有机混合物中除去无机盐。 3.用碱性水溶液萃取除去混合物中的无机或有机酸； 用酸性水溶液萃取除去混合物中的无机或有机碱。,1.5 色谱方法,薄层色谱、柱色谱 气相色谱、液相色谱,色谱的原理是建立在各组分在互不相溶的两相（流动相和固定相）

9、之间具有不同的分配基础上的。 流动相可以是液体、也可以是气体，样品在流动相作用下流经固定相。固定相可以是固体，也可以是负载在固体表面的液体。,基本的原理,固定相对带分离混合物各组分的吸附能力不同。 过程：当流动相带着混合物流经固定相时，由于固定相对混合物各组分的吸附能力不同，吸附能力最弱的组分随流动相首先流出，最强的组分最后流出，从而达到分离的目的。,1.5.1 薄层色谱（TLC）,1. 用处： 物质的定性分析 跟踪反应 快速分离少量物质,2. 材质： 板：玻璃、塑料、金属 吸附剂：硅胶（弱酸性，常用）、 Al2O3(碱性、中性、酸性）,点样 划板将大块硅胶板分成小块；用铅笔标记起始线；点样,

10、4. 展开 先用展开剂饱和展缸；溶剂液面在样品起点线以下；注意溶剂前沿的位置。,5. 检测,型号：如硅胶GF254, F254: 可用于254nm的紫外光下观察荧光。,6. Rf值,Rf值：和分离化合物的结构、硅胶板的种类、展开剂、温度等都有关。 但在固定条件下，其对每一种化合物的来说是一个特定数值。,7. 展开剂的选择,使混合物分开；Rf值控制在0.2-0.8之间最佳。,应用举例：物质的定性分析/反应的跟踪,A、B是已知化合物，?是未知化合物， C 是共点（既有待测物，也有已知化合物）；,Rf值（即高度）相同的是同一种化合物！,1.5.2 柱色谱,进行柱色谱实验时包括以下几个步骤： 1. 选

11、择吸附剂； 2. 装柱； 3. 洗脱； 4. 组分收集和鉴定。,柱色谱的整套装置,1. 吸附剂,柱色谱的固定相 硅胶：最常用，可分离绝大部分有机化合物。颗粒度不同，分离效果不同。 氧化铝,硅胶,2. 洗脱剂,决定于待分离物的极性大小，待分离物的极性大，需大极性洗脱剂，反之，用中等或小极性洗脱剂；常用混合溶剂。 小极性化合物：石油醚或正己烷 中等极性化合物： 乙酸乙酯+ 石油醚 大极性化合物： 二氯甲烷 + 甲醇,3. 装柱 湿法装柱，溶剂溶解硅胶，导入柱中，自然沉降，再气泵加压压紧,4. 加样,湿法加样: 将液体待分离混合样直接加入柱中。 缺点：柱子易开裂,干法加样: 先用硅胶吸附带分离混合样

12、，然后将吸附了样品硅胶 加入柱中。,5. 洗脱及化合物的收集,加压、等份接收；极性小的化合物先下来；用TLC判断是否同一组分。 收集同一组分洗脱液，旋转蒸发仪浓缩，即得到纯物质。,1.5.3 气相色谱(gas chromatography/GC),在气相色谱中，被分析的混合物被气化后，在气体（流动相）作用下流经固定相，由于固定相对各组分的吸附能力不同，使得各组分相互之间分开。这里流动相只作为载气使用，因此流动相与被分析物之间的相互作用不重要。,关键技术：色谱柱，价格高,1.5.4 高效液相色谱(high performance liquid chromatography, 简称HPLC),高效液相色谱法又称“高压液相色谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。 高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱