浙江大学化学系教学课件

浙江大学化学系浙江大学化学系l注意注意，杂质杂质含量过多对重结晶极为不利，含量过多对重结晶极为不利，影响结影响结晶速率，有时甚至妨碍结晶的生成。重结晶一般晶速率，有时甚至妨碍结晶的生成。重结晶一般只适用于杂质含量约在百分之几的固体有机物，只适用于杂质含量约在百分之几的固体有机物，所以在结晶之前根据不同情况，分别采用其他方所以在结晶之前根据不同情况，分别采用其他方法进行初步提纯，如水蒸气蒸馏，减压蒸馏，萃法进行初步提纯，如水蒸气蒸馏，减压蒸馏，萃取等，然后再进行重结晶处理。取等，然后再进行重结晶处理。三、操作方法三、操作方法 l1 1 选择溶剂选择溶剂 在进行重结晶时，选择合适的在进行重结晶时，选择合适的溶剂是一个关键问题。有机化合物在溶剂中的溶剂是一个关键问题。有机化合物在溶剂中的溶解性往往与其结构有关，结构相似者相溶，溶解性往往与其结构有关，结构相似者相溶，不似者不溶。如极性化合物一般易溶于水、醇、不似者不溶。如极性化合物一般易溶于水、醇、酮和酯等极性溶剂中，而在非极性溶剂如苯、酮和酯等极性溶剂中，而在非极性溶剂如苯、四氯化碳等中要难溶解得多。这种相似相溶虽四氯化碳等中要难溶解得多。这种相似相溶虽是经验规律，但对实验工作有一定的指导作用。是经验规律，但对实验工作有一定的指导作用。选择适宜的溶剂应注意下列条件：选择适宜的溶剂应注意下列条件：l（1 1）不与被提纯化合物起化学反应。）不与被提纯化合物起化学反应。l（2 2）在降低和升高温度下，被提纯化合物的溶）在降低和升高温度下，被提纯化合物的溶解度应有显著差别。冷溶剂对被提纯化合物溶解解度应有显著差别。冷溶剂对被提纯化合物溶解度越小，回收率越高。度越小，回收率越高。l（3 3）溶剂对可能存在的杂质溶解度较大，可把）溶剂对可能存在的杂质溶解度较大，可把杂质留在母液中，或对杂质溶解度很小，难溶于杂质留在母液中，或对杂质溶解度很小，难溶于热溶剂中，趁热过滤以除去杂质。热溶剂中，趁热过滤以除去杂质。l（4 4）能生成较好的结晶。）能生成较好的结晶。l（5 5）溶剂沸点不宜太高，容易挥发，易与结晶）溶剂沸点不宜太高，容易挥发，易与结晶分离。分离。l（6 6）价廉易得，无毒或毒性很小。）价廉易得，无毒或毒性很小。l选择溶剂的试验方法：选择溶剂的试验方法：l（1 1）单一溶剂的选择）单一溶剂的选择 取取 0.1g0.1g 样品置于干净的小试管中，用滴管逐滴样品置于干净的小试管中，用滴管逐滴滴加某一溶剂，并不断振摇，当加入溶剂的量达滴加某一溶剂，并不断振摇，当加入溶剂的量达 1mL1mL 时，可在水浴上加热，观察溶解情况，若该时，可在水浴上加热，观察溶解情况，若该物质（物质（0.1g 0.1g）在）在 1mL 1mL 冷的或温热的溶剂冷的或温热的溶剂中很快中很快全部溶解，说明全部溶解，说明溶解度太大溶解度太大此溶剂不适用此溶剂不适用。l如果该物质不溶于如果该物质不溶于 1mL 1mL 沸腾的溶剂中，则可逐步沸腾的溶剂中，则可逐步添加溶剂，每次约添加溶剂，每次约 0.5mL 0.5mL，加热至沸，若加溶剂，加热至沸，若加溶剂量达量达 4mL4mL ，而样品仍然，而样品仍然不能全部溶解不能全部溶解，说明溶剂，说明溶剂对该物质的对该物质的溶解度太小溶解度太小，必须寻找其他溶剂。，必须寻找其他溶剂。l若该物质能溶解若该物质能溶解 1-4mL 1-4mL 沸腾的溶剂中，冷却后观沸腾的溶剂中，冷却后观察结晶析出情况，若没有结晶析出，可用玻棒擦察结晶析出情况，若没有结晶析出，可用玻棒擦刮管壁或者辅以冰盐浴冷却，促使结晶析出。若刮管壁或者辅以冰盐浴冷却，促使结晶析出。若晶体仍然不能析出晶体仍然不能析出，则此溶剂也不适用。，则此溶剂也不适用。l若有结晶析出，还要注意结晶析出量的多少，并若有结晶析出，还要注意结晶析出量的多少，并要测定熔点，以确定结晶的纯度。最后综合几种要测定熔点，以确定结晶的纯度。最后综合几种溶剂的实验数据，确定一种溶剂的实验数据，确定一种比较适宜比较适宜的溶剂。的溶剂。常用的重结晶溶剂物理常数常用的重结晶溶剂物理常数 溶剂溶剂沸点沸点/冰点冰点/相对密度相对密度与水的混与水的混溶性溶性易燃性易燃性水水1001000 01.00 1.00+0 0 甲醇甲醇64.9664.96000.790.79+乙醇乙醇 (95%)(95%)78.178.1000.800.80+冰醋酸冰醋酸117.9117.916.716.71.051.05+丙酮丙酮56.256.2000.790.79+乙醚乙醚34.510 0.71-+石油醚石油醚30600 0.64-+乙酸乙乙酸乙酯酯77.060 0.90-+苯苯80.15 0.88-+氯仿氯仿61.70 1.48-0 四氯化四氯化碳碳76.540 1.59-0l（2 2）混合溶剂的选择）混合溶剂的选择 a a 固定配比法固定配比法。将良性溶剂与不良溶剂按各种不。将良性溶剂与不良溶剂按各种不同的比例相混合，分别象单一溶剂那样试验，直至同的比例相混合，分别象单一溶剂那样试验，直至选到一种最佳的配比。选到一种最佳的配比。b b 随机配比法随机配比法。先将样品溶于沸腾的良溶剂中，。先将样品溶于沸腾的良溶剂中，趁热过滤除去不溶性杂质，然后逐滴滴入热的不良趁热过滤除去不溶性杂质，然后逐滴滴入热的不良溶剂并摇振之，直到浑浊不再消失为止。再加入少溶剂并摇振之，直到浑浊不再消失为止。再加入少量良溶剂并加热使之溶解变清，放置冷却使结晶析量良溶剂并加热使之溶解变清，放置冷却使结晶析出。如冷却后析出油状物，则需调整比例再进行实出。如冷却后析出油状物，则需调整比例再进行实验或另换别的混合溶剂。验或另换别的混合溶剂。l2 2、溶样、溶样 当用当用有机溶剂有机溶剂进行重结晶时，使用进行重结晶时，使用回流装回流装置置。将样品置于圆底烧瓶或锥形瓶中，加入比需。将样品置于圆底烧瓶或锥形瓶中，加入比需要量略少的溶剂，投入几粒沸石，开启冷凝水，要量略少的溶剂，投入几粒沸石，开启冷凝水，开始加热并观察样品溶解情况。若未完全溶解可开始加热并观察样品溶解情况。若未完全溶解可分次补加溶剂，每次加入后均需再加热使溶液沸分次补加溶剂，每次加入后均需再加热使溶液沸腾，直至样品全部溶解。此时若溶液澄清透明，腾，直至样品全部溶解。此时若溶液澄清透明，无不溶性杂质，即可撤去热源，室温放置，使晶无不溶性杂质，即可撤去热源，室温放置，使晶体析出。体析出。用用有机溶剂进行重结晶有机溶剂进行重结晶使用使用回流装置回流装置l在在以以水为溶剂水为溶剂进行重结晶时，可以用烧杯溶样，进行重结晶时，可以用烧杯溶样，在石棉网上加热，其他操作同前，只是需估计并在石棉网上加热，其他操作同前，只是需估计并补加因蒸发而损失的水。如果所用溶剂是水与有补加因蒸发而损失的水。如果所用溶剂是水与有机溶剂的混合溶剂，则按照有机溶剂处理。机溶剂的混合溶剂，则按照有机溶剂处理。l在溶样过程中，要注意判断是否有不溶或难溶性在溶样过程中，要注意判断是否有不溶或难溶性杂质存在，以免误加过多溶剂。若难以判断，宁杂质存在，以免误加过多溶剂。若难以判断，宁可先进行热过滤，然后将滤渣再以溶剂处理，并可先进行热过滤，然后将滤渣再以溶剂处理，并将两次滤液分别进行处理。在重结晶中，若要得将两次滤液分别进行处理。在重结晶中，若要得到比较纯的产品和比较好的收率，必须注意到比较纯的产品和比较好的收率，必须注意溶剂溶剂的用量的用量。减少溶解损失，应避免溶剂过量，但溶。减少溶解损失，应避免溶剂过量，但溶剂太少，又会给热过滤带来很多麻烦，可能造成剂太少，又会给热过滤带来很多麻烦，可能造成更大损失，所以要全面衡量以确定溶剂的适当用更大损失，所以要全面衡量以确定溶剂的适当用量，一般比需要量量，一般比需要量多加多加 20%20%左右左右的溶剂即可。的溶剂即可。l3 3、脱色、脱色 向溶液中加入吸附剂并适当煮沸，使其吸附掉样向溶液中加入吸附剂并适当煮沸，使其吸附掉样品中的杂质的过程叫品中的杂质的过程叫脱色脱色。最常使用的脱色剂是。最常使用的脱色剂是活性碳。活性碳。活性碳的使用活性碳的使用：活性炭煮沸：活性炭煮沸 5-10min 5-10min，活性炭可，活性炭可吸附色素及树脂状物质（如待结晶化合物本身有吸附色素及树脂状物质（如待结晶化合物本身有色则活性炭不能脱色）。色则活性炭不能脱色）。l使用活性炭应注意以下几点：使用活性炭应注意以下几点：1.1.加活性炭以前，首先将待结晶化合物加热溶解在加活性炭以前，首先将待结晶化合物加热溶解在溶剂中。溶剂中。2.2.待热溶液稍冷后，加入活性碳，振摇，使其均待热溶液稍冷后，加入活性碳，振摇，使其均匀分布在溶液中。如在接近沸点的溶液中加入活匀分布在溶液中。如在接近沸点的溶液中加入活性炭，易引起暴沸，溶液易冲出来。性炭，易引起暴沸，溶液易冲出来。3.3.加入活性炭的量，视杂质多少而定，一般为加入活性炭的量，视杂质多少而定，一般为粗粗品质量的品质量的 1-5%1-5%，加入量过多，活性炭将吸附一，加入量过多，活性炭将吸附一部分纯产品。部分纯产品。4.4.活性炭在水溶液中进行脱色效果最好，它也可活性炭在水溶液中进行脱色效果最好，它也可在其他溶剂中使用，但在烃类等非极性溶剂中效在其他溶剂中使用，但在烃类等非极性溶剂中效果较差。果较差。l4 4、热滤、热滤 热滤即趁热过滤以除去不溶性杂质、脱色剂热滤即趁热过滤以除去不溶性杂质、脱色剂及吸附于脱色剂上的其他杂质。热滤的方法有两种，及吸附于脱色剂上的其他杂质。热滤的方法有两种，即常压过滤和减压过滤。即常压过滤和减压过滤。1.1.常压过滤常压过滤 2.2.减压过滤（吸滤）减压过滤（吸滤）折叠滤纸的方法折叠滤纸的方法 减压过滤（吸滤）装置图减压过滤（吸滤）装置图：安全瓶安全瓶抽滤瓶抽滤瓶布氏漏斗布氏漏斗l5 5、冷却结晶、冷却结晶 将热滤液冷却，溶解度减小，溶质即可部将热滤液冷却，溶解度减小，溶质即可部分析出。此步的关键是控制冷却速度，使溶质真分析出。此步的关键是控制冷却速度，使溶质真正成为晶体析出并长到适当大小，而不是以油状正成为晶体析出并长到适当大小，而不是以油状物或沉淀的形式析出。物或沉淀的形式析出。一般说来，若将热滤液迅速冷却或在冷却一般说来，若将热滤液迅速冷却或在冷却下剧烈搅拌，所析出的结晶颗粒很小，小晶体包下剧烈搅拌，所析出的结晶颗粒很小，小晶体包括杂质少。因表面积较大，吸附在表面上的杂质括杂质少。因表面积较大，吸附在表面上的杂质较多，若将热滤液在室温或保温静置让其慢慢冷较多，若将热滤液在室温或保温静置让其慢慢冷却，析出的结果体较大，往往有母液或杂质包在却，析出的结果体较大，往往有母液或杂质包在结晶体之间。结晶体之间。l6 6、滤集晶体、滤集晶体 l析出的结晶体与母液分离，常用布氏漏斗进行析出的结晶体与母液分离，常用布氏漏斗进行抽气过滤。从漏斗上取出晶体时，常与滤纸一起抽气过滤。从漏斗上取出晶体时，常与滤纸一起取出，待干燥后，取出，待干燥后，用刮刀轻敲滤纸，注意勿使滤用刮刀轻敲滤纸，注意勿使滤纸纤维附于晶体上，晶体即全部下来。纸纤维附于晶体上，晶体即全部下来。过滤少量过滤少量的晶体，可用玻璃钉漏斗的晶体，可用玻璃钉漏斗l7 7、晶体的干燥、晶体的干燥 l经抽滤洗涤后的晶体，表面上还有少量经抽滤洗涤后的晶体，表面上还有少量的溶剂，因此应选用适当方法进行干燥。固体干的溶剂，因此应选用适当方法进行干燥。固体干燥方法很多，可用空气晾干，也可用红外灯烘干。燥方法很多，可用空气晾干，也可用红外灯烘干。对那些数量较大或易吸潮、易分解的产品，可放对那些数量较大或易吸潮、易分解的产品，可放在真空恒温干燥箱中干燥。如要干燥少量的标准在真空恒温干燥箱中干燥。如要干燥少量的标准样品或送分析测试样品，最好用真空干燥枪在适样品或送分析测试样品，最好用真空干燥枪在适当温度下减压干燥当温度下减压干燥 2-4h 2-4h。干燥后的样品应立即。干燥后的样品应立即储存在干燥器中。储存在干燥器中。实验步骤实验步骤 l乙酰苯胺的重结晶乙酰苯胺的重结晶 1 1 、用水（单一溶剂）重结晶用水（单一溶剂）重结晶在在 50mL 50mL 锥形瓶中，加锥形瓶中，加 制备的粗乙酰苯胺，制备的粗乙酰苯胺，参参考其在考其在80 80 时在水中的溶解度，加入配成饱和溶液时在水中的溶解度，加入配成饱和溶液所需水和几粒沸石。在石棉网上加热至沸，并不断所需水和几粒沸石。在石棉网上加热至沸，并不断用玻璃棒搅动，使固体溶解用玻璃棒搅动，使固体溶解 ，再多加该体积，再多加该体积20%20%的的水。然后移去火源，稍冷，加少许活性炭（粗品质水。然后移去火源，稍冷，加少许活性炭（粗品质量的量的 1-5%1-5%），搅拌使混合均匀，继续加热微沸），搅拌使混合均匀，继续加热微沸 3-3-5min 5min。l加热溶解粗乙酰苯胺的同时，准备好热水漏斗，加热溶解粗乙酰苯胺的同时，准备好热水漏斗，在漏斗里放一张叠好的折叠滤纸，并用少量热水在漏斗里放一张叠好的折叠滤纸，并用少量热水润湿，将上述热溶液尽快地倾入热水漏斗中过滤。润湿，将上述热溶液尽快地倾入热水漏斗中过滤。过滤过程中要不停地向夹套补充热水以保持溶液过滤过程中要不停地向夹套补充热水以保持溶液的温度便于过滤。所有溶液过滤完毕后，用少量的温度便于过滤。所有溶液过滤完毕后，用少量热水洗涤锥形瓶和滤纸。热水洗涤锥形瓶和滤纸。l滤毕，用表面皿将盛滤液的锥形瓶盖好，放置冷滤毕，用表面皿将盛滤液的锥形瓶盖好，放置冷却结晶却结晶 。l结晶完成后，用布氏漏斗抽滤（滤纸用少量冷水润结晶完成后，用布氏漏斗抽滤（滤纸用少量冷水润湿，吸紧），使晶体与母液分离。用玻璃塞挤压晶湿，吸紧），使晶体与母液分离。用玻璃塞挤压晶体，使母液尽量除去。打开安全瓶上的放空旋塞，体，使母液尽量除去。打开安全瓶上的放空旋塞，停止抽气，加少量冷水到漏斗中，用玻璃棒松动晶停止抽气，加少量冷水到漏斗中，用玻璃棒松动晶体，然后重新抽干，这样重复两次，最后把晶体移体，然后重新抽干，这样重复两次，最后把晶体移至表面皿上，摊开放在干燥器中干燥。至表面皿上，摊开放在干燥器中干燥。l测定已干燥的乙酰苯胺熔点，并与粗乙酰苯胺比较，测定已干燥的乙酰苯胺熔点，并与粗乙酰苯胺比较，称量并计算回收率称量并计算回收率在在 25mL 25mL 圆底烧瓶中放置粗乙酰苯胺，分批少量加圆底烧瓶中放置粗乙酰苯胺，分批少量加入入 70%70%乙醇，投入一、两粒沸石，装上球形冷凝乙醇，投入一、两粒沸石，装上球形冷凝管，开启冷凝水，用水浴加热回流数管，开启冷凝水，用水浴加热回流数 分钟分钟 ，观，观察溶解情况。如不能全溶，移开火源，用滴管自察溶解情况。如不能全溶，移开火源，用滴管自冷凝管口加入冷凝管口加入 70%70%乙醇直至恰能完全溶解，再补乙醇直至恰能完全溶解，再补加加 总体积的总体积的20%20%。l移开火源，稍冷后拆下冷凝管，加入少移开火源，稍冷后拆下冷凝管，加入少量活性碳，装上冷凝管，重新加热回流量活性碳，装上冷凝管，重新加热回流 3-5min 3-5min。2 2、用乙醇、用乙醇 -水混合溶剂重结晶水混合溶剂重结晶l在保温漏斗中加满水，然后倒出少许，将漏斗安置在铁圈在保温漏斗中加满水，然后倒出少许，将漏斗安置在铁圈上。在保温漏斗内放置短颈的玻璃三角漏斗和折叠滤纸。上。在保温漏斗内放置短颈的玻璃三角漏斗和折叠滤纸。加热至水沸腾。熄灭灯焰，立即用少量热的加热至水沸腾。熄灭灯焰，立即用少量热的 70%70%乙醇润乙醇润湿滤纸，趁热将前步制得的沸腾的粗萘溶液注入滤纸内，湿滤纸，趁热将前步制得的沸腾的粗萘溶液注入滤纸内，以以 25mL 25mL 锥瓶接收滤出液，并在漏斗上口加盖表玻璃以防锥瓶接收滤出液，并在漏斗上口加盖表玻璃以防溶剂过多挥发。溶剂过多挥发。l滤完后塞住锥瓶口，待自然冷却至室温后，再用冷水浴冷滤完后塞住锥瓶口，待自然冷却至室温后，再用冷水浴冷却。待结晶完全后用布氏漏斗抽滤，用约却。待结晶完全后用布氏漏斗抽滤，用约 1mL 1mL 冷的冷的 70%70%乙醇洗涤晶体。将晶体转移到表面皿上，在乙醇洗涤晶体。将晶体转移到表面皿上，在 空气中晾干空气中晾干或放入干燥器中干燥。待充分干燥后称重、计算收率并测或放入干燥器中干燥。待充分干燥后称重、计算收率并测定点。定点。四、实验关键及注意事项四、实验关键及注意事项 l1 1、溶剂的选择及用量（、溶剂的选择及用量（常多常多20%20%）l2 2、活性炭脱色时，不能把其加入到已沸腾、活性炭脱色时，不能把其加入到已沸腾的溶液中，的溶液中，“防暴沸，防暴沸，”用量为干燥粗产用量为干燥粗产品质量的品质量的1%5%1%5%l3 3、抽滤时防止倒吸、抽滤时防止倒吸 五、思考题 l1 1、活性炭为什么要在固体物质全溶后加入？又、活性炭为什么要在固体物质全溶后加入？又为什么不能在溶液沸腾时加入？为什么不能在溶液沸腾时加入？l2 2、在热过滤时，溶剂挥发对重结晶有何影响？、在热过滤时，溶剂挥发对重结晶有何影响？如何减少溶剂挥发？如何减少溶剂挥发？l3 3、抽气过滤收集晶体时，为什么要先打开安全、抽气过滤收集晶体时，为什么要先打开安全瓶放空旋塞再关闭水泵？瓶放空旋塞再关闭水泵？l4 4、用有机溶剂重结晶时，在哪些操作上容易着、用有机溶剂重结晶时，在哪些操作上容易着火？应如何防止？火？应如何防止？l5 5、重结晶时，为什么溶剂不能太多，也不能太、重结晶时，为什么溶剂不能太多，也不能太少？如何正确控制剂量。少？如何正确控制剂量。l6 6、重结晶提纯固体有机物时，有哪些步骤？简、重结晶提纯固体有机物时，有哪些步骤？简单说明每一步的目的单说明每一步的目的 End41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹42、只有在人群中间，才能认识自己。德国43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。玛丽佩蒂博恩普尔44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。贝多芬45、自己的饭量自己知道。苏联