Transcript 重结晶提纯法 - Aladdin

重结晶提纯法
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，但是真的要做好重结晶，
不是那么容易的事，今天我们一块学习重结晶的具体方
法
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 主要分为以下几个内容：
 一、原理
 二、溶剂的选择
 三、热溶解
 四、热过滤
 五、结晶
 六、冷过滤和干燥
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一、原理
 重结晶是利用固体混合物中目标组分在某种溶剂中的溶解
度随温度变化有明显差异，在较高温度下溶解度大，降低
温度时溶解度小，从而能实现分离提纯。
例如： A和B在某溶剂中的溶解度都是1g/100mL，100度
10g/100mL，若一个混合物样品中含有9gA和1.5gB，将
这个样品用100mL溶剂在100度下溶解，A和B可以完全溶
解于溶剂中。将其冷却到20度，则有8gA和1gB从溶液中
析出。过滤，剩余溶液（通常称为母液）中还溶有1gA和
0.5gB。
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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
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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
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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
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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
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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
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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）
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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。
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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。
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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。
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
4）若溶液中含有色杂质，则应加活性炭脱色，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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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；
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六、冷过滤和干燥
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20—50℃。
（3）置于干燥器中干燥
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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。
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实例
OH
A
B
对A物质进行纯化
粗品含量88%，A的熔点在5-10度，60以上变质。
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总结
1）重结晶时一定要对你的产品和杂质做一个很详细的了解，
比如溶解度，极性大小，对温度的要求等物理性质
2）溶剂的选择在重结晶中最重要和最困难，一个好的溶剂
可以提高收率和纯度
3）活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入，并煮沸5－
10min。要注意活性炭不能加入已沸腾的溶液中，以免溶
液暴沸而从容器中冲出。
4）物料的纯度一般在70%以上
5）要用心学习和总结每次重结晶的数据，可以避免走弯路，
提高效率。
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