重结晶及过滤
一、实验目的
? 1,学习重结晶的基本原理。
? 2,掌握重结晶的基本操作。
? 3,学习常压过滤和减压过滤的操作技术。
二、基本原理
? 固体有机物在溶剂中的溶解度一般随温度的升高
而增大。把固体有机物溶解在热的溶剂中使之饱
和,冷却时由于溶解度降低,有机物又重新析出
晶体。 —— 利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解
度不同,使被提纯物质从过饱和溶液中析出。让
杂质全部或大部分留在溶液中,从而达到提纯的
目的。
? 主要步骤,
? (1)将被纯化的化合物,在已选好的溶剂中配制成沸腾或
接近沸腾的饱和溶液;
? ( 2 )如溶液含有有色杂质,可加活性炭煮沸脱色,将
此饱和溶液趁热过滤,以除去有色杂质及活性炭;( 3 )
将滤液冷却,使结晶析出;
? ( 4 )将结晶从母液中过滤分离出来;
? ( 5 )洗涤,干燥;
? ( 6 )测定熔点;
? ( 7 )回收溶剂,当溶剂蒸出后,残液中析出含有较多
杂质的固体,根据情况重复上述操作,直到熔点不再改变。
? 注意,杂质含量过多对重结晶极为不利,
影响结晶速率,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,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,萃取等,然后
再进行重结晶处理。
三、操作方法
? 1,选择溶剂 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、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:
? ( 1 )不与被提纯化合物起化学反应。
? ( 2 )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
度越小,回收率越高。
? ( 3 )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
热溶剂中,趁热过滤以除去杂质。
? ( 4 )能生成较好的结晶。
? ( 5 )溶剂沸点不宜太高,容易挥发,易与结晶
分离。
? ( 6 )价廉易得,无毒或毒性很小。
? 选择溶剂的试验方法:
? ( 1 )单一溶剂的选择
取 0.1g 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
1mL 时,可在水浴上加热,观察溶解情况,若该
物质( 0.1g )在 1mL 冷的或温热的溶剂中很快
全部溶解,说明溶解度太大此溶剂不适用。
? 如果该物质不溶于 1mL 沸腾的溶剂中,则可逐步
添加溶剂,每次约 0.5mL,加热至沸,若加溶剂
量达 4mL,而样品仍然不能全部溶解,说明溶剂
对该物质的溶解度太小,必须寻找其他溶剂。
? 若该物质能溶解 1-4mL 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
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,则此溶剂也不适用。
? 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
溶剂的实验数据,确定一种比较适宜的溶剂。
常用的重结晶溶剂物理常数
溶剂 沸点 / ℃ 冰点 / ℃ 相对密 度 与水的混溶性 易燃性
水 100 0 1.00 + 0
甲醇 64.96 <0 0.79 + +
乙醇
(95%) 78.1 <0 0.80 + ++
冰醋酸 117.9 16.7 1.05 + +
丙酮 56.2 <0 0.79 + +++
乙醚 34.51 <0 0.71 - ++++
石油醚 30~60 <0 0.64 - ++++
乙酸乙
酯 77.06 <0 0.90 - ++
苯 80.1 5 0.88 - ++++
氯仿 61.7 <0 1.48 - 0
四氯化
碳 76.54 <0 1.59 - 0
? ( 2 )混合溶剂的选择
? a,固定配比法。 将良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,直至选
到一种最佳的配比。
? b,随机配比法。 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
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
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。
? 2,溶样
当用 有机溶剂 进行重结晶时,使用 回流装置 。
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,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,使晶体析
出。
? 在以 水为溶剂 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
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。
? 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
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
到比较纯的产品和比较好的收率,必须注意 溶剂
的用量 。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
更大损失,所以要全面衡量以确定溶剂的适当用
量,一般比需要量多加 20% 左右的溶剂即可。
? 3,脱色
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 脱色 。最常使用的脱色剂是
活性碳。
活性碳的使用:活性炭煮沸 5-10min,活性炭可
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)。
? 使用活性炭应注意以下几点,
? 1.加活性炭以前,首先将待结晶化合物加热溶解
在溶剂中。
? 2.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
性炭,易引起 暴沸,溶液易冲出来。
? 3.加入活性炭的量,视杂质多少而定,一般为 粗
品质量的 1-5%,加入量过多,活性炭将吸附一
部分纯产品。。
? 4.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
果较差。
? 4,热滤
? 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,即常压过滤和减压过滤。
? 1,常压过滤
? 2,减压过滤(吸滤)
? 5,冷却结晶
? 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。
? 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却,
析出的结果体较大,往往有母液或杂质包在结晶
体之间。
? 6,滤集晶体
? 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
起取出,待干燥后,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。 过滤少
量的晶体,可用玻璃钉漏斗
? 7,晶体的干燥
? 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当
温度下减压干燥 2-4h 。干燥后的样品应立即储
存在干燥器中。
? 8,回收有机溶剂
用蒸馏的方法回收有机溶剂,并计算溶剂回收率
? 9,测定熔点
将干燥好的晶体测定熔点,通过熔点来检验其纯
度,以决定是否需要再作进一步的重结晶。
四、实验步骤
? 1,工业苯甲酸粗品的重结晶
称取 0.6g 工业苯甲酸粗品,置于 50mL 烧杯
中,加水约 16mL,放在石棉网上加热并用玻棒
搅动,观察溶解情况。如至水沸腾仍有不溶性固
体,可分批补加适当水直至沸腾温度下全溶或基
本溶。然后再补加 3-4mL 水,总用水量约 22mL
左右。与此同时将布氏漏斗放在另一个大烧杯中
并加水煮沸预热。
? 暂停对溶液加热,稍冷后加入适量活性碳,
搅拌使之分散开。重新加热至沸并煮沸约 3min 。
? 在布氏漏斗中标放入事先选定的略小于布氏漏斗
底面的圆形滤纸,迅速安装好抽滤装置,润湿滤
纸,开泵抽气使滤纸紧贴漏斗底。将热溶液倒入
漏斗中,每次倒入漏斗的液体不要太满,也不要
等溶液全部滤完再加。在热过滤过程中,应 保持
溶液的温度,待所有的溶液过滤完毕后,用少量
热水洗涤漏斗和滤纸。滤毕,立即将滤液转入烧
杯中用表面皿盖住杯口,室温放置冷却结晶。
? 结晶完成后,用布氏漏斗抽滤,用玻塞将结晶压
紧,使母液尽量除去。打开安全瓶上的活塞,停
止抽气,加少量冷水洗涤,然后重新抽干,如此
重复 1-2 次。最后将结晶转移到表面皿上,摊开,
在红外灯下烘干,测定熔点,并与粗品的熔点作
比较。称重,计算回收率。
? 2,乙酰苯胺的重结晶
在 50mL 锥形瓶中,加 0.5g 粗乙酰苯胺,17mL
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,再多加 0.5-1mL 水。然
后移去火源,稍冷,加少许活性炭,搅拌使混合均
匀,继续加热微沸 3-5min 。
? 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
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
的渡便于过滤。所有溶液过滤完毕后,用少量热
水洗涤锥形瓶和滤纸。
? 滤毕,用表面皿将盛滤液的锥形瓶盖好,放置冷
却结晶 。
? 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
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
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。
? 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
在 25mL 圆底烧瓶中放置 0.5g 粗萘,加入 70%
乙醇 4mL,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 min,观察溶解
情况。如不能全溶,移开火源,用滴管自冷凝管
口加入 70% 乙醇直至恰能完全溶解,再补加
0.5-1mL 。
? 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 3-5min 。
?3,用乙醇 - 水混合溶剂重结晶萘
? 在保湿漏斗中加满水,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。
加热至水沸腾。熄灭灯焰,立即用少量热的 70% 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,
以 25mL 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。
? 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 1mL 冷的 70%
乙醇洗涤晶体。将晶体转移到表面皿上,在 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
定点。
五、实验关键及注意事项
? 1、溶剂的选择及用量(常多 20%)
? 2、活性炭脱色时,不能把其加入到已沸腾
的溶液中,,防暴沸,” 用量为干燥粗产
品质量的 1%— 5%
? 3、抽滤时防止倒吸
图 2.9.3 折叠滤纸的方法
六、思考题
? 1,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?
? 2,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?
? 3,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?
? 4,用有机溶剂重结晶时,在哪些操作上容易着
火?应如何防止?
? 5,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。
? 6,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