1、2000-05有机化合物分离与提纯技术1有机化合物分离与提纯技术多媒体教案（研究生使用）西北农林科技大学生命学院2000-05有机化合物分离与提纯技术2第一章 概 述一、分离纯化的概念 分离：混合物或混合体目的物（单体或混 合物）纯化：又称精制。目的物含量较高（90%）的混 合物目的物单体或纯品 分离纯化：去除杂质，逐步获得提高目的物 纯度或含量的过程2000-05有机化合物分离与提纯技术3二、分离纯化的目的和意义1.分子结构研究2.生物活性研究3.作为衍生物合成合成的原料4.直接应用：医药、农药、兽药、植物生长活性物质、食品添加剂、化妆品、化工原料等。2000-05有机化合物分离与提纯技术4
2、三、分离纯化实例及基本技术1、实例实例1 毛花洋地黄粗总甙的提取分离实例2 挥发油的提取分离2000-05有机化合物分离与提纯技术5提取沉淀除杂减压蒸馏减压蒸馏萃取除杂实例1 毛花洋地黄粗总甙的提取分离2000-05有机化合物分离与提纯技术6萃取除杂减压蒸馏溶解普通蒸馏结晶重结晶干燥续实例1 2000-05有机化合物分离与提纯技术7萃取,化学反应萃取,化学反应萃取,化学反应萃取,化学反应萃取,化学反应精馏,色谱实例22000-05有机化合物分离与提纯技术82.有机化合物分离纯化的基本技术萃取技术 液液萃取技术 液固萃取技术结晶与重结晶技术色谱技术 纸色谱 薄层色谱 柱色谱蒸馏与精馏技术 普通蒸
3、馏 减压蒸馏 精馏干燥技术纯度分析技术2000-05有机化合物分离与提纯技术93.设计分离纯化方案前的准备工作 分离纯化方案的设计是分离纯化工作的前提，也是决定分离工作成败的关键。方案设计前的准备工作：查阅相关的文献资料，合理借鉴前人的工作经验。了解待处理对象（植物材料、动物材料及反应液等）的物质组成，熟悉各种物质的理化性质。尽可能了解目标物（被分离物质）的化学结构及其理化学性质，确立目标物可靠的检测目标物方法。了解和熟练掌握各种分离技术，明确各方法的应用范围和优缺点 掌握有机物纯度的鉴定方法。2000-05有机化合物分离与提纯技术10 第二章 基本知识一、分离纯化常用玻璃仪器2000-05有
4、机化合物分离与提纯技术112000-05有机化合物分离与提纯技术122000-05有机化合物分离与提纯技术13二、有机物的干燥 广义的干燥：是指从目标物中除去某些液体或气体成分（如水、有机溶剂等）的过程。狭义的干燥：是指从目标物中除去水的过程。化合物的干燥方法随物质物态和性质的不同而有所差异。1固体样品的干燥非吸湿性样品，液体易挥发：减压抽干，摊在滤纸上在室温下晾干，或用红外照射快速干燥即可。吸湿性样品 受热易分解：通常用干燥器或真空干燥器干燥。高温稳定：用恒温干燥箱烘干，干燥后密闭保存或贮存在干燥器中。如果不宜用干燥器和干燥箱干燥的样品，量少时，可用干燥枪用低沸点溶剂加热干燥（图114）。量
5、大时，可用真空恒温干燥箱在低温度下干燥。2000-05有机化合物分离与提纯技术14 图114 真空恒温干燥枪 1盛溶剂烧瓶 2样品管 3干燥剂 4接泵活塞 5盛样品的瓷盘2000-05有机化合物分离与提纯技术15*真空干燥箱中不宜用浓硫酸。普通干燥器用浓硫酸（比重1.84），每1000mL硫酸含18克硫酸钡。当硫酸浓度下降至93%时，即有针状结晶(BaSO42H2SO4H2O)析出，再降至84%时，结晶变得很细，此时应更换。干燥剂适合吸收的物质干燥剂适合吸收的物质变色硅胶CaCl2CaONaOHH2OH2O、ROHH2O、HOAc、HClH2O、HOAc、HClArOH、ROHP2O5H2SO
6、4*石蜡片H2O、ROHH2O、HOAc、ROHROH、ROR、石油醚苯、甲苯、氯仿等表21 干燥器中常用干燥剂2000-05有机化合物分离与提纯技术162气体的干燥 主要是干燥一些有机气体和反应用到的无机气体,通常是让气体通过装有各种干燥剂的容器(如干燥管、干燥塔、U形管等)经干燥剂的脱水作用而获得干燥的气体。常用于气体干燥的干燥剂种类及使用范围见表14。表 14 干燥气体的常用干燥剂干燥剂可干燥的气体石灰、碱石灰、固体氧化钠（钾）无水氯化钙五氧化二磷浓硫酸溴化钙、溴化锌NH3、胺类H2、HCl、CO2、CO、SO2、N2、O2、低级烷烃、醚、烯烃、卤代烃H2、CO2、CO、SO2、N2、O
7、2、烷烃、乙烯H2、Cl2、CO2、CO、N2、HCl、烷烃HBr2000-05有机化合物分离与提纯技术17 3液体的干燥 方法：共沸法除水；干燥剂脱水法（1）共沸法除水：有些溶剂与水不相溶但可以和水形成共沸物，且其沸点比液体样品的沸点低，通过共沸蒸馏，样品中的水份首先被溶剂带走，最后剩下无水样品。表 15 与水形成二元共沸物的溶剂溶 剂沸点()共沸点()含水量（%）溶 剂沸点()共沸点(）含水量（%）苯80.469.28.8正丁醇117.792.237.5甲 苯110.584.113.5异戊醇131.095.149.6二氯甲烷83.772.019.5正戊醇138.395.444.7异丙醇82
8、.480.412.1二甲苯137-140.592.035.0正丙醇97.287.728.3吡 啶115.192.540.6异丁醇108.489.933.2氯乙醇129.097.859.02000-05有机化合物分离与提纯技术18（2）干燥剂干燥 方法：将适量干燥剂投入液体样品中，旋摇或振摇，促进干燥剂与水反应或结合，达到脱水干燥的目的。放置一段时间（几十分钟到数小时）滤出干燥剂，再蒸馏便可得到无水样品。常用的干燥剂及其使用范围见表16。脱水原理：A 吸附作用：硅胶、氧化铝、分子筛等多孔性干燥剂。吸水 物经加热失水又可活化再生。B 与水可逆地结合生成水合物：Na2SO4、MgSO4、CaCl2、
9、CaSO4、H2SO4、固体KOH、NaOH、K2CO3等。2000-05有机化合物分离与提纯技术19 MgSO4+nH2O=MgSO4nH2O （n=1，2，3，4，5，6，7）Na2SO4+nH2O=Na2SO4nH2O （n=7，10）CaCl2+nH2O=CaCl2nH2O （n=1，2，6）H2SO4+H2O=H3+OHSO4-这类干燥剂吸水是可逆的。由于平衡的存在，干燥也需要静置一定时间。C 与水发生化学反应：P2O5、CaO、Na等。CaO+H2OCa(OH)2 Na+H2ONaOH+1/2H2 P2O5+3H2O2H3PO42000-05有机化合物分离与提纯技术20 表 16
10、常用干燥剂干燥剂酸碱性适用范围备注CaCl2中性烃、卤代烃、烯、酮、醚、硝基化合物、中性气体吸水量大、作用快、效能不高、作初步干燥用，30以上失水，不能作醇、酚、酯、酸类的干燥。Na2SO4中性酯、醇、醛、酮、酸、腈、酚、酰胺、卤代烃、硝基化合物和其他不能用 CaCl2干燥的化合物吸水 量大、作 用慢、效 能差、作 初步 干燥 用，Na2SO410H2O 在 33以上失水。MgSO4中性酯、醇、醛、酮、酸、腈、酚、酰胺、卤代烃、硝基化合物和其他不能用 CaCl2干燥的化合物比 Na2SO4作用快、效能高、为一般良好的干燥剂，MgSO47H2O 在 48以上失水，MgSO412H2O 在150失
11、水。CaSO4中性烷、芳香烃、醇、醛、酮、醚吸水量小、作用快、效能高，一般在用吸水量大的干燥剂初步干燥后再用。CaSO41/2H2O 在 230240加热 23h 失水。K2CO3碱性醇、酮、酯、胺、杂环等碱性化合物吸水量和效能一般，不能用于酸性化合物。CaO碱性低分子量的醇、胺作用慢、效能高，不适宜于酸、酯等对碱敏感的化合物干燥。干燥后需蒸馏。NaOH（固）KOH（固）强碱性胺、杂环族等碱性化合物吸水速度快，KOH 吸水能力较 NaOH 大 6080 倍，不能用于酸、酚、酰胺、酯等物质的干燥。Na强碱性醚、三级胺、烷烃、芳烃中痕量水效能高但作用慢，需要在用 MgSO4、CaCl2干燥后，才能
12、用，凡能与 Na、碱作用或能被还原的化合物均不能用。H2SO4强酸性烷烃、卤代烷、溴脱水效能高，具有氧化性，不能用于烯、醚、醇等弱碱性化合物干燥。P2O5酸性烷烃、卤代烷、醚、腈等作用非常快、效能最高。需用 MgSO4、Na2SO4预干燥，否则，则变成糖浆状。3A、4A分子筛*中性各类有机物，不饱和烃气体（干燥器）。快速、高效，需经初步脱水后再用。新脱水剂用前需要在 32010下烘 2 h 活化才能用。干燥后液体需要蒸馏与干燥剂分离，水化后的分子筛，可在常压或减压下，300320活化。分子筛是硅铝酸盐的商品名称，成分为 3A：K9Na3(AlO2)12(SiO2)1227H2O 孔径 0.3n
13、m。4A：Na12(SiO2)12(AlO2)12 27H2O，孔径 0.4nm。2000-05有机化合物分离与提纯技术21第三章 各种分离纯化技术 一、普通蒸馏蒸馏的目的主要是分离两种或两种以上的液体或去除溶剂1、普通蒸馏蒸馏及普通蒸馏的定义沸腾与沸点的定义沸点与蒸气压的关系混合液体蒸馏的特点2000-05有机化合物分离与提纯技术22式中 PA为组分 A 的分压，0AP为在相同温度下纯 A 的蒸汽压，NA为混合液中 A 组分的摩尔分数，它等于组分 A 的摩尔数与所有组分摩尔数总和之比。2、普通蒸馏的分离原理理想溶液和理想气体的含义道尔顿（Dlton）定律：P=PA+PB+PC+拉乌尔定律BB
14、AABBAABAAAAAcbAAAAAANPNPRTVNPRTVNPnnRTVNPRTVPnnnnnNNPP0000002000-05有机化合物分离与提纯技术23溶液组成不同，其蒸馏的分离效果不同。含挥发性物质和非挥发性物质：普通蒸馏法可以把混合液中的挥发成分分离出来。由两种或两种以上的挥发物质组成的近似理想溶液：蒸出液中将含有每一种组分，但较先馏出液中含有的较多高气压（低沸点）组分。较后馏出液中含有较多的高沸点组分。溶液的沸点也随着组分组成变化而不停的变化着，只有组分间的沸点差大于30时，才有可能获得有意义的分离效果。沸点差越大，分离效果越理想。注意事项：在两个馏分之间，往往存在一个过渡的馏
15、分，因此在任一组分蒸出过程中，控制合适的温度是非常重要的。蒸馏时，应注意分别接受。2000-05有机化合物分离与提纯技术24 组成溶液的各组分间存在相互作用（例氢键等）：蒸气压不符合拉乌尔定律，蒸馏分离基本无效，在某些范围内可能会达到部分分离。各组分均为挥发性但不混溶：一般多采用先过滤后分液的方法分离，或先经蒸馏后分液。水蒸气蒸馏就属于这种情况。2000-05有机化合物分离与提纯技术25 3、实验装置及安装方法 1装置2000-05有机化合物分离与提纯技术26 安装要点:装置的安装与拆卸顺序：从热源处开始，自下而上，从左向右。蒸馏完毕拆卸仪器的程序和安装仪器的程序相反。热源距烧瓶底部的高度：瓶
16、底距离石棉网12mm。用水浴锅加热时，瓶底应距离浴底1cm左右。温度计的深度：水银球上限与蒸馏头侧支管下限齐平。冷凝水的流向：下口进入，上口流出，同时上端出水口朝上。接液管的使用：严禁用烧杯等广口器皿接受挥发性易燃、易爆或有毒馏出液。磨口玻璃仪器的连接：接口处应涂上适量润滑剂，尽量塞紧密，以防漏气。但整个蒸馏装置决不能一个密闭体系，一般保持接液管的通气空畅通。冷凝管的选择：蒸馏沸点在80104的液体，用直形冷凝管。沸点超过104时，应用空气冷凝管。蒸馏沸点在80以下的液体时，可选用球形或蛇形冷凝管，但要竖直装配。整套仪器应做到正确、端正，无论从正面或侧面观察，各个仪器的中心先都要在一直线上。所
17、有的铁夹台和铁架都应尽可能整齐地放在仪器的背面。2000-05有机化合物分离与提纯技术27 2、蒸馏操作要点加料：料液一般为蒸馏瓶体积的1/32/3之间，常借助长颈玻璃漏斗从蒸馏头上口加入。防暴沸：加热前加入23粒沸石或一端封闭开口朝下的毛细管素烧瓷片。当溶液过热时，千万不能加入沸石，必须等到放冷后才能加入。和沸点测定加热：逐渐提高加热速度。等到温度计的显示的温度快速上升时，应保持加热恒定，以控制温度计汞球部表面保持有液滴为宜。此时，蒸馏速度一般是24d/s馏出液。接受馏出液：一般最先蒸出的低沸点物质，多为溶剂，通常称为“前馏分”。前馏分蒸完，温度计一般趋于恒定，应更换干燥、清洁的接受瓶，直至
18、蒸馏温度再次快速上升，再更换另一个干净接受瓶，这样便获得多个较纯的馏分。每个馏分的第一滴和最后一滴的温度区间即是该馏分的沸点范围（沸程）。蒸馏瓶中的液体不能完全蒸干，否则容易发生意外。蒸馏低沸点或易燃液体时，不能用明火加热，否则易引起火灾。故要用热浴，接受瓶应放在冰水浴中冷却。2000-05有机化合物分离与提纯技术28 二、分 馏 目的：将沸点相近的混合物分离开来 1、基本原理分馏又称精馏，基本原理与普通蒸馏基本相同。根据分离效果又分为简单分馏和精密分馏两种。分馏实际上是一种连续的多次蒸馏过程，与普通蒸馏的主要区别是采用分馏柱代替了普通蒸馏中的蒸馏头。分馏的分离过程可以由苯和甲苯组成的双组分相
19、图直观地看出。该溶液可以近似看作是理想溶液，因此，其蒸馏过程遵循拉乌尔（Raoult）定律。2000-05有机化合物分离与提纯技术29在任何温度下沸腾的平衡体系中，气相中总是含有较多的易挥发性组分。图 苯、甲苯沸点组成相图2000-05有机化合物分离与提纯技术30分馏柱的分馏过程:首先进入分馏柱的蒸汽，遇冷在分馏柱内表面凝结成一次冷凝液。该冷凝液的沸点较蒸馏瓶中的液体的沸点要低的多。这就完成了第一次蒸馏。当后续的蒸汽上升至分馏柱中，并与上述冷凝液相遇时，便进行热量交换，导致前面的冷凝液重新沸腾，开始在分馏柱中进行新一轮蒸馏。蒸馏所产生的蒸气会在分馏柱较高的地方产生二次冷凝液。这就完成了第二次蒸
20、馏，二次冷凝液较一次冷凝液含有更多的低沸点物质。只要分馏柱具有足够的高度，二次冷凝液还会发生类似的第三次蒸馏。由于每一次蒸馏都能获得富集低沸点物质的效果，因此，只要这种连续蒸馏的次数足够多，就能获得足够纯的低沸点物质。随着第一个低沸点物质的蒸完，待分馏液中原来沸点稍高的组分便成为烧瓶溶液的新的低沸点物质。同样的原理，它将在第一个物质蒸完之后被分馏出来。小结：分馏柱实际上是一个同时进行多个连续蒸馏的场所。2000-05有机化合物分离与提纯技术31几种非理想溶液的相图及其分馏 蒸气 蒸气 液体 液体 X Z Y X Z Y mole%A 100 0 mole%A 100 0 mole%B 0 最高
21、沸点共沸物 100 mole%B 0 最低共沸物 100图 35 图 36如果溶液组成位于Z点左边，则分流仅能得到少量的低沸点的A；如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点的B。2000-05有机化合物分离与提纯技术32 蒸气 蒸气 液体 液体 X Z Y X Z Y mole%A 100 0 mole%A 100 0 mole%B 0 最高沸点共沸物 100 mole%B 0 最低共沸物 100图 35 图 36如果溶液组成位于Z点左边，则分馏仅能得到少量的低沸点的A；如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点的B。AA2000-05有机化合物分离与提纯技术332、仪器
22、与装置（1）分馏柱及柱效率 实验室常用的分馏柱有两种：维格罗（Vigrux）柱和亨普尔（Hempel）柱。维氏柱又叫刺形分馏柱，是一个有很多犬牙交错凹凸的玻璃管。它几乎是一般有机实验室必备的仪器。优点是无需填料，柱内滞留液体很少且易于洗脱，缺点是分馏效率差。a维格罗柱 b亨普尔柱 c分馏头 图37 常见分馏柱2000-05有机化合物分离与提纯技术34 亨氏柱又叫填料式分馏柱，其空管如图37b。管内径为2.53.5cm,长度3060cm不等。分馏效率的高低取决于填料的种类,一般是“雷氏环”、短玻管（66mm）。该分馏柱优点是分馏效率高，缺点是柱内液体滞留较多且不易洗脱。分馏柱是影响分馏效果的关键
23、因素。一般来说，混合物各组分的沸点相差越大，对分馏柱的要求越低，相差越小要求越高。选择分馏柱应遵循的原则是：（1）柱内有足够的表面积，保证气液相能够广泛接触，以利于热量交换和传递。（2）分馏柱应有足够的长度，各组分的沸点差越小，柱长则要求越长。此外，分馏过程中，应保持分馏柱自下而上有一定的温度梯度。2000-05有机化合物分离与提纯技术35 图38 分馏装置（2）装置 如右图。2000-05有机化合物分离与提纯技术363、操作要点:为了防止柱内液体聚集，通常用石棉绳或电加热套管包扎柱体，以保证柱内气液热交换的动态平衡。柱内的气液间的热量交换需要一定的时间，因此蒸馏速度或蒸汽上升速度不应太快，这
24、是至关重要的。如果加热太猛，蒸出速度过快，不仅会使柱内失去梯度而降低柱效，同时还容易造成液泛（即上升蒸汽将下降的液体顶上去，破坏了回流的现象），所以要注意调控温度。分馏柱要尽可能调整到垂直状态，以保证柱子内表面的冷凝液的均匀分布和蒸气的齐头上升。2000-05有机化合物分离与提纯技术37 三、减压蒸馏 目的：分离高沸点热不稳定的组分 1、基本原理所谓减压蒸馏就是在低于常压条件下进行的蒸馏。液体表面受到的压强越大，液体表面分子逃逸所需要的能量就越大，其沸腾所需要的温度就越高。因此，降低液体表面的压强，就可以降低液体的沸点。蒸馏系统内的气压用真空度表示，真空度越高表示压强越小。通常当压强降至20m
25、mHg时，大多数高沸点有机化合物的沸点将随之降低100200。真空度越高，沸点就降低的越多。确定合适的工作压强的方法：通过多次小量预实验进行确定；查找目标物的常压沸点，利用物质的压力沸点关系表或图或公式进行粗略估算。2000-05有机化合物分离与提纯技术38图 311 液体在常压下的沸点与减压下的沸点的近似关系图*按照国家标准，压力的单位应为 Pa，1mmHg=0.133kPa2000-05有机化合物分离与提纯技术39 2、减压蒸馏的辅助设备和仪器（1）真空泵 真空度一般分为三个等级。低真空度（760mmHg10mmHg）：实验室常用水泵。水泵的抽气效力与水压、水速、温度、玻璃管的口径比等有关
26、。好的水泵在34时，只能达到17mmHg。中真空度（10mmHg10-3mmHg）：一般用油泵，最高可达10-3mmHg左右。高真空度（10-3mmHg10-8mmHg）：实验室主要用扩散泵。它是利用加热回流高沸点液体形成的液滴吸附空气，首先达到对微量空气的富集，然后相连的油泵再将集结的气体分子抽走。扩散泵的工作液体一般是汞或其它特殊油类，其极限真空度主要取决于工作液体的性质。2000-05有机化合物分离与提纯技术40（2）压力计实验室用压力计有三种。缩短式真空表：此表使用方便，玻璃管内径不应小于7mm，真空度是左管的汞高减去右管的汞高所得的差。缺点是装汞时常有空气跑入顶端，使测出的真空度不准
27、而需重装。充汞装置2000-05有机化合物分离与提纯技术41开口式（U型）真空表此表装汞方便，但管长必须超过760mm，使用时需和大气比较。而且，由于是开口式的，一般在汞的顶端加10mm厚的液体石蜡或其它油类以防挥发。真空度是大气减去抽气系统相连的玻璃管内汞柱所得的差。缩短式真空表和U型真空表可测得的最高真空度为12mmHg。2000-05有机化合物分离与提纯技术42麦氏真空表此表是目前唯一能同时测定低真空和高真空的绝对真空表。最常见的是旋转式的。优点是应用方便，测量快而简单。测量时应先打开与真空系统相连的活塞，少待片刻，将表慢慢旋转至直立状，等比较毛细管的汞升至零点，然后读出封闭毛细管的汞的
28、刻度即为系统的真空度。读毕后立即将表徐徐恢复横卧状。再读再旋转，不看时应关闭与真空系统相连的活塞。2000-05有机化合物分离与提纯技术433、实验装置与操作常用减压蒸馏装置可以分为蒸馏、抽气、安全系统和测压四部分。不得漏气是保证减压蒸馏的先决条件。2000-05有机化合物分离与提纯技术44操作要点：安装顺序：“先左后右，先上后下”。检查系统密闭性：关闭毛细管，减压到恒压时，捏住泵与蒸馏系统相连的橡皮管，观察压力计有无变化。不变不漏气，变则漏气。料液量：不得超过蒸馏瓶的一半。毛细管的下端的深度：接近瓶底。蒸馏操作顺序：抽气调节合适的进气量压力恒定并达到要求加热低沸点馏分。停止蒸馏：移去热浴或热
29、源自然冷却蒸馏瓶慢慢从安全瓶放气关闭抽气泵。2000-05有机化合物分离与提纯技术45 注意事项：在减压蒸馏系统中切勿使用有裂缝或薄壁玻璃仪器，尤其不能用不耐压的平底瓶。因为抽真空时，装置外部面积受到的压力较高，不耐压的部分可引起内向爆炸。减压蒸馏时易发生爆沸而进入冷凝管中。为了防止爆沸，保持平稳的沸腾，常用的方法是用细玻璃管拉制一根细而柔软的毛细管，尽量使之伸到蒸馏瓶的底部。空气细流经毛细管引入瓶底，作为气化中心。毛细管的进气量，可用露在瓶外的上端套一段软橡皮管，橡皮管上夹一螺旋夹加以控制。收集蒸馏液，通常用燕尾管连接两个接受瓶，接受不同的馏分时，只需转动燕尾管即可。射水泵减压，应时刻注意水
30、压的变化，防止因水压降低，水倒流蒸馏系统而污染产品。一般应在泵和蒸馏系统之间安装一定容积的安全瓶。高真空操作时，必须佩戴防护眼镜，以防危险。2000-05有机化合物分离与提纯技术46 四、水蒸汽蒸馏目的：常用于在100以下分离或除去沸点高于100与水不相溶的，具有一定挥发性的有机化合物，经常用于分离那些在其沸点温度易分解的化合物。1、基本原理水及其不溶物（有机物）组成的混合体系的总蒸汽压，符合道尔顿（Dalton）分压定律：式中P总为总蒸气压，P水为纯水在蒸馏温度时的水蒸气压，PA为纯有机物质在相同温度下的蒸气压。当体系的总蒸气压等于外界大气压时，混合物就发生沸腾，此时混合物的沸点将低于任何一
31、个组分的沸点。PPP水A总2000-05有机化合物分离与提纯技术47蒸馏出液的组成是由所蒸馏化合物的分子量及其在此蒸馏温度时它们相应的蒸气压来决定的。混合蒸气中各气体分压（P水、PA）之比等于它们的摩尔数之比。即：根据物质摩尔数与其质量的关系（n=W/M），上式可变为：即 可见，馏出液中两种组分的相对重量与它们各自的蒸气压和分子量成正比。这就是说物质的蒸气压越高，分子量越大，则蒸馏效果越好。nnPPAA水水MWMWMPMWPPAAAAA水水水水水/MPMPWWAAA水水水2000-05有机化合物分离与提纯技术48在实际工作中得到的有机物质往往比理论值要低，其主要原因是所有的有机物都或多或少的溶
32、于水，其次是在实际操作中，水蒸汽一般是从外面导入的，蒸馏较快，而有机物是靠气液平衡产生的，蒸馏较慢。能够采用水蒸汽蒸馏的物质的基本要求是：（1）不溶或难溶水；（2）不于水发生任何化学反应；（3）100时具有一定的蒸气压，一般至少为510mmHg，并能随水蒸汽挥发。对于那些蒸气压为51mmHg的物质，采用通入过热蒸汽的方法，一般也能获得比较满意的结果。2000-05有机化合物分离与提纯技术49 2、实验装置与操作 通常采用的有三种方法，即水蒸汽蒸馏法，直接水蒸汽蒸馏法及过热水蒸汽蒸馏法（该法在此处不做介绍）。（1）水蒸汽蒸馏法 由水蒸汽发生器和蒸馏装置组成。A水蒸气发生器 B蒸汽出口 C安全管
33、D汽水分离器 E螺旋夹 F蒸汽导入管 G园底烧瓶 H冷凝管2000-05有机化合物分离与提纯技术50说 明：水蒸汽发生器A，常用大的园底烧瓶或锥形瓶，也可用铁皮制品代替。器A内盛水量一般不得超过容器的2/3。器A上口插入管B和管C，管B是蒸汽出口管。安全管C约0.8m长,管C的下端应接近器A底部处。蒸馏部分常用园底烧瓶G，瓶内混合液体的体积不应超过容器的1/3。为了防止瓶内液体跳溅而冲入冷凝管H，故应采用克氏蒸馏头，导入玻管F的末端应接近烧瓶底部，使水蒸汽与被蒸馏物质充分接触，并起搅拌作用。器A的管B和管F之间装有一个汽水分离阱或T形管的下端连有一段橡皮管和螺旋夹D，用于排放冷凝水。2000-
34、05有机化合物分离与提纯技术51操作方法：加料把夹E打开加热蒸气发生器至沸腾夹紧E夹通入水蒸汽至物料沸腾 通入冷凝水 收集馏液注意事项：蒸馏完毕或实验中需要中断时，必需先打开夹E使之接通大气后，然后再停止加热，否则瓶G的液体会倒吸入器A里。2000-05有机化合物分离与提纯技术52（2）直接水蒸汽蒸馏法 混合液具有低沸点，低粘度或含有不是很细的固体时，可采用直接法进行水蒸汽蒸馏。分液漏斗用于补充水液。一般滴加水的速度与馏出的速度大体相近。注意事项：当有机物的熔点较高，会在冷凝管内结晶析出，从而阻塞冷凝管，此时需暂停冷凝水。固体逐渐熔化后并流入收集瓶后，再缓缓通入冷水。2000-05有机化合物分
35、离与提纯技术53 五、重结晶目的：纯化固体目标物 1、基本原理重结晶的定义：将粗的固体物质溶解到合适的溶剂中，配成热的饱和溶液，然后冷却让目标物重新结晶出来的过程。重结晶的理论基础：目标物和杂质的溶解度不同；目标物和杂质的相对含量不同；物质的溶解度随温度的变化而变化。2000-05有机化合物分离与提纯技术54 2、基本操作准备工作溶剂的要求和选择理想的溶剂应具备以下条件：不与目标物发生化学反应；目标物的溶解度，随温度的变化有显著的差异。一般在沸点附近的溶解度比室温时至少要大3倍。溶剂对目标物和杂质的溶解度差异较大。目标物中能够形成良好的晶型。溶剂沸点低，一般在3080之间为宜，但不得 高于被提
36、纯物的熔点。纯度高，价格廉，对人和环境安全。2000-05有机化合物分离与提纯技术55溶剂的选择粗选：经验和“相似相溶”规则 表 重结晶常用溶剂溶剂名称沸点密度溶剂名称沸点密度水100.01.00乙酸乙酯77.10.90甲醇64.70.79二氧六环101.31.03乙醇78.00.79二氯甲烷40.81.34丙酮56.10.79二氯乙烷83.81.24乙醚34.60.71三氯甲烷61.21.493060四氯甲烷76.81.58石油醚60900.680.72硝基甲烷120.01.14环己烷80.80.78甲乙酮76.60.81苯80.10.88甲苯110.60.87乙腈81.60.782000-
37、05有机化合物分离与提纯技术56精选：试管实验筛选法。方法如下页。判断标准：只有当溶剂的量在23mL内，试样能全溶于沸腾的溶剂中，而在冷却后有较多的结晶析出者，方可作为结晶的候选溶剂。通常要做出几种溶剂试验，相互比较，选出结晶速度适当，产率高者，作为最佳溶剂。2000-05有机化合物分离与提纯技术57溶完，溶剂不合适溶完，冷却后观察结晶情况不溶，溶剂不合适不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察不溶，补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察未溶完，加热至沸腾，观察溶解情况振摇后，观察溶解情况0.1g试样+
38、1ml溶剂A2000-05有机化合物分离与提纯技术58没有合适的单一溶剂，可使用混合溶剂。混合溶剂筛选方法：选用两种互溶的溶剂，其中一种必须对样品是易溶的，另一种则是难溶或不溶的。将少量的样品溶于易溶的溶剂中，然后向其中逐渐加入已预热的难溶溶剂，至溶液刚好出现混浊为止。再滴加12滴易溶溶剂，使混浊消失。冷却，结晶析出，则这种溶剂适用。纪录两种溶剂的体积比。实际操作时，可按上述程序进行，也可按比例配制好后使用。表 32 常用混合溶剂甲醇水乙醚甲醇二氯甲烷甲醇乙醇水乙醚丙酮二氧六环水乙酸水乙醚石油醚（3060）氯仿乙醚丙酮水苯石油醚（6090）苯无水乙醇2000-05有机化合物分离与提纯技术59工
39、作程序 热饱和溶液配制热过滤冷却析晶减压抽滤晶体洗涤干燥目标物 热饱和溶液配制：将待结晶的物质和略少于需要量的溶剂置于烧瓶或锥形瓶中，（装上冷凝器）加热至沸腾。若未完全溶解时，可补加少量溶剂，直至沸腾时能够完全溶解为止。但要注意判断是否有杂质存在，以免加入溶剂过量。注意事项：一般溶剂的量是按饱和溶液的需要量多加20%，这是一个参考值，在实际工作中，主要由实验确定。溶液中的颜色或树脂状悬浮物可通过加入15%的活性碳进行脱色。活性碳的量不宜过多，且必须在样品溶解完全后，等溶液稍冷之后再加入。此后，再加热510min。使用易燃、有毒溶剂时，应注意装上冷凝器和避免使用明火加热。2000-05有机化合物
40、分离与提纯技术60 热过滤：有常压和减压两种。一般要求是尽可能在较短时间内和溶液保温下完成。（1）常压热过滤：这是利用折叠滤纸和预热的普通漏斗进行的重力过滤法。漏斗预热方法有两种：沸腾溶剂直接预热，适用于水溶剂，装置如图315；用保温热水漏斗套保温过滤，适用于所有溶剂，装置及加热方法如图。保温漏斗夹层中的水量一般为2/3，过滤前应预先将其加热到所需要的温度，然后熄灭火源即可起到保温过滤作用。滤纸折叠方法：折叠滤纸可提高过滤速度。扇形滤纸是其中常用的一种，其折叠方法如下图。使用前将滤纸内外翻转即可。2000-05有机化合物分离与提纯技术61 图315 常压热过滤和减压热过滤装置2000-05有机
41、化合物分离与提纯技术62 图316 扇形滤纸的折叠方法2000-05有机化合物分离与提纯技术63 减 压 抽 滤：使 用 的 是 布 氏 漏 斗（Buchner）。筛板上的滤纸大小应和布氏漏斗底部恰好合适，抽滤前用溶剂润湿滤纸并与漏斗底部贴紧。在过滤过程中漏斗里应一直保持有较多的溶液。在未过滤完以前不要抽干，同时注意调节真空度以防止由于压力过低而导致溶液沸腾。方法是用手稍稍捏住抽气管，使吸滤瓶中仍保持一定的真空度，而能继续迅速抽滤。2000-05有机化合物分离与提纯技术64 析晶：有自然冷却法和强制冷却法两种。自然冷却法/室温冷却法析晶较慢，效果较好。强制冷却法/快速冷却法析晶较快，结晶颗粒较
42、细，结晶常会吸附杂质；但结晶速度过慢，将导致晶体颗粒过大，结晶中会包藏有溶液和杂质。诱导结晶的方法：玻棒擦壁；晶种法；2000-05有机化合物分离与提纯技术65 固液分离和结晶洗涤 固液分离：用减压抽滤法完成，瓶中残留结晶的转移可用少量母液反复冲洗完成。将晶体尽量抽干，必要时可用玻璃塞或镍刮刀挤压晶体。洗涤：停止抽气，滴加少量的洗涤液润湿晶体表面，再抽干。依次反复2-3次。如果结晶较多且又紧密时，可在加入洗涤液后，用镍刮刀将结晶轻轻掀起并加以搅动，使全部结晶湿润。最后用刮刀将结晶移至干净的表面皿上进行干燥。2000-05有机化合物分离与提纯技术66六、升华目的：分离易挥发且热稳定的固体物质 1
43、、基本原理升华的定义：固体气体固体升华分离的理论基础：不同的物质具有不同的挥发度升华的特点：可获得高纯度物质，一般适用于少量（12g）物质的纯化。缺点：能够采用升华法提纯的物质较少，其次，操作时间长，损失较大。物质的三相平衡图：当物质处于一定温度和压力时，其固、液、气三相处于平衡状态，该条件称为物质的三相点。一般说来，不同的物质具有不同的三相点。2000-05有机化合物分离与提纯技术67PTLiquidSolidGas物质的三相平衡图2000-05有机化合物分离与提纯技术68升华法只适用于纯化那些在不太高温度下又足够蒸气压（高于20mmHg）的固体物质。表33列出了一些固体化合物在熔点时的蒸气
44、压。表 33 固体化合物在其熔点时的蒸气压化合物熔点（）固体物质在熔点时的蒸气压（mmHg）六氯乙烷186780樟脑179370蒽醌28552（270）萘807苯甲酸1226对硝基苯甲醛1060.0092000-05有机化合物分离与提纯技术69 图 常压升华装置 图 减压升华装置（二）、装置与操作2000-05有机化合物分离与提纯技术70注意事项：升华操作的关键是加热速度不能太快，否则蒸气压会超过三相点的压力，物质将会由固体直接转变为液体，导致升华失败。冷却面与升华物质的距离尽可能近些。因升华发生在固体物质的表面，所以应将待升华物质预先研细。图（a）中，在蒸发皿和漏斗连接处需盖一 片钻有许多小
45、孔的滤纸。漏斗的颈部应提前用玻璃丝或棉花堵塞，减少蒸气外逸。必要时可在漏斗外用湿滤纸或湿布冷却。在常压下虽具有一定蒸气压，但不易升华的化合物，可采用减压升华，如苯甲酸。如果量较多时，可采用（b）装置进行。2000-05有机化合物分离与提纯技术71 七、萃 取目的：将目标物选择性地从一种物相转移至特定液相，主要用于粗分。1、基本原理分类：液液萃取；液固萃取。理论基础：不同的化合物在不同的溶剂中具有不同的溶解度或分配比。当一个化合物在两种互不相溶或微溶的溶剂之间达到溶解分配平衡时，化合物在两种溶剂中的浓度之比，在一定温度下便是一个常数，称为分配系数，通常用K表示。分配系数的表示：2000-05有机
46、化合物分离与提纯技术72CCK21 C1化合物在溶剂1中的溶解度；C2化合物在溶剂2中的溶解度 当C2C1时，则K1。如果用溶剂2对目标物萃取，则目标物将绝大部分进入萃取溶剂中，而分配系数较大的化合物则仍留在原溶液中。于是可以将它们分开。影响萃取效率的因素：在温度恒定时，萃取效率的高低与K值、萃取溶剂的体积（V）和萃取次数（n）有关。如果用溶剂2从溶剂1中萃取目标物，则K的表示如下：2000-05有机化合物分离与提纯技术73 设有V0 mL水溶液，其中含有某有机溶质W0 g。每次用V mL有机溶剂萃取，经第一次萃取后，有机溶剂中的溶质量为W g，残留在水溶液中的溶质量为W1 g。根据分配系数的
47、定义，有：01 01 01110 0000011 2000-05有机化合物分离与提纯技术74萃取 2 次以后，原溶液中的溶质残留量为：20000012萃取 n 次后，溶质的残留量 Wn为：000小结：每次萃取的溶剂量（V）越大，重复的次数（n）越多，萃取效率越高。但n 对Wn 的影响比V 大得多，所以，在溶剂总量一定时，采用“少量多次”的萃取方法。但在溶剂总量一定时，n 增大，V 则减小，当n5时，对Wn的影响就几乎相抵消掉了，再增加次数，Wn/Wn+1值的变化也就不大了。所以，一般以萃取三次为宜。当K=1时，要萃取完全就相当困难。如果K靛酚蓝苏丹红，则与级氧化铝的活性相当。四氯化碳对二甲氨基
48、偶氮苯苏丹红靛酚兰mlmgmgmg11010102000-05有机化合物分离与提纯技术1103点样点样的概念：点样工具：微量注射器；玻璃毛细管。点样方法：液体直接点样法；固体添埋法。样点式样：点型；线型；条型。点样应注意的五个问题：点样液的浓度与制备：5%准备液 0.11%点样液重复点样的次数与操作事项：点样斑点的大小：一般点样斑点直径不大于3mm；点样量：0.25mm薄层，一般点样量为几微克几百微克作定性分析；2mm层厚，点样量可达几十毫克几百毫克作制备。点样位置：距底边约1.52cm的起始线上，点与点之间的距离一般为1.52cm。2000-05有机化合物分离与提纯技术111 图 328 各
49、种点样方式示意图2000-05有机化合物分离与提纯技术1122000-05有机化合物分离与提纯技术113 4展开/展层展开/展层的概念：展层的容器：除了专用的色谱缸外，常见玻璃标本缸、染色缸、广口瓶、大量筒、大试管等可作为其代用品。展层方式：上行法；下行法；双向法；梯次上行法。2000-05有机化合物分离与提纯技术114（1）上行法：有倾斜上行法或垂直上行法两种。软板则只能与平面成约15的近水平倾斜放置。上行法展开的距离一般为1015cm，展开时间约为30min左右，最快者只需几分钟，最慢者需23h。（a）倾斜上行法展开 （b）直立式展开 1色谱缸 2薄层板 3展开剂 1色谱缸 2薄层板 3展
50、开剂 4展开剂蒸气 图 3292000-05有机化合物分离与提纯技术115（2）下行法：薄层样点朝上，展开剂是从上向下通过薄层。展开剂与薄层之间是通过滤纸条或纱布条作为桥梁进行转移的。由于展开剂受吸附和重力的双重作用，因此，下行法展开速度较快。（3）双向展开法：适用于方形板。先沿X轴展开，然后再换用另外一种展开剂沿Y轴展开。此法常用于某些复杂成分或Rf值较小的成分的展开，氨基酸分离就常用此法展开。（4）递次单向法/多次单向法：先用一种展开剂上行展开后，再在同一方向用同一种或换成另外一种展开剂展开，如此反复多次，可得到较好的分离效果，这种方法称为递次上行法，可适用于不易分离的化合物的分离。200
