萃取和重結(jié)晶課件

萃取和重結(jié)晶基礎(chǔ)化學(xué)實驗技能培訓(xùn)專題講座萃取的原理液－液萃取操作液－固萃取操作重結(jié)晶的原理重結(jié)晶操作講授內(nèi)容：萃取的原理及操作

液－液萃取是利用物質(zhì)在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使物質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中。分配定律是液－液萃取的主要理論依據(jù)。在兩種互不相溶的混合溶劑中加入某種可溶性物質(zhì)時，它能以不同的溶解度分別溶解于此兩種溶劑中。實驗證明，在一定溫度下，若該物質(zhì)的分子在此兩種溶劑中不發(fā)生分解、電離、締合和溶劑化等作用，則此物質(zhì)在兩液相中濃度之比是一個常數(shù)，不論所加物質(zhì)的量是多少都是如此。用公式表示即：CA、CB表示一種物質(zhì)在A、B兩種互不相溶的溶劑中的物質(zhì)的量濃度。K是一個常數(shù)，稱為“分配系數(shù)”，它可以近似地看作是物質(zhì)在兩溶劑中溶解度之比。液－液萃取上式KV/（KV＋S）總是小于1，所以n越大，Wn就越小。即將溶劑分成數(shù)份作多次萃取比用全部量的溶劑作一次萃取的效果好。但是，萃取的次數(shù)也不是越多越好，因為溶劑總量不變時，萃取次數(shù)n增加，S就要減小。當(dāng)n＞5時，n和S兩個因素的影響就幾乎相互抵消了，n再增加Wn／(Wn+1)的變化很小，所以一般同體積溶劑分為3～5次萃取即可。由于有機化合物在有機溶劑中一般比在水中溶解度大，因而可以用與水不互溶的有機溶劑將有機物從水溶液中萃取出來。為了節(jié)省溶劑并提高萃取效率，根據(jù)分配定律，用一定量的溶劑一次加入溶液中萃取，則不如將同量的溶劑分成幾份作多次萃取效率高。可用下式來說明。設(shè)：V為被萃取溶液的體積（mL）

W為被萃取溶液中有機物（X）的總量（g）

Wn為萃取n次后有機物（X）剩余量（g）

S為萃取溶荊的體積(mL)經(jīng)n次提取后有機物（X）剩余量可用下式計算：一般從水溶液中萃取有機物時，選擇合適萃取溶劑的原則是：

①萃取的溶劑在水中溶解度很小或幾乎不溶；

②被萃取物在溶劑中要比在水中溶解度大；③溶劑與水和被萃取物都不反應(yīng)；④萃取后溶劑易于和溶質(zhì)分離開，最好用低沸點溶劑，萃取后溶劑可用常壓蒸餾回收。

⑤價格便宜，操作方便，毒性小、不易著火也應(yīng)考慮。

經(jīng)常使用的溶劑有：乙醚、苯、四氯化碳、氯仿、石油醚、二氯甲烷、二氯乙烷、正丁醇、醋酸酯等?！闼苄暂^小的物質(zhì)可用石油醚萃??；水溶性較大的可用苯或乙醚；水溶性極大的用乙酸乙酯。常用的液－液萃取操作包括：1．用有機溶劑從水溶液中萃取有機反應(yīng)物；2．通過水萃取，從反應(yīng)混合物中除去酸堿催化劑或無機鹽類；3．用稀堿或無機酸萃取有機溶劑中的酸或堿，使之與其它有機物分離分液漏斗的使用1、使用前應(yīng)先檢查下口活塞和上口塞子是否有漏液現(xiàn)象。分液漏斗中盛少量水，檢查它的活塞和頂塞及磨口是否匹配

檢漏將被萃取溶液倒入分液漏斗中，然后加入少量萃取劑。塞緊頂塞，先用右手食指末節(jié)將漏斗上端玻塞頂住，再用大拇指及食指和中指握住漏斗，用左手的食指和中指蜷握在活塞的柄上。然后將漏斗平放，前后搖動或作圓周運動，使液體振動起來，兩相充分接觸，以提高萃取效率手握分液漏斗的姿勢

2、每振搖幾次后，就要將漏斗尾部向上傾斜（朝無人處）打開活塞放氣,以解除漏斗中的壓力。如此重復(fù)至放氣時只有很小壓力后，再劇烈振搖2～3min，靜置，待兩相完全分開后。

3、打開上面的玻塞，再將活塞緩緩旋開，下層液體自下口放出，有時在兩相間可能出現(xiàn)一些絮狀物也同時放去。然后將上層液體從分液漏斗的上口倒出。

萃取操作中應(yīng)注意幾個問題：（1）分液漏斗中的液體不易太多，以免搖動時影響液體接觸而使萃取效果下降。（2）液體分層后，上層液體由上口倒出，下層液體由下口經(jīng)活塞放出。（3）在溶液呈堿性時，常產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。有時由于存在少量輕質(zhì)沉淀，兩液相密度接近，兩液相部分互溶等都會引起分層不明顯或不分層。應(yīng)靜止時間長一些，或加入一些食鹽，增加兩相的密度，使絮狀物溶于水中，迫使有機物溶于萃取劑中，或加入幾滴酸、堿、醇等，破壞乳化現(xiàn)象。如上述方法不能將絮狀物破壞，在分液時，應(yīng)將絮狀物與萃余相一起放出。（4）液體分層后應(yīng)正確判斷萃取相和萃余相，如果一時判斷不清，應(yīng)將兩相分別保存起來，待弄清后，再棄掉不要的液體。實驗要求：（從苯酚水溶液提取苯酚）苯酚水溶液上層（乙酸乙酯－苯酚）乙酸乙酯下層（水－苯酚）分液漏斗振蕩靜置固體物質(zhì)還可用熱溶劑萃取，特別是有的物質(zhì)冷時難溶，熱時易溶，則必須用熱溶劑萃取。一般采用回流裝置進(jìn)行熱提取，固體混合物在一段時間內(nèi)被沸騰的溶劑浸潤溶解，從而將所需的有機物提取出來。稱取2.5g槐花米，研磨細(xì)后，放入濾紙?zhí)淄?，再將濾紙筒放入脂肪提取器中，在圓底燒瓶中加入適量的70％乙醇和兩粒沸石，與冷凝管組裝成液固提取裝置，用電熱套加熱連續(xù)回流提取，待虹吸2～3次，即可撤去熱源。稍冷卻，改為常壓蒸餾裝置，蒸至圓底燒瓶內(nèi)液體只剩下小體積（2～3mL），得到濃縮液，回收蒸出的乙醇。蘆丁的性質(zhì)檢驗：①2滴濃縮液＋1滴FeCl3溶液，觀察現(xiàn)象。②2滴濃縮液＋1滴濃鹽酸＋少許鎂粉，觀察現(xiàn)象。實驗要求:（從槐花米中提取蘆?。?/p>

蘆?。≧utin）又稱蕓香苷（Rutioside）有調(diào)節(jié)毛細(xì)血管壁的滲透性的作用，臨床上用作毛細(xì)血管止血藥，作為高血壓癥的輔助治療藥物。蘆丁存在于槐花米和蕎麥葉中，槐花米是槐系豆科槐屬植物的花蕾，含蘆丁量高達(dá)12%~16%，蕎麥葉中含8%，蘆丁是黃酮類植物的一種成分，黃酮類植物成分是存在于植物界并具有以下基本結(jié)構(gòu)的一類化合物：就黃色色素而言，它們的分子中都有一個酮羰基，且顯黃色，所以稱為黃酮。

黃酮的中草藥成分幾乎都帶有一個以上羥基，還可能有甲氧基、烴基、烴氧基等其它取代基，3、5、7、3、4、幾個位置上有羥基或甲氧基的機會最多，6、8、1、2、等位置上有取代基的成分比較少見。由于黃酮類化合物結(jié)構(gòu)中的羥基較多，大多數(shù)情況下是一元苷，也有二元苷。蘆丁是黃酮苷，其結(jié)構(gòu)如下：

主要試劑及產(chǎn)品的物理常數(shù)：（文獻(xiàn)值）名稱分子量性狀折光率比重熔點/℃沸點/℃溶解度：克/100ml溶劑水醇醚蘆丁610.51黃色針晶174～178℃產(chǎn)品性狀、外觀、物理常數(shù)：（與文獻(xiàn)值對照）黃色粉末

重結(jié)晶是純化固體物質(zhì)的一種很重要的有效方法。它是利用待重結(jié)晶物質(zhì)中各組分在不同溫度下溶解度的不同，分離提純待重結(jié)晶物質(zhì)的過程。實驗原理大多數(shù)固體物質(zhì)在溶劑中溶解度一般隨著溫度的升高而增大。選擇合適的溶劑，在較高溫度（接近溶劑的沸點）下，制成被提純物質(zhì)的熱飽和溶液，趁熱濾去不溶性雜質(zhì)后，濾液于低溫處放置，使主要成分在低溫時析出結(jié)晶，可溶性雜質(zhì)則大部分保留在母液中，從而使產(chǎn)品的純度相對提高。如果固體有機物中所含雜質(zhì)較多或要求更高的純度，可多次重復(fù)此操作，使產(chǎn)品達(dá)到所要求的純度，此法稱之為多次重結(jié)晶。重結(jié)晶只適用于提純雜質(zhì)含量在5%以下的固體有機物,如果雜質(zhì)含量過高，需先經(jīng)過其他如萃取、水蒸氣蒸餾、柱層析等方法初步提純，然后再用重結(jié)晶方法提純。重結(jié)晶溶劑的選擇：進(jìn)行重結(jié)晶時，選擇理想的溶劑是一個關(guān)鍵，按“相似相溶”的原理，對于已知化合物可先從手冊中查出在各種不同溶劑中的溶解度，最后要通過實驗來確定使用哪種溶劑。1）所選溶劑必須具備的條件：a.不與被提純物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；b.溫度高時能溶解較多量的被提純物，低溫時只能溶解很少量；c.對雜質(zhì)的溶解度在低溫時或非常大或非常??；d.沸點不宜太高，也不宜太低，易揮發(fā)除去；e.能給出好的結(jié)晶；f.毒性小，價格便宜。

2）選擇溶劑的方法：a.單一溶劑：取0.1g固體粉末于一小試管中，加入1mL溶劑，震蕩，觀察溶解情況，如冷時或溫?zé)釙r能全溶解，則不能用，溶解度太大。取0.1g固體粉末加入1mL溶劑中，不溶，如加熱還不溶，逐步加大溶劑量至4mL,加熱至沸，仍不溶則不能用，溶解度太小。取0.1g固體粉末，能溶在1-4mL沸騰的溶劑中，冷卻時結(jié)晶能自行析出或經(jīng)摩擦或加入晶種能析出相當(dāng)多的量，則此溶劑可以使用。b.混合溶劑：某些固體物質(zhì)在許多溶劑中不是溶解度太大就是太小，找不到一個合適的溶劑時，可考慮使用混合溶劑。混合溶劑兩者必須能混溶，如乙醇-水、丙酮-水、乙酸-水、乙醚-甲醇、乙醚-石油醚、苯-石油醚等。樣品易溶于其中一種溶劑，難溶于另一種溶劑，往往使用混合能得到較理想的結(jié)果。使用混合溶劑時，應(yīng)先將樣品溶于沸騰的易溶的溶劑中，濾去不溶性雜質(zhì)后，再趁熱滴入難溶的溶劑至溶液混濁，然后再加熱使之變澄清，放置冷卻，使結(jié)晶析出。

3.結(jié)晶的析出：在錐形瓶中結(jié)晶，若熱過濾時沒有結(jié)晶析出，可放置，令結(jié)晶自然析出。若經(jīng)長時間放置仍沒有結(jié)晶析出，可用玻璃棒上下摩擦瓶內(nèi)壁或加入晶種，誘發(fā)結(jié)晶。

4.結(jié)晶的分離：用布氏漏斗減壓過濾，盡量把母液抽干。用冷溶劑洗滌晶體二次。洗時，應(yīng)停止抽氣，用玻棒輕輕把晶體翻松，滴上冷溶劑把晶體濕潤，抽干。再重復(fù)一次，把晶體壓緊，抽到無液滴為止，把晶體放在培養(yǎng)皿或表面皿中。

5.結(jié)晶的干燥：1）自然涼干，需一周左右時間才能徹底干燥。2）紅外燈下或用烘箱進(jìn)行干燥，但注意不要使溫度過高，以免烤化。3）用減壓加熱真空恒溫干燥器干燥，這一般用于易吸水樣品的干燥或制備標(biāo)準(zhǔn)樣品。

實驗要求2g乙酰苯胺重結(jié)晶物理數(shù)據(jù)：化合物名稱分子量狀態(tài)熔點/℃沸點/℃密度溶解性能水醇醚乙酰苯胺135.17白色晶體114-1163041.2105溶易溶微溶溶劑量：根據(jù)已知溶解度計算。乙酰苯胺在水中，在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)為：t/℃20255080100g/100mL0.450.560.843.455.5熱過濾時，溫度會從100℃迅速下降，按熱過濾溫度為80℃計算，設(shè)2g乙酰苯胺飽和水溶液中的含水量為X，則：

100:3.45=x:2x=58mL

為了減少飽和溶液熱過濾時的損失，溶劑量一般過量20-30%，58+5830%=75mL設(shè)把重結(jié)晶溶液冷卻到20℃時結(jié)晶完全析出后，過濾出結(jié)晶，母液中乙酰苯胺的含量為：

100:0.46=75:x

x=0.34g

重結(jié)晶回收率為：(2-0.34)/2=83%（1）為什么選擇錐形瓶作為容器？答：瓶口較窄，溶劑不宜揮發(fā)，便于搖動，促進(jìn)固體物質(zhì)溶解。（2）為什么重結(jié)晶熱溶解時，要用比制成飽和溶液多加20～30%的溶劑？答：為了減少飽和溶液熱過濾時的損失，溶劑量一般過量20～30%，（3）趁熱過濾時，為什么選用無頸漏斗？答：以免樣品在頸部析出結(jié)晶，影響操作。思考題：（4）加入活性炭