现代有机制备分离技术分析

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1、现代有机制备分离技术现代有机制备分离技术Separationtechniqueinorganicpreparation绪绪论论一、一、学习有机制备分离技术的重要性学习有机制备分离技术的重要性二、有机制备分离技术包括的内容二、有机制备分离技术包括的内容一、一、学习有机制备分离技术的重要性学习有机制备分离技术的重要性1有机制备分离技术有机制备分离技术：有关有机化合物的制备过程中，产物的分离与纯化技术。经过化学反应所合成的有机化合物，一般总是与许多其它物质（包括反应原料、副产物、溶剂等）共存于反应体系中，因此在有机制备中，常需要从复杂的混合物中分离出所要的产品。2学习有机制备分离技术的重要性学习有机

2、制备分离技术的重要性有机制备分离是有机实验的主要组成部分，是对有机理论的验证过程。学习有机制备分离技术是培养与提高实验技能的重要内容。随着近代有机合成的发展，分离提纯技术将越来越显示它的重要性。对于药学和化学工作者来说，具有熟练的分离和纯化的操作技术，是进行药物研究和化学研究的重要前提。二、有机制备分离技术包括的内容二、有机制备分离技术包括的内容l上篇经典有机制备分离与纯化实验技术上篇经典有机制备分离与纯化实验技术l第 一 节.结 晶 与 重 结 晶 (Crystallization/Recrystallization)l第二节.蒸馏与减压蒸馏(Distillation/Vacuum Dist

3、illation)l第三节.分馏(Fractionation)l第四节.水蒸气蒸馏(Water Vapor Distillation)l第五节.萃取(Extraction)l第六节.升华(Sublimation)下篇下篇.色谱制备分离技术色谱制备分离技术第一章.色谱分离技术概论第二章制备薄层技术一.普通制备薄层（1）吸附剂（2）薄层板的制备（3）展开剂的选择（4）上样与展开（5）检测方法（6）定性、定量与制备二.制备型加压压薄层层析（Preparativeon-lineover-pressureLayerchromatography）三.离心薄层层析(CentrifugalTLC)第三章第三章

4、.常压柱色谱分离技术常压柱色谱分离技术l（1）层析柱的制备l（2）固定相（3）样品的制备与上样（4）洗脱与分离第四章第四章第四章第四章干柱液相色谱分离技术干柱液相色谱分离技术干柱液相色谱分离技术干柱液相色谱分离技术l1.干柱液相色谱l(Drycolumnchromatography)l2.高分辨制备型组件l(Preparativehighresolutionsegment)l3.洗脱式干柱液相色谱第四章第四章第四章第四章 减压柱色谱制备分离技术减压柱色谱制备分离技术减压柱色谱制备分离技术减压柱色谱制备分离技术l1.真空液相柱层析l(VacuumLiquidChromatographyVLC）l

5、2.减压干柱快速柱层析l（DryFlashColumnChromatography）l3.减压半干柱快速柱层析l（Semi-dryFlashColumnChromatography）第六章第六章加压柱色谱分离技术加压柱色谱分离技术一.快速柱层析l(Flashcolumnchromatography）l二.低压液相色谱(LPLC)l三.中压液相色谱(MPLC)l四.制备高压液相色谱(HPLC)l五.超临界流体色谱(SFC)l第七章第七章.制备气相色谱制备气相色谱l第八章第八章.逆流色谱制备分离技术逆流色谱制备分离技术l第九章第九章.大分子色谱制备分离大分子色谱制备分离l1分子排阻色谱(分子筛)l

6、2离子交换色谱l3亲和色谱分离l4离子对反相色谱l第十章第十章.手性分子制备分离手性分子制备分离上篇经典有机制备分离与纯化技术上篇经典有机制备分离与纯化技术第一节第一节结晶与重结结晶与重结CrystallizationandRecrystallizationl 第二节第二节 蒸馏与减压蒸馏蒸馏与减压蒸馏 lDistillationandVacuumDistillation 第三节第三节 分馏分馏 FractionationFractionation 第四节第四节 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏 Water-steam DistillationWater-steam Distillation 第五节第五节

7、 萃取萃取 ExtractionExtraction第一节第一节结晶与重结晶结晶与重结晶l一、结晶的形成过程一、结晶的形成过程l二、结晶法的基本原理二、结晶法的基本原理l三、固体溶解度与溶剂的选择三、固体溶解度与溶剂的选择l四、结晶与重结晶的方法四、结晶与重结晶的方法l五、脱色五、脱色l六，混合溶剂结晶法六，混合溶剂结晶法l七，小量及微量物质结晶七，小量及微量物质结晶l八过滤基本操作八过滤基本操作l一、结晶的形成过程一、结晶的形成过程l1.定义定义l结结晶晶是物质的晶态的形式从溶液中析出的过程。结晶是纯化固体有机化合物的重要方法，它是利用混合物中各成分在某种溶剂中或某种混合溶剂中的溶解度不同使

8、其相互分离形成结晶的过程。l重重结结晶晶由于初次结晶或多或少总会有少量杂质（光谱分析、熔点测定），因此需反复结晶，这一过程叫做重结晶。通过蒸馏或减压蒸馏以及色谱分离所得固体，一般都需要重结晶。l2.晶体的形成过程晶体的形成过程l晶体的形成过程是一个可逆过程，最初先形成一粒晶种，这个晶种从溶液中选择恰当得分子，按照一定的晶格排列而慢慢一层层长大，形成具有一定几何形状的晶体。l如果这个过程进行的较快，没有什么选择，就会得沉沉淀淀。如果这个过程进行的相对较慢，有一定选择性，则生成结晶。因此在进行固体重结晶纯化时，不应使过程进行得太快，但也不宜进行的太慢。l3.应避免两种主要操作错误应避免两种主要操作

9、错误l（1）将溶液冷却过快l（2）突然向溶液中加入极性相反得溶剂l二、结晶法的基本原理二、结晶法的基本原理l依据要纯化的固体物质与所含杂质在同一溶剂中溶解度不同，结晶析出而得到纯化。l若所选择溶剂只融解被纯化物质，不溶解杂质，那末通过过滤后，进行结晶，可以很容易将样品纯化，也很容易理解。但是，实际上并没有或很少有这样理想的溶剂，即溶剂往往对欲纯化物质和杂质都能溶解，但只要杂质在总固体中占很小一部分，即可以用结晶法予以纯化。如设物质A及其杂质B，二者在室温下溶解度均为1克/100毫升溶剂，在100时二者均为10克/100毫升溶剂.若有一不纯的样品A，其中含10克A和2克B，当加入100毫升溶剂，

10、室温下都不会溶解。当加热到100时，二者全都溶解，冷到室温时，9克A和1克B析出，1克A和1克B留在母液中。继续用100溶剂进行重结晶，冷至室温，只有8克A析出，1克A和1克B留在母液中，最终得8克纯A，但损失2克。l这一结果说明利用结晶法是可以分离纯化含少量杂质得样品，但结晶的方法是浪费的，而且这种浪费是不可避免的。l当然如果杂质在溶液中更易溶，含量较少的话，可减少损失。l值得注意的是值得注意的是：l上述情况用结晶法可以取得成功分离的原因是A的含量大于B的含量。若A、B二物质为50的混合物，即使选择较好的溶剂，损失量是很大的，分离效果差，几乎无法分离。这就是为什么有时重结晶多次仍不能得到纯品

11、的原因。l 在上述情况下，可以考虑用其他分离方法，如色谱分离法等。三、固体溶解度与溶剂的选择三、固体溶解度与溶剂的选择固体溶解度与溶剂的选择是影响结晶法分离纯化的一个主要因素。l1.溶解度溶解度：理想的情况应该是，被纯化物质在室温时微溶于所选溶剂，而在较高温度时却相当易溶。l低温和高温溶解度都较低的溶剂或低温高温下溶解度都较大的溶剂，均不适于结晶用。l只有在溶解度斜率较大的溶剂，才适合于结晶用。图1固体溶解度曲线l2.2.溶剂选择溶剂选择溶剂选择溶剂选择：进行结晶操作时的首要问题是选择一进行结晶操作时的首要问题是选择一种溶剂，使待纯化样品具有我们所希望的溶解度性质。种溶剂，使待纯化样品具有我们

12、所希望的溶解度性质。l l（1 1）理想的溶剂应符合下列条件）理想的溶剂应符合下列条件）理想的溶剂应符合下列条件）理想的溶剂应符合下列条件：l l A A稳稳稳稳定定定定 该该溶溶剂剂不不与与予予纯纯化化的的物物质质发发生生化化学学反反应应。如如脂脂肪肪族族卤卤代代烃烃类类，不不宜宜用用作作碱碱性性化化合合物物重重结结晶晶溶溶剂剂，易易发发生生亲亲核核取取代代反反应应；醇醇类类不不宜宜作作为为脂脂类类重重结结晶晶的的溶溶剂剂（酯酯交交换换反反应应），也也不不宜宜作作氨氨基基酸酸盐盐酸酸盐盐重重结结晶晶的的溶剂（亲核取代氨解反应溶剂（亲核取代氨解反应)。l l B B溶解度曲线有较大斜率溶解度曲

13、线有较大斜率溶解度曲线有较大斜率溶解度曲线有较大斜率l l 对对样样品品热热时时有有较较大大溶溶解解度度，低低温温或或室室温温时时有有较较小小溶溶解度解度l l C C对对对对杂杂杂杂质质质质有有有有更更更更大大大大溶溶溶溶解解解解度度度度。能能把把杂杂质质溶溶解解而而留留在在母母液液中。中。或对杂质有更小溶解度或对杂质有更小溶解度或对杂质有更小溶解度或对杂质有更小溶解度，很少溶于热溶剂中。，很少溶于热溶剂中。l l lD沸点不宜太高沸点不宜太高l沸点高，溶剂附着于晶体表面不易除尽。l另外，沸点太高的溶剂，固体在溶剂中熔融而不是溶解，这种液体在冷却时不会析出，而是形成一种过冷的液体或过冷的油。

14、即使温度充分降低，这种油将会固化，而不成结晶，呈无定型的固体或硬化物，而得不到纯化。在实验中遇到油状物是极难打交道的，必须试图更换溶剂，把他们再溶解，得到结晶。l（2）溶剂选择方法）溶剂选择方法lA通常人们将少许待纯化样品用多种溶剂进行实验，借以选出一个供结晶所用的合适的溶剂。一般在试管规模进行实验即可。进行样品纯化前，进行这种尝试是必要的，以免溶剂的浪费和操作的麻烦.l具体操作：如将0.1g的粉末状试样置于小试管内，用滴管逐滴加入溶剂，同时不断振摇试管，加入的溶剂约1ml，如已全部溶解，则该溶剂不能入选，因为试样在该溶剂的溶解度太大。l 若加入1ml溶剂后，试样仍不溶解待加热后才溶解，冷却后

15、有大量结晶析出者，则可选用作为重结晶溶剂。l 若加入1ml 后加热后仍不溶解，后逐渐滴加溶剂，每次0.5ml，直至3ml后，样品仍不溶解者，则不适用，因为溶解度太小。l 若在3ml内，加热溶解，冷却后有大量结晶析出，可选用。lB对于已知的化合物：参考文献中都有注明，可借鉴前人经验，选用合适溶剂。lC未知的化合物：在选取溶剂时，要根据化合物的结构性质，按照“相似相溶”的原则，按上述尝试法实验之。l若溶质极性很大，必须用极性较大的溶剂溶解。若溶剂为非极性的，则需用非极性溶剂。l如某物质为非极性，用异丙醇试剂溶解度很小，则不必再选用极性更大的溶剂。通常，对于带有能形成形成氢键的官能团如羟基，氨基，羧

16、基，酰氨基的化合物，它们在水甲醇乙醇等含羟基溶剂中比在烃类溶剂中易溶。但是，如果官能团并非分子的主要部分，那末溶解性能可能会逆转。如十二醇几乎不溶于水，其碳链使其行为像烃而不像乙醇。l溶剂的极性在很大程度上取决于介电常数，可以通过查找与对比介电常数的大小选择适当的溶剂。lD若不能选出单一溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。l混合溶剂一般由二种以上能任意互溶的溶剂组成，根据极性配比组成所需的混合溶剂。l四、结晶与重结晶的方法四、结晶与重结晶的方法1固体溶解固体溶解lA按照溶剂选择，选用合适溶剂。lB热沸溶剂，尽可能少的加入待纯化样品中，使之大部分溶解（不可加入溶剂后加热溶解，避免化合物分解。也不可

17、溶剂沸腾后加入样品，暴沸危险）l当样品较多，溶剂较多时可安上回流管，以避免溶剂挥发。搅拌下加热，使之溶解。必要时添加少量溶剂每次加入量一定少。l若待纯化物质含有不溶或难溶杂质，不要误认为溶剂不够，而加入过多溶剂。l若分不清是杂质还是样品，则宁愿将其滤掉。在这过程中若需要脱色，可以提前加入活性炭，且不可在溶液沸腾后加入，否则产生强烈瀑沸，危险！l2趁热过滤趁热过滤l制备好的热溶液必须经过热过滤，以除去不溶杂质，以避免在过滤中温度下降，在滤器上析出结晶。若某物质非常易结晶析出，宁可将溶液配的稀一些，过滤后可再浓缩之。l3结晶析出及滤集结晶析出及滤集l（1）结结晶晶将滤液放置，慢慢冷却，有较大结晶析

18、出。大晶体内包含杂质也较多。骤冷或搅动将会影响结晶的形成，使晶体变小。小晶体包含杂质较少，但其表面大，吸附于表面的杂质和母液较多。l为得到较纯物质往往进行二次三次重结晶，可得到均匀而较好的晶体。l若冷却后的溶液仍无结晶，可通过下列方法诱发结晶：lA.用玻棒摩擦瓶壁。由于摩擦使液面变的粗造，促使分子在液面定向排列形成结晶。lB.加入少量晶种，使结晶析出。这一操作称之为“种晶”。实验室没有这种结晶，可以自己制备，其方法为：取数滴过饱和溶液于一小滴管中，旋转之，使该溶液在试管壁形成一薄膜，然后将此试管放入冷却剂中，形成少量结晶作为“晶种”。也可以取一滴过饱和溶液于表面皿上，使溶剂挥发得到晶种。lC.

19、冰箱中放置较长时间。l(2)结晶的滤集与洗涤结晶的滤集与洗涤：l用用减减压压过过滤滤装装置置过过滤滤，收收集集结结晶晶。甁甁壁壁残残留留结结晶晶，应应先先用用母母液液转转移移结结晶晶，抽抽干干。减减去去负负压压后后，用用冷冷的的新新的的溶溶剂剂洗洗涤涤结结晶晶，轻轻轻轻搅搅动动之之，以清除表面吸附的杂质和母液，然后迅速抽干以清除表面吸附的杂质和母液，然后迅速抽干l4结晶的干燥结晶的干燥l（1）最常用的结晶干燥法为：将结晶置于表面皿上或蒸发皿上风干。优点：不需加热，减少分解或熔化。缺点:暴露于空气中易吸湿潮解，易氧化。l（2）烘箱中烘干。对热稳定的物质，烘干温度不可超过化合物熔点。l（3）真空干

20、燥：l真空干燥器（不需加热，不暴露于空气中，抽真空）.若需空气氧化，可在抽真空后，通N2气。l真空干燥箱（需加热，不可很高温度，抽真空干燥之）l易升华物不可取。l少量样品可用真空恒温干燥器，见下图五脱色五脱色粗制的有机化合物常包含有色杂质，在重结晶时杂质虽可溶于溶剂，但仍有部分被结晶吸收，因此当分出结晶时常会得到有色产物。另外在溶液中存在少量树脂状物质或极细的不溶物。虽然经过过滤仍有混浊状，即不能用简单过滤方法除去。如果在溶液中加入少量脱色剂（活性炭）煮沸510分钟，活性炭可吸附色素或树脂状物质，趁热滤去，即可得无色较纯的产品溶液。l应用活性碳脱色应注意一下几点：l（1）溶质溶解后，再加活性炭

21、。活性炭不能与样品一起加热溶解l（2）待热溶液稍冷后，加入活性碳；否则易引起暴沸，使溶液溅出或危险l（3）所加活性炭的量，视溶质量而定，一般为粗品溶质质量的15为宜；过多活性炭可降低收率（吸附溶质）l（4）在滤液中若有活性炭，通常应重新过滤。使用沙芯漏斗时，沙芯型号应为G4号以上，否则堵塞。若在非极性溶剂中如苯石油醚中活性炭脱色效果不佳，可考虑换用其他吸附剂，如氧化铝，吸附脱色等方法。l六，混合溶剂结晶法六，混合溶剂结晶法l常常遇到用单一溶剂无法找到某个化合物的合乎溶解度要求的溶剂。在这种情况下，可使用混合溶剂。l 方法很简单：选一种能溶解某样品的溶剂，作为第一种溶剂。再选一种能和第一种溶剂互

22、溶，对样品溶解度较小的溶剂作为第二种溶剂。l 步骤：将化合物溶于能使它溶解的最少量的第一种溶剂中，接着向此热的混合物溶液中滴入第二种溶剂，直至混合物刚好变成混浊。达到这一点时，加热使其澄清或加入第一种溶剂使其刚刚变为澄清，过滤除去不溶杂质，冷却，即有结晶析出。此方法比较适用。l 除了上述表列混合溶剂外，还有一种混合溶剂 是对难溶物质常采用DMF/H2O，DMSO/H2O混合溶剂重结晶。常见的混合溶剂配对见下表：l七、小量及微量物质结晶七、小量及微量物质结晶1、小量物质结晶基本要求同前述，但均需采用与该物质的量相适应的小的仪器。可在小试管中制得热溶液，使用小的玻璃或砂心漏斗在小的滤甁或小的侧支试

23、管上过滤。滤集结晶也可利用同样装置。l2、微量物质重结晶：l（1）可在小离心管中进行，热溶液制备后即行离心，使不溶杂质沉于管底，用吸管将上清液移至另一个小离心管中，使其结晶。l（2）也可用在自制的带有橡皮滴头滴管的细颈部位放入少许脱脂棉作为热溶液的过滤器。l或将少许脱脂棉置于试管中，用细长滴管抵着棉花上吸取，作为过滤。l滤液在小离心管中结晶后，离心，用滴管吸去母液；再加入少量溶剂，离心，再吸去洗涤液。用滤纸吸除溶剂后，真空干燥之。八过滤基本操作八过滤基本操作l过滤通常用普通折叠滤纸进行常压过滤，也可用布氏漏斗和砂心漏斗进行减压过滤。过滤的介质可根据实验要求选用不同的介质：实验室常用滤纸、砂心、

24、玻璃棉、涤纶薄膜等。l折叠滤纸法常压过滤折叠滤纸法常压过滤：一般先将漏斗与滤纸预热（倒入热溶剂）置于三角烧瓶上，然后迅速将溶液一份一份倒入。此方法过滤较慢，因而在过滤过程中结晶在滤纸上而防碍过滤。若出现这种情况，必须小心将其返回于制备的热溶液中。且将滤纸也一并放入，重新溶解后再过滤。对极易结晶析出的物质，或热溶液量大时候，可采用保温漏斗过滤.l折叠滤纸的叠法折叠滤纸的叠法：见下图将滤纸对折，在对折成四份ll2减压过滤减压过滤：l可采用布氏漏斗，沙芯漏斗，抽滤瓶减压过滤。l优点：可避免在过滤过程中结晶析出迅速简便。l缺点：lA、混悬的杂质易通过滤纸。lB、若溶剂为挥发性，热溶液过滤时，滤l器孔内

25、也易析出结晶，堵塞滤孔。lC、滤下来的热溶液，在负压下易沸腾。l抽滤法过滤应注意以下几点:l（1）滤纸不应大于布氏漏斗的底面。也不能小于底面，应与布氏漏斗的底面相符。l（2）吸滤前需用同一溶剂将滤纸湿润后过滤，使其紧贴于布氏漏斗底面；用沙芯漏斗过滤时，必要时，也要加上纸滤。l（3）为避免热过滤在滤孔上结晶析出，堵塞孔眼，可将布氏漏斗或沙芯漏斗放在烘箱或远红外加热器内预热或用热溶剂预热。l若在抽滤过程中有结晶析出，堵塞漏斗，应加入少量的沸腾溶剂，溶解结晶，而流经漏斗，过滤之后可将溶液浓缩至原来体积。l过滤中，滤液中可能有结晶析出，最好不要结晶太快，可将虑液加热至全溶后，慢慢放冷结晶。l3保温热过

26、滤保温热过滤l为防止过滤的溶液在温度降低时结晶析出，可选用热滤漏斗进行过滤(如图24)。过滤时，把玻璃漏斗放在铜质的热滤漏斗内，热滤漏斗内装有热水(注意水不要装得太满，以免加热至沸后溢出)以保持溶液的温度不降低。也可以事先把玻璃漏斗在水浴上加热后再使用。热过滤选用的玻璃漏斗颈越短越好。热滤装置见下图：l砂芯漏斗又称为烧结玻璃漏斗。它是由玻璃粉末烧结制成的多孔性滤片，再焊接在相同或相似的膨胀系数的玻璃上所形成的一种过滤容器。若滤液具有碱性，或者有酸性物质、酸酐或者有氧化剂等存在，对普通滤纸有腐蚀性作用，在过滤(或吸滤)时容易发生滤纸破损，待滤物穿透滤纸而泄漏，导致过滤的失败。而选用砂芯漏斗可代替

27、铺设有滤纸的漏斗，进行有效的分离。表27列出国产砂芯漏斗的型号、规格和用途，供实验者针对不同沉淀颗粒尺寸，选用不同号码的漏斗，以达到最佳过滤效果。l在有机化学实验中，3#或4#砂芯漏斗使用得较多，其他型号用得很少。ll砂芯漏斗若是新购置的，在使用前，应当用热盐酸或铬酸洗液进行抽滤，随即用蒸馏水洗净，除去砂芯中的尘埃等外来杂质。l砂芯漏斗不能过滤浓氢氟酸，热浓磷酸，热(或冷)浓碱液。这些试剂可溶解砂芯中的微粒，有损于玻璃器皿，使滤孔增大，并有使芯片脱落之危险。砂芯漏斗在减压（或受压）使用时其两面的压力差不允许超过1013kPa。在使用砂芯漏斗时，因其有熔接的边缘，在使用时的温度环境要相对稳定些，

28、防止温度急剧升降，以免容器破损。l砂芯漏斗的洗涤工作是很重要的，洗涤不仅是保持仪器的清洁，而且对于保持砂芯漏斗的过滤效率不下降，延长其使用寿命等都有重要作用。砂芯漏斗每次用毕或使用一段时间后，会因沉淀物堵塞滤孔而影响过滤效率，因此必须及时进行有效的洗涤。l可将砂芯漏斗倒置，用水反复进行冲洗，以洗净沉淀物，烘干后即可再用。还可根据不同性质的沉淀物，有针对性的进行“化学洗涤”。例如，对于脂肪、脂膏、有机物等沉淀，可用四氯化碳等有机溶剂进行洗涤。碳化物沉淀可使用重铬酸盐的温热浓硫酸浸泡过夜。经碱性沉淀物过滤后的砂芯漏斗，可用稀酸溶液洗涤。经酸性沉淀物过滤后的砂芯漏斗，可用稀碱溶液洗涤。然后再用清水冲洗干净，烘干后备用。l砂芯漏斗不能用来过滤含有活性炭颗粒的溶液，因为细小颗粒的炭粒容易堵塞滤板的洞孔，使其过滤效率下降，甚至报废。l由于砂芯漏斗的价格较贵，有时难于彻底洗净滤板，还要防范强碱、氢氟酸等的腐蚀作用，故其使用的范围受到限制。