现代有机制备分离技术5

1、第五节第五节 萃萃 取取Extraction 一、从溶液中提取物质的方法一、从溶液中提取物质的方法 二、从固体中提取物质的方法二、从固体中提取物质的方法 三、超临界流体萃取法三、超临界流体萃取法一、从溶液中提取物质的方法一、从溶液中提取物质的方法 前言前言 ( (一一) ) 基本原理基本原理 （二）提取方法（二）提取方法（三）萃取溶剂的选择（三）萃取溶剂的选择 ( (四四) ) 乳化现象与破乳乳化现象与破乳 ( (五五) ) 液体的干燥液体的干燥 ( (六六) )分子筛应用的一般介绍分子筛应用的一般介绍 前言萃取(Extraction)是从固体或液体混合物中分离所需的有机化合物，最常用的操作。

2、萃取广泛用于有机产品的纯化，如天然产物中各种生物碱、脂肪、蛋白质、芳香油和中草药的有效成分的分离，萃取也可以用于除去产物中的少量杂质。通常称前者为“萃取”或“提取”、“抽取”，后者称为“洗涤”。洗涤也是一种萃取。根据被萃取物质形态的不同萃取又可分两种：液液萃取：用溶剂从液体混合物中分离物质的萃取方法。固液萃取：用溶剂从固体混合物中分离物质的萃取方法。一、从溶液中提取物质的方法一、从溶液中提取物质的方法 利用物质在互不相容的两相溶剂中的溶解度或分配系数不同，而使物质从一种溶液内转移至另一种溶液中，经反复多次提取将物质提取分离出来的一种技术。 (一一) 基本原理基本原理1、分配定律是提取方法最主要

3、的理论物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。在一定温度下在两种互不相溶的溶剂中，物质的分子在此两种溶液中不发生分解、电离、缔合和溶剂化等作用时，则此物质在两液内浓度的比是一个定值，不论所加物质的量是多少都是如此，用公式表示，即：CA/ CB = K (常数，即分配系数)CA、CB 表示一种物质在两种互不相溶的液体中的浓度。例如琥珀酸在水和乙醚间的分配情况，即能说明这种关系的存在，分配系数很接近与一个定值。 利用分配定律的关系，可以计算经过提取后物质溶剂中的剩余量。假设：V = 原溶液体积W0 = 提取前物质的总量，S 提取溶剂的体积，W1 = 提取一次后物质剩余量，W2 = 提取两次后物质剩余量，

4、Wn = 提取n次后物质剩余量。若经一次提取，原溶液含该物质的浓度为：W1 / V ， 则提取溶剂中含该物质的浓度为（W0W1）/ S ， 按公式得：（W1 / V）/（W0W1）/ S K W1 = W0KV/( KV+S)同理，经二次提取后W2 = W1KV/( KV+S) W0KV/( KV+S)2因此，经过n次提取后，溶剂中残留量： Wn W0KV/( KV+S)n因式中 KV/( KV+S) l，且当 n值愈大时，Wn 则愈小。说明当用同样多的溶剂分多次萃取比一次萃取的效果要好。这一点十分重要它是提高分离效率的有效途径。 Wn W0KV/( KV+S)nn值越大，提取效率越大。但是连

5、续提取的次数并不是无限的，当溶剂总量保持不变时，萃取次数（n）增加, W n就要减小。n5时, n和S这两个因素的影响就几乎相互抵消了，再增加n, Wn与Wn1的变化不大。因此，一般以提取三次为宜。 2、另一类萃取剂的萃取原理是利用它能与被萃取物质起化学反应 这种萃取常用于从化合物中移去少量杂质或分离混合物，这类萃取剂一般用5氢氧化钠，5或10的碳酸钠、碳酸氢钠溶液、稀盐酸、稀硫酸等。碱性萃取剂可以从有机相中移出有机酸，或从有机溶剂（其中溶有有机物）中除去酸性杂质（成钠盐溶于水中）。反之，酸性萃取剂可从混合物中萃取碱性物质（杂质）等。这类萃取被称为洗涤。 （二）提取方法（二）提取方法 1多次提

6、取方法多次提取方法 在分液漏斗中进行，实验室中最常用的操作在分液漏斗中进行，实验室中最常用的操作2连续萃取方法连续萃取方法 连续萃取仪中进行连续萃取仪中进行 主要用于提取某些在溶液中的溶解度极大物质。主要用于提取某些在溶液中的溶解度极大物质。 1多次提取方法多次提取方法： 基本操作：使用前须在下部活塞上涂凡士林，然后于漏斗中放入水摇荡，检查两个塞了处是否漏水 确认不漏时，再使用。萃进行时，先将漏斗置于固定在铁架台上的铁圈中，关好活塞。取下塞子，从漏斗的上口将被萃取的溶液倒入分液漏斗中，然后加入萃取剂（一般为溶液的1/3）；塞紧塞子，取下漏斗。右手握住漏斗口颈，并用右手的手掌顶住塞子；左手握在漏

7、过活塞处，拇指压紧活塞然后把漏斗放平或向下倾斜，小心振荡。 开始振荡时要慢，振荡几次后把漏斗下口向上倾斜（如图），开启活塞排气。几次摇荡、放气后，把漏斗架在铁圈上并把上口塞子上的小槽对准漏斗口颈上的通气孔。待液体分层后，将两层液体分开。下层液体由下部支管放出，上层液体应由上口倒出。合并所有萃取液，加入微过量的干燥剂，干燥之。去除溶剂后，根据所得化合物的性质可通过蒸馏、重结晶的方法进一步纯化。萃取操作注意事项（1）萃取时，应选择一个比被提取溶液体积大12倍的分液漏斗。分液漏斗中的溶液和溶剂不可太满，振摇时不能使溶液和溶剂充分接触，影响了物质在两相中的分配，降低了萃取率。（2）将漏斗活塞关严后，再

8、装溶液。以免溶液流失，影响产率。另外，溶液倒入前，或在静置过程中，应在漏斗下方，置一三角烧瓶作为接受甁，以备搞错时，补救。（3）振摇时，应及时排气。以免分液漏斗内压过高，溶液从玻璃接缝中渗出。或者，欲静置时，塞子跳落打碎，造成损失。 用乙醚萃取时，应特别注意周围不要有明火。振荡时，用力要小，时间要短，多摇多放气。否则，蒸气过大，液体冲出而损失。特别注意用碳酸钠溶液洗涤附有酸性液体时，因有二氧化碳产生，更应及时排气，以免导致液体冲出或造成事故。（4）振摇后，静置要充分。分层完全后再分离。若有乳化现象出现，破乳后，再分离。（5）溶液分离时，摇按照下层液体由下部支管放出，上层液体应由上口倒出的原则。

9、如果上层液体也经过活塞放出，则漏斗径部所附着的残液就会把上层液体弄脏。（6）萃取或洗涤过程中，上下两层液体都应保留至实验完毕时，否则，如果中间的操作失误，便无法补救。 2连续萃取方法连续萃取方法连续提取方法，实验室中亦常用。主要用于提取某些物质在溶液中的溶解度极大，用分次提取，效率很差的情况。它是利用一套仪器，使溶剂在进行提取后，自动流入加热器中。蒸发成为气体，遇冷凝器复成液体，再进行提取如此循环不已，即能提出极大部分的物质此法的提取效率甚高，溶剂用量很少，唯一的缺点是操作时间较长。该法不适用于因受热分解或变色的物质。选择连续提取方法时，需视所用溶剂的比重大于或小于被提取溶液比重的情况，而采用

10、不同式样的仪器，但都是基于同一原理两种类型的装置图为例（可结合工作的实际需要，自行设计或改装）图1为用轻溶剂连续提取的装置，图2为用重溶剂连续提取的装置 （三）萃取溶剂的选择（三）萃取溶剂的选择1选择合适萃取溶剂的原则选择合适萃取溶剂的原则一般从水中萃取有机物要求溶剂在水中溶解度很小或几乎不溶；被萃取物在溶剂中要比在水中溶解度大；对杂质溶解度要小；溶剂化学稳定性好，与水和被萃取物都不反应溶剂沸点不宜过高，萃取后溶剂应易于用常压蒸馏回收。此外价格便宜、操作方便、毒性小。密度适当也是应考虑的条件。选择原则一般地讲，难溶于水的物质用石油醚提取；较易溶于水的物质，用乙醚或苯萃取；易溶于水的物质则用乙酸

11、乙酯萃取效果较好。2. 经常使用的溶剂经常使用的溶剂有乙醚、苯、四氯化碳、氯仿、石油醚、二氯甲烷、氯乙烷、正丁醇、醋酸酯等其中乙醚效果较好、使用乙醚的最大缺点是容易着火在实验室中可以小量使用，但在工业生产中不宜使用。(四四) 乳化现象与破乳乳化现象与破乳在提取某些含有碱性或表 面活性较强的物质时（如 蛋白质、长链脂肪酸、皂 甙等），或溶液经强烈摇 振后，易出现乳化 emulsification ，使溶液不 能分层或不能很快分层的 现象。原因：可能由于两相分界之间存在少量轻质的不溶物；可能两液相交界处的表面张力小或由于两液相密度相差太少。碱性溶液（例如氢氧化钠等）能稳定乳状液的絮状物而使分层更困

12、难采取如下措施：1 采取长时间静置2 利用盐析效应在水溶液中先加入一定量电解质（如氯化钠）或加饱和食盐水溶液以提高水相的密度，同时又可以减少有机物在水相中的溶解度。3改变表面张力 滴加数滴醇类化合物4加热破坏乳状液（注意防止易燃溶剂着火）；5过滤除去少量轻质固体物（必要时可加入少量吸附剂，滤除絮状固体）。6、改变pH值 如若在萃取含有表面活性剂的溶液时形成乳状溶液，当实验条件允许时可小心地改变pH值，使之分层。 7、加入过量的酸或碱 当遇到某些有机碱或弱酸的盐类，因在水溶液中能发生一定程度解离，很易被有机溶剂连取出水相为此，在溶液中要加入过量的酸或碱，即能破乳又能达到顺利萃取之目的。8、轻摇与

13、搅动 遇到轻度乳化，可将溶液在分液漏斗中轻轻旋摇，或缓缓地搅拌，对破乳有时会有帮助。9、忍受 如果这些措施全都无效，只好忍受这种事实，由它去了。 预防如果通过先前的实验已知一个溶液有形成乳浊液的倾向、那么混合时应该缓慢，振摇时不宜剧烈，要用缓缓的旋摇进行萃取而不要振摇，或者用缓缓地将分液漏斗翻转数次的办法也行在这些情况中都切忌剧烈振摇分液漏斗。应予强调的一点是，形成乳浊液的萃取，非常棘手，势必要花较长时间。 (五五) 液体的干燥液体的干燥 在蒸掉溶剂和进一步提纯所提物质之前，常常需要从有机层除去水分。1 干燥剂的分类干燥剂的分类 溶液干燥常用的干燥剂多是一些无水的无机盐或无机氧化物，它在暴露于

14、湿空气或湿溶液中时要获得水，而达到干燥之目的。（1）与水结合成水合物的干燥剂，如氯化钙、硫酸镁和硫酸钠等。（2）与水起化学反应，形成另一种化合物的干燥剂，如五氧化二磷、氧化钙等。 2 干燥剂的选择干燥剂的选择选择干燥剂的时，首先必须考虑干燥剂和被干燥的物质的性质。能和被干燥物质起化学反应的以及能形成配合物的干燥剂，通常不能使用。干燥剂也不能溶解于被干燥物质的液体里。其次还要考虑干燥剂的干燥能力。干燥速度和价格等。 3溶液干燥度的判断溶液干燥度的判断有几种观察法可判断溶液是否“干燥”：如果溶液是湿的，那么干燥剂通常总是结成团块，而且与瓶壁粘在一起。在一些极端的情况中，甚至可以看到干燥剂已溶解于在

15、瓶底形成的水相中。如果溶液是干的，那么干燥剂能在瓶底自由移动。干的溶液则显得澄清透明，湿的溶液通常呈现混浊 。4干燥剂的干燥效力干燥剂的干燥效力可用干燥容量或干燥完全度衡量干燥容量干燥容量：是一个用来表示每单位重量的干燥剂能吸收的水量的术语。干燥完全度干燥完全度：指的是干燥剂的干燥效力术语，是指当已达到干燥平衡时，一个化合物从溶液中除去的所有水量。一定量的不同干燥剂，并不全都吸收同样数量的水，它们也不会将溶液干燥到同样程度 如硫酸钠和硫酸镁均能吸收大量水（高容量）但是硫酸镁能将溶液干燥得更完全。 5常用的干燥剂常用的干燥剂常用的干燥剂有硫酸镁、氯化钙、硫酸钠、硫酸钙（商品名Drierite）、

16、氧化钙、氢氧化钠与氢氧化钾和碳酸钾的无水盐。这些干燥剂各具特点和用途。 无水氯化钙：是个良好干燥剂，吸水能力大（30以下形成CaCl26H2O），价格便宜。但不能用于大多数含氧或含氮化合物，因为它形成络合物。氯化钙除能吸水外，也能吸收甲醇和乙醇，因此它除了作为干燥剂外还对除去甲醇、乙醇溶剂有用处工业无水氯化钙往往还含有一定量氢氧化钙，因此，这一干燥剂不能用于酸或酸性物质的干燥。无水硫酸镁：是很好的中性干燥剂，吸水作用快，价格便宜。可用于干燥不能用氯化钙干燥的许多物质如醛和某些酯。但镁离子有其缺点，它有时会导致化合物例如环氧化物发生重排反应；它是个强的Lewis酸 无 水 碳 酸 钾 ： 干 燥

17、 能 力 一 般 （ 形 成K2CO32H2O ），本身是个碱，故可供干燥碱性溶液。但不能干燥酸性物质 。氢氧化钠与氢氧化钾：用于胺类的干燥比较有效。由于它们能与许多物质起反应（酸、酚、酯、酰胺等），也能溶于某些液体的有机化合物中，所以它的应用范围很有限。无水硫酸钙：干燥速度快，干燥得很完全，与水形成相当稳定的水合物（2CaSO4H2O）但其总的容量低。一般用于第二次干燥用。 无水硫酸钠：是干燥剂中最常用的一个。它是中性的，而且很有效(32.4以下形成Na2SO410H2O)，使用范围广， 但它的吸水速度慢，且最后残留的少量水分不易除尽。因此常用于含水量较多的溶液的初步干燥，残留的少量水分再用

18、其它强干燥剂除去。它还必须在室温时使用方会有效，它不能用于沸腾的溶剂因为其水合物Na2SO410H2O在32.4就要分解。氧化钙： 适用于低级醇的干燥。氧化钙和氢氧化钙均不溶于醇类，对热都很稳定，又不挥发，故不必从醇中除去，即可对醇进行蒸馏。由于呈碱性，所以不适合酸类和酯类化合物的干燥。 金属钠：用于干燥乙醚、脂肪烃和芳香烃等。这些物质在用金属钠干燥前，首先要用无水氯化钙等干燥剂把其中大部分水分去除。使用时，金属钠要切成薄片，以增加钠与液体的接触面。离子强度大的溶液：乙醚在室温时，按重量计能溶入1.5%的水，而水则能溶入7.5乙醚。然而，乙醚从饱和氯化钠水溶液中溶入的水量要少得多。因此，在乙醚

19、中的大部分水，或水中的乙醚，均可通过与饱和氯化钠水溶液一起振摇予以除去。任何盐都有与此相似的作用，但并非都像氯化钠这样便宜或极易溶于水。一种高离子强度的溶液通常不能与有机溶剂相容，从而促使有机层与水层分离。 表将各种干燥剂作了比较 6操作方法操作方法 把干燥剂放入溶液或液体里，一起振荡，放置一定时间，或置于电磁搅拌器上搅拌，然后将溶液和干燥剂分离。 干燥剂的用量为：10ml液体约需加0.5-1g。但由于液体产品中含水量不同，干燥剂的容量不同，温度不同，故不能一概而论。干燥剂的用量不能过多，否则由于固体干燥剂的表面吸附，被干燥物质会有较多的损失；如果干燥剂用量太少，则加入的干燥剂便会溶解在所吸附

20、的水中，在此情况下，可用吸管除去水层，再加入新的干燥剂。所用的干燥剂颗粒不要太大，但也不要呈粉状。颗粒太大，表面积减小，吸水作用不大；粉状干燥剂在干燥过程中容易成泥状，分离困难。 温度越低，干燥剂的干燥效果越大。 所以干燥应在室温下进行。有时为了增加干燥剂的吸水速度，常把干燥剂和被干燥物质一起温热，但这不适用于那些在铰高温度时又能把水释放出来的干燥剂(如氯化钙、硫酸钠等)。在蒸流前，必须将干燥剂与溶液分离。 (六六) 分子筛应用的一般介绍分子筛应用的一般介绍 应用最广的分子筛是沸石分子筛，它是一种含铝硅酸盐的结晶。它具有高效选择性的吸附能力，按其结构和组成来分，已有三十多种类型可作为分子筛使用

21、，常用的是A型和X型两种。常用的A型分子筛有3型。4型和5型三种。它们的化学组成是：3 型 K9N a3 ( A l O2)1 2（ S i O2）1227H2O4型，Na12(AlO2)12（SiO2）1227H2O5型，Ca4.5Na3(AlO2)12 30H2O常用的X型分子筛是13X型。 其化学组成为: Na86(AlO2)86（SiO2）106xH2O分子筛具有高度选择性吸附性能，是由于其结构形成许多与外部相通的均一的微孔，凡是比此孔径小的分子可通人孔道中，而较大者则留在孔外；借此以筛分各种分子大小不同的混合物。有机化学实验室常应用分子筛吸附乙醚、乙醇、异丙醇和氯仿等有机溶剂中的少量

22、水分；此外，还用于吸附有机反应中生成的水分，效果较好。 在使用分子筛干燥时应注意1新买来的分子筛使用前应先活化、脱水，温度为50010，在常压下烘2小时温度过高或过低均会影响吸附量。超过600以上时，则分子筛的晶体结构会被破坏，从而降低或丧失其吸附能力。活化后的分子筛待冷至200左右，应立即取出存于干燥器备用。2分子筛在使用之后活性降低须再经活化方可使用；活化前须用水蒸气或惰性气体把分子筛中的其它物质取替代出来，然后再按注意事项1进行处理。3使用分子筛时，介质的pH值应控制在512之间4分子筛宜用于除去微量的水分，倘若水分过多。应先用其它干燥剂进行去水，然后再用分子筛干燥。分子筛的吸附性能列入

23、下表中，便于结合实际加以选用。二、从固体中提取物质的方法二、从固体中提取物质的方法（一）浸出法 （二）热提取法 （三）. 超临界流体萃取法 （一）浸出法是借溶剂对固体混合物长时间的浸渍，使溶解的物质与难溶的物质加以分离。药厂中制备酊剂的方法是大家所熟悉的，这种方法虽不需要特殊器皿，但耗时、费溶剂，而合效率不高。 （二）热提取法实验室常用加热回流法和索氏提取器提取法来提取和分离有机化合物。索氏提取器是实验室中较为合适通过溶剂回流及虹吸现象，使固体物质连续多次被纯净的溶剂所提取，效率极高，又节省溶剂 索氏提取的缺陷：对受热易分解或变色的物质不宜采用应用高沸点溶剂进行提取时，采用此仪器亦是不合适的。

24、 操作：在进行提取前，先将滤纸卷成柱状，直径略小于提取筒的直径，一使用线扎紧（可商品化购买）于此纸筒中，装入研细被提取的固体，轻轻压实，上盖以滤纸，放入提取筒中然后开始加热，使溶剂沸腾，蒸气沿玻璃管上升，被冷凝管冷凝为液体，再滴入提取器中，待提取筒中的溶剂面超过虹吸管上端后，提取液自动流入加热瓶中。再行蒸发溶剂，循环不止，使提取物富集于烧瓶中。一般费时数小时才能完成。 少量固体需要用溶剂提取，可用半微量仪器中的索氏提取器如仍感体积太大，可用简易半微量固体提取仪。被提取的固体物质置于折叠滤纸上，操作简单，效果好。提取后的溶剂经过浓缩或减压浓缩，即得所要化合物粗品，再经重结晶得纯品。 三、超临界流

25、体萃取法 利用超临界流体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取(supercritical fluid extraction SCFE)。超临界流体(SCF) 对脂肪酸、生物碱、醚类、酮类、甘油脂等具有特殊的溶解作用，因此可用于这类物质的萃取分离。 （一）SCFE具有以下特点：1、该方法尤其适用于对热及化学不稳定的化合物的提取，并主要用于从混合物中提取低极性的组分。例如，原本用水蒸气蒸馏或索氏提取的可用SCFE法有效替代。2、该方法提取速度快，并可通过调节压力，提高溶剂的溶出能力。选译适当的温度与压力能提高提取的选择性能，并获得更干净的提取物，收得率也高于常规的液液及液固提取。3、超临界流体提取不必使用大量的有机溶剂，因而具有显著的安全性。4、它对环境的污染也很小，特别是它减少了含卤素溶剂的使用。许多超临界流体具有较好的质量传递性能(与液液及液固提取相比，具有低粘度和高扩散率，适合于对植物组织的提取)，5、在室温时呈气态，相对惰性、无毒且价格低廉，如