分离和提纯设计性实验指导材料.doc

分离和提纯设计性实验指导材料一、 分离和提纯的基本操作（一）、干燥1、 干燥剂的选择：a：干燥剂必须不能和有机化合物发生化学反应或催化反应；b：干燥剂不能溶解于有机化合物；c：适当考虑干燥剂的吸水容量和干燥效果。2、 常用的干燥剂：一般干燥剂加入液体中，进行振摇，如干燥剂出现附着器壁或相互粘结时说明干燥剂的量不够，应该添加干燥剂，如投入干燥剂出现水相，必须先把水吸出，然后重新加入干燥剂干燥。3、 干燥的基本操作：干燥的三角烧瓶中加入待干燥的有机液体，在加入适量的干燥剂，用塞子塞紧，振荡片刻，若干燥剂出现附着器壁或相互粘结时说明干燥剂的量不够，应该添加干燥剂，如投入干燥剂出现水相，必须先把水吸出，然后重新加入干燥剂干燥。放置一段时间，到澄清为止，过滤除去干燥剂。4、 干燥的仪器和装置： 普通干燥器 真空干燥器 真空恒温干燥器图1. 干燥器5、 固体的干燥：固体干燥的方法有晾干；加热干燥；红外线干燥；干燥器干燥和减压恒温干燥枪干燥。（二）萃取1、 萃取效率：V：被萃取的溶液体积；Wn：萃取n次后溶液中残留的物质质量；Wo：被萃取溶液中含有溶质的总量；K：分配系数；S：萃取时采用萃取剂的体积；n：萃取的次数；2、 萃取剂的选择：a：萃取剂不能和被萃取的溶液或溶质起化学反应；b：萃取剂不能和被萃取的溶液互相溶解；c：萃取剂对溶质的溶解度要比被萃取的溶液好。3、 萃取基本操作： 分液漏斗中加入被萃取的溶液和萃取剂，先用右手食指的末节将漏斗上端的玻璃塞顶住，再用大拇指，中指和食指握住漏斗；左手的食指和中指蜷握在分液漏斗的活塞柄上，玻璃塞和活塞夹紧，上下轻轻摇振分液漏斗，每隔几秒将分液漏斗倒置，小心打开活塞，解除分液漏斗的内压，重复操作23次，然后再用力振摇相当时间，将分液漏斗置于铁圈上，打开分液漏斗上面的玻璃塞，静置分层，小心打开下面的活塞，放出下层的溶液，上层的溶液从分液漏斗的上口倒出。4、 常用萃取溶剂物理常数：5、 萃取的仪器和装置：图2. 萃取装置，主要仪器：分液漏斗（三）洗涤1、 洗涤的目的：除去混在液体化合物中的少量杂质。2、 洗涤的基本操作：分液漏斗中加入被洗涤的溶液和洗涤剂，先用右手食指的末节将漏斗上端的玻璃塞顶住，再用大拇指，中指和食指握住漏斗；左手的食指和中指蜷握在分液漏斗的活塞柄上，玻璃塞和活塞夹紧，上下轻轻摇振分液漏斗，每隔几秒将分液漏斗倒置，小心打开活塞，解除分液漏斗的内压，重复操作23次，然后再用力振摇相当时间，将分液漏斗置于铁圈上，打开分液漏斗上面的玻璃塞，静置分层，小心打开下面的活塞，放出下层的溶液，上层的溶液从分液漏斗的上口倒出。3、 洗涤的仪器和装置图3. 液体洗涤装置 图4. 固体洗涤装置，主要仪器：分液漏斗 主要仪器：布氏漏斗，抽滤瓶4、 固体的洗涤基本操作：在减压过滤结束后，拔掉循环水泵减压的橡皮管，在布氏漏斗的中的固体上加入少量的溶剂，溶剂的量应该刚好浸没所有的固体，用玻璃棒轻轻的搅动固体，使洗涤充分，当布氏漏斗的下端有液体滴下时，在减压抽滤，重复2次。（四）蒸馏1、 低沸点蒸馏：1） 热源的选择：一般选择热水浴或油浴；2） 冷凝管的选择：一般选择直形冷凝管；3） 常见的低沸点化合物的沸点（见附录）4） 低沸点蒸馏的基本操作：按图示搭配好蒸馏装置，检查装置的气密性，小心取下连接温度计的活塞，通过长颈漏斗加入待蒸馏的液体，在加入几粒沸石，旋上温度计的活塞，通入冷凝水，小心在烧杯中加入热水，蒸馏，调节蒸馏烧瓶进入热水的体积或调节热水的温度，使蒸馏的速度在1-2d/s，蒸馏结束后，先撤去热水浴，再停止通入冷凝水，最后拆卸实验装置。5） 低沸点蒸馏的仪器和装置主要仪器：蒸馏烧瓶，温度计，直形冷凝管，接受器，烧杯，热源，三角烧瓶，铁架台，十字夹，通用夹。装置图：图5. 普通蒸馏装置2、 高沸点蒸馏：1） 热源的选择：酒精灯、三芯灯或电热套；2） 冷凝管的选择：高于130选用空气冷凝管；3） 常见的高沸点化合物的沸点（见附录）4） 高沸点蒸馏的基本操作：按图示搭配好蒸馏装置，检查装置的气密性，小心取下连接温度计的活塞，通过长颈漏斗加入待蒸馏的液体，在加入几粒沸石，旋上温度计的活塞，小心加热，蒸馏，调节加热强度，使蒸馏的速度在1-2d/s，蒸馏结束后，先撤去热水浴，再拆卸实验装置。5） 高沸点蒸馏的仪器和装置图6. 高沸点蒸馏装置主要仪器：蒸馏烧瓶，温度计，空气冷凝管，接受器，烧杯，热源，三角烧瓶，铁架台，十字夹，通用夹。3、 减压蒸馏1）减压蒸馏的使用条件：1、防止温度过高，化合物炭化；2、防止温度过高，化合物分解；3、控制反应温度，回收溶剂。2）减压蒸馏的仪器和装置主要仪器：热源，双颈蒸馏烧瓶，蒸馏头，温度计，直形冷凝管，多头接受器，圆底烧瓶，安全瓶，压力计，吸收装置，减压油泵。装置：图7. 减压蒸馏装置3）沸点的压力对照图：图2-27 液体在常压下的沸点与减压下的沸点的近似关系图图8. 液体在常压下的沸点与减压下的沸点的近似关系图4）减压蒸馏的基本操作：a、 检查系统能否达到所要的压力；b、加料，体积不能超过容积的1/2；c、检查三通是否放空，压力计是否关闭；d、开启油泵，调节进气量；e、缓慢关闭三通活塞，调节进气量；f、通冷凝水，加热；g、打开压力计，观察压力；h、收集馏分，记录温度和压力；I、关闭加热电源，除去热源，调节进气量，关闭压力计，打开三通管，关闭油泵。拆卸装置；恢复压力计。（五）重结晶1）重结晶溶剂的选择：a：被提纯的有机化合物不能和溶剂发生化学反应；b：被提纯的物质在热的溶液中易溶，在冷的溶液中几乎不溶；c：杂质的溶解顺序最好和被提纯的物质相反；d：沸点适中；e：价格适中。2）结晶的一般过程：1）选择适当的溶剂；2）粗产品溶于热的溶液制成饱和热溶液；3）趁热过滤除去不溶解的杂质。如颜色过重，可以使用活性碳脱色，再趁热过滤；4）冷却过滤；5）洗涤；6）干燥。3） 混合溶剂重结晶的基本操作：选择好适当的溶剂，首先在加热情况下使溶质溶解于尽可能少的能够溶解溶质的溶剂，在加热情况下，滴加不溶解溶质的溶剂，到刚好有沉淀析出，再加入少量的能够溶解溶质的溶剂使析出的沉淀完全溶解，冷却过滤；洗涤；干燥。2） 重结晶仪器和装置 常压过滤 常压热过滤 减压过滤图9. 重结晶抽滤装置主要仪器：布氏漏斗，抽滤瓶（六）脱色1、 活性炭的量的标准：被提纯物质量的15%2、 脱色基本操作：制成热的饱和溶液后，稍微冷却（不能有固体出现），加入适量（1-5%）的活性碳，在加热煮沸几分钟，趁热过滤除去活性碳。（七）过滤1、 过滤的意义：分离不互相溶解的固体和液体化合物2、 过滤基本操作：将剪好的滤纸用重结晶所用的溶解稍微润湿一下，放入布氏漏斗，放平遮住所有的孔，连接循环水泵和吸滤瓶的支管之间的橡皮管，开启循环水泵，将被过滤的溶液小心缓慢倒入布氏漏斗中（布氏漏斗底部始终充满液体），小心用玻璃钉挤压固体，使液体充分被吸入吸滤瓶，除去吸滤瓶支管处和循环水泵连接的橡皮管，再关闭循环水泵。3、 过滤的仪器和装置图10. 重结晶抽滤装置（八）熔点测定1、 熔点测定的仪器和装置图11. 熔点测定装置2、熔点测定基本操作：样品的填装：取样品0.10.2g的样品，放在干净的表面皿上，用玻璃棒研成粉末，将毛细管的开口插入样品堆中，使样品挤入管内，把开口端向上，通过一根直立于玻璃片的玻璃管，自由落下，重复以上操作几次，直到样品的高度在23mm为止。熔点测定的方法：1）粗测：先在快速加热下，测定化合物的大概熔点；2）准确测定：冷却熔点测定管的温度下降低于熔点30，换一根熔点测定管，慢慢加热，大约5/min，当热浴温度接近熔点约15，应该立即减缓加热的速度，2/min；接近熔点时，0.5/min速度为好，观察毛细管中样品的变化，记录样品开始塌陷的温度；开始融化的温度和完全融化的温度，以及样品的颜色变化。（九）沸点测定：1、蒸馏方法：a、加料：通过长颈漏斗加入待蒸馏的液体；或沿着面对支管的烧瓶颈壁小心加入，并加入止爆剂（碎磁片或沸石，人工沸石）；b、加热：通入冷凝水（由下到上），小火加热，再慢慢加热使液体沸腾，调节火焰，使蒸馏的速度12滴/s，蒸馏过程中温度计的读数就是液体的沸点，读数，维持原有的加热速度，当不再有馏出液或温度突然下降，就停止加热。C、拆装置：先停止加热，再停止通冷凝水，从右向左，从上到下的顺序。2、微量法：取一根内径34mm、长78cm的毛细管，用小火封闭一端，作为沸点测定的外管，放入待测定沸点的液体45滴，放入一根长89cm，内径1mm的上端封闭的毛细管，微量沸点测定管紧贴在温度计水银球的中心，并浸入液体，象熔点测定一样加热，由于气体膨胀，管内的气体断断续续的小气泡冒出，达到样品沸点时，将出现一连串的气泡，停止加热，温度下降，气泡溢出的速度下降，最后一个气泡出现而浴缩回管内的瞬间，即表示毛细管内的气压和和大气压平衡，此时的温度是液体的沸点。（十）折光率的测定：1、 折射仪的原理：折射原理。2、 折光率的测定的基本操作：1）将折射仪置于洁净的桌面上，和电动恒温水浴连接调节自己所需要的温度，通常为20或25；2）将被测液体2-3d，均匀地置于磨沙面棱镜上，关紧棱镜，转动反光镜使光线进入；3）先轻轻转动左面的刻度盘，并在右面的镜筒内找到明确分界线或彩色光带，再转动消色散镜，使看到一条明显的清晰的分界线；4）再转动左边的刻度盘，使分界线对准叉线的中心，读数，记录；5）重复1-2次；6）迅速擦洗棱镜。二、 分离和提纯的定义1、分离：分离是将两种或两种以上的混合物中其中一种物质分出的一种基本操作，一般被分出的物质还含有少量的杂质，需要进一步提纯。具体可用以下公式表示：A， B：表示混合物，其中含有主要组分A和B；A（B）：表示主要组分A，其中含有少量杂质B；B（A）：表示主要组分B，其中含有少量杂质A；所以经过简单分离后可以得到A（B）和B（A），即主要组分A中含有少量杂质B，主要组分B中含有少量杂质A，只要再进一步提纯A（B）和B（A），就可以得到纯净的化合物A和B。2、提纯：一般是指把主要组分中含有少量杂质除去，或进一步把主要组分分离得到纯净化合物的过程。可以使用以下图示表示：A（B）：表示主要组分A，其中含有少量杂质B；A 表示单一组分三、 分离的方法对于物质在常温常压下的状态不同，分离的方法也不相同，假设只有A，B两种化合物组成的混合物，可以简单分成以下几种情况：（一）A（l）和B（s）即混合物中化合物A为液体，化合物B为固体。1、如AB不互相溶解，可以通过简单的过滤的操作分离，即采用布氏漏斗和循环水泵，减压抽滤，固体B留在布氏漏斗中的滤纸上，而液体A在抽滤瓶中，从而实现A（l）和B（s）的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：2、如AB互相溶解，可以通过简单的蒸馏的操作分离，即采用蒸馏的方法将化合物A从化合物中蒸出，而B保留在残液中，从而实现A（l）和B（s）的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：（二）A（l）和B（l）即混合物中化合物A为液体，化合物B为液体。1、如AB不互相溶解，可以通过简单的分液操作实现分离，即将混合物放入分液漏斗中，由于AB不互相溶解，在分液漏斗中分层，小心分出下层溶液，上层的溶液保留在分液漏斗中而实现分离。具体的过程可以使用以下图示表示：2、如AB互相溶解，且沸点相差较大，至少相差30，可以通过简单的蒸馏的操作分离，即采用蒸馏的方法将沸点较低的化合物从混合物中蒸出，而沸点较高的化合物保留在残液中，从而实现A（l）和B（l）的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：3、如AB互相溶解，且沸点相差较小，可以通过简单的分馏的操作分离，即采用分馏的方法将沸点较低的化合物从混合物中蒸出，而沸点较高的化合物保留在残液中，从而实现A（l）和B（l）的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：（三）A（s）和B（s）即混合物中化合物A为固体，化合物B也为固体。1、 A（s）和B（s）的极性相差很大，即可以利用化合物AB在同一种溶剂中的溶解度不同，通过重结晶方法，首先分离出溶解度较小的化合物，在除去溶剂得到另外一种物质，具体的过程可以使用以下图示表示：2、A（s）和B（s）的极性相差很小，只有通过柱层析的方法分离，根据化合物AB在同一种展开剂中的Rf值不同，Rf值较小的化合物首先被淋洗下来，Rf值较大的化合物随后出来，从而实现A（s）和B（s）的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：（四）分离通法只要化合物AB在同一种展开剂中的Rf值不同，一般AB为固体或沸点较高的液体，都可以通过柱层析的方法分离，Rf值较小的化合物首先被淋洗下来，Rf值较大的化合物随后出来，从而实现A和B的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：四、 提纯的方法1、液体液体的提纯方法主要为蒸馏，对于沸点较低的化合物，通过普通的蒸馏的方法提纯；对于沸点较高或在达到沸点容易分解的物质，可以通过减压蒸馏的方法提纯，具体方法如下：2、固体固体化合物的提纯方法主要为重结晶，即可以利用化合物AB在同一种溶剂中的溶解度不同，通过重结晶方法，首先分离出溶解度较小的化合物，在除去溶剂得到另外一种物质，具体的过程可以使用以下图示表示：3、提纯通法只要化合物AB在同一种展开剂中的Rf值不同，一般AB为固体或沸点较高的液体，都可以通过柱层析的方法分离，Rf值较小的化合物首先被淋洗下来，Rf值较大的化合物随后出来，在整除溶剂从而实现A和B的分离，具体的过程可以使用以下图示表示：五、分离和提纯的设计思想简单的混合物AB体系，为了实现化合物A和B的完全分离，实验中通常通过使化合物A和B处于不同的相，例如A和B分别处于有机和无机相（水相），因为多数的有机化合物和水不互相溶解，从而实现A和B的绝对分离，但并不是所有的化合物都能够实现相的转化，而且改变以后，还要能够顺利再转变为有机相，既平时所说的A（有机）到B（无机）再到A（有机）的过程。具体过程如下所示：1、有机酸（包括羧酸，酚，硫醇）的分离：有机酸为酸性物质，可以和碱反应，转变成相映的有机酸盐，可以溶解于水，从而转变成无机相，分离后只要加入无机的酸酸化，即可有重新转变成有机酸，具体流程如下：2、有机碱（胺）的分离有机碱为酸性物质，可以和酸反应，转变成相映的有机酸盐，可以溶解于水，从而转变成无机相，分离后只要加入无机的碱酸化，即可有重新转变成有机碱，具体流程如下：3、醛的分离利用醛可以和饱和的亚硫酸氢钠反应，生成羟基硫酸盐（无机盐），不溶解于饱和的亚硫酸氢钠水溶液，通过简单的过滤，分离后加入无机酸酸化，即可有重新转变成相应的醛。具体流程如下：六、分离和提纯设计性实验举例例题1：分离和提纯苯胺（l）和甲苯（l）例题2：分离和提纯苯甲酸和甲苯例题3：如何分离和提纯苯胺，甲苯，苯甲醛和苯甲酸七、化合物纯度的检验（一）、熔点的测定：1、纯净化合物熔点的熔间距在0.5C，实际20C m.p.120 C, 熔间距在1C;120C m.p.220 C, 熔间距在2C;220C m.p.320 C, 熔间距在3C;2、已知化合物的熔点可以和文献值比较。（二）、沸点的测定1、 纯净化合物沸点范围很小0.51C；2、已知化合物的沸点可以和文献值比较。（三）、折光率的测定：已知化合物的折光率可以和文献值比较。（四）、旋光度的测定：已知化合物的旋光度可以和文献值比较。（五）、TLC检测TLC检测后a：在紫外光（波长256nm和365nm）下观察，显示只有一个点；b：放入碘缸数分钟后取出观察，显示只有一个点，则表明该物质为纯净物。（六）、红外光谱的测定通过红外光谱和文献的红外光谱的数据比较，可以判断化合物是否和已知化合物相同，特别是指纹区，如基本一致，还有其他峰出现，可能为杂质峰，也可以初步判断化合物的纯度。（七） 、核磁共振光谱的测定通过核磁共振光谱和文献的核磁共振光谱的数据比较，可以判断化合物是否和已知化合物相同，如基本一致，还有其他峰出现，可能为杂质峰，也可以初步判断化合物的纯度。另外可以通过积分值判断样品的纯度，如积分面积经过换算以后，氢的数目远远小于1，而经过重氢交换实验，又不是活泼氢，可以判断为杂质峰。(八)、质谱的测定通过质谱和文献的质谱的数据比较，可以判断化合物是否和已知化合物相同，特别是分子离子峰，如基本一致，还有其他峰出现，可能为杂质峰，也可以初步判断化合物的纯度。（九）、元素分析的测定元素分析是检验化合物纯度的最精确的方法，首先计算该化合物的分子式和每种元素的理论含量（%），和元素分析仪测定值比较，在3范围内可以判断和理论值一致，可以判断该物质为纯净物。八、附录附录1.常用元素的原子量附录2. 常用有机溶剂的常数序号名称分子式分子量沸点折光率比重水溶性1无水乙醇C2H6O46.0778.51.36110.7893溶295%乙醇C2H6O46.0778.10.816溶3丙酮C3H6O58.0856.21.35880.7899溶4乙醚C4H10O74.1234.511.35260.7138微溶5甲醇CH4O3265.151.32880.7914溶6苯C6H678.1180.11.50110.8765不溶7甲苯C7H892.13110.61.49610.8669不溶8乙酸乙酯C4H8O288.1077.061.37230.9003微溶9冰醋酸C2H4O260.05117.91.37181.0492溶10四氯化碳CCl4153.8476.541.46071.5940不溶11氯仿CHCl3119.3961.71.44591.4832不溶12二氯甲烷CH2Cl284.9440-411.42441.3255不溶13二氯乙烷C2H4Cl298.9683.41.44481.2531不溶14戊烷C5H1272.1536.11.35770.6264不溶15己烷C6H1486.17691.3750.660不溶16环己烷C6H1284.1680.71.42640.7781不溶17石油醚30-1200.625-0