减压过滤、热过滤和重结晶

2 减压过滤 减压过滤也称吸滤或抽滤 其装置如图 2 40 所示 水泵带走空气让吸滤瓶中压力 低于大气压 使布氏漏斗的液面上与瓶内形成压力差 从而提高过滤速度 在水泵和吸滤 瓶之间往往安装安全瓶 以防止因关闭水阀或水流量突然变小时自来水倒吸人吸滤瓶 如 果滤液有用 则被污染 布氏漏斗通过橡皮塞与吸滤瓶相连接 橡皮塞与瓶口间必须紧密不漏气 吸滤瓶的 侧管用橡皮管与安全瓶相连 安全瓶与水泵的侧管相连 停止抽滤或需用溶剂洗涤晶体时 先将吸滤瓶侧管上的橡皮管拔开 或将安全瓶的活塞打开与大气相通 再关闭水泵 以免 H2O 倒流人吸滤瓶内 布氏漏斗的下端斜口应正对吸滤瓶的侧管 滤纸要比布氏漏斗内径 略小 但必须全部覆盖漏斗的小孔 滤纸也不能太大 否则边缘会贴到漏斗壁上 使部分 溶液不经过过滤 沿壁直接漏人吸滤瓶中 抽滤前用同一溶剂将滤纸润湿后抽滤 使其紧 贴于漏斗的底部 然后再向漏斗内转移溶液 热溶液和冷溶液的过滤都可选用减压过滤 若为热过滤 则过滤前应将布氏漏斗放 人烘箱 或用电吹风 预热 抽滤前用同一热溶剂润湿滤纸 析出的晶体与母液分离 常用布氏漏斗进行减压过滤 为了更好地将晶体与母液分 开 最好用清洁的玻璃塞将晶体在布氏漏斗上挤压 并随同抽气尽量除去母液 结晶表面 残留的母液 可用很少量的溶剂洗涤 这时抽气应暂时停止 把少量溶剂均匀地洒在布氏 漏斗内的滤饼上 使全部结晶刚好被溶剂覆盖为宜 用玻璃棒或不锈钢刮刀搅松晶体 勿把 滤纸捅破 使晶体润湿 稍候片刻 再抽气把溶剂抽干 如此重复两次 就可把滤饼洗涤 干净 从漏斗上取出结晶时 为了不使滤纸纤维附于晶体上 常与滤纸一起取出 待干燥 后 用刮刀轻敲滤纸 结晶即全部下来 过滤少量的晶体 可用玻璃钉漏斗或小型多孔板漏 斗以吸滤管代替吸滤瓶 见图 2 41 对玻璃钉漏斗 滤 纸应较玻璃钉的直径稍大 对多孔板漏斗 滤纸应以恰好 盖住小 孔为宜 滤纸先用溶剂润湿 再用玻璃棒或刮刀挤压使滤 纸的边沿紧贴于漏斗上 然后进行过滤 3 热过滤 如果不希望溶液中的溶质在过滤时留在滤纸上 这时就要趁热进行过滤 热过滤装置如图 2 42 所示 热过滤的方法有以下几种 1 少量热溶液的过滤 可选一颈短而粗的玻璃漏斗放在烘箱中预热后使用 在漏斗 中放一折叠滤纸 1 其向外的棱边应紧贴于漏斗壁上 见图 2 42 b 使用前先用少量热 溶剂润湿滤纸 以免干燥的滤纸吸附溶剂使溶液浓缩而析出晶体 然后迅速倒液 2 用表 面皿盖好漏斗 以减少溶剂挥发 2 如过滤的溶液量较多 则应选择保温漏斗 保温漏斗是一种减少散热的夹套式漏 斗 其夹套是金属套内安装一个长颈玻璃漏斗而形成的 见图 2 42 a 使用时将热水 通 常是沸水 倒入夹套 加热侧管 如溶剂易燃 过滤前务必将火熄灭 漏斗中放人折叠滤纸 1 用少量热溶剂润湿滤纸 3 立即把热溶液分批倒人漏斗 2 不要倒得太满 也不要等 滤完再倒 未倒的溶液和保温漏斗用小火加热 保持微沸 热过滤时一般不要用玻璃棒引 流 以免加速降温 接受滤液的容器内壁不要贴紧漏斗颈 以免滤液迅速冷却析出晶体 晶体沿器壁向上堆积 堵塞漏斗口 使之无法过滤 若操作顺利 只会有少量结晶在滤纸上析出 可用少量热溶剂洗下 也可弃之 以 免得不偿失 若结晶较多 可将滤纸取出 用刮刀刮回原来的瓶中 重新进行热过滤 滤 毕 将溶液加盖放置 自然冷却 进行热过滤操作要求准备充分 动作迅速 注释 1 滤纸的折叠方法如下 如图 2 43 将圆滤纸折成半圆形 再对折成圆形的四分之一 以 1 对 4 折出 5 3 对 4 折 出 6 如图 a 1 对 6 和 3 对 5 分别再折出 7 和 8 如图 b 然后以 3 对 6 1 对 5 分 别折出 9 和 10 如图 c 最后在 1 和 10 10 和 5 5 和 7 9 和 3 间各反向折叠 稍压紧如同折扇 见图 d 打开滤纸 在 1 和 3 处各向内折叠一个小折面 如图 e 折叠时在近滤纸中心不可 折得太重 因该处最易破裂 使用时将折好的滤纸打开后翻转 放入漏斗 2 溶液叨勿对准滤纸底尖倒下去 因底尖无所依托 极易被冲破 3 习惯上不必润湿滤纸 因通常溶剂的用量略偏多 2 7 2 重重 结结 晶晶 一 实验原理一 实验原理 从制备或自然界得到的固体化合物 往往是不纯的 重结晶是提纯固体化合物常用 的方法之一 固体化合物在溶剂中的溶解度随温度变化而改变 一般温度升高溶解度增加 反之 则溶解度降低 如果把固体化合物溶解在热的溶剂中制成饱和溶液 然后冷却至室温或室 温以下 则溶解度下降 原溶液变成过饱和溶液 这时就会有结晶固体析出 利用溶剂对 被提纯物质和杂质的溶解度的不同 使杂质在热过滤时被滤除或冷却后留在母液中与结晶 分离 从而达到提纯的目的 重结晶适用于提纯杂质含量在 5 以下的固体化合物 杂质含量过多 常会影响提 纯效果 须经多次重结晶才能提纯 因此 常用其它方法如水蒸气蒸馏 萃取等手段先将 粗产品初步纯化 然后再用重结晶法提纯 二 操作步骤二 操作步骤 1 溶剂的选择正确地选择溶剂是重结晶操作的关键 适宜的溶剂应具备以下条件 1 不与待提纯的化合物起化学反应 2 待提纯的化合物温度高时溶解度大 温度低或室温时溶解度小 3 对杂质的溶解度非常大 留在母液中将其分离 或非常小 通过热过滤除去 4 得到较好的结晶 5 溶剂的沸点不宜过低 也不宜过高 过低则溶解度改变不大 不易操作 过高则 晶体表面的溶剂不易除去 6 价格低 毒性小 易回收 操作安全 选择溶剂时可查阅化学手册或文献资料中的溶解度 根据 相似相溶 原理选择 如没有充足的资料可用实验方法来确定 选择溶剂的具体实验方法 取 0 1 g 结晶固体于试管中 用滴管逐滴加入溶剂 并不断振荡 待加入溶剂约为 1 mL 时 注意观察是否溶解 若完全溶解或间接加热至沸完全溶解 但冷却后无结晶析出 表明该溶剂是不适用的 若此物质完全溶于 1 mL 沸腾的溶剂中 冷却后析出大量结晶 这种溶剂一般认为是合适的 如果试样不溶于或未完全溶于 1 mL 沸腾的溶剂中 则可逐 步添加溶剂 每次约加 0 5 mL 并继续加热至沸 当溶剂总量达 4mL 加热后样品仍未 全溶 注意未溶的是否是杂质 表明此溶剂也不适用 若该物质能溶于 4 mL 以内热溶剂中 冷却后仍无结晶析出 必要时可用玻璃棒摩擦试管内壁或用冷水冷却 促使结晶析出 若 晶体仍不 能析出 则此溶剂也是不适用的 按上述方法对几种溶剂逐一试验 比较 可选出较为理想的重结晶溶剂 常用的重 结晶溶剂见表 2 2 当难以选出一种合适溶剂时 常使用混合溶剂 混合溶剂一般由两种 彼此可互溶的溶剂组成 其中一种对待提纯物质溶解度较大 另一种则较小 常用的混合 溶剂有 C2H5OH H2O C2HsOH C2H5 2O C2HsOH CH3COCH3 C2H5 2O 石油醚 C6H6 石油醚等 混合溶剂的适当比例 如果没有数据 可以这样试配 将混合物溶解于适当的易溶 溶剂中 趁热过滤以除去不溶性杂质 然后逐渐加入热的难溶溶剂直到出现混浊状 加热 混浊溶液使其澄清透明 再加入热的难溶溶剂至混浊后再加热澄清 最后 即使加热溶液 仍呈混浊状 这时再力口很少量易溶溶剂 使其刚好变透明为止 将此热溶液慢慢冷却即 有结晶析出 2 热溶液的制备 将称量好的样品放于烧杯内 加入比计算量稍少些的选定溶剂 加热煮沸 若未完 全溶解 可分批添加溶剂 每次均应加热煮沸 直至样品溶解 如果溶剂易燃 须熄火后 方能添加 如果用的是有机溶剂 需安装回流装置 1 见图 2 17 在重结晶中 若要得到比较纯的产品和比较好的收率 必须十分注意溶剂的用量 溶剂的用量需从两方面考虑 既要防止溶剂过量造成溶质的损失 又要考虑到热过滤时 因溶剂的挥发 温度下降使溶液变成过饱和 造成过滤时在滤纸上析出晶体 从而影响收 率 因此溶剂用量不能太多 也不能太少 一般比需要量多 15 20 左右 3 脱色 溶液若含有带色杂质时 可加入适量活性炭脱色 活性炭可吸附色素及树脂状物质 使用活性炭应注意以下几点 1 加活性炭以前 首先将待结晶化合物加热溶解在溶剂中 2 待热溶液稍冷后 加入活性炭 搅拌 使其均匀分布在溶液中 再加热至沸 保 持微沸 5 10min 切勿在接近沸点的溶液中加入活性炭 以免引起暴沸 3 加入活性炭的量视杂质多少而定 一般为粗品质量的 l 一 5 加入量过多 活 性炭将吸附一部分纯产品 加入量过少 若仍不能脱色可补加活性炭 重复上述操作 过 滤时选用的滤纸要紧密 以免活性炭透过滤纸进入溶液中 若发现透过滤纸 加热微沸后 应换好滤纸重新过滤 4 活性炭在水溶液中或在极性溶剂中进行脱色效果最好 也可在其它溶剂中使用 但在烃类等非极性溶剂中效果较差 除用活性炭脱色外 也可采用层析柱来脱色 如氧化铝吸附色谱等 4 热过滤 为了除去不溶性杂质必须趁热过滤 热过滤装置及操作 见 2 7 1 过滤中的有关 部分 5 结晶的析出 将上述热过滤后的溶液静置 自然冷却 结晶慢慢析出 结晶的大小与冷却的温度 有关 一般迅速冷却并搅拌 往往得到细小的晶体 表面积大 表面吸附杂质较多 如将 热滤液慢慢冷却 析出的结晶较大 但往往有母液和杂质包在结晶内部 因此要得到纯度 高 结晶好的产品 还需要摸索冷却的过程 但一般只要让热溶液静置冷却至室温即可 有时遇到放冷后也无结晶析出 可用玻璃棒在液面下摩擦器壁或投入该化合物的结晶作为 晶种 促使晶体较快地析出 也可将过饱和溶液放置冰箱内较