分离精制课时PPT课件

.,1,提取、分离、纯化的技术线路与目的：,简介,.,2,二）天然产物的分离与精制,常用方法和原理：1.根据物质溶解度差别进行分离2.根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离3.根据物质的吸附性差别进行分离4.根据物质分子大小进行分离5.根据物质解离程度不同进行分离,.,3,利用不同温度，不同溶解度。如：结晶，重结晶加入另一溶剂，改变混合剂的极性，使一部分沉淀析出溶剂沉淀对酸、碱或两性有机化合物，常加酸碱来调节PH值，改变分子存在状态（游离型或离解型），从而改变溶解度而实现分离沉淀剂沉淀酸或碱性的化合物可通过加入沉淀剂，使之生成不溶性的盐类析出。盐析沉淀,1.根据物质溶解度差别进行分离,前述提取方法已有部分内容！,.,4,影响结晶的因素：结晶用溶剂的选择（1）要对被结晶成分热时溶解度大、冷时溶解度小；对杂质或冷热时都溶解，或冷热时都不溶解。（2）与被结晶成分不发生化学反应。（3）沸点不宜太高。,结晶法,提取或分离物溶于选择的溶剂，加热成饱和溶液，过滤溶液放置（冷藏）析晶，过滤粗结晶重复上述操作（重结晶）结晶,.,5,结晶、重结晶和分步结晶法,目的：精制制备单体！鉴定中草药化学成分，研究其化学结构，必须首先将中草药成分制备成单体纯品。研究中草药化学成分时，一旦获得结晶，就能有效地进一步精制成为单体纯品。,原理？,一般，中草药化学成分在常温下多半是固体的物质，都具有结晶的通性，可以根据溶解度的不同用结晶法来达到分离精制的目的大多是可行的。,问题：举例说说我们日常生活中最常见的结晶物质！,.,6,重结晶及分步结晶操作方法,重结晶法?分步结晶法或分级结晶法?注意：分步结晶法各部分所得结晶，其纯度往往有较大的差异，但常可获得一种以上的结晶成分，在未加检查前不要贸然混在一起。,有机化学实验！自学！,.,7,结晶纯度的判定,方法：检查有无均匀一致的晶形，有无明确、敏锐的熔点（熔距一般为1-2，有的要求0.5左右）及色谱法。,其中色谱法包括：薄层色谱、高压液相色谱、气相层析等，均有助于检识结晶样品的纯度。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫花素及一些与糖结合的苷类化合物。,色谱？,.,8,色谱法检查结晶纯度常用重要方法,薄层层析或纸层层析法经数种不同展开剂系统检定（一个斑点）高压液相或气相层析：单峰,薄层层析或纸层层析,色谱？后续学习：非常重要！,.,9,甾体皂苷、三萜皂苷,胆甾醇,甾体皂苷,分级沉淀法,盐析法,沉淀法是在天然产物或中草药提取液中加入某些试剂使产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质的方法。主要有：,此处应用了前述希望大家记住的常用沉淀试剂！希望前后结合学习！,.,10,专属试剂沉淀法,如在生物碱盐的溶液中，加入某些生物碱沉淀试剂，则生物碱生成不溶性复盐而析出。水溶性生物碱难以用萃取法提取分出，常加入雷氏铵盐使生成生物碱雷氏盐沉淀析出。又如橙皮甙、芦丁、黄芩甙、甘草皂甙均易溶于碱性溶液，当加入酸后可使之沉淀析出。可以用明胶、蛋白溶液沉淀鞣质；胆甾醇也常用以沉淀洋地黄皂甙等。,原理!,实例！,.,11,、分别悬浮于水或烯醇中通入HS气体，滤去PbS，分别作药理或进一步分离。从中药葛根分得葛根素、大豆苷、大豆素等异黄酮。,例铅盐沉淀法,原理？,实例！,.,12,分级沉淀法,水醇沉淀法：水提取醇沉淀法，于水提浓缩液中加入乙醇使含醇量达60%以上，可使多糖、蛋白质沉淀。醇提取水沉淀法，于醇提取浓缩液中最好加入10倍量以上水，可沉淀亲脂性成分以上沉淀法可根据中草药有效成分和杂质的性质，适当选用。,.,13,实例！,.,14,醇/丙酮（醚法）,例试剂/溶剂沉淀法,.,15,.酸碱沉淀法(也属于分级沉淀)：酸/碱法(酸提取碱沉淀):生物碱的提取分离。碱/酸法(碱提取酸沉淀):酚、酸类成分和内酯类成分，如黄酮、香豆素、蒽醌酚酸类,原理？,自找及理解实例加以强化学习？,.,16,盐析法,盐析法是在中草药的水提液中、加入无机盐至一定浓度，或达到饱和状态，可使某些成分在水中的溶解度降低沉淀析出，而与水溶性大的杂质分离。常用作盐析的无机盐：氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵等。,例如三七的水提取液中加硫酸镁至饱和状态，三七皂甙乙即可沉淀析出。有些成分如原白头翁素、麻黄碱、苦参碱等水溶性较大，在提取时，亦往往先在水提取液中加入一定量的食盐，再用有机溶剂萃取。,原理？简单？,.,17,二）天然产物的分离与精制,常用方法和原理：1.根据物质溶解度差别进行分离2.根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离3.根据物质的吸附性差别进行分离4.根据物质分子大小进行分离5.根据物质解离程度不同进行分离,第2-5种：色谱操作方法应用最广！,色谱法：后续介绍！,.,18,萃取分离,关键点：溶剂萃取,方法,概念、原理、方法,2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,溶剂萃取简单方法逆流分溶法溶剂萃取其它特殊方法1.索氏萃取（提取）2.微波萃取,.,19,溶剂萃取(Solventextraction)法,萃取法定义（原理）：利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度或分配系数（K）的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法例如，用四氯化碳从碘水中萃取碘，就是采用萃取的方法。通常：指物质由水相转入另一与水相不互溶的有机相后实现分离的方法。,“运载工具”,.,20,萃取法分配系数（K）的计算：,溶剂分配法的两相往往是互相饱和？的水相与有机相。各成分在两相中分配系数相差越大，则分离效果越高。,萃取分离特点：简便、快速、应用广,.,21,有机物（包括一些在水中不离解的非极性的共价化合物）的萃取原理适用于“相似相溶原理”。体现在：,萃取使用原则,了解有机物的溶解规律选择萃取有机物的溶剂,.,22,1.如果在水提取液中的有效成分是亲脂性的物质，一般多用亲脂性有机溶剂，如苯、氯仿或乙醚进行两相萃取。2.如果有效成分是偏于亲水性的物质，在亲脂性溶剂中难溶解，就需要改用弱亲脂性的溶剂，例如乙酸乙酯、丁醇等。如，提取黄酮类成分时，多用乙酸乙脂和水的两相萃取。提取亲水性强的皂甙则多选用正丁醇、异戊醇和水作两相萃取。,萃取溶剂选择细则：,体现“相似相溶原理”。,.,23,3.还可以在氯仿、乙醚中加入适量乙醇或甲醇以增大其亲水性。但注意：一般有机溶剂亲水性越大，与水作两相萃取的效果就越不好，因为能使较多的亲水性杂质伴随而出，对有效成分进一步精制影响很大。,萃取溶剂选择细则：,.,24,1.协同效应与协同萃取体系,在溶剂萃取过程中，用两种或两种以上萃取剂的混合物萃取某些金属离子时，其分配比（D协同）明显地大于在相同条件下单独使用每一种萃取剂时分配比之和（D1+D2）,即D协同（D1+D2）。这种现象称为协同效应。具有协同效应的萃取体系称为协同萃取体系。学会运用协同萃取体系！,萃取操作中还须关注的要点：,.,25,3.乳浊液的形成及其消除在萃取过程中，由于剧烈振荡等原因，可能出现乳浊液现象，造成分层困难影响萃取效果。如何防止或处理该现象？,2.洗涤、反萃取和解萃：萃取要进行高效、彻底，“洗涤、反萃取和解萃”是必须掌握的操作手段！如何进行？,.,26,液-液萃取与分配系数K值两种不相溶的溶剂置于分液漏斗中振摇，放置后分为两相，如此时含有溶质，则溶质在两相中的分配比（K）在一定温度和压力下为一常数：K=CU/CLCU-溶质在上相溶剂中的浓度CL-溶质在下相溶剂中的浓度,萃取关键因素,.,27,分离难易与分离因子分离因子表示A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。即：=KA/KB(注：KAKB)100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；10010,萃取10-12次2，须100次以上萃取才基本分离1,不能分离,.,28,值有助于选择恰当的萃取方法：一般，50，简单萃取50，采用逆流分溶法？,值的获取：1.知道分配比：=KA/KB(注：KAKB)2.不知道分配比，可以借助纸色谱？（PPC）求值纸色谱？物质分离纯化中：色谱法及其重要！,分配比不是分配系数，但二者有关联性！,纸色谱是分配色谱，可以借助于估算值？,.,29,分配比与PH值一般pH12,则酸性物质呈离解状态(A-)、碱性物质则呈非离解状态(B)存在。据此,可采用图2-1所示在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法,使酸性、碱性、中性及两性物质得以分离。,.,30,.,31,萃取分离,方法,溶剂萃取简单方法逆流分溶法溶剂萃取其它特殊方法1.索氏萃取（提取）2.微波萃取,.,32,简单萃取法（有机化学）,简单萃取法所用设备,如为小量萃取，可在分液漏斗中进行；如系中量萃取，可在较大的适当的下口瓶中进行。在工业生产中大量萃取，多在密闭萃取罐内进行。,.,33,简单萃取方法的优化连续萃取法,优点：克服使用分液漏斗多次萃取的麻烦采用仪器：连续萃取器形式多样！原理：利用两溶剂的相对密度不同自然分层，分散相液滴穿过连续相溶剂时发生传质。注意：选用连续萃取法时，需视所用溶剂的相对密度大于或小于被提取的水溶液相对密度的情况选用不同式样的仪器！如图！简单的连续萃取器,.,34,液液连续萃取,注意！,.,35,萃取分离,溶剂萃取简单方法逆流分溶法溶剂萃取其它特殊方法1.索氏萃取（提取）2.微波萃取,方法,.,36,逆流分溶法,液-液萃取分离中经常遇到的情况是分离因子值较小,故萃取及转移操作常须进行几十次乃至几百次。此时简单萃取已不能满足需要,而要采用逆流分溶法(countercurrentdistribution,简称CCD)。,.,37,逆流分溶法,逆流分溶法：又称逆流分配法、逆流分布法或反流分布法。利用不同物质在两个互不相溶的溶剂中溶解度不同的原理使混合物分离的方法。此法相当于多次萃取。利用此原理制成了连续、自动的逆流分溶仪。该仪器可使两种性质相似、即使分溶常数很接近的化合物，经过一定次数振摇、转移的操作，亦可达到分离的目的。用于分离抗生素、脂肪酸、蛋白质、核酸以及激素等，也用于测定溶质的分溶常数。,.,38,CCD法因为操作条件温和、试样容易回收,故特别适于中等极性、不稳定物质的分离。另外,溶质浓度越低,分离效果越好。但是,试样极性过大或过小,或分配系数受浓度或温度影响过大时则不易采用此法分离。易于乳化的萃取溶剂系统也不宜采用。,.,39,萃取分离,溶剂萃取简单方法逆流分溶法溶剂萃取其它特殊方法1.索氏萃取（提取）2.微波萃取,方法,.,40,1.液固萃取-索氏(Soxhlet)萃取,液固萃取，又称浸取或提取，是一种分离和富集某些天然产物、生化试剂和添加剂的有效手段。由于溶剂渗入固体试样内部是比较缓慢的过程，因此液固萃取需要较长的时间，一般需要连续萃取。,溶剂萃取特殊方法,.,41,索氏(Soxhlet)萃取器,固体样品,萃取剂流向：Gas:CDE(gl)Liq.:AS(ex.)BC新鲜溶剂循环萃取“静态”萃取,常将试样置于索氏萃取器中，用溶剂连续抽提，然后蒸出溶剂，便可达到含量较原试样增加上百倍的试液，有利于后续的测定。,特点：,.,42,应用索氏萃取技术用于天然化合物的提取，分析食物、药品、工业橡胶与塑料中添加剂等。例如一种高效天然的甜味剂-甜菊叶中甜菊甙分析，是把甜菊叶粉末放在索氏萃取器内，用乙醇回流进行样品提取的。应用范围较广实验室经常使用,.,43,2.溶剂/微波萃取,微波加热特性：微波辐射能够穿透一些介质，直接把能量作用到反应物上使极性分子每秒产生25亿次以上的分子旋转和碰撞。能量传递方式与传统的传导加热方式不同，不仅加热速度快，而且可控能力强，从而量化地为反应提供精确的能量。,溶剂萃取特殊方法,.,44,微波萃取是利用微波能强化溶剂萃取的效率，使固体或半固体试样中的某些有机成分与基体有效地分离，并能保持分析对象的原本化合物状态。特点：快速、节能、节省溶剂、污染小；有利于热不稳定物质，较少受被萃物极性的限制实验条件：萃取剂及用量，时间、温度和压力应用：提取土壤和沉积物中的多环芳烃等污染物；动植物中的天然产物。,实例？自学！,.,45,萃取法的发展及新技术,浊点萃取法(cloudpointextraction，CPE)：是近年来出现的一种新兴的液液萃取技术，它不使用挥发性有机溶剂，不影响环境。它以中性表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，改变实验参数引发相分离，将疏水性物质与亲水性物质分离。目前该法已成功地应用于金属螯合物、生物大分子的分离与纯化及环境样品的前处理中。,加速溶剂萃取法或加压液体萃取(pressurizedliquidextractionPLE)：是在较高的温度(50-200)和压力(1000-3000PSI)下用有机溶剂萃取固体或半固体的自动化方法。超临界流体（supercriticalfluid,SF）萃取法：？,.,46,应用,环保：从氰化物溶液中萃取有色金属氰络物一般用高分子有机胺类，如氯化三烷基甲胺（N263）、稀释剂为高碳醇、溶剂是磺化煤油。水相即是要处理的废水。在黄金行业中，用溶剂萃取法提取纯金、银已有许多研究，在国外，其成熟技术已经工业应用多年。天然产物行业：应用更广泛。,.,47,重点及讨论：？,常用方法和原理：分离与精制1.根据物质溶解度差别进行分离2.根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离已经学习的2个内容：问题？溶解度：结晶？溶剂沉淀？沉淀剂沉淀？分配系数：溶剂萃取？其中：对“相似相容法则的理解是否加深了？举例？,.,48,二）天然产物的分离与精制,常用方法和原理：1.根据物质溶解度差别进行分离2.根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离3.根据物质的吸附性差别进行分离4.根据物质分子大小进行分离5.根据物质解离程度不同进行分离,.,49,3.根据物质的吸附性差别进行分离,主要体现在固-液吸附：吸附作用在三个方面物理吸附（主要）化学吸附半化学吸附,.,50,物理吸附(physicalabsorption)也叫表面吸附,是因构成溶液的分子(含溶质及溶剂)与吸附剂表面分子的分子间力的相互作用所引起。,特点：无选择性、吸附与解吸过程可逆、可快速进行。故在实际工作中用得最广。如采用硅胶、氧化铝及活性炭为吸附剂进行的吸附色谱即属于这一类型。,.,51,化学吸附(chemicalabsorption),如黄酮等酚酸性物质被碱性氧化铝吸附,或生物碱被酸性硅胶吸附等吸附质与吸附剂之间要发生化学反应的一类吸附。特点：具有选择性、吸附十分牢固、有时甚至不可逆,故用得较少。？,.,52,半化学吸附(semi-chemicalabsorption)：如聚酰胺对黄酮类、醌类等化合物之间的氢键吸附,力量较弱,介于物理吸附与化学吸附之间的一类吸附。,.,53,物理吸附基本规律,（2）被分离的物质与吸附剂、洗脱剂共同构成吸附过程中的三要素，彼此紧密相连。,（1）物理吸附过程一般无选择性，但吸附强弱大体遵循“相似者易于吸附”的经验规律。,.,54,极性及其强弱判断,极性强弱是支配物理吸附过程的主要因素。所谓极性乃是一种抽象概念,用以表示分子中电荷不对称(asymmetry)的程度，并大体上与偶极矩(dipolemoment)、极化度（polarizability）及介电常数（dielectricconstant）等概念相对应。,.,55,（1）官能团的极性按下列官能团的顺序增强：CH2CH2，CH2=CH2，OCH3，COOR，C=O，CHO，NH2，OH，COOH,（2）化合物的极性则由分子中所含官能团的种类、数目及排列方式等综合因素所决定。,官能团？,.,56,.,57,认真理解：官能团的种类、数目、排列方式与极性！,.,58,（3）大体上溶剂极性的大小可以根据介电常数()的大小来判断。介电常数越大，则极性越大。一般溶剂的介电常数按下列顺序增大：环己烷（1.88），苯（2.29），无水乙醚（4.47），氯仿（5.20），乙酸乙酯（6.11），乙醇（26.0），甲醇（31.2），水（81.0）,.,59,1）硅胶、氧化铝因均为极性吸附剂,故有以下特点:a.对极性物质具有较强的亲和能力,极性强的溶质将被优先吸附。b.溶剂极性越弱,则吸附剂对溶质将表现出较强的吸附能力。溶剂极性增强,则吸附剂对溶质的吸附能力即随之减弱。c.溶质即使被硅胶、氧化铝吸附,但一旦加入极性较强的溶剂时,又可被后者置换洗脱下来。,常见吸附材料：,吸附柱色谱法常用于物质的分离,吸附色谱法中硅胶、氧化铝柱色谱在实际工作中用得最多。,.,60,2)活性炭因为是非极性吸附剂,对非极性物质具有较强的亲和能力,在水中对溶质表现出强的吸附能力。溶剂极性降低,则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低。故从活性炭上洗脱被吸附物质时,洗脱溶剂的洗脱能力将随溶剂极性的降低而增强。,简单吸附，如在结晶及重结晶过程中加入活性炭进行的脱色、脱臭等操作，在物质精制过程中应用很广。,简单吸附法进行物质的浓缩与精制,.,61,3)聚酰胺吸附材料：用在色谱法中,聚酰胺(polyamide)吸附属于氢键吸附,是一种用途十分广泛的分离方法,极性物质与非极性物质均可适用,但特别适合分离酚类、醌类、黄酮类化合物。,.,62,4）大孔吸附树脂,(1)大孔吸附树脂的吸附原理,大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分离材料,它的吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结果。分子筛性是由于其本身多孔性结构的性质所决定。,(2)影响吸附的因素,比表面积、表面电性、能否与化合物形成氢键,（3）大孔吸附树脂的应用,广泛应用于天然化合物的分离和富集工作中,如苷与糖类的分离、生物碱的精制。在多糖、黄酮、三萜类化合物的分离方面都有很好的应用实例。,.,63,二）天然产物的分离与精制,常用方法和原理：1.根据物质溶解度差别进行分离2.根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离3.根据物质的吸附性差别进行分离4.根据物质分子大小进行分离5.根据物质解离程度不同进行分离,.,64,4.根据物质分子大小差别进行分离,1）凝胶过滤法（Gelfiltration）,凝胶过滤法也叫凝胶渗透色谱(Gelpermeationchromatography)、分子筛过滤（molecularsievefiltration）、排助色谱（exclusionchromatography），是利用分子筛分离物质的一种方法。其中所用载体，如葡聚糖凝胶，是在水中不溶、但可膨胀的球形颗粒，具有三维空间的网状结构。,原理：分子筛原理。即利用凝胶的三维网状结构的分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。,.,65,凝胶的种类与性质,种类很多，常用的有以下两种：Sephadex-G：葡聚糖凝胶，只适用于水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质。SephadexLH-20：羟丙基葡聚糖凝胶，为SephadexG-25经羟丙基化后得到的产物。具有以下两个特点：具有分子筛特性，可按分子量大小分离物质；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用，适合于不同类型有机物的分离。应用最广。,.,66,交联葡聚糖的化学结构,使用内容在后续色谱法中介绍！,.,67,2)膜分离法,利用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为推动力，对混合物溶液中的化学成分进行分离、分级、提纯和富集。反渗透、超滤、微滤、电渗析（现代）为四大已开发应用的膜分离技术。其中反渗透、超滤、微滤相当于过滤技术。溶剂、小分子能透过膜，而大分子被膜截留。不同膜过滤被截留的分子大小有区别。如运用超滤，选用适当规格的膜可实现对中药提取液中多糖类、多肽类、蛋白质类的截留分离。透析法（经典）也属于膜分离法,经典与现代的结合！,.,68,用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的,原理,膜分离法,.,69,最简单的图示：透析,经典透析法（生化！）,透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质，达到分离的方法。透析膜有动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜（硫酸纸膜）、蛋白质胶膜、玻璃纸膜等。,.,70,膜材料,驱动力,膜结构,膜形态,分离对象,无机膜,有机膜,陶瓷膜,金属膜,聚合物膜,离子交换膜,液膜,压力差,浓度差,温度差,电场,反渗透,纳滤,超滤,微滤,压渗,气体分离,膜生物反应器,膜反应器,渗透汽化,耦合传递,载体促进传递,液膜,控制释放,膜反应器,膜萃取器,膜接触器,膜蒸馏,电渗析,电解,致密膜,对称膜,不对称膜,复合膜,液膜,固体膜,气体分离膜