结晶原理及操作

结晶原理和操作1.定义：利用纯化物质和杂质在同一溶剂中溶解度的显著差异来分离纯化物质和杂质的操作称为重结晶。从自然界提取或通过有机化学反应合成的固体有机化合物通常含有少量杂质。去除杂质最有效的方法是用合适的溶剂重结晶，这是纯化固体有机化合物最常用的方法。大多数固体有机物在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增加，随着温度的降低而降低。重结晶利用这一原理将有机物溶解在热溶剂中。制备接近饱和的热溶液，趁热过滤，除去不溶性(在溶剂中溶解度小)杂质，然后冷却溶液，使有机物重结晶并析出，并与可溶于冷溶剂(在溶剂中溶解度大)的杂质分离。这是重结晶操作。经过一次或多次重结晶操作后，固体有机物的纯度可以大大提高。重结晶的一般过程如下：选择合适的溶剂将固体有机物溶解在加热饱和溶液中热过滤脱色除杂冷却沉淀晶体抽滤洗涤干燥。2.基本操作：(1)溶剂选择：选择合适的溶剂是重结晶的关键之一。合适的溶剂必须满足以下条件：a、不与净化后的有机物发生化学反应；纯化后的有机物在溶剂中的溶解度随温度变化明显此外，在热溶剂中的溶解度大，而在冷溶剂中的溶解度小。c、杂质的溶解度很大(当纯化物质结晶出来时杂质保留在母液中)或很小(纯化物质溶解在溶剂中，但杂质不溶，通过热过滤除去)；d、溶剂沸点适中，沸点过低，纯化物质在溶剂中的溶解度变化不大；当它太高时，附着在晶体表面的溶剂很难通过干燥除去。e、廉价易得、低毒、易回收。溶剂的选择应基于“相似相溶解”的原则。溶质通常可溶于具有相似结构的溶剂中。极性溶剂溶解极性固体，非极性溶剂溶解非极性固体。具体的选择可以通过查阅相关的化学手册或通过实验来确定。(2)固体溶解：待纯化的固体有机物的溶解通常在窄颈容器如锥形瓶或圆底烧瓶中进行，并且通常不在宽颈容器如烧杯中进行，因为在锥形瓶中，瓶口较小，溶剂不挥发，并且容易振荡。溶解时，首先将待纯化的固体有机物放入锥形瓶中，加入比理论计算量稍少的溶剂(因为它含有杂质，溶解所需的溶剂量较少)，加热至微沸，振荡，如果有固体未溶解，加入少量溶剂，继续加热振荡，直到烧瓶中的固体不再溶解(当它含有不溶杂质时，加入足够量的溶剂杂质仍不溶)。)或完全溶解(无不溶性杂质)，最后加入20%的计算量的溶剂(稀释溶液以防止由于溶剂挥发和热过滤过程中的温度下降而结晶)，并振荡以制备热的接近饱和的溶液。(3)去除杂质脱色：如果热溶液是有色的，表明其中有有色杂质。活性炭可用于脱色以去除有色杂质。脱色操作：煮沸的溶液稍微冷却后，加入活性炭，加热煮沸几分钟，然后趁热过滤除去活性性木炭，获得无色溶液。注意：不能向沸腾的热溶液中加入活性炭以避免沸腾。活性炭的量取决于溶液的颜色，通常是固体粗产品的110%。加入过量的活性炭会吸附产品并造成损失。加热和沸腾时间一般为5-10分钟。b、热过滤：如果待活性炭重结晶或脱色的有机热溶液中有不可溶杂质，则杂质或活性炭须使用菊花状的折叠滤纸来增加过滤面积和速度。4.结晶：通过热过滤获得的滤液自然冷却，晶体逐渐沉淀。在结晶过程中，如果溶液快速冷却或摇动，沉淀的晶体颗粒太小，晶体表面积大。吸附的杂质越多，纯度越低。因此，溶液应缓慢冷却并静置，以获得具有较大颗粒的晶体。但是晶体颗粒不能太大，否则晶体含有大量母液，产品纯度太低，也给干燥带来困难。当看到大晶体形成时，及时轻轻摇动它们，形成均匀的小晶体。如果溶液冷却后没有晶体沉淀，可用玻璃棒摩擦装置壁，或用冰水冷却以促进晶体形成。5.抽滤：结晶完成后，过滤将结晶从母液中分离出来，在母液中留下溶解度大的杂质。通常，过滤是通过抽吸过滤进行的，因为抽吸过滤速度快，母液可以被吸干以获得高纯度的产品。抽滤装置由布氏漏斗、抽滤瓶、缓冲瓶和真空泵组成。当布氏漏斗插入吸滤瓶时，漏斗下端的倾斜开口应与吸滤瓶的分支开口相对；漏斗中放有一张圆形滤纸。滤纸的直径应小于漏斗的内径，但必须能够完全覆盖所有小孔。抽滤前，用少量溶剂湿润滤纸，并将其吸紧。缓冲瓶的功能是调节系统压力并防止反吸。在抽滤过程中，晶体和母液首先被转移到布氏漏斗中，以便晶体均匀地分布在滤纸上。用少量溶剂洗去粘附在溶解器壁上的晶体，并倒入漏斗中。晶体被吸力吸干。用玻璃棒挤压晶体以尽可能多地除去母液。用少量溶剂洗涤晶体，并继续泵送干燥。抽滤结束时，应先打开缓冲瓶上的旋塞放气，内外压力平衡后关闭真空泵。6.晶体的干燥：少量溶剂被吸附在通过抽滤获得的晶体表面上，必须干燥并除去溶剂以获得纯产品。干燥法通常用于干燥固体有机物。让晶体干燥，干燥后除去晶体，用玻璃棒轻轻敲打滤纸，使所有粘附在滤纸上的晶体脱落。2.结晶步骤：1、固体溶解：称取待提纯的粗己二酸g(或乙酰苯胺3g)，放入锥形瓶中，加入1毫升水(50毫升水，理论计算用水量为55毫升)，加热至沸腾，振荡，如果固体不能完全溶解，则分批加入少量水，每次23ml，加热煮沸，振荡，直到固体完全溶解或不再溶解，记录加入的水量，然后20%过量的水，加热至微沸。2.脱色：热溶液稍凉后，加入0.10.5g活性炭，边加热边搅拌，煮沸5-10分钟。3.热过滤：将热水注入金属漏斗，放在铁环上，用酒精灯加热侧管，将短颈玻璃漏斗放入金属漏斗，将折叠的菊花滤纸放在玻璃漏斗上，预热一段时间。用少量热水湿润并过滤纸，然后将沸腾的热溶液倒入漏斗并过滤，每次倒少量，过滤几次，并继续加热瓶中剩余的溶液，使其保持轻微沸腾。