合成化学PPT (2).ppt

1、合成反应的分离、表征方法与技术,2.1 分离方法与技术 2.1.1 根据溶解度差别进行分离 1 结晶和重结晶 晶体，即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。物质的结晶代表其纯度达到了相当高的程度。结晶法是分离纯化的重要方法之一，以便于对化学成分进行鉴定和分子结构研究。 （1）基本原理 结晶法是利用混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异，使所需要组分以晶体状态析出，从而达到分离精制的目的。 结晶：由非结晶状态到结晶状态。 重结晶：若晶体中还含有较多的杂质，为粗结晶，还需要适当的溶剂处理、纯化，以获得纯的结晶物质。,结晶溶剂的选择,在结晶和重结晶操作中，溶剂的选择是关系到纯化质量和回收率的

2、关键问题。选择适宜的溶剂时应注意以下几个问题： 1. 选择的溶剂应不与欲纯化的化学试剂发生化学反应。 例如脂肪族卤代烃类化合物不宜用作碱性化合物结晶和重结晶的溶剂；醇类化合物不宜用作酯类化合物结晶和重结晶的溶剂，也不宜用作氨基酸盐结晶和重结晶的溶剂。,结晶溶剂的选择,在结晶和重结晶操作中，溶剂的选择是关系到纯化质量和回收率的关键问题。选择适宜的溶剂时应注意以下几个问题： 1. 选择的溶剂应不与欲纯化的化学试剂发生化学反应。 例如脂肪族卤代烃类化合物不宜用作碱性化合物结晶和重结晶的溶剂；醇类化合物不宜用作酯类化合物结晶和重结晶的溶剂，也不宜用作氨基酸盐结晶和重结晶的溶剂。,4 选择的溶剂沸点不宜

3、过于高，以免该溶剂在结晶和重结晶时附着在晶体表面不容易除尽。 用于结晶和重结晶的常用溶剂有：水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、冰醋酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚等。此外，甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等也常使用。二甲基甲酰胺和二甲亚砜的溶解能力大，当找不到其它适用的溶剂时，可以试用。但往往不易从溶剂中析出结晶，且沸点较高，晶体上吸附的溶剂不易除去，是其缺点。乙醚虽是常用的溶剂，但是若有其它适用的溶剂时，最好不用乙醚，因为一方面由于乙醚易燃、易爆，使用时危险性特别大，应特别小心；另一方面由于乙醚易沿壁爬行挥发而使欲纯化的化学试剂在瓶壁上析出，以致影响结晶的纯度。,在

4、选择溶剂时必须了解欲纯化的化学试剂的结构，因为溶质往往易溶于与其结构相近的溶剂中“相似相溶”原理。极性物质易溶于极性溶剂，而难溶于非极性溶剂中；相反，非极性物质易溶于非极性溶剂，而难溶于极性溶剂中。这个溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。如：欲纯化的化学试剂是个非极性化合物，实验中已知其在异丙醇中的溶解度太小，异丙醇不宜作其结晶和重结晶的溶剂，这时一般不必再实验极性更强的溶剂，如甲醇、水等，应实验极性较小的溶剂，如丙酮、二氧六环、苯、石油醚等。适用溶剂的最终选择，只能用试验的方法来决定。,结晶方法 ： 1 蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，叫蒸

5、发结晶。 2 降温结晶 ：先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，叫降温结晶。,结晶法操作一般过程,1 选择适宜的溶剂 2 将待重结晶物质制成热的饱和溶液 如需脱色，待溶液稍冷后，加入活性炭（用量为固体15），煮沸 510min（切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。） 3趁热过滤除去不溶性杂质 4 抽滤5 结晶的洗涤和干燥用溶剂冲洗结晶再抽滤，除去附着的母液。抽滤和洗涤后的结晶，表面上吸附有少量溶剂，因此尚需用适当的方法进行干燥。固体的干燥方法很多，可根据重结晶所用的溶剂及结晶的性质来选择,棉纱，常用的方法有以卞几种：

6、空气晾干；烘干（红外灯或烘彩）；用滤纸吸干；置于干燥器中干燥。,根据物质在两相中的分配比不同,萃取是分离提纯化合物常用的操作。萃取：从液体或固体混合物中提取所需要的物质。萃取有两种方式：液-液萃取 和固-液萃取 。 1 液-液萃取 基本原理：利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。 如碘的水溶液用四氯化碳萃取，几乎所有的碘都移到四氯化碳中，碘得以与大量的水分开。,萃取剂：就是用于萃取的溶剂 选用的萃取剂的原则： 和原溶液中的溶剂互不相溶； 对溶质的溶解度要远大于原溶剂； 易于挥发； 萃取剂不能与原溶液的溶剂反应。 常见的萃取剂

7、：苯，四氯化碳，酒精，煤油，直馏汽油，己烷，环己烷。不要忘记，水是最廉价、最易得的萃取剂。,2 液-固体萃取,固-液萃取，也叫浸取，用溶剂分离固体混合物中的组分。如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。 实验室中常用索氏提取器。,色谱法的分类,根据物质的分离机制，又可以分为 吸附色谱、分配色谱、离子交换色 谱、凝胶色谱、亲和色谱等类别。,3 分配色谱法,分配色谱法是利用混合物中各组分在互不相溶的两相溶剂的分配系数的不同，来达到分离的色谱分离法。 色谱的基本原理：分配色谱利用固定相与流动相之间对待分离组分溶解度的差异来

8、实现分离。分配色谱的固定相一般为液相的溶剂，依靠涂布、键合、吸附等手段分布于色谱柱或者担体表面。分配色谱过程本质上是组分分子在固定相和流动相之间不断达到溶解平衡的过程。,分配系数和萃取余量：,正相色谱和反相色谱的概念,正相色谱：以极性大的溶剂为固定相，极性小的溶剂为流动相。 应用：常用于分离极性大的成分，如生物碱、糖类、苷类、有机酸等。其固定相是水或缓冲液；移动相是极性弱的溶剂，诸如氯仿、醋酸乙酯、丁醇等。 反向色谱：如果采用相对非极性固定相和极性流动相，则称为反相。如采用极性很小的十八烷基、乙基键合硅胶作为固定相。,由于极性化合物更容易被极性固定相所保留，所以正相液-液色谱系统一般可用于分离

9、极性化合物。 相反，反相液-液色谱系统一般可用于分离非极性或弱极性化合物。 正相色谱的流出顺序是极性小的先流出，极性大的后流出；反相色谱的流出顺序正好相反。,分配色谱的实施,(1)纸色谱：指以滤纸作为载体进行色谱展开并显色所得到的有色斑点的排列。 展开剂:提取分离时，用来分离极性不同的两种物质的溶剂. 滤纸先在饱和水蒸气的空气中吸收水分后(一般吸收约70)，其一部分生成水合纤维素配位化合物，固定在滤纸上作固定相。 纸纤维上的羟基具有亲水性，与水的氢键相连，限制了水的扩散。 将试液点在滤纸的原点处，然后用展开剂从试液斑点端靠滤纸的毛细管作用向另一端扩散。,(2)分配薄层色谱,薄层色谱法（TLC）

10、，系将适宜的固定相涂布于玻璃板、塑料或铝基片上，成一均匀薄层。待点样、展开后，根据比移值（Rf）与适宜的对照物按同法所得的色谱图的比移值（Rf）作对比，用以进行药品的鉴别、杂质检查或含量测定的方法。 分配薄层色谱的固定相是液体，而吸附薄层色谱的固定相是固体。,（3）分配柱色谱,将吸着固定相的支持剂装入柱内，用适量的固定相溶解试样后上样，然后用固定相饱和后的移动相洗脱。因试样中各组分分配系数不同而达到分离的目的。,吸附色谱法,吸附色谱利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。 吸附色谱的分配系数表达式如下 ： 其

11、中Xa表示被吸附于固定相活性中心的组分分子含量，Xm表示游离于流动相中的组分分子含量。,吸附剂种类,吸附柱色谱的分离效果取决于吸附剂的种类与性质、溶剂的极性和被分离物质的极性这三种。常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等。 1 硅胶：是一种坚硬、无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，分子式为SiO2.nH2O，为一种亲水性的极性吸附剂。它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到玻璃状的硅胶。,硅胶：是一种酸性吸附剂，适用于中性或酸性成分的柱色谱。同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂，其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子，当遇到较强的碱性化合物，则可因离

12、子交换反应而吸附碱性化合物。硅胶作为吸附剂有较大的吸附容量，分离范围广，能用于极性和非极性化合物的分离，如有机酸、挥发油、蒽醌、黄酮、氨基酸、皂苷等，但不宜分离碱性物质。天然物中存在的各类成分大都用硅胶进行分离。,2 氧化铝,氧化铝有三种：碱性氧化铝、酸性氧化铝和中性氧化铝。 碱性氧化铝：因其中混有碳酸钠等成分而带有碱性，适合于碱性成分分离，比如生物碱，不适合于醛、酮、脂的分离。 中性氧化铝：是由碱性氧化铝除去氧化铝中碱性杂质再用水冲洗至中性得到的产物。中性氧化铝仍属于碱性吸附剂的范畴，不适宜与酸性成分的分离。 酸性氧化铝：氧化铝用稀硝酸或稀盐酸处理得到的产物，不仅中和了氧化铝中含有的碱性杂质

13、，并使氧化铝颗粒表面带有 NO3 或 Cl 的阴离子，从而具有离子交换剂的性质，酸性氧化铝适合于酸性成分的柱色谱。,3 活性碳是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700以下除去挥发组分以后，通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等，并在7001200温度范围内进行反应使其活化。活性炭含有很多毛细孔构造所以具有优异的吸附能力。因而它用途遍及水处理、脱色、气体吸附等各个方面。,活性炭是非极性吸附剂，其吸附作

14、用与硅胶和氧化铝相反.对非极性物质具有较强的亲和能力，在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中较弱，因此水的洗脱能力最弱而有机溶剂较强。从活性炭上洗脱被吸附物质时，溶剂的极性减小，活性炭对溶质的吸附能力也随之减小，洗脱剂的洗脱能力增强。主要分离水溶性成分，如氨基酸、糖、苷等。,聚酰胺,商品聚酰胺 (polyamice) 均为高分子聚合物质，不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿及丙酮等常用有机溶剂，对碱较稳定，对酸尤其是无机酸稳定性较差，可溶于浓盐酸、冰醋酸及甲酸。 聚酰胺对有机物质的吸附属于氢键吸附，一般认为，通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离氨基与醌类、脂肪羧酸上的羰基

15、形成氢键缔合而产生吸附。吸附的强弱则取决与各种化合物与之形成氢键缔合的能力。主要用于分离黄酮类、蒽醌类、酚类、有机酸类、鞣质类等成分。,吸附层析法 - 溶剂,1. 层析过程中溶剂的选择，对组分分离关系极大。在柱层析时所用的溶剂（单一剂或混合溶剂）习惯上称洗脱剂，用于薄层或纸层析时常称展开剂。 2.洗脱剂的选择，须根据被分离物质与所选用的吸附剂性质这两者结合起来加以考虑在用极性吸附剂进行层析时，当被分离物质为弱极性物质，一般选用弱极性溶剂为洗脱剂；被分离物质为强极性成分，则须选用极性溶剂为洗脱剂。,吸附层析法 - 3被分离物质的性质,被分离的物质与吸附剂，洗脱剂共同构成吸附层析中的三个要素，彼此

16、紧密相连。在指定的吸附剂与洗脱剂的条件下，各个成分的分离情况，直接与被分离物质的结构与性质有关。对极性吸附剂而言，成分的极性大，吸附力强.,大孔吸附树脂法,大孔吸附树脂又称全多孔树脂，为聚合物吸附剂.它是一类以吸附为特点，对有机物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物。大孔树脂是由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应制备而成。聚合物形成后，致孔剂被除去，在树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴。因此大孔树脂在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，且孔径较大，在100-1000nm之间，故称为大孔吸附树脂。,大孔树脂 - 组成,大孔吸附树脂主要以苯乙烯、二乙烯苯等为原料，在0.5%的

17、明胶溶液中，加入一定比例的致孔剂聚合而成。其中，苯乙烯为聚合单体，二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯等作为致孔剂，它们互相交联聚合形成了大孔吸附树脂的多孔骨架结构。树脂一般为白色的球状颗粒，粒度为2060 目，是一类含离子交换集团的交联聚合物。,大孔树脂 - 理化性质,大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择地吸附有机物质，从而达到分离提纯的目的。其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选择性好，不受无机盐类及强离子、低分子化合物存在的影响，在水和有机溶剂中可吸附溶剂而膨胀。,大孔树脂 - 分离原理,大孔吸附树脂为吸附性和筛选性原理相结合的分离材料. 大孔吸附树脂的吸附实质为一种物体高度分

18、散或表面分子受作用力而产生的表面吸附现象，这种吸附性能是由于范德华引力或生成氢键的结果。同时由于大孔吸附树脂的多孔结构使其对分子大小不同的物质具有筛选作用。通过上述这种吸附和筛选原理，有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小，在大孔吸附树脂上经一定溶剂洗脱而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。,大孔树脂 - 分类,大孔吸附树脂按其极性大小和所选用的单体分子结构不同，可分为非极性、中极性和极性三类 . （1）非极性大孔吸附树脂 非极性大孔吸附树脂是由偶极矩很小的单体聚合制得的不带任何功能基，孔表的疏水性较强，可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物，最适于极性溶剂中吸附非极性物质，也

19、称为芳香族吸附剂，例如苯乙烯、二乙烯苯聚合物。,（2）中等极性大孔吸附树脂,中等极性大孔吸附树脂是含酯基的吸附树脂，且多功能团的甲基丙烯酸酯作为交联剂。其表面兼有疏水和亲水两部分。既可极性溶剂中吸附非极性物质，又可由非极性溶剂中吸附极性物质，也称为脂肪族吸附剂，例如聚丙烯酸酯型聚合物。,（3）极性大孔吸附树脂 极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，它们通过静电相互作用吸附极性物质，如丙烯酰胺。,离子交换层析法,离子交换层析法是以具有离子交换性能的物质作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的一种方法。 离子交换层析法 - 基

20、本原理 :是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变冲洗液的离子强度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出来。,离子交换树脂分类,根据交换树脂的性能，分为阳离子与阴离子交换树脂。阳离子交换树脂:分为强酸型、中强酸型和弱酸型三类，强酸型树脂含有RSO3H，中强酸型树脂含有PO3H2、PO2H2或OPO2H2，弱酸型树脂含有COOH或OH。 阳离子交换树脂进行的反应如下：,阴离子交换树脂,阴离子交换树脂分为强碱型、中强碱型和弱碱型三类，含有铵盐，四级铵盐 N+(CH3)3 为强

21、碱型树脂，三级以下铵盐 N(CH3)2、 NHCH3、 NH2 都属弱碱型树脂；同时具有强碱和弱碱型基团的，为中强碱型的树脂。阴离子交换树脂进行的反应如下：,1 离子交换层析法 - 离子交换树脂的前处理离子交换树脂使用前，先以蒸馏水除去其内之杂质 ，并以NaOH和HCl处理树脂，使其上的官能基完全露出。阴离子交换树脂先以15倍于树脂量的0.5 N HCl 浸泡30120分钟，再以水清洗至pH 7.0，之后用0.5 N NaOH浸泡30120分钟，同样以水清洗至pH 7.0，最后用欲使用的缓冲液浸泡。阳离子交换树脂用15倍于树脂量的0.5 N NaOH浸泡30120分钟，以水清洗至pH 7.0，

22、之后用0.5 N HCl 浸泡30120分钟，再以水清洗至pH 7.0，最后用欲使用的缓冲液浸泡。,2 装柱 和加样 已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积。柱子装好后再用起始缓冲液淋洗，直至达到充分平衡方可使用。 加样与洗脱加样：层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度。样品中的不溶物应在以离心法除去。为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力。柱的负荷能力可用交换容量来推算，通常上样量为交换剂交换总量的1-5。,3 洗脱：已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强

23、度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱.,4 离子交换剂的再生 离子交换纤维素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有强吸附物则可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20NaOH-水。保存离子交换剂时要加防腐剂。对阴离子交换剂宜用0.002氯已定（洗必泰），阳离子交换剂可用乙基硫柳汞（0.005）。有些产品建立用0.02叠氮钠。,膜分离法,膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小