结晶原理及操作

结晶原理及操作1、定义：利用被提纯物质与杂质在同一种溶剂中溶解性能的显著差异，而将它们分离的操作称为重结晶。从自然界提取或通过有机化学反应合成得到的固体有机化合物，常常含有少量的杂质，除去杂质最有效的方法就是用适当的溶剂进行重结晶，它是提纯固体有机物最常用的方法。大多数的固体有机物在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大，随温度的降低而减小，重结晶就是利用这个原理，使有机物在热溶剂中溶解，制成接近饱和的热溶液，趁热过滤，除去不溶性（在溶剂中溶解度很小）的杂质，再将溶液冷却，让有机物重新结晶析出，与可溶于冷溶剂（在溶剂中的溶解度很大）的杂质分离，这就是重结晶操作，经过一次或多次重结晶操作，可以大大提高固体有机物的纯度。重结晶的一般过程为：选择合适的溶剂→溶解固体有机物制热饱和溶液→热滤、脱色除去杂质→冷却、析出晶体→抽滤→洗涤→干燥。2、基本操作：（1）选择溶剂：选择适合的溶剂是重结晶的关键之一，适宜的溶剂必须符合以下几个条件：a、与被提纯的有机物不起化学反应；b、被提纯的有机物在该溶剂中的溶解度随温度变化显著，在热溶剂中溶解度大，在冷溶剂中溶解度小；c、杂质的溶解度很大（被提纯物成晶体析出时，杂质仍留在母液中）或很小（被提纯物溶解在溶剂中而杂质不溶，借热滤除去）；d、溶剂的沸点适中，沸点过低，被提纯物在其中溶解度变化不大；过高时，附着于晶体表面的溶剂难以经干燥除去；e、价廉易得、毒性低、容易回收。选择溶剂时应根据“相似相溶”原理，溶质一般易溶于与其结构相似的溶剂中。极性溶剂溶解极性固体，非极性溶剂溶解非极性固体。具体选择可通过查阅有关化学手册，也可以通过实验来确定。（2）固体溶解：待提纯固体有机物的溶解一般在锥形瓶或圆底烧瓶等细口容器中进行，一般不在烧杯等广口容器中进行，因为在锥形瓶中瓶口较小，溶剂不易挥发，又便于振荡。溶解时先将待提纯的固体有机物放入锥形瓶中，加入比理论计算量略少的溶剂（因为含有杂质，溶解时需要的溶剂量少些），加热至微沸，振荡，若有固体未溶解，再加入少量溶剂，继续加热振荡，至瓶中固体不再溶解（当含有不溶性杂质时，添加足够量的溶剂杂质依然不溶。）或全溶（不含不溶性杂质）为止，最后再多加计算量20%的溶剂（将溶液稀释，防止热滤时由于溶剂的挥发和温度的下降导致晶体析出），振荡，制成热的近饱和溶液。（3）除去杂质a、脱色：若热溶液有色，说明其中有有色杂质，可利用活性炭进行脱色处理，除去有色杂质。脱色操作：将沸腾的溶液稍冷后，加入活性炭加热煮沸几分钟，然后趁热过滤，除去活性炭，得到无色溶液。注意：不能向正在沸腾的热溶液中加入活性炭，以免爆沸。活性炭的用量根据溶液颜色的深浅而定，一般为固体粗产物的1~10%，加入过量的活性炭会吸附产物而造成损失。加热煮沸的时间一般为5~10分钟。b、热滤：待重结晶的有机物热溶液中若有不溶性杂质或经活性炭脱色后必须趁热过滤除去杂质或活性炭。热滤应尽可能快速进行，防止在过滤中由于溶剂挥发或温度下降引起晶体析出，析出的晶体与杂质混在一起，造成损失。为了加快热滤的速度应采取以下措施：a、选用颈短而粗的玻璃漏斗，避免析出晶体堵塞漏斗颈。b、使用热水漏斗，保持溶液温度。c、使用菊花形折叠滤纸，增大过滤面积，提高过滤速度。4、晶体析出：热滤得到的滤液，放置，让其自然冷却，晶体逐步析出。结晶过程中，如果将溶液急速冷却或剧烈摇动，析出的晶体颗粒太小，晶体表面积大，吸附的杂质较多，纯度较低。因此应将溶液缓慢冷却、静置，得到颗粒较大的晶体。但是，晶体颗粒也不能太大，否则晶体中包含大量的母液，产物纯度过低，也给干燥带来困难。当看到有较大晶体形成时，及时轻轻摇动使之形成均匀的小晶体。如果溶液冷却后没有晶体析出，可以用玻璃棒摩擦器壁或用冰水冷却促使晶体生成。5、抽滤：结晶完全后，过滤使晶体与母液分离，溶解度大的杂质留在母液中。一般采用抽滤进行过滤，因为抽滤速度快且能吸干母液得到产品纯度高。抽滤装置由布氏漏斗、吸滤瓶、缓冲瓶、真空泵组成。布氏漏斗插入吸滤瓶时应该让漏斗下端斜口正对吸滤瓶的支管口；漏斗内放一张圆形滤纸，滤纸直径要小于漏斗内径，但必须能完全盖住所有小孔。吸滤前用少量溶剂将滤纸润湿并吸紧。缓冲瓶的作用是调节系统压力，防止倒吸。抽滤时先将晶体和母液转移到布氏漏斗上，使晶体均匀分布在滤纸上，用少量溶剂将粘附在溶器壁上的晶体洗出倒入漏斗，抽气吸干，用玻璃棒挤压晶体，尽量除去母液，用少量溶剂洗涤晶体，继续抽干。结束抽滤时应先打开缓冲瓶上的旋塞放气，内外压力平衡后再关闭真空泵。6、晶体的干燥：经过抽滤得到的晶体表面吸附有少量溶剂，必须干燥除去，以得到纯净的产品。固体有机物的干燥通常采用烘干法。使晶体干燥，干燥后取下晶体，用玻璃棒轻敲滤纸使粘在滤纸上的晶体全部脱落下来。二、结晶步骤：1、固体溶解：称取待提纯的粗制品己二酸g（或乙酰苯胺3g），放于锥形瓶中，加入ml水（50ml水，理论计算用水量为55ml），加热至沸，振荡，若固体不能全部溶解，可分次添加少量水，每次2~3ml，加热沸腾，振荡，至固体全溶或不再溶解为止，记录加入水量，再过量20%的水，加热至微沸。2、脱色：热溶液稍冷后，加入0.1~0.5g活性炭，边加热边搅拌，煮沸5~10分钟。3、热滤：在金属漏斗中注入热水，放于铁圈上，用酒精灯加热侧管，取一个短颈玻璃漏斗放入金属漏斗中，将折叠好的菊花滤纸放在玻璃漏斗上，预热一段时间。用少量热水润湿滤纸，再将沸腾的热溶液倒入漏斗中过滤，每次倒入少量，分几次过滤，瓶中剩余的溶液继续加热保持微沸。过滤完毕，用少量热水洗涤锥形瓶和滤纸。4、结晶：滤液静置，自然冷却，晶体逐渐析出。5、抽滤：连接抽滤装置，剪一个大小合适的滤纸放于布氏漏斗上，用少量水润湿后开动真空泵吸紧，打开缓冲瓶旋塞，将晶体和母液一起倒入漏斗中，晶体要尽可能分布均匀，关闭缓冲瓶旋塞，抽滤，抽干后用少量水洗涤晶体两次，继续抽干。6、烘干：将滤纸和滤饼一同从漏斗中取出，放在一个干燥洁净的表面皿上，在水蒸气浴上加热，晶体表面的溶剂很快挥发，晶体逐渐干燥。取下晶体，将滤纸上沾附的少量晶体刮下合并在一起。7、称重计算：八、注意事项：1不能将活性炭加入正在沸腾的溶液中，必须等溶液冷后再加。2热滤时漏斗滤纸都要预热，每次倒入少量液体，过滤速度要快，防止在滤纸上出现结晶。3结晶析出时要静置切勿摇动。4抽滤时注意正确操作