实验二-重结晶

重结晶一、实验目的1、了解重结晶原理，初步学会用重结晶方法提纯固体有机化合物。2、掌握热过滤和抽滤操作。重结晶是纯化精制固体有机化合物的手段。二、基本原理固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。一般是温度升高，溶解度增大。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出，而让杂质全部或大部分仍留在溶液中，或者相反，从而达到分离、提纯之目的。注意——重结晶只适宜杂质含量在5%以下的固体有机混合物的提纯。从反应粗产物直接重结晶是不适宜的，必须先采取其他方法初步提纯，然后再重结晶提纯。三、实验步骤1、溶剂选择：水2、制热饱和溶液天平称取2g乙酰苯胺样品，放于150mL锥形瓶中，加入约70mL水，用电热套加热至沸腾。用玻璃棒搅动，使固体溶解。若有未全溶固体，可补加少量热水，至全溶(可能会有不溶杂质)。3、脱色待固体全溶，稍微冷却后加入活性炭(约0.1g)，稍加搅拌后继续加热沸腾5到10min。4、热过滤将一短颈漏斗至于热水浴中预热。折叠好菊花型滤纸。将一短颈漏斗至于热水浴中预热。折叠好菊花型滤纸。菊花型滤纸置于热的短颈漏斗中，将步骤3中脱色好的溶液乘热过滤至一150mL烧杯中(注意不要烫到手)。过滤完后，用少量热水洗涤锥形瓶和滤纸。5、冷却结晶盛滤液的烧杯用表面皿盖好，稍冷后，置于冷水浴中冷却结晶。6、抽滤结晶完全后，用布氏漏斗进行抽滤。抽滤完后，停止抽气，再加入少量蒸馏水洗涤，然后再抽干，重复1-2次。抽气剪好滤纸润湿滤纸抽滤（先抽气）先停抽气再拆装置7、干燥、称重抽干后将晶体转移到表面皿，摊开于空气中晾干。称重，计算收率。重结晶流程图选溶剂制热饱和溶液脱色热过滤冷却结晶抽滤干燥、称重四、操作要点及说明1、选择适宜的溶剂在选择溶剂时应根据“相似相溶”的一般原理。溶质往往溶于结构与其相似的溶剂中。还可查阅有关的文献和手册，了解某化合物在各种溶剂中不同温度的溶解度。也可通过实验来确定化合物的溶解度。即可取少量的重结晶物质在试管中，加入不同种类的溶剂进行预试。适宜溶剂应符合的条件：溶剂不应与重结晶物质发生化学反应；重结晶物质在溶剂中的溶解度应随温度变化，即高温时溶解度大，而低温时溶解度小；杂质在溶剂中的溶解度或者很大，或者很小；溶剂应容易与重结晶物质分离；溶剂应无毒，不易燃，价格合适并有利于回收利用。2、制热饱和溶液制热饱和溶液时，溶剂可分批加入，边加热边搅拌，在溶剂沸点温度下，至固体完全溶解后，再多加2O％左右(这样可避免热过滤时，晶体在漏斗上或漏斗颈中析出造成损失)。切不可再多加溶剂，否则会损失产品或冷后析不出晶体(有机溶剂需要回流装置)。若溶液含有色杂质，要加活性炭脱色。(用量为粗产品质量的1%—5%)——待溶液稍冷后加活性炭！！(切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险)煮沸5~10分钟。3、热过滤方法一：用热水漏斗趁热过滤，见装置。(预先加热漏斗，叠菊花滤纸，准备锥形瓶接收滤液，减少溶剂挥发用的表面皿)。若用有机溶剂，过滤时应先熄灭火焰或使用档火板。方法二：可把布氏漏斗预先烘热，然后便可趁热过滤。可避免晶体析出而损失。上述两种方法在过滤时，应先用溶剂润湿滤纸，以免结晶析出而阻塞滤纸孔。过滤时，漏斗上可盖上表面皿(凹面向下)减少溶剂的挥发。4、结晶滤液放置冷却，析出结晶。静大动小。5、抽滤抽滤前先熟悉布氏漏斗的构造及连接方式，将剪好的滤纸放入，滤纸的直径切不可大于漏斗底边缘，否则滤纸会折过，滤液会从折边处流过造成损失，将滤纸润湿后，可先倒入部分滤液（不要将溶液一次倒入）启动水循环泵，通过缓冲瓶（安全瓶）上二通活塞调节真空度，开始真空度可低些，这样不致将滤纸抽破，待滤饼已结一层后，再将余下溶液倒入，此时真空度可逐渐升高些，直至抽“干”为止。停泵时，要先打开放空阀，再停泵，可避免倒吸。6、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，常用的方法有以下几种：空气晾干的；烘干（红外灯或烘彩）；用滤纸吸干；置于干燥器中干燥。五、注意事项溶剂量的多少，因同时考虑两个因素。容极少则收率高，但可能给热过滤带来麻烦，并可能造成更大的损失；容极多，显然会影响回收率。故两者应综合考虑。可以在溶剂沸点温度时溶解固体，但必须注意实际操作温度是多少，否则会因实际操作时，被提纯物晶体大量析出。但对某些晶体析出不敏感的被提纯物，可考虑在溶剂沸点时溶解成饱和溶液，故因具体情况决定，不能一概而论。例如，在100℃时配成饱和溶液，而热过滤操作温度不可能是100℃，可能是80℃？也可能是90℃？那么在考虑加多少溶剂时，应同时考虑热过滤的实际操作温度。为了避免溶剂挥发及可燃性溶剂着火或有毒溶剂中毒，应在锥形瓶上装置回流冷凝管，添加溶剂可从冷凝管的上端加入。若溶液中含有色杂质，则应加活性炭脱色，应特别注意活性炭的使用。六、思考题1、重结晶法一般包括哪几个步骤？各步骤的主要目的如何？（1）选择适宜溶剂，制成热的饱和溶液。（2）热过滤，除去不溶性杂质（包括脱色）。（3）抽滤、冷却结晶，除去母液。（4）洗涤干燥，除去附着母液和溶剂。2、重结晶时，溶剂的用量为什么不能过量太多，也不能过少？正确的应该如何？过量太多，不能形成热饱和溶液，冷却时析不出结晶或结晶太少。过少，有部分待结晶的物质热溶时未溶解，热过滤时和不溶性杂质一起留在滤纸上，造成损失。考虑到热过滤时，有部分溶剂被蒸发损失掉，使部分晶体析出留在波纸上或漏斗颈中造成结晶损失，所以适宜用量是制成热的饱和溶液后，再多加20％左右。3、用活性炭脱色为什单要待固体物质完全溶解后才加入？为什么不能在溶液沸腾时加入？活性碳可吸附有色杂质、树脂状物质以及均匀分散的物质。因为有色杂质虽可溶于沸腾的溶剂中，但当冷却析出结晶体时，部分杂质又会被结晶吸附，使得产物带色。所以用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入，并煮沸5－10min。要注意活性炭不能加入已沸腾的溶液中，以一免溶液暴沸而从容器中冲出。4、使用有机溶剂重结晶时，哪些操作容易着火？怎样才能避免呢？有机溶剂往往不是易燃就是有一定的毒性，也有两者兼有的，操作时要熄灭邻近的一切明火，最好在通风橱内操作。常用三角烧瓶或圆底烧瓶作容器，因为它们瓶口较窄，溶剂不易发，又便于摇动，促使固体物质溶解。若使用的溶剂是低沸点易燃的，严禁在石棉网上直接加热，必须装上回流冷凝管，并根据其沸点的高低，选用热浴，若固体物质在溶剂中溶解速度较慢，需要较长时问，也要装上回流冷凝管，以免溶剂损失。5、用水重结晶乙酰苯胺，在溶解过程中有无油状物出现？这是什么？在溶解过程中会出现油状物，此油状物不是杂质。乙酰苯胺的熔点为114℃，但当乙酰苯胺用水重结晶时，往往于83℃就熔化成液体，这时在水层有溶解的乙酰苯胺，在熔化的乙酰苯胺层中含有水，故油状物为未溶于水而已熔化的乙酰苯胺，所以应继续加入溶剂，直至完全溶解。6、使用布氏漏斗过滤时，如果滤纸大于漏斗瓷孔面时，有什么不好？如果滤纸大于漏斗瓷孔面时，滤纸将会折边，那样滤液在抽滤时将会自滤纸边沿吸入瓶中，而造成晶体损失。所以不能大，只要盖住瓷孔即可。7、停止抽滤前，如不先拔除橡皮管就关住水阀（泵）会有什么问题产生？如不先拔除橡皮管就关水泵，会发生水倒吸入抽滤瓶内，若需要的是滤液问题就大了。8、某一有机化合物进行重结晶，最适合的溶剂应该具有哪些性质？与被提纯的有机化合物不起化学反应。因对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。对要提纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体。溶剂的沸点，不宜太低(易损)，也不宜太高(难除)。价廉易得无毒。9、将溶液进行热过滤时，为什么要尽可能减少溶剂的挥发？如何减少其挥发？溶剂挥发多了，会有部分晶体热过滤时析出留在滤纸上和漏斗颈中，造成损失，若用有机溶剂，挥发多了，造成浪费，还污染环境。为此，过滤时漏斗应盖上表面皿(凹面向下)，可减少溶剂的挥发。盛溶液的容器，一般用锥形瓶(水溶液除外)，也可减少溶剂的挥发。10、在布氏漏斗中用溶剂洗涤固体时应该注意些什么？用重结晶的同一溶剂进行洗涤，用量应尽量少，以减少溶解损失。如重结晶的溶剂的熔点较高，在用原溶剂至少洗涤一次后。可用低沸点的溶剂洗涤，使最后的结晶产物易于干燥，(要注意此溶剂必须能和第一种溶剂互溶而对晶体是不溶或微溶的)。11、在重结晶过程中，必须注意哪几点才能使产品的产率高、质量好？正确选择溶剂；溶剂的加入量要适当；活性炭脱色时，一是加入量要适当，二是切忌在沸腾时加入活性炭；吸滤瓶和布氏漏斗必需充分预热；滤液应自然冷却，待有晶体析出后再适当加快冷速度，以确保晶形完整；最后抽滤时要尽可能将溶剂除去，并用母液洗涤有残留产品的烧杯。