重结晶小结

重结晶技术经验小结1重结晶技术经验小结众所周知，固体有机物在任何一溶剂中的溶解度，均随温度的升高而增加，所以将一个有机化合物在某溶剂中，在较高温度时制备成饱和溶液，然后使其冷却到室温或降至室温以下，即会有部分成结晶析出。利用溶剂与被提纯物和杂质的溶解度不同，让杂质全部留在溶液或大部分留在溶液；当然，有时一开始析出的结晶也可能是杂质，而需要的组分则在溶液中。通过上述我们知道影响重结晶纯化的重要因素是：溶剂的选择；热溶液的制备；冷却析晶一、溶剂的选择1、不与被提纯物质起化学反应。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酸盐结晶和重结晶的溶剂。2、在较高温度时能溶解多量的被提纯物质而在室温或更低温度时只能溶解很少量；3．对杂质的溶解度非常大或非常小，前一种情况杂质留于母液内，后一种情况趁热过滤时杂质被滤除；4．溶剂的沸点不宜太低，也不宜过高。溶剂沸点过低时制成溶液和冷却结晶两步操作温差小，团体物溶解度改变不大，影响收率，而且低沸点溶剂操作也不方便。溶剂沸点过高，附着于晶体表面的溶剂不易除去。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。5．能给出较好的结晶。溶剂是制备结晶的关键所在。一般首选乙醇。另外，尽可能选择单一溶剂，这样在大生产时也可较好的解决母液回收套用问题，降低成本。研究时，混合溶剂一般会有更好效果。在几种溶剂都适用时，则应根据结晶的回收率、操作的难易、溶剂的毒性大小及是否易燃、价格高低等择优选用。还有就是加晶种的时机：晶种加得过早，晶种溶解或产重结晶技术经验小结2生的晶型一般较细；加的晚，则溶液里可能已经产生了晶核，造成结晶可能包裹杂质在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。二、热溶液的制备很多人认为，制备热溶液就是将溶液加热至一定温度，然后将要结晶的混合物溶解其中。其实，热溶液的制备还是有很多的讲究的。根据经验我认为首先，必须先了解选用的溶剂的沸点，热溶液的温度应同其沸点有一段距离，否则溶剂挥发量太大，不仅影响重结晶效果，还会危害身体健康；其次，热溶并不是一口气加入混合物使其溶解，最好的操作应该是在升温的过程中不断的搅拌加入混合物，使其饱和。三、冷却析晶通常可分为常温（室温）、低温析晶两种。至于采用哪种方法则决定于结晶速度的快慢，晶形要求等因素。如果，结晶速度快，一般采用常温（室温，自然冷却）结晶，而对于一些有特殊要求（如，不易结晶，结晶慢等）可采用低温结晶方式（先自然冷却至室温，至于冰箱保鲜层缓慢降温）。一般来说，我们希望在最短的时间里得到结晶，常采用非常手段（如，至于冷水中，冷却过程中加以振摇），这要是可以加快结晶速度，但是它也带来很大的弊端。因为，快速冷却，振摇得到的结晶大多较细，表面积大，吸附母液多，且容易夹有杂质（快速结晶中杂质包裹在晶体中）。所以，最好是采用自然冷却。当然，加快结晶的办法也是有的：用玻璃棒摩擦瓶壁；加入少量晶种引晶。如果溶液冷却后不析出晶体而得到油状物时，可重新加热，至形成澄清的热溶液后，任其自行冷却，并不断用玻璃棒搅拌溶液，摩擦器壁或投人品种，以加速品体的析出。若仍有油状物开始忻出，应立即剧烈搅拌使油滴分散四、结晶的过滤和洗涤将析出的结晶的冷溶液和结晶的混合物，用抽滤法分出结晶；瓶中残留的结晶，可用少量滤液冲洗几次，一并转移至布氏漏斗，把母液尽量抽干；用刮刀、空心塞把结晶压紧，重结晶技术经验小结3以便抽干结晶吸附的含杂质的母液；用适量的洗涤液清洗2～3次，可用玻璃棒或刮刀轻轻搅动。五、结晶的干燥若重结晶的溶剂是石油醚等低沸点溶剂可放于通风厨中自然凉干（不吸水的前提下），如果是乙醇等沸点较高的溶剂一定要在高于其沸点10℃的烘箱中放置1～2小时（低于结晶熔点20℃以上）。干燥至恒重后，及时至于干燥器中保存待用。六、判定结晶纯度的方法理化性质均一；固体化合物熔距≤2℃；TLC或PC展开呈单一斑点；HPLC或GC（气相色谱）分析呈单峰。混合溶剂一般是由两种可以以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种溶剂较易溶解欲纯化的化学试剂，另一种溶剂较难溶解欲纯化的化学试剂。一般常用的混合溶剂有：乙醇和水、乙醇和乙醚、乙醇和丙酮、乙醇和氯仿、二氧六环和水、乙醚和石油醚、氯仿和石油醚等等，最佳复合溶剂的选择必须通过预试验来确定利用两相溶剂重结晶时，要使你的东西溶于两相中易挥发的溶剂中，而不溶于可微溶挥发的溶剂中。这样放在室温下，让它慢慢挥发，就可以拿到纯物质了，而且还有可能拿到单晶。但一般析晶时间较长，冬天有时放置半个月也无法析出结晶，需严格控制两种溶剂的比例，尤其是易溶溶剂的量，尽量用最少的溶解度较大的溶剂。在20mg以上或者20mg左右的量均可以用柱层析的方法或者是薄层层析技术加以分离，又是可能损失会大一点，有时并不比重结晶得到的少。操作的仔细度也会影响结晶，我有一次做结晶实验，总是得到粘状物，可滴加少许甲醇，立刻就有结晶析出，但仍粘，后来改为缓缓滴加，结晶效果就好了。例子：有时重结晶会有白色的粉末状的物体析出，但是抽滤后会发现滤纸上留下的是黏稠状的东西，抽干之后将样品碾碎也是白色粉末状物质，同时发现它的液相纯度并不高，请问这是什么原因呢？这样的情况很正常，只是你所得到的是无序的絮状沉淀，而不是结晶，没有晶体原本具备的规则晶形排列，复合溶剂也可以得到晶体，当出现白色絮状沉淀的时候，再放在水浴上加热，如果沉淀溶解了，便可放置等待结晶；如果不溶解，再缓慢滴加丙酮，待刚好溶解，即可放置析晶。在实施结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题：重结晶技术经验小结41.在溶解欲纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程，加热易燃、易爆溶剂时，应在没有明火的环境中操作，并应尽量避免直接加热。因为在通常情况下，溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高，故在接近和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使接近和重结晶的收率高，溶剂的用量尽可能少，故开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解，在加热的过程中可以小心地通过冷凝管补加溶剂，直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意，溶液如被冷却到其沸点以下，防爆沸石就不在有效，需再添加新的沸石。2.为了定量地评价结晶与重结晶的操作，以及为了便于重复，固体和溶剂都应予以称量和计量。3.在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时，最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中，然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂，直到在它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即又溶解为止。如果溶液总体积太小，则可多加一些溶解度大的溶剂，然后重复以上操作。有时也可用相反的程序，将欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中，慢慢加入溶解度大的热溶剂，直至溶解，然后再滴入少许溶解度小的溶剂或加以冷却。4.如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入粉末状活性炭或骨炭进行脱色（用量约相当于欲纯化化学试剂重量的1/50-1/20），或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱色剂之前应先将溶剂稍微冷却，因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的沸腾，从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性炭内含有大量空气，故能产生泡沫。加入活性炭后可煮沸5-10分钟，然后趁热滤去活性炭。在非极性溶剂，如苯、石油醚中活性炭脱色效果不好，可试用其他.办法，如用氧化铝吸附脱色等。5.欲纯化的化学试剂为有机试剂时，形成过饱和溶液的倾向很大，要避免这种现象，可加入同种试剂或类质同晶物的晶种。用玻璃棒摩擦器壁也能形成晶核，此后晶体即沿此核心生长。6.结晶的速度有时很慢，冷溶液的结晶有时数小时才能完全。在某些情况下数星期或数月后还会有晶体继续析出，所以不应过早将母液弃去。7.为了降低欲纯化化学试剂在溶液中的溶解度，以便析出更多的结晶，提高产率，往往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱或用冰、混合制冷剂冷却。8.制备好的热溶液必须经过热过滤，以除去不溶性杂质，而且必须避免在过滤过程中在过滤器上结晶出来。若是一切操作正规，确实由于该试剂太易析出结晶而阻碍过滤时，重结晶技术经验小结5则可将热溶液配制得稍稀一些，或者采用保温或加热过滤装置（如保温漏斗）过滤。9.欲使析出的晶体与母液有效地分离，一般用布氏漏斗吸滤。为了更好地使晶体与母液分开，最好用清洁的玻塞将晶体在布氏漏斗上挤压，并随同抽气尽量除去母液。晶体表面上的母液，可用尽量少的溶剂来洗涤。这时应暂时停止抽气，用玻棒或不锈钢刀将已压紧的晶体挑松，加入少量溶剂使晶体润湿，稍待片刻，使晶体能均匀地被浸透，然后再用抽气把溶剂滤去，这样重复一、二次，使附于浸透表面的母液全部除去为止。10.晶体若遇热不分解时，可采用在烘箱中加热烘干的方法干燥。若晶体遇热易分解，则应注意烘箱的温度不能过高，或放在真空干燥器中在室温下干燥。若用沸点较高的溶剂重结晶时，应用沸点较低且对晶体溶解度很小的溶剂洗涤，以利于干燥。易潮解的晶体应将烘箱预先加热到一定的温度，然后将晶体放入；但是极易潮解的晶体，往往不能用烘箱烘，必须迅速放入真空干燥器中干燥。用易燃的有机溶剂重结晶的晶体在送入烘箱前，应预先在空气中干燥，否则可能引起溶剂的燃烧或爆炸。11.小量及微量物质的结晶和重结晶：小量物质的结晶和重结晶基本要求同前所述，但均须采用与该物质的量相适应的小容器。微量物质的结晶和重结晶可在小离心管中进行。热溶液制备后立即离心，使不溶的杂质沉于管底，用吸管将上清液移至另一个小离心管中，令其结晶。结晶后用离心的方法使晶体与母液分离。同时可在离心管中用小量的溶剂洗涤晶体，用离心的方法将溶剂与晶体分离。12.母液中常含有一定数量的所需要的物质，要注意回收。如将溶剂除去一部分后再让其冷却使结晶析出，通常其纯度不如第一次析出来的晶体。若经纯度检查不合要求，可用新鲜溶剂再结晶，直至符合纯度要求为止总之，结晶过程的确是一门学问，国内在结晶方面专家首推天津大学化工学院的王静康院士。关于这方面的理论书籍不少，但是真正具体到每一类物质或每个物质，他们又不完全相同。溶剂的选择（单一或复合）、结晶温度，搅拌速度，搅拌方式，过饱和度的选择，养晶的时间，溶媒滴加的方式和速率等等，另外，在溶解、析晶、养晶这些过程中，上述温度、搅拌速度、时间多少、加入方式和速度还不完全一样。所以诸多因素叠加在一起，更是觉得难度大共性的东西可能是理论上的，具体到每一类化合物的结晶过程的讨论可能对大家最有帮助。