2000-05,有机化合物分离与提纯技术,1,有机化合物分离与提纯技术 多媒体教案 （研究生使用） 制作人：周 乐 主讲人：周 乐,西北农林科技大学生命学院,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,2,第一章 概 述 一、分离纯化的概念 分离：混合物或混合体目的物（单体或混 合物） 纯化：又称精制。目的物含量较高（90%） 的混 合物目的物单体或纯品 分离纯化：去除杂质，逐步获得提高目的物 纯度或含量的过程,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,3,二、分离纯化的目的和意义 分子结构研究 生物活性研究 作为衍生物合成合成的原料 直接应用：医药、农药、兽药、植物生长活性物质、食品添加剂、化妆品、化工原料等。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,4,三、分离纯化实例及基本技术 1、实例 实例1 毛花洋地黄粗总甙的提取分离 实例2 挥发油的提取分离,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,5,提取,沉淀除杂 减压蒸馏,减压蒸馏,萃取除杂,实例1 毛花洋地黄粗总甙的提取分离,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,6,萃取除杂,减压蒸馏,溶解 普通蒸馏,结晶,重结晶 干燥,续实例1,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,7,萃取,化学反应,萃取,化学反应,萃取, 化学反应,萃取,化学反应,萃取,化学反应,精馏, 色谱,实例2,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,8,2. 有机化合物分离纯化的基本技术 萃取技术 液液萃取技术 液固萃取技术 结晶与重结晶技术 色谱技术 纸色谱 薄层色谱 柱色谱 蒸馏与精馏技术 普通蒸馏 减压蒸馏 精馏 干燥技术 纯度分析技术,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,9,3. 设计分离纯化方案前的准备工作 分离纯化方案的设计是分离纯化工作的前提，也是决定分离工作成败的关键。 方案设计前的准备工作： 查阅相关的文献资料，合理借鉴前人的工作经验。 了解待处理对象（植物材料、动物材料及反应液等）的物质组成，熟悉各种物质的理化性质。 尽可能了解目标物（被分离物质）的化学结构及其理化学性质，确立目标物可靠的检测目标物方法。 了解和熟练掌握各种分离技术，明确各方法的应用范围和优缺点 掌握有机物纯度的鉴定方法。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,10,第二章 基本知识 一、分离纯化常用玻璃仪器,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,11,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,12,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,13,二、有机物的干燥,广义的干燥：是指从目标物中除去某些液体或气体成分（如水、有机溶剂等）的过程。 狭义的干燥：是指从目标物中除去水的过程。化合物的干燥方法随物质物态和性质的不同而有所差异。 1固体样品的干燥 非吸湿性样品，液体易挥发：减压抽干，摊在滤纸上在室温下晾干，或用红外照射快速干燥即可。 吸湿性样品 受热易分解：通常用干燥器或真空干燥器干燥。 高温稳定：用恒温干燥箱烘干，干燥后密闭保存或贮存在干燥器中。如果不宜用干燥器和干燥箱干燥的样品，量少时，可用干燥枪用低沸点溶剂加热干燥（图114）。量大时，可用真空恒温干燥箱在低温度下干燥。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,14,图114 真空恒温干燥枪 1盛溶剂烧瓶 2样品管 3干燥剂 4接泵活塞 5盛样品的瓷盘,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,15,* 真空干燥箱中不宜用浓硫酸。 普通干燥器用浓硫酸（比重1.84），每1000mL硫酸含18克硫酸钡。当硫酸浓度下降至93%时，即有针状结晶(BaSO42H2SO4H2O)析出，再降至84%时，结晶变得很细，此时应更换。,表21 干燥器中常用干燥剂,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,16,2气体的干燥 主要是干燥一些有机气体和反应用到的无机气体,通常是让气体通过装有各种干燥剂的容器(如干燥管、干燥塔、U形管等)经干燥剂的脱水作用而获得干燥的气体。常用于气体干燥的干燥剂种类及使用范围见表14。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,17,3液体的干燥 方法：共沸法除水；干燥剂脱水法 （1）共沸法除水： 有些溶剂与水不相溶但可以和水形成共沸物，且其沸点比液体样品的沸点低，通过共沸蒸馏，样品中的水份首先被溶剂带走，最后剩下无水样品。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,18,（2）干燥剂干燥 方法： 将适量干燥剂投入液体样品中，旋摇或振摇，促进干燥剂与水反应或结合，达到脱水干燥的目的。放置一段时间（几十分钟到数小时）滤出干燥剂，再蒸馏便可得到无水样品。常用的干燥剂及其使用范围见表16。 脱水原理： A 吸附作用：硅胶、氧化铝、分子筛等多孔性干燥剂。吸水 物经加热失水又可活化再生。 B 与水可逆地结合生成水合物：Na2SO4、MgSO4、CaCl2、CaSO4、 H2SO4、固体KOH、NaOH、K2CO3等。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,19,MgSO4 + nH2O=MgSO4nH2O （n=1，2，3，4，5，6，7） Na2SO4 + nH2O=Na2SO4nH2O （n=7，10） CaCl2 + nH2O=CaCl2nH2O （n=1，2，6） H2SO4 + H2O=H3+OHSO4- 这类干燥剂吸水是可逆的。由于平衡的存在，干燥也需要静置一定时间。 C 与水发生化学反应：P2O5、CaO、Na等。 CaO + H2OCa(OH)2 Na + H2ONaOH + 1/2H2 P2O5 + 3H2O2H3PO4,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,20,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,21,第三章 各种分离纯化技术,一、普通蒸馏 蒸馏的目的主要是分离两种或两种以上的液体或去除溶剂 1、普通蒸馏 蒸馏及普通蒸馏的定义 沸腾与沸点的定义 沸点与蒸气压的关系 混合液体蒸馏的特点,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,22,2、普通蒸馏的分离原理 理想溶液和理想气体的含义 道尔顿（Dlton）定律：P = PA + PB + PC + 拉乌尔定律,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,23,溶液组成不同，其蒸馏的分离效果不同。 含挥发性物质和非挥发性物质：普通蒸馏法可以把混合液中的挥发成分分离出来。 由两种或两种以上的挥发物质组成的近似理想溶液：蒸出液中将含有每一种组分，但较先馏出液中含有的较多高气压（低沸点）组分。较后馏出液中含有较多的高沸点组分。溶液的沸点也随着组分组成变化而不停的变化着，只有组分间的沸点差大于30时，才有可能获得有意义的分离效果。沸点差越大，分离效果越理想。 注意事项：在两个馏分之间，往往存在一个过渡的馏分，因此在任一组分蒸出过程中，控制合适的温度是非常重要的。蒸馏时，应注意分别接受。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,24,组成溶液的各组分间存在相互作用（例氢键等）：蒸气压不符合拉乌尔定律，蒸馏分离基本无效，在某些范围内可能会达到部分分离。 各组分均为挥发性但不混溶：一般多采用先过滤后分液的方法分离，或先经蒸馏后分液。水蒸气蒸馏就属于这种情况。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,25,3、实验装置及安装方法 1装置,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,26,安装要点: 装置的安装与拆卸顺序：从热源处开始，自下而上，从左向右。蒸馏完毕拆卸仪器的程序和安装仪器的程序相反。 热源距烧瓶底部的高度：瓶底距离石棉网12mm。用水浴锅加热时，瓶底应距离浴底1cm左右。 温度计的深度：水银球上限与蒸馏头侧支管下限齐平。 冷凝水的流向：下口进入，上口流出，同时上端出水口朝上。 接液管的使用：严禁用烧杯等广口器皿接受挥发性易燃、易爆或有毒馏出液。 磨口玻璃仪器的连接：接口处应涂上适量润滑剂，尽量塞紧密，以防漏气。但整个蒸馏装置决不能一个密闭体系，一般保持接液管的通气空畅通。 冷凝管的选择：蒸馏沸点在80104的液体，用直形冷凝管。沸点超过104时，应用空气冷凝管。蒸馏沸点在80以下的液体时，可选用球形或蛇形冷凝管，但要竖直装配。 整套仪器应做到正确、端正，无论从正面或侧面观察，各个仪器的中心先都要在一直线上。所有的铁夹台和铁架都应尽可能整齐地放在仪器的背面。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,27,2、蒸馏操作要点 加料：料液一般为蒸馏瓶体积的1/32/3之间，常借助长颈玻璃漏斗从蒸馏头上口加入。 防暴沸：加热前加入23粒沸石或一端封闭开口朝下的毛细管素烧瓷片。当溶液过热时，千万不能加入沸石，必须等到放冷后才能加入。 和沸点测定 加热：逐渐提高加热速度。等到温度计的显示的温度快速上升时，应保持加热恒定，以控制温度计汞球部表面保持有液滴为宜。此时，蒸馏速度一般是24d/s馏出液。 接受馏出液：一般最先蒸出的低沸点物质，多为溶剂，通常称为“前馏分”。前馏分蒸完，温度计一般趋于恒定，应更换干燥、清洁的接受瓶，直至蒸馏温度再次快速上升，再更换另一个干净接受瓶，这样便获得多个较纯的馏分。每个馏分的第一滴和最后一滴的温度区间即是该馏分的沸点范围（沸程）。蒸馏瓶中的液体不能完全蒸干，否则容易发生意外。 蒸馏低沸点或易燃液体时，不能用明火加热，否则易引起火灾。故要用热浴，接受瓶应放在冰水浴中冷却。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,28,二、分 馏 目的：将沸点相近的混合物分离开来 1、基本原理 分馏又称精馏，基本原理与普通蒸馏基本相同。根据分离效果又分为简单分馏和精密分馏两种。 分馏实际上是一种连续的多次蒸馏过程，与普通蒸馏的主要区别是采用分馏柱代替了普通蒸馏中的蒸馏头。 分馏的分离过程可以由苯和甲苯组成的双组分相图直观地看出。该溶液可以近似看作是理想溶液，因此，其蒸馏过程遵循拉乌尔（Raoult）定律。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,29,在任何温度下沸腾的平衡体系中，气相中总是含有较多的易挥发性组分。,图 苯、甲苯沸点组成相图,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,30,分馏柱的分馏过程: 首先进入分馏柱的蒸汽，遇冷在分馏柱内表面凝结成一次冷凝液。该冷凝液的沸点较蒸馏瓶中的液体的沸点要低的多。这就完成了第一次蒸馏。 当后续的蒸汽上升至分馏柱中，并与上述冷凝液相遇时，便进行热量交换，导致前面的冷凝液重新沸腾，开始在分馏柱中进行新一轮蒸馏。蒸馏所产生的蒸气会在分馏柱较高的地方产生二次冷凝液。这就完成了第二次蒸馏，二次冷凝液较一次冷凝液含有更多的低沸点物质。 只要分馏柱具有足够的高度，二次冷凝液还会发生类似的第三次蒸馏。由于每一次蒸馏都能获得富集低沸点物质的效果，因此，只要这种连续蒸馏的次数足够多，就能获得足够纯的低沸点物质。 随着第一个低沸点物质的蒸完，待分馏液中原来沸点稍高的组分便成为烧瓶溶液的新的低沸点物质。同样的原理，它将在第一个物质蒸完之后被分馏出来。 小结：分馏柱实际上是一个同时进行多个连续蒸馏的场所。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,31,几种非理想溶液的相图及其分馏,如果溶液组成位于Z点左边，则分流仅能得到少量的低沸点的A； 如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点的B。,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,32,如果溶液组成位于Z点左边，则分馏仅能得到少量的低沸点的A； 如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点的B。,A,A,2000-05,有机化合物分离与提纯技术,33,2、仪器与装置 （1）分馏柱及柱效率 实验室常用的分馏柱有两种：维格罗（Vigrux）柱和亨普尔（Hempel）柱。维氏柱又叫刺形分馏柱，是一个有很多犬牙交错凹凸的玻璃管。它几乎是一般有机实验室必备的仪器。优点是无需填料，柱内滞留液体很少且易于洗脱，缺点是分馏效率差。,2000-05,