重结晶及过滤

一、实验目的：

  1. 学习重结晶法提纯固态有机化合物的原理和方法；

  2. 掌握减压抽滤、热过滤操作和滤纸的折叠方法；

  3. 了解重结晶时溶剂的选择标准。

二、实验原理：

1. 重结晶的概念：

    将晶体溶于溶剂以后，又重新从溶液中结晶的过程，又称再结晶。

2. 实验原理

    重结晶是利用固体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同，或在同一溶剂中不同温度时的溶解度不同，而使它们相互分离。

固体有机物在溶剂中的溶解度一般随温度的升高而增大。把固体有机物溶解在热的溶剂中使之饱和，冷却时由于溶解度降低，有机物又重新析出晶体。

利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，使被提纯物质从过饱和溶液中析出。让杂质全部或大部分留在溶液中，从而达到提纯的目的。

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。

3. 选择溶剂的条件：

（1）不与被提纯物质起化学反应

（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，只能溶解很少量的该种物质

（3）对杂质的溶解非常大或者非常小（前一种情况是使杂质留在母液中不随被提纯物晶体一同析出；后一种情况是使杂质在热过滤时被滤去）

（4）容易挥发（溶剂的沸点较低），易与晶体分离除去

（5）能给出较好的晶体

（6）无毒或毒性很小，便于操作

（7）价廉易得

（8）可以选用混合溶剂

      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，最佳复合溶剂的选择必须通过预试验来确定。

三、实验步骤：

1.固体物质的溶解：

  通过查溶解度表和预实验算出溶解一定固体所需要的最少溶剂量。

  乙酰苯胺在水中的溶解度表

  

     称取2克粗乙酰苯胺放于250毫升烧杯中，加入70毫升水、加热使水微沸(电热套加热，表面皿盖住烧杯）、若不能完全溶解，再分次加入少量水，用玻棒搅拌（注意有没有不能溶于水的杂质），并使微沸2—3分钟，直到固体物质完全溶解，停止加热。再补加20 mL水，若溶液有色，加入约0.2克（半小药勺）活性炭，重新加热至微沸并不断搅拌。

注意：活性炭不能加入到沸腾的溶液中，不然会引起暴沸。

2.热过滤（常压过滤）：

准备好热滤装置和一扇形滤纸。将溶液趁热过滤，滤液用烧杯收集。

  注意事项：这一步动作迅速，如果温度降低过快，会有部分乙酰苯胺析出在滤纸上边而被除掉。

  该步的目的：出去不溶性杂志。

3.冷却结晶：

将烧杯放在冷水浴中冷却，使结晶完全析出。如果没有结晶析出，用玻棒搅动，促使结晶形成。待溶液充分冷却后（用手摸烧杯壁，烧杯是凉的，即可），进行下一步。

该步目的：析出晶体

4.抽滤（减压过滤）：

布氏漏斗上放上圆形滤纸，用少量水浸湿滤纸后，打开水循环泵，将滤纸抽紧，然后将晶体和母液边用玻璃棒搅拌边倒入布氏漏斗中，减压过滤分离滤液，得到结晶。然后用母液洗涤烧杯，使烧杯中晶体完全转移到布氏漏斗中，待抽干后，用少量（5 ml)自来水洗涤布氏漏斗中的晶体，待完全抽干后，将晶体放到滤纸上，下周来称重，算产率。

该步目的：出去可溶性杂质，收集纯品。

如重结晶选用易挥发或有毒的溶剂时，应选用回流装置。

第二篇：重结晶

实验二      重结晶

一、实验目的

1. 学习和熟悉固体溶解，热过滤，减压过滤等基本操作

2. 通过苯甲酸重结晶实验，理解固体有机物重结晶提纯的原理及意义

二、实验原理

从制备或自然界得到的固体化合物，往往是不纯的，重结晶是提纯固体化合物常用的方法之一。

固体化合物在溶剂中的溶解度随温度变化而变化，一般温度升高溶解度增加，反之则溶解度降低。如果把固体化合物溶解在热的溶剂中制成饱和溶液，然后冷却至室温或室温以下，则溶解度下降，这时就会有结晶固体析出。利用溶剂对被提纯物质和杂质的溶解度的不同，使杂质在热过滤时被滤除或冷却后留在母液中与结晶分离，从而达到提纯的目的。

重结晶适用于提纯杂质含量在5%以下的固体化合物，杂质含量过多，常会影响提纯效果，须经多次重结晶才能提纯。因此，常用其它方法如：水蒸气蒸馏，萃取等手段先将粗产品初步化，然后再用重结晶法提纯。

三、实验装置图

           

          图1. 重结晶热过滤装置                         图2. 抽滤装置

四、实验步骤

1．制备热溶液

将2 g粗制的乙酰苯胺及计量的水加入100 mL的烧杯中，加热至沸腾，并用玻璃棒不断搅拌，使固体溶解。若尚有未溶解的固体，可继续加入少量热水（每次加入3~5ml），直至固体全溶为止。若加入溶剂，加热后不见未溶物减少，则可能是不溶性杂质，这时不必再加溶剂。移去热源，取下烧杯稍冷后再加入计量的活性炭于溶液中，搅拌后，盖上表面皿，继续加热，微沸5~10分钟。

2．趁热过滤

折叠滤纸的折叠方法 

漏斗选择颈短而粗的，接收容器内壁不要与漏斗颈贴紧，避免折出晶体。准备好热水漏斗，加水2/3，加热至沸，在其中放一折叠滤纸，将上述热溶液分2~3次迅速滤入150ml烧杯中。不要用玻璃棒引流。每次倒入的溶液不要太满，也不要等溶液全部滤完后再加，滤液无色透明。过滤过程中，热水漏斗和溶液分别保持小火加热，避免冷却。热过滤要准备充分，动作迅速。若有少量晶体折出，可用少量热溶剂洗下，若较多，可用刮刀刮回原瓶，重新热过滤。

3．结晶的折出，分离和洗涤

热过滤后，滤液在室温下放置，自然冷却，待晶体折出后，减压过滤，吸干，使结晶与母液尽量分开。停止吸滤，在布氏漏斗中加入少量溶剂，使晶体润湿，用玻璃棒搅松晶体，减压吸干。洗涤晶体1~2次。

4．称量、计算回收率

取出晶体，放在表面皿上晾干，或100~150℃烘干，称量，计算回收率。

5．产品性状

五、操作要点

[1] 正确选择溶剂是重结晶操作的关键。适宜的溶剂应具备以下条件：

（1）不与待提纯物质起化学反应

（2）待提纯的化合物溶解度高温时大，低温时小，能得到较好的结晶。

（3）对杂质的溶解度非常大（留在母液中）或非常小（热过滤除去）。

（4）溶剂的沸点不宜过高或过低：过低溶解度改变不大，不易操作；过高则晶体表面的溶剂不易除去。

（5）安全、低毒、易回收。

（5）对于不同的待提纯物质应选择合适的溶剂，有时需使用混合溶剂。

[2] 加沸石防止爆沸。

[3] 溶剂用量影响产品纯度与收率：

先加入比按溶解度计算量稍少些的溶剂，加热煮沸。若未全溶，可分批添加溶剂，每次均应加热煮沸，至样品溶解，溶剂用量一般比需要量多15%~20%，溶剂过量造成溶质损失，影响收率；溶剂过少，热过滤时因挥发，降温会使溶液过饱和，在滤纸上折出晶体，收率亦低。

[4] 活性炭脱色除去有色杂质，稍冷再加入：

活性炭可吸咐色素及树脂状物质。应注意：

（1）待化合物全部溶解后，稍冷却再加入活性炭，以免引起爆沸。

（2）加入活性炭的量一般为粗品质量的1%~5%,加入量多，活性炭将吸附一部分纯产品，加入量少，脱色不彻底。

[5] 热过滤准备要充分，动作要迅速

（1）准备好热过滤折叠滤纸

（2）选择颈短而粗的玻璃漏斗，以免降温

（3）保温漏斗加水2/3，加热至沸，放入玻璃漏斗及折叠滤纸，其向外的棱边紧贴于漏斗壁上，最好用少量热溶剂润湿滤纸，立即将热溶液分批倒入。（但注意溶液切勿对准滤纸尖倒下去，以免冲破滤纸，造成透滤）加入量不多于漏斗的2/3，不少于1/3，加完为止，并且过滤过程中，热水漏斗和烧杯内溶液始终应小火加热，以免冷却，折出晶体。

（4）一般不要用玻璃棒引流，以免加速降温，接受滤液的容器内壁不要紧贴漏斗颈，以免滤液降温折出晶体沿器壁堆积，堵塞漏斗口，使无法继续过滤。

[6] 自然冷却折出晶体，与不溶性杂质分离

结晶的大小与冷却的温度有关。一般迅速冷却并搅拌，往往得到细小晶体，表面积大，易吸附杂质，因此一般是自然冷却至室温折出较大晶体为宜。若冷却后无结晶折出，可用玻璃棒摩擦器壁或投入该化合物的晶体做为晶种，也可放置冰箱内较长时间，促使结晶折出。

[7] 减压过滤，洗涤晶体

折出的晶体与母液分离，常采用减压过滤。

（1）布氏漏斗，吸滤瓶，安全瓶，水泵或空气压缩机，必须按要求连接紧密不漏气，布氏漏斗下端斜口应正对吸滤瓶测管。

（2）滤纸要比布氏漏斗内径略小，但必须覆盖全部小孔，滤纸不能太大，否则易透滤。

（3）要用母液全部转移晶体，并用洁净的玻璃塞挤压晶体，使母液尽量除去。

（4）停止吸滤，用少量冷溶剂洗涤晶体1~2次，将晶体洗涤干净，减压吸干。

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？

 答：一般包括：（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？

 答：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？

 答：活性炭可吸附有色杂质、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？

 答：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？

 答：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？

 答：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？

 答：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？

 答：（1）与被提纯的有机化合物不起化学反应。（2）因对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。（3）杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。（4）对要提纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体。（5）溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高（难除）。（6）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？

 答：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？

 答：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）。