第一節(jié)　半微量分離提純技術(shù)

半微量分離提純技術(shù)法操作接近常量法，技術(shù)比微量法易于掌握，設(shè)備也易獲得，分析速度較常量法快，并且可節(jié)約試劑藥品。特別適用于從事有機(jī)合成等研究卻必須兼顧解決所遇到的有機(jī)分析問題的人員。

一、重結(jié)晶

從有機(jī)合成反應(yīng)分離出來的固體粗產(chǎn)物往往含有未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物及雜質(zhì)，必須對它加以分離純化，重結(jié)晶是分離提純固體化合物的一種重要的、常用的分離方法之一。固體有機(jī)物在溶劑中的溶解度與溫度有密切關(guān)系，通常溫度升高，溶解度增大；反之，則溶解度降低。利用溶劑對被提純物質(zhì)和雜質(zhì)溶解度的不同而使它們相互分離，濾掉雜質(zhì)，冷卻，使被提純物質(zhì)重新結(jié)晶析出，從而達(dá)到提純目的，這種方法稱為重結(jié)晶。

重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)操作一般在試管中進(jìn)行，用圖1-1所示的微量燒杯（ф15mm×50mm）尤為合適，也可用梨形瓶或小錐形瓶（瓶容積5mL或10mL）。把被提純物質(zhì)及溶劑加入，溶液總量不超過容器容量的2/3。加熱時(shí)，用試管夾夾住試管在半微量或微量煤氣燈下加熱，也可以用水浴或油浴來加熱（根據(jù)溶劑的沸點(diǎn)和易燃性，選擇適當(dāng)?shù)臒嵩〖訜幔┮钥刂萍訜釡囟取Ｋ』蛴驮】稍?50mL燒杯中進(jìn)行。

有時(shí)為了避免溶劑揮發(fā)及可燃溶劑著火或有毒溶劑中毒，需要采用回流裝置。半微量回流加熱裝置常采用在試管口插入指形冷凝管的方式，如圖1-2（a）所示，也可以用一般冷凝管插在磨口梨形瓶上（瓶容積5mL、10mL或25mL），如圖1-2（b）、（c）所示。

在溶解過程中應(yīng)不停振蕩或攪拌，以防暴沸。為了避免晶體析出太快，致使下一步過濾發(fā)生困難，可以適當(dāng)多加一些溶劑，使大約比溶劑沸點(diǎn)低10℃時(shí)形成飽和溶液。

當(dāng)物質(zhì)全部溶解后，即可趁熱過濾（若溶液中含有色雜質(zhì)，則要加活性炭脫色。這時(shí)應(yīng)移去火源，使溶液稍冷，然后加入活性炭，繼續(xù)煮沸1～2min，再趁熱過濾）。可用多折濾紙及普通玻璃漏斗過濾，也可用吸濾法。①當(dāng)用多折濾紙及普通玻璃漏斗過濾時(shí)，先將漏斗（口徑20～30mm，頸長10mm）烘熱，鋪上濾紙；再用預(yù)熱過的溶劑淋洗濾紙，立即倒入熱溶液。濾畢，用少量預(yù)熱溶劑淋洗濾紙。②吸濾時(shí)用ф25mm×150mm帶有側(cè)管的吸濾管，漏斗用口徑20～30mm、柄長35mm的普通玻璃漏斗，漏斗中安放一塊細(xì)孔磁漏板或玻璃釘作承濾板，如圖1-3所示。也可以用如圖1-4所示的過濾器直接將濾液收集于錐形瓶中。這種吸濾器高100mm，內(nèi)徑45mm。用各種不同高度的軟木塞作底座，可隨意安放5mL、10mL或25mL錐形瓶接收濾液。

過濾完畢，將盛濾液的錐形瓶松開，塞上瓶塞，在室溫或冰箱中冷卻。為了促使結(jié)晶析出，必要時(shí)可用玻棒（或不銹鋼刮匙）摩擦器壁以形成粗糙面（使溶質(zhì)分子呈定向排列而形成結(jié)晶的過程較在平滑面上迅速和容易），或加入幾顆“晶種”（同一物質(zhì)的晶體，供給定型的晶核，使晶體迅速形成）。若溶劑太多，結(jié)晶不易析出時(shí)，可在熱浴上加熱蒸發(fā)以除去一部分溶劑（注意防止暴沸！）。結(jié)晶析出后，用上述吸濾裝置過濾收集。待母液吸干后，停止抽氣，用滴管滴幾滴溶劑于結(jié)晶上，用不銹鋼刮匙（ф3mm×150mm不銹鋼絲制成，如圖1-5所示）將結(jié)晶輕微攪動（注意勿刮破濾紙！），使全部晶體均受潤濕，再吸濾。如此拌洗兩三遍，最后用平頭玻棒將晶體擠壓干得到晶體餅。取下漏斗，用持著漏斗的手的小指輕輕頂一下玻璃釘末端即可將整塊壓緊的晶體餅塊頂出，然后用刮匙撥入表面皿中，如圖1-6所示。

抽濾和洗滌后的結(jié)晶，表面上還吸附有少量溶劑，因此尚需用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行干燥。固體的干燥方法很多，可根據(jù)重結(jié)晶所用的溶劑及結(jié)晶的性質(zhì)來選擇。常用的方法有如下幾種。

①空氣晾干：將抽干的固體物質(zhì)轉(zhuǎn)移到表面皿上鋪成薄薄的一層，再用一張濾紙覆蓋以免沾染灰塵，然后在室溫下放置，一般要放幾天后才能徹底干燥。

②烘干：一些對熱穩(wěn)定的化合物可以在低于該化合物熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行烘干。實(shí)驗(yàn)室中常用紅外線燈或用烘箱、蒸氣浴等進(jìn)行干燥。

③用濾紙吸干：有時(shí)晶體吸附的溶液在過濾時(shí)很難抽干，這時(shí)可將晶體放在兩三層濾紙上，上面再用濾紙擠壓以吸出溶劑，然后置干燥器中干燥。此法的缺點(diǎn)是晶體上易沾上一些濾紙纖維。

少量結(jié)晶樣品的干燥可以在如圖1-7所示的簡易干燥器中進(jìn)行，這種干燥器是用20mm口徑的硬質(zhì)試管或玻璃管改裝制成的。

在進(jìn)行重結(jié)晶時(shí)，選擇理想的溶劑是一個(gè)關(guān)鍵，理想的溶劑必須具備下列條件：

①在較高溫度時(shí)（溶劑沸點(diǎn)附近），試樣在溶劑中溶解度比在室溫或較低溫度下的溶解度大許多（至少大3倍）。

②雜質(zhì)與樣品在這個(gè)溶劑中的溶解度相差很大。比如，在較高溫度時(shí)，雜質(zhì)在溶劑中的溶解度很小，趁熱過濾可以將它除去；或者在較低溫度時(shí)，雜質(zhì)在該溶劑中溶解度很大，溶液冷卻后它不至于隨樣品一同結(jié)晶析出。

③它與待純化的樣品不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

④試樣在其中能形成良好的晶體析出。

⑤沸點(diǎn)在30～150℃之間。沸點(diǎn)過低溶劑易揮發(fā)逸失，造成過濾等操作時(shí)的麻煩；沸點(diǎn)太高不易將結(jié)晶表面附著的溶劑除去。

⑥廉價(jià)，無劇毒。

常用的溶劑見表1-2。

溶劑的選擇全憑經(jīng)驗(yàn)。大致說來，物質(zhì)易溶在結(jié)構(gòu)相似的溶劑中。當(dāng)找不到符合上述條件的單純?nèi)軇r(shí)，可以考慮混合使用一種“良溶劑”（即樣品在其中溶解度較大的溶劑）和一種“劣溶劑”（即樣品在其中溶解度較小的溶劑），這兩種溶劑本身應(yīng)該是互溶的。操作方法是：先將樣品溶解在少量良溶劑中，加熱，再向這個(gè)熱溶液中，逐滴加入已預(yù)熱的劣溶劑，直到溶液剛好出現(xiàn)混濁時(shí)為止。再滴入一滴良溶劑使混濁消失，然后執(zhí)行前面操作，冷卻，待結(jié)晶析出。常用的混合溶劑有乙醇-水，乙醚-甲醇，醋酸-水，乙醚-丙酮，丙酮-水，乙醚-石油醚，吡啶-水，苯-石油醚等。

二、蒸餾

蒸餾是提純物質(zhì)和分離混合物的一種方法，通過蒸餾還可以測出化合物的沸點(diǎn)，因此它對鑒定純粹的液體有機(jī)化合物也具有一定的意義。

液體的分子由于分子運(yùn)動有從表面逸出而在液面上部形成蒸氣的傾向，這種傾向隨著溫度的升高而增大。當(dāng)分子由液體逸出的速度與分子從蒸氣中回到液體中的速度相等時(shí)，即形成飽和蒸氣，飽和蒸氣對液面所施的壓力，稱為飽和蒸氣壓。當(dāng)液體的蒸氣壓增大到與外界施于液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時(shí)，就有大量氣泡從液體內(nèi)部逸出，即液體沸騰，這時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn)。將液體加熱至沸，使液體變?yōu)檎魵猓缓笫拐魵饫鋮s再凝結(jié)為液體，這兩個(gè)過程的聯(lián)合操作稱為蒸餾。利用半微量蒸餾裝置，當(dāng)被提純物質(zhì)與雜質(zhì)沸點(diǎn)不同時(shí)，通過蒸餾的方法可以進(jìn)行液體混合物分離提純。

應(yīng)用分餾柱使幾種沸點(diǎn)相近的混合物分離的方法稱為分餾，實(shí)際上分餾就是多次的蒸餾。

水蒸氣蒸餾是分離和純化有機(jī)物質(zhì)的常用方法。當(dāng)與水不相混溶的物質(zhì)和水一起存在時(shí)，整個(gè)體系的蒸氣壓應(yīng)為各組分蒸氣壓之和。當(dāng)混合物中各組分蒸氣壓的總和等于外界大氣壓時(shí)，這時(shí)的溫度即為它們的沸點(diǎn)。這時(shí)的沸點(diǎn)必定較任一個(gè)組分的沸點(diǎn)都低。因此，在常壓下應(yīng)用水蒸氣蒸餾，就能在低于100℃的情況下將高沸點(diǎn)組分與水一起蒸發(fā)出來。此法特別適用于分離那些在其沸點(diǎn)附近易分解的物質(zhì)，也適用于從不揮發(fā)物質(zhì)或不需要的樹脂狀物質(zhì)中分離出所需的組分。

圖1-8所示為各種半微量蒸餾儀器。用這些儀器可蒸餾5～25mL的液體。如果操作細(xì)致小心，也可以處理2～5mL的液體。

進(jìn)行較精密的分餾時(shí)，液樣取量要多一些。容積在2mL以下的液體的分餾操作，對于初學(xué)者是較困難的，因?yàn)闇袅啃。逐s效率高的分餾儀器很難做到。圖1-9所示的是一般的半微量分餾裝置。對那些在常壓蒸餾時(shí)未達(dá)沸點(diǎn)即已受熱分解、氧化或聚合的物質(zhì)，宜采用減壓蒸餾。圖1-10所示為半微量減壓分餾裝置。常用的半微量水蒸氣蒸餾裝置如圖1-11所示。其特點(diǎn)在于蒸餾瓶插在水蒸氣發(fā)生器中，這樣可以防止水汽凝結(jié)在管中。

進(jìn)行蒸餾前，需要準(zhǔn)備兩個(gè)接收器，因?yàn)樵谶_(dá)到需要物質(zhì)的沸點(diǎn)之前，常有沸點(diǎn)較低的液體先蒸出。這部分餾液稱為“前餾分”或“餾頭”。前餾分蒸完，溫度趨于穩(wěn)定后，蒸出的就是較純的餾出物質(zhì)，這時(shí)應(yīng)更換一個(gè)潔凈干燥的接收器進(jìn)行接收。記下這部分液體開始餾出時(shí)和最后一滴餾出時(shí)的溫度讀數(shù)，即是該餾分的沸程。一般液體中或多或少會有一些高沸點(diǎn)雜質(zhì)，在所需要的餾分蒸出后，若再繼續(xù)升高加熱溫度，溫度計(jì)讀數(shù)會顯著升高；若維持原來加熱溫度，就不會再有餾液蒸出，而且溫度會突然下降，這時(shí)就應(yīng)停止蒸餾。即使雜質(zhì)含量極少，也不要蒸干，以免蒸餾瓶破裂造成其他意外事故。

三、升華

在某些情況下，升華純化法比重結(jié)晶純化法更有效，尤其當(dāng)處理少量樣品時(shí)更是如此。升華是純化固體有機(jī)化合物的一個(gè)方法，嚴(yán)格來說，升華是指物質(zhì)自固態(tài)不經(jīng)過液態(tài)而直接轉(zhuǎn)變成蒸氣的現(xiàn)象。然而對有機(jī)化合物的提純來說，是利用有機(jī)物在高溫下升華，通過各組分升華溫度不同，再重新結(jié)晶達(dá)到分離提純目的。從理論上來說，任何固體有機(jī)化合物凡能夠在常壓或減壓下進(jìn)行蒸餾而不分解的都可以進(jìn)行升華；但是實(shí)際上，如果一個(gè)固體樣品在它的熔點(diǎn)20～50℃以下，減壓至數(shù)微米汞柱，加熱數(shù)小時(shí)仍不升華時(shí)，則不能借升華法來純化它。

圖1-12是一種常用的少量物質(zhì)的半微量升華儀器，它是由一截ф25mm×100mm玻璃管制成，底部呈圓球形，球直徑是30mm；冷凝管長約120mm，中部外徑8mm，底部呈蘑菇形，其頭最寬部分外徑24mm，末端距管底8～10mm。升華出來的晶體落在蘑菇邊沿淺溝中。

可以借分級升華來分離混合物樣品。操作步驟是：將底部鋪有約10mg樣品的升華管插入加熱溶液中5～6mm深，減壓至5～20mm汞柱（0.67～2.67kPa）。首先在40～50℃下加熱30min，如果無升華現(xiàn)象發(fā)生，再升高10～15℃溫度加熱0.5～1h。如此逐步進(jìn)行加熱，一直到有升華物凝聚在冷凝管末端為止。當(dāng)約有1mg升華物形成后，緩緩放入空氣，將冷凝管小心取出，刮下其上的晶體，進(jìn)行顯微鏡鑒定或熔點(diǎn)測定。用溶劑淋洗冷凝管，并將洗液收集在一表面皿上，以便待溶劑揮發(fā)后再回收一部分晶體。將洗凈并擦干的冷凝管插回升華管中，繼續(xù)升高溫度進(jìn)行第二級分的升華。如此反復(fù)進(jìn)行，可收得6～8個(gè)級分，根據(jù)熔點(diǎn)測定，可以了解分級情況。

四、萃取

萃取是利用物質(zhì)在兩種不互溶（或微溶）溶劑中溶解度或分配比的不同來達(dá)到分離、提取或純化目的的一種操作。有機(jī)分析中常用與水不混溶的有機(jī)溶劑自水溶液中萃取有機(jī)物。使用的最簡易的儀器是10～30mL的分液漏斗。用2～5mL溶劑在試管中萃取少量物質(zhì)時(shí)，可以用如圖1-13所示的半微量分液管裝置。