实验五 重结晶提纯
一、实验目的
1．学习固态有机物重结晶提纯的原理。
2．掌握固态有机物重结晶提纯的方法。
二、基本原理
从有机制备或天然界得到的固态有机物，往往是不纯的，必须经过提纯才能得到纯的结晶，提纯固态有机化合物常用的方法是重结晶法。这个方法的原理是利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同，而使它们互相分离。重结晶法的一般过程为：
1．选择适当的溶剂。
2．将粗产品溶于适当热的溶剂中制成饱和溶液。
3．趁热过滤除去不溶性杂质。如溶液的颜色深，则应先脱色，再进行过滤。
4．将此溶液冷却，使结晶慢慢析出，而易溶杂质则留在母液中。
5．抽气过滤分离母液，洗涤并分出结晶。
正确地选择溶剂，对重结晶操作有很重要的意义。适宜的溶剂必须符合下面的条件：
1．与被提纯的物质不起化学反应。
2．对被提纯的有机物必须具备溶解度在热时较大，而在较低温度时则较小的特性。
3．如果杂质在热溶剂中不溶，则趁热过滤除去；如果杂质在冷溶剂中易溶，则保留在溶液中，待有机物结晶后才分离。
4．对要提纯的物质能生成较整齐的晶体。
5．溶剂的沸点，不宜太低，也不宜太高。因为过低时，溶解度改变不大，又不宜操作；过高时，附着于晶体表面的溶剂不易除去。如果难以选择一种适用的溶剂时，常使用混合溶剂。混合溶剂一般由两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种是较易溶解且需提纯的有机物结晶，另一种则较难溶解。一般常用的混合溶剂有：乙醇与水；乙醇与乙醚；乙醇与丙酮；乙醚与石油醚等。常用的重结晶溶剂如表3-5所示。
表3-5 常用的重结晶溶剂
三、实验内容
（一）苯甲酸的提纯
1．仪器
玻璃棒 玻璃钉
玻璃漏斗 Ø15cm快速滤纸
Ø7cm滤纸 热水漏斗
250mL吸滤瓶 布氏漏斗
循环水真空泵 150mL烧杯
2．试剂
苯甲酸
3．实验步骤
称取3g粗苯甲酸，放入150mL烧杯中，加入120mL水和2粒沸石。在250mL电加热套上加热至沸，并用玻棒不断搅动，使固体溶解。若有尚未溶解的固体，可继续加入少量的热水，直至全部溶解为止[1]。移去热源，稍冷却后加入少量活性炭[2]，稍加搅拌后继续加热至微沸5～10分钟。准备好热水漏斗[3]，在漏斗中放一张预先折好的折叠滤纸[4]，将上述热溶液通过折叠滤纸迅速滤入150mL烧杯中，过滤过程中，热水漏斗和溶液分别保持小火加热，以免冷却。滤毕，滤液在室温下放置，让其慢慢冷却，苯甲酸结晶析出，抽气过滤[5]，使结晶和母液分离，并用玻塞挤压，使母液尽量除去。然后从吸滤瓶上拔去橡皮管，关闭循环水真空泵，在布氏漏斗上加进少量冷纯水，使晶体润湿，用玻棒小心地搅松结晶，再接上橡皮管，打开循环水真空泵抽滤至干，最后取出结晶，放在表面皿上晾干，称取质量。
注 解
[1]每次加入少量热水，加入溶剂加热后并不使未溶物减少，则可能是不溶性杂质，但为防止在过滤时有晶体在漏斗中析出，溶剂用量可比沸腾时饱和溶液所需的用量适当多一些。
[2]加入活性炭的目的是除去有色杂质，活性炭绝对不可加到正在沸腾的溶液中，否则将产生暴沸现象。活性炭的量，视杂质多少而定，一般为粗品质量的1%～5%，加入量过多，活性炭将吸附一部分纯产品，如仍不能脱色，需重新加入活性炭脱色。
[3]热水漏斗（如图2-3所示），它是把玻璃漏斗放在一个金属制的热水漏斗套中，套的两壁间充水，在侧管处加热。
[4]滤纸的折叠（如图2-4所示），折叠时，折纹切勿至滤纸的中心，否则菊花形滤纸的中央易在过滤时破裂。用菊花形滤纸过滤时，习惯上不必先湿润滤纸，但要将滤纸翻转，再放入漏斗中。
[5]为了使结晶和母液迅速有效地分离，一般常用抽气过滤（减压过滤），简称抽滤或吸滤，其装置包括三部分：
（a）漏斗：常使用布氏漏斗。瓷质，底部有许多小孔。布氏漏斗上平放一张滤纸，其直径应略小于漏斗内径，但要能盖住所有的小孔。使用时，先用溶剂湿润再吸紧。
（b）吸滤瓶：用来接受滤液，是一个壁厚并有支管的玻璃质锥形瓶。
（c）循环水真空泵。
吸滤装置：将布氏漏斗配一橡皮塞，塞子在吸滤瓶上必须紧密不漏气，漏斗管下端的口要正对吸滤瓶的侧管，瓶的侧管用厚橡皮管与循环水真空泵侧管相连（如图2-2所示）。
停止抽滤或需用溶剂洗涤时，先将吸滤瓶与循环水真空泵间连接的橡皮管拆开，或直接将安全瓶上的活塞打开与大气相通，再关闭循环水真空泵，以防虹吸。
（二）萘的提纯
纯萘为白色结晶片或粉，熔点80.2℃，沸点为217.9℃。在常温下能升华，易燃；能溶于苯、甲醇、氯仿、甲苯及无水乙醇等，极易溶于醚，不溶于水。
1．仪器
60mL标准口圆底烧瓶 标准口球形冷凝管
水浴锅 玻璃棒
玻璃钉 热水漏斗
玻璃漏斗 Ø9cm表面皿
Ø15cm快速滤纸 Ø12cm滤纸
布氏漏斗 250mL吸滤瓶
循环水真空泵 100mL锥形瓶
2．试剂
粗萘 95%乙醇
图3-7 普通回流装置
3．实验步骤
如图3-7所示，在装有回流冷凝管的50mL圆底烧瓶中，放入3g粗萘，加入25mL 70%（体积分数）的乙醇，加1～2粒沸石，接通冷凝水后，在水浴上加热至沸，并不断振摇瓶中物，以加速溶解。若所加的乙醇不能使粗萘完全溶解，则应从冷凝管上端继续加入少量70%乙醇[1]，每次加入乙醇后应振摇，待完全溶解后，再加入几毫升[2]。撤去火源，移出水浴，稍冷后，加入半角匙至一角匙活性炭[3]，稍加振摇，再重新在水浴上加热煮沸5～10分钟，准备好热水漏斗[4]，在漏斗中放一预先折好的折叠滤纸[5]，将上述热溶液通过折叠滤纸滤入干燥的100mL锥形瓶中，滤毕，滤液在室温下放置，让其慢慢冷却，结晶完全析出后，用布氏漏斗抽气过滤[6]（滤纸先用70%的乙醇润湿、吸紧），使结晶和母液分离，并用玻塞挤压，使母液尽量除去，然后拔去吸滤瓶上橡皮管，关闭循环水真空泵，在布氏漏斗中加入少量70%的乙醇，使晶体润湿均匀（可用玻棒轻轻地搅动晶体，但不能搅破滤纸），再接上橡皮管，打开循环水真空泵抽滤至干。取出结晶放在表面皿上晾干，称取质量。
重结晶所得萘及吸滤瓶中的溶液都倒入指定的回收瓶中。
注 解
[1]萘的熔点较70%的乙醇沸点为低，加入不足量的70%乙醇加热至沸后，萘呈熔融状态而非溶解，这时应继续添加溶剂直至完全溶解。但注意判断是否有不溶或难溶性杂质。
[2]为了防止在过滤时有晶体在漏斗中析出，溶剂用量可比沸腾时饱和溶液所需的用量适当多一些。在此过量20%，故在溶解粗萘时注意记下恰好完全溶解时所需的溶剂量。
[3]加入活性炭目的是除去有色杂质。活性炭绝对不可加到正在沸腾的溶液中，否则将产生暴沸现象。活性炭的量，视杂质多少而定，一般为粗品质量1%～5 %，加入量过多，活性炭将吸附一部分纯产品，如仍不能脱色，需重新加入活性炭脱色。
[4]热水漏斗见本实验内容（一）的注解[3]。
[5]滤纸的折叠见本实验内容（一）的注解[4]。
[6]抽气过滤见本实验内容（一）的注解[5]。
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