重結(jié)晶小結(jié)

2023年12月27日發(fā)(作者：淌著的拼音)

重結(jié)晶技術(shù)經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

重結(jié)晶技術(shù)經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

眾所周知，固體有機(jī)物在任何一溶劑中的溶解度，均隨溫度的升高而增加，所以將一個有機(jī)化合物在某溶劑中，在較高溫度時制備成飽和溶液，然后使其冷卻到室溫或降至室溫以下，即會有部分成結(jié)晶析出。利用溶劑與被提純物和雜質(zhì)的溶解度不同，讓雜質(zhì)全部留在溶液或大部分留在溶液；當(dāng)然，有時一開始析出的結(jié)晶也可能是雜質(zhì)，而需要的組分則在溶液中。通過上述我們知道影響重結(jié)晶純化的重要因素是：溶劑的選擇；熱溶液的制備；冷卻析晶

一、溶劑的選擇

1、 不與被提純物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。例如脂肪族鹵代烴類化合物不宜用作堿性化合物結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑；醇類化合物不宜用作酯類化合物結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑，也不宜用作氨基酸鹽酸鹽結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑。

2、 在較高溫度時能溶解多量的被提純物質(zhì)而在室溫或更低溫度時只能溶解很少量；

3．對雜質(zhì)的溶解度非常大或非常小，前一種情況雜質(zhì)留于母液內(nèi)，后一種情況趁熱過濾時雜質(zhì)被濾除；

4．溶劑的沸點(diǎn)不宜太低，也不宜過高。溶劑沸點(diǎn)過低時制成溶液和冷卻結(jié)晶兩步操作溫差小，團(tuán)體物溶解度改變不大，影響收率，而且低沸點(diǎn)溶劑操作也不方便。溶劑沸點(diǎn)過高，附著于晶體表面的溶劑不易除去。用于結(jié)晶和重結(jié)晶的常用溶劑有：水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、冰醋酸、二氧六環(huán)、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、二甲亞砜等也常使用。二甲基甲酰胺和二甲亞砜的溶解能力大，當(dāng)找不到其它適用的溶劑時，可以試用。但往往不易從溶劑中析出結(jié)晶，且沸點(diǎn)較高，晶體上吸附的溶劑不易除去，是其缺點(diǎn)。乙醚雖是常用的溶劑，但是若有其它適用的溶劑時，最好不用乙醚，因?yàn)橐环矫嬗捎谝颐岩兹肌⒁妆褂脮r危險性特別大，應(yīng)特別小心；另一方面由于乙醚易沿壁爬行揮發(fā)而使欲純化的化學(xué)試劑在瓶壁上析出，以致影響結(jié)晶的純度。

5．能給出較好的結(jié)晶。

溶劑是制備結(jié)晶的關(guān)鍵所在。一般首選乙醇。另外，盡可能選擇單一溶劑，這樣在大生產(chǎn)時也可較好的解決母液回收套用問題，降低成本。研究時，混合溶劑一般會有更好效果。在幾種溶劑都適用時，則應(yīng)根據(jù)結(jié)晶的回收率、操作的難易、溶劑的毒性大小及是否易燃、價格高低等擇優(yōu)選用。還有就是加晶種的時機(jī)：晶種加得過早，晶種溶解或產(chǎn)

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重結(jié)晶技術(shù)經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

生的晶型一般較細(xì)；加的晚，則溶液里可能已經(jīng)產(chǎn)生了晶核，造成結(jié)晶可能包裹雜質(zhì)

在選擇溶劑時必須了解欲純化的化學(xué)試劑的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿苜|(zhì)往往易溶于與其結(jié)構(gòu)相近的溶劑中―“相似相溶”原理。極性物質(zhì)易溶于極性溶劑，而難溶于非極性溶劑中；相反，非極性物質(zhì)易溶于非極性溶劑，而難溶于極性溶劑中。這個溶解度的規(guī)律對實(shí)驗(yàn)工作有一定的指導(dǎo)作用。如：欲純化的化學(xué)試劑是個非極性化合物，實(shí)驗(yàn)中已知其在異丙醇中的溶解度太小，異丙醇不宜作其結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑，這時一般不必再實(shí)驗(yàn)極性更強(qiáng)的溶劑，如甲醇、水等，應(yīng)實(shí)驗(yàn)極性較小的溶劑，如丙酮、二氧六環(huán)、苯、石油醚等。適用溶劑的最終選擇，只能用試驗(yàn)的方法來決定。

二、熱溶液的制備

很多人認(rèn)為，制備熱溶液就是將溶液加熱至一定溫度，然后將要結(jié)晶的混合物溶解其中。其實(shí)，熱溶液的制備還是有很多的講究的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我認(rèn)為首先，必須先了解選用的溶劑的沸點(diǎn)，熱溶液的溫度應(yīng)同其沸點(diǎn)有一段距離，否則溶劑揮發(fā)量太大，不僅影響重結(jié)晶效果，還會危害身體健康；其次，熱溶并不是一口氣加入混合物使其溶解，最好的操作應(yīng)該是在升溫的過程中不斷的攪拌加入混合物，使其飽和。

三、冷卻析晶

通常可分為常溫（室溫）、低溫析晶兩種。至于采用哪種方法則決定于結(jié)晶速度的快慢，晶形要求等因素。如果，結(jié)晶速度快，一般采用常溫（室溫，自然冷卻）結(jié)晶，而對于一些有特殊要求（如，不易結(jié)晶，結(jié)晶慢等）可采用低溫結(jié)晶方式（先自然冷卻至室溫，至于冰箱保鮮層緩慢降溫）。一般來說，我們希望在最短的時間里得到結(jié)晶，常采用非常手段（如，至于冷水中，冷卻過程中加以振搖），這要是可以加快結(jié)晶速度，但是它也帶來很大的弊端。因?yàn)椋焖倮鋮s，振搖得到的結(jié)晶大多較細(xì)，表面積大，吸附母液多，且容易夾有雜質(zhì)（快速結(jié)晶中雜質(zhì)包裹在晶體中）。所以，最好是采用自然冷卻。當(dāng)然，加快結(jié)晶的辦法也是有的：用玻璃棒摩擦瓶壁；加入少量晶種引晶。如果溶液冷卻后不析出晶體而得到油狀物時，可重新加熱，至形成澄清的熱溶液后，任其自行冷卻，并不斷用玻璃棒攪拌溶液，摩擦器壁或投人品種，以加速品體的析出。若仍有油狀物開始忻出，應(yīng)立即劇烈攪拌使油滴分散

四、結(jié)晶的過濾和洗滌

將析出的結(jié)晶的冷溶液和結(jié)晶的混合物，用抽濾法分出結(jié)晶；瓶中殘留的結(jié)晶，可用少量濾液沖洗幾次，一并轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，把母液盡量抽干；用刮刀、空心塞把結(jié)晶壓緊，

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以便抽干結(jié)晶吸附的含雜質(zhì)的母液；用適量的洗滌液清洗2～3次，可用玻璃棒或刮刀輕輕攪動。

五、結(jié)晶的干燥

若重結(jié)晶的溶劑是石油醚等低沸點(diǎn)溶劑可放于通風(fēng)廚中自然涼干（不吸水的前提下），如果是乙醇等沸點(diǎn)較高的溶劑一定要在高于其沸點(diǎn)10℃的烘箱中放置1～2小時（低于結(jié)晶熔點(diǎn)20℃以上）。干燥至恒重后，及時至于干燥器中保存待用。

六、判定結(jié)晶純度的方法

理化性質(zhì)均一；固體化合物熔距≤ 2℃；TLC或PC展開呈單一斑點(diǎn)；HPLC或GC（氣相色譜）分析呈單峰。

混合溶劑一般是由兩種可以以任何比例互溶的溶劑組成，其中一種溶劑較易溶解欲純化的化學(xué)試劑，另一種溶劑較難溶解欲純化的化學(xué)試劑。一般常用的混合溶劑 有：乙醇和水、乙醇和乙醚、乙醇和丙酮、乙醇和氯仿、二氧六環(huán)和水、乙醚和石油醚、氯仿和石油醚等等，最佳復(fù)合溶劑的選擇必須通過預(yù)試驗(yàn)來確定

利用兩相溶劑重結(jié)晶時，要使你的東西溶于兩相中易揮發(fā)的溶劑中，而不溶于可微溶揮發(fā)的溶劑中。這樣放在室溫下，讓它慢慢揮發(fā)，就可以拿到純物質(zhì)了，而且還有可能拿到單晶。但一般析晶時間較長，冬天有時放置半個月也無法析出結(jié)晶，需嚴(yán)格控制兩種溶劑的比例，尤其是易溶溶劑的量，盡量用最少的溶解度較大的溶劑。

在20mg以上或者20mg左右的量 均可以用柱層析的方法或者是薄層層析技術(shù)加以分離，又是可能損失會大一點(diǎn)，有時并不比重結(jié)晶得到的少。

操作的仔細(xì)度也會影響結(jié)晶，我有一次做結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，總是得到粘狀物，可滴加少許甲醇，立刻就有結(jié)晶析出，但仍粘，后來改為緩緩滴加，結(jié)晶效果就好了。

例子：有時重結(jié)晶會有白色的粉末狀的物體析出，但是抽濾后會發(fā)現(xiàn)濾紙上留下的是黏稠狀的東西，抽干之后將樣品碾碎也是白色粉末狀物質(zhì)，同時發(fā)現(xiàn)它的液相純度并不高，請問這是什么原因呢？ 這樣的情況很正常，只是你所得到的是無序的絮狀沉淀，而不是結(jié)晶，沒有晶體原本具備的規(guī)則晶形排列，復(fù)合溶劑也可以得到晶體，當(dāng)出現(xiàn)白色絮狀沉淀的時候，再放在水浴上加熱，如果沉淀溶解了，便可放置等待結(jié)晶；如果不溶解，再緩慢滴加丙酮，待剛好溶解，即可放置析晶。

在實(shí)施結(jié)晶和重結(jié)晶的操作時要注意以下幾個問題：

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1. 在溶解欲純化的化學(xué)試劑時要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)程，加熱易燃、易爆溶劑時，應(yīng)在沒有明火的環(huán)境中操作，并應(yīng)盡量避免直接加熱。因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，溶解度曲線在接近溶劑沸點(diǎn)時陡峭地升高，故在接近和重結(jié)晶時應(yīng)將溶劑加熱到沸點(diǎn)。為使接近和重結(jié)晶的收率高，溶劑的用量盡可能少，故開始加入的溶劑量不足以將欲純化的化學(xué)試劑全部溶解，在加熱的過程中可以小心地通過冷凝管補(bǔ)加溶劑，直到沸騰時固體物質(zhì)全部溶解為止。補(bǔ)加溶劑時要注意，溶液如被冷卻到其沸點(diǎn)以下，防爆沸石就不在有效，需再添加新的沸石。

2. 為了定量地評價結(jié)晶與重結(jié)晶的操作，以及為了便于重復(fù)，固體和溶劑都應(yīng)予以稱量和計(jì)量。

3. 在使用混合溶劑進(jìn)行結(jié)晶和重結(jié)晶時，最好將欲純化的化學(xué)試劑溶于少量溶解度較大的溶劑中，然后趁熱慢慢地分小份加入溶解度較小的第二種溶劑，直到在它觸及溶液的部位有沉淀生成但旋即又溶解為止。如果溶液總體積太小，則可多加一些溶解度大的溶劑，然后重復(fù)以上操作。有時也可用相反的程序，將欲純化的化學(xué)試劑懸浮于溶解度小的溶劑中，慢慢加入溶解度大的熱溶劑，直至溶解，然后再滴入少許溶解度小的溶劑或加以冷卻。

4. 如有必要可在欲純化的化學(xué)試劑溶解后加入粉末狀活性炭或骨炭進(jìn)行脫色（用量約相當(dāng)于欲純化化學(xué)試劑重量的1/50-1/20），或加入濾紙漿、硅藻土等使溶液澄清。加入脫色劑之前應(yīng)先將溶劑稍微冷卻，因?yàn)榧尤氲拿撋珓┛赡軙詣右l(fā)原先抑制的沸騰，從而發(fā)生激烈的、爆炸性的暴沸。活性炭內(nèi)含有大量空氣，故能產(chǎn)生泡沫。加入活性炭后可煮沸5-10分鐘，然后趁熱濾去活性炭。在非極性溶劑，如苯、石油醚中活性炭脫色效果不好，可試用其他.辦法，如用氧化鋁吸附脫色等。

5. 欲純化的化學(xué)試劑為有機(jī)試劑時，形成過飽和溶液的傾向很大，要避免這種現(xiàn)象，可加入同種試劑或類質(zhì)同晶物的晶種。用玻璃棒摩擦器壁也能形成晶核，此后晶體即沿此核心生長。

6. 結(jié)晶的速度有時很慢，冷溶液的結(jié)晶有時數(shù)小時才能完全。在某些情況下數(shù)星期或數(shù)月后還會有晶體繼續(xù)析出，所以不應(yīng)過早將母液棄去。

7. 為了降低欲純化化學(xué)試劑在溶液中的溶解度，以便析出更多的結(jié)晶，提高產(chǎn)率，往往對溶液采取冷凍的方法。可以放入冰箱或用冰、混合制冷劑冷卻。

8. 制備好的熱溶液必須經(jīng)過熱過濾，以除去不溶性雜質(zhì)，而且必須避免在過濾過程中在過濾器上結(jié)晶出來。若是一切操作正規(guī)，確實(shí)由于該試劑太易析出結(jié)晶而阻礙過濾時，

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則可將熱溶液配制得稍稀一些，或者采用保溫或加熱過濾裝置（如保溫漏斗）過濾。

9. 欲使析出的晶體與母液有效地分離，一般用布氏漏斗吸濾。為了更好地使晶體與母液分開，最好用清潔的玻塞將晶體在布氏漏斗上擠壓，并隨同抽氣盡量除去母液。晶體表面上的母液，可用盡量少的溶劑來洗滌。這時應(yīng)暫時停止抽氣，用玻棒或不銹鋼刀將已壓緊的晶體挑松，加入少量溶劑使晶體潤濕，稍待片刻，使晶體能均勻地被浸透，然后再用抽氣把溶劑濾去，這樣重復(fù)一、二次，使附于浸透表面的母液全部除去為止。

10. 晶體若遇熱不分解時，可采用在烘箱中加熱烘干的方法干燥。若晶體遇熱易分解，則應(yīng)注意烘箱的溫度不能過高，或放在真空干燥器中在室溫下干燥。若用沸點(diǎn)較高的溶劑重結(jié)晶時，應(yīng)用沸點(diǎn)較低且對晶體溶解度很小的溶劑洗滌，以利于干燥。易潮解的晶體應(yīng)將烘箱預(yù)先加熱到一定的溫度，然后將晶體放入；但是極易潮解的晶體，往往不能用烘箱烘，必須迅速放入真空干燥器中干燥。用易燃的有機(jī)溶劑重結(jié)晶的晶體在送入烘箱前，應(yīng)預(yù)先在空氣中干燥，否則可能引起溶劑的燃燒或爆炸。

11. 小量及微量物質(zhì)的結(jié)晶和重結(jié)晶：小量物質(zhì)的結(jié)晶和重結(jié)晶基本要求同前所述，但均須采用與該物質(zhì)的量相適應(yīng)的小容器。微量物質(zhì)的結(jié)晶和重結(jié)晶可在小離心管中進(jìn)行。熱溶液制備后立即離心，使不溶的雜質(zhì)沉于管底，用吸管將上清液移至另一個小離心管中，令其結(jié)晶。結(jié)晶后用離心的方法使晶體與母液分離。同時可在離心管中用小量的溶劑洗滌晶體，用離心的方法將溶劑與晶體分離。

12. 母液中常含有一定數(shù)量的所需要的物質(zhì)，要注意回收。如將溶劑除去一部分后再讓其冷卻使結(jié)晶析出，通常其純度不如第一次析出來的晶體。若經(jīng)純度檢查不合要求，可用新鮮溶劑再結(jié)晶，直至符合純度要求為止

總之，結(jié)晶過程的確是一門學(xué)問，國內(nèi)在結(jié)晶方面專家首推天津大學(xué)化工學(xué)院的王靜康院士。關(guān)于這方面的理論書籍不少，但是真正具體到每一類物質(zhì)或每個物質(zhì)，他們又不完全相同。溶劑的選擇（單一或復(fù)合）、結(jié)晶溫度，攪拌速度，攪拌方式，過飽和度的選擇，養(yǎng)晶的時間，溶媒滴加的方式和速率等等，另外，在溶解、析晶、養(yǎng)晶這些過程中，上述溫度、攪拌速度、時間多少、加入方式和速度還不完全一樣。所以諸多因素疊加在一起，更是覺得難度大共性的東西可能是理論上的，具體到每一類化合物的結(jié)晶過程的討論可能對大家最有幫助。

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