微量化合物结晶方法
近视的火龙果
2023年07月10日 09:50:50
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微型重结晶技术 是有机实验中非常重要的技术之一。做合成的都知道,化合物量大的时候比较好纯化,重结晶、过柱子、打浆均可实现,最后损失一些也不会太心疼。然而,实验室合成中常常遇到产物量非常少或者产率非常低的情况,这时候的纯化就需要非常小心,稍有差错往往会前功尽弃,比如旋蒸的时候瓶子掉到水浴锅。 如果粗产物是固体,通过重结晶进行纯化往往是最佳选择。当需要重结晶的样品量在 100-500mg时,常规仪器即可满足,比如烧瓶、锥形瓶;10mg以下的固体样品,需要采用毛细管法重结晶;而10-100mg间的样品,一般采用的就是安瓿瓶、Craig结晶管等微型重结晶法。

微型重结晶技术 是有机实验中非常重要的技术之一。做合成的都知道,化合物量大的时候比较好纯化,重结晶、过柱子、打浆均可实现,最后损失一些也不会太心疼。然而,实验室合成中常常遇到产物量非常少或者产率非常低的情况,这时候的纯化就需要非常小心,稍有差错往往会前功尽弃,比如旋蒸的时候瓶子掉到水浴锅。


如果粗产物是固体,通过重结晶进行纯化往往是最佳选择。当需要重结晶的样品量在 100-500mg时,常规仪器即可满足,比如烧瓶、锥形瓶;10mg以下的固体样品,需要采用毛细管法重结晶;而10-100mg间的样品,一般采用的就是安瓿瓶、Craig结晶管等微型重结晶法。


1、使用安瓿瓶进行重结晶

要点:溶液应趁热过滤,将塞好棉花的过滤装置尽可能加热


2、利用一次性吸管进行重结晶

使用安瓿瓶进行重结晶最大的问题在于热过滤速度慢,繁琐且不能保证效果。武汉大学王晓玲等人发明了一种微量重结晶的实验装置,利用实验室最常见而且非常便宜的一次性吸管代替安瓿瓶,不但解决了热过滤速度慢的问题,而且收集晶体也很容易。(专利公开号 CN2825053Y)


制作方法: 一次性滴管的管头可直接盛装溶液,充当安瓿瓶的盛液部分;重要的是它同时可挤压,快速把溶液吸入,提高热过滤的速度。在离细管约 5mm的导管处剪开,得到喇叭口,可放入棉花起过滤作用,细管正好阻挡棉花, 且细管较短,对热过滤影响小。倒插入导管的断口处可用适量生料带把细管接近喇叭口的部分缠上,使接口处密闭,也可直接把细管倒插入断口,并使劲推进去使部分导管和喇叭口重合密闭。这样即得到了代替安瓿瓶的装置。

其中: 1-瓶体、2-导管、3-细管、4-喇叭口、5-生料带。


操作步骤: 实验时,先挤压瓶体1,然后在喇叭口4处塞入适量用溶剂湿润的棉花,将吸管插入溶液液面以下,松开,溶液很快经棉花过滤后进入瓶体1中,除去了溶液中的不溶性杂质。倒置仪器,滤液在瓶体1中冷却结晶,经过墩实后,在液面以上1mm剪开瓶体头1,倾去上清液, 很容易可以得到结晶。


优点: 由于管头可挤压形成较大压强差,热过滤变得快速,另外,细管较短,热溶液很少能在此处冷却结晶,保证了实验效果;同时这种仪器制作简单且经济,收集晶体也很容易。


3、使用Craig结晶管进行重结晶



Craig结晶管 对于小于100 mg的固体重结晶特别有用,主要优点是能使固体物质的转移次数最少,从而使晶体的产量最大化。用 Craig结晶管 从母液中分离出晶体时也非常有效,几乎不需要干燥晶体的时间。


步骤与使用锥形烧瓶和Hirsch漏斗进行的大规模结晶基本相同:


将固体置于 Craig结晶管 中,将几滴热溶剂添加到Craig管中,然后将其在沙浴中加热,同时旋转并用微量刮刀连续搅拌。这有助于溶解溶质并防止沸腾的液体沸腾。加入额外部分的热溶剂,直到固体完全溶解。不要添加太多溶剂,以使产量最大化。将热溶液在Craig管中缓慢冷却至室温。在室温下完成结晶后,将Craig管放入冰水浴中以使产量最大化。结晶完成后,用细铜线绕在Craig管上(图 A),并在其顶部放置一个离心管。将铜线弯折挂在离心管的侧面(图 B),将离心管倒置(图 C)。溶剂从克雷格管中渗出,将试管离心几分钟,以完成母液与晶体的分离,然后使用微量刮刀将晶体从内塞的末端或Craig管内刮下。

如何选择重结晶溶剂:

一、溶剂的选择原则和经验
1、常用溶剂:DMF、氯苯、二甲苯、甲苯、乙腈、乙醇、THF、氯仿、乙酸乙酯、环己烷、丁酮、丙酮、石油醚。
2、比较常用溶剂:DMSO、六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、环己酮、丁酮、环己酮、二氯苯、吡啶、乙酸、二氧六环、乙二醇单甲醚、1,2-二氯乙烷、乙醚、正辛烷。
3、一个好的溶剂在沸点附近对待结晶物质溶解度高而在低温下溶解度又很小。DMF、苯、二氧六环、环己烷在低温下接近凝固点,溶解能力很差,是理想溶剂。乙腈、氯苯、二甲苯、甲苯、丁酮、乙醇也是理想溶剂。
4、溶剂的沸点最好比被结晶物质的熔点低50℃。否则易产生溶质液化分层现象。
4、溶剂的沸点越高,沸腾时溶解力越强,对于高熔点物质,最好选高沸点溶剂。
5、含有羟基、氨基而且熔点不太高的物质尽量不选择含氧溶剂。因为溶质与溶剂形成分子间氢键后很难析出。
6、含有氧、氮的物质尽量不选择醇做溶剂,原因同上。

7、溶质和溶剂极性不要相差太悬殊。水>甲酸>甲醇>乙酸>乙醇>异丙醇>乙腈>DMSO>DMF>丙酮>HMPA>CH2Cl2>吡啶>氯仿>氯苯>THF>二氧六环>乙醚>苯>甲苯>CCl4>正辛烷>环己烷>石油醚。


二、重结晶操作
1、筛选溶剂:在试管中加入少量(麦粒大小)待结晶物,加入0.5mL根据上述规律所选择溶剂,加热沸腾几分钟,看溶质是否溶解。若溶解,用自来水冲试管外测,看是否有晶体析出。初学者常把不溶杂质当成待结晶物!如果长时间加热仍有不溶物,可以静置试管片刻并用冷水冷却试管(勿摇动)。如果有物质在上层清液中析出,表示还可以增加一些溶解。若稍微浑浊,表示溶剂溶解度太小;若没有任何变化,说明不溶的固体是一种东西,已溶物质又非常易溶,不易析出。
2、常规操作:在锥形瓶或圆底烧瓶中加入溶质和一定溶剂,装上球冷,加热10分钟,若仍有不溶物,继续从冷凝管上口补加溶剂至完全溶解再补加过量30%溶剂。用折叠滤纸(折叠滤纸和三角漏斗要提前预热)趁热过滤入锥形瓶。滤液自然冷却后用布氏漏斗抽滤(用滤液反过来冲洗锥形瓶!)。如果物质在室温溶解度很小,滤饼可以用少量冷的溶剂淋洗(先撤掉减压,加少量溶剂润湿滤饼,再减压抽干。注意:用玻璃塞把滤饼压实有助于除掉更多溶剂!)。如果所用溶剂不易挥发,可以在常压下加入少量易挥发溶剂淋洗滤饼,如DMF可用乙醇洗,二氯苯、氯苯、二甲苯、环己酮可以用甲苯洗。初学者常遇到问题:大量结晶在滤纸上析出,原因是漏斗和滤纸预热不好、溶剂过量太少、过滤时间太长。如产品贵重,可将三角漏斗和滤纸置于锥形瓶上用蒸气预热,边过滤边用已经过滤的滤液蒸气保温,但上述操作比较危险,甲苯、醚类、石油醚、环己烷等易燃溶剂慎用此法。注意:用热的重结晶母液淋洗滤纸和所有黏附溶质器具并冷却可减少结晶损失。

3、反常规操作热抽滤:吸滤瓶不能预热,布氏漏斗和滤纸放在溶解溶质的锥形瓶上面利用上升蒸气润湿,放在吸滤瓶上立即趁热抽滤。注意抽气压力不能太大以防止吸滤瓶中母液爆沸!初学者常犯错误:滤纸没有贴紧(可用双层的)、动作迟缓导致结晶在布氏漏斗中析出、抽气压力太大导致滤液被吸入泵中、过滤完毕没有立即卸压导致大量溶剂被抽进泵中。总之,与“相似相溶“背道而驰就对了,大极性的东西,用中等极性的溶剂结晶;小极性的东西,用大极性的溶剂。这样,有一半以上的情况是适合的。
1.先试:石油醚(正己烷)、乙醚、乙酸乙酯、乙醇、水,再试:丙酮、甲醇、乙腈、苯、氯仿、乙酸、吡啶等。如果还不行,就只好混合了。乙醚可以利用其(1)挥发性;(2)延玻璃向上爬而使固体析出的特性。丙酮如不与水配伍,应加以干燥。
2.混合溶剂法:用过量热的良溶剂溶解,过滤,加热,缓慢加入不良溶剂至有浑浊,加热至澄清。静置等待。。。
3.用分级结晶法。积累的母液过柱。
1)过柱预纯化,粗分离后再结晶;2)石油醚热提-冷析法;3)选低沸点的溶剂如乙醚;4)晶种的取得,用玻璃棒沾一滴溶液,挥干。5)不要轻易冷冻,用让溶剂自然挥发的方法。关于用乙醚结晶。回流乙醚时,要加一冷凝管。不断从上口加乙醚,直至混浊消失,有时是因为溶解的较慢,而不是不能溶,所以要有耐心。如果加入很多乙醚还有少量沉淀不溶,则将其滤去,滤液浓缩至有固体析出,再加热,加入少量乙醚使澄清。自然放冷,可得晶型较好的结晶。过滤。用少量乙醚洗晶体。洗涤液合并入母液,在盛母液的瓶口蒙一层滤纸,或塞一团卫生纸,让乙醚自然挥发,而不能落入灰尘。每天早晨看一眼,直到有满意数量的晶体出来,别太贪了,挥发干了就又要重来了:)我曾经用此法成功拆分了左旋和右旋的生物碱。。“石油醚热提-冷却法”也是我用来对付油状物的方法,加入石油醚,沸腾,倾出上清液,底部油继续加入石油醚热提取,直至石油醚层无色,则基本提取完全。冷却后一般会析出晶体。另外成油的一个原因是降温太快。

yj蓝天
2023年07月11日 08:57:25
2楼

学习啦,谢谢楼主分享

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