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重结晶与过滤

一、重结晶
（一）原理
将固体有机物溶解在热（或沸腾）的溶剂中，制成饱和溶液，再将溶液冷却，又重新析出结晶，此种操作过程称重结晶。它是利用有机物与杂质在某种溶剂中的溶解度不同，从而将杂质除去，杂质的含量一般应在5%以下。因此，重结晶是纯化固体有机物的重要方法。如何选择溶剂是重结晶的一个关键，根据有机物“相似相溶”的规律，极性化合物应选择极性溶剂，非极性化合物则应选择非极性溶剂。此外溶剂还应满足下列要求。
（1）溶剂不与被提纯有机物发生化学反应。
（2）被提纯物在此溶剂中的溶解应随温度变化有显著的差别（冷时溶解度越小，则回收率就越高）。
（3）被提纯物与杂质在此溶剂中应有完全相反的溶解度，如杂质难溶于热溶剂中，通过热过滤，可以除去杂质；或杂质在冷溶剂中也易溶，则杂质留在母液中。
（4）被提纯物在此溶剂中，能形成较好的结晶，即结晶颗粒大小均匀适当。
（5）溶剂的沸点不宜太高，较易挥发，以便在干燥时易与结晶分离。
当几种溶剂都适用时，还需考虑溶剂毒性的大小，易燃性、价格、来源及操作难易、产物的回收率等多种因素。
选择溶剂时，一般化合物可先查阅手册中溶解度一栏。当无资料可依据时，可通过实验进行选择，具体试验方法为：取试管数支，各放入0.2g被提纯物的晶体，再分别加入0.5～1mL不同种类的溶剂，加热到完全溶解，待冷却后，能析出最多结晶的溶剂，一般可认为是最合适的。若该晶体在3mL热溶剂中仍不能全溶，则不能选用此种溶剂；若在热溶剂中能溶解，但冷却无结晶析出，此种溶剂也不适用。
在重结晶时，如果单一溶剂对某些被提纯物都不适用，可使用混合溶剂。混合溶剂一般由两种能以任意比例相混溶的溶剂组成，其中一种对提纯物溶解度较大，而另一种则较小。常用的混合溶剂有乙醇-水，乙酸水，乙醚-丙酮，苯-石油醚等。
（二）重结晶的操作步骤


1.热饱和溶液的制备与脱色；
2.热过滤；
3.滤液的冷却与结晶的析出；
4.抽滤；
5.结晶的洗涤与干燥；
6.回流溶剂

二、过滤
（一）常压过滤
这里重点介绍使用扇形滤纸的常压热过滤。在粗制品的热饱和溶液中，加入少量活性炭脱色，以除去有色杂质，再进行热过滤，以防止在过滤时因温度降低而析出结晶。常压热过滤装置如图2—22采用扇形滤纸，可增大与溶液的接触面积，加快过滤速度。同时需用热水漏斗进行保温。
1.热水漏斗（又称保温漏斗）是由铜（或铁）制成，中间有夹层可放热水，旁边有柄可以加热，使热水漏斗保持恒定的温度。它的内部再放入一个短颈玻璃漏斗，将已折叠好的扇形滤纸放入其中，滤纸向外的棱边应紧贴漏斗壁，滤纸的上沿不得高于漏斗口的边缘，在漏斗柄的下面放一个锥形瓶接受滤液。热过滤前应先用少量热溶剂润湿滤纸。过滤时若溶剂是水，可加热漏斗柄；若为可燃性溶剂，过滤时应停止加热。
2.扇形滤纸的折叠方法 扇形滤纸（又称折叠式滤纸，菊花形滤纸）。其折叠方法如图2-23。
把滤纸折成对半，再折为四分之一，以2对3叠出4，以1对3叠出5（图2—23（a））；以2对5叠出6，以1对4叠出7（图2—23（b））；以2对4叠出8，以1对5叠出9（图2—23（c））。此时滤纸形状如图2—23（d）。注意在折叠时不可将滤纸中心压得太紧，以防过滤时滤纸底部发生破裂。再将滤纸执于左手，把2与8间，8与4间，4与6间以及6与3间依次朝相反方向折叠，直叠到9与1间为止，如同折扇一样。并稍加压紧（图2—23（e）），然后将滤纸打开，注意观察1与2应有同样的折面（图2—23（f））。再将此两面向内方向对折，使每一面成为两个小折面，比其它折面浅一半（图2—23（g））。最后再将各折叠处重行轻轻压叠，然后打开即放入漏斗中使用。

图2—23 扇形滤纸的折法
（二）减压过滤
是利用水泵（又称抽气管）减压，使结晶与母液迅速有效地分离。
1.抽滤装置及安装 抽滤装置如图2—24

图2—24 抽滤装置
（1）布氏漏斗（又称瓷孔漏斗）。它的上面放一张圆形滤纸，滤纸的直径应略小于漏斗内径，但又恰好将漏斗底部的小孔全部盖住，吸滤前，用少量溶剂将滤纸润湿并抽紧。若滤纸的直径与漏斗内径相等，由于滤纸的膨胀就会贴不紧漏斗壁，抽滤时结晶就会从滤纸边缘抽入吸滤瓶中。特别是热过滤除活性炭时，一定要防止过炭，以免造成返工。
(2)吸滤瓶(又称抽滤瓶).是带支管的锥形瓶，但玻璃瓶壁较厚，故不能用直接火加热，它能承受压力，故减压蒸馏中可用作安全瓶。抽滤时；它的支管与抽气管相连接，并将布氏漏斗固定在吸滤瓶上，胶塞必须紧密不漏气，漏斗柄斜面要正对吸滤瓶的支管，以防止滤液被抽走。吸滤瓶用来接受滤液，它的体积应考虑滤液量的多少。
(3)抽气管(又称水泵)。实验室中常用玻璃制品的水泵，将它固定在水龙头上(用铁丝捆紧)，打开水龙头，水流经水泵时，流速加快，根据伯努利原理，流速快则压强小，故起到减压的效果。水泵的侧管通过厚壁橡皮管与吸滤瓶的支管相连接。
(4)安全瓶。当关闭水龙头时，为了防止水的倒吸，应先打开安全瓶上的放气活塞，再关闭水龙头。若无安全瓶；则应先拔除连接的皮管，再停水。
2.抽滤操作 抽滤前应先用少量溶剂润湿滤纸并抽紧，然后借助玻璃棒将溶液和结晶分批倒入布氏漏斗中，漏斗中的液面不要超过漏斗深度的3／4。剩下粘附在器壁上的少许结晶，可用少量母液冲洗，一并倒入漏斗内。当母液流尽后，用玻棒将漏斗边缘的结晶移向中间，并用玻璃瓶盖把结晶压紧，使母液尽量抽干，然后即可停止抽滤，此时，必须先打开安全瓶上的放气活塞(或拔除皮管)再关闭水龙头。
为了洗去吸附在结晶表面的母液，需用少量冷溶剂洗涤结晶1—2次，洗涤时，暂时停止抽气，用玻棒将结晶搅松，加入少量冷溶剂后再轻轻搅拌，使结晶均匀地被溶剂润湿浸透，待几分钟后，再进行抽滤，并将溶剂抽干。
当使用抽滤进行热过滤时，必须先用热水将布氏漏斗和吸滤瓶进行预热，同时在抽滤过程中，吸滤瓶的外面还需用热水浴保温，以避免在吸滤瓶中析出结晶，并在漏斗内一直保持有较多的溶液，使漏斗保温防止结晶析出。为了防止由于减压使热溶剂沸腾而被抽走，可采用手稍稍捏住抽气皮管，以使沸腾现象得到缓和。若使用与水不相混溶的有机溶剂时，由于此种溶剂润湿的滤纸不易贴紧漏斗壁，一般不宜采用减压热过滤，可使用热水漏斗与扇形滤纸进行过滤。