第04章 结晶分离及升华技术

减压抽滤技术：使用的是布氏漏斗
（ Buchner）。筛板上的滤纸大小应和布氏 漏斗底部恰好合适，抽滤前用溶剂润湿滤纸 并与漏斗底部贴紧。在过滤过程中漏斗里应 一直保持有较多的溶液。在未过滤完以前不
要抽干，同时注意调节真空度以防止由于压
力过低而导致溶液沸腾。方法是用手稍稍捏 住抽气管，使吸滤瓶中仍保持一定的真空度， 而能继续迅速抽滤。
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（4）缺点：①选择性不强
②消耗大量溶剂。
4.2 重结晶
目的：纯化固体目标物
4.2.1 基本原理:
利用在一定溶剂中各种组分溶解度的不同和有机 物在加热、冷却时溶解度大、小不同的性质来除去少 量杂质的方法。即：
样品 溶解 溶液 趁热过滤 固体杂质 滤液 冷却 产品 固体＋液体 固体 过滤 （纯的样品） 液体 （含杂质）
4.1.2 试剂沉淀法
加入某些特殊的试剂使目标物质沉淀出来
有机物中含： 鞣质—用明胶或蛋白质将其沉淀出来。
胰岛素—用Zn离子将其沉淀出来（二者形成复合物↓）。
生物碱—用某些沉淀试剂，使其生成不溶性复盐而↓出来。 蛋白质—调节pH=PI（等电点）使其↓出来。
橙皮甙、芦丁、黄苓甙、甘草皂甙—加酸可以使其↓出来 。
(4) 减压过滤与干燥： 减压过滤-母液与结晶分离。 洗涤-晶体表面的母液和杂质，要用重结晶的溶剂洗。 干燥-抽滤得到的结晶总附有少量溶剂。其方法？
固液分离和结晶洗涤
• 固液分离：用减压抽滤法完成，瓶中残留结晶的转移可 用少量母液反复冲洗完成。将晶体尽量抽干，必要时可 用玻璃塞或镍刮刀挤压晶体。
• 洗涤：停止抽气，滴加少量的洗涤液润湿晶体表面，再 抽干。依次反复2-3次。如果结晶较多且又紧密时，可 在加入洗涤液后，用镍刮刀将结晶轻轻掀起并加以搅动， 使全部结晶湿润。最后用刮刀将结晶移至干净的表面皿 上进行干燥。
物质的三相平衡图：当物质处于一定温度和压力时， 其固、液、气三相处于平衡状态，该条件称为物质的三相 点。一般说来，不同的物质具有不同的三相点。
P
Liquid
Solid
Gas
T
图4-3 物质的三相平衡图
（2） 装置及操作：①常压升华
②减压升华
图4-4
常压升华装置
图4-5
减压升华装置
（3）常用升华法分离的物质
图4-1 常压热过滤和减压过滤装置
图4-2
扇形滤纸的折叠方法
（3) 结晶：滤液在放置冷却过程中，溶质的溶 解度随母液的温度降低而减小，会有结晶逐渐析 出。其技术？
析晶：有自然冷却法和强制冷却法两种。
自然冷却法/室温冷却法析晶较慢，效果较好。 强制冷却法/快速冷却法析晶较快。若搅拌会 使结晶颗粒较细，其表面常会吸附杂质；但结 晶速度过慢，将导致晶体颗粒过大，结晶中会 包藏有溶液和杂质。 诱导结晶的方法：玻棒擦壁；晶种法；
KOAC、NaOAc、NaCl
②盐溶性盐 ：使蛋白质的溶解度反而增大。 常用的有：盐酸胍、脲、硫氰酸盐等（它们的加入 还会破坏蛋白质的活性）。
（4） 盐析性盐加入蛋白质水溶液中会产生两种影响 ①使蛋白质溶解度增大。
因为：盐的离子与蛋白质的亲水基团（-OH， COOH，-NH2）作用，降低蛋白质的活度系数。
注意事项：
升华操作的关键是加热速度不能太快，否则蒸气压会超 过三相点的压力，物质将会由固体直接转变为液体，导致 升华失败。 冷却面与升华物质的距离尽可能近些。 因升华发生在固体物质的表面，所以应将待升华物质预 先研细。 图（ a ）中，在蒸发皿和漏斗连接处需盖一张钻有许多 小孔的滤纸。漏斗的颈部应提前用玻璃丝或棉花堵塞，减 少蒸气外逸。必要时可在漏斗外用湿滤纸或湿布冷却。 在常压下虽具有一定蒸气压，但不易升华的化合物，可 采用减压升华，如苯甲酸。 如果量较多时，可采用（b）装置进行。
4.1.1 重金属盐沉淀法（铅盐沉淀法）
(1) 原理：利用中性醋酸铅或碱式醋酸铅 在水或稀的醇溶液中能与许多物质生成 难溶的铅盐或络盐而得到分离。 ①中性醋酸铅可以沉淀：有机酸、蛋白质、 氨基酸、鞣质、酸性皂甙、树脂及部分 黄酮甙等酸性或酚类物质。 ②碱式醋酸铅沉淀：上述所有、甙类、糖 类及一些生物碱等碱性物质。
②使蛋白质溶解度减小。 因为：盐会破坏蛋白质表面水化膜，使蛋白质的 疏水基团（-ph，-CH3，-CHn，C=C）之间疏 水力增加，即蛋白质之间疏水力增大。
盐浓度（离子强度）与蛋白质溶解度的关系怎样衡量？ 蛋白质溶解度与离子强度的关系： lgs=lgso - ks· I 式中：s为某离子强度下蛋白质的溶解度； so为I=0时蛋白质的溶解度； ks是盐析系数，它与蛋白质有关，还与盐的种类、 pH值及温度有关； I是离子强度。I=∑（MZ2）/ 2，M是离子摩尔数，Z 是对应离子的价数。
（1）溶解：加入溶剂要适量。(一般所加的溶剂比 被结晶物制成饱和溶液多20%左右。)
热饱和溶液配制：将待结晶的物质和略少于需要量的溶剂置于烧瓶或锥形 瓶中，（装上冷凝器）加热至沸腾。若未完全溶解时，可补加少量溶剂， 直至沸腾时能够完全溶解为止。但要注意判断是否有杂质存在，以免加入 溶剂过量。 注意事项： ①一般溶剂的量是按饱和溶液的需要量多加20%，这是一个参考值，在实 际工作中，主要由实验确定。 ②溶液中的颜色或树脂状悬浮物可通过加入1－5%的活性碳进行脱色。活 性碳的量不宜过多，且必须在样品溶解完全后，等溶液稍冷之后再加入。 此后，再加热5－10min。 ③使用易燃、有毒溶剂时，应注意装上冷凝器和避免使用明火加热。
未溶完，加热至沸腾，观察溶解情况
溶完，冷却后观察结晶情况
不溶，补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察
不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观察
不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后观
不溶，再补加0.5ml 溶剂，再加热至沸后
不溶，溶剂不合适
没有合适的单一溶剂，可使用混合溶剂。 混合溶剂筛选方法： 选用两种互溶的溶剂，其中一种必须对样品是易溶 的，另一种则是难溶或不溶的。将少量的样品溶于 易溶的溶剂中，然后向其中逐渐加入已预热的难溶 溶剂，至溶液刚好出现混浊为止。再滴加1—2滴易 溶溶剂，使混浊消失。冷却，结晶析出，则这种溶 剂适用。纪录两种溶剂的体积比。实际操作时，可 按上述程序进行，也可按比例配制好后使用。
洋地黄皂甙—加甾体皂甙形成难溶的分子复合物→ 再分离、分解/还原。
4.1.3 盐析法
（1） 原理:在有机物的水溶液中加入大量的无机盐， 会使有机物溶解度减小而沉淀出来。 （2） 特点:不会破坏蛋白质、肽、酶等生物活性， 处理量大，操作方便。 （3） 盐的种类： ①盐析性盐：能使蛋白质水溶性减小的盐。 常用的有：Na2SO4、KH2PO4、Na2HPO4、(NH4)2SO4、
精选：试管实验筛选法。方法如下页。 判断标准：只有当溶剂的量在2－3mL内，试样 能全溶于沸腾的溶剂中，而在冷却后有较多的 结晶析出者，方可作为结晶的候选溶剂。通常 要做出几种溶剂试验，相互比较，选出结晶速 度适当，产率高者，作为最佳溶剂。
0.1g试样+1ml溶剂A
振摇后，观察溶解情况
溶完，溶剂不合适
4.1
沉淀分离法及盐析法
沉淀法：在试样中加入沉淀剂或改变 pH值， 使所需的组分溶解度减小或者与沉淀剂形 成不溶物而沉淀出来的办法。
•沉淀过程 从任何均相流体中析出固体物质的过程。 •沉淀过程发生的必要条件 溶液体系对某种溶质是过 饱和的。 •使溶质达到过饱和的方法 ①冷却法。②蒸发法。 ③溶剂转化法。④盐析法。⑤反应沉淀分离法。
例如：具有二羟基结构的黄酮利用铅盐沉淀分离。
OH O OH
O
在中药的乙醇或甲醇提取液中加入饱和的中性 乙酸铅水溶液，可使具有邻二酚羟基或羧基的黄酮 类化合物沉淀析出。此↓悬浮于乙醇中，通入H2S 进行复分解，滤除硫化铅沉淀，滤液中可得黄酮类 化合物。
(2) 一个试样可以依次用中性醋酸铅、碱性醋酸 铅将试液的组分分成三部分：
例如：提取麻黄碱、苦参碱。 向其中加入NaCl溶液，让其溶解度减小。 以提高有机溶剂萃取率。
4.1.4 有机溶剂沉淀法
（1）原理：样品为少量的浓溶液，溶剂为A，加入 大量与A相溶而与溶质不溶或微溶的有机溶剂B， 溶质的溶解度在有机溶剂A 中减小而析出。 条件：①有机溶剂B与A必须有互溶性。 ②样品在有机溶剂B中微溶或不溶。 （2）溶剂的选择： ①溶质在水(A)中溶解度大，在有机溶剂(B)中不溶。 ②溶剂(B)与水(A)互溶。 ③溶剂与提取物无化学作用。 ④无毒性、价廉。
洗涤 干燥 测熔点
注意：①杂质溶解度越大②被提纯物在加热和常温下 溶解度差别越大 则重结晶的回收率越高。
4.2.2 溶剂的选择
(重结晶的关键)
（1）理想的溶剂应符合下列条件： ① 不与被提纯物质起反应。 ② 样品中被提纯的组分在该溶剂中加热时溶解度 大而常温下溶解度小，这两者之差越大越好。 ③ 杂质在溶剂中溶解度大，可以留在母液中，不 会结晶出来；或者溶解度极小，很难溶于热溶 剂中而过滤除去。 ④ 溶剂容易挥发，使结晶容易干燥。 ⑤ 被重结晶的有机物可以得到好的晶体。
中性 Pb(OAC)2 沉淀 水洗 沉淀(Ⅰ) 洗液 滤液(Ⅰ) 碱式醋酸铅 沉淀 水洗 沉淀(Ⅱ) 洗液 滤液(Ⅱ)
试液
(3) 脱铅方法 ： ①通H2S气体。(使沉淀转化为溶解度更小的PbS↓) ②加入强酸性阳离子交换树脂。（使铅离子转移到 树脂上） ③加入磷酸或稀硫酸。（使沉淀转化为Ksp小的 PbSO4↓orPb3(PO4)↓）
（2）溶剂的选择 粗选：经验和“相似相溶”规则
表4-1 重结晶常用溶剂
溶剂名称 水 甲醇 乙醇 丙酮 乙醚 石油醚 环己烷 苯 甲苯 沸点℃ 100.0 64.7 78.0 56.1 34.6 30—60 60—90 80.8 80.1 110.6 密度 1.00 0.79 0.79 0.79 0.71 0.68—0.72 0.78 0.88 0.87 溶剂名称 乙酸乙酯 二氧六环 二氯甲烷 二氯乙烷 三氯甲烷 四氯甲烷 硝基甲烷 甲乙酮 乙腈 沸点℃ 77.1 101.3 40.8 83.8 61.2 76.8 120.0 76.6 81.6 密度 0.90 1.03 1.34 1.24 1.49 1.58 1.14 0.81 0.78
甲醇—水 乙醇—水 乙酸—水 丙酮—水 表 3—2 常用混合溶剂 乙醚—甲醇 乙醚—丙酮 乙醚—石油醚（30—60℃） 苯—石油醚（60—90℃） 二氯甲烷—甲醇 二氧六环—水 氯仿—乙醚 苯—无水乙醇
4.2.3 操作技术
工作程序：热饱和溶液配制 → 热过滤 → 冷却析晶 → 减压 抽滤→晶体洗涤→干燥→目标物
（2） 热过滤：为除去固体杂质或为脱有色杂质的 颜色而加入的活性C，一定要趁热过滤。其技术？
热过滤：（要求尽可能在较短时间内和溶液保温下完成）
• 利用折叠滤纸和预热的普通漏斗进行的重力过滤法。漏斗 预热方法有两种：沸腾溶剂直接预热，适用于水溶剂，装 置如图4－1；用保温热水漏斗套保温过滤，适用于所有溶 剂，装置及加热方法如图。保温漏斗夹层中的水量一般为 2/3，过滤前应预先将其加热到所需要的温度，然后熄灭火 源即可起到保温过滤作用。 滤纸折叠方法：折叠滤纸可提高过滤速度。扇形滤纸是其中 常用的一种，其折叠方法如下图。使用前将滤纸内外翻转 即可。
（3）应用
例子：高分子材料中“高聚物”与“添加剂”分 离。
高分子材料 ＋溶剂 浓溶液 不断搅拌，逐滴 ＋沉淀溶剂 添加剂＋溶剂 ＋沉淀剂 高聚物 洗涤 纯品高聚物
丙酮 or 二甲亚砜 or N,N-二甲基甲酰胺
条件：与高聚物不溶解 且与前溶剂相溶 性极好 例：甲醇、乙醇
用量： 10倍以上高 分子溶液量
升华法只适用于纯化那些在不太高温度下又足够蒸气压（高于20mmHg） 的固体物质。下表列出了一些固体化合物在熔点时的蒸气压。
化合物
熔点/℃
熔点下的蒸气压/kPa
二氧化碳（固体） 六氯环己烷 樟脑 碘 蒽 邻苯二甲酸酐 萘 苯甲酸
－57 186 179 114 218 131 80 122
527 104 49.3 12 5.5 1.2 0.9 0.8
4.3 多步结晶
• 当某个待纯化的样品中含有两个以上的成 分，难以用简单的重结晶法得到纯组分时， 可以用分步结晶法来完成纯化工作。
4.4 升华技术
目的：分离易挥发且热稳定的固体物质，是一种 纯化固体有机物的方法之一 。 条件：固体物质必须在其熔点之下具有相当高蒸 气压。
（1）基本原理：物质从固态不经过液态而直接 转变为蒸气，然后物质的蒸气不经过液态又直 接转变为固态的过程。即：固体→气体→固体