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应用化学专业实验（二）讲义化学生物与材料工程学院2012，11，17绿色植物色素的提取及色谱分离一、实验目的1、通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法；2、通过柱色谱和薄层色谱分离操作，加深了解微量有机物色谱分离鉴定的原理。二、实验原理1.柱色谱原理液体样品从柱顶加入，流经吸附柱时，即被吸附在柱中固定相（吸附剂）的上端，然后从柱顶加入流动相（洗脱剂）淋洗，由于固定相对各组分吸附能力不同，以不同速度沿柱下移，吸附能力弱的组分随洗脱剂首先流出，吸附能力强的组分后流出，分段接收，以此达到分离、提纯的目的。2.薄层色谱原理由于混合物中的各个组分对吸附剂（固定相）的吸附能力不同，当展开剂（流动相）流经吸附剂时，发生无数次吸附和解吸过程，吸附力弱的组分随流动相迅速向前移动，吸附力强的组分滞留在后，由于各组分具有不同的移动速率，最终得以在固定相薄层上分离。其应用主要有：跟踪反应进程；鉴定少量有机混合物的组成；分离；寻找柱色谱的最佳分离条件等。绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。本实验从菠菜中提取上述几各色素，并通过薄层层析和柱层析进行分离。三、主要仪器与试剂仪器：研钵、布氏漏斗、圆底烧瓶、直形冷凝管、层析缸试剂：硅胶G，中性氧化铝，甲醇，石油醚（60-90℃），丙酮，乙酸乙酯，菠菜叶。四、实验流程五、实验步骤1、菠菜色素的提取称取2g洗净后的新鲜（或冷冻）的菠菜叶，用剪刀剪碎并与10mL甲醇拌匀，在研钵中研磨约5min然后用布氏漏斗抽滤菠菜汁，弃去滤渣。将菠菜汁放回研钵，每次用10mL3:2（体积比）的石油醚-甲醇混合液萃取两次，每次需加以研磨并且抽滤。合并深绿色萃取液，转入分液漏斗，每次用5mL水洗涤两次，以5mL饱和食盐水洗一次，以除去萃取液中的甲醇。洗涤时要轻轻旋荡，以防止产生乳化。弃去水-甲醇层，石油醚层用无水硫酸钠干燥后滤入圆底烧瓶，旋蒸除去大部分石油醚至体积约为1mL为止。2、薄层层析取四块显微载玻片，用硅胶G加0.5%羧甲基纤维素调制后制板，晾干后在110℃活化1h。展开剂：（a）石油醚-丙酮=8:2（体积比）（b）石油醚-乙酸乙酯=6:4（体积比）取活化后的层析板，点样后，小心放入预先加入选定展开剂的广口瓶内，盖好瓶盖。待展开剂上升至规定高度时，取出层析板，在空气中晾干，用铅笔做出标记，并进行测量，分别计算出Rf值。分别用展开剂a和b展开，比较不同展开剂系统的展开效果。观察斑点在板上的位置并排列出胡萝卜素、叶绿素和叶黄素的Rf值的大小次序。注意更换展开剂时，须干燥层析瓶。3、柱层析取10-15g中性氧化铝进行湿法装柱。填料装好后，从柱顶加入上述浓缩液，先用9:1的石油醚-丙酮进行洗脱，当第一个橙黄色色带（胡萝卜素）即将流出时，换一接收瓶接收，约需要洗脱剂30mL。换用7:3的石油醚-丙酮进行洗脱，当第二个棕黄色色带（叶黄素）即将流出时，换一接收瓶接收。此时，继续更换洗脱剂，用3:1:1的正丁醇-乙醇-水洗脱，分别在层析柱的上端可见蓝绿色和黄绿色的两个色带，此为叶绿素a和叶绿素b。六、注释（1）叶黄素易溶于醇而在石油醚中溶解度较小，从嫩绿菠菜得到的提取液中，叶黄素含量很少，柱色谱中不易分出黄色带。七、思考题1、试比较叶绿素、叶黄素和胡萝卜素三种色素的极性，为什么胡萝卜素在层析柱中移动最快？乙酰乙酸乙酯的制备一、实验目的1、了解Claisen酯缩合反应的机理和应用；2、熟悉在酯缩合二、实验原理2CH3CO2C2H5+C2H5ONa+H2O-H+===CH3COCH2CO2C2H5+C2H5OH三、实验步骤（1）制钠珠：将0.9g金属钠和5mL干燥二甲苯放入装有回流冷凝管的50ml干燥圆底烧瓶中。加热使钠熔融。拆去冷凝管，用磨口玻塞塞紧圆底烧瓶，趁热用力振摇（两下）得细粒状钠珠。（2）回流、酸化：稍经放置钠珠沉于瓶底，将二甲苯倒入指定回收瓶中。迅速向瓶中加入10mL乙酸乙酯，装上冷凝管，并在其顶端装一氯化钙干燥管。反应开始有氢气泡逸出。如反应很慢时，可稍加温热。待激烈的反应过后，则小火加热，保持微沸状态，直至所有金属钠全部作用完为止。此时生成的乙酰乙酸乙酯钠盐为桔红色透明溶液。待反应物稍冷后，在摇荡下加入50%的醋酸溶液，直到反应液呈弱酸性（pH=5-6）为止。此时，所有的固体物质均已溶解。（3）分液、干燥：将溶液转移到分液漏斗中，加入等体积的饱和氯化钠溶液，用力摇振片刻。静置后，乙酰乙酸乙酯分层析出。分出上层粗产物，用无水硫酸钠干燥后滤入蒸馏瓶，并用少量乙酸乙酯洗涤干燥剂，一并转入蒸馏瓶中。（4）蒸馏和减压蒸馏：先水浴蒸去未作用的乙酸乙酯，然后将剩余液移入50mL圆底烧瓶中，用减压蒸馏装置进行减压蒸馏。减压蒸馏时须缓慢加热，待残留的低沸点物质蒸出后，再升高温度，收集乙酰乙酸乙酯。四、注意事项实验仪器必须干燥①金属钠易与水反应生成放出氢气及大量的热易导致燃烧和爆炸。②钠与水反应生成的NaOH的存在易使乙酸乙酯水解成乙酸钠，造成原料耗损。③水使金属钠消耗难以形成碳负离子中间体，导致实验失败。二苯基乙醇酸重排一、实验目的1、掌握二苯基乙醇酸重排的机理与实验操作2、掌握有色物质的纯化方法二、实验原理二苯基乙二酮是一个不能烯醇化的-二酮，当用碱处理时发生了碳架的重排，得到二苯基乙醇酸。由于二苯基乙醇酸是这种类型重排中最早一个实例的产物，故此种类型的重排亦称为二苯基乙醇酸重排。PhCOCPh4NKOHCH3OH,H2OPhCOHPhCOOKOPhCOCPhO1.KOHPhCOCOHO-K+PhPhCK+O-COHPhPhCOHCO-K+OPhPhCOHCOHOPh2.H3+OO此反应是由羟基负离子向二苯基乙二酮分子中的一个羰基加成，形成活性中间体开始的。此时另一个羰基则是亲电中心，苯基带着一对电子进行迁移重排，而反应的动力则是生成的羧基负离子的稳定性。三、实验步骤在100ml圆底烧瓶中加入6ml95%乙醇和2.0g二苯基乙二酮。不断摇动使固体完全溶解。同时在另一三角瓶中将2.0g氢氧化钾溶于4.0ml水中，在搅拌下将此氢氧化钾水溶液加入圆底烧瓶中。装上回流冷凝管，在水浴上回流20min，此期间反应液由最初的黑色后转化为棕色，最后将反应液转移到烧杯中，冷水冷却静置0.5小时，可见有二苯基乙醇酸钾盐结晶，抽滤并用1m195％乙醇洗涤所得固体。将所得到的二苯基乙醇酸钾盐溶于尽量少的热水(约40mL)中，加活性炭脱色并趁热过滤。滤液用浓盐酸酸化至pH＝2。当此反应混合物冷至室温后，用冰水浴冷却。抽滤得结晶固体，用冷水充分洗涤，通过抽气将大部分水分除尽。然后在空气中干燥，得产物。称重、测定熔点，计算产率。纯品二苯基乙醇酸的熔点为150℃。如欲进一步纯化，可用15％的乙醇做溶剂(30-35m1/g)进行复结晶。测定纯产品的红外光谱，与二苯基乙醇酸的已知红外光谱对比，并指出各主要吸收带的归属。五、思考题1．如何从相应的原料合成下列化合物？COHCOOKa)b)COOHHOOO安息香的氧化一、实验目的1、掌握安息香的硝酸氧化2、掌握薄层色谱监测反应进程二、原理三、实验步骤在装有回流冷凝管（头部接导气管至水槽中，用于吸收NO2）和温度计的100mL三颈瓶中，加入3g安息香、15mL冰醋酸和7.5mL浓硝酸（70%，d=1.42）混合均匀。将此反应混合物小火加热至液体温度为100-110℃，回流1.5小时左右（在反应过程中每隔20分钟进行薄层色谱，监测反应进程），冷却，在反应体系中加入60mL水及60g冰，析出淡黄色晶体，抽滤，用少量冷水洗涤固体，（取少量进行薄层色谱检测）干燥后称重，计算产率。四、思考题1、试以原料与产物的结构特点出发，解释为何产物为黄色固体，而原料为白色固体？己二酸的制备一、实验目的1．学习用环己醇氧化制备己二酸的原理和方法；2．掌握搅拌、浓缩、过滤等基本操作。二、实验原理三、实验装置电动搅拌装置四、实验步骤1．将装有5mL10%氢氧化钠溶液和50mL水的250mL三颈瓶安装在磁力搅拌器上。启动搅拌，加入9.1g高锰酸钾。待高锰酸钾溶解后用滴管慢慢加入2.1mL环己醇。控制滴速以保持反应温度在45℃左右。滴完后继续搅拌至温度开始下降。用沸水浴加热烧杯5分钟使反应完全并使二氧化锰沉淀凝结。用玻璃棒蘸一滴反应混合物点到滤纸上做点滴试验，如有高锰酸盐存在，则在二氧化锰斑点的周围出现紫色的环，可向反应混合物中加少量亚硫酸氢钠固体至点滴试验无紫色的环出现为止。趁热抽滤混合物，用少量热水洗涤二氧化锰滤渣3次，合并滤液与洗涤液，用约4mL浓盐酸酸化，至溶液呈强酸性，然后小心加热，浓缩至约14～15mL左右，冷却后抽滤，收集晶体，干燥后称重，计算产率，测定熔点。产物m.p.151～152℃。呋喃甲酸、呋喃甲醇的制备一、实验目的1、学习呋喃甲醛在浓碱条件下进行坎尼扎罗（Cannizzaro）反应制得相应的醇和酸的原理和方法。2、了解芳香杂环衍生物的性质。二、实验原理在浓的强碱作用下，不含α-活泼氢的醛类可以发生分子间自身氧化还原反应，一分子醛被氧化成酸，而另一分子醛则被还原为醇，此反应称为坎尼查罗(Cannizzaro)反应。在坎尼查罗(Cannizzaro)反应中，通常使用50%的浓碱，其中碱的物质的量比醛的物质量多一倍以上，否则反应不完全，未反应的醛与生成的醇混在一起，通过一般蒸馏很难分离。三、主要仪器与试剂仪器：50mL烧杯，分液漏斗，蒸馏瓶，冷凝管，接液管，抽滤瓶，布在漏斗。试剂：3.8mL(3.8g.0.04mol)呋喃甲醛。1.6g(0.04mol)氢氧化钠、乙醚、盐酸、无水硫酸镁、刚果红试纸。四、实验流程五、实验步骤在50mL烧杯中放置3.28mL(3.8g,0.04mol)呋喃甲醛（1），并用冰水冷却；另取1.6g氢氧化钠溶于2.4mL水中，冷却。在搅拌下滴加氢氧化钠水溶液于呋喃甲醛中。滴加过程必须保持反应混合物温度在8~12℃之间（2），加完后，保持此温度继续搅拌40min，得一黄色浆状物（3）。在搅拌下向反应混合物加入适量水（约5mL）使其恰好完全溶解（4）得暗红色溶液，将溶液转入分液漏斗中，用乙醚萃取（3mL×4），合并乙醚萃取液，用无水硫酸镁干燥后，先在水浴中蒸去乙醚，然后在石棉网上加热蒸馏，收集169~172℃馏分(5)，产量约1.2~1.4g，纯粹呋喃甲醇为无色透明液体，沸点171℃，折光率1.4868。在乙醚提取后的水溶液中慢慢滴加浓盐酸，搅拌，滴至刚果红试剂变蓝（6）（约1mL），冷却，结晶，抽滤，产物用少量冷水洗涤，抽干后，收集粗产物，然后用水重结晶（7），得白色针状呋喃甲酸，产量约1.5g，熔点130~132℃。纯粹呋喃甲酸熔点为133~134℃。六、注释（1）呋喃甲醛（糠醛）久置后成黑色液体，要使反应顺利进行，应将糠醛在临用前蒸馏提纯，收集160~162℃馏分。最好用减压蒸馏收集54~55℃/1333Pa馏分。新蒸馏的呋喃甲醛为无色或浅黄色液体。（2）反应温度高于12℃会使反应难以控制，致使反应物变成深红色：若反应温度过低，则反应过慢，可能积累一些氢氧化钠，一旦反应又易使反应过于猛烈，增加副反应，反而影响产量和产品纯度。（3）本反应是在两相中进行，必须充分搅拌。（4）过多的水会造成呋喃甲酸的严重损失。（5）呋喃甲醇也可用减压蒸馏收集88℃/4.666kPa的馏分。（6）酸要加够，以保证pH=3左右，使呋喃甲酸充分游离出来，这是影响呋喃甲酸收率的关键。（7）呋喃甲酸重结晶时，不要长时间加热回流，否则部分呋喃甲酸被分解出现焦油状物。七、思考题1、乙醚萃取后的水溶液用盐酸酸化，为什么要用刚果红试纸？如不用刚果红试纸，怎样知道酸化是否恰当？2、本实验根据什么原理来分离呋喃甲酸和呋喃甲醇？