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第二章基本技术和方法Part3第一节预试验一.系统预试验二.单项预试验三．预试验溶剂体系第二节提取、分离和纯化方法一.经典的提取和分离方法1.溶剂法1）溶剂提取⑴水提取⑵有机溶剂提取⑶提取方法⑷影响提取的因素2）溶剂分离—液-液分配萃取2．水蒸汽蒸馏法一.经典的提取和分离方法3.吸附法4.沉淀法1).铅盐沉淀法2).有机试剂沉淀法5．盐析法6．透析法7．化学处理法1).酸碱处理2).制备衍生物8．酶解或抑制酶解法第二节提取、分离和纯化方法Crystallizationbelongstotheoldesttechniquesusedinchemicallaboratories.Neverthelesscrystallizationisreferredtoasmoreofanartthanascience.二．结晶法结晶是分离固体成分的一种有效而难度较大的方法，亦是一个最普通,且很重要的化学工艺过程。◆天然产物中除少数种类成分,如某些蛋白质、皂甙、多糖和一些游离生物碱等由于不能结晶而需要经浓缩喷雾干燥/冻干制成产品外，一般都可制成结晶。第二节提取、分离和纯化方法二．结晶法问题1:什么是晶体？固体从形状分有晶形和无定形两种状态：晶体—如食盐、蔗糖等无定形物质—木炭、橡胶、蛋白质等在于物质内部分子、原子或离子的排列、组合方式不同。问题2：两者的区别在什么地方？●晶体—分子等按一定的规则排列，并在的空间中周期性地无限重复，因而晶体都有确定的几何形状和一定的熔点，在物理性质方面又往往具有各向异性的现象。●无定形物质则无上述特性。二．结晶法☛从均一溶液中析出晶形物质的过程—结晶☛得到无定形物质的过程？问题3：什么是结晶？—沉淀例1：原子晶体—不同碳的晶体结构图18例2：分子晶体—NaCl的晶体结构图19二．结晶法图18-1原子晶体—不同碳的晶体结构CARBONAllotropeswithP=3CarbonshowsbothLayerandCageNetworkswithP=3图18-2CARBONwithP=4theDiamondFRAMEWORKTheDiamondStructureisthecommonestP=4NetworkTheDiamondNetworkhasveryhigh(cubic)symmetry图19-1氯化钠分子晶体结构图19-2图19-31.原理问题3：溶液中结晶析出的条件是什么？是否只要溶液浓度大于饱和浓度就会析出结晶？图20过饱和度:S=C/C’C—过饱和浓度，C’—饱和浓度。问题4：形成晶核是否意味着结晶过程的结束？二．结晶法图20饱和曲线与过饱和曲线2.结晶过程（1）过饱和溶液的形成：①化学反应结晶调pH/加入反应剂→生成新物质→析出晶体例1：从植物小蘖中提取药根碱：将经聚酰胺层析后的粗品加盐酸并调pH至2-3，充分搅拌，即析出桔黄色细针状结晶，经重结晶可得盐酸药根碱纯品。二．结晶法②蒸发部分溶媒T不变→过饱和→析出晶体例2：从橘的成熟果皮（陈皮）中提陈皮甙图212）.结晶过程（1）过饱和溶液的形成：图21从橘的成熟果皮（陈皮）中提陈皮甙陈皮粉乙醚：甲醚冷浸浸液（含挥发油、色素、鞣质等）原料粉甲醇回流醇提液中性醋酸铅，沉淀过滤沉淀（杂质）滤液I硫化氢（g）除铅过滤沉淀（铅）滤液II减压浓缩白色陈皮甙结晶蒸发部分溶剂③冷却热饱和溶液溶剂量不变—溶质溶解度降低→过饱和→析出晶体。例3-1:从苦参中提取苦参总碱苦参根粗粉以0.5%盐酸渗漉→阳离子交换树脂分离→用氯仿在索式提取器中回流洗脱，除去洗脱液中氯仿和水分→以无水丙酮加热溶解，过滤→滤液置冰箱使析出总碱结晶。例3-2:从头花藜豆中分离左旋多巴原料粗提物用40倍量热水溶后，活性炭脱色，趁热过滤，滤液放置冷却后，析出左旋多巴白色晶体（mp.276～278℃）2）.结晶过程（1）过饱和溶液的形成④混合溶剂法加入另一种与原溶剂互溶，对目标成分不溶或难溶的溶剂→降低目标成分溶解度→过饱和→析出晶体。例4-1:从香椿中提取白矢车菊甙元。粗提取后在有效部位的乙酸乙酯溶液中缓慢加入石油醚至白矢车菊苷元开始结晶时放置，待其结晶完全即得纯品。（mp.355℃以上）2）.结晶过程（1）过饱和溶液的形成例4-2:从黄花夹竹桃中提取黄夹苷粗提物用40倍量乙醇回流，加活性炭去杂，滤液减压浓缩至粗品5倍量体积，加入浓缩纯提物3倍量的蒸馏水，放置可析出黄夹苷结晶。❑实际应用中，还有其他方法可用于强化过饱和度，这里不一一介绍。❑此外，除上述方法单独使用外，还常将几种方法联合使用。2..结晶过程（1）过饱和溶液的形成（2）晶核的生成溶液达一定过饱和度（S），会析出晶核。晶核生成速度与S和T有关：①.当T不变—成核速度随S增加而加快，当S超过某一值，粘度↑，分子运动↓，成核受阻。②.当S不变—T↑，成核速度加快，但同时S↓，此时，T的影响应视T与S的相互消长程度而定。实际结晶过程中，T的影响如图222.结晶过程图22温度对成核速度的影响示意成核速度N温度℃晶体生长及大小∝成核速度和生长速度。对一定的结晶体系及其环境条件：●若成核速度＞＞生长速度S主用于生长新晶核，所得晶体颗粒细小，参差不齐，甚至是无定性的。（3）晶体的生长●若生长速度＞＞成核速度S主用于使晶体生长，所得晶体粗大，而有规则，但易夹带杂质。2..结晶过程2..结晶过程⑷制备结晶溶液溶剂体系：a.纯溶剂b.混合溶剂—能互溶但对晶体溶解度有差异的溶剂。①一般方法：将化合物溶于溶剂（A）→小心加入第二溶剂（B）→溶液略显浊→微加温→溶液完全澄清→放置，冷却→结晶完全。例如自虎杖中提取水溶性的虎杖苷时，在已精制饱和的水溶液上添加一层乙醚放置，既有利于溶出其共存的脂溶性杂质，又可降低水的极性，促使虎杖苷结晶化。秦皮中提取七叶甙（秦皮甲素），也可运用这样的办法。2..结晶过程⑷制备结晶溶液3.结晶的条件（1）样品中目标成分的纯度结晶法要求样品中目标成分应达到一定的纯度，一般纯度越高愈易结晶。◆蛋白质和酶结晶所需之纯度应＞50%。◆有的虽含量较低，如条件适宜也可使之结晶二．结晶法3.结晶的条件（1）样品中目标成分的纯度例1：喜树根氯仿提液中，喜树碱含量很低，用氯仿甲醇混合液处理—喜树碱粗晶↓例2：长春花中的弱碱部分含长春碱量较低，可以在乙醇中制备其硫酸盐而析出晶体。（2）溶剂选择理想的溶剂?■对目标成分—热时溶解度大，冷时小■对杂质—冷热都不溶或易溶■结晶后能得到的固体晶型较好（但不是晶体越大越好）■结晶后溶剂应能很容易从纯化物中移除；■溶剂不能和被提纯物质发生反应；■溶剂不能用不易挥发（沸点太高）的或燃点太高的有机溶剂（如二乙醚和二硫化碳等）3.结晶的条件常用有机溶剂：甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、苯等，●甚至一些不常用的溶剂:如二氧六环、二甲基亚砜、乙氰、甲酰胺等及其它酯类或混合溶剂。3.结晶的条件取0.1g目标物质于一小试管中，滴加约1mL溶剂，加热至沸。若完全溶解，且冷却后能析出大量晶体，这种溶剂一般认为合用。如样品在冷时或热时，都能溶于1mL溶剂中，则这种溶剂不合用。若样品不溶于1mL沸腾溶剂中，再分批加入溶剂，每次加入0.5mL，并加热至沸。总共用3mL热溶剂，而样品仍未溶解，这种溶剂也不合用。若样品溶于3mL以内的热溶剂中，冷却后仍无结晶析出，这种溶剂也不合用。参考选择方法3.结晶的条件（2）溶剂选择♣有些成分也可用水或酸水结晶，如：小蘖碱可在水中结晶；石蒜碱可在5%盐酸中成盐酸盐结晶。实例：葛根素、逆没食子酸—在冰醋酸中易形成结晶；大黄素—在吡啶中易于结晶；萱草毒素—在N，N－二甲基甲酰胺（DMF）中易得结晶；穿心莲亚硫酸氢钠加成物—在丙酮-水中较易得到结晶；蝙蝠葛碱—通常为无定形粉末，但可与氯仿或乙醚形成加成物结晶。（3）晶种加晶种/种晶是诱导晶核形成常用而有效的手段☛一般他说，结晶化过程是有高度选择性的，当加入同种分子或离子，结晶多会立即长大。☛溶液中如果是光学异构体的混合物，还可依种晶性质优先析出其同种光学异构体。何谓晶种？什么情况下需要加入晶种？3.结晶的条件♦下列情况可考虑加入晶种ⅰ）成分不易形成晶核时，（有时用玻棒摩擦其壁或加强搅拌可促进晶核形成）；ⅱ）成分浓度太低；ⅲ）由于特殊要求，所需过饱和度较小（如生产上加入晶种使成核浓度提前，C’小些亦可结晶）。要求：晶种具有一定形状、大小和均匀度。3.结晶的条件（3）晶种（4）过饱和度S一般要求大些，有利碰撞沉积，但太大则：a.粘度大－不利碰撞聚合→晶体较细小。b.杂质浓度亦大→晶体可能不纯。3.结晶的条件（5）温度？一般低些较好（活性成分不易变性，提取液不易生霉）①.中性盐液中结晶—0℃～室温，甚至阴凉处或冰箱。有机溶剂中结晶—一般低温●若太低→粘度大→影响生成速度。②.冷却法促结晶时：降温快→过饱和度高→晶粒小（常为针晶）。降温慢→颗粒粗大。3.结晶的条件技巧：析出晶核后适当升温搅拌or静止—哪种操作更利于结晶？促使成核，加快生长，但有时搅拌愈烈则晶粒愈细。获得较大而均匀的晶体的条件：a.溶液S处于介稳区；b．T不宜太低；c．搅拌不宜过快e.缓慢降温（6）搅拌3.结晶的条件4）重结晶目的—去除进入晶体中的杂质或带有杂质的母液，纯化晶体。关键—选择溶剂（影响结晶难易、晶形、熔点等）。方法—在制备结晶时，在形成第一批结晶后，立即倾出上层溶液，晶态物质可以用溶剂溶解再次结晶精制。二．结晶法例如J—细辛醚重结晶时，可先溶于乙醇，再滴加适量水，即可析出很好的结晶。5）分步结晶结晶中含两种以上成分时用。操作方法：将粗晶溶于适宜的溶剂→经处理先析出晶体A→过滤→母液经浓缩后析出晶体B→重复上述步骤可析出晶体C……。注：所得各部分晶体纯度有较大差别，在未加检查前不要贸然混在一起。二．结晶法6）制备盐类和衍生物用于即使很纯，也不易结晶而其盐或衍生物却易于结晶的成分纯化。例如：●生物碱可做成各种有机酸或无机酸的盐；●羟基化合物可制成乙酰衍生物（乙酰，CH3CO-，常用氯乙酰（CH3COCl）或醋酸酐(CH3CO)2O等作为乙酰化剂）或苯甲酰衍生物；●羰基化合物可制成肼类化合物；●内酯可以开环并制成盐等。注：制备何种衍生物主要应考虑它能比较容易地恢复成原来的化合物。二．结晶法实例蝙蝠葛碱在乙醚中很难溶解，但当其盐的水溶液用氨液碱化，并立即用乙醚萃取，所得的乙醚溶液，放置后即可析出蝙蝠葛碱的乙醚加成物结晶。二．结晶法6）制备盐类和衍生物7)结晶操作注意要点①杂质的除去：有时即使有少量或微量杂质存在，也能阻碍或延缓结晶的形成。所以在制备结晶时，应尽可能除去杂质。2..结晶过程2..结晶过程7)结晶操作注意要点常用除去杂质的方法为：❑用溶剂溶出杂质，或只溶出所需要的成分，或❑用少量活性炭等进行脱色处理，以除去有色杂质，或❑用氧化铝，硅胶或硅藻土短柱处理后，再进行结晶。❖但应用吸附剂除去杂质时，要注意所需要的成分也可能被吸附而损失。结晶过程的规律，一般是：■溶液浓度高，降温快→析晶速度快→→结晶的颗粒较小，杂质也可能多些。■浓度适当，温度慢慢降低→→可能析出较大而纯度较高的结晶。7)结晶操作注意要点②溶液浓度和温度的影响★有时晶体析出的速度太快，超过化合物晶核的形成或分子定向排列的速度，往往只能得到无定形粉未。★有时溶液太浓，粘度大反而不易结晶化。●在放置过程中，最好先塞紧瓶塞，避免液面先出现结晶，而致结晶纯度较低●如果放置一段时间后没有结晶析出，则☛可以加入极微量的种晶，即同种化合物结晶的微小颗粒；☛没有种晶时，可用玻璃棒蘸过饱和溶液一滴，在空气中任溶剂挥散，再用以磨擦容器内壁溶液边缘处，以诱导结晶的形成7)结晶操作注意要点③经验和技巧●如仍无结晶析出，☛可打开瓶塞任溶液逐步挥散，慢慢析晶。或☛另选适当溶剂处理，或再精制一次，尽可能除尽杂质后进行结晶操作7)结晶操作注意要点③经验和技巧8）结晶纯度鉴定通常用晶形、色泽、熔点和熔距等作初步判断。❏纯结晶性化合物都有一定的晶形和色泽，通常在同一种溶剂下结晶形状是一致的。❏单纯化合物结晶的熔点熔距应在0.5℃左右，但由