3萃取分离法

第三章药物的液液萃取技术陈娇娇2005-42第三章萃取分离法萃取分离法是将样品中的目标化合物选择性地转移到另外一相或选择性保留在原来相（转移非目标化合物），从而使之分离出来的方法。3.1基本概念溶剂萃取（液液萃取）固相萃取（液固萃取）超临界流体萃取3第三章萃取分离法溶剂萃取特点常规、经济、大量使用处理能力大、适用范围广污染严重、分离效率较低自动化普及程度低双水萃取、液膜萃取、反胶团萃取4第三章萃取分离法溶剂萃取（液液萃取）工业萃取过程由三个基本过程组成，即（1）混合采取措施使萃取剂和原料液充分混合，实现溶质A由原溶液向萃取剂传递。（2）沉降分离进行萃取相E和萃余相R的分离。（3）脱除溶剂萃取相和萃余相脱溶剂得到萃取液E’和萃余液R’，萃取剂循环使用。简单的液液萃取过程-工艺流程萃取剂(S)混合槽沉降分离脱除溶剂萃取液E’萃余液R’S萃取相萃余相-SE-SRER原料液F(A+B)第三章萃取分离法混合液中溶质A，其余部分稀释剂B。萃取过程中加入的溶剂称为萃取剂S，所选用的萃取剂S对A具有较大的溶解能力，对于稀释剂B应不互溶或部分互溶。脱除溶剂萃取相和萃余相脱溶剂后分别得萃取液（Solvent-freeextract，A+B少）和萃余液（Solvent-freeraffinate，B+A少），以E’和R’表示。萃取液E’萃余液R’S脱除溶剂萃取相萃余相SESR7第三章萃取分离法萃取剂的要求(1)足够的疏水性，保证分配比大；(2)选择性高，萃取容量高，分子量小，配位数低。(5)物理性质优良，密度，黏度、表面张力等性质易于分层。(6)稳定性好，无毒，萃取速度快，不乳化，廉价易得等。8第三章萃取分离法稀释剂的要求为了溶解萃取剂，或减少萃取剂用量、调节萃取剂的密度或黏度，常加入一种惰性溶剂。稀释剂的密度一般介入0.63-1.59(正戊烷和四氯化碳)之间。9第三章萃取分离法萃取速率料液中溶质浓度的变化速率-dc/dt=ka(c-c*)k：传质系数a：接触面积c：料液中溶质浓度c*：平衡时溶质浓度10第三章萃取分离法反萃取用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程。可进一步纯化目标物质萃取、洗涤、反萃取常常交替进行，组成完整的萃取工艺11第三章萃取分离法物理萃取利用相似相容原理进行的萃取目标物以中性分子存在化学萃取也叫反应萃取，利用脂溶性萃取剂与目标物之间的反应实现萃取分离的过程离子交换、配位反应、离子缔合、协同反应等等萃取剂的分类萃取剂分为三类：中性萃取剂酸性萃取剂离子缔合萃取剂第三章萃取分离法第三章萃取分离法中性萃取剂中性萃取剂有两种主要基团：一种是含有碳-氧键的萃取剂，又称含氧萃取剂，如醚、酯、醇和酮等。另一种是氧或硫与磷键合的萃取剂，又称中性磷型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)，甲基膦酸二甲庚酯(P350)等。第三章萃取分离法第三章萃取分离法酸性萃取剂酸性萃取剂可分为三类：(1)酸性磷型萃取剂；(2)羧酸类萃取剂；(3)酸性螯合萃取剂。酸性络合萃取的特点是，萃取剂为有机弱酸，被萃取物是金阳离子.第三章萃取分离法第三章萃取分离法离子缔合萃取剂离子缔合萃取剂是含氧的有机化合物(如乙醚)和含氮的有机化合物(如胺和季胺盐)。离子缔合萃取的特点是，萃取剂是含氧、含氮有机化合物；被萃物通常为络阴离子；萃取剂与被萃物之间形成的萃合物是离子缔合物。离子缔合萃取主要有胺盐萃取和佯盐萃取两种。第三章萃取分离法第三章萃取分离法3.2分子间作用力与溶剂特性第三章萃取分离法化学势的差是物质发生相转移的推动力，分离大多数过程中需要使组分之间的化学势差别增大，以使分离容易进行。了解化学势必须了解分子间的相互作用第三章萃取分离法17分子间相互作用与溶剂特性3.2.1分子间的相互作用物理作用弱，没有方向性和饱和性；化学作用（共价键）强，具有方向性和饱和性；分子间的相互作用是介于物理作用和化学作用之间的一种作用力。18分子间相互作用与溶剂特性静电相互作用--长程力（常见于离子交换分离过程）离子-偶极力：离子与极性分子间的作用力离子-诱导偶极力：离子与非极性分子间的作用力++-++-+溶解度大eg:NH4Cl在水中和乙醇中的溶解eg:KI-I2的相互作用19分子间相互作用与溶剂特性范德华力--短程力永久偶极相互作用力--定向力Eo又叫偶极-偶极力，是极性分子固有偶极之间的作用力有取向性，分子按异极相邻状态取向分子极性大小决定定向力大小-+-+-+-+20分子间相互作用与溶剂特性诱导偶极相互作用力--诱导力Ei非极性分子受到极性分子电场作用，电荷分布发生变化，正负电荷中心分离，产生诱导偶极。随机性分子的极性增加而增加与非极性分子变形性成正比反过来又可增加极性分子偶极矩-+-+-+21分子间相互作用与溶剂特性瞬间偶极相互作用力--色散力Ed又叫诱导偶极-诱导偶记力，由于非极性分子的瞬间偶极作用引起的，广泛存在与极性、非极性分子之间。动态作用，异级相邻主要取决于分子的变形性分子半径、分子量大、色散力大分子对称性：直链分子支链分子22分子间相互作用与溶剂特性氢键--本质属于静电作用-OH、-NH2、FH等电负性强的原子和氢原子相连的基团之间的一种特殊静电作用。强度随着质子给体的酸度和质子受体的碱度的增大而增大：强酸CHCl3酚类醇类硫酚类胺类中性氢氧化物腈类不饱和碳氢化合物硫化物23分子间氢键分子内氢键溶解度增加溶解度减小24分子间相互作用与溶剂特性电荷转移相互作用--路易斯酸碱反应Lewis酸碱理论：酸具有较强电子接受能量，碱具有较强电子给予能力。ABABAB)(电荷差别较大的分子间，电荷由富电分子向缺点分子转移，从而产生电荷迁移力电荷迁移配合物电子供受体配合物25分子间相互作用与溶剂特性硬软酸碱理论----定性“软”电荷转移不明显，共价键为主；“硬”电荷转移明显，离子键为主“硬”亲“硬”，“软”亲“软”类型基本特征例子硬酸体积小，氧化态高，无可被激发的外层电子H+,Li+软酸体积大，氧化态低或为0，有一个或多个易被激发的外层电子Ag+,Hg2+硬碱极化率低，电负性高，不易被还原，具有高能态空轨道F-,Cl-软碱极化率高，电负性低，易被氧化，具有低能态空轨道烯烃、芳香化合物26分子间相互作用与溶剂特性取代基对芳香烃、烯烃的影响：吸电子基团，电子受体。常见吸电子基团有-N(CH3)3+,-NO2,-CF3,=O,-COOH,-CHO,-CN,-X,-COR,-SO3H等；推电子基团，电子给体。常见推电子基团有-CH3,-NH2,-OH,-NHCOCH3,-C6H5,-OCH3等。27分子间相互作用与溶剂特性分子间作用总能量等于静电作用、偶极定向作用、诱导作用、色散作用、氢键作用、电荷转移作用、疏溶剂作用、配位等作用势能总的贡献。物质之间作用力大小顺序一般为：非极性物质极性物质氢键物质离子型物质28物质之间是否能够溶解，就是溶剂、溶质以及二者之间作用力相对大小决定的溶质之间作用力A溶剂之间作用力B溶质-溶剂之间作用力CCA、B溶解CA、B不溶解29溶质与溶剂之间的相溶性相似相溶性原理结构和极性相似的化合物可以相互混溶；结构和极性相差大的化合物不易互溶。考虑分子组成、官能团、形态结构等等溶剂的选择：介电常数分子间相互作用与溶剂特性30分子间相互作用与溶剂特性相似相溶规律多数情况下是正确的，但也有解释不好的时候。•十八羧酸与乙酸的互溶性不如十八羧酸与胺的互溶性好——有时也可从溶质、溶剂之间电荷转移或酸碱性方面考虑31溶剂之间的相溶性溶剂分类：分子间相互作用与溶剂特性3233343738第三章萃取分离法3.3分配平衡和分配平衡常数aqorgDAAK][][分配常数39aqorgDAAK][][分配常数注意：分配定律的适用条件1、稀溶液2、溶质对溶剂的互溶无影响3、溶质发生的是简单的物理分配，物分子变化40第三章萃取分离法分配比D:被萃取物质在有机相中总浓度和水相中的总浓度之比，即各种不同存在形式都考虑进去了。iaqiiorgiAAD][][41第三章萃取分离法萃取因素:被萃取物质进入萃取剂相的总量与萃余剂中总量的比值，则有：100%E溶质在有机相中的量溶质在水相中的总量D100%K100%orgorgaqaqorgaqcVEcVVV42第三章萃取分离法弱电解质的在有机相-水中的分配平衡AHAHAHA-+H+Kp有机相水相BBH+B+H+Kp有机酸分配和电离平衡有机碱分配和电离平衡电离平衡：Kp=[A-][H+]/[AH]分配平衡：K0=[AH]/[AH][AH]、[AH]分别代表有机相和水相中的浓度43第三章萃取分离法弱电解质的在有机相-水中的分配平衡电离平衡：Kp=[A-][H+]/[AH]分配平衡：K0=[AH]/[AH]分配系数：K表=[AH]/[AH]+[A-]=K0/(1+Kp/[H+])=K0/(1+10pH-pKp)弱碱K表=K0/(1+10pKp-pH)AHAHAHA-+H+Kp有机相水相44第三章萃取分离法萃取率:被萃取物质进入萃取剂相的总量与原始溶液中总量的比值，则有：100%溶质在有机相中的量溶质在两相中的总量100%100%1orgorgorgorgaqaqcVcVcV45第三章萃取分离法萃余率:被萃取物质残留在萃余相的量与原始溶液中总量的比值，则有：100%溶质在萃余相中的量溶质在两相中的总量1100%1100%1orgorgorgorgaqaqcVcVcV（）46第三章萃取分离法萃取率与分配比的关系:1001001001OOWWOOWOCVDD%%%CVCVDV/VDRVO/VW为相比（R）萃取率η的高低取决于分配比和相比的大小，由实验测得D值，可以计算出萃取率。D和R愈大，则萃取率愈高。公式物理意义当D一定，R愈大，则η愈高，即VO愈大，VW愈小，η愈大实际工作中VO不能太大，因为增加有机溶剂的用量，提高萃取效率的效果不太显著。另一方面，增加有机溶剂体积会使有机相中溶质浓度降低，不利于后续分离和测定。471001DE%DR公式物理意义对于分配比D较小的物质，可通过增加相比（即增加有机相的体积）来提高萃取率。实际工作中，通常采用多次萃取或连续萃取来提高总萃取率。对于分配比D较大的物质，即使采用等体积萃取一次也可达到很高的萃取率，如D＝50，等体积单次萃取率为98％，在D＞10时，E＞90%,D＞100,E＞99%。481001DE%DR公式物理意义当VO＝VW，即用等体积的有机溶剂萃取，则可见，等体积萃取时的萃取率仅取决于分配比D。若D＝1，则萃取一次的萃取百分率为50％；若要求萃取百分率大于90％，则D必须大于9。对于分配比不是很高的萃取体系（如D小于10），一次萃取不能满足分离或测定的要求，此时可采用多次连续萃取的方法来提高萃取率.。491001DE%DR1001DE%D50第三章萃取分离法理论收率的计算——单级萃取洁霉素在室温下丁醇和水中的分配系数为18(pH~10)。用等量丁醇萃取料液中的洁霉素，收率多少？如果用1/3体积丁醇萃取，收率是多少？萃取因素：E=C有V萃/C水V料=K×V萃/V料=K×1/mm:浓缩倍数100%100%1orgorgorgorgaqaqcVcVcV丁醇（萃取剂）水（料液）萃取萃取相水（料液）51100%100%100%1orgorgorgorgaqaqcVcVcVmm=1m=3100%100%100%94711.%m100%100%100%857133.%52第三章萃取分离法理论收率的计算——多级萃取设在VWmL溶液中含m0g被萃物，用VOmL有机溶剂萃取一次后留在水相中