有机化合物的分离与提纯.pptx

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1、绪绪 论论一、有机样品分析的一般过程一、有机样品分析的一般过程1.采样：采样：天然、人工制备样品天然、人工制备样品2.样品分离纯化及成分分析：样品分离纯化及成分分析：分离纯化：洗涤、萃取、蒸馏、色谱、电泳等分离纯化：洗涤、萃取、蒸馏、色谱、电泳等初步鉴定：元素分析、物理常数测定、性质测定初步鉴定：元素分析、物理常数测定、性质测定3.分子式确定：分子式确定：MS及其它测定方法及其它测定方法4.结构确定：结构确定：四大波谱方法四大波谱方法第1页/共52页中药：中药：西药：西药：药物中间体：药物中间体：第2页/共52页主要用途：主要用途：1.有机合成中间体的鉴定。有机合成中间体的鉴定。2.新药研发中

2、药物结构的鉴定。新药研发中药物结构的鉴定。3.生物活性分子、天然产物结构的鉴定。生物活性分子、天然产物结构的鉴定。例如对药物结构的分析：例如对药物结构的分析：第3页/共52页目目 录录一、有机化合物的分离和提纯二、紫外吸收光谱三、红外吸收光谱四、核磁共振五、质谱六、谱图综合解析第4页/共52页学习要求：学习要求：（1）了解每一种方法的基本原理；）了解每一种方法的基本原理；（2）了解各种谱图的主要参数及影响因素；）了解各种谱图的主要参数及影响因素；（3）掌握每一类化合物的谱图特征；）掌握每一类化合物的谱图特征；（4）掌握各种谱图的解析方法；）掌握各种谱图的解析方法；（5）能对简单化合物进行谱图解

3、析。）能对简单化合物进行谱图解析。课程考核方式：平时成绩(30%)课堂的回答问题、出勤率、作业成绩考试成绩(70%)第5页/共52页二、波谱方法二、波谱方法 Spectroscopy1.紫外光谱：紫外光谱：UV,UltraViolet spectroscopy2.红外光谱：红外光谱：IR,InfraRed spectroscopy3.核磁共振波谱：核磁共振波谱：NMR,Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy 4.质谱：质谱：MS,Mass Spectrometry第6页/共52页波谱的产生波谱的产生1.本本质质：物物质质内内能能量量的的增增减减具具有有量

4、量子子化化特特征。征。2.形形式式：电电磁磁辐辐射射（光光）与与化化合合物物分分子子互互相作用的结果。相作用的结果。3.另另一一角角度度：物物质质内内部部的的运运动动在在外外部部的的一一种种表表现现形形式式，而而且且不不同同类类型型的的光光谱谱反反应应了了物质内部不同的运动状态。物质内部不同的运动状态。通过光谱通过光谱峰位峰位、形状形状，确定分子结构。，确定分子结构。通过通过峰强度峰强度，确定其含量。，确定其含量。第7页/共52页三、特点三、特点仪器昂贵仪器昂贵要求要求样品纯度高样品纯度高操作较复杂操作较复杂谱图解析困难谱图解析困难结果结果准确、应用价值高准确、应用价值高第8页/共52页第一章

5、第一章 有机化合物的分离与提纯有机化合物的分离与提纯第9页/共52页常用的分离和提纯方法有以下几种：常用的分离和提纯方法有以下几种：1.重结晶重结晶 2.升华升华 3.常压蒸馏常压蒸馏、减压蒸馏、分馏、减压蒸馏、分馏 4.萃取萃取 5.色谱法色谱法(薄层色谱、柱色谱薄层色谱、柱色谱)6.利用仪器分离和制备纯有机化合物利用仪器分离和制备纯有机化合物(制备制备气相色谱、制备液相色谱气相色谱、制备液相色谱)。第10页/共52页1.1 重结晶重结晶 原理：原理：一一般般情情况况下下物物质质的的溶溶解解度度随随着着温温度度的的升升高而增大。高而增大。把把固固体体混混合合物物溶溶解解在在热热的的溶溶剂剂中

6、中达达到到饱饱和和，冷冷却却时时被被提提纯纯物物质质随随着着溶溶解解度度的的降降低低变变成成过过饱饱和和而而析析出出结结晶晶，杂杂质质由由于于含含量量较较少少冷冷却却时时仍仍然然处处于于不不饱饱和和而而溶溶解解在在溶溶剂剂中中，从从而而达到分离的目的。达到分离的目的。第11页/共52页关键在溶剂的选择：关键在溶剂的选择：“相似相溶相似相溶”极极性性大大的的物物质质溶溶于于极极性性大大的的溶溶剂剂中中；极极性小的物质溶于极性小的溶剂中。性小的物质溶于极性小的溶剂中。常常见见的的溶溶剂剂极极性性大大小小顺顺序序如如下下：水水DMSO 甲甲醇醇DMF乙乙醇醇丙丙酮酮氯氯仿仿乙乙醚醚甲甲苯苯石油醚。石

7、油醚。第12页/共52页溶剂选择要求：溶剂选择要求：1.沸点适宜。沸点适宜。2.不与被提纯物质反应。不与被提纯物质反应。3.在在较较高高温温度度时时能能溶溶解解较较多多的的被被提提纯纯物物质质，而而在在室室温温或或较较低低温温度度时时只只能能溶溶解解很很少少量量的的被被提纯物质。提纯物质。4.对对杂杂质质的的溶溶解解度度非非常常小小(可可趁趁热热过过滤滤除除去去)或非常大或非常大(冷却时留在母液中冷却时留在母液中)。第13页/共52页思考：思考：如果得到的化合物应该是无色或白如果得到的化合物应该是无色或白色，但是制备出的粗产物有较深的颜色，色，但是制备出的粗产物有较深的颜色，怎么办怎么办?混合

8、溶剂法：混合溶剂法：混合溶剂由对被提纯物质溶解度很大和溶混合溶剂由对被提纯物质溶解度很大和溶解度很小而又能互溶的两种溶剂组成，前者为解度很小而又能互溶的两种溶剂组成，前者为良溶剂良溶剂，后者为，后者为劣溶剂劣溶剂。先将固体有机物溶于热的良溶剂中，溶解先将固体有机物溶于热的良溶剂中，溶解后慢慢加入劣溶剂至出现浑浊，然后再加入良后慢慢加入劣溶剂至出现浑浊，然后再加入良溶剂至澄清透明，冷却即可。溶剂至澄清透明，冷却即可。第14页/共52页1.2 升华升华 升升华华是是指指物物质质自自固固态态不不经经过过液液态态而而直直接接变变成成气气态态以以及及蒸蒸汽汽不不经经过过液液态态而而直直接接转转变为固态的

9、现象。变为固态的现象。升升华华是是提提纯纯固固体体有有机机物物的的一一个个方方法法，在实验室中只用于较少量物质的纯化。在实验室中只用于较少量物质的纯化。如：从茶叶中提取咖啡因如：从茶叶中提取咖啡因第15页/共52页1.3 蒸馏、分馏、减压蒸馏蒸馏、分馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏 将液态物质将液态物质加热到沸腾变为蒸气加热到沸腾变为蒸气，又，又将将蒸气冷凝为液体蒸气冷凝为液体的两个联合操作。的两个联合操作。沸点较低的有机物先蒸出，较高的随沸点较低的有机物先蒸出，较高的随后蒸出，不挥发的留在蒸馏器内。后蒸出，不挥发的留在蒸馏器内。1.3.1 常压蒸馏常压蒸馏 第16页/共52页常压蒸馏：常压

10、蒸馏：蒸馏烧瓶（搅拌子或沸石）、蒸馏头（常压）、蒸馏烧瓶（搅拌子或沸石）、蒸馏头（常压）、温度计、冷凝管、接收器。温度计、冷凝管、接收器。第17页/共52页用途：用途：l l 分离液体有机物：沸点相差较大、分离液体有机物：沸点相差较大、30。l l提出，除去不挥发物。提出，除去不挥发物。l l回收溶剂。回收溶剂。l l测定化合物的沸点。测定化合物的沸点。第18页/共52页1.3.2 分馏分馏 应用分馏柱使几种应用分馏柱使几种沸点相近（沸点相近（30）的的混合物进行分离的方法称为分馏。分馏就是混合物进行分离的方法称为分馏。分馏就是利利用分馏柱来实现的多次重复的蒸馏过程用分馏柱来实现的多次重复的蒸

11、馏过程。这种。这种方法在工业生产和实验室中被广泛使用。方法在工业生产和实验室中被广泛使用。最精密的分馏装置可将沸点相差最精密的分馏装置可将沸点相差12 C的的混合物分开。混合物分开。第19页/共52页实验室常用分馏柱：实验室常用分馏柱：分馏的效果和分馏柱的种类有关！分馏的效果和分馏柱的种类有关！第20页/共52页分馏：分馏：蒸馏烧瓶（搅拌子或沸石）、蒸馏头（常压）蒸馏烧瓶（搅拌子或沸石）、蒸馏头（常压）、温度计、冷凝管、接收器、温度计、冷凝管、接收器、分馏柱分馏柱。第21页/共52页1.3.3 减压蒸馏减压蒸馏 原理：原理：液体的沸点随着外液体的沸点随着外界的压力减小而降低，界的压力减小而降低

12、，在低于一个大气压下在低于一个大气压下进行的蒸馏称为减压进行的蒸馏称为减压蒸馏。蒸馏。l减压蒸馏适用于减压蒸馏适用于沸点沸点很高的液体有机物很高的液体有机物的的分离和提纯。分离和提纯。l特别适用于在特别适用于在常压蒸常压蒸馏时未达沸点即已受馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合热分解、氧化或聚合的物质的物质。第22页/共52页减压蒸馏减压蒸馏：蒸馏烧瓶、：蒸馏烧瓶、蒸馏头（克氏蒸馏头）蒸馏头（克氏蒸馏头）、温度计、温度计、冷凝管、接收器、减压装置。冷凝管、接收器、减压装置。第23页/共52页减压蒸馏减压蒸馏：第24页/共52页第25页/共52页1.3.4 水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏 在在利利用用该该方

13、方法法进进行行提提纯纯时时，要要求求被被提提纯纯物物质质在在低低于于100 C时时就就随随水水蒸蒸汽汽一一起起蒸蒸出出，所所以以特特别别适适用用于于分分离离那那些些在在其其沸沸点点附附近近易易分分解解的的物物质质，也也适适用用于于从从不不挥挥发发性性物物质质或或不不需需要要的的树树脂脂状状物物质质中中分分离出所需的成分。离出所需的成分。第26页/共52页第27页/共52页被提纯物必须具备条件：被提纯物必须具备条件：被提纯物不溶或难溶于水共沸腾下于水不发生化学反应100C左右时，必须具有一定的蒸气压。第28页/共52页1.4 萃取萃取 萃萃取取是是利利用用物物质质在在两两种种不不互互溶溶的的溶溶

14、剂剂中中的的溶溶解解度度不不同同来来达达到到分分离离、提提取取或或纯纯化化的的目目的。的。应应用用萃萃取取方方法法可可以以从从液液体体或或固固体体混混合合物物中中提提取取出出所所需需要要的的物物质质，也也可可以以用用来来除除去去混混合物中不需要的成分。合物中不需要的成分。第29页/共52页常用的萃取分离有以下几种情况：常用的萃取分离有以下几种情况：1.用有机溶剂从水相中萃取有机物。用有机溶剂从水相中萃取有机物。2.用水从有机混合物中除去无机盐。用水从有机混合物中除去无机盐。3.用碱性水溶液萃取除去混合物中的无机用碱性水溶液萃取除去混合物中的无机或有机酸；或有机酸；用酸性水溶液萃取除去混合物中的

15、无用酸性水溶液萃取除去混合物中的无机或有机碱。机或有机碱。第30页/共52页第31页/共52页1.5 色谱方法色谱方法 薄层色谱、柱色谱薄层色谱、柱色谱气相色谱、液相色谱气相色谱、液相色谱 色色谱谱的的原原理理是是建建立立在在各各组组分分在在互互不不相相溶溶的的两两相相（流流动动相相和和固固定定相相）之之间间具具有有不不同同的的分分配配基基础础上的。上的。流流动动相相可可以以是是液液体体、也也可可以以是是气气体体，样样品品在在流流动动相相作作用用下下流流经经固固定定相相。固固定定相相可可以以是是固固体体，也也可以是负载在固体表面的液体。可以是负载在固体表面的液体。第32页/共52页基本的原理基

16、本的原理固定相对带分离混合物各组分的吸附能力不同。固定相对带分离混合物各组分的吸附能力不同。过程：当流动相带着混合物流经固定相时，由于固定相过程：当流动相带着混合物流经固定相时，由于固定相对混合物各组分的吸附能力不同，吸附能力最弱的对混合物各组分的吸附能力不同，吸附能力最弱的组分随流动相首先流出，最强的组分最后流出，从组分随流动相首先流出，最强的组分最后流出，从而达到分离的目的。而达到分离的目的。第33页/共52页1.5.1 薄层色谱（薄层色谱（TLC）1.用处：用处：物质的定性分析物质的定性分析跟踪反应跟踪反应快速分离少量物质快速分离少量物质2.材质：材质：板：玻璃、塑料、金属板：玻璃、塑料

17、、金属吸附剂：硅胶（弱酸性，常用）、吸附剂：硅胶（弱酸性，常用）、Al2O3(碱性、中性、酸性）碱性、中性、酸性）第34页/共52页3.点样点样 划板将大块硅胶板分成小块；用铅笔标记起划板将大块硅胶板分成小块；用铅笔标记起始线；点样始线；点样第35页/共52页4.展开展开 先用展开剂饱和展缸；溶剂液面在样品起点线以先用展开剂饱和展缸；溶剂液面在样品起点线以下；注意溶剂前沿的位置。下；注意溶剂前沿的位置。第36页/共52页5.检测检测型号：如硅胶型号：如硅胶GF254,F254:可用于可用于254nm的紫外光的紫外光下观察荧光下观察荧光。第37页/共52页6.Rf值值Rf值：值：和分离化合物的结

18、构、硅胶板的种类、展开剂、温度等都有关。和分离化合物的结构、硅胶板的种类、展开剂、温度等都有关。但在固定条件下，其对每一种化合物的来说是一个特定数值。但在固定条件下，其对每一种化合物的来说是一个特定数值。第38页/共52页7.展开剂的选择展开剂的选择使混合物分开；使混合物分开；Rf值控制在值控制在0.2-0.8之间最佳。之间最佳。第39页/共52页应用举例应用举例：物质的定性分析：物质的定性分析/反应的跟踪反应的跟踪A、B是已知化合物，是已知化合物，?是未知化合物，是未知化合物，C 是共点（既有待测物，也有已知化合物）；是共点（既有待测物，也有已知化合物）；Rf值（即高度）相同的是同一种化合物

19、！值（即高度）相同的是同一种化合物！第40页/共52页1.5.2 柱色谱柱色谱 进行柱色谱实验时包括以下几个进行柱色谱实验时包括以下几个步骤步骤：1.选择吸附剂；选择吸附剂；2.装柱；装柱；3.洗脱；洗脱；4.组分收集和鉴定。组分收集和鉴定。第41页/共52页柱色谱的整套装置柱色谱的整套装置第42页/共52页1.吸附剂吸附剂柱色谱的固定相柱色谱的固定相硅胶：最常用，可分离绝大部分有机化硅胶：最常用，可分离绝大部分有机化合物。颗粒度不同，分离效果不同。合物。颗粒度不同，分离效果不同。氧化铝氧化铝硅胶2.洗脱剂洗脱剂 决定于待分离物的极性大小，待分离物的极性大，需大极性洗脱剂，决定于待分离物的极性

20、大小，待分离物的极性大，需大极性洗脱剂，反之，用中等或小极性洗脱剂；常用混合溶剂。反之，用中等或小极性洗脱剂；常用混合溶剂。小极性化合物：石油醚或正己烷小极性化合物：石油醚或正己烷中等极性化合物：中等极性化合物：乙酸乙酯乙酸乙酯+石油醚石油醚大极性化合物：大极性化合物：二氯甲烷二氯甲烷+甲醇甲醇第43页/共52页3.装柱装柱 湿法装柱，溶剂溶解硅胶，导入柱中，自然沉降，湿法装柱，溶剂溶解硅胶，导入柱中，自然沉降，再气泵加压压紧再气泵加压压紧第44页/共52页4.加样加样湿法加样湿法加样:将液体待分离混合样直接加入柱中。将液体待分离混合样直接加入柱中。缺点：柱子易开裂缺点：柱子易开裂干法加样干法

21、加样:先用硅胶吸附带分离混合样，然后将吸附了样品硅胶先用硅胶吸附带分离混合样，然后将吸附了样品硅胶加入柱中。加入柱中。第45页/共52页5.洗脱及化合物的收集洗脱及化合物的收集a)加压、等份接收；极性小的化合物先下来；用加压、等份接收；极性小的化合物先下来；用TLC判断是否同一组分。判断是否同一组分。b)收集同一组分洗脱液，旋转蒸发仪浓缩，即得到纯物质。收集同一组分洗脱液，旋转蒸发仪浓缩，即得到纯物质。第46页/共52页1.5.3 气相色谱气相色谱(gas chromatography/GC)在在气气相相色色谱谱中中，被被分分析析的的混混合合物物被被气气化化后后，在在气气体体（流流动动相相）作

22、作用用下下流流经经固固定定相相，由由于于固固定定相相对对各各组组分分的的吸吸附附能能力力不不同同，使使得得各各组组分分相相互互之之间间分分开开。这这里里流流动动相相只只作作为为载载气气使使用用，因因此此流流动动相相与与被被分分析析物物之之间间的的相相互互作用不重要。作用不重要。第47页/共52页关键技术：色谱柱，价格高关键技术：色谱柱，价格高第48页/共52页1.5.4 高效液相色谱高效液相色谱(high performance liquid chromatography,简称简称HPLC)高高效效液液相相色色谱谱法法又又称称“高高压压液液相相色色谱谱”、“高高速速液液相相色色谱谱”、“高高分

23、分离离度度液液相相色色谱谱”、“近代柱色谱近代柱色谱”等。等。高高效效液液相相色色谱谱是是色色谱谱法法的的一一个个重重要要分分支支，以以液液体体为为流流动动相相，采采用用高高压压输输液液系系统统，将将具具有有不不同同极极性性的的单单一一溶溶剂剂或或不不同同比比例例的的混混合合溶溶剂剂、缓缓冲冲液液等等流流动动相相泵泵入入装装有有固固定定相相的的色色谱谱柱柱，在在柱柱内内各各成成分分被被分分离离后后，进进入入检检测测器器进进行检测，从而实现对试样的分析。行检测，从而实现对试样的分析。第49页/共52页 使使用用液液体体流流动动相相分分离离基基于于四四种种作作用用方方式式：吸吸附附、分分配配、离离子子交交换换和和排排除除。吸吸附附最最初初运运用用在在液液固固色色谱谱上上，用用来来分分离离非非极极性性物物质质、异异构构体体或或脂脂肪肪烷烷烃烃、脂脂肪肪醇醇类类化化合合物物。分分配配色色谱谱一一般般称称为为液液-液液色谱，正相和反相色谱就属于这一类。色谱，正相和反相色谱就属于这一类。其中制备型液相色谱在药物研发公司其中制备型液相色谱在药物研发公司 应用较多。应用较多。第50页/共52页小结：小结：重结晶；重结晶；常压蒸馏、减压蒸馏、分馏；常压蒸馏、减压蒸馏、分馏；萃取；萃取；柱色谱、薄层色谱。柱色谱、薄层色谱。第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页