有机物的结构决定性质,所以研究有机物的主要任务就是确定其分子结构。
研究有机化合物一般要经过下面几个基本步骤,每个步骤都有一些常用的基本方法。
分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定分子结构
一、有机物的分离、提纯从天然资源(如动植物体内)提取的有机物,基本上都是含杂质的粗品,工业生产和实验室中合成的有机物,也往往含有未反应完全的原料、副反应产生的其它物质。而研究有机物必须使用较为纯净的物质,这样就需要将粗品进行分离、提纯。
分离是把混合物分成几种纯净物;提纯是除去杂质,得到纯净物。
提纯的原则是:不增,不引入新的杂质;不减,不减少被提纯物;易分离,将杂质转化成易分离的物质,如沉淀、气体、水等。
一般先分析有机物和杂质的性质差异(包括物理性质和化学性质),再按照上面的原则选择合理的方法。
常见的物理方法有蒸馏、萃取和重结晶等。
1、蒸馏分离对象:相互溶解的液态有机物。
分离原理:混合物中有机物与杂质的沸点相差较大;有机物的热稳定性较高。
比如,甲烷与氯气发生取代反应得到的液态混合物,含有二氯甲烷(沸点40℃)、三氯甲烷(沸点62℃)、四氯化碳(77℃),三种有机物混溶在一起,但沸点不一样,就可以用蒸馏的方法分离。
实验装置:
注意事项:
蒸馏烧瓶要垫陶土网,烧瓶内液体体积约为其容积的三分之一到三分之二。烧瓶中要加几块碎瓷片(或沸石),目的是防止加热时液体暴沸。
温度计水银球与蒸馏烧瓶的支管口平齐。
使用直形冷凝管,不用球形冷凝管(防止液体残留在球形部分)。冷凝水从下口流入,上口流出,这样利用逆流原理,效果较好,先通冷凝水再加热蒸馏烧瓶。
在实际使用时,经常要配合化学方法使用。如要除去乙醇中混有的乙酸(或水),不能直接蒸馏,可以先用生石灰将乙酸(或水)转化为高沸点的物质,然后再蒸馏。
2、萃取包括液-液萃取和固-液萃取两种。
原理:
液-液萃取是利用某物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同,将其从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。
如,用四氯化碳(或苯)从溴水中萃取溴单质。溴在水中的溶解度较小,而在四氯化碳(或苯)中溶解度较大,这样溴单质就会从水中转移到四氯化碳(或苯)中。
固-液萃取是用溶剂把某物质从固体中溶解出来的过程。
如,用乙醚作溶剂从某些中药中溶解出青蒿素。
萃取剂的选择:
萃取用的溶剂叫萃取剂,常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、四氯化碳等。
要萃取的物质在萃取剂中溶解度要比较大。液-液萃取时,萃取剂与原溶剂要互不相溶。另外,萃取剂与原溶液中的成分不能发生化学变化。
装置及操作:
液-液萃取后液体会分层,一般还要进行分液。所以可以直接在分液漏斗中进行萃取,然后再分液。
下面以四氯化碳萃取溴水中的溴单质为例。
将10mL的溴水加入到分液漏斗中,再加入5mL的四氯化碳,塞上玻璃塞,充分振荡,放在铁架台上静置。溶液会分层,下层橙红色,是溴的四氯化碳溶液(四氯化碳的密度比水大);上层颜色变浅是水层。
在下面放一个烧杯,分液漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。打开漏斗上口的玻璃塞,或将玻璃塞上的凹槽对准漏斗颈部的小孔。然后打开分液漏斗活塞,将下层液体从下口放到烧杯中,当液体分界面到达活塞下面一点,关闭活塞。将上层液体从上口倒入另一个烧杯中。(注意上层液体不能从下口放出)
说明:
萃取后一般要进行分液操作,但分液可以单独进行,只要是互不相溶的两种液体,分层后均可用分液进行分离。
如,制取乙酸乙酯后,收集到饱和碳酸钠溶液表面的乙酸乙酯就可用分液的方法分离,之前就没有萃取。
练习:探究用环己烯粗品精制环己烯的方法。
已知实验室制取环己烯的化学原理:
密度/ | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 溶解性 | |
环己醇 | 0.96 | 25 | 159.6 | 可溶 |
环己烯 | 0.81 | -103 | 85.6 | 不溶 |
(1)除去环己烯粗品中的杂质,需先加入饱和碳酸钠溶液,其主要目的是什么?
(2)加入饱和碳酸钠溶液后,振荡、静置,环己烯在上层还是下层?
(3)静置后如何操作?该操作用到的主要仪器是什么?
答案:
(1)除去环己烯中的酸性杂质和部分环己醇。
(2)环己烯在上层。
(3)静置后应进行分液操作:将下层液体从分液漏斗下口放出,环己烯从分液漏斗上口倒出。用到的主要仪器是分液漏斗、烧杯。
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