重结晶

来源：美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的 Lara Al Hariri 和 Ahmed Basabrain

1. 乙酰苯胺的重结晶展开

   在本实验部分，你将通过从水溶液中重结晶来纯化乙酰苯胺。乙酰苯胺在沸水中具有中等溶解度，但在室温和冷水中的溶解度显著降低。苯胺作为一种可能的杂质，在室温水中溶解度要高得多。因此，你将首先在沸水中制备乙酰苯胺的饱和溶液，然后缓慢冷却至室温。

   随着乙酰苯胺的溶解度降低，它将缓慢形成无色或白色的片状晶体。水溶性杂质将保留在溶液中。随后，您将冷却溶液以进一步降低乙酰苯胺的溶解度。最后，通过减压过滤收集晶体，并测定所得晶体的熔点。

   • 实验开始前，穿上实验服，戴上护目镜和丁腈手套。
   • 首先，取一个125 mL锥形瓶和实验记录本至分析天平处，称取乙酰苯胺。
   • 在已去皮的称量舟中称取2 g乙酰苯胺，并在实验记录本中记录精确质量。将乙酰苯胺加入烧瓶中，然后带回通风橱。

     表1：乙酰苯胺的重结晶

     化合物	质量（g）	熔点（°C）
     乙酰苯胺
     晶种（如使用）
     重结晶乙酰苯胺 (若使用了晶种，则需去除晶种)
     回收率百分比

     点击此处下载表1
   • 然后，量取30 mL去离子水，小心倒入乙酰苯胺的烧瓶中。
   • 将烧瓶置于搅拌加热板上，加入搅拌子，将加热板调至中等温度并开启搅拌。加热混合物至沸腾，持续 4–5 分钟，使乙酰苯胺完全溶解。
   • 如果溶液煮沸5分钟后仍可见固体乙酰苯胺，再量取10 mL去离子水。使用巴斯德移液管逐滴加入水，直至固体完全溶解或已加完全部10 mL水。
   • 每次加入一毫升水后，让溶液至少沸腾一分钟，再继续加水。 注意： 缓慢加水非常重要，以免过度冷却溶液或加入超过所需量的水。
   • 如果此时仍能看到一些固体，则为需要通过热过滤去除的杂质。如果看不到固体，请继续进行第14步实验操作。
   • 进行热过滤时，将约15 mL去离子水和一至两粒沸石加入50 mL烧杯中，并在加热板上开始加热。
   • 将另一个125 mL锥形瓶固定在加热板上，并在瓶口放置一个宽茎或无茎玻璃漏斗。取一张较大的圆形滤纸，对折成四分之一圆形，尖端朝下放入漏斗中，然后展开成圆锥形。
   • 水沸腾后，用移液管将热水滴加至滤纸上使其润湿。然后用镊子夹取盛有乙酰苯胺溶液的烧瓶，将热溶液小心倒入漏斗中，注意避免溢出。 注意： 如果搅拌子掉入漏斗中，用镊子将其取出，并用热水冲洗。
   • 然后，用几毫升热水冲洗第一个烧瓶的内壁，将冲洗液倒入漏斗中，并用热水溶解形成的任何晶体。
   • 漏斗排空后，用镊子将其移至第一个烧瓶。小心地打开第二个烧瓶的夹子。现在可以照常继续实验操作。
   • 当热的乙酰苯胺溶液中不再有可见的固体时，关闭加热和搅拌马达，用坩埚钳将烧瓶放置在通风橱底部。
   • 让溶液静置冷却至室温，通常需要至少15分钟。移动或摇动烧瓶会阻碍晶体的形成。
   • 等待期间，取少量起始的乙酰苯胺原料置于称量舟中，并用熔点仪测定其熔点。
   • 将乙酰苯胺填入毛细管中，测量并记录其熔点。
   • 待溶液冷却后，尽量避免过多移动烧瓶，观察是否有晶体析出。若未见晶体，可用玻璃棒在液面下的烧瓶内壁轻轻刮擦。晶体更易在刮擦过或粗糙的表面开始形成。
   • 如果再过10分钟后仍未形成晶体，请向指导教师索取一颗高纯度乙酰苯胺的晶种。称量并记录晶种的质量，然后将其投入室温下的乙酰苯胺溶液中。随后晶体将在晶种上生长。
   • 当烧瓶中出现数个晶体后，准备两个600 mL烧杯作为冰浴。其中一个冰浴应几乎装满烧杯，另一个则约占烧杯体积的一半。
   • 量取5 mL去离子水，放入盛满冰的冰浴中。确认烧瓶触感冰凉且已有若干晶体形成后，轻轻将其置于半满的冰浴中。静置烧瓶以促进晶体生长。
   • 每15分钟检查一次晶体生长情况。当观察到大部分乙酰苯胺已结晶，或在15分钟内无明显晶体继续生长时，准备进行减压过滤，使用125 mL或250 mL的抽滤瓶。
   • 用1 mL冰水润湿滤纸。然后启动真空泵，将烧瓶中的内容物倒入真空过滤装置的布氏漏斗中。
   • 用玻璃棒或柔性刮刀将烧瓶中的晶体刮入漏斗，并用约1 mL冷去离子水将残留的晶体冲洗入漏斗。
   • 然后，停止抽真空，打开密封，将剩余的冷去离子水倒入漏斗中。用玻璃棒轻轻搅拌晶体数秒以进行洗涤，注意不要撕破滤纸。
   • 打开真空泵以排空漏斗。然后关闭真空泵，打破密封，将滤液倒入废液杯中。重新打开真空泵，使洗涤后的晶体留在漏斗中，同时由真空泵抽吸空气通过晶体，直至其干燥，通常需要约半小时。等待期间，您可开始进行下一次重结晶操作。
2. 重结晶 转-肉桂酸扩展

   在实验的第二部分，你将进行重结晶 转肉桂酸（cinnamic acid）。肉桂酸可溶于乙醇，几乎不溶于水。因此，你将使用95%乙醇和5%水的混合液，使肉桂酸在高温下仍可溶解，而在低温下溶解度降低。

   • 首先，用去离子水装满一个5 mL或10 mL量筒，并将其带至通风橱。
   • 然后，称取0.5 g肉桂酸，记录其质量，并将其放入25 mL锥形瓶中。

     表2：重结晶 转-肉桂酸

     化合物	质量（g）	熔点（°C）
     转-肉桂酸
     晶种（如使用）
     重结晶 转-肉桂酸 （若使用了晶种，则需减去晶种质量）
     回收率百分比

     点击此处下载表 2
   • 接下来，取4 mL 95%乙醇，倒入含有肉桂酸的烧瓶中。将烧瓶置于中等加热的加热板上，用玻璃棒搅拌溶液，直至肉桂酸完全溶解，通常需要7–10分钟。
   • 然后，关闭加热，使用巴斯德移液管向溶液中加入5滴去离子水。这会降低肉桂酸的溶解度。 注意： 如果未观察到沉淀，请逐滴加入最多5滴水。一旦看到固体开始形成，即停止加水。
   • 然后，将烧瓶从加热板上取下，静置冷却至室温。
   • 等待期间，取少量起始原料肉桂酸并测定其熔点。
   • 待烧瓶冷却至室温后，检查是否有晶体析出。若未观察到晶体，用玻璃棒在液面下轻轻刮擦烧瓶内壁，静置10分钟。 注意： 如果仍然无法结晶，请向指导教师获取肉桂酸的晶种。在将晶种加入溶液之前，务必称量其质量并记录。
   • 当烧瓶冷却至手触不烫且内部出现数个晶体后，重新制备冰浴，其中一个冰浴的深度应较浅，确保25 mL烧瓶不会完全浸没。
   • 用去离子水重新注满量筒。将肉桂酸晶体的烧瓶放入浅层冰浴中，盛水的量筒放入另一冰浴中。让晶体生长至少15分钟。
   • 此时，你的乙酰苯胺晶体应已干燥，可称量其质量并测定熔点，同时等待肉桂酸完成结晶。关闭真空泵并解除真空密封。
   • 将布氏漏斗轻轻放入一个干净的烧杯中，并移至天平。称量并记录纯乙酰苯胺晶体的质量。如果使用了晶种，请记得扣除晶种的质量。
   • 然后，将你的晶体样品置于熔点测定仪中，测量并记录其熔点。
   • 现在，将一个洁净干燥的布氏漏斗（内含一张新的滤纸）放入抽滤瓶中，并观察你的肉桂酸结晶情况。当肉桂酸大部分已结晶析出时，用冷的去离子水润湿滤纸。
   • 开启真空泵，将肉桂酸烧瓶中的内容物倒入漏斗中。用玻璃棒刮下烧瓶中残留的晶体，并用约1 mL冷水分次冲洗烧瓶。
   • 现在关闭真空泵，解除密封，将剩余的冷水倒入漏斗中。用玻璃棒轻轻搅拌晶体以进行洗涤，注意不要损坏滤纸。
   • 打开真空泵以排空漏斗。保持真空泵运行，直至肉桂酸晶体完全干燥。
   • 将布氏漏斗放入烧杯中，并移至天平。称量并记录纯肉桂酸晶体的质量。如果使用了晶种，请记得扣除晶种的质量。随后，测定重结晶肉桂酸的熔点。
   • 现在，将乙酰苯胺和肉桂酸弃置于指定的固体废物容器中。用流动水将滤液冲入下水道，并将剩余的冰和水倒入水槽。
   • 使用常规方法清洗玻璃器皿，并收纳其他实验设备。
   • 最后，将使用过的移液管丢弃至玻璃废物容器中，用过的滤纸及其他废弃物扔进实验室垃圾桶内。
3. 结果展开
   • 首先，计算每种化合物的回收率百分比。由于部分每种化合物会残留在溶液中，因此这些百分比将低于起始原料的标称纯度。
   • 现在观察起始物料与晶体之间熔点的差异。对于每种化合物，纯度较低的起始物料其熔点较低，熔程也比重结晶后的化合物更宽。
   • 最后，将您的实验结果与文献值进行比较。乙酰苯胺的熔点为 114 °C，而 转-cinnamic acid 的熔点为 133 °C。你所获得的晶体熔点范围应为 1–2 °C，且应等于或略低于该数值。