重结晶法净化化合物

重结晶是一种用于固体化合物的纯化技术。

为了进行重结晶，将不纯的固体化合物与热溶剂混合以形成饱和溶液。随着该溶液冷却，化合物的溶解度降低，并从溶液中生长出纯晶体。

重结晶通常用作其他分离方法（如萃取或柱色谱）之后的最后一步。重结晶也可用于分离溶解度截然不同的两种化合物。本视频将说明用于重结晶的溶剂选择、从溶液中纯化有机化合物，并将介绍化学中的一些应用。

结晶从成核开始。溶质分子聚集在一起形成稳定的小晶体，然后晶体生长。成核位点（如晶种、划痕或固体杂质）的成核发生速度比在溶液中自发发生更快。激越也可能促进快速成核。然而，如果不在最佳条件下生长，快速生长会导致杂质的掺入。

化合物的溶解度往往会随着温度的增加而增加，并且在很大程度上取决于溶剂的选择。高温和低温下的溶解度差异越大，溶质在冷却时从溶液中出来并形成晶体的可能性就越大。

所选溶剂的沸点应至少为 40？？C 所以沸腾和室温之间存在显着的温差。溶剂的沸点也必须低于溶质的熔点才能结晶。溶液的快速冷却诱导许多成核位点的形成，从而有利于许多小晶体的生长。然而，缓慢冷却会导致较少成核位点的形成，并有利于更大、更纯净的晶体。因此，缓慢冷却是首选。

此外，可以选择溶剂以最大限度地减少杂质。如果溶液杂质比溶质本身更易溶解，则可以用冷溶剂将其从完全形成的晶体中洗掉。但是，如果杂质的溶解度较低，它会先结晶，然后可以从加热的溶液中过滤出来，然后再重新结晶溶质。

如果没有单一溶剂具有必要的特性，则可以使用溶剂混合物。对于溶剂对，第一种溶剂应易于溶解固体。第二种溶剂对溶质的溶解度必须较低，并且能与第一种溶剂混溶。常见的溶剂对包括乙酸乙酯和己烷、甲苯和己烷、甲醇和二氯甲烷以及水和乙醇。

现在您了解了重结晶的原理，让我们来了解一下通过重结晶纯化有机化合物的程序。

要开始此过程，请将 50 mg 样品放入玻璃试管中。

加入 0.5 mL 室温溶剂。如果化合物完全溶解，则在冷溶剂中的溶解度太高，不能用于重结晶。否则，将试管中的混合物加热至沸腾。

如果化合物不能完全溶解在沸腾的溶剂中，则将另一份溶剂加热至沸腾。将沸腾的溶剂滴加到试管中，直到固体完全溶解或直到试管中含有 3 mL 溶剂。如果固体仍然不溶解，则它在该溶剂中的溶解度太低。

确认杂质要么不溶于热溶剂中，以便在溶解后被过滤掉，要么可溶于冷溶剂，以便在重结晶完成后仍留在溶液中。如果溶剂满足所有标准，则适合重结晶。

要开始重结晶，请在带有搅拌棒的锥形瓶中的热板上将溶剂加热至沸腾。将待重结晶的化合物置于室温下的另一个锥形瓶中。

接下来，向化合物中加入一小部分热溶剂。在烧瓶中旋转混合物，然后将其也放在热板上。重复此过程，直到样品完全溶解或添加溶剂导致不再溶解。

向溶液中加入 10% 过量的热溶剂以解决蒸发问题。将滤纸放入 B？chner 漏斗设置中。过滤溶液以去除不溶性杂质。如果在过滤过程中形成晶体，请用热溶剂滴溶解它们。

在工作台上冷却溶液。盖上烧瓶，以防止溶剂因蒸发而损失，并防止颗粒进入溶液。

让培养瓶不受干扰，直到它冷却到室温。冷却过程中的搅动可能会导致快速结晶，从而产生纯度较低的晶体。如果在冷却时没有明显的晶体形成，则用玻璃棒轻轻刮擦烧瓶的内壁或添加正在重结晶的化合物的小晶种来诱导结晶。

如果无法诱导结晶形成，请重新加热溶液以煮出一些溶剂，然后再次将溶剂冷却至室温。

晶体形成后，准备冰浴。盖上溶液，在冰浴中冷却溶液，直到结晶完全。

将过滤瓶夹在环形支架上，并将培养瓶连接到真空管路。在烧瓶口中设置 B？chner 漏斗和适配器。

将溶液和晶体的混合物倒入漏斗中，开始真空过滤。用冷溶剂将培养瓶中残留的晶体冲洗到漏斗中。用冷溶剂清洗漏斗上的晶体，以去除可溶性杂质。

继续通过漏斗吸入空气以干燥晶体，然后关闭真空泵。如有必要，可以让晶体在室温下静置风干或放入干燥器中，然后再储存结晶固体。

粗化合物中存在的黄色杂质已被去除，产生灰白色固体。根据化合物和杂质的特性，可以通过核磁共振波谱、熔点测量或目视检查来验证晶体的纯度。

重结晶纯化是化学合成和分析的重要工具。

X 射线晶体学是一种强大的表征技术，可识别分子的三维原子结构。这需要纯单晶，通过重结晶获得。某些类别的分子（例如蛋白质）难以结晶，但它们的结构对于理解其化学功能极为重要。通过仔细选择再结晶条件，即使是这些类别的分子也可以通过 X 射线晶体学进行分析。要了解有关此过程的更多信息，请观看此系列中关于晶体学晶体生长的视频。

不纯的反应物会引起不需要的副反应。通过重结晶纯化反应物可提高产品纯度和产率。分离和洗涤固体产物后，还可以通过去除滤液中的挥发物并从所得固体中重结晶产物来提高反应产率。防冻蛋白 （AFP） 在许多生活在冰冷环境中的生物体中表达。AFP 通过与冰平面结合来阻碍内部冰的生长，从而抑制重结晶成更大的冰晶。不同的 AFP 与不同类型的冰晶平面结合。研究 AFP 结合机制包括将它们吸附到单个冰晶上。单个冰晶的适当生长对于获得清晰和信息丰富的结果至关重要。这些蛋白质的应用范围从耐寒作物的工程到冷冻手术。

您刚刚观看了 JoVE 关于通过重结晶纯化化合物的介绍。您现在应该熟悉该技术的原理、纯化程序以及再结晶在化学中的一些应用。

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