有机物的鉴别、分离与提纯 制作者:084班卜永兴,陈晓强
有机物的鉴别、分离与提纯 有机化合物的鉴别与分离、提纯是研究有机化学必须具备的基本知识与技能,有机化合物的分离通常指从混合物中把几种有机物成分逐一分开;提纯则一般要求把杂质从主要产物中除去,有机化合物的鉴别一般是根据不同有机化合物的特征反应,通过简单试验步骤将其一一鉴定出来。
有机化合物的鉴别 (1) 化学反应中有颜色变化 (2) 化学反应过程中伴随着明显的温度变化(放热或吸 热) (3) 反应产物有气体产生 有机物的鉴别是根据化合物的不同性质来确定其含有什么官能团,是哪种化合物。如鉴别一组化合物,就是分别确定各是哪种化合物即可。在做鉴别题时要注重,并不是化合物的所有化学性质都可以用于鉴别,必须具备一定的条件: (1) 化学反应中有颜色变化 (2) 化学反应过程中伴随着明显的温度变化(放热或吸 热) (3) 反应产物有气体产生 (4) 反应产物有沉淀生成或反应过程中沉淀溶解、产物 分层等。
鉴别主要有机物 6、醚 1.烯烃、二烯、炔烃 2.含有炔氢的炔烃 3.卤代烃 4.醇 5.酚或烯醇类化合物 7.羰基化合物 8.甲酸 9.二元酸 10.胺:不同伯、仲、叔胺 11.糖
注意区分:溴水褪色(加成、取代、氧化还原)与 1.烯烃、二烯、炔烃 (1)溴的四氯化碳溶液,红色腿去 (2)高锰酸钾溶液,紫色腿去。 烯烃分子中含C=C双键,炔烃分子中含CC叁键。二者均能与溴发生加成反应,使溴的红棕色消失,因此可以来鉴别烯烃或炔烃。 注意区分:溴水褪色(加成、取代、氧化还原)与 水层无色(可能发生反应,也可能是萃取, 如以苯或苯的同系物作萃取剂 ,上层有色, 下层无色)。
(2)高锰酸钾溶液,紫色腿去。 烯烃分子中含C=C双键,炔烃分子中含CC叁键。当二者被高锰酸钾溶液氧化时,不饱和键被破坏,同时紫色高锰酸钾溶液褪色生成褐色的二氧化锰沉淀。根据上述实验现象可以来鉴别烯烃或炔烃。
2.含有炔氢的炔烃 (1) 硝酸银,生成炔化银白色沉淀 (2) 氯化亚铜的氨溶液,生成炔化亚铜红色沉淀。 末端炔烃含有活泼氢,可与硝酸银氨溶液反应生成炔化银沉淀。借此可鉴别末端炔烃类化合物。 RCCH + Ag(NH3)+2NO3 RC CAg
(2) 氯化亚铜的氨溶液,生成炔化亚铜红色沉淀。 末端炔烃含有活泼氢,可与铜氨溶液反应生成炔化铜沉淀。借此可鉴别末端炔烃类化合物。 RCCH + Cu(NH3)+2Cl RC CCu
代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代 3、卤代烃的鉴别: 硝酸银的醇溶液,生成卤化银沉淀;不同布局的卤 代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代 烃最快,仲卤代烃次之,伯卤代烃需加热才出现沉 淀。 卤代烃的反应活性为: R3C-X > R2CH-X > RCH2-X R-I > R-Br > R-Cl
4.醇: (1) 与金属钠反应放出氢气(鉴别6个碳原子以下的醇); (2) 用卢卡斯试剂鉴别伯、仲、叔醇,叔醇马上变浑浊, 仲醇放置后变浑浊,伯醇放置后也无变化。 氯化锌-盐酸溶液称卢卡斯试剂。一级醇、二级醇、三级醇与卢卡斯试剂反应的速率不同。三级醇最快,二级醇次之,一级醇极慢。六个碳原子以下的各级醇均溶于卢卡斯试剂,反应后生成的氯代烷不溶于该试剂,故反应发生后体系会出现混浊或分层。根据实验现象可判别反应速率的快慢,以次区别一、二、三级醇。
5.酚或烯醇类化合物(两种方法): (1) 用三氯化铁溶液产生颜色(苯酚产生兰紫色)。 含有酚羟基的化合物具有烯醇结构,能与三氯化铁的水或醇溶液作用,生成具有红、蓝、紫、绿等颜色的络合物,这是检出酚羟基的特征反应,根据不同颜色区别各种酚。 (2) 苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。
(2) 苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。 苯酚与溴水作用能生成三溴苯酚白色沉淀,因此可用这一反应鉴定苯酚。
6、醚 烊盐的生成 醚的氧原子上有未共用电子对,能接受强酸中的H+ 而生成烊盐。 烊盐是一种弱碱强酸盐,仅在浓酸中才稳定,遇水很快分解为原来的醚。利用此性质可以将醚从烷烃或卤代烃中分离出来。
7.羰基化合物: (1) 鉴别所有的醛酮:2,4-二硝基苯肼,产生黄 色或橙红色沉淀; (2) 不同醛与酮用托伦试剂,醛可以生成银镜,而 酮不可以; (3) 不同芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试 剂,脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不可 以; (4) 鉴别甲基酮和具有布局的醇,用碘的氢氧化钠 溶液,生成黄色的碘仿沉淀。 (5)鉴别醛和甲醛
(2) 不同醛与酮用托伦试剂,醛可以生成银镜,而酮不可以; 土伦试剂是银氨离子(硝酸银的氢氧化铵溶液),它与醛反应时,醛被氧化成酸,银离子被还原成银,附着在试管壁上形成银镜,由此称该反应为银镜反应。土伦试剂与酮不发生上述反应,所以此实验可区别醛和酮。 土伦试剂是银氨离子(硝酸银的氢氧化铵溶液),它与醛反应时,醛被氧化成酸,银离子被还原成银,附着在试管壁上形成银镜,由此称该反应为银镜反应。土伦试剂与酮不发生上述反应,所以此实验可区别醛和酮。
(3) 不同芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试剂,脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不可以; 菲林溶液是碱性铜络离子的溶液。该铜络离子能与脂肪醛反应,反应时,Cu2+络离子被还原为红色的氧化亚铜沉淀,蓝色消失,醛被氧化成酸。菲林溶液与芳香醛和简单酮(α-羟基酮和α-酮醛例外)不能发生上述反应,因此,利用菲林溶液可以区分脂肪醛和芳香醛,也可以区分脂肪醛和酮。 *菲林溶液是由硫酸铜溶液(菲林A)和含碱的酒石酸盐溶液(菲林B)等量混合配制而成的。此时,硫酸铜的铜离子和碱性酒石酸钾钠形成一个深蓝色铜络离子溶液。菲林溶液需在使用时现配。
(4) 鉴别甲基酮和具有布局的醇,用碘的氢氧化钠 溶液,生成黄色的碘仿沉淀。 (5)鉴别醛和甲醛 品红醛试剂与醛类作用,显紫红色,且很灵敏;酮类不与品红醛试剂反应,因此品红醛试剂是实验室检验醛及区别醛酮常用的简单方法。 还可区别甲醛和其它醛。
8.甲酸:用托伦试剂,甲酸可以生成银镜,而其他酸不可以。 HCOOH + Ag(NH3)+2NO3 银镜
9、二元酸的鉴别 (1) 乙二酸、丙二酸受热脱羧(放出CO2) ,生成一元酸;
(2)丁二酸、戊二酸受热脱水(不脱羧)生成环状酸酐 ;
(3)己二酸、庚二酸受热既脱水又脱羧生成环酮. 那么,综上所诉,可以鉴别(1)(2)(3) (1)(2)(3) (+)产生CO2气体 ( - )没有明确现象 ( - ) 2,4-二硝基苯肼 (+)黄
10.胺:不同伯、仲、叔胺有两种方法 (1)用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯,在NaOH溶液中反应,伯胺生成的产物溶于NaOH;仲胺生成的产物不溶于NaOH溶液;叔胺不发生反应。 (2)用NaNO2 、HCl: 脂肪胺:伯胺放出氮气,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。
(2)用NaNO2 、HCl: 脂肪胺:伯胺放出氮气,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。 ⑴ 脂肪胺 ⑵ 芳胺
⑵ 芳胺 小结: ① 0℃时,有N2↑为脂肪伯胺。 ② 有黄色油状物或固体,则为脂肪和芳香仲胺。 ③ 无可见的反应现象为脂肪叔胺。 ② 有黄色油状物或固体,则为脂肪和芳香仲胺。 ③ 无可见的反应现象为脂肪叔胺。 ④ 0℃时无N2↑,而室温有N2↑,则为芳香伯胺。 ⑤ 有绿色叶片状固体为芳香叔胺。
11.糖: (1) 单糖都可以与托伦试剂和斐林试剂 作用,产生银镜或砖红色沉淀; (2) 葡萄糖与果糖:用溴水可鉴别葡萄糖与果糖,葡 萄糖可以使溴水褪色,而果糖不可以。 (3)麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不可以。
(2) 葡萄糖与果糖:用溴水可鉴别葡萄糖与果糖,葡 萄糖可以使溴水褪色,而果糖不可以。 可用此反应来区别醛糖和酮糖 。
(3)麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不可以。 蔗糖分子是一种非还原糖,不能还原Tollens和Fchling试剂。 而麦芽糖是一种还原糖,可生成银镜或砖红色沉淀
附:其它基团的检验: 1.氰基( CN ):加稀碱(如NaOH)溶液,加热, 有氨气放出(可用湿润的红色石蕊 试纸检验)。 2.硝基( NO2 ):用(NH4)2Fe(SO4)2 溶液、H2SO4 以及KOH的甲醇溶液,1分钟内 溶液由淡绿色变为红棕色。 3.卤素原子( X ):加AgNO3 和浓硝酸的混合溶 液,有沉淀产生(白色沉淀证 明有Cl、浅黄色沉淀证明有Br、 黄色沉淀证明有I)
例题解析 例1.用化学方法鉴别丁烷、1-丁炔、2-丁炔。 分析:上面三种化合物中,丁烷为饱和烃,1-丁炔和2-丁炔为不饱和烃,用溴的四氯化碳溶液或高锰酸钾溶液可区别饱和烃和不饱和烃,1-丁炔具有炔氢而2-丁炔没有,可用硝酸银或氯化亚铜的氨溶液鉴别。
例题解析 例2.用化学方法鉴别氯苄、1-氯丙烷和2-氯丙烷。 分析:上面三种化合物都是卤代烃,是同一类化合物,都能与硝酸银的醇溶液反应生成卤化银沉淀,但由于三种化合物的结构不同,分别为苄基、二级、一级卤代烃,它们在反应中的活性不同,因此,可根据其反应速度进行鉴别。
例题解析 例3、苯甲醛、丙醛、2-戊酮、3-戊酮、正丙醇、异丙醇、苯酚 分析:上面一组化合物中有醛、酮、醇、酚四类,醛和酮都是羰基化合物,因此,首先用鉴别羰基化合物的试剂将醛酮与醇酚区别,然后用托伦试剂区别醛与酮,用斐林试剂区别芳香醛与脂肪醛,用碘仿反应鉴别甲基酮;用三氯化铁的颜色反应区别酚与醇,用碘仿反应鉴别可氧化成甲基酮的醇。
例题解析 例3鉴别方法可按下列步骤进行: (1) 将化合物各取少量分别放在7支试管中,各加入几 滴2,4-二硝基苯肼试剂,有黄色沉淀生成的为羰基 化合物,即苯甲醛、丙醛、2-戊酮、3-戊酮,无沉淀 生成的是醇与酚。 (2) 将4种羰基化合物各取少量分别放在4支试管中,各加入托伦试剂(氢氧化银的氨溶液),在水浴上加热,有银镜生成的为醛,即苯甲醛和丙醛,无银镜生成的是2-戊酮和3-戊酮。 (4) 将2种酮各取少量分别放在2支试管中,各加入碘的氢氧化钠溶液,有黄色沉淀生成的为2-戊酮,无黄色沉淀生成的是3-戊酮。 (5) 将3种醇和酚各取少量分别放在3支试管中,各加入 几滴三氯化铁溶液,出现兰紫色的为苯酚,无兰紫 色的是醇。 (6) 将2种醇各取少量分别放在支试管中,各加入 几滴碘的氢氧化钠溶液,有黄色沉淀生成的为异 丙醇,无黄色沉淀生成的是丙醇。 (3) 将2种醛各取少量分别放在2支试管中,各加 入斐林试剂(酒石酸钾钠、硫酸酮、氢氧化钠 的混合液),有红色沉淀生成的为丙醛,无沉 淀生成的是苯甲醛。 home
有机物的分离与提纯 (1)尽可能使加入的试剂只跟杂质发生作用; (2)提纯物质过程不能引入新的杂质; (3)杂质与试剂反应生成的产物易分离出来; (4)提纯过程应做到方法简单、现象明显、分离容易、 所得产物纯度高; (5)尽可能将杂质转化为原料; (6)若要求“分离”则必须恢复被提纯物质原来的组成 和状态:即“不增、不减、易分、复原”四原则。
有机物分离类别 物质的分离方法主要有: 1.固—固混合分离型:灼烧、升华、热分解、结晶 (重结晶)等。 2.固—液混合分离型:过滤、盐析、蒸发等。 3.液—液混合分离型:萃取、分液、蒸馏等。 4.气—气混合分离型:洗气(采用液体净化剂时用 洗气瓶,采用固体净化剂时用干燥管)。
掌握物质的适用于分离的特殊性质 1.如烯、炔可被溴水吸收;低级(碳数少)的醇、醛、酸既易溶于水又易溶于有机溶剂;苯酚易溶解于NaOH溶液且加入酸可复原;羧酸与Na2CO3溶液作用且加入强酸可复原;溴苯、硝基苯难溶于水溶液且密度比水大不与碱作用;有机物一般沸点较低,可通过蒸馏的方法与盐溶液分离等。 2.由于有机物多为分子晶体,沸点较低,因此常采用蒸馏(蒸馏烧瓶中)的方法进行分离,例如石油的分馏;又由于有机分子的极性较弱,多数难溶于水,因此萃取分液(分液漏斗中)也是常用的分离方法,例如苯酚与水的混和物分离。而在无机物分离时应用广泛的过滤、结晶等方法在有机物分离时则不常用。
1.两相溶剂萃取法 2.沉淀法 3.盐析法 4.分馏法 5.结晶法 6.色谱层法 有机物分离常见方法
1.两相溶剂萃取法 萃取法是利用混合物中各成分在互不混溶的溶剂中分配系数不同而分离的方法。可将被分离物溶于水中,用与水不混溶的有机溶剂进行萃取,也可将被分离物溶在与水不混溶的有机溶剂中,用适当pH的水液进行萃取,达到分离的目的 .
两相溶剂萃取法 混合物 试剂 分离方法 主要仪器 苯(苯甲酸) NaOH溶液 分液 分液漏斗 苯(苯酚) NaOH溶液 分液 分液漏斗 混合物 试剂 分离方法 主要仪器 苯(苯甲酸) NaOH溶液 分液 分液漏斗 苯(苯酚) NaOH溶液 分液 分液漏斗 乙酸乙酯(乙酸) 饱和Na2CO3溶液 分液 分液漏斗 溴苯(溴) NaOH溶液 分液 分液漏斗 硝基苯(混酸) H2O、NaOH溶液 分液 分液漏斗 苯(乙苯) 酸性KMnO4、NaOH 分液 分液漏斗
2.沉淀法 此法是将被分离物溶于某种溶剂中,再加入另外一种溶剂或试剂,使某种或某些成分析出沉淀,而某些成分保留在溶液中经过滤后达到分离的一种方法。可以使杂质沉淀析出,也可使欲得成分沉淀析出。 混合物 试剂 分离方法 主要仪器 乙酸乙酯(少量水) MgSO4或Na2SO4 过滤 漏斗、烧杯 苯酚(苯甲酸) NaHCO3溶液 过滤 漏斗、烧杯
3.盐析法 盐析法是在中药水提液中,加入无机盐至一定浓度,或达饱和状态,可使某些成分在水中溶解度降低,从而与水溶性大的杂质分离。常作盐析的无机盐有氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵等 混合物 试剂 分离方法 主要仪器 肥皂(甘油) NaCl溶液 盐析 漏斗、烧杯
对于完全能够互溶的液体系统,可利用各成分沸点的不同而采用分馏法 4.分馏法 对于完全能够互溶的液体系统,可利用各成分沸点的不同而采用分馏法 一般说来,液体混合物沸点相差在100℃以上,可将溶液重复蒸馏多次即可达到分离的目的,如沸点相差在25℃以下,则需采用分馏柱,沸点相差越小,则需要的分馏装置越精细。 混合物 试剂 分离方法 主要仪器 乙醇(水) CaO 蒸馏 蒸馏烧瓶、 冷凝管 乙醛(乙酸) NaOH溶液 蒸馏 蒸馏烧瓶、冷凝管
例如,一级、二级、三级胺的分离提纯: 与苯磺酸不反应的三级胺可通过蒸馏法蒸出,剩下的溶液过滤,使不溶于碱性溶液的二级胺的苯磺酰胺滤出,滤液经酸化后沉淀出一级胺的苯环酰胺,将苯磺酰胺与强酸共沸进行水解,这样就把三种胺分离出来。
5.结晶法 结晶法是分离和精制固体成分的重要方法之一,是利用混合物中各成分在溶剂中的溶解度不同来达到分离的方法。 结晶法所用的样品必须是已经用其他方法提得比较纯的时候,才能采用此法精制。
6.色谱层法应用: (1)分离混合物 (2)精制化合物 (3)鉴定化合物 总的来说,对非极性成分往往考虑用氧化铝或硅胶吸附色谱;若极性较大则采用分配色谱或弱吸附剂吸附色谱;对酸性、碱性、两性成分可采用离子交换色谱,有时也可用吸附色谱及分配色谱等。
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