1、光学异构体的分离专业 : _姓名 :实验报告学号 :日期 :地点 :课程名称 : 化工专业实验实验名称 : 光学异构体的分离一、实验目的与要求 (必填 ) 三、主要仪器设备 (必填 ) 五、实验数据记录与处理七、讨论、心得一、实验目的指导老师实验类型:成绩 :_:_ 同组学生姓名 :二、实验内容与原理(必填 )四、操作方法与实验步骤六、实验结果与分析(必填 )1、通过苯甘氨酸的拆分实验,理解对映异构体的各种拆分方法;2、理解有机物溶解、结晶的原理及意义,并将其用于分离提纯;3、掌握拆分、结晶的基本操作。二、实验原理与仪器1、实验原理对映异构体 (也称光学异构体、对映体 ) 就是指分子为互相不可
2、重合的镜像的立体异构体,其主要的拆分方法有机械拆分法,微生物化学拆分法,选择吸附拆分法,诱导结晶拆分法,化学拆分法。诱导结晶拆分法就是指在外消旋体( 两种对映体的等量混合物) 的过饱与溶液中,加入一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种,形成溶液中该种旋光体过量,且在晶种的诱导下优先结晶析出。将这种结晶滤出后则另外一种旋光体在滤液中相对较多。再加入外消旋体制成过饱与溶液,于就是另外一种旋光体优先结晶析出,如此反复进行结晶,就可以把一对对映体分开。化学拆分法就是指利用手性试剂作为拆分剂加入外消旋体混合物中,使它与外消旋体发生反应,生成两个非对映异构体复盐(非对映异构体指具有二个或多个非对称中心,并且其
3、分子互相不为镜像的立体异构,体 ), 再利用它们物理性质 (例如溶解度、蒸汽压、吸收系统等 )的不同 ,用常规的方法将其拆分 ,最后再把这两个非对映异构体分别复原为原来的对映体。化学拆分法最适用于酸或碱的外消旋体的拆分。对于苯甘氨酸 ,诱导结晶拆分法得到的产物光学纯度较低 ,难以找到合适的溶剂使得两种对映体在其中的溶解度有较大差异 ,且循环量较大 ,因此本实验采用化学拆分法 ,利用手性拆分剂与外消旋体形成的复盐溶解度的差异进行结晶拆分。本实验中 ,D,L- 苯甘氨酸 (简写 D,L-PG 分子式如I), 手性拆分剂为d-樟脑磺酸 (简写 d-CS,分子式如II), 二者形成的复盐在水中溶解度有
4、很大差异(如表 1),可用结晶方法分离。D,L- 苯甘氨酸与d-脑磺酸溶于热溶剂中 ,形成非对映异构体复盐的饱与溶液,降低温度则复盐溶解度降低,溶液变成过饱与溶液,在饱与溶液中结晶与溶解存在动态平衡,可以通过降温与或加晶种破坏其平衡使一种结晶优先析出。D- 苯甘氨酸 -d- 樟脑磺酸 (简写D-PG-d-CS 分子式如 I) 溶解度相对较小,则加入D- 苯甘氨酸 -d- 樟脑磺酸晶种后D. 苯甘氨酸 -d一樟脑磺酸优先结晶析出,过滤时D- 苯甘氨酸 -d- 樟脑磺酸被滤除,L-苯甘氨酸 -d- 樟脑磺酸留在母液中与结晶分离 ,从而达到拆分的目的。(如图 1)影响拆分效率的因素有:(1) 温度。
5、1)起始的结晶温度。起始的结晶温度就是控制其溶液过饱与程度的,如果让溶液在结晶前过度地饱与,光学异构体的分离就会在起始结晶时产生很多的结晶中心 ,使晶粒增多 ,无法保障晶粒长大 ,所以最好控制在稍微过饱与时产生结晶 ,然后继续产生的结晶就是起初晶粒的长大。2)过滤温度。过滤温度高时 ,晶体纯度高 ,但收率低 ,温度低时可能两种复盐都会析出 ,收率高 ,但纯度低 , 因此要选择合适的过滤温度。(2) 晶种。晶种加入量、加入时间、晶种品质都会影响晶体的形成。加入适量的晶种时形成的晶体晶型规整 ,单晶大容易与溶剂分离 ,表面吸附残留的母液较少 ,不加晶种时形成的晶体较小 ,且规整度不好 ,表面吸附残
6、留母液较多 ,烘干后母液中的杂质留在晶体上 ,纯度低。(3) 冷却速度。冷却速度越小 ,晶体越规则 ,也越易成形。(4) 溶剂量。复盐在水中有一定的溶解度,因此溶剂量 (包括淋洗液的量 )会影响收率。(5) 溶剂种类。复盐在水、硫酸水溶液、氯化钠水溶液中的溶解度不同。(6) 搅拌速度。一般认为搅动越慢 ,晶体越规则。三、主要仪器设备(1) 仪器三口烧瓶 ( l00mL), 电磁搅拌加热器 ,温度计 ,短颈漏斗量筒 (100 mL), 培养皿 ,滴管 ,吸滤瓶 (250 mL), 布氏漏斗 , 真空泵 ,玻璃棒 ,烧杯 (250 mL 、 100mL 各一个 ),旋光仪。(2) 试剂D,L- 苯
7、甘氨酸 (D,L-PG),d- 樟脑磺酸 (d-CS),D- 苯甘氨酸 -d 樟脑磺酸 (D-PG-d-CS) 复盐 ,盐酸 (分析纯 )。(3) 其它滤纸四、实验步骤实验一 :1、制备热溶液。83 );100mL三口瓶 ,依次加入l0g D,L-PG 、 15、4g d-CS、40g 蒸馏水,电磁搅拌加热至溶清(约2、溶清后直接冷却结晶。冷却步骤:关掉加热器后,先不移走 ,利用加热器的余温慢慢冷却40min, 然后移走加热器 ,空气冷却30min, 若还没有降至室温,则用冷水冷却 :3、冷却至室温后,真空过滤得到D-PG-d-CS 复盐 ,转移至培养皿,干燥 ,称重 ;4、测定 D-PG-d
8、-CS 旋光度。配制1mol/L HCI; 精确称取约1g 烘干的 D-PG-d-CS, 加入 50mL1mol/L HCI溶解,用旋光仪测定比旋光度。实验二 :溶清后 ,冷却至大约80时加入约0、 4g D-PG-d-CS 复盐晶种 (加入后应有少量固体未溶清),再继续冷却 ,其余操作步骤同实验一。比较分析两组实验结果。五、数据记录与处理实验数据处理方法:1、 收率D-PG-d-CS收率 =实得D-PG-d-CS质量理论D-PG-d-CS质量xl00%2、比旋光度与光学纯度 = / l* C式中 :C溶液的浓度(g/mL);l旋光管长度(dm)表 1、实验数据记录表实得理论D-PG-d-CS
9、 D-PG-d-CS D-PG-d-CS质量质量实验一 (不加晶种4、 300g12、 684g)实验二 (加晶种5、 129g13、 084g)收率33、 9%39、 2%光学异构体的分离比旋光度-25、75-25、 8光学纯度51、 8%51、 9%计算示例 :实验二 :1)培养皿质量 :37、 516g ;干燥后 D-PG-d-CS 与培养皿总质量 :42、 645g 实得 D-PG-d-CS 质量 :42、 645-37、 516=5、 129gD-PG 质量 :5g ; D-PG 物质的量 :5/151、 16=0、 03308mol理论 D-PG-d-CS 物质的量 :0、0330
10、8mol; 理论 D-PG-d-CS 质量 :0、 03308*383 、 47+0、 4=13、 084gD-PG-d-CS收率 :5、129/13 、 084*100%=39 、 2%2)溶液的浓度c=1/50=0 、 02g/ml, 实验用的旋光管长度l=2dm, 旋光度 =-1、032; = /=l*-1C、 032/(2*0 、 02)=-25 、8;相同条件下 ,纯 D-PG-d-CS 的比旋光度 =-49 、 7;光学纯度 =25、 8/49、 7*100%=51 、 9%六、分析与讨论实验结果 : 不加晶种条件下所得产品的收率明显小于加晶种时,而两者的光学纯度基本相同。理论上加
11、晶种的条件下纯度应较高,实际可能实验二的过滤温度较低,两种复盐均析出,造成收率提高但纯度降低。七、思考题1、在布氏漏斗中溶剂洗涤晶体时应注意什么问题？洗涤溶剂的量及次数不宜过多 ;洗涤时应先断开抽滤管 ,关闭抽气泵 ,用适量的溶剂湿润晶体 ,以刚好没过晶体为宜 ,然后再抽滤 ,否则在抽气状态下洗晶体 ,溶剂来不及湿润晶体就被吸走 ,不利于洗去杂质。2、减压过滤时用什么方法将烧杯中最后的少量晶体转移到布氏漏斗中？可用抽滤后的母液洗涤烧杯,再将其转移至布氏漏斗。3、用母液洗涤与用水洗涤产品有什么区别？用母液洗涤时 ,母液中的晶体析出更多 ,烘干后产品收率增加 ,但杂质晶体会降低产品纯度 ; 用水洗涤时 ,部分产品会因溶解而损失 ,使得产品收率降低 ,但杂质量减少 ,产品纯度提高。4、结晶过程为何要持续搅拌？热饱与溶液在冷却过程中易形成局部过饱与溶液 ,不利于形成稳定晶形沉淀。 搅拌可以使形成的细小晶粒在溶液中分散均匀 ,避免局部过饱与。且适当搅拌能够提高结晶速率。
