重结晶和升华是纯化固体有机化合物的常用方法。

无论是天然的还是合成的固体有机化合物往往都是不纯的，其中常夹杂少量的其他化合物，通常称其为杂质，重结晶是纯化固体化合物的重要方法之一。把固体化合物溶解在热溶液中成近饱和溶液，该溶液冷却后成过饱和溶液并析出结晶，而杂质不溶被过滤或溶解度大而溶在溶剂中被除去，这一操作过程称为重结晶。

2.7.1.1　基本原理

固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系，一般是温度升高时溶解度增大，温度降低时溶解度减小。利用这一性质，使固体有机物在较高温度下溶解，在低温下结晶析出，而杂质全部或大部分仍留在溶液中（若杂质在溶剂中的溶解度极小，可经过滤除去），从而达到提纯的目的。

使用重结晶法纯化固体有机物，杂质的含量不能过多（杂质太多会影响结晶速率，甚至妨碍结晶的生成）。重结晶一般只适用于杂质含量约在5％以下的固体化合物，所以在结晶之前应根据不同情况，分别采用其他方法进行初步提纯，例如萃取、水蒸气蒸馏、减压蒸馏等，然后再用重结晶提纯。必要时可进行第二次或多次重结晶，直到获得纯品。

2.7.1.2　操作步骤

重结晶方法包括以下几步。

（1）溶剂的选择　在进行重结晶时，选择合适的溶剂是关键，适宜的溶剂应符合下列条件：

①不与被提纯物质起化学反应；

②被提纯物质在溶剂中温度高时溶解度大，而在室温或更低温度时，溶解度小；

③低温时对杂质的溶解度要大，冷却后不会随样品结晶出来，或者杂质在热溶剂中也不溶解（可在热过滤时除去）；

④溶剂的沸点要适中，太高不易与结晶分离，太低温度变化太小，重结晶收率太低；

⑤溶剂的沸点一般应低于样品的熔点，否则当溶剂沸腾时，样品会熔化为油状，给纯化带来困难；

⑥被提纯物质在溶剂中能形成良好的结晶；

⑦溶剂纯度高、价格低、易获取、毒性小、使用安全。

一般已知化合物在重结晶时用哪一种溶剂最合适和化合物在该溶剂中的溶解情况，可以查阅手册或词典中的溶解度一栏，找到有关适宜溶剂的资料。未知化合物选择溶剂时，应遵循“相似相溶”这一基本规律，即溶质往往易溶于与其结构近似的溶剂中。当然，溶剂的最后选择必须用实验的方法确定。溶解度实验方法如下。

取0.1g待重结晶的固体粉末于一小试管中，用滴管滴加约1mL某溶剂，振荡下观察溶解情况。若不加热很快溶解，说明溶解度太大，则此溶剂不适用；若加热至沸腾还不溶解，可逐步添加溶剂，每次加入0.5mL并加热使其沸腾。当加入溶剂量达到4mL，而物质仍然不能溶解，说明溶解度太小，则此溶剂也不适用。如果该物质能溶解在1～4mL的沸腾溶剂中，则将试管进行冷却观察结晶析出情况，如果结晶不能自行析出，可用玻璃棒摩擦溶液液面下的试管壁，或再辅以冰水冷却，使结晶析出。若结晶仍不能析出，则此溶剂也不适用。如果结晶能正常析出，要注意析出的量，在几种溶剂用同法比较后可以选用结晶收率最高的溶剂来进行重结晶。常见的重结晶溶剂见表2-7。

表2-7　常见的重结晶溶剂

若不能筛选出一种合适的单一溶剂进行重结晶，可考虑使用混合溶剂。混合溶剂一般由两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种对样品必须是易溶的，另一种则是难溶或不溶的。一般常用的混合溶剂有：乙醇-水、丙酮-水、苯-石油醚、醋酸-水、乙醚-乙醇、乙醚-石油醚、乙醇氯仿等。

（2）溶解　将待重结晶的物质置于三角瓶（圆底烧瓶）中，加入比需要量（根据查得的溶解度数据或溶解度实验方法所得的结果估计得到）稍少的适宜溶剂，加热到微沸，若未完全溶解，可再分次添加溶剂，每次加入后，均再加热使溶液沸腾，直至物质完全溶解（要注意判断是否有不溶性杂质存在，以免误加过多的溶剂）。

重结晶的物质溶解时需注意以下几点。

①溶剂的用量要适当　虽然从减少溶解损失考虑，溶剂应尽可能避免过量，但这样在热过滤时会引起结晶析出，特别是当待结晶物质的溶解度随温度变化很大时更是如此。因为操作时会因挥发而损失溶剂，或因降低温度而使溶液过饱和而析出结晶。因而根据这两方面的损失权衡溶剂的用量，一般可比需要量多加20％左右的溶剂。

②当用有机溶剂进行重结晶时，使用回流装置并避免使用明火加热。添加溶剂时可由冷凝管上端加入，或反应器用二口烧瓶，斜口装上恒压滴液漏斗添加溶剂。

③采用混合溶剂重结晶时，首先将待提纯的物质溶于易溶的沸腾溶剂中，然后将另一难溶溶剂加至沸腾溶液中直至呈浑浊状。最后补加少量易溶溶剂使浑浊的溶液刚好重新澄清，以便热过滤。

（3）脱色　粗制的有机物常常含有色杂质，可向热溶液中加入少量活性炭脱色。使用活性炭应注意以下几点：

①加活性炭前，待结晶化合物应已被完全溶解于溶剂中；

②待热溶液稍冷后方可加入活性炭，振摇或搅拌使其均匀分布在溶液中，切勿在沸腾或接近沸点的溶液中加入活性炭，以免引起暴沸；

③活性炭的量不宜过多，否则会吸附一部分被纯化的物质使回收率降低。使用量一般为粗品质量的1％～5％。如一次脱色效果不好，可再用活性炭处理一次，以达到脱色的目的；

④活性炭的脱色效果在水中最好，也可在其他溶剂中使用，但在烃类等非极性溶液中效果较差，可试用其他方法如氧化铝吸附脱色等。

（4）热过滤（http://202.118.167.67/jpkdata/video/yjhx22/yjhxsy/da_guolu02.htm）热过滤的目的是除去不溶性杂质（包括用作脱色的吸附剂）。为了防止在过滤过程中，由于温度降低而在滤纸上析出结晶，应尽可能缩短过滤时间。通常采用常压过滤和减压过滤。

①常压过滤　在常压过滤过程中，为了保持滤液的温度使过滤操作尽快完成，一是选用短颈、径粗的玻璃漏斗；二是使用折叠滤纸；三是使用保温漏斗。热过滤装置如图2-27所示。

图2-27　热过滤装置

a.少量热溶液的过滤，可选一颈短而粗的玻璃漏斗放在烘箱中预热后使用。在漏斗中放一折叠滤纸（见图2-28），用热的溶剂润湿后，即刻倒入溶液（不要直冲滤纸底部），用表面皿盖好漏斗，以减少溶剂挥发。

图2-28　热过滤的滤纸折叠方法

（a）将滤纸折成半圆形，再对折成圆形的四分之一，以1对4折出5，3对折出6；（b）1对6和3对5分别再折叠出7和8；（c）然后以3对6，1对5分别折出9和10；（d）最后在1和10，10和5，5和7，……，9和3间各反向折叠，稍压紧呈折扇状；（e）打开滤纸，在1和3处各向内折叠一个小折面；（f）折叠完成的滤纸。注意折叠时，滤纸心处不可折得太重，因为该处最易破漏

b.如过滤的溶液量较多，则应选择保温漏斗。保温漏斗是由金属套内安装一个短颈玻璃漏斗而组成的，见图2-27（b）。使用时将热水（通常是沸水）倒入玻璃漏斗与金属套的夹层内，加热侧管（如溶剂易燃，过滤前务必将火熄灭）。漏斗中放入折叠滤纸，用少量热溶剂润湿滤纸，立即把热溶液分批倒入漏斗，不要倒得太满，也不要等滤完再倒，未倒的溶液和保温漏斗用小火加热，保持微沸。为减少溶剂的挥发，可用表面皿盖在漏斗上。热过滤时一般不要用玻璃棒引流，以免加速降温。接受滤液的容器内壁不要贴紧漏斗颈，以免滤液迅速冷却析出的晶体沿器壁向上堆积而堵塞漏斗下口。

若操作顺利，只会有少量结晶在滤纸上析出，可用少量热溶剂洗涤一下。若结晶较多，可将滤纸取出，用刮刀刮回原来的瓶中，重新进行热过滤。滤毕，将溶液加盖放置，自然冷却。

进行热过滤操作要求准备充分，动作迅速。

②减压过滤（http://202.118.167.67/jpkdata/video/yjhx22/yjhxsy/da_guolu03.htm）减压过滤又称抽滤。使用瓷质的布氏漏斗，布氏漏斗以橡皮塞与抽滤瓶相连，漏斗下端斜口正对抽滤瓶支管，抽滤瓶的支管套上橡皮管，与安全瓶连接，再与水泵相连。在布氏漏斗中铺一张比漏斗底部略小的圆形滤纸，过滤前先用热溶剂润湿滤纸，打开水泵，关闭安全瓶活塞，抽气，使滤纸紧紧贴在漏斗上。

迅速将热溶液倒入布氏漏斗（事先置于沸水中预热）中，在液体抽干之前应保持漏斗有较多液体。同时压力也不可抽得过低，以防溶剂沸腾抽走，或将滤纸抽破使活性炭漏到滤液中。

减压过滤的最大优点是过滤速率快，缺点是悬浮的杂质有时会透过滤纸，溶剂由于减压易沸腾而被抽走，但实验室还较普遍采用。

（5）结晶　将滤液在冷水中快速冷却并剧烈搅动时，可得到颗粒很小的晶体。小晶体虽然包含的杂质少，但由于表面积大而吸附杂质多；若结晶速率过慢，则可得到颗粒很大的晶体，结晶中会包藏有母液和杂质，纯度降低，难以干燥。因此，应将滤液静置，使其缓慢冷却，不要急冷和剧烈搅动，以免晶体过细，当发现大晶体正在形成时，轻轻摇动使之形成较均匀的小晶体。为使结晶更完全，可使用冰水冷却。

如果溶液冷却后仍不结晶，可投“晶种（同一种物质的晶体）”或用玻璃棒摩擦器壁引发晶体形成。

如果被纯化的物质不析出晶体而析出油状物，由于油状物中含杂质较多，这时可将析出油状物的溶液加热重新溶解，让其自然冷却至开始有油状物出现时，立即剧烈搅拌，使油状物在均匀分散的条件下固化，这样包含的杂质较少。当然最好改换溶剂或溶剂用量，再进行结晶，得到纯的结晶产品。

如果结晶不成功，通常必须用其他方法（色谱、离子交换树脂法）提纯。

（6）晶体的收集和洗涤　把结晶从母液中分离出来，通常用减压过滤（见图2-29）。过滤前先用溶剂润湿滤纸，打开水泵，关闭安全瓶活塞，抽气，使滤纸紧紧贴在漏斗上，将要过滤的混合物倒入布氏漏斗中，使固体物质均匀分布在整个滤纸面上，用少量滤液将沾附在容器壁上的结晶洗出，继续抽气，并用玻璃钉挤压晶体，尽量除去母液。当布氏漏斗下端不再滴出溶剂时，慢慢旋开安全瓶活塞，关闭水泵，滤得的固体，习惯称为滤饼。

图2-29　减压过滤装置

为了除去结晶表面的母液，应洗涤滤饼。用少量干净溶剂均匀洒在滤饼上，并用玻璃棒或刮刀轻轻翻动晶体，使全部结晶刚好被溶剂浸润（注意不再使滤纸松动），打开水泵，关闭安全瓶活塞，抽去溶剂，重复操作两次，就可把滤饼洗净。

过滤少量的结晶（1～2g）可用玻璃钉抽滤装置（见图2-30）。

图2-30　玻璃钉抽滤装置

（7）晶体的干燥　用重结晶法纯化后的晶体，其表面还吸附有少量溶剂，应根据所用溶剂及结晶的性质选择恰当的方法进行干燥。