浙大化工专业实验光学异构体的分离

实验报告

课程名称： 化工专业实验 指导老师： 李昌圣 成绩：__________________ 实验名称： 光学异构体的分离 实验类型：________________ 同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的

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、实验原理和仪器

1、实验原理

对映异构体（也称光学异构体、对映体）是指分子为互相不可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。

诱导结晶拆分法是指在外消旋体（两种对映体的等量混合物）的过饱和溶液中，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和溶液，于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很大差异（如表1），可用结晶方法分离。D ，L-苯甘氨酸和d-脑磺酸溶于热溶剂中，形成非对映异构体复盐的饱和溶液，降低温度则复盐溶解度降低，溶液变成过饱和溶液，在饱和溶液中结晶和溶解存在动态平衡，可以通过降温和／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ⅡI ）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。

1) 起始的结晶温度。起始的结晶温度是控制其溶液过饱和程度的，如果让溶液在结晶前过度地饱和，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和时产生结晶，然后继续产生的结晶是起初晶粒的长大。

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。

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、比旋光度和光学纯度

[α] = α/ l* C

式中：C ——溶液的浓度（g/mL）；l ——旋光管长度（dm ）

三、主要仪器设备

(1) 仪器

三口烧瓶( lOOmL)，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。100mL 三口瓶，依次加入lOg D，L-PG 、15.4g d-CS、40g 蒸馏水，电磁搅拌加热至溶清（约83℃）；

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-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

表1. 实验数据记录表

六、分析与讨论

实验的得到的不加晶种条件下所得产品的收率和纯度均明显优于加晶种的条件，这与理论是不相符的。推测原因是 ：进行实验二时，溶液一加热到83℃就加入晶种并停止加热，D ，L-PG 与d-CS 反应不充分导致产品产率低；洗涤所得产品时，用水过多，部分产品因溶解损失；冷却时搅拌速度过快，晶体不规则，表面吸附残留母液较多，烘干后母液中的杂质留在晶体上，造成纯度低；实验得到的比旋光度为室温条件下的比旋光度，低于文献值温度。

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，用适量的溶剂湿润晶体，以刚好没过晶体为宜，然后再吸滤，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. 用母液洗涤和用水洗涤产品有什么区别，各有何利弊？

用母液洗涤会导致晶体表面始终残留母液，烘干后母液中的杂质会降低产品纯度；用水洗涤时，部分产品会因溶解而损失。