医学有机化学实验技术指导-减压蒸馏

实验2　减压蒸馏

一、目的要求

1．了解减压蒸馏的原理及意义。

2．学会应用减压蒸馏分离提纯有机化合物的操作方法。

二、基本原理

液体进行蒸馏时，若外界压力降低，则沸腾时所需的蒸气压也下降，沸点也随之降低。

对于那些在常压下蒸馏易分解、氧化、聚合或沸点甚高（200℃以上）不易蒸馏的化合物，则可采用降低外界压力的方法在较低的温度下将其蒸馏纯化，这样的操作称为减压蒸馏亦称真空蒸馏。

所谓真空指的是相对真空，一般把低于一个大气压的气态空间称为真空，因此真空在程度上有着很大的差别。为了应用方便，常常把不同程度的真空划分为几个等级：①粗真空（气压为760～10mmHg）：实验室可用水泵获得；②中度真空（气压为10～10^－3mmHg：一般可用油泵获得；③高真空（10^－3～10^－8mmHg）：实验室主要用扩散泵获得。

由于沸点对于压力相当敏感，因此在进行减压蒸馏时一定要记录压力，找出其相应的沸点，否则失去减压蒸馏的意义。有时在文献中查不到与减压蒸馏选择的压力相应的沸点，则可根据图2－2的经验曲线找出该物质在此压力下的沸点（近似值）。如某一有机化合物常压下沸点为250℃，要减压到20mmHg，它的沸点应为多少？我们可以先从图中间的直线B上找出相当于250℃的沸点，将此点与右边直线C上的20mmHg的点连成一直线，延长此直线与左边的直线A相交，交点所示的温度就是20mmHg时的某一有机化合物的沸点，约130℃。此法得出的沸点，虽为近似值，但较为简便，实验中有一定的参考价值。

图2－2　液体在常压下的沸点与减压下的沸点的近似关系图

三、仪器药品

仪器：克氏蒸馏烧瓶，毛细管（起泡管），螺旋夹，直型冷凝管，带支管的接引管，安全瓶，压力计，耐压橡皮管及普通橡皮管，铁支架，蒸馏烧瓶，电炉，水浴锅，水泵。

药品：粗乙酰乙酸乙酯或粗异戊醇

四、实验步骤

（一）仪器装置

减压蒸馏装置如图2－3所示。整个系统可分为蒸馏（包括冷凝、接受部分）、减压以及在它们之间的保护和测压装置三部分。

图2－3　减压蒸馏装置

1．蒸馏部分　A为减压蒸馏烧瓶也称克氏蒸馏烧瓶，有两个颈，能防止减压蒸馏时瓶内液体由于暴沸而冲入冷凝管中。在带支管的瓶颈中插入温度计（安装要求与常压蒸馏相同），另一瓶颈中插入一根毛细管C（也称起泡管），其长度恰好使其下端离瓶底1～2mm。毛细管上端连一段带螺旋夹D的橡皮管，以调节进入空气，使有极少量的空气进入液体呈微小气泡冒出，产生液体沸腾的气化中心，使蒸馏平稳进行。减压蒸馏的毛细管要粗细合适，否则达不到预期的效果。一般检查方法是将毛细管插入少量丙酮或乙醚中，由另一端吹气，从毛细管中冒出一连串小气泡，则毛细管适宜。

接受器B，常用圆底烧瓶、蒸馏烧瓶或抽滤瓶（切不可用平底烧瓶或锥形瓶）。蒸馏时若要收集不同的馏分而又不中断蒸馏，可用两尾或多尾接引管。多尾接引管的几个分支管用橡皮塞^〔1〕分别和几个接受瓶连接起来，转动多尾接引管，就可使不同馏分收集到不同的接受器中。

应根据减压时馏出液的沸点选用合适的热浴和冷凝管。一般使用热浴的温度比液体沸点高20～30℃，为使加热温度均匀平稳，减压蒸馏中常选用水浴或油浴。(www.xing528.com)

2．减压部分　实验室通常用水泵或油泵进行抽气减压。应根据实验要求选用减压泵。真空度愈高，操作要求愈严。如果能用水泵减压蒸馏的物质则尽量使用水泵，否则非但自寻麻烦，而且导致成品损失，甚至损坏减压泵（沸点降低易被抽走或抽入减压泵中）。

3．保护及测压部分　使用水泵减压时，必须在馏液接受器B与水泵之间装上安全瓶E，安全瓶由耐压的抽滤瓶或其他广口瓶装置而成，瓶上的两通活塞G供调节系统内压力及防止水压骤然下降，水泵的水倒吸入接受器中。

若用油泵减压时，油泵与接受器之间除连接安全瓶外，还须顺次安装冷却阱和几种吸收塔（图2－3）以防止易挥发的有机溶剂、酸性气体和水蒸气进入油泵，污染泵油，腐蚀机体，降低油泵减压效能。冷却阱置于盛有冷却剂（如冰－盐等）的广口保温瓶中，用以除去易挥发的有机溶剂；吸收塔装无水氯化钙或硅胶用以吸收水蒸气；装氢氧化钠（粒状）用以吸收酸性气体和水蒸气（装浓硫酸则可用以吸收碱性气体和水蒸气）；装石醋片用以吸收烃类气体。使用时可按实验的具体情况加以组装。

减压系统的压力常用水银压力计测量。减压装置的整个系统必须保持密封不漏气。

（二）减压蒸馏操作

1．如图2－3安装好仪器（注意安装顺序），检查蒸馏系统是否漏气。方法是旋紧毛细管上的螺旋夹D，打开安全瓶上的二通活塞G，旋开水银压力计的活塞，然后开泵抽气（如用水泵，这时应开至最大流量）。逐渐关闭G，从压力计上观察系统所能达到的压力，若压力降不下来或变动不大，应检查装置中各部分的塞子和橡皮管的连接是否紧密，必要时可用熔融的石蜡密封，磨口仪器可在磨口接头的上部涂少量真空油脂进行密封（密封应在解除真空后才能进行）。检查完毕后，缓缓打开安全瓶的活塞G^〔2〕，使系统与大气相通，压力计缓慢复原，关闭水泵停止抽气。

2．将待蒸馏液装入克氏蒸馏烧瓶中，以不超过其容积的1／2为宜。若被蒸馏物质中含有低沸点物质时，在进行减压蒸馏前，应先进行常压蒸馏，然后用水泵减压，尽可能除去低沸点物质。

3．按1所述操作方法开泵减压，通过小心调节安全瓶上的二通活塞G达到实验所需真空度。调节螺旋夹D，使液体中有连续平稳的小气泡通过。若在现有条件下仍达不到所需真空度，可按原理中所述方法，从图2－2中查出在所能达到的压力条件下，该物质的近似沸点，进行减压蒸馏。

4．当调节到所需真空度时，将克氏蒸馏烧瓶浸入水浴或油浴中，通入冷凝水，开始加热蒸馏。加热时，克氏蒸馏烧瓶的圆球部分至少应有2／3浸入热浴中。待液体开始沸腾时，调节热源的温度，控制馏出速度为每秒1～2滴。

在整个蒸馏过程中都要密切注意温度和压力的读数，并及时记录。纯物质的沸点范围一般不超过1～2℃，但有时因压力有所变化，沸程会稍大一点。

本实验用水泵减压，收集18mmHg时粗乙酰乙酸乙酯的馏出液或60mmHg时粗异戊醇的馏出液。已知760mmHg时乙酰乙酸乙酯的沸点为181℃，异戊醇为130℃，根据图2－2找出减压时的沸点进行收集。

5．蒸馏完毕时，应先移去火源，取下热浴，待稍冷后，稍稍旋松螺旋夹D，缓慢打开安全瓶上的活塞G解除真空，待系统内外压力平衡后方可关闭减压泵。

注　释

〔1〕减压蒸馏装置中凡需使用塞子的地方均应选用橡皮塞，大小要适宜，并使其露出部分不得少于1／3。与减压系统连接的橡皮管都应用耐压橡皮管，否则在减压时会抽瘪而堵塞。

〔2〕一定要缓慢地旋开安全瓶上的活塞，使压力计中的汞柱缓缓地恢复原状，否则，汞柱急速上升，有冲破压力计的危险。

思考题

1．减压蒸馏的原理是什么？适用于哪些物质的分离、提纯？

2．减压蒸馏时为何一定要先减压然后加热蒸馏？

3．用于减压蒸馏的仪器和装置有何特殊要求？操作中应注意哪能些事项？