综合化学实验讲义(2)

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1、综合化学实验讲义西安工程大学环化学院实验一 黄连中黄连素的提取及其紫外光谱分析一、黄连中黄连素的提取 实验目的1通过从黄连中提取黄连素，掌握回流提取的方法。2比较索氏提取器法与回流提取的优异点。 实验原理黄连为我国名产药材之一，抗菌力很强，对急性结膜炎、口疮、急性细菌性痢疾、急性肠胃炎等均有很好的疗效。黄连中含有多种生物碱、除以黄连素（俗称小檗碱Berberine）为主要有效成分外，尚含有黄连碱、甲基黄连碱、棕榈碱和非洲防己碱等，随野生和栽培及产地不同，黄连中黄连素的含量约 410。含黄连素的植物很多，如黄柏、三颗针、伏牛花、白屈菜、南天竹等均可作为提取黄连素的原料，但以黄连和黄柏含量为高。黄

2、连素是黄色针状体，微溶于水和乙醇，较易溶于热水和热乙醇中，几乎不溶于乙醚。黄连素的结构式以较稳定的季铵碱为主，其结构如图 1-1 所示。在自然界黄连素多以季铵盐的形式存在，其盐酸盐、氢碘酸盐、硫酸盐、硝酸盐均难溶于冷水，易溶于热水，且各种盐的纯化都比较容易。 实验装置回流法提取黄连素采用搅拌回流装置，回流装置如图 1-2 所示。 仪器与试剂试剂：黄连、乙醇、l醋酸、浓盐酸。器材：圆底烧瓶、球形冷凝管。 实验步骤1黄连素的提取 称取 10g 中药黄连切碎、磨烂，放入250mL 圆底烧瓶中，加入 100mL 乙醇，装上回流冷凝管，热水浴加热回流 0.5h，冷却，静置，抽滤。滤渣重复上述操作处理两次

3、，合并三次所得滤液，在水泵减压下蒸出乙醇（回收） ，直到棕红色糖浆状。2黄连素的纯化 加入 1醋酸（约 3040mL）于糖浆状中。加热使溶解，抽滤以除去不溶物，然后于溶液中滴加浓盐酸，至溶液混浊为止（约需 10mL） ，放置冷却（最好用冰水冷却） ，即有黄色针状体的黄连素盐酸盐析出（如晶体不好，可用水重结晶一次） ，抽滤，结晶用冰水洗涤两次，再用丙酮洗涤一次，加速干燥，烘干称量。产品待鉴定。 注意事项1黄连素的提取回流要充分。2滴加浓盐酸前，不溶物要去除干净，否则影响产品的纯度。 实验结果与讨论图 1-1 黄连素的季铵碱式图 1-2 回流提取黄连素的装置纯黄连素为黄色针状晶体，产品用电子天平称

4、量。 思考题黄连素为何种生物碱类的化合物？二、黄连素的紫外光谱分析 实验目的1学习掌握紫外吸收光谱的原理和应用范围。2了解紫外可见分光光度计的工作原理，学习仪器的使用方法。 实验原理分子吸收紫外或可见光后，能在其价电子能级间发生跃迁。有机分子中有三种不同性质的价电子：成键的 电子和 电子，未成键的 n 电子，并主要发生四种方式的电子跃迁：*、n*、*、n*。不同分子因电子结构不同而有不同的电子能级和能级差，能吸收不同波长的紫外光，产生特征的紫外吸收光谱。所以，紫外及可见吸收光谱能用于有机化合物结构鉴定，它主要能提供有机物中电子结构方面的信息。在相同的测定条件下，指定波长处的吸光度值与物质的浓度

5、成正比，因此紫外吸收光谱也能用于定量分析。检测和记录紫外及可见吸收光谱的仪器称作紫外可见光谱仪或紫外可见分光光度计（只能检测紫外光区域的仪器称作紫外光谱仪或紫外分光光度计） 。一般的紫外可见分光光度计检测范围在 190800nm ，由于 *、n*两种电子跃迁所需的能量较大，只能吸收波长较短（小于 200nm）的远紫外光，不能为普通的紫外可见分光光度计所检测，所以紫外光谱有较大的局限性，绝大部分饱和化合物在紫外和可见光区域不产生吸收信号，但具有共轭双键的化合物或芳香族化合物能产生强吸收，是紫外光谱主要研究对象。黄连素的分子结构中含有取代的苯环和异喹琳环，所以能用紫外光谱法测定。 仪器与试剂1岛津

6、 UV2450 紫外-可见分光光度计或其他型号的紫外光谱仪。21cm 石英比色皿，不锈钢样品刮刀，镜头纸等。3样品和试剂：本实验第一部分实验中提取的黄连素样品、去离子水。 实验步骤1. 开启紫外光谱仪 按附录中 岛津UV-2450型紫外-可见分光光度计操作规程开启光谱仪。2设定参数 设定波长扫描范围为开始波长 600nm，结束波长 200nm；扫描速度：中速；测光方式：Abs（即吸光度）等。3制样及采集样品谱图 以水为溶剂测定黄连素：将去离子水注入石英比色皿，用镜头纸轻轻擦干比色皿的外壁，然后将其插入空白对比池架，作基线校正。然后，将另一比色皿也装上水，用样品刮刀蘸取少量黄连素样品加入，搅拌均

7、匀。将其插入样品池架。单击命令条上的“Start”键。测定样品的光谱图。 4谱图处理和打印 在所采集的紫外光谱图上标注最大吸收波长并设置打印格式。做法为选择菜单【数据处理】【峰值检出】 （或单击相应的工具按钮） ，弹出峰值检出对话框，同时显示当前通道的谱图及峰和谷的波长值。可在相应的对话框中设置想要的谱图格式。需要打印时，按对话框中的“打印”即可。 谱峰的归属根据紫外光谱的基本原理和黄连素的分子结构，解释黄连素紫外光谱图中各个吸收带是由哪种电子跃迁产生的什么吸收带。 注意事项1在测定样品的紫外吸收光谱之前，必须对空白样品（即纯溶剂）进行基线校正，以消除溶剂吸收紫外光的影响。用同一种溶剂连续测定

8、若干个样品时，只需做一次基线校正。2紫外光谱的灵敏度很高，应在稀溶液中进行测定，因此测定时加样品应尽量少。3取、放比色皿时，尽量不接触它的透光面，以免将其磨毛；比色皿在插入样品池架前，需将其外壁的液体擦干，否则水或其他溶剂带入样品池室会使其腐蚀。 思考题1紫外光谱适合于分析哪些类型的化合物？你合成过的化合物中哪几个能用紫外光谱分析，哪几个不能用紫外光谱分析，为什么？ 2在正己烷和环己烷的分析纯试剂中常常含有痕量的苯，请你设计一个用紫外光谱法验证的实验。 附录：岛津UV-2450型紫外可见分光光度计操作规程： 1、打开仪器主机电源，再启动电脑。 2、点击电脑中的紫外分光光度计图标，启动紫外可见分

9、光光度计。 3、点击界面工具栏中的“连接”按钮，仪器进行自检，自检通过后按“确定”按钮。 4、在窗口栏中选择测量方式，创建测定方法，选择编辑方法，打开“光度测定方法向导”。 4.1 设置测定波长然后选择“点”，表示在固定波长点测定样品。选择“范围”，表示在设置的波长范围内测量样品光谱的峰、谷、最大、最小或面积。 4.2 设置方法创建校准曲线。 4.3 输入文件的名称和信息。 5、输入样品信息：在对话框中输入样品的ID和浓度。 6、测定：在样品室中放入样品。在标准样品测量时点击“标准表”，在未知样品测量时点击“样品表”。 7、测量完成后，保存图谱，关机。实验二 橙皮中柠檬烯的提取及气相色谱分析一

10、、橙皮中柠檬烯的提取 实验目的1了解橙皮中提取柠檬烯的原理及方法。2复习水蒸气蒸馏原理及应用。 实验原理精油是植物组织经水蒸气蒸馏得到的挥发性成分的总称。大部分具有令人愉快的香味，主要组成为单萜及倍半萜类化合物。在工业上经常用水蒸气蒸馏的方法来收集精油，柠檬、橙子和柚子等水果果皮通过水蒸气蒸馏得到一种精油，其主要成分（90以上）是柠檬烯。柠檬烯属于萜烯类化合物。萜类化合物是指基本骨架可看做由两个或更多的异戊二烯以头尾相连而构成的一类化合物，根据分子中的碳原子数目可以分为单萜、倍半萜、二萜和多萜等，柠檬烯是一环状单萜类化合物，它的结构式图 2-1 所示。分子中有一手性碳原子，故存在光学异构体。存

11、在于水果果皮中的天然柠檬烯是以（+）或 d-的形式出现。通常称为 d-柠檬烯，它的绝对构型是 R 型。本实验中，我们将从橙皮中提取柠檬烯，将橙皮进行水蒸气蒸馏，用二氯甲烷萃取馏出液，然后蒸去二氯甲烷，留下的残液为橙油，主要成分是柠檬烯。分离得到的产品可以通过测定折射率、旋光度和红外、核磁共振谱进行鉴定，同时用气相色谱分析分离产品的纯度。 实验装置水蒸气蒸馏装置如图 2-2 所示，由水蒸气发生器 1 和普通的蒸馏装置组合而成。在水蒸气发生器 1 中加入约为容器体积 2/3 的水。三口烧瓶 4 中放入需蒸馏的液体。加热水蒸气发生器至水沸腾，水蒸气经 T 型管 3 导入三口烧瓶 4，加热其中的液体，

12、混合蒸汽经冷凝管 5 冷凝流入接受瓶 7。 仪器与试剂试剂：新鲜橙子皮、二氯甲烷、无水硫酸钠。器材：水汽发生器、直形冷凝管、接引管、圆底烧瓶、分液漏斗、蒸馏头、锥形瓶。 实验步骤将 23 个新鲜橙子皮剪成极小碎片后，放入 500mL 圆底烧瓶中，加入 250mL 水，直接进行水蒸气蒸馏。待馏出液达 5060mL 时即可停止。这时可观察到馏出液水面上浮着一层薄薄的油层。将馏出液倒入 125mL 分液漏斗中，每次用 10mL 二氯甲烷萃取，萃取三次。将萃取液合并，放在 50mL 锥形瓶中，用无水硫酸钠干燥。将干燥液滤入 50mL 圆底图 2-1 d柠檬烯图 2-2 水蒸气蒸馏装置1水蒸气发生器；2

13、安全管；3T 型管及螺旋夹；4三口烧瓶；5冷凝管；6接引管；7接受瓶（圆底烧瓶）烧瓶中。配上馏头，用普通蒸馏方法水浴蒸去二氯甲烷，待二氯甲烷基本蒸完后，再用水泵减压抽去残余的二氯甲烷，瓶中留下少量橙黄色液体即为橙油。纯柠檬烯的沸点为 176，折射率 1.4727， 。20Dn6.1250D 注意事项1橙子皮要新鲜，剪成小碎片。2产品中二氯甲烷一定要抽干。否则会影响产品的纯度。 实验结果与讨论得到的橙油用减量法称重（瓶子预先称重） 。在实验 B 中进行纯度分析。 思考题1保持柠檬烯的骨架不变，写出另外几个同分异构体。2能进行水蒸气蒸馏的物质必须具备哪几个条件？二、橙皮提取物的气相色谱分析 实验目

14、的1掌握气相色谱仪的基本结构和工作原理。2学会使用 Agilent 4890 气相色谱仪和 Cerity 化学工作站。3学会用色谱保留值对照定性和归一化定量的方法。 实验原理1利用色谱保留值进行定性 各种物质在一定的色谱条件下有各自确定的保留值，因此，保留值可作为一种定性指标。对于组分不很复杂的试样，且其中待测组分均为已知的，这种方法简单易行。2气相色谱归一化法定量 色谱定量分析是基于被测物质的量（ ）与其峰面积（im）的正比关系。当试样中所有组分都能流出色谱柱，并在色谱图上显示完全分离的色谱iA峰时，可以使用归一化法定量。其中组分 的百分含量可由下式计算：i（2-10)(10)(%1niii

15、niii AffmC1）式中， 是组分 的百分含量， 是组分 的相对校正因子。i if由于同一检测器对不同物质有不同的响应值，所以两个等量的物质，出峰面积往往不相等，因此，不能直接用峰面积来计算物质的含量，而需要对检测器的响应值进行校正，为此引入“定量校正因子”的概念。在一定的操作条件下 ，式中 为绝对质量iiAfmif校正因子，表示单位峰面积代表的物质质量。 与仪器灵敏度有关，不易准确测定。实际if工作中常用相对校正因子 ，即某一物质与一标准物质的绝对校正因子之比值。相对校正f因子可以通过实验测定，也可以通过查阅有关手册获得。如果各组分的 值相同或相近，上式可以简化为：f（2-10)(%ni

16、iAC2）归一化法定量的优点是简便、准确，操作条件不需要严格控制，是一种常用的定量分析方法。此法的缺点是不管试样中某些组分是否需要测定，都必须全部分离流出，并获得测量信号，而且各组分的相对校正因子应是已知的。 仪器与试剂Agilent 4890 型或其他型号的气相色谱仪（配氢火焰离子化检测器或热导检测器） 。Cerity 化学工作站或其他型号的色谱工作站、积分仪或记录仪。1L 微量进样器（若用热导检测器，则用 10L 的微量进样器） 。氮气（载气） 、氢气和空气。样品与试剂：橙皮提取物、柠檬烯标样、乙醇、乙醚等分析纯的试剂。 实验步骤1.开启仪器 按 Agilent4890 气相色谱仪操作规程开启仪器。2.开启色谱工作站，设定实验操作条件：柱温 12