2.7 萃 取
2.7.1 应用背景
萃取是有机化学实验中用来分离和提纯有机化合物的常用操作方法之一。应用萃取可以从固体或液体中提取所需要的物质，也可以用来洗去混合物中的少量杂质。通常把前者称为萃取或抽提，后者称为洗涤。萃取与洗涤的原理相同，只是目的不同而已。从液体中萃取又称为液-液萃取，常用分液漏斗，分液漏斗的使用是有机化学实验的基本操作之一。从固体中萃取称为固-液萃取【1】，也称为浸取，常用连续提取器，如索式（Soxhlet）提取器。萃取广泛应用于化学、化工、制药、食品等工业领域。
2.7.2 实验目的和要求
①熟悉萃取法的原理及应用。
②掌握液-液萃取的操作方法，熟悉使用分液漏斗的注意事项。
2.7.3 实验原理
萃取的基本原理是利用物质在两种不相溶（或微溶）溶剂中溶解度（或分配比）的不同，使物质从一种溶剂中转移至另一种溶剂中，经过多次提取，达到分离、提纯及纯化的目的。
设某溶液由溶质X溶于溶剂A而成，现要从A中萃取溶质X，取对X溶解度极好的溶剂B（萃取剂），萃取剂的用量一般为溶液体积的1/3。B与A不混溶，也不起化学反应。将B倒入溶液中充分混合静置后，则溶液分成两层，此时溶质X在A和B溶剂中各有一部分。依分配定律：在一定温度下，有机物在两种互不相溶的溶剂中的浓度比为一定值（分配系数）。则：
有机物在有机溶剂中的溶解度一般大于在水中的溶解度，所以，利用有机溶剂能将有机物从其水溶液中萃取出来，但是，除非分配系数极大，否则用一次萃取是不可能将全部物质都转移至新的有机相中。萃取时，可在水溶液中先加入一定量的电解质（如食盐），利用“盐析效应”可以降低有机物和萃取剂在水中的溶解度，提高萃取效率。利用分配定律的关系，可以计算出经过萃取后溶液中化合物的剩余量。
设V为原溶液的体积，m0为溶液中被萃取物X的总质量，m1为萃取一次后X在A溶剂中的剩余量，m2为萃取两次后X在A溶剂中的剩余量，mn为萃取n次后X在A溶剂中的剩余量，Ve为萃取剂B的体积。
经第一次萃取，原溶液中X的质量浓度为m1/V；而萃取剂B中X的质量浓度为（m0-m1）/Ve；两者之比等于K（分配系数），即：
整理后得：
同理，经过二次萃取后，则有：
整理后得：
因此，经n次萃取后：
由于上式中括号内项KV/（KV+Ve）总是小于1，所以n越大，mn越小，也就是说把一定量的溶剂分成多次萃取的效果好。以上公式仅适用于与水几乎不互溶的溶剂，而与水有部分互溶的情况上式只是近似结果。
例如：在15℃时，4g正丁酸溶于100mL水溶液中，用100mL苯来萃取正丁酸。15℃时，正丁酸在水中与苯中的分配系数为K=1/3，若一次用100mL的苯来萃取，则萃取后正丁酸在水溶液中的剩余量为：
萃取效率为：［（4-1）/4］×100%=75%。
若100mL苯分三次萃取，即每次用33.33mL苯来萃取，经过第三次萃取后正丁酸在水溶液中的剩余量为：
萃取效率为：［（4-0.5）/4］×100%=87.5%。
从上面的计算可知，用100mL苯一次萃取可以萃取出正丁酸3.0g，而分三次萃取，则可萃取出3.5g，其效率高于用全量溶剂一次萃取，即少量多次萃取效率高。但并非萃取次数越多越好，从诸多因素综合考虑，一般萃取三次为宜。
另外，萃取效率还与萃取剂的性质有关，选择萃取剂一般应考虑如下因素：与原溶剂不相混溶，对被提取物的溶解度大、纯度高、沸点低、毒性小、价格低廉。常用的萃取剂有乙醚、苯、四氯化碳、氯仿、石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯等。难溶于水的物质常用石油醚等萃取，水溶性较小的一般用乙醚或苯萃取，水溶性较大的用乙酸乙酯或类似溶剂萃取。
洗涤常用于在有机物中除去少量酸、碱等杂质。这类洗涤剂一般用5%的氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠、稀硫酸等，目的是使杂质与碱或酸成为盐溶于水被分离除去。也用浓硫酸从饱和烃中除去不饱和烃，从卤代烷中除去醚或醇，从苯中除去噻吩。
2.7.4 实验仪器、试剂与材料
仪器与材料：分液漏斗【2】、移液管、锥形瓶、铁架台、铁圈等。
试剂：冰醋酸、乙醚。
2.7.5 实验操作
本实验用液-液萃取法，以乙醚从冰醋酸水溶液中萃取冰醋酸为例来说明实验步骤。
2.7.5.1 实验装置
分液装置见图2-21。
图2-21 分液装置
2.7.5.2 萃取实验操作
（1）一次萃取法
按图2-21安装装置，用移液管准确量取20mL冰醋酸与水的混合液（冰醋酸与水以1∶9的体积比相混合），放入事先准备好的分液漏斗中。再量取21mL乙醚加入分液漏斗中，注意近旁不能有明火，否则易引起火灾。加入乙醚后，先用右手拇指和中指握住分液漏斗，食指根部压住玻璃塞，防止其脱落，用左手握住旋塞，保持拇指与食指便于控制并转动旋塞。将分液漏斗放平，上下轻轻振摇或旋摇，每隔几秒钟将分液漏斗倾斜倒置，如图2-22所示，下口略向上倾斜，及时开启下口旋塞，放出因振摇而生成的气体，以解除分液漏斗内的压力，这是因为乙醚的沸点低且易挥发。所以，要及时释放乙醚气体，以平衡内外压力，避免由于内部压力过大，漏斗塞子被顶开，使液体喷出。重复操作2～3次，然后再用力振摇【3】2～3min，使乙醚与冰醋酸水溶液充分接触，以提高萃取效率。
图2-22 振荡后放气示意图
将分液漏斗静置于铁圈上，下端靠在用于接收的50mL锥形瓶内壁上，打开上口的玻璃塞（或旋转玻璃塞，使玻璃塞的凹槽对准漏斗上口颈部的小孔，以便与大气相通），静置，使溶液分层。当溶液分成清晰的两层，液面高度不再变化后，小心旋开旋塞，缓缓放出下层水溶液于锥形瓶内，如图2-23所示。
图2-23 分液操作示意图
当液面间的分界线接近旋塞时，关闭旋塞，静置片刻，这时，下层液体会逐渐增多一些，待液面不再变化时，再把下层液体仔细放出【4】，将上层液体从上口倒入另一洁净、干燥的锥形瓶中。向锥形瓶中加入适量无水氯化钙或无水硫酸镁（至干燥剂不聚团、不挂瓶壁为宜），干燥30min。过滤，除去干燥剂，将滤液进行蒸馏（用水浴加热），除去乙醚（或用旋转蒸发仪旋蒸除去乙醚），将剩余物称重。计算用21mL乙醚一次萃取出冰醋酸的质量及百分率。
（2）多次萃取法
准确量取20mL冰醋酸与水的混合液（冰醋酸与水以1∶9的体积比相混合）于分液漏斗中，每次用7mL乙醚同上法分三次进行萃取，合并三次萃取分离的上层乙醚溶液。如上法依次进行干燥、过滤、蒸馏、称重。计算用21mL乙醚分三次萃取出冰醋酸的总质量及百分率。
根据萃取结果，比较用同量的萃取剂分一次和三次萃取的萃取效率。
本实验需6～8h。
2.7.6 注释
【1】固-液萃取法就是用溶剂直接从固体混合物中萃取所需要物质的方法，如中药煎煮。将水或其他溶剂加入到固体物质中，让其在常温或加热条件下浸泡，使易溶于溶剂的物质提取出来，然后再分离纯化，如果使用的是有机溶剂，则提取时应使用回流装置。
对于少量固体物质的萃取，实验室中常用Soxhlet提取器进行萃取。Soxhlet提取器利用溶剂回流及虹吸原理，使固体物质连续不断地被纯溶剂萃取，萃取效率高，装置图见图2-24。
萃取时，将研细的固体样品装入滤纸筒放入提取器内，注意不要使滤纸筒内物质高出提取器的虹吸管顶端。按图2-24安装好装置，加热圆底烧瓶，溶剂沸腾时，蒸气从支管上升被冷凝管冷凝滴入到提取器中对固体浸泡萃取，当提取器中液面高度超过虹吸管最高处时，即发生虹吸流回烧瓶中。溶剂就这样在装置内循环流动，把固体中可溶物不断地富集到烧瓶中。提取数小时后，去除热源，冷却后，拆下仪器，用蒸馏法回收溶剂，将得到的萃取物干燥称重即可定量，也可用其他方式进一步分离纯化。
图2-24 Soxhlet提取装置
【2】常用的分液漏斗有梨形、锥形和球形三种，在有机化学实验中常用的是梨形分液漏斗，分液漏斗的大小应比待萃取液体的体积大一倍以上。
分液漏斗主要应用于：
①分离两种分层而不起作用的液体。
②从溶液中萃取某种成分。
③用水或酸或碱洗涤某种产品。
④用来滴加某种试剂（即代替滴液漏斗）。
在使用分液漏斗前必须检查：
①分液漏斗的旋塞有没有用橡胶筋或橡胶圈绑住。
②玻璃塞和旋塞是否紧密，如有漏水现象，应及时按下述方法处理：脱下旋塞，用纸或干布擦净旋塞及旋塞孔道的内壁，然后，用玻璃棒蘸取少量凡士林，避开旋塞孔道，在旋塞近把手端处抹上一层凡士林，再在远离把手端处也抹上一层凡士林，注意一定不要抹在旋塞的孔道中，然后插上旋塞，旋转几圈将凡士林涂抹均匀，直至测试不漏水为止。
使用分液漏斗时应注意：
①不能把旋塞上附有凡士林的分液漏斗放在烘箱内烘干；漏斗上口的玻璃塞不要涂抹凡士林。
②不能用手拿分液漏斗的下端。
③振摇过程中必须随时放出产生的气体。
④不能用手拿着分液漏斗进行分离液体。
⑤打开上口的玻璃塞（或旋转玻璃塞，使玻璃塞的凹槽对准漏斗上口颈部的小孔，以便与大气相通），才能开启下口的旋塞进行分液。
⑥下层的液体应从下口放出，而上层的液体必须从上口倒出。
分液漏斗用后，应清洗干净，玻璃塞和旋塞用纸包裹后塞回去。
【3】溶液经剧烈振摇后易出现乳化现象，使溶液不能分层或不能很快分层，例如在萃取某些碱性或表面活性较强的物质时（如蛋白质、长链脂肪酸、皂苷等）会出现乳化现象。出现这种现象可按以下方法来处理：长时间静置、加无机盐或饱和食盐水溶液、过滤、滴加数滴醇类化合物（改变表面张力）、加热等。当然，在处理之前，应分析产生乳化的原因，进而采取恰当的破乳方法。如因为萃取剂与水部分互溶引起的乳化，可通过长时间静置达到分层目的；由于两种溶剂的相对密度极为接近而不易分层引起的乳化，可以加入无机盐溶于水溶液中，增加相对密度促进分层；由于有树脂状、黏液状悬浮物等轻质固体存在而引起的乳化，可将分液漏斗中的混合物，用质地密致的滤纸，进行减压过滤，过滤后的液体则容易分层和分离；在提取含有表面活性剂的溶液而形成乳化时，只要改变溶液的pH值就能分层。
【4】仔细观察液面分界线的位置，待分界线刚流入旋塞，即刻旋紧旋塞，使上下两层液体均被封闭在旋塞中，确保上下两层液体分离彻底。
2.7.7 思考题
①什么是萃取？什么是洗涤？指出两者的异同点。
②使用分液漏斗时要注意哪些事项？
③影响液-液萃取法萃取效率的因素有哪些？选择萃取剂应考虑哪些因素？
④在萃取过程中如果出现乳化现象，应怎样处理？