再結晶

再結晶 (Recrystallization)
國立臺灣師範大學化學系碩士班一年級薛園馨研究生

再結晶是在化學應用上是用來純化化學物質的方法，其原理是因為不同物質由不同原子組成，不同原子有不同大小的半徑，因此會有不同的晶格結構。不同晶格結構一起結晶的機率很低，因此若再結晶一次得到90%產物，將產物再次再結晶就會得到99%高純度的單一產物。

氯化鈉結構	氯化銫結構	立方硫化鋅結構	螢石結構
面心立方晶格	簡單立方晶格	類金剛石結構	面心立方晶格

圖一、不同物質有不同結晶結構

在了解再結晶的原理後，再結晶有一些大方向的原則必須掌握，若條件控制得當則能得到非常純且回收率很高的產物。

• 溶劑挑選

  再結晶最需要注意的地方就是溶劑的選擇，其原則為不與產物發生化學反應、在高溫時能全溶產物的最少量並且對產物溶解度隨溫度變化越大越好，對雜質溶解度隨溫度變化越小越好，產物溶解度隨溫度變化越大，就可以使用越少的溶劑，回收率就會越高；雜質溶解度隨溫度變化越小，雜質在升溫→降溫後結晶出來的量越少，一次再結晶得到的產物越純。

  

  圖二、適當溶劑對產物溶解度示意圖

•  冷卻速度

  冷卻的越慢，產生會越大的結晶，因為只要有一個地方開始結晶，物質會沿著結晶表面繼續規則排列結晶，物質在溶劑移動速率很慢。若降溫太快，物質還來不及到已經結晶的點，就被迫結晶，則會發生結晶的點很多但是都較細小的狀況。

接下來我們會介紹兩個常見的再結晶方法，由溶劑中雜質溶解度大小來決定使用方法。

• 單一溶劑再結晶 (Single-solvent recrystallization)

  產物A +可溶雜質B (+可溶雜質C、D、……)

將混和物加入燒杯後，加入適當溶劑，此時部分可溶雜質B就會先溶在溶劑內，加熱使所有固體溶解，再冷卻使產物結晶出來，抽氣過濾或重力過濾，用不溶解產物的低溫溶劑沖掉結晶上的原溶劑殘留，取固體烘乾即可能到高純度的產物A，若找到的溶劑不適當使雜質B也一起結晶出來(由測熔點、NMR、……)，由於每再結晶一次大部份雜質B會留在濾液，也就是多做幾次再結晶雜質B的量便會大幅減少，就可得到高純度的產物A。

• 熱過濾再結晶(Hot filtration-recrystallization)

  用來分離化合物A、雜質B和不純且不溶解的雜質C

步驟和單一溶劑再結晶類似，不過多了不溶解雜質C，因此在加熱後馬上用濾紙過濾，去掉不溶解的固體雜質C，取濾液靜置冷卻後，過濾取固體烘乾即可得到高純度產物A

適用單一溶劑再結晶法的混和物	適用單一溶劑再結晶法的混和物

圖三、兩種再結晶方法是用混和物溶解度示意圖

總結

再結晶是一個非常好的純化手段，不論是食品、藥品、……等都會用到再結晶，尤其結晶後還可以利用X-Ray單晶繞射來鑑定結構，是一個化學人必須精通的實驗方法之一。

資料來源

1. Humphreys, F. J. & Hatherly M.(2004), Recrystallization and Related Annealing Phenomena (Second Edition), Baker & Taylor Books.
2. 結晶
   http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%B6%E4%BD%93%E7%BB%93%E6%9E%84
3. 重結晶
   http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E7%BB%93%E6%99%B6
4. Recrystallization (chemistry)
   http://en.wikipedia.org/wiki/Recrystallization_(chemistry)#Ice