实验一 菠菜中色素的提取与纸色谱分离（4课时）
实验目的：
学会用有机溶剂提取菠菜中的色素并进行分离，了解从植物中提取有机化合物的一般方法；
学会根据物质的性质选择合适的溶剂，知道选用混合溶剂是提取物质有效途径； 了解利用纸色谱法分离物质的原理和操作。
实验原理：
菠菜中色素的提取：绿色植物如菠菜叶中含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素（含量见表1）。 叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg))，差别仅是a中一个甲基被b中的甲酰基所取代。分子结构见图1。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂，也是食用的绿色色素，可用于糕点、饮料水等中，添加于胶姆糖中还可消除口臭。植物中a的含量通常是b的3倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于石油醚等一些非极性溶剂。
胡萝卜素（C40H56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体α—，β—,和γ—胡萝卜素，其中β—异构体含量最多，也最重要。生长期较长的绿色植物中，异构体中β—的含量多达90％。生物体内，β—体受酶催化氧化即形成维生素A(分子结构见图2)。目前，β—体可作为维生素A使用，也可作为食品工业的色素，β一胡萝卜素还有防癌功能。
叶黄素（C40H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物（分子结构见图2），在光合作用中能起收集光能的作用。在绿叶中通常是胡萝卜素的两倍。较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。
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表1. 高等绿色蔬菜中各组分的含量
项目 颜色 在叶绿体中各色素含量比例 叶绿素 叶绿素a 蓝绿色 3 3
CH2CHH3CRCH2CH3类胡萝卜素 β-胡萝卜素 橙黄色 2 1 叶黄素 黄色 1 叶绿素b 黄绿色 1 NMgNNNH3CCH3OCO2CH3CH3CH3CH3CH3CH3
CH2CH2OO叶绿素a（R = CH3） 叶绿素b（R = CHO） 图1. 叶绿素的分子结构
H3CCH3CH3CH3CH3H3CRRCH3CH3H3CCH3
H3CCH3CH3CH3CH2OHβ-胡萝卜素（R = H） 叶黄素（R = OH）
CH3
维生素A
图2. 类胡萝卜素和维生素A的分子结构
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叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素易溶于石油醚，叶黄素易溶于乙醇，石油醚和乙醇可以混溶。因此，可以选择石油醚－乙醇混合溶剂来提取菠菜中的色素，然后用水洗去乙醇和少量易溶于水的杂质，这样就可得到色素的石油醚溶液。
植物叶绿体色素的提取、分离、表征以及含量测定在植物生理学和农业科学研究中具有重要意义。同时，叶绿素和胡萝卜素等天然色素在食品工业和医药工业中也有广泛的用途。
提取菠菜色素得到的石油醚-溶液可以用纸色谱法分离：将少量含有几种物质的溶液涂在滤纸条的一端，并在这一端用适当的溶剂（称为展开剂）润湿，在滤纸的毛细作用下，展开剂携带待分离的物质沿着滤纸纤维向上移动。由于不同组分的移动速度不同， 一段时间后， 不同的组分移动的距离不同，从而达到将这些组分分离开来的目的。这种分离方法称为纸色谱法， 又叫纸上层析。
主要仪器与药品
仪器：研钵、锥形瓶、漏斗、铁架台（带铁圈）、分液漏斗、大试管（带橡胶塞）、 毛细管
试剂：石油醚、乙醇(95%)、丙酮、无水硫酸钠、脱脂棉、菠菜叶
实验步骤
一、菠菜中色素的提取
1. 研磨：取10克菠菜切成小块，用研钵捣烂，装入锥形瓶中。
2. 浸取：向锥形瓶中加入10毫升石油醚-乙醇混合溶剂（3:2），塞上橡胶塞，振荡。
3. 过滤：将小团棉花放在漏斗颈部， 过滤浸取液。
4. 洗涤： 将滤液移入分液漏斗，分别用10毫升水洗涤两次，以除去乙醇以及浸取液中的少量水溶性物质。注意不要剧烈振荡以防止乳化；静置分层， 从分液漏斗的下方放出水层，将上方的石油醚层从分液漏斗的上口转移到干燥的小锥形瓶中。
5. 干燥：加入少量无水硫酸钠，干燥，备用。
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二、色素的分离
1．准备滤纸：
取一张条形滤纸（2cm×15cm），平放在一张洁净纸上，用铅笔在滤纸一端距底边 3cm处轻划一平行线。
2．点样：
用毛细管吸取菠菜中色素的提取液在起点线上进行点样，并使点样线尽可能细而均匀。待溶剂完全挥发后，再吸取提取液重新点在同一个位置上。反复点样5-8次。 3．展开：
将滤纸点样的一端向下直立于放有展开剂（8:1的石油醚-丙酮混合溶剂）的大试管中， 滤纸应该浸入展开剂，展开剂的液面应该低于色斑。塞紧橡胶塞，静置，观察展开过程。
4. 晾干：
当溶剂的前沿升到接近滤纸顶端时，取出滤纸，立即用铅笔画出溶剂前沿所在位置。晾干后仔细观察每个色斑的位置。从上到下，四个斑点依次为：胡萝卜素（橙色），叶黄素（黄色），叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）
注意事项
1. 样点不能过大；点样过程中必须在第一滴样品干后再点第二滴，为使样品加 速干燥，可用电吹风加热干燥，但要注意温度不可过高，以免影响定量结果； 2. 展开剂液面不能高于起始线；即溶剂展层至距离纸的上沿约1cm时，注意不 能使溶剂走过头。
思考题
1. 为什么纸色谱点样点的直径不得超过5 mm? 斑点过大或样品量过大有什 么弊病? 为什么?
2. 手拿滤纸时，应注意什么？为什么？色谱缸为什么要密闭? 3. 作原点标记能否用钢笔或圆珠笔？为什么？
4. 请归纳从植物中提取某些组分的一般方法以及应该考虑的问题。
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实验二 硫酸铜水溶液的蒸馏（4课时）
实验目的：
学习蒸馏的基本原理及其应用。 掌握简单蒸馏的实验操作技术。 熟悉常量法测定沸点的方法。
实验原理：
当液态有机物受热时，蒸汽压增大，待蒸汽压达到大气压或所给定的压力时，即P蒸 = P外，液体沸腾时的温度称为液体的沸点。
蒸馏就是将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气冷凝为液体这两个过程的联合操作，在常压下进行的蒸馏为常压蒸馏，又称简单蒸馏。本节主要讨论简单蒸馏。
1. 用途
（1） 如果将某液体混合物（内含两种或两种以上的物质，它们的沸点相差
较大，达30℃以上）进行蒸馏，那么沸点较低者先蒸出，沸点较高者后蒸出，不挥发的组分留在蒸馏瓶内，这样就可以达到分离和提纯的目的。如回收溶剂、浓缩溶液等。
（2） 测出某纯液态物质的沸程，如果该物质为未知物，那么根据所测得的
沸程数据，对照文献中的物理常数数据，可推测该未知物可能是什么物质。
（3） 纯液态有机物在蒸馏过程中沸点变化范围很小（一般0.5℃~1.0℃）。
根据蒸馏所测定的沸程，可初步判断该液体物质的纯度。
2. 仪器装置
实验室的蒸馏装置如下图所示，主要包括下列三个部分：
（1） 汽化部分 液体经过加热成为气体的部分，由热源、圆底烧瓶、蒸馏
头和温度计组成。通常选择加热温度均匀的水浴、油浴或电热套作为热源、对于低沸点、易燃易爆或有毒害液体有机物的蒸馏，则必须选择无明火的热浴。圆底烧瓶是蒸馏中最常用的容器，它与蒸馏头的组合习惯上成为蒸馏烧瓶。通常蒸馏液体占所选用烧瓶容积的1/3~2/3为宜。如果装入的液体量过多，当加热到沸腾时，液体可能冲出，或者液体飞沫被蒸气带出，混入馏出液中；如果装入的液体量过少，在蒸馏结束时，会有相对较多的液体残留在瓶内蒸不出来。所选用温度计通过温度计套管或橡皮塞，固定在蒸馏头的上口。温度计水银球上边缘应与蒸馏头侧口的下边缘在同一水平线上，如图放大所示，这样蒸馏时温度计的整个水银球刚好被逸出的蒸气所包围，温度计上读数才符合溜出物的沸点。
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