展开剂的选择

1柱层析和TLC是有机化学工作者必须下苦功夫的两项实验技术。这两项技术掌握与否，对于提高实验的效率至关重要。常见的例子是：在柱层析时，由于层析柱中的硅胶填料装得不均匀（没有填严实），使得柱子在淋洗过程中就因为出现太多气泡变花，导致分离效果不好。更常见的例子是：层析柱虽然装得不错，但是由于淋洗剂选择不恰当，结果导致几十毫克产品，用了几百毫升淋洗剂都还没有完全分离。分离同样的东西，熟手可能只需要半个小时，而一个层析技术不过关的人可能半天都不能得到纯品。由此可见，这两项技术掌握与否，对于提高工作效率，减轻工作量，减少有机溶剂的使用，从而对身心健康和环境保护都有明显的作用。柱层析关键在于柱子是否装好和淋洗剂是否选择恰当。而淋洗剂的选择则是通过TLC确定。这里要指出的一点是：TLC的作用除了跟踪反应进程，检测试剂和原料纯度外，一个重要的用途就是为柱层析选择适当的淋洗剂。首先谈柱层析装柱子（填硅胶）时，有两种方法：即湿法装柱和干法装柱，二者各有优劣。不论干法还是湿法，硅胶（固定相）的上表面一定要平整，并且硅胶（固定相）的高度一般为15cm左右，太短了可能分离效果不好，太长了也会由于扩散或拖尾导致分离效果不好。湿法装柱是先把硅胶用适当的溶剂拌匀后，再填入柱子中，然后再加压用淋洗剂“走柱子”。本法最大的优点是一般柱子装得比较结实，没有气泡。干法装柱则是直接往柱子里填入硅胶，然后再轻轻敲打柱子两侧，至硅胶界面不再下降为止，然后再填入硅胶至合适高度，最后再用油泵直接抽，这样就会使得柱子装得很结实。接着是用淋洗剂“走柱子”，一般淋洗剂是采用TLC分析得到的展开剂的比例再稀释一倍后的溶剂。通常上面加压，下面再用油泵抽，这样可以加快速度。干法装柱较方便，但最大的缺陷在于“走柱子”时，由于溶剂和硅胶之间的吸附放热（可以用手摸柱子明显感觉到），容易产生气泡，这一点在使用低沸点的淋洗剂（如乙醚，二氯甲烷）时更为明显。虽然产生的气泡在加压的情况下不易察觉，但是一旦撤去压力，如在上样、加溶剂等操作的时候，气泡就会释放出来，严重时整个柱子变花，样品不可能平整地通过，当然也就谈不上分离了。解决的办法是：第一、硅胶一定要填结实；第二、一定要用较多的溶剂“走柱子”，一定要到柱子的下端不再发烫，恢复到室温后再撤去压力。也有介绍在硅胶的最上层填上一小层石英砂，防止添加溶剂的时候，使得样品层不再整齐。但我的感觉是如果小心上样，小心添加溶剂，则没有这个必要。上样也有干法和湿法之分：干法上样就是把待分离的样品用少量溶剂溶解后，加入少量硅胶，拌匀后再旋去溶剂。如此得到的粉末再小心加到柱子的顶层。干法上样较麻烦，但可以保证样品层很平整。湿法上样就是用少量溶剂（最好就是展开剂，如果展开剂的溶解度不好，则可以用一极性较大的溶剂，但必须少量）将样品溶解后，再用胶头滴管转移得到的溶液，沿着层析柱内壁均匀加入。然后用少量溶剂洗涤容器、加入，走柱，至溶剂与硅胶上表面齐平；洗涤层析柱内壁，再如法操作。湿法较方便，熟手一般采用此法。2上样完毕后，接着即用淋洗剂淋洗（走柱）。淋洗剂一般采用TLC分析得到的展开剂的比例再稀释一倍后的溶剂。由于层析柱和薄板的不同，即使两者使用的硅胶都相同，但是在把TLC分析得到的展开剂用在柱层析时，也显得极性偏大，所以要稀释一倍，但又不能稀释太多，否则成了靠扩散作用来分离，效果也不会好。接下来谈TLC。需要切记的是：第一、某种样品在某种展开剂中只显示一个点，并不等于在别的展开剂中也只显示一个点。因此在寻找展开剂时，多尝试几种比例不同、成分不同的展开剂，非常必要。展开剂的极性太小（“拉力”不够），点分不开，极性太大，点都被拉到一条线上，也分不开.一般以目标产物的Rf值在0.3左右为最佳。第二、点不能点得太浓,否则容易重叠,不易判断,因为如果两个点相近的话,一浓就变成一个点了。常见的处理方法是在点板前，取一点要点板的液体稀释，只要足够稀则可（浓度为5%左右）。第三、板上点的展开的清晰程度和溶剂的极性、物质在该溶剂中的溶解性有关，只有两者比较合适了，才能有一个较好的分离效果。对于TLC,选择适当的展开剂是首要任务.展开剂的选择条件：①对所需成分有良好的溶解性；②可使成分间分开；③待测组分的Rf在0.2~0.8之间，定量测定在0.3～0.5之间；④不与待测组分或吸附剂发生化学反应；⑤沸点适中，黏度较小；⑥展开后组分斑点圆且集中；⑦混合溶剂最好新鲜配制（现配现用）。一般常用溶剂按照极性从小到大的顺序排列大概为：石油醚(PE)环/正己烷苯乙醚THF乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇醋酸要达到很好的分离效果，往往使用混合溶剂，通常使用高极性和低级性溶剂组成的混合溶剂，高极性的溶剂还有增加区分度的作用。常用的溶剂组合有：A.Petroleumether(PE)/EtOAc(ethylacetate)PE/Acetone,PE/Ether,PE/CH2Cl2,B.CH2Cl2/EtOAc,CH2Cl2/MeOH，0-1%TEAorNH3C.EtOAc/MeOH,EtOAc/HexanesorCyclohexaneEtOAc/PE=1:2EtOAc/PE/AcOH=15:5:1EtOAc/AcOH/n-Butanol/H2O=2:1:1:1D.CHCl3/EtOAcCHCl3/甲醇E.环已烷/丙酮；3F.甲醇/吡啶/水；G.苯/丙酮等展开剂的选择一种简单的办法是根据待检物品的溶解性选择一种极性最强的溶剂（如醇类，酸类等），再根据你实际展开的情况慢慢加入极性弱的溶剂（如四氯化碳、石油醚、二氯甲烷等）调节体系的极性，以得到最好的展开效果。例如，选一种易溶待检物品的溶剂和一种不溶待检物品的溶剂；接着，按照易溶：不溶＝1：2的比例配比，看一下其展开的情况;再次，太高就减少易溶溶剂的比例，太低就减少不溶溶剂的比例！这样正常情况下是可行的！展开剂的比例要靠尝试.一般根据文献中报道的该类化合物用什么样的展开剂，就首先尝试使用该类展开剂，然后不断尝试比例，直到找到一个分离效果好的展开剂。很多时候,展开剂的选择要靠自己不断变换展开剂的组成来达到最佳效果。其次，根据化合物的极性选择合适的展开剂。极性小的用乙酸乙酯：石油醚系统；极性较大的用甲醇：氯仿系统；极性大的用甲醇：水：正丁醇：醋酸系统；拖尾可以加入少量氨水或冰醋酸。一般来说，弱极性溶剂体系的基本两相由正己烷和水组成，再根据需要加入甲醇、乙醇、乙酸乙酯来调节溶剂系统的极性，以达到好的分离效果，适合于生物碱、黄酮、萜类等的分离；中等极性的溶剂体系由氯仿和水基本两相组成，由甲醇、乙醇、乙酸乙酯等来调节，适合于蒽醌、香豆素，以及一些极性较大的木脂素和萜类的分离；强极性溶剂，由正丁醇和水组成，也靠甲醇、乙醇、乙酸乙酯等来调节，适合于极性很大的生物碱类化合物的分离。氨基酸,用的都是丁醇:醋酸:水。甲醇：氯仿对于胺类比较好。极性大的可滴加少量水，酸碱化合物会拖尾，酸性化合物可在展开剂中加少量乙酸，碱性的加少量三乙胺，会减少拖尾。一般把两种溶剂混合时,采用高极性/低极性的体积比为1/3的混合溶剂,如果有分开的迹象,再调整比例（或者加入第三种溶剂）,达到最佳效果；如果没有分开的迹象（斑点较“拖”），最好是换溶剂。很多时候,展开剂的选择要靠自己不断变换展开剂的组成来达到最佳效果。有人为了实现一个配体与其他杂质有效分离，曾经尝试了很多种的溶剂组合，最后才找到PE/EtOAc/HCOOH（5.5：3.5：0.1）、PE/THF这类不常见的混合溶剂。展开剂的使用一看自己的喜爱；二看产品特点。TLC可以选择的展开剂范围较广，我们多用二氯甲烷、二氯甲烷/石油醚、乙酸乙酯/石油醚、丙酮/石油醚、氯仿/石油醚、氯仿/乙醇、氯仿/甲醇，或者三组分体系！主要是调节比例！掌握了几种展开剂的比例和极性，处理起来就容易多了！过柱我们通常用石油醚，二氯甲烷，乙酸乙酯，丙酮和氯仿的组合物，必要时加醋酸或三乙胺。极性乙酸乙酯和非极性的石油醚按不同比例混合对一般的有机物都能适应；只要调整好比例，基本解决大多数问题。洗脱剂中，最便宜、最安全、最环保的当然是石油醚和乙酸乙酯。有时用到正己烷，虽然太贵了，有时还是非它不可。乙醚也可以用，但是就是容易睡觉，注意保持清醒别让溶剂流干了，那样柱子也就不爽了。二氯甲烷也有用的，但是要知道，它和硅胶的吸附是一个放热过程，所以夏天的时候经常会在柱子4里产生气泡，天气冷的时候会好一些。甲醇，据说能溶解部分的硅胶，所以产品如果想过元素分析的话要留神，应该经过后继处理，比如说重结晶等。过柱最好不用三乙胺，可以添加1%的二乙胺，这样有利于馏分收集后的浓缩和送谱。如果用三乙胺，在油泵上抽数个小时，送NMR仍可见三乙胺的残留。同理，可能的情况下最好用甲酸代替乙酸、甲醇代替乙醇。这里要特别强调的一点是：分离效果的好坏和所用硅胶和溶剂的质量很有关系。不同厂家生产的硅胶可能含水量以及颗粒的粗细程度，酸性强弱不同，从而导致产品在某个厂家的硅胶中分离效果很好，但在另一个厂家的就不行。溶剂的含水量和杂质含量对分离效果都有明显的影响。温度对分离效果影响也很明显。我们实验室没有空调，我在实验过程发现，在夏天分离相同的产品，所需的淋洗剂极性要比在冬天小很多，这一点大家也是可以理解的。有时同一展开条件，上下午的Rf截然不同。鉴于此，使用的硅胶，不用时一定要密封，防止吸潮。TLC所用的硅胶板一定要保存在干燥器里面，或使用前在红外烘箱里干燥一段时间。此外，在利用TLC跟踪反应时，在点板的时候往往是反应体系的混和溶液点一个点A，每种难挥发的原料各点一个点B,C,D等等，然后所有的原料和反应体系的混合溶剂再共同点一个混合点X，这些点在板上的位置如图所示：AXBCD这样的好处是展开后可以清楚地看见每个点的位置，把A这个点展开后的各个层份的点与B,C,等原料比较，从而判断原料消失没有，点混合点X的目的在于，方便观察，因为有时候，板展开后，各点的位置有些变形，或者由于边缘效应等等，使得判断不易。利用TLC判断物质的纯度时，往往要和NMR相结合，因为某种样品在这种展开剂中只显示一个点，并不等于在别的展开剂中也只显示一个点。但有趣的是，由于HNMR可鉴别的纯度也就在95%左右，有时候HNMR显示较纯的东西，一点板就会发现有几个点。所以，两者要结合使用。但是自己以前使用过的样品，则可以只通过点板来判断纯度。对于在硅胶（呈酸性）中易分解的物质，在展开剂里往往加一点点三乙胺、氨水、吡啶等碱性物质来中和硅胶的酸性。（选择所添加的碱性物质，还必须考虑容易从产品中除去，氨水无疑是较好的选择。）如果用到的淋洗剂是大包装的（10升或25升的塑料桶装），就要注意这些工业品的纯度是较低的，经常能够从送来的大桶底部看见有色的杂质，其他的杂质就可想而知了，所以在比较严格的柱层析时就要对溶剂重蒸。当然过原料时就可以免去这一步了，反正下面还有提纯的方法。另外溶剂在过柱子后最好也回收使用，一方面环保，另一方面也能节省部分经费，缺点是要消耗一定的人工。这里要注意的是，一般在过柱同时进行的是减压旋蒸，石油醚和乙酸乙酯的比例由于挥发度的不同会导致极性的变化，一般会使得极性变大，在梯度淋洗时比较合适，正好极性越来越大了。在过完柱子后，溶剂最后回收要采用常压，因为在减压旋蒸时会有部分低沸点的杂质一起出来，常压时就会减少这种现象，如果杂质和你下面要过的样品有反应那就惨了。