基本实验操作

刘文中,基本实验操作,实验操作的基本流程,主要包含以下几个方面：1.1、实验方案设计1.2、物料准备1.3、仪器准备1.4、安全度预测和应急措施等,一、实验前的准备工作和设计,a、相关资料分析（文献、专利、实验记录等），对实验机理要有基本的理解。b、设计合适的反应规模。,1.1、实验方案的设计,a、针对已制定的反应规模，核算所需用到的试剂（包括各种起始原料数量是否够用，质量是否合格，试剂是否需预处理）b、第一次做要根据参考文献的投料比例和方式进行，但在条件优化时需综合考虑各种试剂的价格、后处理去除方法、安全系数等方面因数，进而尝试合适的原料当量比。,1.2、物料准备,a、针对已制定的反应规模，选择合适的反应仪器（反应瓶和配套仪器的质量、大小；b、搅拌装置、加热/冷却装置、温度计等是否够用；c、是否需气体保护（一般情况下的反应都建议用气体保护，一定要注意不能体系密闭！）；d、加料方式是否有特殊要求；e、各种塞子、管路是否安全可靠等）,1.3、仪器准备,a、反应是否用到比较危险的试剂，如剧毒品、易燃易爆物、毒性或味道较大的物质。一般情况下第一次操作一定要非常小心，充分了解物质性质，如有条件最好请经验充分的前辈进行指导操作！一定要做好最坏打算和应急预案！b、从反应物质本身和机理进行初步判断反应是否放气放热，特别是对于一些需要一定条件引发的反应。要仔细观察实验现象，如温度、颜色变化、冒泡等。对于可能发生的如冲料、爆炸等做好防护。c、对反应体系进行检测，是否有体系密闭或可能发生毒害尾气泄露d、对所用的各种搅拌、冷却装置、加热装置进行测试，看看是否有异常。,1.4、安全度预测和应急措施等,主要包括以下几个方面：2.1、投料准备2.2、反应现象观察和记录2.3、监测方法摸索和终点判断等,二、实验进行时的注意事项,a、再次确认各物料比和用量、质量(特别要注意特殊试剂的质量、溶剂是否需处理等)。b、一定要注意加料顺序和加料方式！c、特别对于特殊试剂的取用一定要小心谨慎，严格按照规定操作，做到心中有数。d、加料时需仔细观察反应体系现象变化，如温度、颜色等，随时根据现象作出调整。e、小试要求一定要严格，放大操作一定要谨慎！,2.1、投料准备,a、观察实验现象要仔细、全面。为以后的重复实验和放量提供可靠的判断。b、记录要及时，完整，清楚。特别是对一些特殊现象要重点突出。c、在重复实验时对于异常情况须注明，并作出及时的分析和验证。,2.2、反应现象观察和记录,a、检测反应是反应成功的关键。常用检测手段: TLC 是最重要简便直接的。 其它还有LC-MS, HPLC, GC, GC-MS, IR, UV, X-Ray等辅助手段。 NMR是终极方法。 b、何时检测: 可通过实验现象、温度变化、颜色变化、 气体或沉淀的析出等。一般反应半个小时要检测, 从快速到慢的反应,可从几分到几小时内检测。 过夜反应：过夜前后要检测。 注意：一般新的反应最好在上午进行，当天进行几次监测以判断反应的基本情况,2.3、监测方法摸索和终点判断,TLC 的一些技巧：,1.取样： 要求做到均匀！特别是对于非均相体系的反应，一定要保证取出的样品是具有代表性的，例如固液体系，液液体系、以及其他的体系。 2.样品处理： 一般而言所有的反应体系或其他体系的TLC样品都需要进行处理，方式包括：淬灭、稀释、萃取、调酸碱度等等。做好是根据文献提供的后处理方法进行处理，另外需根据爬板情况进行调整。 淬灭的过程和结果要为后处理提供操作依据！,3.爬板：化合物在薄板上移动距离的多少取决于所选取的溶剂不同。在戊烷和己烷等非极性溶剂中，大多数极性物质不会移动，但是非极性化合物会在薄板上移动一定距离。相反，极性溶剂通常会将非极性的化合物推到溶剂的前段而将极性化合物推离基线。一个好的溶剂体系应该使混合物中所有的化合物都离开基线，但并不使所有化合物都到达溶剂前端， Rf值最好在0.150.85之间。一些标准溶剂和他们的相对极性如下： 强极性溶剂： 甲醇乙醇异丙醇 中等极性溶剂： 乙氰乙酸乙酯氯仿二氯甲烷乙醚甲苯 非极性溶剂： 环己烷，石油醚，己烷，戊烷,常用混合溶剂： 乙酸乙酯/己烷：常用浓度030%。但有时较难在旋转蒸发仪上完全除去溶剂。 乙醚/戊烷体系：浓度为040%的比较常用。在旋转蒸发器上非常容易除去。 乙醇/己烷或戊烷：对强极性化合物530%比较合适。 二氯甲烷/己烷或戊烷：530%，当其他混合溶剂失败时可以考虑使用 注意：要清楚爬板的目的，如反应监测什么东西，应根据目的使用适当的展开体系。 当目标监测物极性差别较大时用不同体系分别追踪，相互比较。 对于一些酸碱性较强的物质，爬板体系相应的可以加一些冰乙酸/甲酸或三乙胺/氨水 爬板拖尾严重时可以考虑稀释样品、换展开体系、或者调整酸碱。,4. 显示： TLC 爬板结束后就要想办法得到一个直观、可靠的显示方法。实验室最常用的显示方法：a、大部分可用的紫外、碘、高锰酸钾溶液、硫酸乙醇、磷钼酸等。b、专属显示剂：茚三酮、溴甲酚绿、2，4-二硝基苯肼等等。 注意：一般建议至少采取两种以上的显示方法进行对比印证，以作出比较准确的判断。,主要包括以下几个方面：3.1、反应淬灭3.2、粗处理3.3、产品纯化操作,三、后处理,1、淬灭应综合考虑反应体系中各个物质的性质，从而选定安全、有效的方式。 2、需参考文献、TLC样品处理等各种资料进行评估。 3、对于危险品的淬灭一定要小心谨慎！因为淬灭过程很有可能比反应过程产生更大的能量。要小心观察体系的放热、放气、酸碱度及其他变化，并做好应急措施。 4、常见危险品的淬灭方式见附件：,3.1、反应淬灭,过滤：分减压、常压、加压、离心等，实验室中一般用减压抽滤。注意事项：1、过滤一些金属催化剂记住不能抽的太干，防止起火！2、难过滤的体系可以考虑用硅藻土或硅胶等助滤。3、对于酸碱性较强的体系一定要多垫两层滤纸，防止抽破。最好用滤布 分液：1、选择合适的萃取溶剂。常用的有机相萃取溶剂有乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯、甲叔醚、正丁醇、2-甲基四氢呋喃等， 或者采取混合溶剂，需视具体的物质和现象进行选择。2、萃取操作混合要足够，静止要充分。3、乳化的破坏一般可以采取过滤、加氯化钠、调酸碱度、离心等方法。,3.2、粗处理,干燥： 干燥时间要充分，实验室常用的有硫酸钠、硫酸镁、分子筛、变色硅胶等。硫酸镁吸水性能好，但对与一些醇类和胺类可能会形成配位，且价格相对于硫酸钠要贵。选用时可综合考虑。 浓缩： 一般为常压和减压蒸馏， 1、一定要注意产物的沸点和稳定性！ 2、选择合适的温度 3、注意观察真空度,粗产品进一步精制一般通过重结晶,柱层析,Pre-HPLC, Pre-TLC, 蒸馏,升华等.其中重结晶,柱层析是最重要的手段!掌握好这两个手段是合成技能提高的重要标志。 注意：对于难纯化的物质，要采取多种方式处理！ 重结晶： 要根据物质的极性溶解性、杂质情况和性质、析出物晶型等各方面综合考虑。一般有打浆、热溶解-冷析出、根据不用极性析出等方法。 三种方法的一般步骤： 1、溶解：用较纯的目标物进行溶解度实验，选定合适的溶剂，一般溶剂当量在2060倍量之间都可以用热溶解-冷析出的办法。不在该范围内则可以采用打浆或调极性的方式。 2、析晶：采取搅拌或静置的方式，注意降温速度和搅拌速度对晶型或物质颗粒的影响。 3、过滤、洗涤、干燥。,3.3、纯化操作,柱层析： 柱层析是实验中最为简便、快速、有效的一个分离纯化手段。一般分为以下步骤：选洗脱体系、装柱、上样、洗脱、浓缩。 1、选洗脱体系： 从几个方面考虑：极性（TLC确定），溶解性，稳定性等。 只要你的化合物有极性区别，理论上没有分不开的柱子。所以一定要耐心，有几分象钓鱼。过柱子是一个经验活，主要凭感觉，因为它和你的待分离物的个数、各点间的间距、Rf值.均有关系，柱子过多了，就会感觉出一个合适的洗脱液以及极性。但也并非无规律可循， 过柱前爬板是必不可少的，试不同极性，找一个各点分离较开的极性，内径一厘米的柱子一般极性放大10倍左右，柱子越粗，极性放达越大。爬板时，如果待分点离开基线，而其下一点未动时的极性一般适于过柱。 板子的分离效果一般好于柱子，因为板子的粒度较细 高效板有差异的，用高效板跑的，在实际过柱时要再降低溶剂极性，一般板Rf在0.20.3适宜过柱2、装柱：选择合适的填料，一般用的硅胶（正反相，显弱酸性）、碱性氧化铝（酸不稳定物适应）、大孔树脂等，注意填料的粒径。 装柱的时候要压紧,压平,使柱子中间没有气泡。 要根据样品量选定合适大小、长短的柱子，以及加入的硅胶量。,3、上样 一般采取干法和湿法两种。 干法适用于固体会粘度较大的液体样，低沸点溶剂溶解后加13倍重量的硅胶浓缩干，即可上样。 湿法：样品溶解在小极性溶剂中加12倍硅胶搅拌均匀至无气泡。上样时注意引流速度，防止将原先装柱硅胶冲起！4、洗脱 正相柱一般先用极性小的体系洗极性小的杂质，然后逐步加大极性。 要尽量使用毒性小的便宜的溶剂，做到节约成本。 主点未出，多接；主点快出来及快出完，少接。5、浓缩,主要包括以下几个方面：4.1、数据分析4.2、产物处置4.3、三废处理4.4、安全卫生事项等,四、实验相关事务收尾,a、需确认产物是否正确（图谱分析）b、确认实验的重复效应（反应状态、后处理过程、收率、产物数据等）c、对于异常情况要进行必要的分析，并为下一