有机化学基础分离之羟亚胺合成过柱子经验

柱子这个东西，对于学化学的（尤其是大有机这一片的人）来说几乎是无人不知，无人不晓，无人不会的基础技能，有机两大吃饭工具：柱子和点板，但是业外人士却很少有知道的。柱子是俗称，标准名称叫做柱色谱，ColumnChromatography,CC,学名叫“层析柱"。这个是有机实验室最基础的分离手段，说这是从事大有机方向的科研人员的一只手都不为过。有机实验的很多反应，并不会像高中教材上的无机实验那样，要么生成一堆沉淀，要么变成气体飞出来，产品自然而然的就分开了，非常干净漂亮。有机实验的反应，大部分情况下是均相的，也就是说产品是混成一团溶在溶剂里面的。同时因为有机反应副产物很多，所以反应结束之后我们得到的一锅东西是个大杂烩，什么都有：没反应掉的底物，反应的副产品，催化剂等等，还有我们要的产品，都是混在一起的。这就需要我们去把这些打混的东西分开，而柱子就是把这些东西分开的方法中，应用最广泛、适应性最强的一种。所谓柱层析法，是根据样品混合物中各组分在固定相和流动相中分配系数不同，从而分离的一种层析法。简而言之，“过柱子”的意思就是把柱子装填硅胶，把产物加到硅胶上层，然后加垫料盖住（我组用的是无水硫酸钠），接下来根据上柱子之前爬板（学名叫薄层色谱，缩写为TLC）的结果，用不同的洗脱剂把你要的产物洗脱出来。一般情况下如果两个荧光点挨得比较近的话，那么你就需要用试管（注意后排那些试管架和桌子上放着的试管）一管一管地接，然后依次点板确认哪些是你要的产物。有的时候目标产物极性巨大的话你还需要使用反相柱一一我用过一次，当时是用氧化铝装填的柱子，爬板时用的展开剂比例是3:1,注意这个3指的是EA（乙酸乙酯）。过柱子之前要先点板的，结果是有2-3个在紫外灯下有明显的点,其中有你想要的那个点，也就是代表产物。这时你可以通过过柱子的方法拿到产物。要注意的是过柱子和点板是反着的，也就是说板最上面的点的东西最先从柱子里出来。我们打个两个比方，讲解下柱子的原理：假如前面是一条小巷子，里面全是美女，丫丫叉叉的挤在一起。巷子的一头是一群男生，想要到巷子另一头去。于是这群男生只能从美女堆里面挤过去，于是就会有几种不同的情况：1）史诗的大师，色即是空，丝毫不受美女的影响,很快就到对面了；2）精良的贤者，虽然没有慌神，但是也放慢了脚步，第二批到达对面；3）普通的师傅，明显有点慌神了，但是也跌跌撞撞，第三批到达对面；4）粗糙的屌丝，受迷惑最严重，在人群里走得最慢，而且还趁机揩油，最后才到巷子另一头。这样，这一堆男生就被自然而然的分开了。一一这就是柱子的原理，或者说所有的色谱（Chromatography）的原理：利用在流动相冲洗下，不同物质在固定相上“跑的速度的快慢”来将不同物质分离出来（实际上是利用物质在固定相/流动相的分配比的不同，或者说固定相对不同物质的“保留能力”的不同，但是这么说可能更难理解一些）。其中美女就可以认为是柱子的固定相，而男生就是那些待分的产品。简单的讲，过柱子就是根据混合物里的不同物质极性不同的原理将产物和杂质分开。这种分离效果可以用赛跑来形容。我们再比如说五个人赛跑，它们从同一起跑线出发，但它们冲刺速度不一样，会慢慢地拉大彼此之间的距离。这样，它们就在不同的时间抵达终点。丙（五个人最快到最难：甲乙丙丁戊）假设是产物，把甲乙接了踢出去，然后把丙接住，不管后面的，这样，就分离出来了。不过过柱子跟它有点不一样的是，在过柱子时，是溶剂赋予它们速度，不同极性的物质速度不一样。其他部分就都一样了。现在有机实验室最常规的柱子是硅胶柱，以硅胶作为固定相的柱子。正向硅胶柱上极性越低的物质爬得越快,反向硅胶柱上极性越大的物质爬的越快，所以使用什么样的硅胶完全看产品混合物的情况。大部分情况下小分子化合物的分离，用正向硅胶柱就可以解决问题了。如果产品的正电荷中心特别多，可能反相柱会更轻松一些。另外还有氧化铝柱，碱性氧化铝柱可以用来应对需要在高PH环境下分离的产物体系。中性氧化铝柱倾向于保留一些富电子的化合物。酸性氧化铝柱则可以分离一些强酸性的物质。氧化铝柱的吸附性比硅胶要弱，所以如果产品极性特别大，在硅胶上冲不下来了可以试试用氧化铝柱子，说不定会有奇效。至于凝胶柱，相对硅胶柱和氧化铝柱就属于高科技了。主要是针对高分子产物的分离手段，可以把高分子产品和小分子化合物很快的分开。凝胶柱的原理就相当于固定相是一个“反筛子”:尺寸比较大的分子因为无法进入凝胶内部，所以就从凝胶之间的空隙里面钻下去了，所以跑得更快；而尺寸小的分子则会进入凝胶上的微孔，不会太快被冲下来。这样就可以按照分子的尺寸而将混合物分开。柱子是有机实验室非常关键的东西，很多时候只有过完柱子、得到纯净的产品之后才能说明整个反应有意义。同时过柱子又是一个十分费时费精力的工作：一根柱子普遍需要过数个小时甚至更长时间。我们实验室做一些量特别小的反应，也就最多几百mg，最后的也需要至少一个上午的时间才能完整的过完一根柱子;我前几年药大的毕业晚会时，一边是台上在表演，一边上有个同学在过柱子，类似于春晚的小彩旗，一直到晚会结束，都在过柱子，这是每个药大人都会经历的实验。如果是更加复杂的天然提取物的分离工作，那么一根柱子过几天都是经常会有的事情。虽然耗时这么长，也并不意味着你可以把柱子放那儿不管然后自己去干别的一一柱子必须要一直盯着才行。你需要隔一段时间点板（薄层技术qq2681708947色谱）来看现在柱子里出来的东西到底是什么:有的时候前面一个组分和后面一个组分之间就差那么四五滴，你要是错过了，那就可能全白费了一一尤其是对那些试管不多，习惯用烧瓶或者锥形瓶接产品的实验室。过柱子是非常累和枯燥的一件事，但是又是几乎每个大有机方向的科研人员和研究生都逃不开的一件事一一这也是没办法的事情。哪怕制备色谱，其应用局限性也很大，还有成本因素，所以也无法完全取代手工柱子。不过，虽然装柱子的时候都非常烦躁