有機(jī)合成純化-硅膠柱層析

1、有機(jī)合成后純化 硅膠柱與硅膠板層析硅膠柱與硅膠板層析 色譜法 薄層色譜法(TLC) 基本原理 TLC定義：把吸附劑鋪在玻璃板上，將樣品點(diǎn)在其上， 然后用溶劑展開(kāi)，使樣品中各個(gè)組分相互分離的方法。 這是一種簡(jiǎn)便、快速、微量的分離分析技術(shù)，其應(yīng)用 范圍非常廣泛。 分類(lèi)：吸附薄層色譜、吸附薄層色譜、分配薄層色譜分配薄層色譜、離子交換薄 層色譜、分子篩薄層色譜等。 吸附薄層色譜基本原理： 不同物質(zhì)與吸附劑（固定相）之間的吸附力不同；不同物 質(zhì)在溶劑（流動(dòng)相）中的溶解度不同； 當(dāng)達(dá)到吸附和溶解（解吸）平衡時(shí)，不同的物質(zhì)在固定相 和流動(dòng)相之間便具有不同的質(zhì)量分配比或平衡常數(shù)（K）。 這一過(guò)程相當(dāng)于一次固液

2、萃取。 當(dāng)流動(dòng)相的向前移動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于固液萃取的固液分離。 流動(dòng)相中因含有較多的吸附力小、溶解性大的成分，因此， 相當(dāng)于對(duì)此成份進(jìn)行了一次富集。到達(dá)前方的各成分會(huì)在 新位置于固定相和流動(dòng)相之間的重新形成分配平衡。同時(shí)， 原位置殘留的各成分因新鮮溶劑的到來(lái)也會(huì)在原位置重新 形成分配平衡。此時(shí)相當(dāng)于對(duì)原材料進(jìn)行二次萃取。 只要移動(dòng)相是連續(xù)的，那么對(duì)原位置各成分的“萃取”也 就是不斷的。經(jīng)過(guò)多次“萃取”之后，原位置的易溶成分 優(yōu)先被萃取完全，殘留的將是吸附力強(qiáng)、溶解相差的成分。 這樣便達(dá)到了分離的目的。 分配薄層色譜的原理： 相當(dāng)連續(xù)多次的液液萃取。與吸附色譜不同的是固定相固定相 和流動(dòng)相均是液體和流

3、動(dòng)相均是液體，固定相的液體由其它固體材料（支持 劑、載體或擔(dān)體）來(lái)支持或載附，不隨流動(dòng)相的移動(dòng)而移 動(dòng)。因此，物質(zhì)的分離是依靠不同的物質(zhì)在固定相和流動(dòng) 相之間以不同的分配系數(shù)（K）連續(xù)不斷地形成分配平衡 而實(shí)現(xiàn)的。 物質(zhì)在薄層板上移動(dòng)速度常用Rf值（比移值）表示，其定 義是： 原點(diǎn)到溶劑前沿的距離 原點(diǎn)到斑點(diǎn)中心的距離 f R 圖3 2 4 薄 層 色 譜 的R f 值 影響Rf值的因素： p薄層的厚度 p吸附劑的種類(lèi)、粒度、活度（吸附能力） p展開(kāi)劑的純度、組成及揮發(fā)性 p展開(kāi)方式（上行或下行） p展開(kāi)缸的形狀、大小及飽和程度 p外界溫度等。 Rf的特性和應(yīng)用： 在固定條件下，特定化合物的R

4、f值是一個(gè)常數(shù)。 因此，在條件完全相同的情況下，Rf值可以作 為該化合物定性檢定的物理指標(biāo)定性檢定的物理指標(biāo)，就像測(cè)定熔 點(diǎn)或其它物理常數(shù)一樣。為了獲得相同的色譜 條件，通常是把未知樣和標(biāo)準(zhǔn)樣同時(shí)滴加在同 一塊薄板上。 （二）、吸附劑 吸附色譜： 最常用的吸附劑有硅膠硅膠、氧化鋁，粒度一般為150300目 篩孔，其次是聚酰胺和纖維素，其粒度一般分別為70140 目篩孔和160200目篩孔。 氧化鋁的極性比硅膠大，比較適用于分離極性較小的化 合物（烴、醚、醛、酮、鹵代烴等）；相反，硅膠適用于 分離極性較大的化合物（羧酸、醇、胺等）。 分配色譜 v支持劑：硅膠、硅藻土、纖維素等。 v固定相：水、甲

5、酰胺、石蠟油等。 薄層粘合劑及其他添加劑 v石膏（1015%）、羧甲基纖維素鈉羧甲基纖維素鈉（CMC）（0.51%）、 淀粉（5%）、聚乙烯醇聚乙烯醇（0.51%）等。 v添加1.5%的硅酸鋅錳（Zn2SiO4Mn），制成熒光板制成熒光板。 v加入硝酸銀硝酸銀可制成硝酸銀薄板，用于分離含鍵的順、反 異構(gòu)體。 v添加硼酸硼酸制成的薄層板則可以分離單糖類(lèi)化合物異構(gòu)體。 （三）、展開(kāi)劑及其選擇 大原則：選擇展開(kāi)劑一般需要針對(duì)吸附劑的種類(lèi)、活 度和被分離混合物的組成及各成分的性質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等 情況綜合而定。 小原則：被分離物質(zhì)和展開(kāi)劑之間的極性關(guān)系應(yīng)符合 “相似相溶原理”。該原則可用于確定展開(kāi)劑的大致

6、范 圍。 單一溶劑的極性順序?yàn)椋◤男〉酱螅?石油醚環(huán)己烷四氯化碳三氯乙烯苯甲苯二氯 甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯乙酸甲酯丙酮正丙醇 甲醇吡啶乙酸 混合溶劑的極性順序（從小到大）： 苯 氯仿（1+1） 環(huán)己烷 乙酸乙酯（8+2）氯仿 丙 酮（95+5）苯 丙酮（9+1）苯 乙酸乙酯（8+2） 氯仿 乙醚（9+1）苯 甲醇（95+5） 苯 乙醚（6+4） 環(huán)己烷 乙酸乙酯（1+1）氯仿 乙醚（8+2）氯 仿 甲醇（99+1）苯 甲醇（9+1）氯仿 丙酮 （85+15）苯 乙醚（4+6）苯 乙酸乙酯（1+1）氯 仿 甲醇（95+5）氯仿 丙酮（7+3）苯 乙酸乙酯 （3+7）苯 乙醚（1+9）乙醚 甲醇（

7、99+1）乙酸 乙酯 甲醇（99+1）苯 丙酮（1+1）氯仿 甲醇 （9+1） 四、基本操作 1薄層板的選擇和鋪制 （1）薄板的選擇 最常用的薄板是玻璃板是玻璃板，其大小選擇： 根據(jù)目的、樣品量、組分的數(shù)目多少和展開(kāi)的方式等綜 合而定。 小量制備：待分離組分總量在0.51g左右，可采用 400mm350mm的薄板13塊即可。 預(yù) 試 或 定 性 分 析 ： 用 單 項(xiàng) 展 開(kāi) 時(shí) ， 多 用 載 玻 片 （200mm50mm，200mm25mm或75mm25mm）。 雙向展開(kāi)或小量制備時(shí)，一般采用200mm200mm或 400mm200mm的大板。 玻璃板要求：平整、光滑、干凈。 （2）制板方

8、法：干鋪法和濕鋪法 干鋪法 概念：就是將吸附劑顆粒或粉末均勻地平鋪在玻璃 板上的方法，所制得薄板稱(chēng)為干板。 吸附劑粒度要求：一般為150200目左右。 涂鋪方法：把玻璃板平放在平臺(tái)上或?qū)嶒?yàn)臺(tái)面上， 先將吸附劑大致平攤在玻板上，然后兩手握住一根帶 有兩個(gè)套圈的粗玻璃棒，按照?qǐng)D所示方向推動(dòng)，把多 余的吸附劑除去，便可得到一塊均勻的薄板。玻棒套 圈可以用塑料管或膠布等制成。 兩個(gè)套圈的厚度和距離，便是薄層的厚度和寬度。 圖 326 薄層干鋪法 1 玻板 2玻棒 3厚層套圈 4導(dǎo)軌套圈 5薄層 濕鋪法 概念：將溶劑或含粘合劑的溶劑和吸附劑按一定的比例， 一般硅膠為30g/(7590) ml，氧化鋁為2

9、5g/50ml，加到一 起，調(diào)成糊狀，然后再將糊狀物均勻的鋪在薄板上的方法。 濕鋪法的操作步驟： 調(diào)糊 硅膠G、氧化鋁G、硅膠GF254或不含粘合劑的吸附劑如硅 膠H、氧化鋁H的充分調(diào)勻，均是取1份吸附劑，加入23份 水。 用用CMC作粘合劑作粘合劑：0.5%羧甲基纖維素鈉溶液100ml, 加硅膠 H（200250目）30g或氧化鋁50g，充分調(diào)勻后，即可涂鋪。 用淀粉作粘合劑時(shí)用淀粉作粘合劑時(shí)：取硅膠H（200250目）0.95 份，加0.05份淀粉（可溶性淀粉不能用），加水2 3份，將容器放在沸水浴上加熱，不停攪拌下煮沸5 分鐘，直到獲得最大的粘稠度，再加水1份，再煮 12min，調(diào)勻，冷

10、后涂鋪。 纖維素粉作粘合劑纖維素粉作粘合劑：纖維素粉1份，加水（或丙酮） 56份調(diào)成糊狀后涂鋪。 聚酰胺作粘合劑：聚酰胺作粘合劑：聚酰胺1g，加6mL 85%甲酸，攪 拌溶解后，再加70%乙醇3mL，調(diào)勻后，便可涂鋪。 p薄板的后處理：晾干后，活化。 p硅膠板一般在105,最高不超過(guò)128 ，烘箱中烘烤半小 時(shí)，冷卻后取出在干燥器中保存?zhèn)溆谩?p作為分配色譜的硅膠薄層板無(wú)需活化，在室溫下放置 12h24h后即可使用； p氧化鋁板200220活化4h，得活性為級(jí)的板。150 160 活化4h，得活性為級(jí)的板。 點(diǎn)樣 點(diǎn)樣工具：微量注射器；玻璃毛細(xì)管玻璃毛細(xì)管。 點(diǎn)樣方法：液體直接點(diǎn)樣法液體直接點(diǎn)

11、樣法；固體添埋法。 樣點(diǎn)式樣：點(diǎn)型點(diǎn)型；線型；條型。 點(diǎn)樣應(yīng)注意的問(wèn)題： 點(diǎn)樣斑點(diǎn)的大?。阂话泓c(diǎn)樣斑點(diǎn)直徑不大于3mm； 點(diǎn)樣量：0.25mm薄層，一般點(diǎn)樣量為幾微克幾百微克作 定性分析；2mm層厚，點(diǎn)樣量可達(dá)幾十毫克幾百毫克作 制備。 點(diǎn)樣位置：距底邊約1.52cm的起始線上，點(diǎn)與點(diǎn)之間的 距離一般為1.52cm。 圖328 各種點(diǎn)樣方式示意圖 4展開(kāi)/展層 展開(kāi)/展層的概念： 展層的容器：除了專(zhuān)用的色譜缸色譜缸外，常見(jiàn)玻璃 標(biāo)本缸、染色缸、廣口瓶、大量筒、大試管等 可作為其代用品。 展層方式：上行法上行法、下行法、雙向法、梯次上 行法。 （1）上行法：有傾斜上行法或垂直上行法兩種。軟板則

12、只能與平面成約15的近水平傾斜放置。 上行法展開(kāi)的距離一般為1015cm，展開(kāi)時(shí)間約為30min 左右，最快者只需幾分鐘，最慢者需23h。 （ a ） 傾 斜 上 行 法 展 開(kāi) （ b ） 直 立 式 展 開(kāi) 1 色 譜 缸 2 薄 層 板 3 展 開(kāi) 劑 1 色 譜 缸 2 薄 層 板 3 展 開(kāi) 劑 4 展 開(kāi) 劑 蒸 氣 圖3 29 （a）傾斜上行法展開(kāi) （b）直立式展開(kāi) 1色譜缸 2薄層板 3展開(kāi)劑 1色譜缸 2薄層板 3展開(kāi)劑 4展開(kāi)劑蒸氣 圖329 （a）傾斜上行法展開(kāi) （b）直立式展開(kāi) 1色譜缸 2薄層板 3展開(kāi)劑 1色譜缸 2薄層板 3展開(kāi)劑 4展開(kāi)劑蒸氣 圖329 （2）下

13、行法：薄層樣點(diǎn)朝上，展開(kāi)劑是從上向下通過(guò) 薄層。展開(kāi)劑與薄層之間是通過(guò)濾紙條或紗布條作為橋 梁進(jìn)行轉(zhuǎn)移的。由于展開(kāi)劑受吸附和重力的雙重作用， 因此，下行法展開(kāi)速度較快。 （3）雙向展開(kāi)法：適用于方形板。先沿X軸展開(kāi)，然后 再換用另外一種展開(kāi)劑沿Y軸展開(kāi)。此法常用于某些復(fù) 雜成分或Rf值較小的成分的展開(kāi)，氨基酸分離就常用此 法展開(kāi)。 （4）遞次單向法/多次單向法：先用一種展開(kāi)劑上行展 開(kāi)后，再在同一方向用同一種或換成另外一種展開(kāi)劑展 開(kāi)，如此反復(fù)多次，可得到較好的分離效果，這種方法 稱(chēng)為遞次上行法，可適用于不易分離的化合物的分離。 5顯色/檢出 顯色/檢出的概念： 檢出方法： 物理法紫外光照射紫

14、外光照射 化學(xué)法噴灑化學(xué)試劑 顯色劑種類(lèi)： 通用顯色劑； 選擇性顯色劑； 專(zhuān)屬性顯色劑。 噴灑工具及方法：噴壺；噴灑顯色劑要在展開(kāi)劑未干之前 進(jìn)行，噴壺與薄層的距離應(yīng)在約3040厘米，顯色后，要 立即用鉛筆或打頭針把斑點(diǎn)位置標(biāo)出，以便下步測(cè)量Rf值， 并把薄層色譜圖描繪下來(lái)。 6Rf的測(cè)量及定性、定量測(cè)定 Rf值測(cè)量：斑點(diǎn)輪廓斑點(diǎn)重心位置斑點(diǎn)中心到點(diǎn)樣 原點(diǎn)距離展開(kāi)劑前沿到點(diǎn)樣原點(diǎn)距離Rf值計(jì)算 定性分析： 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在同一薄板上 的Rf值； 儀器分析法將斑點(diǎn)物質(zhì)分離出來(lái)，用儀器測(cè)定其物 化性質(zhì)并與已知物的物化性質(zhì)比較。 吸附柱色譜 柱色譜是將吸附劑填充到一根玻璃管 或金

15、屬管中進(jìn)行的色譜技術(shù)。這種方 法可以用來(lái)分離大多數(shù)有機(jī)化合物， 尤其適合于復(fù)雜的天然產(chǎn)物的分離。 適用于分離和精制較大量的樣品。 硅膠色譜 （一）吸附劑與洗脫劑 根據(jù)待分離組分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)選擇合適的吸附劑和洗脫劑 是分離成敗的關(guān)鍵。 1吸附劑的要求 對(duì)樣品組分和洗脫劑都不會(huì)發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，在洗脫劑中 也不會(huì)溶解。 對(duì)待分離組分能夠進(jìn)行可逆的吸附，同時(shí)具有足夠的吸附力， 使組分在固定相與流動(dòng)相之間能最快地達(dá)到平衡。 顆粒形狀均勻，大小適當(dāng)，以保證洗脫劑能夠以一定的流速 （一般為1.5mLmin-1）通過(guò)色譜柱。 材料易得，價(jià)格便宜而且是無(wú)色的，以便于觀察。 2、常用吸附劑的種類(lèi)：硅膠硅膠、氧化

16、鋁、聚酰胺、硅酸鎂、滑石 粉、氧化鈣（鎂）、淀粉、纖維素、蔗糖和活性炭等。 3、幾種常見(jiàn)吸附劑的特性 （1）氧化鋁：市售的層析用氧化鋁有堿性、中性和 酸性三種類(lèi)型，粒度規(guī)格大多為100150目。 堿性氧化鋁（pH910）：適用于堿性物質(zhì)（如胺、 生物堿）和對(duì)酸敏感的樣品（如縮醛、糖苷等），也 適用于烴類(lèi)、甾體化合物等中性物質(zhì)的分離。但這種 吸附劑能引起被吸附的醛、酮的縮合。酯和內(nèi)酯的水 解、醇羥基的脫水、乙酰糖的去乙酰化、維生素A和 K等的破壞等不良副反應(yīng)。所以，這些化合物不宜用 堿性氧化鋁分離。 酸性氧化鋁（pH3.54.5）：適用于酸性物質(zhì)如有機(jī) 酸、氨基酸等以及色素和醛類(lèi)化合物的分離。

17、中性氧化鋁（pH77.5）：適用于醛、酮、醌、苷和 硝基化合物以及在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定的物質(zhì)如酯、內(nèi) 酯等的分離，也可以用來(lái)分離弱的有機(jī)酸和堿等。 （2）硅膠硅膠：硅膠是硅酸的部分脫水后的產(chǎn)物，其成分是：硅膠是硅酸的部分脫水后的產(chǎn)物，其成分是 SiO2xH2O。柱色譜用硅膠一般不含粘合劑。柱色譜用硅膠一般不含粘合劑。 適用范圍：非極性和極性化合物，適用于芳香油、萜類(lèi)、 甾體、生物堿、強(qiáng)心甙、蒽醌類(lèi)、酸性、酚性化合物、磷 脂類(lèi)、脂肪酸、氨基酸，以及一系列合成產(chǎn)品如有機(jī)金屬 化合物等。 （3）聚酰胺：色譜用聚酰胺主要包括尼龍6（聚己內(nèi)酰胺） 和尼龍66（聚己二酰己二胺）兩種，分子量一般在16000

18、20000，其親水性和親脂性均較好，因此既可分離水溶性成 份，也可分離脂溶性成分?？扇苡跐恹}酸、甲酸及熱的乙 酸、甲酰胺和二甲基甲酰胺中；微溶于乙酸和苯酚等；不 溶于醇、氯仿、丙酮、乙醚、苯等；對(duì)堿穩(wěn)定，對(duì)強(qiáng)酸可 水解。 分離對(duì)象：能與聚酰胺形成氫鍵的化合物，如酚類(lèi)、 酸類(lèi)、醌類(lèi)、硝基化合物及含羥基、氨基、亞氨基的 化合物及腈和醛等類(lèi)化合物。 聚酰胺在水中吸附能力的規(guī)律： 形成氫鍵的基團(tuán)(如：酚經(jīng)基、按基、酪基、硝基等) 越多，則吸附力越強(qiáng)。如：丁二酸丁酸 OH HOOH OH OH OH 形成氫鍵的位置與吸附力有很大關(guān)系。對(duì)位、間位酚羥基 使吸附力增大，鄰位使吸附力減小。如： 芳香環(huán)、共軛雙

19、鍵多者吸附力大，少者吸附力小。如： OH OH OH OH OH OH OH OH 若形成分了內(nèi)氫鍵，則使化合物的吸附力減小。如： （4）硅酸鎂：中性硅酸鎂的吸附特性介于氧化鋁和硅膠 之間，主要用于分離甾體化合物和某些糖類(lèi)衍生物。為了 得到中性硅酸鎂，用前先用稀鹽酸，然后用醋酸洗滌，最 后用甲醇和蒸餾水徹底洗滌至中性。 OH O O H COOHHO 3吸附劑的活度及其調(diào)節(jié) p吸附劑的活性取決于它們含水量的多少，活性最強(qiáng)的 吸附劑含有最少的水。吸附劑的活性一般分為五級(jí)吸附劑的活性一般分為五級(jí)， 分別用、和表示。數(shù)字越大，表示活數(shù)字越大，表示活 性越小性越小，一般常用。 p向吸附劑中添加一定的水

20、，可以降低其活性。反之， 如果用加熱處理的方法除去吸附劑中的部分水，則可 以增加其活性，后者稱(chēng)為吸附劑的活化。 4、實(shí)驗(yàn)操作 吸附劑用量的確定柱子的選擇裝柱柱留體積 的測(cè)量加樣或拌樣洗脫分部收集檢測(cè)合 并濃縮 硅膠： 吸附色譜1g樣品/2050g ，特例1g樣品/500 1000g，用前最好120C 烘24h，可不做活性測(cè)定。 分配色譜1g樣品/1001000g，特例1g樣品 /10000g。 色譜柱的選擇： 有玻璃柱玻璃柱和不銹鋼柱兩種； 徑長(zhǎng)比一般為1:101:20，特例1:40； 內(nèi)壁光滑均勻，上下粗細(xì)一樣，管壁無(wú)裂縫，活塞密封 良好； 根據(jù)吸附劑用量（體積）確定柱子的大小。 裝柱：有干

21、裝法和濕裝法兩種。 干裝法在下端減壓抽氣的同時(shí)，將吸附劑通過(guò)長(zhǎng)徑 漏斗緩緩到入柱內(nèi)。 濕裝法準(zhǔn)確加入一定體積的溶劑，然后緩慢加入 吸附劑，必要時(shí)可輕敲柱壁，排除多余溶劑，計(jì)算柱留體 積；準(zhǔn)確量取一定體積的溶劑倒入稱(chēng)量好的吸附劑，間 歇性攪拌數(shù)次，靜置過(guò)夜，次日在攪拌下裝柱，計(jì)算主留 體積。 加樣： 將樣品溶于合適的溶劑，在不擾動(dòng)吸附劑層面的 情況下，加到柱體上面。最后在用少量清潔溶劑對(duì) 主壁洗滌23次； 將樣品溶于合適的溶劑后，在攪拌下加入樣品量 35倍的吸附劑，晾干至粉末狀，然后在不擾動(dòng)吸 附劑層面的情況下，加到柱體上面。 洗脫 必須注意在洗脫的過(guò)程中，尤其是開(kāi)始階段，不能 擾動(dòng)層面。洗脫速

22、度一般為每分鐘流出1/200柱留體 積左右。對(duì)于梯度洗脫需注意標(biāo)記不同溶劑的分界 管號(hào)。 表 16 常用干燥劑 干燥劑酸堿性適用范圍備注 CaCl2 中性烴、鹵代烴、烯、酮、醚、硝基化合物、 中性氣體 吸水量大、作用快、效能不高、作初步干燥用，30 以上失水，不能作醇、酚、酯、酸類(lèi)的干燥。 Na2SO4 中性酯、醇、醛、酮、酸、腈、酚、酰胺、 鹵代烴、 硝基化合物和其他不能用 CaCl2 干燥的化合物 吸水量大、作用慢、效能差、作初步干燥用， Na2SO410H2O 在 33以上失水。 MgSO4中性酯、醇、醛、酮、酸、腈、酚、酰胺、 鹵代烴、 硝基化合物和其他不能用 CaCl2 干燥的化合物