内容摘要:

一、TLC的基本常识

二、展开剂必须先配现用

三、忘记给原料留样,怎么办?

四、DMSO或DMF的反应体系如何点板?

五、无水无氧体系怎么点板?

六、展开剂如何选择?

七、点板情况与预期不符,如何处置?

八、点板之后如何观察,如何显色?

九、点板可能出现哪些失误

十、点板出现半月状或彗星状拖尾,可能是什么原因

正文部分:

一、TLC的基本常识

TLC是薄层色谱法(Thin Layer Chromatography)的缩写,其目的是提供反应进程的准确信息,不是凑合了事、按部就班;不可以不点,也不可以点完都不看一眼。换言之,如果TLC不能提供明确信息,TLC就是失败的。

硅胶板一般是市售的,割好后按顺序紧密排号储存在干燥器里,随用随取。既不可随意堆放以免边角划破硅胶层导致整板报废,也不能放在空气中导致硅胶吸潮而报废。各组有各组的割板方法,这里不赘述。

TLC时硅胶板所处的玻仪叫展缸。展缸底放一张剪成圆形的滤纸,一来增加阻力避免板子滑倒,第二加速瓶内蒸气压饱和保证爬板速度和效果。爬板时必须把盖子盖上,否则蒸气压不饱和,爬板极慢且结果不准。点板用的毛细管,一般用直径0.5 mm的,普通长度100 mm;还有一种200 mm的,专门用来给无水无氧体系点板的。

点板时,先在板子的一端绘制一条基线,从左到右标明SMR三点,S表示原料(Substrate)M表示混合点(Mixture)R表示反应体系(Reaction)有时还可以点产物的标样P(Product)。M的目的是排除反应体系内大极性物质的干扰,同时使对比更直观。基线不可划得太高(浪费板子)也不可太低(被展开剂浸泡不仅爬板失败还污染展开剂)。点板后要吹一下(用嘴或洗耳球都可以,有必要可用热风枪)让极性溶剂挥发干净减少对点板结果的干扰。

无论哪个点都不能点得太浓,否则爬起来是一个长椭圆形完全无法判断,特别是产物和原料极性差别不大的反应。所以不可用太少的溶剂溶解样品,毛细管接触一下板子就迅速离开,多练习。

TLC用的溶剂叫展开剂,过柱子用的柱子叫淋洗剂,两者作用、原理均一样。爬板的点叫spot不叫dot。spot到基线的距离与溶剂前沿到基线的距离的比值称为比移值(Rf),有些课题组要求在SI中提供化合物在展开剂中的比移值,此时现配现用的原则(见第二条)更加重要,否则Rf就是错的。

二、展开剂必须先配现用

展开剂现配现用。例如用低沸点溶剂(乙醚、DCM等)配制的展开剂,夏天仅可爬2-3次,再多就会因溶剂挥发导致极性不准,爬板结果大为不同。因此建议用大口径的标本瓶作为展缸爬板,一次配10mL左右溶剂可以摊得很平,方便现配现用。不建议一次配几百毫升的展开剂随时倒着用,不仅危险(不得大量储存溶剂)而且不准(有机溶剂均易挥发)。

三、忘记给原料留样,怎么办?

最好不要忘记给原料留样。实在没留可以找相似结构的代替(比如对位溴的原料用间位溴或另一个苯环上的对位溴原料替代),但不一定能成,极性可能有细微差别导致判断错误。

四、DMSO或DMF的反应体系如何点板?

如果是DMSO或DMF做溶剂的反应,建议直接点板,热风枪高温吹干,冷却后再爬板;也可以取少量反应液在子弹头(离心管)里,加两滴EA和水,剧烈震荡后取上层清液点板。但这种方法既不能确保洗净所有DMF,也可能导致产物点太淡或反应体系损耗严重,故不建议。

五、无水无氧体系怎么点板?

无水无氧体系有两种,一种是只有单排管,胶塞插气球的,另一种是支口接双排管的。前者限于实验室条件,点板时只能用短管接氮气瓶,移除气球并扎在实心塞,调节阀门至小股气流,摘掉胶塞迅速点板;后者容易多了,先将三通调至U型鼓泡器,调节氩气流稳定,随后打开塞子直接点。还有另一种适用于两个体系的方法:在氩气下可以将10mL注射器针头插入,再将毛细管探入。但即使通过鼓泡器调匀气流,液体也易从毛细管中迅速涌起,慎用。上述操作都需要200 mm的毛细管。如果没有,只能用胶头滴管或长针头取样至子弹头再稀释,损失很大。

六、展开剂如何选择?

展开剂的选择也要结合实验事实,一般选择PE/EA体系,10/1的极性已经不小了。注意,原料和产物极性可能完全一致,所以点板看不出来不代表没反应,要结合粗核磁判断。如果一次爬板没分开,可以考虑同一极性或更小极性的展开剂多爬几次,或者换一种不同性质的极性溶剂,例如把EA换成DCM。

TLC时一般要让目标点爬到1/2到1/3高(Rf值),过低说明极性选小了或要多爬几次,过高则区分度差要换小极性展开剂。PE/乙醚体系的区分度可能比PE/EA更好,纯DCM的极性与PE/EA = 10/1差不多。一些情况下可能需要三相体系,比如区分环丙烷的顺反构型,但往往需要课题组几代学生的反复尝试、积累经验。对于大极性物质比如醇或酸,点板选择PE/EA = 2/1乃至DCM/甲醇体系。

七、点板情况与预期不符,如何处置?

在点板前要对反应各点的极性情况有所预期,点板的实际目的是用来验证预期。预期应当基于化合物的结构。比如,产物中生成了原料中没有的酰基等大极性基团,那么产物的极性就应该比原料大;如果原料中的酰基捕获碳正离子生成环化产物,产物的极性就该比原料小。一些反应产物和原料极性几乎一致,比如TBAF脱硅基保护得到端炔的反应,或者端炔溴化生成炔基溴的反应,以及羟醛缩合制备查尔酮的反应。有些反应产物和原料差别很大,比如DMP氧化、LAH还原和酯的水解。

一旦出现异常,比如羟醛缩合所得大多为爬不起来的原点处spot,要考虑是不是没有脱水,要给反应升温以得到查尔酮;LAH还原得到小极性产物,可能是还原剂加多,过度还原得到亚甲基;酯的水解产物极性变小,有可能在高温下脱羧了;给氨基上甲基保护出现两个点,应该是上了一个甲基的产物和二甲氨基产物。

有些物质在硅胶中不稳定,比如亚胺在爬板时会水解变回羰基,所以反应结束与否,爬起来永远是两个spot。烯醇硅醚和酰基氯也是同理。有人建议亚胺爬板需要把展开剂碱化,但我做的亚胺在碱性条件下水解更严重。还有人建议合成酰氯时,先取样再加少许醇淬灭再点板。我的经验是,直接看大极性的羧酸点是否消失也能间接判断。硅胶的弱酸性还会使一些物质在爬板时发生重排/水解,爬的次数越多,产物点越小,杂点越大。值得注意的是,少数物质在硅胶上吸附能力差,吸一部分爬一部分,导致TLC是一条线。但这不影响它是纯的。我做过一个带三氟甲基的炔,就是上述情况。

八、点板之后如何观察,如何显色?

点板后一般要用紫外灯照射(254和365nm两种波长)观察,看起来白色的板子会变为绿色,可见光下看不到的spot会在254nm下变成紫色或紫红色,甚至变为蓝色和黄色。当原料和产物极性一致时,有时可以通过在不同紫外灯波长下的不同显色加以区分。

但是,有些化合物紫外线不显色或显色很弱(例如不含共轭结构的物质),这时需要显色剂。显色剂有很多种,配制方法自查,值得注意的是每一种显色剂都有寿命

最常用的显色剂是高锰酸钾溶液,板子泡进去白色硅胶会变成鲜亮的紫色,spot会变为黄色乃至白色,共轭结构越大,显色越快,例如查尔酮不需要吹干当场显色。如果泡进去板子变成淡粉色,高锰酸钾溶液就坏了,重配。推荐配方:6 g 高锰酸钾+26.8 g 碳酸钾+3.3 mL 10% wt 的氢氧化钠溶液+400 mL 水。

碘缸也是一种常用的广谱显色剂,一些高锰酸钾都看不出来的,没有荧光的spot可以用它看出来。注意,碘缸显色是暂时的,随着碘的挥发板子会恢复原样。如果需要碘缸显色,须在浸泡高锰酸钾之前。

为了确保万无一失,每一个爬好的板子都要用254和365nm轮流照射,用铅笔圈出显色点,随后浸泡高锰酸钾并用热风枪吹干,观察哪些点让高锰酸钾褪色,以及褪色的先后顺序。这些都是指示反应结果的重要信息。

九、点板可能出现哪些失误

其一,展开剂极性没选对,极性太大导致有杂点在溶剂前沿或与产物重叠,极性太小导致爬起来的是副产物而主产物在原点处;

其二,点样浓度没做好,太浓导致点太大无法判断,太稀导致杂点看不出来;

其三,有的物质本身没有荧光或荧光很弱,没有辅以显色剂观察;

其四,高沸点溶剂没吹干就爬板;

其五,误认为一个spot里一定只有一种东西,忽略了在当前展开剂中极性一致的副产物;

其六,对于陌生反应,淬灭-萃取后没有再点一次板以确认产物没坏;过柱-浓缩后没再点一次板以确认没有把淡杂点一起冲下来;

其七,展开剂用了太久,挥发严重导致极性不准;

其八,忽略产物在体系内是以盐的形式存在,爬板出现种种怪事,例如拖尾。

其九,展缸盖子没盖严或有裂缝。

十、点板出现半月状或彗星状拖尾,可能是什么原因

其一,点得太浓或把固体点上了;

其二,点样点泡在展开剂里;

其三,硅胶板吸潮或质量差;

其四,化合物含有氨基、羧基、酰胺等大极性活泼氢基团;

其五,展开剂没选对,PE/EA不合适,换成DCM/MeOH试下;

其六,点样时(高沸点)极性溶剂没吹干;

其七,点样处太靠近板子边缘,中间爬得慢边上爬得快(边缘效应)。

其八,如果上述因素全部排除仍拖尾,考虑是否要把反应体系淬灭至中性再点板;产物是否可能在硅胶上分解;产物是否存在两个离得很近的异构体?