内容提要:

一、反应淬灭的两个目的

二、淬灭的注意事项

三、萃取、分液的注意事项

四、干燥

五、旋蒸的注意事项

正文部分:

一、反应淬灭的两个目的

目的一:中和反应体系。换言之用碱淬灭酸性体系(体系加入了当量酸),用酸淬灭碱性体系(体系内有当量碱)。此处酸、碱一般指无机溶液,比如可以用稀盐酸和饱和氯化铵溶液、饱和磷酸二氢钾溶液淬灭碱性体系,用饱和碳酸氢钠溶液淬灭酸性体系等。

既然是“中和”,那么严格来说必须检测pH ≈ 7。例如文献中所言quenched with 某溶液,其真实含义既不是用某溶液淬灭,也不是用某溶液萃取,而是用某溶液将反应体系中和

目的二:消灭危险试剂。用饱和硫代硫酸钠溶液淬灭液溴/碘;用饱和亚硫酸钠溶液淬灭过氧化物;用10%的氢氧化钠溶液淬灭LAH/DIBAL-H并溶解氢氧化铝,加温水淬灭三氯氧磷(冷水反应慢,反应潜热)等。

二、淬灭的注意事项

其一,淬灭时,如果不确定,建议都选用滴加,而不是倾倒

其二,为了淬灭干净,把反应液滴加到淬灭剂中充分搅拌最为合适虽然反过来的时候居多,但有些时候必须这样做,特别是易冲料的情形。例如用饱和碳酸氢钠淬灭大量酸,淬灭反应中的三氯氧磷等。极少数情况下,淬灭方式不同,产物会不同。例如格氏剂与芳基腈的反应,如果把反应液倒进水里,产物是酮;把水加进反应液,产物是醇。

其三,并不是所有涉及当量酸、碱的反应都需要淬灭。比如羟醛缩合反应,产物查尔酮是固体则直接重结晶、抽滤,产物是液体则加水洗分液后过柱;三溴化吡啶的溴化反应,当量的碳酸钾直接抽滤去除,直接加三乙胺进行下一步反应。

其四,产物在当量酸碱存在下变成盐的反应必须淬灭,把产物从水相中释放出来。例如酯的水解。否则产物集中在水相。

其五,不可使用浓盐酸或饱和NaOH溶液淬灭反应,否则反应过于剧烈造成危险或矫枉过正产生副产物。比如,含有Boc的产物用浓盐酸淬灭或稀盐酸量过大会导致Boc脱除。

其六,淬灭后检测pH要点水相,不要点有机相(残留的水带来虚假结果)。

其七,饱和碳酸氢钠淬灭酸性体系会释放大量气体。如果用酸做溶剂(例如TFA),建议在敞口的烧杯中加入饱和碳酸氢钠溶液与磁子,在搅拌下把反应液滴加其中,可以最大限度避免冲料。

其八,有时可以使用有机酸碱淬灭,例如质子酸活化的反应可以用三乙胺淬灭,但小心酸碱中和放热导致冲料。如果要打粗核磁,必须使用无机溶液淬灭,否则生成的有机盐易溶于有机相,强烈压制化合物信号。

其九,淬灭时需要注意温度,放大规模反应尤其如此。例如20 mmol的LAH还原,淬灭前不先冰浴冷却,水滴进去甚至会立刻冲料。有些使用金属试剂的反应,要求在低温下直接加水淬灭,谨防反应瓶脱离低温后发生副反应。

其十,在保证安全的情况下,淬灭前要尽可能除掉固体,否则黏糊糊一大瓶很难办。比如用乙腈作溶剂制备D-A重氮的反应,生成的白色固体盐就要抽滤去除,所得液体再淬灭;偶联或溴化/消除生成的大量三乙胺-氢卤酸盐也要抽滤掉,适量EA洗涤,再用稀盐酸洗掉残余的三乙胺。

其十一,LAH的淬灭是最剧烈的,个人认为比三氯氧磷还猛。操作一定要慢,搅匀至气泡不冒了再加第二滴水。体系内使用A mmol LAH,淬灭使用A mL 水 + A mL 10% wt NaOH (aq) + A mL 水。万一快要冲了,在反应瓶上加一个过柱子用的溶剂球(储液球),可力保无虞。

三、萃取、分液的注意事项

其一,一般使用EA和DCM两种有机良溶剂萃取水相。不过有时PE也可以用来萃取,例如我做过一种烯基溴化物,PE直接萃取淬灭后的反应液,干燥后旋干,免于过柱。

其二,多数情况下,PE和EA可以无条件互换,只不过EA密度比水小在上层,DCM密度比水大在下层(有机相分离更便捷,故常用)。但萃取DMF/DMA/DMSO等以酰胺类、亚砜类为溶剂的反应时,只能先用水稀释,再使用EA萃取(可适当加入/直接使用饱和食盐水防止乳化,因食盐占据水的溶解度并增大水相密度)。因为DMF/DMA/DMSO在DCM中的溶解度大于水,用DCM萃等于白萃,乳化严重。

其三,DCM并不总在水层下方!浓盐/碱溶液的密度比DCM还大。例如Corey-Chaykovsky反应在萃取分液时,用反应溶剂DCM萃取时分液较慢(密度相近)且静置后DCM在上层。当然,可以加水稀释,这样DCM又回到下层。

其四,THF和dioxane等虽溶于水,但并不能任意比例互溶。加水后可以看到分液现象。不建议使用乙醚萃取,除非为避免易挥发物在旋蒸上损失。虽然密度小、沸点低,但乙醚的溶解能力不算好。

其六,水相反复萃取三次的目的,就是要把化合物尽可能淬干净。打比方:每次有机相只能把水相中90%的化合物萃出,萃三次水相中仅剩1/1000的化合物,可以忽略不计。严格来说,萃取结束后的水层要再加一次有机相萃取,将有机相点板,确认无荧光,表明萃净;如果是酯的水解反应,酸化后的水相要在萃取结束后点板,爬起与有机相对比。如果你不确定,水相别着急扔,找个小烧杯/锥形瓶存起来。

其七,绝大多数情况下都是将产物从水相萃到有机相中。但也有将产物从有机相萃到水相的特殊情形,比如制备稳定磷叶立德时,2'-溴苯乙酮与三苯基膦的反应生成溴盐,在DCM中析出;原则上说,可以加水把盐溶掉,有机相中就剩下没反应完的原料,再向水中添加氢氧化钠+DCM,叶立德将溶于水中。但实操中,我发现虽然是盐,但在有机相中的溶解度比水还大(也可能是反应规模大而水相对少),如DCM少则白色固体多到堵塞分液漏斗,此事不了了之。

其八,有机相合并后用饱和食盐水(brine)洗涤,可以把残留在有机相中的水洗掉。个人认为,在很多易乳化、难分液的萃取体系中,可以直接选用brine作为水相。

其九,如果体系内确实有大量不溶絮状物,应先抽滤除之再分液。建议垫硅藻土(很蓬松,多加几勺用PE浸润,空心塞压实,抽滤后再压实,可用)抽滤。例如50 mmol的mCPBA氧化,先淬灭过氧化物、抽滤除去固体再萃取分液;10 mmol DMP氧化,用饱和碳酸氢钠溶液淬灭后生成大量固体,理论上如果新购DMP+反应规模小,白色固体可溶于DCM,但此时我选择抽滤除掉。

四、干燥

萃取分液后,有机相需要干燥。干燥剂选择无水硫酸镁和无水硫酸钠。无水硫酸镁是白色粉末,吸水能力强、速度快,吸水后结块易观察,对于残留水较多的情况也能应付,但坏处是可能吸附产物。无水硫酸钠是无色晶体,只能用于目视无水滴的有机相,而且吸水后结成一大块白色晶状固体,不好观察是否需要补加,优点是几乎不会吸附产物。我习惯使用无水硫酸镁。

注意,无论使用何种干燥剂,先加少量,充分震荡,如果发现部分结块,其它是自由颗粒,不需再加;如结成一块,再补加少许,充分震荡。以此类推。

去除两种干燥剂都可以用抽滤,但无水硫酸镁不可用过滤法(细小粉末堵塞棉花)。我从业生涯中,唯一需要过滤的场景就是除去无水硫酸钠。操作:普通(锥形)漏斗用铁圈固定,下口伸入圆底瓶(稳定且留有气体流动空间),漏斗颈部堵一块大小合适的棉花,既不紧到流不动,也不松到固体漏。倒入大多数液体,流尽后加入固体,DCM冲洗干燥用瓶再倒入漏斗,重复三次洗净干燥剂。如果液体过多,先旋蒸一部分再加入洗液继续旋,此时漏斗下端被干燥用瓶接着。

五、旋蒸的注意事项

旋蒸与减压蒸馏的原理类似。但是旋蒸是旋出的不要,要蒸馏物(釜残);减压蒸馏是剩下的东西不要,要馏分。旋蒸效率之所以比减压蒸馏高,是因为旋转形成大面积液膜且始终沸腾。也正因如此,旋蒸只能去除溶剂,不能蒸馏溶剂。重蒸石油醚,请老实选择80℃加热下的常压蒸馏。

其一,使用前注意冷凝是否正常,隔膜泵是否打开,防溅球是否干净。如有防溅球有物质飞溅,先问一下是谁的,无人回应可自行拆卸并在通风处内用溶剂清洗。另外,使用时留心物料是否飞溅,自行洗回。

其二,用夹子将防溅球的上下磨砂接口固定紧密。有些组从不夹夹子,那么更需要使用者观察沸腾稳定后再离开。否则可能会掉入水浴而萃锅。

其三,如无必要,不要调节转速,对旋蒸速度的提升有限且容易冲料。

其四,瓶中溶剂量控制在1/3~1/2左右,过多容易暴沸冲料。如果确实加多了,要么倒入新瓶子分开旋,要么小压力、低转速起步,等到溶剂减少至1/2再正常旋。

其五,水浴温度恒定在40℃,如涉及高沸点溶剂一般不超过45℃。水在40℃下可蒸出,但效率极低(氢键)。如隔膜泵/水泵性能一般,甲苯、氯苯和二氧六环等可能要升温至50℃,或加入乙酸乙酯将其“带出来”(共沸物)。有些课题组配有高性能隔膜泵,水温仅为35℃。事实上,与水温高相比,泵的真空度高更能有效提升旋蒸效果。

其六,隔膜泵真空度不能调太大,最好达到稳定地旋除溶剂而真空泵的储液球(保护隔膜而在泵上自带的冷凝)不至积攒过多液体的程度。

其七,干法上样时,旋蒸请塞棉花,以免硅胶冲入防溅球。旋完取下棉花并保证磨砂口清洁。

其八,如须使用14号口转接头,请轻拿轻放,注意用夹子固定。

其九,旋好后轻轻放气,避免瓶内有机物飞溅或棉球坠入瓶中沾染硅胶造成损失。如溶剂球中积存溶剂过多,请及时倒掉。如旋蒸涉及刺激性、有毒物质,应使用通风橱中的旋蒸。如果实验室没有为旋蒸专设通风橱,请确保通风并及时倾倒废液。

其十,如后续无人使用,请关闭水浴加热和隔膜泵,避免水挥发过快、机器过劳。

其十一,旋高沸点溶剂时总会有点残留,直接抽油泵又会飞溅。建议取下来后用洗耳球向瓶内吹气,促进溶剂迅速挥发,效果拔群。