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硅胶-你不知道的秘密

作为每天以硅胶柱为伴的从事有机化学这行的我们,可以说硅胶比女朋友都亲啊~

不过下面小编介绍的一些关于硅胶柱的小知识或许知道的人可能不多哦。

 

“GEL”代表的是什么?

硅胶的英文叫silica-gel, 英文发音是silikaʒεl,而小编刚来日本的时候,日本学生经常的发音是silikagεl,我这个汗啊,最终终于知道说的是硅胶,岛国发音你懂的,我就不在这里吐槽了。

为什么在这里silica要加上gel呢?silica是二氧化硅化合物的总称,而由SiO2构成的化合物有 ①結晶型化合物[石英・方石英石等]、 ②非结晶型化合物[硅胶・硅藻土等]。我们常用的硅胶是分散在水中的二氧化硅通过蒸发,由于内部的溶剂被蒸发掉后,形成了拥有空隙的网状结构的干凝胶。

 

硅胶的致癌性

可能大家听说硅胶跟石棉一样,是石头的粉,有致癌性所以千万别吸入身体!小编也一直相信了好多年,而这其实是假消息。其实与石棉一样具有致癌性的是「結晶性的氧化硅」而非晶型的硅胶应该是没有致癌性的

 

日本中毒情报中心:②非结晶性氧化硅化合物由于不会被人体吸收,所以没有毒性。大鼠经口LD50 > 5,000 mg/kg

IARC(国际癌症研究机关) :結晶型氧化硅化合物对应Groupe1 「对人显示出一定致癌性」、非结晶型化合物对应Groupe3 「无法确定是否可以归类于致癌性」(注:「无致癌性」由于无法确证 因此用「无法归类」描述)

但是、长期大量吸入的话,会引起尘肺(由于长期粉尘吸入,在肺部堆积对肺引起的进行性・不可逆病变)。因此在取用硅胶的时候一定要带好口罩!

硅胶溶于甲醇?

我们发现过柱子的时候,如果使用甲醇的量增加的话会出现很多白色粉末。可能有些人认为这是硅胶溶解了,小编有段时间也是这么认为的。不过,在询问了硅胶公司后,得到的答案是「硅胶不溶于甲醇!

那那个出现的白色粉末是什么?

要明白这个东西,首先得知道硅胶的制备方法。硅胶首先,需要苏打硅酸盐等硅酸碱盐通过酸水解,使得硅酸末端变成Si(OH)2的形式。然后用水洗除去酸。得到的氧化硅水溶胶再通过高温干燥得到干凝胶,也就是我们平时用的硅胶。

在甲醇中溶出的是碳酸钙等矿物成分。由于硅胶制备中需要用到大量的水,而质量一般的硅胶都是使用的硬水,硬水中含有很多矿物质,在水被蒸发掉后,这些矿物质还是保留在硅胶中。因此在使用甲醇作为洗脱剂时候,这些矿物质一部分被溶解,在甲醇挥发的过程中又析出。因此甲醇的含量的极限一般在30%,超过这个值得话,出现溶出白色粉末的可能性就很高。

而有的实验室使用的硅胶在制备过程中使用的软水,那么矿物成分含量就比较少,因此即使用100%的甲醇洗脱的话也不会有析出白色粉末的现象。所以这一点大家可以用来检验下实验室用的硅胶的好坏了。

 

 硅胶的酸性

可能大家在进实验室的时候会听到「硅胶的酸性促进了反应的进行!」 「化合物在柱子上挂掉了!」这样的声音。但是硅胶不溶解啊,真有那种程度的酸性可以影响到反应么!?。这个。。由于实验事实在此,小编也不好多说… 但是由于大家用的硅胶出于不同的公司,所以感觉有点捉摸不清啊。

可能这只能归因于硅胶的制造手法了。硅酸末端的Si=O用酸处理转化成Si(OH)2与水解的过程中,使用了大量的无机酸。虽然最后通过水洗除去了大量的酸,但是由于洗涤的方法每个公司不同,所以残留的酸的多少也各异,因此有时候硅胶是略带酸性的。

最近有一种中性硅胶,这种硅胶是在水洗时候非常严格的调整了pH,保证了最后的产品硅胶是中性。

 

 硅胶的种类

由于市售的硅胶有很多不同的性质,小编在这里大概粗分了一下。希望各位读者在过柱子时候分不纯的情况下可以作为参考。

球状硅胶: 表面积大。容易均一充填,分离度高。scale-up的时候柱子比较稳定,分离重现性高。并且产品中微粉比较少因此柱子背压比较低。

表面处理硅胶:硅胶表面的硅烷醇被官能团修饰过的硅胶。

  1. NH、DNH  : 含有末端胺基,因此可以稳定吸附碱性物质,对此类物质分离度高。
  2. DIOL      :表面含有羟基,对碱性物质也具有良好的分离度。
  3. CO2H、SO3H : 含有酸性端基、可以稳定吸附酸性物质,对词类物质分离度高。
  4. C18, C8, C4  : 表面含有长链烷基,可以固定住脂溶性的物质。这也是我们常说的逆向硅胶柱,极性大的先跑出来,极性小的吸附在柱子上,洗脱一般是水/甲醇或者水/乙腈。

 

 

最后介绍一点实验的小技巧,监测反应的时候同时用两种TLC!!(这个前提是实验室够有钱,或者有必要的时候)

就举一个简单的例子,实用与否请各自评判。

含有胺基端基的碱性硅胶的特征 : 碱性物质可以与中性物质一样,被稳定吸着,而酸性物质基本无法跑板。比如crude中含有醛(有时候是酮)的话,会与这种硅胶形成亚胺,留在远点。而其他的中性物质,与跑普通硅胶板一样在展开到同一位置。由于显色试剂会参与反应,所以UV以外的话可能只能使用碘显色。

而如果实验中使用两种TLC监测的话,通过比较两块TLC,可以就能得到更多的信息,而追踪反应的能力可能也会有一定的提高。

 

结语

柱子虐我千百遍,我却待它如初恋。点好TLC,追踪好反应,那么实验就成功了一大半,而另一半就是过好柱子,得到产物。从此可见硅胶在有机化学反应中的重要地位,好好爱柱子,好好爱有机。

 

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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