化学工具锦囊

这些年不清不楚的色谱柱的小Tips

~某有机合成研究室,一位硕士师兄和刚进实验室助研的本科师妹对话的一个场景~

师兄: 。。。像这样萃取分液之后,收集有机相,然后用硫酸镁干燥。

师妹: 哦,师兄,那然后呢?

师兄: 然后把干燥剂过滤掉之后上旋蒸。

师妹: 就是为了蒸出溶剂吧?

师兄:对对,然后过柱子(指指实验台上还没清理的色谱柱)。

师妹: 哦,柱子?!师兄。。。那咋过“柱子”呢?

师兄:按照产物爬板子点的Rf值配制展开剂,装柱子。

师妹: 哦。。。

师兄: 尽量平稳上样,要平,粗产物上样后加入展开剂,用试管接取流出液。

师妹: 柱子选多粗的啊?试管接多少大概到多少支的时候产物就出来了啊?展开剂用多少,流速什么的?

师兄: 。。。这个。。哎呀,都是实战经验,教不了啊,你过几根就知道了嘛。

师妹: 哦哦,那,有没有和架反应时一样的参考文献啊?

师兄: 没有,咱们实验室就是这么过的。(有些不耐烦了)

师妹:哦,好,好,那我试试吧!(完全没有底气应着,郁闷的走开了)

这样的对话是不是挺熟悉啊?过柱子貌似是有机合成实验室中大家最常见却又最不想弄的实验操作之一吧,今天我们就来分享一下,上面对话中那些含糊不清,却有必要深究一下的,有关柱层析色谱分离(传说中的“过柱子”)的一些技巧吧!

 

柱层析色谱是什么?

文献中最早关于柱层析色谱的记载是1903年由Michael Michael Tswett 发现的,用碳酸钙作为固定相来分离植物色素。[1]

过了大半个世纪,直到1978年由 Clark Still发现的划时代的“Flash Chromatography”才被报道。[2]

自那以后,很多论文的实验部分就有关于柱色谱分离的详细讨论了。

 

硅胶柱层析色谱ー基本知识汇总

注:关于柱色谱的基本概念可以参考

1. 充填法: 湿法和干法

湿法・・・将硅胶和展开剂溶剂配成悬浊液(Slurry)装柱。
干法・・・在柱子中装入干硅胶填实,再加入展开剂流过浸润硅胶。

在柱子中装入硅胶固定相虽然有这两种不同的办法,但是只要手法得当,把硅胶填充实,两种装法的分离效果没有明显区别。

2.分离效果和流动向的极性

硅胶柱的分离效果与和他相同固定相的TLC一致,洗脱(展开)距离变长,分离效果(△Rf)变好。也就是说,固定相长度越长,分离效果越好。另外,流动相极性越小,产物流出的速度越慢。[2]

 

3. open column chromatography和Flash chromatography

open column也称常压柱,是通过重力使展开剂流出,Flash chromatography是由空气泵[3]将流动相加压流出。

 

4.经验?理论?

最开始过柱子的人,成败可能确实取决于个人运气和手法吧?个人觉得经验和理论都很有必要。

那么这里就给大家介绍一下Still的flash chromatography的要点吧。[2]

  1.  TLC上想要物质的点的Rf= 0.35~0.45的展开剂来洗脱效果最佳。
  2.  参照列表中,柱子的尺寸和所需的溶剂量。(ref: 2a, Table 1 )
  3.  固定相(Silica gel)的长度(高度)在15cm(或以下)的话可以用干法装柱,流动相全部加入,浸润硅胶,此过程反复1~2次。
  4.  粗产物用展开剂或者更小极性的溶剂溶解,打开柱子下方活塞,轻轻上样。
  5.  在不破坏硅胶表面平整的情况下,加入流动相,并用试管接取。
  6.  能接20根试管的话,可以用TLC检测6~20根试管里有没有所要物质,当然如果接到20根还有,只能继续直到没有物质流出。
  7.  把相同的产物合并,然后旋蒸除溶剂。

 

5.其他 ”主观”经验
  • Rf= 0.45时,8±2根试管附近;Rf= 0.35时,13±2根附近会开始有目标化合物的点。
  • △Rf= ~0.05时,固定相高是22cm左右,Rf= 0.3的话,25±2根就会有目标化合物点流出。
  • 原文中”5 cm / min” 程度的速度使流动相流动,速度提高分离效果也不会有太大变化。
  • Flash chromatography中加压后会导致柱子硅胶填充更紧实,流速变慢,尤其是湿法装柱,这一点要注意,所以必要的时候也可以用干法装柱。

*上述的文献中的表打印出来,贴到试验台附近做参考非常便利。(这么老的文献,小编贴上来有点没自信啊,不过大家可以根据自己经验修正)

Table

 

Aldrich 公司制的Flash Chromatography器具概要图

(*非常推荐有连接口的器具,加压时,一般的磨口固定不牢,在加压时容易溶剂喷出,较危险!)
鼓气泵3)和专用器具4)一起使用的话,熟练的人一个半小时左右就能过完一根柱子拿到目标产物,新手的话,也能用最少的溶剂,高效可重复的完成分离。当然,用一般的Open column或者双连球、鱼缸空气泵等也能分离。

实验记录中最好能记下色谱柱的外径(Φ)、流动相的组成・比例,分离时第多少根开始有目标产物流出,这些具体细节信息,这样的话以后放大实验时可以用来参考。

 

参考文献

  1. Sigma – Aldrich PDF資料:Flash Chromatography Method Development
  2. (a) ‘Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate resolution’  W. Clark StillMichael KahnAbhijit Mitra , J. Org. Chem.197843, 2923 doi:10.1021/jo00408a041(b) ‘Improvement in Flash Chromatography’ N. Yoshinori et al., Bull. Chem. Soc. Jpn.,1988,  61, 1815. doi:10.1246/bcsj.61.1815
  3. (a) Sigma – Aldrich Flash columns with ball joints  (b) Ace Glass FLASH CHROMATOGRAPHY COLUMN (c) Chemglass Flow control adapterReservoir,  Column

 

相关链接

 

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土生土长西安人,本+硕在陕师大,博士在日本冈山大学取得,博后在名古屋大学ITbM研究所伊丹研究室,有机化学研究生涯3+3+3,现职于西安交通大学理学院。擅长金属催化的偶联反应,博后期间开始合成糖化学,还有碳氢键活化研究。喜欢语言,旅游,网络,音乐,当然最最喜欢的还是化学。现为化学空间员工代表,小编兼美术。 自我描述:师范大学子弟,从小就在家门口上学,也没吃过什么苦,没想到学有机化学的这些年,高强度的实验把我锻炼成了不折不挠的女汉子。硕士毕业留学日本一待就快六年,坚持下来很佩服自己,而且也越来越喜欢有机化学了。 身为化学空间的员工代表,想把化学空间做成“化学人儿”的平台,也希望更多学化学,爱化学的人加入我们,用我们的力量让更多人能感受到化学的魅力。

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