本文来自Chem-Station日文版  もう別れよう：化合物を分離・精製する|第5回「有機合成実験テクニック」(リケラボコラボレーション)   webmaster

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

这次和理学系实验室网站的合作，我们会陆续推出十篇的“有机合成实验技巧”特集。

到这里为止，我们“有机合成实验技巧”系列已经陆续发表正好一半了，第五篇的题目是“别再互相纠缠了：化合物的分离与精制”，我们来给大家介绍有机化合物的分离与精制。

在有机合成化学实验中，哪些工作最耗时间呢?

有机合成化学实验包括设计反应，配制试剂，投料，停反应，反应跟踪，分离和精制目标化合物，检定产物等一连串的工作。乍一看或许你会觉得投料才是合成反应的重头戏。但是，如果最后要得到化合物，决速步（关键步骤）却是化合物的分离和精制。

因为有机合成反应最终是要以论文形式发表的，所以通常需要纯净化合物数据，比如分离率和各种光谱数据等。所以，我们有各种各样的精制方法来把目标化合物和其他化合物分离，去除杂质。

用化学工学的力量来分离，做大量反应，提高产率！一鼓作气提纯吧！

以上这些虽说也是解决办法，可是。。。我们在实验室，反应当量也就那么大，产率自然就提高不到哪去，也别给自己灌鸡汤，能做到的话最好。

这篇文章中我将把以下四种你也许已经忘记的方法介绍给大家。（由于排版限制，本文不涵盖全部例子）

即使同样的分离精制方法也是有学问的

使用不同的分离精制方法

分离过程中杂质竟然发生了反应变成了不一样的分子

杂质怎么也分离不出来 

即使同样的分离精制方法也是有学问的

实验室最常用的分离精制方法就是硅胶柱色谱分离法吧。有关硅胶柱色谱分离的基本操作可以参看以前的文章（文章：重新认识一下硅胶柱）

虽说用硅胶柱色谱分离也靠经验，有经验，技术好的人分离效果也好，但是除此之外还有一个很重要的因素就是硅胶颗粒的大小。

因为硅胶能吸附带有极性官能团的分子，然后再洗脱下来。所以硅胶和待分离物质的接触面积越大越好。也就是说硅胶颗粒越小，硅胶的总表面积就越大，更容易和待分离物质接触。自然分离也就越容易。当你怎么也分离不了的时候，不妨试试用硅胶颗粒小一点的硅胶。

来举个例子吧！待分离物是下面两种物质的混合物。使用硅胶颗粒直径为25μm的硅胶柱时，可以从图谱中清晰地看到两种物质的峰并没有分开，说明分离效果不理想。同样的测试方法，但用的是硅胶颗粒直径为15μm的硅胶柱，可以从图谱中看到两种物质的峰分开了，说明分离效果很好。

 小直径的硅胶颗粒有助于分离

接下来我们来谈谈分离时的速度问题。梯度洗脱的时候如果洗脱速度太慢就会导致扩散，所以要尽可能以较快的速度洗脱。

过柱子的时候还是以手动为多吧，但是最近有个仪器叫中压分离精制装置，内置有支持高速的一次性柱子，柱子内有小直径的硅胶颗粒，不怎么需要人工动手就能分离纯化化合物。

同样也有使用硅胶薄层色谱PTLC来分离和精制化合物。如果已经做了UV，也还是要用TLC再确认下化合物分离的干不干净。我最喜欢的时刻就是从薄层硅胶板上把目标化合物的样点提取出来，然后洗脱得到纯净的化合物。

化合物难以分离的时候，推荐把分析用的TLC硅胶板切成一半做成“迷你板”来做层析。这样的“半块”能够分离精制10mg左右的化合物，如果连这样的层析板也无法分离，那估计TLC也无能为力了。并且，由于溶剂的展开速度很快，因此通过降低展开溶媒的极性，反复多次展开和干燥，目标化合物和副产物以及杂质会进一步分离。一般来说，只要层析板的硅胶可以应用于其他极性化合物，那么99%的化合物都可以用这个方法分离。

使用不同的分离精制方法

 粗产物的精制=用色谱法精制

上面这个说法并不准确。精制的时候，硅胶是有用的但不是万能的。举例来说如果是挥发性强的化合物，那就可以采用先减压浓缩，再水相萃取洗涤的方式，如果是固体化合物的话就可以直接试试重结晶，这虽然是学生实验用的老方法，但在这种情况下却格外有效。所以要根据目标化合物的特性来选择分离精制的方法。

顺便说一句，在分离精制的老方法中，我最喜欢的情况就是杂质和目标产物中有一个是不溶物的时候。如果目的化合物是固体且难溶于溶剂，那么加入溶剂溶解粗产物，目标化合物就会沉淀，过滤后只要将不溶物洗干净就得到了目标化合物。还有另一种情况是目标产物溶于溶剂，那么过滤后将溶液减压浓缩后就得到了目标产物。这种分离方式也可以处理大量粗产物。但话说回来要想得到100%的纯产物，用这种方法很难办到，所以这种分离精制方法只是初步手段。

当老方法不管用的时候，就轮到GPC(凝胶渗透色谱)登场了。这也是学生实验中常用的方法，利用分子的大小来帮助分离精制化合物。

当然小分子分离也有相应的方法，遇到难分离的化合物时，用循环HPLC，它能分离一些单靠硅胶柱很难分离的化合物那你或许会问了，按照分子的大小来分离，如果待分离物质是由分子量相近的几种不同分子组成的呢？分离相近分子量的异种分子也有相应的分离方法。

我们来看看具体是怎么分离的吧。如下图所示的两种分子，分别为饱和硫醚和不饱和硫醚，如果用硅胶色谱柱分离开十分困难。虽然可以用分离E/Z异构体的银离子色谱分离，但是我们用GPC套用HPLC柱进行循环之后也能顺利分开。

 用GPC分离

分离过程中杂质竟然发生了反应变成了不一样的分子

尝试了各种分离方法还是分离不开=狭义的分离

仔细想想你们很多时候当怎么也分离不出来的时候就会哀声叹气吧，但你们想过是不是自己的分离方法有局限性？你们分离除杂最终的目的是什么呢？是把目标产物干净的稳定的留到最后，那么，把不纯物质反应掉也是一种思路。如果你实在不清楚杂质和副产物的结构，保险起见还是加入和目标化合物不会发生反应（或者你认为不发生反应）的试剂。如果只能和目标化合物发生反应，那就会很容易将目标化合物分离出来。

肯定有人会想：这完全就是撞大运吧。但从我个人十分喜欢这种方法。我经常通过发生化学反应来提纯某些化合物，有过很多成功的经验，有的时候就算没有设计到也发生了反应，有时候会得到意想不到的化合物，可以让你获得一些新化合物，或是给新发应发现提供灵感也说不定呢。

我们来看看具体的例子吧。

杂质里有α,β-不饱和化合物：如果就加入了过量的二甲基胺就会和α,β-不饱和化合物发生迈克尔加成反应。极性发生了改变就可以较为容易地分离出来。

杂质只有酮：酮羰基会和NaBH₄和TMCSN发生反应，酮被还原。极性发生了改变就可以较为容易地分离出来。

杂质只有仲胺：仲胺会和(Boc)₂O发生反应。极性发生了改变就可以较为容易地分离出来。

 通过反应来分离化合物实例

以前的文章里还有关于怎么提纯醛或是通过反应来去除醛杂质的。（文章：怎么通过萃取分离乙醛杂质）

一开始就不要让杂质或副产物产生

不要加一些不熟悉的反应试剂，不产生副产物就好了。

这恐怕是每个做新反应开发的研究人员梦寐以求的吧。把反应试剂都减少到催化量，使得一些不必要的副产物尽量不产生就好了。说来容易做起来难，但如果真的可以的话效率就更高了，新反应也就是这样一个个被开发出来的吧。

比如，我们熟悉Wittig反应。最终会有三苯磷酸盐副产物。要想除掉要费好大一番力气。反应结束后你不仅会得到产物还有和产物几乎等量的杂质。因此有许多文献尝试将三苯磷酸盐降低到催化剂量。详情请看以下的文献。

Lao, Z.; Toy, P. H. Catalytic Wittig and Aza-Wittig Reactions. Beilstein J. Org. Chem. 2016, 12, 2577–2587. DOI: 10.3762/bjoc.12.253

Longwitz, L.; Werner, T. Recent Advances in Catalytic Wittig-Type Reactions Based on P(III)/P(v) Redox Cycling. Pure Appl. Chem. 2019,  91,  95–102. DOI: 10.1515/pac-2018-0920

不仅如此，近年来有报道加入氯化锌来去除杂质（三苯磷酸盐）的方法，此方法还可以用于实践。在加入了生成物和三苯磷酸盐的溶液中，加入乙醇和氯化锌，氯化锌和三苯磷酸盐发生反应，反应产物以固体形式析出之后过滤即可。

 来自参考文献

Batesky, D. C.; Goldfogel, M. J.; Weix, D. J. Removal of Triphenylphosphine Oxide by Precipitation with Zinc Chloride in Polar Solvents. J. Org. Chem. 2017, 82, 9931–9936. DOI：10.1021/acs.joc.7b00459

同样，对于Mitsunobu反应我们同样也需要考虑生成量非常大的副产物。除了生成上述的三苯磷酸盐之外，还产生了偶氮羧酸二乙酯(DEAD)的还原体。虽然这是个好反应，但是产物分离提纯着实让人头疼。研究人员也一直尝试减少这两种催化剂用量，不过最近，有发表了产率不错的催化反应。两种试剂的用量都做了相应的减少。详情请见下面的论文。

来自参考文献

Beddoe, R. H.; Andrews, K. G.; Magné, V.; Cuthbertson, J. D.; Saska, J.; Shannon-Little, A. L.; Shanahan, S. E.; Sneddon, H. F.; Denton, R. M. Redox-Neutral Organocatalytic Mitsunobu Reactions. Science 2019, 365, 910–914. DOI: 10.1126/science.aax3353

总结

分离和精制是需要技巧的。但前提是你要清楚化合物的性质。可以说这是跟杂质说再见的最好“方法”。

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