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1、有机化学实验有机化学实验1化化 学学 化化 工工 学学 院院实实 验验 中中 心心说明：说明：1 1 每位老师和助教都要在课前来实验室作预实验每位老师和助教都要在课前来实验室作预实验,并作好实验记录并作好实验记录.2 2 严格规范学生实验操作。严格规范学生实验操作。3 3 实验报告参考附件实验报告参考附件 1 1有机化学实验有机化学实验实验 1 正溴丁烷1 1实验 2 薄层层析与柱层析3 3实验 3 环己烯的制备(折光率的测定)实验 4苯甲酸乙酯29292626实验 5 对甲苯乙酮的合成或对异丙基苯乙酮的合成2929实验 62-甲基-2-己醇2929实验 77，7 一二氯双环4.1.0庚烷(减
2、压蒸馏)38 38实验 8安息香的铺酶合成4848实验 9 肉桂酸的合成(水蒸汽蒸馏)5151实验 10 由苯胺合成对硝基苯胺的设计合成5757附件 1 实验报告模板 602实验实验 1 1 正溴丁烷正溴丁烷反应原理实验室中，制备一卤代烷的最简单的方法是通过氢卤酸与醇发生亲核取代反应来制备。HR-OH +HX R-X +H2O本实验利用正丁醇与氢溴酸作用生成正溴丁烷。主反应：NaBr+H2SO4 HBr+NaHSO41CH3CH2CH2CH2OH+HBrCH3CH2CH2CH2Br+H2O副反应：C4H9OH C4H8 +H2O2C4H9OH C4H9OC4H9 +H2OH2SO4H2SO4药
3、品正丁醇 3 毫升 0.033 摩尔溴化钠（无水）5.1 克 0.05 摩尔浓硫酸 5 毫升 0.094 摩尔水24.1 毫升碳酸钠、无水氯化钙。实验操作在圆底烧瓶中放入 4.1 毫升水和 5 毫升浓硫酸，混合均匀并冷至室温后，加入 3 毫升正丁醇，最后加入5.1 克溴化钠3和 2-3 粒沸石。装成带有气体吸收的回流装置（如图1-1）。加热回流半小时，稍冷后改回流装置为蒸馏装置。加热蒸馏至正溴丁烷全部蒸出4。将馏出液倒入分液滤斗中，把下层放入干燥的三角瓶中6，在水冷却下慢慢加入等体积的浓硫酸8，振匀后倒入干燥的分液漏斗中。仔细分出下层硫酸，分别用10%碳酸钠溶液、水洗涤有机层。把洗涤后的有机层
4、放于干燥三角瓶中，用1-2小块无水氯化钙干燥至澄清后蒸馏。收集98-102馏分。产量 2-2.5 克。1纯正溴丁烷为无色透明的液体。沸点 101.0，d204 1.276。附注(1)不用溴化钠和硫酸，而用含 48%溴化氢的氢溴酸也可，但产率低。若同时加入适量的浓硫酸作脱水剂，产率明显提高。(2)加入量由计算而得。一般反应产生的溴化氢与水的重量比为 1：1。水太多，氢溴酸的浓度低，产率明显降低，水太少，则产生的溴化氢易挥发，即浪费原料又污染环境。(3)如果是含结晶水的溴化钠，可按计算增加结晶溴化钠的用量，并相应地减少加入的水量。溴化钠可不必研的很细，因反应不需要溴化氢一下子产生，稍大块的溴化钠可
5、逐步与酸作用，所产生的溴化氢可更有效地被利用。(4)正溴丁烷全部蒸馏出的标志为：馏出液由混浊变澄清；反应液上层消失并澄清。(5)分出的下层粗产物尽量不带水，并用干燥的三角瓶接收，以免下步用浓硫酸洗涤时因有水而发热至产品挥发。(6)浓硫酸洗掉产物中未作用的正丁醇和副产物正丁醚。思考题（1）正丁醇与溴化氢作用生成正溴丁烷和水的反应是可逆反应，可是本实验在反应前还要加入水，这是为什么？（2）从反应混合物中分离出粗产物正溴丁烷，为什么要用蒸馏的方法，而不直接用分液漏斗分离？（3）对粗产物的各步洗涤目的是什么？图 1.12实验实验 2 2 薄层层析与柱层析薄层层析与柱层析2.8.1薄层色谱薄层色-谱(t
6、hin layer chromatography)，常用 TLC 表示，是一种微量、快速和简便的色谱方法，可用于分离混合物和精制化合物。它展开时间短（几十分钟就可达到分离目的），分离效果高（可达到 3004 000 块理论塔板数），需要样品少(几到几十微克甚至 o01 -g)。如果将吸附层加厚，样品点成一条线时，又可用作制备色谱，分离多达 500 mg 的样品，用于精制样品。特别适用于挥发性较小或在较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物质。常用的薄层色谱有吸附色谱和分配色谱两类。一般能用硅胶或氧化铝薄层色谱分开的物质，也能用硅胶或氧化铝柱色谱分开；凡能用硅藻土和纤维素作支持剂的分配柱色谱能
7、分开的物质，也可分别用硅藻土和纤维素薄层色谱展开，因此薄层色谱常用作柱色谱的先导。薄层色谱是在干净的玻璃板(10 cm3 cm)上均匀地涂一层吸附剂或支持剂，待干燥、活化后将样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板一端约 1 cm 处的起点线上，晾干或吹干后置薄层板于盛有展开剂的展开槽内，浸入深度为 0.5cm。待展开剂前沿离顶端约 1 cm 附近时，将色谱板取出，干燥后喷以显色剂，或在紫外灯下显色。记录原点至主斑点中心及展开剂前沿的距离，计算 Rf值：Rf溶质的最高浓度中心至原点中心的距离溶剂前沿至原点中心的距离图 1.2 是二组分混合物展开后各组分的 Rf值。良好的分离，Rf，值应在 0.
8、150.75 之间，否则应更换展开剂重新展开。图 2.1 二组分混合物的 TLC31薄层色谱的吸附剂和支持剂最常用的薄层吸附色谱的吸附剂是氧化铝和硅胶，分配色谱的支持剂为硅藻土和纤维素。硅胶是无定形多孔性物质，略具酸性，适用于酸性物质的分离和分析。薄层色谱用的硅胶分为“硅胶 H”不含黏合剂，“硅胶 G”含煅石膏黏合剂，“硅胶 HF254”含荧光物质，可于波长254 nm 紫外光下观察荧光，“硅胶GF254”既含煅石膏又含荧光剂等类型。与硅胶相似，氧化铝也因含黏合剂或荧光剂而分为氧化铝 G、氧化铝 GF254及氧化铝 HF254。黏合剂除上述的煅石膏(2CaSO4H2O)外，还可用淀粉及羧甲基纤
9、维素钠(CMC)等。基中以羧甲基纤维素钠的效果较好，一般先将羧甲基纤维素钠放在少量水中浸泡，配成 0.5%1%溶液，经 3 号砂芯漏斗过滤即得可供使用的澄清溶液。通常将薄层板按加黏合剂和不加黏合剂分为两种，加黏合剂的薄层板称为硬板，不加黏合剂的称为软板。氧化铝的极性比硅胶大，比较适用于分离极性较小的化合物（烃、醚、醛、酮、卤代烃等），因为极性化合物被氧化铝较强烈地吸附，分离较差，Rf值较小；相反，硅胶适用于分离极性较大的化合物（羧酸、醇、胺等），而非极性化合物在硅胶板上吸附较弱，分离较差，Rf值较大。薄层板制备的好坏直接影响层析的效果，薄层应尽量均匀而且厚度(0.251mm)要一致，否则，在展
10、开时溶剂前沿不齐，层析结果也不易重复。2薄层板的制备薄层板分为“干板”与“湿板”。干板在涂层时不加水，一般用氧化铝做吸附剂时使用。这里主要介绍湿板，制法有以下两种：(1)平铺法用商品或自制的薄层涂布器（见图 2.2）进行制板，它适合于科研工作中数量较大要求较高的需要。如无涂布器，可将调好的吸附剂平铺在玻璃板上，也可得到厚度均匀的薄层板（如图 2.3）。适合于教学实验的是一种简易平铺法。取 3 9 硅胶 G 与 67 mL 0.5%1%的羧甲基纤维素钠的水溶液在烧杯中调成糊状物，铺在清洁干燥的载玻片上，用手轻轻在玻璃板上来回摇振，使表面均匀平滑，室温晾干后进行活化。3 9 硅胶大约可铺 7.5
11、cm2.5 cm 载玻片 56 块。4(2)浸渍法把两块干净玻璃片背靠背贴紧，浸入调制好的吸附剂中，取出后分开、晾干。3薄层板的活化把涂好的薄层板置于室温晾干后，放在烘箱内加热活化，活化条件根据需要而定。硅胶板一般在烘箱中渐渐升温，维持 105110活化 30 min。氧化铝板在 200烘 4h 可得活性级的薄层，150160烘 4h 可得活性级的薄层。薄层板的活性与含水量有关，其活性随含水量的增加而下降。氧化铝板活性的测定：将偶氮苯 30 mg，对甲氧基偶氮苯、苏丹黄、苏丹红和对氨基偶氮苯各 20 mg，溶于.50 mL 无水四氯化碳中，取0.02 mL 此溶液滴加于氧化铝薄层板上，用无水四
12、氯化碳展开，测定各染料的位置，算出 Rf 值，根据表 2.1 中所列的各染料的 Rf 值确定其活性。表 2.1 氧化铝活性与各偶氮的软料Rf值的关系活性级别偶氮染料偶氮苯对甲氧基偶氮苯苏丹黄黄丹红对氨基偶氮苯II0.590.160.010.000.00勃劳克曼活性级的 Rf值III0.740.490.250.100.035IV0.850.690.570.330.08V0.950.890.780.560.19硅胶板活性的测定：取对二甲氨基偶氮苯、靛酚蓝和苏丹红三种染料各 10mg，溶于1 mL 氯仿中，将此混合液点于薄层上，用正己烷一乙酸乙酯（体积比9:1）展开。若能将三种染料分开、，并且按 R
13、f值对二甲氨基偶氮苯靛酚蓝苏丹红，则与级氧化铝的活性相当。4点样通常将样品溶于低沸点溶剂（丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、乙醚和四氯化碳等），根据使用的固定相配成 0.5%5%浴液，用内径小于 1 mm 管口平整的毛细管点样。点样前，先用铅笔在薄层板上距一端 1cm 处轻轻划一横线作为起始线，然后用毛细管吸取样品，在起始线上小心点样，斑点直径一般不超过 2 mm，因溶液太稀，一次点样往往不够，如需重复点样，则应待前次点样的溶剂挥发后方可重点，以防样点过大，造成拖尾、扩散等现象，图 2.4 点板影响分离效果。若在同一板上点几个样，样点间距应为 11.5 cm。点样结束待样点干燥后，方可进行展开。点样要轻
14、，不可刺破薄层（见图 2.4）。样品的浓度对展开效果影响颇大，通常以 l%2%为宜，不同浓度在展开时，往往呈现不同的效果。低浓度时，样品所有部分以相同的速率扩散，样点与展开点彼此呈线性关系，即为圆形分布；高浓度时，由于扩散速率比低浓度快，往往出现拖尾现象，展开点为钟状，影响分离效果。在薄层色谱中，样品的用量对物质的分离效果有很大影响，所需样品的量与显色剂的灵敏度、吸附剂的种类、薄层厚度均有关系。样品太少时，斑点不清楚，难以观察，但是样品量太多时往往出现斑点太大或拖尾现象，以致不容易分开。5展开(1)展开剂的选择选择合适的展开剂对薄层色谱至关重要。展开剂的选择主要根据样品的极性、溶解度和吸附剂的
15、活性等因素来考虑。溶剂的极性越大，对化合物的展开能力越强。表 2.2 给出了常见溶剂在硅胶板上的极性和展开能力。单一的展开剂效果不好时，可选择混合展开剂。6表 2.2TLC 常用的展开剂溶剂名称烷烃（已烷、环已烷、石油醚），甲苯，二氯乙烷，乙醚，氯仿，乙酸乙酯，异丙醇，丙酮，乙醇，甲醇，乙腈，水极性及展开能力增加 对于烃类化合物，一般采用非极性或极性较小的己烷、石油醚或甲苯作展开剂。如将己烷或石油醚与甲苯或乙醚以各种比例混合能配成中等极性的溶剂，可适用于许多含一般官能团的化合物的分离；对极性物质的分离常常采用极性较大的溶剂例如乙酸乙酯、丙酮或甲醇等。不同极性化合物的混合物选用不同极性的溶剂作展
16、开剂分离的效果见图 2.5。图 2.5假设的不同极性混合物的分离（在所有情况下，化合物 1 的极性大于化合物 2）展开剂的选择有时需经过反复试验，简易的试验方法是将涂有吸附剂的载玻片上每间隔 1 cm 点几个样品点，然后用吸有溶剂的毛细管轻轻接触一个样品点的中心，此时溶剂扩散成一个圆点，溶剂前沿用铅笔作一记号。再用不同溶剂试验其余各点。样品原点将扩展如图2.6 的同心环，从扩散的图像来确定适宜的溶剂作展开剂。在实际操作中，常用两种或三种溶剂的混合物作展开剂，这样的分离效果往往比用单一的溶剂好，因为这样更有利于细致地调配展开剂的极性。7图 2.6 选择展开剂的同心环方法(2)展开操作薄层色谱展开
17、在密闭器中进行。为使溶剂蒸气迅速达到平衡，可在层析缸内衬一滤纸，一般可按下列方式展开。单向展开：将点样后的层析板放入盛有展开剂的广口瓶中，广口瓶内衬一滤纸。展开剂浸入薄层的高度约为 0.5 cm。对无黏合剂的软板宜在层析缸内倾斜15。角见图 2.7(1)；含有黏合剂的层析板可以30。45。角或垂直方式放置见图 2.7(2)。图 2.7 展开示意图双向展开：使用方形或玻璃板铺制薄层，样品点在角上，先向一个方向展开。然后转动 90。角的位置，再换另一种展开剂展开（图 2.8）。这样，成分复杂的混合物可以得到较好的分离效果。6显色薄层展开后，如果样品本身是有色的可以直接观察到分离的过程。然而许多化合
18、物是无色的，这就存在一个显色问题，常用的显示方法有以下几种：(1)碘熏显色最常用的显色剂为碘，它与许多有机化合物形成褐色的配合物。方法是将几粒碘置于密闭的容器中，待容器充满碘的蒸气后，将展开后干燥的层析板放入，碘与展开后的8图 2.8 双向展开有机化合物可逆地结合，在几秒到几分钟内化合物的斑点位置呈褐色。但需注意有些化合物如酚类等与碘反应，则不能用此法显色。此外，当层析板上仍有溶剂时，由于碘蒸气亦能与溶剂结合，使层析板显淡棕色，有碍观察，故放入前需将层析板晾干。层析板取出后，碘升华逸出，故必须立即用铅笔标出化合物的位置。(2)紫外灯显色如果样品本身是发荧光性的物质，可以在紫外灯下，观察斑点所呈
19、现的荧光（见图 2.9）。对于不发荧光的样品，可用含有荧光剂（硫化锌镉、硅酸锌、荧光黄）的层析板在紫外灯下观察，展开后的有机化合物在亮的荧光背景下呈暗色斑点。图 2.9 紫外灯显色(3)喷显色剂非荧光性物质也可用喷雾器喷以适当的显色剂如浓硫酸、三氯化铁水溶液等显色剂，使样品斑点呈现颜色。喷雾时，为使薄层不受损失，显色剂雾滴要小，并且喷雾均匀。表 2.3 列出了几种类型化合物薄层色谱，表 2.4 列出了一些常用的显色剂及被检出的物质。9表 2.3几类化合物的薄层色谱类别吸附剂1）氯仿+515%甲醇氧化铝生物碱硅胶3）环乙烷：氯仿（3：7）+0.05%二乙胺氧化铝甾族类硅胶3）甲酸：乙酸：水（5：
20、5：1）氧化铝氨基酸硅胶2）甲醇：乙酸（97：3）1）甲苯酚类硅胶2）环已烷：氯仿：二乙胺（5：5：1）纤维素粉2）甲苯：醋酸：水（2：2：1 或 1：1：2）醛类硅胶1）甲苯：石油醚（1：1）2）甲苯+5%乙酸乙酯黄酮类及其单醣甙纤维素粉1）70%醋酸2）30%醋酸3）丁醇：醋酸：水（4：1：5）邻联茴香胺乙酸溶液1%三氯化铝的乙醇溶液1）丁醇：醋酸：水（4：1：5）（1：1）中甲基啶吡5%三氯化铁溶液溶于甲醇：水1）正丁醇+50%乙醇95mL 乙醇，再加入 5g4-乙基-2-溶于 0.7mL 氯仿中）水合茚三酮液（0.20.5mL）溶于2）氯仿：丙酮（9：1）2）三氯化锑-氯仿溶液（20m
21、L1）环已烷：乙酸乙酯（7：3）（1：1）溶剂中1）5%磷钼酸（溶于乙醇：乙醚2）甲苯+110%乙醇2）碘蒸气1）改良的碘化铋钾试剂展开剂显色剂*改良的碘化铋钾试剂的配制：（1）取次硝酸铋 0.1g，溶于冰醋酸 10mL 和蒸馏水 20mL 水。（2）取碘化钾 8g，溶于蒸馏水20mL 中。临用前，取（1）液 3mL，加冰醋醋 1.5mL 及蒸馏水 4mL，再加（2）液 0.5mL，混匀即成。10表 2.4 一些常用显色剂及被检出物质显色剂浓硫酸*90%的浓硫酸香兰素-浓硫酸1%香兰素的浓硫酸溶液四氯邻苯二甲酸酐2%四氯邻苯二甲酸酐溶液溶剂：丙酮：氯仿=10：1硝酸铈铵6%硝酸铈铵的 2mo1
22、/L 硝酸溶液铁氰化钾-三氯化铁1%铁氰化钾水溶液与2%的三氯化铁水溶液使用前等体积混合2，4-二硝基苯肼0.4%2，4-二硝基苯肼的 2mo1/L 盐酸溶液溴酚蓝0.05%溴酚蓝的乙醇溶液茚三酮0.3g 茚三酮溶于100mL 乙醇中氯化锑三氯化锑的氯仿饱和溶液1.5g二甲氨基苯胺溶于25mL甲醇、25mL二甲氨基苯胺水及 1mL 乙酸组成的混合溶液中检出过氧化物甾体、萜类、胡萝卜素等检出胺、氨基酸检出有机酸检出醛酮检出酚类检出醇类可检出芳香烃色剂冷时可检出萜类化合物，加热时为通用显斑点配制方法被检出物质通用试剂，大多数有机物在加热后显黑色*以 CMC 为黏合剂的硬板不宜用硫酸显色，因为硫酸也
23、会使CMC 炭化变黑，整板黑色而显不出斑点位置。117制备薄层色谱薄层色谱最广泛的应用是分析和鉴别，即确定混合物中组分的数目和本性，但也可以从混合物中分离和提纯化合物，后一过程称为制备薄层色谱。其原理同前者相似，二者的主要区别在于样品和吸附剂的用量。用于鉴别的 TLC 吸附剂的厚度约为 0.25 mm，而制备 TLC 则至少不低于 3 mm。一块制备 TLC 板(20cm20 cm)能够分离样品的量最大可达 200500 mg，而分析 TLC 仅为几毫克，因此，制备 TLC 通常用巴斯德滴管代替毛细管点样。色谱按常规方法展开后接着显色。最理想的显色方法是使用荧光指示剂，也可用碘或合适的显色剂显
24、色。当用碘显色时，通常是在薄板的一侧，以免污染板上其余的化合物。为此可以借助形状类似船的小容器，将少量碘的丙酮溶液(0.1%0.5%)置于其中，在通风橱中蒸发显色。碘船置于薄板一侧的底部(见图 2.10)，板上的褐色斑点指示被分离的化合物。图 2.10 制备薄层色谱薄板上的组分确定后，用刮刀将谱带刮下，将吸附剂和组分的混合物置于小烧杯或锥形瓶中，用合适的溶剂从吸附剂中萃取化合物。对大多数有机物而言，丙酮是良好的溶剂，它易溶解有机物，但不溶解被吸附的荧光指示剂。滤去吸附剂，必要时可用丙酮多次萃取，最后除去溶剂。用溶剂从固定相萃取化合物过程也称为洗脱。实验1邻硝基苯胺与间硝基苯胺的分离邻硝基苯胺与
25、间硝基苯胺由于二者极性不同，利用薄层色谱(TLC)可以将二12者分离(邻硝基苯胺由于形成分子内氢键，极性小于间硝基苯胺)。试剂1%邻硝基苯胺的丙酮溶液，1%对硝基苯胺的丙酮溶液，邻硝基苯胺的丙酮溶液和间硝基苯胺的丙酮溶液的混合液（体积比 4:1 的混合液），1%的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液，硅胶 G，体积比 5:1 的石油醚一乙酸乙酯.步骤(1)薄层板的制备取 7.52.5 cm 左右的载玻片 5 片，洗净晾干。在 50 mL 烧杯中，放置 3 9 硅胶 G，逐渐加入 0.5%羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液 8 mL，调成均匀的糊状，用滴管吸取此糊状物，涂于上述洁净的载玻片上，用手将带浆的
26、载玻片在玻璃板或水平的桌面上做上下轻微的颠动，并不时转动方向，制成薄厚均匀、表面光洁平整的薄层板1,涂好硅胶 G 的薄层板置于水平的玻璃板上，在室温放置 0.5 h 后，放入烘箱中，缓慢升温至110，恒温 0.5h，取出，稍冷后置于干燥器中备用。(2)点样取 2 块用上述方法制好的薄层板。分别在距一端 1 cm 处用铅笔轻轻划一横线作为起始线。取管口平整的毛细管插入样品溶液中，在一块板的起点上点 1%邻硝基苯胺的丙酮溶液和混合液2两个样点。在第二块板的起点线上点 1%对硝基苯胺的丙酮溶液和混合液两个样点，样点间相距 11.5 cm。如果样点的颜色较浅，可重复点样，重复点样前必须待前次样点干燥后
27、进行。样点直径不应超过 2 mm。(3)展开用体积比 5:1 的石油醚一乙酸乙酯为展开剂，待样点干燥后，小心放入已加入展开剂的 250 mL 广口瓶中进行展开。瓶的内壁贴一张高 5 cm，环绕周长约 4/5 的滤纸，下面浸入展开剂中，以使容器内被展开剂蒸气饱和。点样一端应浸入展开剂 0.5 cm。盖好瓶塞，观察展开剂前沿上升至离板的上端 1 cm 处取出，尽快用铅笔在展开剂上升的前沿处划一记号，晾干后观察分离的情况，比较二者Rf值的大小。注释131制板时要求薄层平滑均匀。为此，宜将吸附剂调得稍稀些，尤其是制硅胶板时，更是如此，否则吸附剂调得很稠，就很难做到均匀。另一个制板的方法是：在一块较大的
28、玻璃板上，放置两块 3 mm 厚的长条玻璃板，中间夹一块 2 mm厚的薄层用载玻片，倒上调好的吸附剂，用宽于载玻片的刀片或油灰刮刀顺一个方向刮去。倒料多少要合适，以便一次刮成。2点样用的毛细管必须专用，不得弄混。点样时，使毛细管液面刚好接触到薄层即可，切勿点样过重而使薄层破坏。思考题(1)完成下列填空，每个空选择下面列出的一个词汇，每个词汇只能使用一次。在色谱中，样品的分离是基于偶极和偶极之间的相互作用和。最普遍使用的相是和，后者比前者具有较高的。高极性的化合物可以用的溶剂和活性的吸附剂有效地加以分离。使相沿薄板流动的方法称为。溶剂移动的距离与样品移动距离的被用来计算 Rf值。通常样品的极性越
29、高，Rf值。和是常用的显色剂。TLC 常用来样品中的组分，而TLC 则用来样品中的组分。吸附，吸附性，氧化铝，分析，展开，极性，荧光剂，H 键，高，低，较低，分离，流动相，制备，硅胶，数目，分析，比例，固定相，纤维素，离子，偶极。(2)在一定的操作条件下为什么可利用 Rf值来鉴定化合物？(3)在混合物薄层色谱中，如何判定各组分在薄层上的位置？(4)展开剂的高度若超过了点样线，对薄层色谱有何影响？(5)在硅胶 G 板上用三种不同的混合溶剂进行生物碱的 TLC 分析。溶剂 1：氯仿丙酮二乙胺(5：4：1)；溶剂 2：氯仿二乙胺(9：1)；溶剂 3：环己烷氯仿二乙胺(5：4：1)。不同生物碱的 Rf
30、值如下表所示。如果你在刑警侦察实验室工作，针对下述三种情况，如何选择溶剂。(a)刑警收缴的样品包含在走私的药品中，怀疑其中含有吗啡、可卡因和乌14头碱？(b)可卡因和利血平的混合物？(c)一种含马钱子碱和利血平的毒品？生物碱吗啡奎宁可待因可卡因马钱子碱乌头碱利血平溶剂 10.100.190.380.730.530.680.72溶剂 20.080.260.530.900.760.900.80溶剂 30.000.070.160.650.280.350.20(6)用 TLC 分析跟踪不同时间化学反应(A+BC)的进程，反应混合物在 0 时间，15 min 和 30 min 时取样展开后的情况如下图所
31、示。纯样品 A 和 B(在相同条件下)的 Rf值分别为 0.2 和 0.8。(a)计算所有点的 Rf值。(b)鉴定每个点，并对 TLC 分析的结果加以解释。(c)在制备 C 时，哪种原料是限制试剂？并简述理由。2.8.2 柱色谱柱色谱法又称柱上层析法，简称柱层析。它是提纯少量物质的有效方法。常见的有吸附色谱、分配色谱和离子交换色谱。吸附色谱常用氧化铝和硅胶为吸附剂，填装在柱中的吸附剂将混合物中各组分先从溶液中吸附到其表面上，而后15用溶剂洗脱。溶剂流经吸附剂时发生无数次吸附和脱附的过程，由于各组分被吸附的程度不同，吸附强的组分移动得慢留在柱的上端，吸附弱的组分移动得快在柱的下端，从而达到分离的
32、目的。分配色谱与液一液连续萃取法相似，它是利用混合物中各组分在两种互不相溶的液相间的分配系数不同而进行分离，常以硅胶、硅藻土和纤维素作为载体，以吸附的液体作为固定相。离子交换色谱是基于溶液中的离子与离子交换树脂表面的离子之间的相互作用，使有机酸、碱或盐类得到分离。1吸附剂常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、氧化镁、碳酸钙和活性炭等。吸附剂一般要经过纯化和活性处理，颗粒大小应当均匀。对吸附剂来说粒子小、表面积大，吸附能力就高，但是颗粒小时，溶剂的流速就太慢，因此应根据实际分离需要而定。通常使用的吸附剂颗粒大小以 100150 目为宜。供柱色谱使用的氧化铝有酸性、中性和碱性 3 种。酸性氧化铝是用 1%盐
33、酸浸泡后，用蒸馏水洗至氧化铝的悬浮液 pH 为 4，适用于分离有机酸类化合物；中性氧化铝pH 约为 7.5，适用于醛、酮、醌及酯类化合物的分离；碱性氧化铝pH 约为 10，适用于胺、生物碱类碱性化合物及烃类化合物的分离。吸附剂的活性取决于含水量的多少，最活泼的吸附剂含最少量的水。氧化铝的活性分为 IV 五级，工级的吸附作用太强，分离速度太慢，V 级的吸附作用太弱，分离效果不好。所以一般常采用或级。多数吸附剂都容易吸水，使其活性降低，在使用时一般需经加热活化。吸附剂的活性与含水量的关系，见表2.5。表 2.5 吸附剂活性和含水量的关系活性等级氧化铝加水量/%硅胶加水量/%I00II35III61
34、5IV1025V15382溶质的结构与吸附能力的关系化合物的吸附性与它们的极性成正比，化合物分子中含有极性较大的基团时，吸附性也较强，氧化铝对各种化合物的吸附性按以下次序递减：酸和碱醇、胺、硫醇酯、醛、酮芳香族化合物卤代物、醚-烯饱和烃非极性物质与吸附剂之间的作用主要依靠诱导力，作用力较弱。极性物质16与氧化铝作用类型有偶极一偶极作用、氢键配位作用及盐的形成等几种。作用力的强度按下列次序递降：盐的形成配位作用氢键作用力偶极一偶极作用诱导力3.溶解样品溶剂的选择样品溶剂的选择也是重要的一环，通常根据被分离化合物中各种成分的极性、溶解度和吸附剂活性等来考虑：溶剂要求较纯，否则会影响样品的吸附和洗脱
35、。溶剂和氧化铝不能起化学反应。溶剂的极性应比样品极性小一些，否则样品不易被氧化铝吸附。样品在溶剂中的溶解度不能太大，否则影响吸附；也不能太小，如太小，溶液的体积增加，易使色谱分散。常用的溶剂有石油醚、甲苯、乙醇、乙醚、氯仿等，沸点不宜过高，一般在 4080之间。有时也可用混合溶剂。如有的成分含有较多的极性基团，在极性较小的溶剂中溶解度太小时，可先选用极性较大的氯仿溶解，而后加入一定量的甲苯，这样既降低了溶液的极性，又减少了溶液的体积。4洗脱剂样品吸附在氧化铝柱上后，用合适的溶剂进行洗脱，这种溶剂称为洗脱剂。洗脱剂的选择通常是先用薄层色谱法进行探索，这样只需花较少的时间就能完成对溶剂的选择试验，
36、然后将薄层色谱法找到的最佳溶剂或混合溶剂用于柱色谱。层析的展开首先使用非极性溶剂，用来洗脱出极性较小的组分。然后用极性稍大的溶剂将极性较大的化合物洗脱下来。通常使用混合溶剂，在非极性溶剂中加入不同比例的极性溶剂，这样使极性不会剧烈增加，防止柱上“色带”很快洗脱下来。常用溶剂和混合溶剂的洗脱力见表 2.6。表 2.6 溶剂、混合溶剂的极性和洗脱力石油醚（已烷，戊烷）环已烷甲苯二氯甲烷氯仿环已烷-乙酸乙酯（8：20）二氯甲烷-乙醚（80：20）二氯甲烷-乙醚（60：40）环已烷-乙酸乙酯（20：80）乙醚极性和洗脱17乙醚-甲醇（99：1）乙酸乙酯丙酮正丙醇乙醇甲醇水乙酸力增加影响柱色谱分离的因素
37、包括：吸附剂；溶剂的极性；相对于需待分离的物料量的柱子尺寸（长度和直径）；洗脱的速率。借助于仔细选择各种条件，几乎任何混合物均可被分离，甚至可以用光学活性的固定相来分离对映异构体。5柱色谱装置色谱柱装置是一根带有下旋塞或无下旋塞的玻璃管，如图 2.8.11 所示。一般来说，吸附剂的质量应是待分离物质质量的 2530 倍，所用柱的高度和直径比应为 8:1。表 2.7 给出了样品质量、吸附剂质量、柱高和直径之间的关系，实验者可根据实际情况参照选择。微量和半微量柱色谱装置见图 2.122.11 柱色谱装置表 2.7样品和吸附剂质量与色谱柱高和直径的关系样品质量/g0.01吸附剂质量/g0.3色谱柱直
38、径/cm3.5色谱柱高度/cm30180.101.0010.003.030.0300.07.516.035.0601302806操作方法(l)装柱装柱是柱色谱中最关键的操作，装柱的好坏直接影响分离效果。装柱前应先将色谱柱洗干净，进行干燥，垂直固定在铁架上。在柱底铺一小块脱脂棉，再铺约 0.5 cm 厚的石英砂，然后进行装柱。装柱分为湿法装柱和干法装柱两种，下面分别加以介绍。湿法装柱将吸附剂（氧化铝或硅胶）用洗脱剂中极性最低的洗脱剂调成糊状，在柱内先加入约 3/4 柱高的洗脱剂，再将调好的吸附剂边敲打边倒入柱中，同时，打开下旋塞，在色谱柱下面放一个干净并且干燥的锥形瓶，接收洗脱剂。当装入的吸附剂
39、有一定高度时，洗脱剂下流速度变慢，待所用吸附剂全部装完后，用流下来的洗脱剂转移残留的吸附剂，并将柱内壁残留的吸附剂淋洗下来。在此过程中，应不断敲打色谱柱，以使色谱柱填充均匀并没有气泡。柱子填充完后，在吸附剂上端覆盖一层约 0.5 cm 厚的石英砂。覆盖石英砂的目的是使样品均匀地流入吸附剂表面；并当加入洗脱剂时，防止吸附剂表面被破坏。在整个装柱过程中，柱内洗脱剂的高度始终不能低于吸附剂最上端，否则柱内会出现裂痕和气泡。干法装柱在色谱柱上端放一个干燥的漏斗，将吸附剂倒入漏斗中，使其成为细流连续不断地装入柱中，并轻轻敲打色谱柱柱身，使其填充均匀，再加入洗脱剂湿润。也可以先加入 34 的洗脱剂，然后再
40、倒入干的吸附剂。因为硅胶和氧化铝的溶剂化作用易使柱内形成缝隙，所以这两种吸附剂不宜使用干法装柱。装柱时表面不平整或柱子未被夹持在两个平面中完全垂直的位置，会造成谱带重叠。第二条谱带最前面的边缘在第一条谱带洗脱完毕之前就开始洗脱出来了（见图 2.13）。吸附剂表面或内部不均匀，有气泡或裂缝，会使谱带前沿的一部分从谱带主体部分中向前伸出，形成沟流(见图 2.14)。19图 2.12 微量及半微量色谱装置图 2.13 水平的和非水平的谱带前沿的对比(2)展开及洗脱当溶剂下降到吸附剂表面时，立即开始使用色谱柱。把样品溶解在最少量体积的溶剂中，该溶剂一般是展开色谱的第一个洗脱剂。用滴管把样品溶液转移到色
41、谱柱中，并用少量溶剂分几次洗涤柱壁上所沾试液，直至无色。注意不要让溶剂将吸附剂冲松浮起。样品加完后，打开下旋塞，使样品进入石英砂层后，再加入洗脱剂进行洗脱。样品中各组分在吸附剂上经过吸附、溶解、再吸附、再溶解按极性大小有规律地自上而下移动而相互分离。色谱带的展开过程也就是样品的分离过程。在此过程中应注意：洗脱剂应连续平稳地加入，不能中断。样品量少时，可用滴管加入。样品量大时，用滴液漏斗作储存洗脱剂的容器，控制好滴加速度，可得到更好的效果。在洗脱过程中，应先使用极性最小的洗脱剂淋洗，然后逐渐加大洗脱剂的极性，使洗脱剂的极性在柱中形成梯度，以形成不同的色带环。也可以分步进行淋洗，即将极性小的组分分
42、离出来后，再改变洗脱剂的极性分出极性较大的组分。图 2.14 表面不平整（1）或空气泡（2）造成的沟液20在洗脱过程中，样品在柱内的下移速度不能太快，但是也不能太慢（甚至过夜），因为吸附表面活性较大，时间太长会造成某些成分被破坏，使色谱扩散，影响分离效果。通常流出速度为每分钟 510 滴，若洗脱剂下移速度太慢，可适当加压或用水泵减压。当色谱带出现拖尾时，可适当提高洗脱剂极性。(3)层析柱的检测在分离有色物质时，可以直接观察到分离后的“色带”，然后用洗脱剂将分离后的“色带”依次自柱中洗脱出来，分别收集在不同容器中，或者将柱吸干，挤压出柱内固体，按“色带”分割开，再用适宜溶剂将溶质萃取出来。然而大
43、多数有机化合物是无色的，因此最常用的方法是收集一系列固定体积的馏分，用薄层层析法进行检测，确定哪些馏分中的化合物是相同的，然后把它们合并。另一检测方法是将无机磷光体混合于吸附剂中，经此法处理过的吸附剂填充柱在紫外光照射下会发射荧光。当有溶质存在时，荧光消失，并出现暗带，从而可观察到分离后各“色带”的位置。在研究工作中，重力柱色谱已大量被加压柱色谱所代替。由于使用的吸附剂更细（2324 m，230240目），加压柱色谱不仅省时，且更有效。从开始到完成洗脱，通常约需 15 min。小直径吸附剂固定相每英寸(6.5cm2)约需 10 kg 压力，为此，需要特殊的装置（图 2.15），用压缩空气或氮气
44、作为施压气体。7微量柱色谱微量柱色谱(图 2.16)可分离 1030 mg 的样品，常用来除去产物中的杂质。微量柱色谱通常用硅胶作吸附剂（用量约 3 9），用尺寸合适体积较大的滴管作色谱柱，用薄层色谱作为先导选择合适的洗脱剂。将硅胶与极性最小的洗脱剂调成糊状，用滴管转移至色谱柱中至号高图 2.15度(见图 2.16)。基本操作与常量色谱法相同。212.16 微量柱色谱实验1荧光黄和碱性湖蓝 BB 的分离(本次实验选用)荧光黄为橙红色，商品一般是二钠盐，稀的水溶液带有荧光黄色。碱性湖蓝 BB 又称为亚甲基蓝，深绿色的有铜光的结晶，其稀的水溶液为蓝色，其结构式如下：试剂中性氧化铝（100200 目
45、），1 mL 溶有 1 mg 荧光黄和 1 mg 碱性湖蓝 BB的 95%乙醇溶液。步骤装置见图 2.8.11。22取 15 cm1.5 cm 色谱柱一根或用 25 mL 酸式滴定管一支作色谱柱1，垂直装置，以 25 mL 锥形瓶作洗脱液的接收器。用镊子取少许脱脂棉（或玻璃棉）放于干净的色谱柱底部，轻轻塞紧，再在脱脂棉上盖一层厚 0.5 cm 的石英砂（或用一张比柱内径略小的滤纸代替），关闭旋塞，向柱中倒入95%乙醇至约为柱高的 3/4 处，打开旋塞，控制流出速度为1 滴s。通过一干燥的玻璃漏斗慢慢加入色谱用中性氧化铝，或将 95%乙醇与中性氧化铝先调成糊状，再徐徐倒入柱中。用木棒或带橡胶塞的
46、玻璃棒轻轻敲打柱身下部，使填装紧密2，当装柱至3/4 时，再在上面加一层0.5 cm 厚的石英砂3。操作时一直保持上述流速，注意不能使液面低于砂子的上层4。当溶剂液面刚好流至石英砂面时，立即沿柱壁加入 1 mL已配好的含有 1 mg荧光黄与 1 mg 碱性湖蓝 BB 的 95%的乙醇溶液5，当此溶液流至接近石英砂面时，立即用 0.5 mL 95%乙醇溶液洗下管壁的有色物质，如此连续 23 次，直至洗净为止。然后在色谱柱上装置滴液漏斗6，用95%乙醇作洗脱剂进行洗脱，控制流出速度如前7。蓝色的碱性湖蓝 BB 因极性小，首先向柱下移动，极性较大的荧光黄则留在柱的上端。当蓝色的色带快洗出时，更换另一
47、接收器，继续洗脱，至滴出液近无色为止，再换一接收器。改用水作洗脱剂至黄绿色的荧光黄开始滴出，用另一接收器收集至绿色全部洗出为止，分别得到两种染料的溶液。2邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离邻硝基苯胺由于形成分子内氢键，极性小于对硝基苯胺，对硝基苯胺可与吸附剂形成氢键，利用柱色谱可将二者分离。试剂中性氧化铝，3 mL 邻硝基苯胺和对硝基苯胺的甲苯溶液8，甲苯步骤用 25 mL 酸式滴定管一支作为色谱柱。用中性氧化铝和适量的无水甲苯按照上述方法制备色谱柱。当甲苯的液面恰好降至氧化铝上端的表面上时，立即用滴管沿柱壁加入 3nL 邻硝基苯胺和对硝基甲苯胺混合液。当溶液液面降至氧化铝上端表面时，用滴管滴入甲苯
48、洗去黏附在柱壁上的混合物，然后在色谱柱上装置滴液漏斗，用甲23苯淋洗，控制滴加速度如前，直至观察到色层带的形成相分离。当黄色邻硝基苯胺色层带到达柱底时，立即更换另一接收器，收集全部此色层带。然后改用甲苯一乙醚（体积比 1：1）为洗脱剂，并收集淡黄色对硝基苯胺色层带。将收集的邻硝基苯胺的甲苯溶液和对硝基甲苯胺的苯一乙醚溶液分别用水泵减压蒸去溶剂，冷却结晶，干燥后测定熔点。邻硝基苯胺的熔点为 7171.5；对硝基苯胺的熔点为 147148。本实验约需 56 h。注释1色谱柱的大小，取决于被分离物的量和吸附性。一般的规格是：柱的直径为其长度的 110 至 1/4，实验室中常用的色谱柱，其直径在 0.
49、5 cm 至 10 cm之间。当吸附物的色层带占吸附剂高度的 11101/4 时，此色谱柱已经可作色谱分离了。色谱柱或酸滴定管的活塞不宜涂润滑脂，以避洗脱时混入样品中。2色谱柱填装紧密与否，对分离效果很有影响。若柱中留有气泡或各部分松紧不匀（更不能有断层或暗沟）时，会影响渗滤速度和显色的均匀。但如果填装时过分敲击，又会因太紧密而流速太慢。3加入细砂的目的是，在加料时不致把吸附剂冲起，影响分离效果。若无细砂也可用玻璃棉或剪成比柱子内径略小的滤纸压在吸附剂上面。4为了保持色谱柱的均一性，使整个吸附剂浸泡在溶剂或溶液中是必要的。否则当柱中溶剂或溶液流干时，就会使柱身干裂，影响渗滤和显色的均一性。5最
50、好用移液管或滴管将分离溶液转移至柱中。6如不装置滴液漏斗，也可用每次倒入 10 mL 洗脱剂的方法进行洗脱。7若流速太慢，可将接收器改成小吸滤瓶，安装合适的塞子，接上水泵，用水泵减压保持适当的流速。也可在柱子上端安一导气管，后者与气袋或双链球相连，中间加一螺旋夹。利用气袋或双链球的气压对柱子施加压力。用螺旋夹调节气流的大小，这样可加快洗脱的速度。8此溶液由0.55 9对硝基苯胺和0.7 9邻硝基苯胺溶于100 mL甲苯中配成。思考题(1)柱色谱中为什么极性大的组分要用极性较大的溶剂洗脱？(2)柱中若留有空气或填装不匀，对分离效果有何影响？如何避免？(3)为什么滴定管旋塞不涂油脂更适合于柱色谱层