薄層色譜在有機(jī)合成跟蹤反應(yīng)上的應(yīng)用

(1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生化工程學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.武漢市藥物增溶工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430075)

薄層色譜法是一種簡(jiǎn)便、快速、微量的色譜分析方法，以其取材簡(jiǎn)單、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于物質(zhì)鑒別、雜質(zhì)檢查或含量測(cè)定[1-2]。在有機(jī)合成研究中，薄層色譜是一種非常有用的跟蹤反應(yīng)的手段，被譽(yù)為有機(jī)合成的“眼睛”，可用于判定新物質(zhì)是否產(chǎn)生、測(cè)定原料的消耗情況、監(jiān)測(cè)反應(yīng)的進(jìn)行情況，同時(shí)還可以輔助柱色譜，用于摸索和確定柱層析時(shí)的洗脫條件[3]。

1 薄層色譜跟蹤反應(yīng)的理論基礎(chǔ)

薄層色譜吸附劑均勻固定在玻璃板上形成固定相，把欲分離的樣品點(diǎn)在薄層上，用適宜的溶劑作流動(dòng)相使被分離物質(zhì)展開(kāi)得以分離[4]。分離的前提是固定相和流動(dòng)相對(duì)被分離組分吸附和解吸附的能力存在差異，從而不同組分產(chǎn)生差速遷移。產(chǎn)生這種差異的基礎(chǔ)是被分離組分自身的極性存在差異。理論上講，只要板子足夠大、展層時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何極性不同的組分都可以被完全分開(kāi)。通常所用的固定相吸附劑為具有較強(qiáng)極性的硅膠，被分離組分的極性越大，吸附劑對(duì)其作用越強(qiáng)，展開(kāi)距離越短；被分離成分極性越弱，吸附劑對(duì)其作用越弱，展開(kāi)距離越大。然而要作為一種優(yōu)良的檢測(cè)手段，在給定大小的薄層板上，應(yīng)使絕大部分組分的比移值Rf(化合物距離基線(xiàn)的距離除以溶劑的前鋒距離基線(xiàn)的距離)在0.2～0.8之間并達(dá)到較好的分離[5]。這一點(diǎn)可以通過(guò)選擇極性適當(dāng)?shù)娜軇┳鳛榱鲃?dòng)相來(lái)實(shí)現(xiàn)。

被分離組分的極性取決于其母核結(jié)構(gòu)類(lèi)型及官能團(tuán)極性，在有機(jī)合成反應(yīng)中，產(chǎn)物、副產(chǎn)物以及原料的極性都會(huì)存在差異，可以用薄層色譜分離。用反應(yīng)液樣品與產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)品在薄層色譜上對(duì)比，即可以判定是否有產(chǎn)物形成；在反應(yīng)不同的時(shí)間點(diǎn)取樣，作系列對(duì)比，既可了解反應(yīng)進(jìn)行的狀況以便優(yōu)化工藝條件，也可以掌握原料消耗的情況從而判斷反應(yīng)終點(diǎn)。

2 薄層色譜跟蹤反應(yīng)的技術(shù)要點(diǎn)

2.1 硅膠板的選型

用于制作薄層的硅膠有多種，針對(duì)跟蹤反應(yīng)所選定的跟蹤指標(biāo)物質(zhì)的理化性質(zhì)及顯色方法要求，可以選定不同類(lèi)型的硅膠,常用型號(hào)硅膠對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 常用型號(hào)硅膠對(duì)比

對(duì)于有機(jī)合成中需要跟蹤的物質(zhì)，若有與其發(fā)生特征性顯色的專(zhuān)有顯色劑，可以選擇硅膠S或硅膠G制板；若沒(méi)有專(zhuān)有顯色劑，需要用濃硫酸碳化顯色，則可以選用硅膠G制板，不宜選用硅膠S；硅膠GF254添加有煅石膏和熒光劑，制成薄板后，在254 nm紫外光下，板面呈現(xiàn)明亮的(淡綠色)熒光，所以不適合熒光物質(zhì)的分離(因?yàn)榘唿c(diǎn)難以顯示和辨別)，但是很適合本身沒(méi)有熒光的物質(zhì)的分離，無(wú)熒光的物質(zhì)在254 nm紫外下可看到暗斑(熒光淬滅)，與薄板本身的強(qiáng)熒光形成鮮明的對(duì)比，便于辨別斑點(diǎn)。

2.2 切割薄板

作為跟蹤反應(yīng)用的薄層色譜板，用量大，為了節(jié)約成本，通常買(mǎi)來(lái)較大規(guī)格的硅膠板自行進(jìn)行切割。對(duì)于玻璃硅膠板，必需用鉆石頭玻璃刀按照模板的形狀進(jìn)行切割。在切割玻璃之前，用尺子和鉛筆在薄板的硅膠面上輕輕地標(biāo)出基線(xiàn)的位置，注意不要損壞硅膠面。借助鋒利的玻璃切割刀和引導(dǎo)尺，可方便地進(jìn)行玻璃切割，然后進(jìn)一步將其分成若干獨(dú)立的小塊。

2.3 展開(kāi)劑的選擇

當(dāng)吸附劑確定后，化合物在薄板上移動(dòng)的距離和分離的效率與所選取的展開(kāi)劑息息相關(guān)，對(duì)多組分的樣品能否實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)意的分離，關(guān)鍵在于展開(kāi)劑的選擇。對(duì)于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的跟蹤來(lái)說(shuō)，一種優(yōu)良的展開(kāi)劑應(yīng)對(duì)所跟蹤的組分有良好的溶解性，可使跟蹤的各組分明顯分開(kāi)，且跟蹤的各組分比移值Rf在0.2～0.8之間[5]。在選擇展開(kāi)劑時(shí)，首要參考為“相似相溶原理”。比如，在戊烷和己烷等非極性溶劑作展開(kāi)劑時(shí)，大多數(shù)極性物質(zhì)不會(huì)移動(dòng)，但是非極性化合物會(huì)在薄板上移動(dòng)一定距離，相反，極性溶劑通常會(huì)將極性的化合物推到溶劑的前段。一般常用溶劑按照極性從小到大的順序排列大概為：石油迷<己烷<苯<乙醚<四氫呋喃<乙酸乙酯<丙酮<乙醇<甲醇。何志昂[6]等舉例說(shuō)明了如何通過(guò)典型化學(xué)結(jié)構(gòu)與溶劑之間的強(qiáng)度因子來(lái)選取合適的展開(kāi)劑，指出，可以先結(jié)合待分離物質(zhì)所含的官能團(tuán)預(yù)估其強(qiáng)度因子，從而選擇強(qiáng)度因子較為接近的溶劑。當(dāng)單一溶劑不能達(dá)到很好的分離效果時(shí)可以使用混合溶劑?；旌先軇┑呐渲?，可以根據(jù)強(qiáng)度因子選取出合適溶劑做底劑，再用少量極性較大的溶劑來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，故混合溶劑通常為低極性為主高極性為輔的溶劑組合。

在薄層色譜展開(kāi)完畢之后，需要對(duì)薄層板進(jìn)行干燥，因此作為流動(dòng)相的溶劑必須具有較好的揮發(fā)性。這剛好限制了薄層色譜在苯胺、甲苯等易揮發(fā)物質(zhì)和重氮鹽等易分解物質(zhì)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用。

2.4 顯色

分離的化合物若有顏色，則很容易識(shí)別出來(lái)各個(gè)樣點(diǎn)，但多數(shù)情況下化合物沒(méi)有顏色，要識(shí)別樣點(diǎn)，必須使樣點(diǎn)顯色。薄層色譜顯色可以分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是檢查一般有機(jī)化合物的通用顯色法；另一類(lèi)是根據(jù)化合物分類(lèi)或特殊官能團(tuán)設(shè)計(jì)的專(zhuān)屬性顯色法。理想的顯色方法應(yīng)靈敏度高、形成的斑點(diǎn)顏色穩(wěn)定、斑點(diǎn)與背景間的對(duì)比度好、斑點(diǎn)的大小及顏色的深度與物質(zhì)的量成正比。對(duì)于有機(jī)合成研究進(jìn)行反應(yīng)跟蹤而言，在樣品組成并不完全已知的情況下，通用顯色方法顯得尤為重要。通用顯色法主要有：

(1)紫外照射法：方便，不破壞樣品。

(2)碘蒸氣法：通用性強(qiáng)，與紫外法結(jié)合靈敏度高于該兩法單獨(dú)使用。

(3)熒光試劑法：制造熒光背景，使原來(lái)紫外下無(wú)熒光物質(zhì)被鑒別，有熒光物質(zhì)更明顯。

(4)硫酸溶液：對(duì)絕大多數(shù)有機(jī)物有效，但有破壞性。見(jiàn)表2。

表2 幾種通用顯色劑對(duì)比

對(duì)于有機(jī)合成反應(yīng)監(jiān)測(cè)而言，硫酸顯色法是一種萬(wàn)能顯色法，最為通用，受到了有機(jī)合成工作者的青睞。但選用硫酸顯色法時(shí)，硅膠板則不能采用羧甲基纖維素鈉、淀粉、聚乙烯醇、高分子聚合物等有機(jī)物質(zhì)作為黏合劑，否則有機(jī)黏合劑會(huì)被碳化，從而影響結(jié)果的觀(guān)測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

薄層色譜是有機(jī)合成中跟蹤反應(yīng)的一種非常實(shí)用的工具，適用于揮發(fā)性較小、在空氣中比較穩(wěn)定的所有物質(zhì)類(lèi)型。人們?cè)趶V泛使用薄層色譜跟蹤有機(jī)合成反應(yīng)的實(shí)踐中積攢了很多技巧和經(jīng)驗(yàn)，圍繞最佳展開(kāi)劑的選擇進(jìn)行了大量探索，但仍然有很多問(wèn)題亟待進(jìn)一步研究。比如硅膠板制作中使用的黏合劑，無(wú)機(jī)黏結(jié)劑勻漿不易凝固且制成的薄層強(qiáng)度差，有機(jī)黏結(jié)劑又不能用濃硫酸顯色，如果能找到一種黏合劑具有有機(jī)和無(wú)機(jī)粘合劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)勻漿不易凝固，且能用濃硫酸顯色，將給薄層色譜法跟蹤有機(jī)合成反應(yīng)帶來(lái)更多的方便。