薄層色譜在有機合成跟蹤反應上的應用

(1.武漢軟件工程職業學院環境與生化工程學院，湖北 武漢 430205；2.武漢市藥物增溶工程技術研究中心，湖北 武漢 430075)

薄層色譜法是一種簡便、快速、微量的色譜分析方法，以其取材簡單、方便快捷等優點廣泛應用于物質鑒別、雜質檢查或含量測定[1-2]。在有機合成研究中，薄層色譜是一種非常有用的跟蹤反應的手段，被譽為有機合成的“眼睛”，可用于判定新物質是否產生、測定原料的消耗情況、監測反應的進行情況，同時還可以輔助柱色譜，用于摸索和確定柱層析時的洗脫條件[3]。

1 薄層色譜跟蹤反應的理論基礎

薄層色譜吸附劑均勻固定在玻璃板上形成固定相，把欲分離的樣品點在薄層上，用適宜的溶劑作流動相使被分離物質展開得以分離[4]。分離的前提是固定相和流動相對被分離組分吸附和解吸附的能力存在差異，從而不同組分產生差速遷移。產生這種差異的基礎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、展層時間足夠長，任何極性不同的組分都可以被完全分開。通常所用的固定相吸附劑為具有較強極性的硅膠，被分離組分的極性越大，吸附劑對其作用越強，展開距離越短；被分離成分極性越弱，吸附劑對其作用越弱，展開距離越大。然而要作為一種優良的檢測手段，在給定大小的薄層板上，應使絕大部分組分的比移值Rf(化合物距離基線的距離除以溶劑的前鋒距離基線的距離)在0.2～0.8之間并達到較好的分離[5]。這一點可以通過選擇極性適當的溶劑作為流動相來實現。

被分離組分的極性取決于其母核結構類型及官能團極性，在有機合成反應中，產物、副產物以及原料的極性都會存在差異，可以用薄層色譜分離。用反應液樣品與產物標準品在薄層色譜上對比，即可以判定是否有產物形成；在反應不同的時間點取樣，作系列對比，既可了解反應進行的狀況以便優化工藝條件，也可以掌握原料消耗的情況從而判斷反應終點。

2 薄層色譜跟蹤反應的技術要點

2.1 硅膠板的選型

用于制作薄層的硅膠有多種，針對跟蹤反應所選定的跟蹤指標物質的理化性質及顯色方法要求，可以選定不同類型的硅膠,常用型號硅膠對比見表1。

表1 常用型號硅膠對比

對于有機合成中需要跟蹤的物質，若有與其發生特征性顯色的專有顯色劑，可以選擇硅膠S或硅膠G制板；若沒有專有顯色劑，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，板面呈現明亮的(淡綠色)熒光，所以不適合熒光物質的分離(因為斑點難以顯示和辨別)，但是很適合本身沒有熒光的物質的分離，無熒光的物質在254 nm紫外下可看到暗斑(熒光淬滅)，與薄板本身的強熒光形成鮮明的對比，便于辨別斑點。

2.2 切割薄板

作為跟蹤反應用的薄層色譜板，用量大，為了節約成本，通常買來較大規格的硅膠板自行進行切割。對于玻璃硅膠板，必需用鉆石頭玻璃刀按照模板的形狀進行切割。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出基線的位置，注意不要損壞硅膠面。借助鋒利的玻璃切割刀和引導尺，可方便地進行玻璃切割，然后進一步將其分成若干獨立的小塊。

2.3 展開劑的選擇

當吸附劑確定后，化合物在薄板上移動的距離和分離的效率與所選取的展開劑息息相關，對多組分的樣品能否實現滿意的分離，關鍵在于展開劑的選擇。對于有機化學反應的跟蹤來說，一種優良的展開劑應對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，且跟蹤的各組分比移值Rf在0.2～0.8之間[5]。在選擇展開劑時，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劑時，大多數極性物質不會移動，但是非極性化合物會在薄板上移動一定距離，相反，極性溶劑通常會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]等舉例說明了如何通過典型化學結構與溶劑之間的強度因子來選取合適的展開劑，指出，可以先結合待分離物質所含的官能團預估其強度因子，從而選擇強度因子較為接近的溶劑。當單一溶劑不能達到很好的分離效果時可以使用混合溶劑。混合溶劑的配制，可以根據強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進行調節，故混合溶劑通常為低極性為主高極性為輔的溶劑組合。

在薄層色譜展開完畢之后，需要對薄層板進行干燥，因此作為流動相的溶劑必須具有較好的揮發性。這剛好限制了薄層色譜在苯胺、甲苯等易揮發物質和重氮鹽等易分解物質監測上的應用。

2.4 顯色

分離的化合物若有顏色，則很容易識別出來各個樣點，但多數情況下化合物沒有顏色，要識別樣點，必須使樣點顯色。薄層色譜顯色可以分成兩大類：一類是檢查一般有機化合物的通用顯色法；另一類是根據化合物分類或特殊官能團設計的專屬性顯色法。理想的顯色方法應靈敏度高、形成的斑點顏色穩定、斑點與背景間的對比度好、斑點的大小及顏色的深度與物質的量成正比。對于有機合成研究進行反應跟蹤而言，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，與紫外法結合靈敏度高于該兩法單獨使用。

(3)熒光試劑法：制造熒光背景，使原來紫外下無熒光物質被鑒別，有熒光物質更明顯。

(4)硫酸溶液：對絕大多數有機物有效，但有破壞性。見表2。

表2 幾種通用顯色劑對比

對于有機合成反應監測而言，硫酸顯色法是一種萬能顯色法，最為通用，受到了有機合成工作者的青睞。但選用硫酸顯色法時，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物質作為黏合劑，否則有機黏合劑會被碳化，從而影響結果的觀測。

3 結語

薄層色譜是有機合成中跟蹤反應的一種非常實用的工具，適用于揮發性較小、在空氣中比較穩定的所有物質類型。人們在廣泛使用薄層色譜跟蹤有機合成反應的實踐中積攢了很多技巧和經驗，圍繞最佳展開劑的選擇進行了大量探索，但仍然有很多問題亟待進一步研究。比如硅膠板制作中使用的黏合劑，無機黏結劑勻漿不易凝固且制成的薄層強度差，有機黏結劑又不能用濃硫酸顯色，如果能找到一種黏合劑具有有機和無機粘合劑的優點，同時勻漿不易凝固，且能用濃硫酸顯色，將給薄層色譜法跟蹤有機合成反應帶來更多的方便。