化学实验是有机合成学科的核心,涉及众多复杂操作,尤其对于初学者而言,学习过程颇为艰难。尽管在基础课程中接触过实验操作,但实验中细节的掌握却难以在短期内全面到位。因此,本系列专栏旨在集中介绍研究实验中常用、且与基础课程相异的操作,旨在帮助有机化学新手快速提升技能,熟练进行有机反应。专栏力求内容精炼实用,确保信息来源于可靠实验,但需注意,有机反应多种多样,若有疏漏或操作导致的意外,读者应自行判断与负责。
有机反应通常在非水溶剂中进行。反应结束后,若体系中存在强酸、强碱或不溶性盐,通过加水(或水溶液)进行淬灭。此时,反应体系分为水相和有机相,需要通过分液、萃取、洗涤等步骤,将产物富集至有机相并去除水溶性杂质。当液体总量超过10 mL时,分液漏斗成为关键仪器,其以聚四氟乙烯塞为主,确保实验安全进行。
萃取剂的选择需考虑其极性,乙醚、乙酸乙酯(EA)和二氯甲烷(DCM)是常用选择。极性过大或过小的萃取剂均不利于分层或萃取效率,应遵循实验方法中推荐的萃取剂种类。若无明确指示,可选择这三种之一,根据具体情况灵活调整。
萃取流程一般包括反应液的加入、静置分层、判断水相与有机相、下层液体的释放、上层液体的释放等步骤。加入反应液时,使用玻璃三角漏斗可避免液体洒出,确保实验安全。判断水相与有机相时,需了解常见有机溶剂的密度特点,一般密度小于水的有机溶剂为有机相,密度大于水的有机溶剂为水相。若体系中存在沉淀,应通过上层液体的释放减少污染。
萃取完成后,水相废液应妥善处理,避免产物损失。萃取废液的保留,有助于后续问题溯源。在萃取过程中,如液体严重乳化,无法分层,应调整萃取剂的量或加入NaCl溶液,以增大两相的极性差异。当体系中含表面活性物质时,处理较为困难,建议过滤去除或尝试加入大量萃取剂或NaCl溶液。
反应体系中含不溶固体时,其是否影响分液萃取取决于固体的量与性质。少量的粉末状固体不影响分液萃取,可直接分液;过多或过大固体可能导致堵塞,应事先过滤。在体系中存在有机碱时,相界面附近可能出现絮状固体,应尝试分出大部分,剩余部分直接归入有机相。
对于含有大量N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的体系,可在淬灭反应后预先进行旋蒸,除去大部分DMF。之后转移至分液漏斗,加入大量水及萃取剂,推荐使用乙醚或二氯甲烷,防止乳化。最后,通过水洗、饱和NaCl洗涤等步骤去除DMF,确保后续操作的顺利进行。
在整个有机合成实验过程中,萃取分液的唯一目的是尽快且高效地去除体系中的水溶性杂质,提升产物纯度。在实验操作中,一切步骤应服务于这一核心目标。对于不利于杂质去除、不利于产物富集、且浪费时间的操作,应果断删减,确保实验效率。
本专栏将持续关注有机实验的通用操作,下期将深入探讨薄层色谱(TLC)在有机合成中的应用。