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有机合成实验操作知识详解(经验总结)

2023-11-17 来源:易榕旅网
有机合成实验操作知识详解(经验总结)

1、选择玻璃仪器和搅拌子

(1)均相反应:物料不超过容器体积的 2/3;

(2)非均相、回流或者产生气体的反应:物料不超过容器体积的小于 1/2,无水无氧的反应时更应注意。 2、搅拌装置的选择

(1)机械搅拌:物料体积>2 L 的非均相体系;

(2)强力搅拌:物料体积>3 L 的均相反应和 250 mL~2 L 的非均相体系;(3)磁力搅拌:25~250 mL。 3、反应溶剂的使用

一般底物浓度严格控制在 0.3~0.5M;对 Neat 反应(无溶剂反应),物料必须混合均匀,对于一些不易混合均匀的底物,可以先用低沸点溶剂溶剂所有底物,浓缩后再进行Neat反应。 4、加料次序

固体物或液体物加入到液体物中,注意放热反应防止喷料,控制好温度,尤其是低温的反应更应注意。一般不要将所有原料都加到一起后,再加溶剂,因为一些底物混到一起后会剧烈反应。加料顺序的确定是在了解反应机理的基础之上的。 5、反应的具体细节

(1)有气体产生和需要通入气体的反应一定要有气体导出装置,切记不可将反应体系为完全封闭的。除了封管和闷罐很少将反应完全封闭,一个惰性气体气球就可以解决大多数问题。产生气体的反应不建议用气球。

(2)需控温的反应 (低温、加热和放热反应):要用温度计至于多口瓶上,要内外温都要监控 ! 加热反应常用的油浴加热,探头是关键,一定要将探头置于反应瓶附近,不要接触油浴锅或加热圈。

(3)热浴的选择:尽量用油浴易控温。 50~160 度;> 160 度用电热套或沙浴;冷却反应:0 度用碎冰冷却;-5~-18 度用冰盐浴( NaCl-NaNO3);-50~-78 度用干冰/丙酮;-78~-100 度乙醇/液氮。 (4)封管反应:

1)玻璃封管的闷罐,由于会经常爆炸,安全性很低,现在已经很少用。耐压性更好的不锈钢闷罐(聚四氟乙烯内胆耐酸碱)应用比较广泛。

2)聚四氟乙烯的内胆压紧后,盖子和杯体一般仍有缝隙,用力压就下去,松开会弹回,说明此内胆密封良好。不锈钢套密封时:钢套里面的钢垫是小面朝下,两片钢垫配合盖好,拧紧钢盖,一般不必用钢棒助力拧紧,盖子上方的空是打开时用的。反应结束后,不可立即打开盖子,要先冷却,一般情况下冷却后可以轻松打开,如果打不开可用钢棒助力打开。

3)反应溶剂的量最多不得超过内杯容量的1/4,反应温度建议不要超过160℃,否则可能漏气。

4)反应体系中有气体生成的反应,因为内部压力不可预知,建议改用高压反应釜进行反应;闷罐和小型高压釜反应都要加防护挡板保护。(P.S.若真正爆炸可能水泥墙都挡不住,所以一定要提前确保反应的安全。)

(5)无水无氧操作:玻璃仪器要烘干( 120 度左右), 瓶口处用橡胶塞以便注射器的使用;要氮气置换至少三次;用重新处理的溶剂。

有机金属试剂的量取和转移:取少量时用注射器,要用氮气球置于试剂瓶上避免负压. 大量使用时用聚四氟乙烯导管氮气压出。

(6)NaH,LAH,Na,K,Li 的使用:注意安全使用。取 LAH 时不可用铁制勺,用木制或塑料的;Na、K、Li 保存于石蜡油或煤油中,使用前用石油醚洗涤。

(7)催化加氢反应:一定要做好氮气和氢气的置换(至少3次);Pd/C、Raney-Ni易于自燃!加料和后处理环节最容易自燃,做此类反应时一定要清空实验台,将灭火毯放在手边,随时准备灭火。 6、选反应的跟踪和检测

(1)检测反应是反应成功的关键。

检测手段:TLC 是最重要简便直接的;NMR是终极手段, 其它还有 LC-MS、HPLC、GC、GC-MS、IR、UV、X-Ray 等辅助手段。 (2)何时检测:

可通过实验现象,如温度和颜色的变化,气体或沉淀的析出等。一般反应半个小时要检测;从快速到慢的反应,可从几分到几小时内检测;过夜反应: 过夜前后要检测。 7、反应的后处理和产物的纯化

后处理是根据反应物质的物理化学性质进行的。

先通过萃取(主要是除去大部分的盐、高沸点极性溶剂等)、酸碱洗、过滤等得到粗产品。粗产品进一步精制。一般通过重结晶、柱层析、Pre-HPLC、Pre-TLC、蒸馏、升华等;其中重结晶、柱层析是最重要的手段!掌握好这两个手段是合成技能提高的重要标志!

8、工作安排

合理安排工作:小试和放大要交叉进行,保持二者的连贯性。项目需优化的要一次性想到文献中提到的所有方法,集中起来平行反应。切不可等一个小试完了再进行下一个,时间是最重要的

没有接触的反应最好上午做,便于跟踪反应;4~5 个小时未进行完且转化率低时可考虑改变反应条件,如提高反应温度。 9、小试和放大

小试:小试非常重要!从毫克(mg)到数十克(g)不等,一般满足项目后面 4~5 步以上的反应,且每步要留有几十毫克的标准样品,最好是要有核磁谱图,尤其是新项目关键中间体必须有正确核磁谱图方可进行放大实验。

小试操作必须严格,尤其是对金属试剂参与的反应一定要用新制干燥的溶剂。小试一定要有结论:严格按照文献后处理操作不擅自改动,是否得到目标物,产率如何,分离纯化方法是什么等。 放大:放大要非常谨慎!

小试得到正确结论后方可放大,第一次放大到十倍。谨记:不可盲目放大!不可把原料一次性放大,否则出了问题无法挽回!要循序渐进,可平行几个反应,集中后处理。 严格按照小试的条件。

对前一两步中间体的制备,如果是反应简单,产率高的,原料廉价的可不经过小试直接放大,节约宝贵的时间但反应要严格监控。

10、项目进行中的原则

优先选择已有的文献方法,鼓励有自己的想法。路线和工作计划确定后不可轻易更改。要准确计算起始原料的用量,避免从头来过。最好是每步中间体要得到纯品;不可将粗品进行到底,特别是在最后一步反应前,中间体必须进行纯化!

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