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一群男生穿过满是美女的巷子,化学里的「过柱子」就这跟差不多

来源:互联网 编辑:六分新闻网 时间:2017-06-18 13:40:37 违规或侵权举报文章 阅读:

导读 : 来知乎之后,发现柱子这个东西,对于学化学的(尤其是大有机这一片的人)来说几乎是无人不知无人不晓无人不会的基础技能(有机两大吃饭工具,柱子点板),但是业外人士却很少有知道的。1.什么是柱子?有什么用?柱子...

来知乎之后,发现柱子这个东西,对于学化学的(尤其是大有机这一片的人)来说几乎是无人不知无人不晓无人不会的基础技能(有机两大吃饭工具,柱子 & 点板),但是业外人士却很少有知道的。

1.什么是柱子?有什么用?

柱子是俗称,标准名称叫做柱色谱,ColumnChromatography,CC。

这个是有机实验室最最最最最基础的分离手段,说这是从事大有机方向的科研人员的一只手都不为过。有机实验的很多反应,并不会像高中教材上的无机实验那样,要么生成一堆沉淀,要么变成气体飞出来,产品自然而然的就分开了,非常干净漂亮。有机实验的反应,大部分情况下是均相的,也就是说产品是混成一团溶在溶剂里面的。同时因为有机反应副产物很多,所以反应结束之后我们得到的一锅东西是个大杂烩,什么都有:没反应掉的底物,反应的副产品,催化剂等等,还有我们要的产品,都是混在一起的。这就需要我们去把这些打混的东西分开,而柱子就是把这些东西分开的方法中应用最广泛、适应性最强的一种。

至于柱子的原理,打个比方。

前面是一条小巷子,里面全是美女,丫丫叉叉的挤在一起。巷子的一头是一群男生,想要到巷子另一头去。于是这群男生只能从美女堆里面挤过去,于是就会有几种不同的情况:

1)史诗的大师,色即是空,丝毫不受美女的影响,很快就到对面了;

2)精良的贤者,虽然没有慌神,但是也放慢了脚步,第二批到达对面;

3)普通的师傅,明显有点慌神了,但是也跌跌撞撞,第三批到达对面;

4)粗糙的屌丝,受迷惑最严重,在人群里走得最慢,而且还趁机揩油,最后才到巷子另一头。

这样,这一堆男生就被自然而然的分开了。

——这就是柱子的原理,或者说所有的色谱(Chromatography)的原理:利用在流动相冲洗下,不同物质在固定相上“跑的速度的快慢”来将不同物质分离出来(实际上是利用物质在固定相 / 流动相的分配比的不同,或者说固定相对不同物质的“保留能力”的不同,但是这么说可能更难理解一些)。其中美女就可以认为是柱子的固定相,而男生就是那些待分的产品。

wiki 上有一幅图很生动:

File: Column chromatography sequence.png

现在有机实验室最常规的柱子是硅胶柱,以硅胶作为固定相的柱子。正向硅胶柱上极性越低的物质爬得越快,反向硅胶柱上极性越大的物质爬的越快,所以使用什么样的硅胶完全看产品混合物的情况。大部分情况下小分子化合物的分离,用正向硅胶柱就可以解决问题了。如果产品的正电荷中心特别多,可能反相柱会更轻松一些。

另外还有氧化铝柱,碱性氧化铝柱可以用来应对需要在高 PH 环境下分离的产物体系。中性氧化铝柱倾向于保留一些富电子的化合物。酸性氧化铝柱则可以分离一些强酸性的物质。氧化铝柱的吸附性比硅胶要弱,所以如果产品极性特别大,在硅胶上冲不下来了可以试试用氧化铝柱子,说不定会有奇效。

至于凝胶柱,相对硅胶柱和氧化铝柱就属于高科技了。主要是针对高分子产物的分离手段,可以把高分子产品和小分子化合物很快的分开。凝胶柱的原理就相当于固定相是一个“反筛子”:尺寸比较大的分子因为无法进入凝胶内部,所以就从凝胶之间的空隙里面钻下去了,所以跑得更快;而尺寸小的分子则会进入凝胶上的微孔,不会太快被冲下来。这样就可以按照分子的尺寸而将混合物分开。

2.为什么柱子干了很麻烦?

柱子是有机实验室非常关键的东西,很多时候只有过完柱子、得到纯净的产品之后才能说明整个反应有意义。同时过柱子又是一个十分费时费精力的工作:一根柱子普遍需要过数个小时甚至更长时间。我们实验室做一些量特别小的反应,也就最多几百 mg,最后的也需要至少一个上午的时间才能完整的过完一根柱子;如果是更加复杂的天然提取物的分离工作,那么一根柱子过几天都是经常会有的事情。

虽然耗时这么长,也并不意味着你可以把柱子放那儿不管然后自己去干别的——柱子必须要一直盯着才行。你需要隔一段时间点板(TLC,薄层色谱)来看现在柱子里出来的东西到底是什么:有的时候前面一个组分和后面一个组分之间就差那么四五滴,你要是错过了,那就可能全白费了——尤其是对那些试管不多,习惯用烧瓶或者锥形瓶接产品的实验室。

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