有机合成必备技能：薄层色谱法详解

有机合成必备技能：薄层色谱法详解

薄层色谱法（TLC）是一种常用的层析分离技术，广泛应用于有机合成、药物分析等领域。本文将详细介绍薄层色谱法的基本原理、操作方法及其在有机合成中的应用，帮助读者掌握这一重要的实验技能。

薄层色谱法的基本原理

薄层色谱法（thin-layer chromatography）是以涂布于支持板上的支持物作为固定相，以合适的溶剂为流动相，对混合样品进行分离、鉴定和定量的一种层析分离技术。利用吸附剂（硅胶）对样品中各组分吸附能力不同，及展开剂对它们的解吸能力不同，从而使各组分达到分离的目的。

薄层色谱法具有以下特点：

1. 需要样品量少，仅需要几微克至0.01微克；
2. 快速高效，一般只需5-10分钟；
3. 操作方便，设备简单。

比移值（Rf值）是指一个化合物在薄层板上上升的高度与展开剂上升高度的比值。当Rf值为0时，表示组分留在原点未被展开，当Rf值为1时，表示组分随展开剂至溶剂前沿，即组分不被固定相保留。Rf值永远≤1。

硅胶的选择

实验室最常用的吸附剂（薄层固定相）主要是硅胶。实验室常用的普通硅胶为无定型多孔粉末，表面带有硅醇基，呈弱酸性。

硅胶的粒度与孔径

理论上，粒度越小，分离效果越好；实验室中常用的有100-200目、200-300目、300-400目硅胶，其目数越大，对于的粒度越小，相应的分离效果也越好。

市售硅胶及预制板规格

• 硅胶G：含有13%煅石膏黏合剂的硅胶；
• 硅胶H：不含黏合剂的硅胶；
• 硅胶HF254：不含黏合剂，含有一种无机荧光剂，在波长254 nm的紫外光下呈现强烈的黄绿色荧光；
• 硅胶GF254：含有煅石膏黏合剂，含有荧光剂；
• 硅胶HF254+366：不含黏合剂，在波长254、366 nm的紫外光下有荧光；
• 硅胶PF254：制备型，在波长254 nm的紫外光下有荧光。

样品处理与点样

溶剂选择

1. 尽量选择易挥发性溶剂（二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、醇）溶解样品，避免使用水、DMF\DMSO等不易挥发而易扩散的溶剂；
2. 选择溶解度较好的溶剂，点板前，最好先确认是否溶解完全。

对于反应液处理

1. 一般极性溶剂体系：直接取样，稀释后点板。
2. 强极性溶剂体系：取样，进行简单后处理再点板，如加水和有机溶剂萃取。
3. 需淬灭的溶剂体系：取样，先淬灭，然后稀释点板，如加水或酸和有机溶剂。
4. 强酸、强碱溶剂体系：取样，最好先中和，然后再稀释点板。

【注】对于反应的取样处理点板，需要注意产品是否水溶。

点样注意事项

1. 点样浓度要控制适当；
2. 点样斑点较小，展开分离度好，直径一般控制在1-2 mm比较合适；
3. 需要多次点样时，第一次点样后，一定要等溶剂完全挥发，再进行下次点样，两次点样位置要完全一致；
4. 点样勿伤及薄层表面；
5. 点样尽量远离薄层边缘，至少相隔3 mm，防止边缘效应；
6. 所有点保持在一条与底边平行的直线上；
7. 点完样，可以用电吹风吹干溶剂。

影响薄层色谱分离效果的因素

1. 被分离组分的特性（溶解度、酸碱性、极性）；
2. 吸附剂活性；
3. 展开剂极性。

在上述三个影响因素中，被分离组分是确定的，常用吸附剂（硅胶板）种类也不多，而展开剂的种类可以千变万化。可以是单一溶剂，也可以是不同极性的混合溶剂。对于特定物质的分离，展开剂起决定性作用。

常用溶剂极性大小顺序：

石油醚（PE）<环己烷<正己烷<苯<甲苯<二氯甲烷（DCM）<氯仿<乙酸乙酯<丙酮<乙醇<甲醇<吡啶<羧酸<水

对于展开过程中，如果被分离组分Rf值太小（爬太低），可加极性较大溶剂；如果Rf值太大（爬太高），可加小极性溶剂。

对于拖尾现象，可通过在展开剂中加入与被分离组分官能团相似的溶剂，如：

1. 若样品中含有羰基，可在展开剂中加入少量丙酮；
2. 若样品中含有羟基，可在展开剂中加入少量甲醇或乙醇等；
3. 对于含有羧基等酸性样品，可在展开剂中加入少量甲酸或乙酸；
4. 对于含有胺基等碱性样品，可在展开剂中加入少量六氢吡啶、二乙胺、氨水等。

可以通过调节两种溶剂的配比来调节展开剂的极性大小，对于一般极性的化合物，通常，用石油醚乙酸乙酯体系就可以，如果化合物的极性很大，用纯乙酸乙酯Rf值都很小时，就要选择二氯甲烷甲醇体系了。

展开剂选择原则

1. 对样品有较好的溶解度；
2. 可使各组分间有较好的分离；
3. 待分离组分的Rf值最好在0.5左右；
4. 不与样品发生化学反应；
5. 沸点适中，粘度较小；
6. 如果混合展开剂中，各溶剂沸点相差较大时，最好现配现用。

展开操作注意事项

1. 展开缸盖子密封性要好；
2. 展开剂的量要适中，不能漫过点样原点，一般为0.5-1 cm；
3. 薄层板侧边不能贴到展开缸壁；
4. 薄层板尽量用镊子夹住小心放至展开缸内，而不是直接用手捏住放入。

展开方式

1. 单次展开：对于各组分间极性相差较大，选择合适的展开剂，单次便可达到理想效果。
2. 多次展开：对于各组分间极性相近，选择较小极性展开剂，反复多次展开。第一次展开后，先将薄板吹干，然后再次放入容器中展开。
3. 梯度展开：对于各组分间极性相差很大，可以通过梯度展开，分别观察各组分情况，即先使用极性较小的展开体系，用以观察极性较小组分；然后再换至极性较大的展开体系，观察极性较大的组分。在第一次展开后，需将薄板干燥后，再放至容器内再次展开。

检测方法

1. 光学检测

• 可见光：对于本身具有颜色的样品，在自然光下可呈现不同颜色，即肉眼可辨别。如蒽醌、染料等。
• 紫外光：对于大多数化合物具有紫外吸收，可在紫外灯下显示出不同斑点。
• 蒸气检出：主要通过一些物质的蒸汽与样品作用，产生不同颜色或荧光。实验常用的碘熏就是通过碘蒸气与样品（大部分有机物）作用，呈现不同程度的黄褐色色斑，以便于观察。
• 显色法：若化合物对于紫外-可见、碘熏等方法均不能显示斑点，则可加入显色剂显色。

应用

1. 监测反应进程：TLC常用于监控一个反应进程，在反应过程中定时取样，通过反应液与原料点板对比，以观察反应是否有新物质生成、原料是否消耗完全。
2. 过柱时洗脱剂的选择：在过柱前，一般需要通过TLC确定目标产物大概极性，然后选用合适的洗脱剂过柱。常以Rf值（目标产物）在0.2左右的展开剂比例为洗脱剂过柱。
3. 监控其它分离纯化效果：

• 在柱色谱、重结晶、萃取等分离纯化过程中，用于判断是否分离纯化完全。
• 在过柱时，需要确认洗脱下来的点是否单一，以及需确认该点在反应液中对应哪个点。
• 在萃取时，可以通过点板，根据吸收点的颜色深浅来判断是否萃取完全，决定萃取次数。
• 重结晶时，通过对滤饼和滤液分别取样点板，来判断结晶对除杂的效果。

4. 判断混合物的组分数：在合适的展开剂，在TLC展开后，有几个黑点就代表混合物中有几个组分。（这只能初步估计，因为不能排除里面可能有极性很接近的组分，点板很难分开）
5. 确定两个或多个样品是否为同一物质：可以通过将各样品点在同一块薄层板上，若各点上升的高度均相同，则大体可以认定为同一物质，但还需借助其他检测手段进一步确认（如：液相、核磁等）；如若上升的高度不同，则肯定不是同一物质。