结构生物化学/有机化学/分离和纯化方法
萃取是一种从混合物中分离化合物的技术。例如，通过将水不溶性有机化合物萃取到水不溶性有机溶剂中，将水不溶性有机化合物从水性混合物中分离出来。这些萃取通常是分离和纯化有机反应产物后处理过程的一部分。由于在萃取过程结束时经常存在微量水，因此需要干燥剂以确保产物干燥。液液萃取过程涉及将化合物分配到两种互不相溶的溶剂之间。通过利用溶质在两对溶剂中不同溶解度，化合物可以选择性地从一个液相转移到另一个液相。
此现象由分配系数 (K) 量化
K 值越大，溶质在有机溶剂中的含量就越高。在萃取过程中，通常在容器中振荡水相（通常为水）和不混溶的有机溶剂（称为有机相）。然后，溶质根据其溶解度在两层之间分配，密度更大的层始终位于容器底部。在它们分配完毕后，可以将每一层取出并分别进行分析，方法是干燥提取物。在选择干燥剂时需要考虑的因素包括其除水能力、效率、作用速度以及化学惰性。干燥提取物后，必须去除溶剂以回收所需的有机产物。这可以通过加热混合物容器并让溶剂蒸发来实现，留下固体或液体残留物，或者根据溶剂的挥发性，让混合物在通风橱中蒸发。
以下是一个简单的液液萃取问题的示例。 
您希望分离化合物混合物，您可以通过利用某些化合物的碱性和酸性来做到这一点。同样重要的是要注意那些相当中性的结构。一些关键概念是，碱会与酸反应，反之亦然。此外，水层通常包含带电分子或离子。
步骤 1：在将混合物溶解在二氯甲烷等良性溶剂中后，向混合物中加入强酸。
加入强酸是为了使其与混合物中任何碱性化合物反应，这将导致其进入水层。因此，其中一种化合物已被分离。加入碱会从氮上脱去质子，并在有机层中提供分离的产物。
步骤 2：对于剩余的 3 种化合物，加入弱碱，例如碳酸钠。
弱碱会脱去最酸性的氢，在本例中，脱去羧酸中的氢。含有羧酸的结构将分离到水层中。请记住，碱不限于仅脱去一种结构的质子，但这完全取决于化合物的酸性。
步骤 3：对于最后的 2 种化合物，加入更强的碱，例如氢氧化钾，它会脱去酚的质子。
一般来说，酚的酸性并不强，这就是为什么必须使用强碱的原因。含氰基的化合物保留在有机层中。
反应完成。 所有 4 种化合物都已分离到水相或有机相中，如前所述，很容易将水相化合物带回有机相，方法是添加互补的酸或碱。
柱色谱是一种用于分离和分离混合物中化合物的制备方法，这些化合物随后可以使用薄层色谱 (TLC)、气相色谱或红外光谱进行分析。该方法用于从天然来源获取化合物或从反应混合物中纯化产物。该方法可以认为是 TLC 的倒置版本。它不是将一层薄薄的吸附剂附着在固体载体上，而是将一个柱子装满大量的吸附剂（通常是硅胶），并将混合物装载在顶部。虽然 TLC 依赖于毛细管作用，但柱色谱依赖于溶剂或洗脱液在重力的作用下向下移动柱子。当该洗脱液向下移动柱子时，它会将可溶性化合物带走，而与吸附剂相互作用强的化合物比与吸附剂相互作用弱的化合物移动得更慢。通过利用用于固定相和流动相的材料，化合物将分离成不同的谱带，并且每个谱带将单独从柱子中流出。这将允许在不同的瓶子中收集每个单独的谱带，然后可以使用 TLC 进行分析，然后干燥，以便根据其熔点进行进一步分析。
极性在该过程中起着重要作用，其中使用非极性溶剂允许非极性物质在更极性组分之前先被收集。随着溶剂极性的增加，更极性的化合物移动得更快。这就是为什么在整个柱色谱过程中，所用溶剂的极性必须缓慢变化，以获得更好的分离。<ref name="column chromatography">[Mohrig, Jerry R. "Techniques in Organic Chemistry." 2010, W.H. Freeman and Company]
蒸馏的一种形式是精馏，这是一种简单的方法，可以在一个连续过程中完成大量蒸馏/分离。精馏塔具有很大的表面积，用于向上蒸汽和向下液体之间的热交换。当冷凝物从塔中任何一点的蒸汽中吸收热量时，冷凝物会部分蒸发，蒸汽中富含更易挥发的组分。同时，当蒸汽向冷凝物散热时，蒸汽的一部分会冷凝，冷凝物中会富含较难挥发的组分，并返回烧瓶底部。最终，在塔顶冷凝的蒸汽是纯的或富含更纯的易挥发组分，而返回烧瓶的冷凝物包含纯的和富含较难挥发的组分。分离这两种液体的能力高度取决于两种液体沸点之间的差异，以及其他因素，如蒸馏速度、塔的绝缘以及塔的效率。为了实现良好的分离，必须尽可能均匀加热并保持较低的蒸馏速度，从而产生高回流比。塔的类型也起着重要作用，因为塔的填充方式和使用的材料都决定了塔的分离效率和能力。收集馏分后，可以使用 TLC 测定每个馏分的纯度。在将每个馏分点在 TLC 板上，然后用溶剂展开后，一个泳道中出现一个斑点代表纯馏分，而多个斑点表示混合物中存在其他化合物。分离出纯馏分后，可以将其蒸发并分析纯物质。
固相萃取是一种分离技术，用于从液体混合物中分离溶解的化合物。与其他分离技术不同的是，固相萃取并非通过改变溶剂的极性将化合物从溶液中分离出来，而是通过化合物与固定相的吸附作用实现分离。
该技术基于两个相位：流动相和固定相。流动相（或“移动相”）是将分析物混合物推过固定相的溶剂。通过分子间相互作用，混合物中的不同组分将在流动相和固定相之间快速结合，而流动相则通过毛细作用向上移动固定相。根据化合物类型及其与流动相和固定相之间的相互作用，每种化合物在各自相之间表现出不同的亲和力，并在固定相上呈现不同的吸附模式。
大多数实验室设置中使用的固定相是无定形硅胶，其具有高亲水性表面。流动相（例如乙酸乙酯、石油醚和叔丁基甲醚）具有不同的极性特征，使不同化合物在固定相上呈现不同的“爬升”模式。毛细作用和表面张力的结合使流动相能够向上移动固定相，并根据目标化合物是否与固定相发生相互作用来分离混合物。当流动相将化合物混合物“带”上固定相时，表现出更强分子间相互作用的化合物将在固定相上停留更长时间，移动距离更短，反之亦然。正是这种与固定相的差异化相互作用与每种化合物相关联了一个滞留因子。滞留因子定义为化合物移动距离与流动相前沿距离之比。滞留因子较低的化合物表现出与固定相更强的相互作用，而滞留因子较高的化合物表现出与固定相更弱的相互作用。
参考资料
[edit | edit source]- Mohrig, Jerry R. 有机化学技术。 2006 年，W.H. Freeman and Company
- 有机化学实验室，化学 143A