2009年7月20日 星期一

有機化學的基礎82 分離與淬取Partitioning and Extration

1.       化學家一般都會使用簡單的選擇性分離做法,把有機分子從含無機鹽的水中,吸到的有機相(例如醚)之後,再把水和醚分開,分離出含有機分子溶液。

2.       萃取,會造成混合物的組成成分分離,因為有機化合物比較容易溶於,但是有機物質比較溶於;這些物質(有機與無機)溶解度通常差異非常大,溶解後,還必須把不同的液體層分離,以獲得最多的有機物質。

3.       Liquid chromatography on Stationary columns管柱液體色層分析

4.       一種簡單的液體色層分析法,由像黏土那樣的東西揉成固定相(通常用礬土或矽膠),放進滴管管柱中,做成儀器。(滴管管柱,也可換成其它的玻璃管,只要那個玻璃管的一端是被封閉,並且有小孔滴漏液體)

5.       礬土和矽膠都是「聚合物polymers」,這是由小分子組成的大分子,再聚合成的更大單位組合,彼此不斷地銜接,重複同樣的分子單位而成(在這裡,通常就是礬土Al2O3或矽膠SiO2)

6.       如圖,先塞一小塊棉花進滴管滴漏的那一端,以避免固定相的小粒子塞住滴孔。接著放一層沙來讓表層平整,然後把黏土做的固定相填入;接著在玻璃柱的黏土上方再放第二層沙阻隔,避免添加的移動相液體的時候,擾亂固定相。

7.       濃縮了各種化合物的混合溶液(需要被檢測的樣品),被放到固定相的頂端;接著,移動相的液體(洗析液eluent)加入,然後任由液體因為地心引力的關係往下流。

8.       混合物的成分中,和固定相黏得比較緊的分子,往下流動的速度較慢,需要更大量的洗析液才能流到滴管的底層。因此,在色層分析進行過程中,會出現一系列的色帶,這代表混合物的組成分子被離析到不同色帶中。

9.       溶質與溶劑通過固定相(矽膠或礬土),稱為「洗析elution」。二種不同的化合物,要通過滴管的黏土狀物質(固定相),需要容量大小不同的溶劑,容量的差異就是衡量化合物與固定相交互作用的指標。

10.   用來洗析的溶劑,每種化合物所需的容量比例,可說明化何物的分離程度,稱為阿法值alpha(α)

11.   例如,如果第一種化合物的洗析需要65ml(毫升)的溶劑,第二種化合物需要85ml(毫升)α=65÷85=0.76。化合物通過整個滴管所需的時間,稱為洗析時間elution time

12.   隨著溶劑不斷流入滴管,分離因素阿法值α,也會隨著洗析時間的比例而改變。

13.   礬土和矽膠都是有極性的金屬氧化物,它們的表面都覆蓋著氫氧基(OH group)

14.   因此,極性很強的分子,會比較強烈地吸附在高極性的固體支撐,也因此比那些較無極性的分子,洗析得慢多了。所以,混合物中最沒有極性的化合物,通常是最早從滴管管柱被洗析出來的東西。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)

徐弘毅:

1.       弄清楚,是用什麼東西(固定相)來過濾離析物質,非常重要,因為這會影響到收集成分的順序。

2.       管柱色層分析用來過濾離析的物質,是帶有極性的東西,所以,會吸附有極性的物質,使得比較沒有極性的東西先通過;

3.       如果管柱色層分析用來過濾的物質,變成沒有極性的東西,那麼,得到的結果就會正好相反,有極性的物質會先通過,沒極性的物質慢慢來。

4.       被洗析出來的各種物質,是需要被比較清楚的,比較的標準是什麼?時間,需要花多少時間才能被洗析出來,可以做為衡量每一種化合物和固定相之間關係的標準。

5.       為什麼我們會用溶劑的容量,來計算洗析時間的比例?因為,滴管的滴孔能夠滲透的劑量是固定的、固定相也是固定的,造成洗析時間不同的,只有各種物質(樣品混合物)的性質、溶劑多寡和地心引力。

6.       每種物質的質量、極性不同,有的需要比較大的拉力,來拉扯通過固定相,有的需只要比較小的拉力,就可以被拉扯通過固定相,

7.       而每個溶劑分子的質量都一樣,所承受的地心引力當然也是一樣,也就是每個溶劑分子的拉力一樣,如果要拉力很大,就必須有數量龐大的溶劑分子,也就是溶劑的容量變大,相反的,如果需要的拉力很小,整個溶劑的容量就很小。溶劑拉力的大小完全取決於溶劑容量的多寡。

8.       在地心引力一樣的前提下,溶劑的多寡,可以說明每種物質與固定相的交互作用情形,也可以說明洗析這些物質所需的時間。

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