如何做好一个化学反应?

一、文献调研

1、做一个新的反应前首先应该检索Scifinder或Reaxys,看看有没有前人做过这个反应,反应体系是否跟你的类似,有多少作者报道了相似的反应。

2、熟读相关文献,包括详细的实验步骤以及全面了解文献正文与Supporting Information附加信息。了解:

  • 这种化学现象看上去是不是有普遍性

  • 操作流程难度如何

  • 每一步操作的目的和具体含义

  • 试剂能否买到,价格便宜吗

  • 实验描述得详细程度如何

  • 文章作者和发表刊物

3、有可能的话最好是找一篇与这种反应有关的综述文章,了解有关反应适用范围和局限性。

4、打印整篇文章, 而不是只要你刚好在用的那几页。

5、选一个procedure跟着做, 一般文献报道的操作步骤是他人花了很长时间摸索的,我们一般情况下不要轻易去更改加料的摩尔比,溶剂量,加料顺序(许多反应加料次序不能颠倒,否则会得不到产物,甚至得到副产物)以及反应定温度等。

二、实验前的准备工作及注意事项

一个完美的反应:试剂能买到,也不很贵,而且实验室就有现成的。很清楚反应要进行多长时间,要做多大规模。产物稳定,能够被保存下去。

  • 开始之前,确定所有的试剂是否有足够量。

  • 找出与你的反应体系最相似的文献操作。

  • 如果起始原料不贵, 可以尝试做1 mmol 或 250 毫克规模的反应。

  • 如果起始原料比较贵,做你认为有把握完成的最小的规模。

  • 在早晨开始反应,留出足够的时间监控反应,准确记录反应需要多长时间。(对于成熟的反应,在保证安全和遵守实验室规定的前提下,可以晚上回流, 第二天早上处理反应,这样可以节约时间)

  • 搅拌、加料速度和温度这些参数都是可以控制的!

  • 将颜色变化、溶液状态、TLC、纯化条件以及详细的反应流程都应写到实验记录本上。

  • 如果在实验过程中出现问题,首先要想想是不是实验技术上有问题,把避免这些问题的想法记录下来。

  • 尝试鉴别出反应生成的每一个产物(用核磁共振谱)。

  • 拿到产物,试着将产品放置一段时间, 观察其对酸敏感性(硅胶板上分解或对CDCl3 有交换),挥发性(高真空是否挥发),热稳定性(放在实验台上或核磁共振管中是否有变化)。

三、实施步骤

1. 决定反应规模

  • 做一个全新的反应时,如果反应物足够,最好从 1 mmol 开始。如果反应物很珍贵,可以把它分成3-4 份。要是你觉得小量反应没有困难,10mg通常是最好用的选择。

  • 如果以前做过这个反应,你可以选择做一个更大规模的反应。 不过,最好不要超过原来实验规模的 3-4 倍,以防止反应的效率降低。

  • 如果你需要很多产物,对相似的操作流程比较熟练,或者觉得比较有把握(如根据文献),你可以从1g甚至5g反应物做起。

2. 算出你要用的反应物和试剂的量。

3. 订购化学药品,查出必要时要采取的纯化方法。

4. 预计搭装置、做反应和后处理要用多长时间,据此规划何时启动该反应。

5. 启动实验。

反应开始的一段时间一定要进行监控,直到反应进行完。

现在大家更多地依赖HPLC、GC、NMR或LC-MS等检测手段,在一定程度上忽视了传统的TLC检测,请大家记住:TLC是有机合成化学家的眼睛。我们不能单纯根据LCMS或自己主观臆断来判断一个反应的失败。如果各化合物极性很接近,我们可采用交叉点板,多次展开的方式进行TLC检测。

反应根据淬灭原则淬灭后

一定要马上将粗产品处理出来,

严禁过夜,

这可能会导致产品变坏。

四、失误总结

1.看文献不仔细,忽视反应浓度,加料顺序,过分迷信文献中的反应时间,忽视文献中反应所用试剂的纯度或规格。

2. 选择反应容器或搅拌子不当,反应容器不够干净,无水反应容器不够干燥(NaH, LAH, 有机锂试剂, 有机锡试剂, 硼烷等参与的反应),试剂不够干燥,试剂易变质纯度或浓度不高(EDCI,CDI, 有机锂试剂, 有机锡试剂, 硼烷, 含配体的钯催化剂等)。

3.投料过快反应温度失控,误认为体系内外温度一致(温度要求严格的反应,内外都需要温度计)

4.擅自更改放大反应浓度,与小试的不一致

5.放大时过度延长反应时间,需要及时监测反应,不能盲目延长时间。

6.萃取时体系未调到合适的pH值,如产物是胺,但是体系是酸性的,这个估计萃不出来

7.胺类化合物纯化前硅胶未碱化处理

8.化合物没拿到,就倒掉所有废液和固体。

9.爬板时,忘记取出TLC板,直到溶剂爬到头。

10.忘记称量瓶重。

11.分液时忘记及时关闭分液漏斗的旋塞,回头一看什么都没了。

12.过柱子的时候把产物给弄没了。

13.柱子走干了。

14. 旋蒸的时候,含产物的烧瓶一头扎进水浴锅。

15.旋蒸的时候忘开真空…..。

16. 旋蒸时不停的暴沸。

17. 把反应液倒进旋开塞子的分液漏斗。

18. 搅拌子连同反应液一起倒进分液漏斗,结果搅拌子搞破分液漏斗。

19. 做NMR时,仅有氘代溶剂,忘加…。

20. 相信自己的记忆力很好,多个样品不写标签,第二天后悔莫及。

… …


有可能的话,尽量的多投反应,一天投一个反应和一天投二到三个反应,一二年后的经验体会是大不相同的。