化学从业者生存指南——薄层色谱（TLC）

可以肯定地说，大多数合成有机化学家都会花费大量时间，同时使用薄层色谱法和快速柱色谱法来分析反应并纯化化合物。同样可以肯定的是，当这些技术失效时，人们也会经历数小时的挫败。本文收集了相关信息与建议，旨在帮助新手和资深合成有机化学家应对色谱分析中的各类挑战。

薄层色谱显色剂/浸渍液

• 紫外：处理含有共轭双键体系的化合物时，首先在光下观察该板。
• 碘：与碘粉末一起振摇。随后可加热薄层板以去除碘渍，并按常规使用液体薄层色谱显色剂。最好避免碘直接接触薄层板，因为这会在板上留下不必要的色斑。
• 茴香醛（对羰基基团效果极佳）。蘸取、干燥后置于电热板上加热显色。
  1. 乙醇（200毫升）；浓硫酸（10毫升）；对茴香醛（10毫升）
  2. 乙醇（250毫升）；硫酸溶液（2.5毫升）；对茴香醛（15毫升）
  3. 乙醇（425毫升）；浓硫酸（16毫升）；对茴香醛（8-12毫升）；乙酸（5毫升）：将除对茴香醛外的所有物质混合，待混合物冷却至室温后再加入对茴香醛。冷藏保存。若将茴香醛加入温热的溶液中，溶液会变为亮粉色，且无法对薄层色谱板起到良好的显色作用。

对于低官能团化的分子，茴香醛会使不同分子呈现出不同的颜色（黄色、绿色、蓝色、棕色等）。最好对薄层板进行拍照，或针对特定化合物做好记录。这一点在柱色谱分离过程中尤为有用。

• 钼酸铈铵（对羟基基团效果极佳）。将样品浸入、干燥后，置于加热板上加热以显色。
  1. Ce(SO4)2（硫酸铈：5.0克）；(NH4)6Mo7O24·4H2O（钼酸铵：25.0克）；浓硫酸（50毫升）；水（450毫升）
  2. 四水合硫酸高铈铵(NH₄)₄Ce(SO₄)₄·2H₂O（4.0克）；钼酸铵（10克）；浓硫酸（40毫升）；水（360毫升）
  3. 硫酸高铈铵（0.5克）；钼酸铵（12克）；浓硫酸（15毫升）；水（235毫升）
• 茚三酮（对胺类效果极佳）：将 0.3 克茚三酮溶于 100 毫升_正_丁醇中；加入 3 毫升乙酸。
• 磷钼酸（通用适用）：乙醇溶液，浓度10%。将样品浸入溶液，干燥后置于电热板上加热显色。
• 高锰酸钾（通用适用）。蘸取、干燥后置于加热板上加热显色。
  1. KMnO4（1g）；Na2CO3（2g）；H2O（100 mL）
  2. 高锰酸钾（3克）；碳酸钾（20克）；5%氢氧化钠溶液（5毫升）；水（300毫升）

薄层色谱用溶剂体系

一般体系

• 极性化合物：100%EtOAc或5%MeOH/二氯甲烷
• 普通化合物：10-50%EtOAc/正己烷
• 非极性化合物：5%EtOAc/己烷，5%醚/己烷，100%己烷

超大极性体系

1. 10%NH4OH在MeOH溶液中作为您的极性溶剂：尝试在二氯甲烷中加入1-10%这种混合物。
2. EBAW：EtOAc/丁醇/HOAc/H2O，比例为80/10/5/5（注意：该溶剂系统不能用于闪蒸色谱）。

制备级TLC

简而言之：用于薄层色谱制备分离的是带有厚层硅胶的大尺寸层析板。

1. 将最多100毫克的化合物以水平细线状沉积在板的底部，然后将板按常规在合适的溶剂体系中展开。
2. 理想情况下，通过紫外显影定位产物，并用铅笔做标记。
3. 用剃须刀片将含有产物的硅胶从板上刮下来。
4. 将二氧化硅置于多孔漏斗中，用极性溶剂（如乙酸乙酯）冲洗。可从滤液中分离出纯品。

如何通过制备型薄层色谱法进行纯化

制备型薄层色谱法（制备TLC）是一种用于少量样品纯化的实用技术。由于该方法能快速分离反应混合物中的多种组分，它在获取测试反应产物或天然提取物成分的图谱方面尤为实用。掌握这种方法需要不断实践，才能确定最适合你以及当前分离需求的操作方式。

典型板尺寸：20厘米×20厘米，二氧化硅厚度2.5毫米。大致上样量：10-25毫克适用于难分离，25-50毫克适用于中等分离，50-90毫克适用于易分离。

制备型薄层色谱的操作步骤

1. 用铅笔在薄板上划一道痕将其分成两半，这样薄板中间就不会有硅胶接触。这是一种良好的通用操作方法，因为处理少量至中等量的样品（5-25毫克）时，通常不需要使用整块薄板。这样做既出于经济考量，也能避免谱带展宽，谱带展宽会模糊后续刮取的谱带边界。若样品量较大，则可使用整块薄板。
2. 在距离平板一侧约1-1.5英寸的位置轻轻画一条铅笔线（注意不要刮伤硅胶）。这条线即为“起始线”。
3. 用沸点较低的溶剂（即二氯甲烷或乙醚）配制一份浓度相对较高的粗样品溶液（约1-2毫升）。警告：溶液体积过大会需要多次上样，这会使谱带变宽。
4. 用一根短移液管，小心地在铅笔线上点出一条细薄的样品线，避开边缘（距离培养皿的每条边缘大约保持一英寸）。操作时务必缓慢且均匀，切勿让移液管过度挤压硅胶，否则会将其刮坏。主要难点在于避免意外在同一处按压过多。有意地将溶液吸入移液管，使管杆内形成周期性的空气间隔，能让点样操作更轻松，同时每次只需吸入少量溶液至移液管中。有时使用注射器和针头有助于控制滴加，但针头可能会过度刮擦硅胶。
5. 将剩余的溶液反复滴加在样品原线上，每次滴加后都要晾干。若滴加后未完全晾干，会导致溶液向外扩散，使条带变宽。同时，尽量在未沾到较多样品的区域点样，以确保样品线加样均匀。
6. 准备一台制备型薄层色谱展开缸。这是一种体积较大、分量较重的方形玻璃缸。此时可先将极性溶剂（通常为乙醚或乙酸乙酯）沿薄层板上行至样品带的上边缘，以此缩窄样品带，随后蒸干溶剂（可视情况重复此操作，通常进行3次）。接着在干燥的展开缸中配制约100毫升洗脱剂。理想的洗脱剂应使目标化合物在常规薄层色谱中的比移值（Rf）约为0.1，如此若首次展开分离效果不佳，还可进行多次展开。
7. 将平板放入腔室中，并用盖子或铝箔密封顶部。一次典型的运行耗时40分钟到1小时。
8. 取下平板，在紫外线下观察。如果目标条带分离度不足，重新进行洗脱操作。
9. 如果你需要给凝胶板染色以观察条带的位置，可以用移液枪在凝胶板边缘滴一条细长的染色液，然后加热。这样就能大致显示出条带的位置，条带会贯穿凝胶板的整个宽度。
10. 另一种染色选择是小檗碱（一种生物碱），将其配制成0.1%的乙醇溶液后喷洒在薄层板上，可在紫外光下显色。由于小檗碱是一种盐，它会与硅胶不可逆结合，因此易于去除。
11. 用刮刀或剃须刀片刮下每一条目标条带。有些人发现，在平板刚洗脱完仍湿润时操作会更简单（此时需快速操作），因为干燥的硅胶粉尘更容易飞扬或移动。此时有几种不同的回收样品的方法：将硅胶放入带有棉塞的移液管中，用极性溶剂洗涤通常就足够了；另一种方法是将硅胶置于极性溶剂（或能使目标化合物在薄层色谱中快速洗脱的溶剂）中进行超声处理，随后通过熔结玻璃砂漏斗过滤，浓缩得到纯化后的化合物。

通过薄层色谱法进行监测

关于图文操作指南：

• http://www.chem.ucla.edu/~bacher/General/30BL/tips/TLC1.html
• http://orgchem.colorado.edu/Technique/Procedures/TLC/TLC.html

1. 找出哪种溶剂体系能让你的起始试剂的Rf处于0.3-0.4之间。良好的起始参考体系。
2. 准备一个展开缸，在其中加入约 0.5 厘米深的溶剂混合物
3. 准备一块薄层色谱板（宽度1.5-2厘米、高度约5厘米为合适尺寸），在其底部、1/2厘米刻度线以上的位置，用铅笔点出三个呈水平排列的点。将板放入展开槽时，这些点不能浸没在溶剂中。
4. 用毛细移液管取一份起始原料样品（稀释至与反应混合物浓度相近），点在最左侧的圆点和中间的圆点上。样品斑点需足够小，避免扩散到其他铅笔标记的圆点。
5. 用毛细管移液枪取一份反应混合物样品，点在中间和最右侧的点上。中间的点为“共点”（见下文）
6. 进行薄层色谱分析，直到溶剂前沿几乎（但未完全）到达板的顶部。
7. 在紫外灯下观察，用铅笔圈出对紫外线有响应的斑点
8. 将薄板放在加热板上晾干或自然晾干，直至溶剂完全挥发
9. 浸入合适的TLC 染色剂中，在加热板上加热。你可能需要尝试几种染色剂，才能找到最适合你化合物的那一种

市售薄层色谱板

硅胶、氧化铝、反相硅胶、制备型大尺寸薄板

共点样

在反应监测过程中，标准的薄层色谱板设有三个点样通道：反应物点样道、反应混合液点样道以及共点样道，该通道是将反应混合液直接点加在反应物样品之上制成。当反应物与产物的比移值相近时，共点样操作尤为关键。此外，部分情况下反应混合液会在色谱分离过程中改变反应物的显色形态，肉眼看似反应物已经完全消耗，实则只是其在该反应条件下的薄层色谱显色状态发生了改变，而借助共点样操作就能轻松分辨出这类情况。

薄层色谱技巧

TLC 小技巧：适用于粗反应混合物进行常规薄层色谱分析存在问题的情况：

1. 在小瓶中对少量反应混合物进行微型水相处理，然后对有机层进行薄层色谱分析。
2. 对于极性极强的化合物，可使用：
   1. 以10%的氢氧化铵甲醇溶液作为极性溶剂：在二氯甲烷中加入该混合物的1%-10%进行尝试。
   2. EBAW：乙酸乙酯/正丁醇/乙酸/水，比例为80/10/5/5（注：此溶剂体系不可用于快速柱层析）。
3. 如果问题出在溶剂上，你可以在展开薄层层析板之前，将其置于高真空环境中。
4. 要检测化合物在薄层上的稳定性，可进行二维薄层色谱（2D TLC）：
   1. 使用方形硅胶板，在一个角上点样。
   2. 在一个方向上运行板（样品的所有成分都将出现在垂直的斑点线上）。
   3. 将盘子转90度（你的“斑点线”应该在底部），然后再次运行盘子。
   4. 如果样品对二氧化硅稳定，所有斑点将出现在对角线上。如果化合物正在分解，它将出现在对角线下方。
5. 使用气相色谱（GC）。
6. 如果所有其他方法都失败了，请取出反应混合物样品并进行NMR。

薄层色谱故障排除

TLC问题之一

• 问题：我的反应体系处于高沸点溶剂（DMF、吡啶、DMSO、胺类溶剂）中，而薄层色谱（TLC）显示的结果是一大片拖尾。
• 解决方案：像往常一样找出平板，然后将其放入高真空的烧瓶中放置几分钟，接着进行操作。

TLC问题之二

• 问题：我的反应物和产物的比移值非常相似，我几乎无法判断发生了什么。我该如何知道反应何时完成？
• 解决方法：
  1. 共点样会有所帮助。如果斑点看起来像雪人，说明你的反应已经完成。
  2. 尝试更换溶剂体系。
  3. 尝试用茴香醛进行染色。化合物会呈现出不同的鲜艳颜色。有时用钼试剂染色也能看到颜色差异。

TLC问题之三

• 问题：我的化合物对硅胶可能不稳定（对酸敏感的化合物可能会出问题。）我该如何判断它是否对硅胶稳定？
• 解决方案：进行二维薄层色谱：
  1. 使用一块方形硅胶板，在一个角上点样。
  2. 向一个方向运行平板（样品的所有组分都会呈现为一条垂直的斑点线）。
  3. 将薄板旋转90度（此时你的“斑点线”应位于底部），再次展开薄板。
  4. 如果样品对二氧化硅稳定，所有斑点都会出现在对角线上。如果某种化合物发生分解，其斑点则会出现在对角线下方。

TLC问题之四

• 问题：我不想暴露自己与空气接触——如何在不打开反应容器的情况下获取薄层色谱样品？
• 解决方案：将反应瓶装配好，使其带有隔垫且不处于惰性气体的强正压环境中。将毛细管点样器穿入20号一次性针头，再将针头插入隔垫。用点样器取样后，重新通入惰性气体，然后拔出针头。此操作能最大程度减少样品与空气的接触。

TLC问题之五

• 问题：当我将毛细管伸入反应体系中进行薄层色谱（TLC）分析时，反应混合物会堵塞移液管，导致我无法将其点样到板上。对于非均相或粘性的反应混合物，该如何进行薄层色谱分析？
• 解决方案：在样品瓶中取少量反应液进行简易水相后处理，随后对有机层开展薄层色谱分析。

TLC问题之六

• 问题：我的反应在薄层色谱（TLC）上显示出拖尾现象。
• 解释与解决方法：这可能有多种原因。
  • 发生了严重分解。不过，不要仅仅因为你的薄层色谱出现拖尾就认定是这种情况。
  • 其中一种试剂出现拖尾：尝试在样品瓶中取少量反应液进行简易水相后处理，随后对有机层开展薄层色谱分析。
  • 你的产物是完整的，但对硅胶不稳定。尝试二维薄层色谱
  • 你的高沸点溶剂干扰了薄层色谱（TLC）。

TLC问题之七

• 问题：我的化合物极性很强，一直停留在基线位置，无法观察到反应过程中的变化情况。
• 解决方案：尝试对极性化合物有效的溶剂系统，或使用反相硅胶板。

TLC问题之八

• 问题：我的产物混合物的薄层色谱在后处理后发生了变化！
• 解释/解决方案1：你的产品可能无法耐受酸、碱、空气或水的接触，在后处理过程中发生了反应。你可以在淬灭反应前，对反应混合物的小样本进行测试，以查明问题的原因，这或许能让你避免反应的发生。
• 解释/解决方案2：可能在某个时候有未知污染物进入了你的材料。进行纯化处理，看看情况是否会改善。

新手问题

1. 把一点薄层色谱板放进罐子里，然后走开去做别的事……半小时后才想起那点薄层色谱板。
2. 将完成的薄层色谱板直接掉进溶剂中，而不是用镊子夹取出来
3. 忘记在薄层色谱板上做共点。
4. 没有将TLC板均匀放置在展开缸中；导致溶剂前沿不齐。
5. 进行薄层色谱分析时未在板上点样，直到显色阶段才发现这一问题。
6. 在薄层色谱板上点样的位置过于靠近，导致后续展开时色谱带发生了重叠
7. 我在把薄层色谱板放入展开缸前没有妥善处理，导致溶剂前沿出现了“U”形。
8. 尝试用两种互不相溶的溶剂进行薄层色谱分析。
9. 用记号笔在薄层色谱板上标出原点线
10. 精心制备了一块带有10个点的优质薄层色谱板。在展开薄层色谱之前，将薄层色谱板浸入了高锰酸钾溶液中。
11. 点样时用力按压毛细管，导致毛细管断成了两段。
12. 与错误的SM共斑点，对斑点间反应在30秒内完成感到兴奋。后处理后，得到了原料的优质核磁共振谱。
13. 用1%三乙胺洗脱后不久用茚三酮染色
14. 玻璃薄层色谱板的边缘划伤了我。
15. 在密封罐里摇晃硅胶和水制备薄层色谱浆料。盖子没盖好。硅胶粉尘扑面而来……还进了我的肺里。
16. 把薄层色谱板放反了。直到观察板子时才发现出了问题……
17. 用茚三酮喷雾获取我的指纹的薄层色谱图
18. 试图把毛细管强行穿过薄橡胶隔片以获取薄层色谱样品，结果管子断在了手指里……还得去急诊室！
19. 把TLC板放进了太大的烧瓶里，结果它一头栽进了溶剂里。
20. 取样反应时毛细管断裂，部分样品在你的烧瓶里打转。
21. 玻璃裁刀变钝了，于是我在切割薄层色谱板时用了更大的力气，结果却在该板边缘处割到了小指，划了一英寸长的口子。
22. 制作了一块长薄层色谱板以观察柱层析分离，开始展开后却疑惑板上为何没有斑点。我想你得先在板上点样才行。
23. 未展开就对薄层色谱板进行显色
24. 在本生灯上用移液管制作薄层色谱板时，将热玻璃放在纸巾上冷却。由此引发的火灾因通风橱强劲的气流被吸入通风系统。
25. 将薄层色谱板整齐地放入展开室后，因分心忘记盖上盖子。
26. 在薄层色谱板上点了水溶液。在硅胶上弄出了一个洞。
27. 直接将高沸点溶剂点样到薄层色谱板上，然后直接放入展开缸中展开。
28. 用高锰酸钾作为薄层色谱的洗脱剂。
29. 将薄层色谱板放入茚三酮染液中而非流动相中。
30. 把一块薄层色谱板掉进了染色缸里，我以为放着没事就把它在里面放了一周。再想用染色剂时——情况已经糟透了。