化学从业者生存指南——试剂

刚开始接触有机化学实验室时，每一次实验都会用到全新且陌生的试剂。你会有很多疑问。是直接购买还是在实验室里自行制备？如果在实验室里发现了一瓶试剂，是应该直接加入反应中，还是先对其进行纯化？如果是新买的试剂瓶，该如何储存？这种试剂是否具有特殊毒性，或者有可能着火或爆炸？弄清楚这些关键问题后，你就需要称量试剂，然后将其加入反应体系。但在某些情况下，说起来容易做起来难。

你还会发现自己要在多种不同的溶剂中进行反应，而每种溶剂都具有独特的性质。在分离产物时，每种溶剂的表现都各不相同，使用错误的操作技巧可能会在后处理和纯化阶段带来诸多麻烦。查看后处理技巧列表，可找到以下方法：

• 当你的溶剂为极性或与水互溶时进行水相后处理
• 去除锡、铜和硼副产物、胺类以及许多其他常用试剂和溶剂
• 去除氢化铝锂还原反应、维蒂希反应、二环己基碳二亚胺偶联反应以及_间_-氯过氧苯甲酸氧化反应过程中产生的副产物。

是否曾有过这样的疑问：该选用哪种氧化剂？你是想制备二异丙基氨基锂（LDA）、琼斯试剂，还是需要滴定正丁基锂（n-BuLi）？你对分子筛，或是特殊溶剂感到好奇吗？

试剂提示

• 保质期： 如果你想知道货架上的一支Aldrich化学试剂是否仍可用，请拨打其客户服务电话（800-231-8327）。你可以向技术人员提供瓶身上的批号，他们就能告诉你该化学试剂的预计保质期。
• 当一瓶液体试剂过期时，可通过NMR测试其分解程度。若化合物的峰远小于杂质峰，就需要更换新试剂；若仅能看到少量杂质，则使用前需对液体进行蒸馏。
• 部分醛类、烯烃和炔烃（尤其是液态的）易发生低聚反应。 这些物质通常应在使用前进行蒸馏。吸湿性固体可能需要在反应前于真空条件下干燥。
• “无水”试剂。如果你的实验对水分非常敏感，那么仅凭“无水”标签是不可靠的。液体试剂可能需要蒸馏处理，尤其是在小规模反应中。吸湿性固体则可能需要在反应前置于真空环境中干燥。

分子筛

定义： 分子筛是一种可选择性吸附气体和液体的微孔材料。它们是合成沸石（结晶金属铝硅酸盐），脱水后能够高效且选择性地去除水或其他溶剂。分子筛的选择性由其孔径决定，临界直径小于孔径的分子会被有效吸附，而较大的分子则会被排斥。参见表2常见分子及其临界直径列表。标准分子筛的孔径有3埃、4埃、5埃和10埃（13X）。

分子筛的再生：

为恢复该材料的吸附性能，通常会对其进行加热并用载气吹扫（适用于大型应用场景）。对于小型应用，可将其置于干燥箱中干燥，随后在密闭环境（干燥器）中缓慢冷却。有一篇论文介绍了分子筛的不同活化方法：

J. Org. Chem. 2022, 87, 21, 13750–13756 (https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.joc.2c01411 )

表1 分子筛参数

改编自 SigmaAldrich 网站（见下方参考文献）

类型：	3A
成分：	0.6 K2O： 0.40 Na2O：1 Al2O3:2.0±0.1 SiO2：x H2O
描述：	3A分子筛是通过将4A分子筛结构中的固有钠离子替换为钾离子制得，其有效孔径缩小至约3埃，可截留直径大于3埃的分子，例如乙烷。
主要应用：	_用途：_可从氮/氢气流中吸附氨、水等分子，在极性和非极性介质中被视为通用干燥剂。
再生温度：	175-260 摄氏度
类型：	4A
成分：	1 Na2O： 1 Al2O3:2.0±0.1 SiO2：x H2O
描述：	该钠型为分子筛A型家族的形态，有效孔径为4埃，因此可截留有效直径大于4埃的分子，例如丙烷。
主要应用：	_吸附物种：_二氧化硫、二氧化碳、硫化氢、乙烯、乙烷和丙烯。通常被视为极性和非极性介质中的通用干燥剂。
再生温度：	200-315 摄氏度
类型：	5A
成分：	0.80 CaO：0.20 Na2O：1 Al2O3:2.0±0.1 SiO2：x H2O
描述：	二价钙离子代替钠阳离子产生~5埃的孔径，排除有效直径>5埃的分子，例如所有4碳环和异构体。
主要应用：	_吸附物质：_nC4H10、nC4H9OH、C3H8至C22H46和dichlorodifluoro-methane（氟利昂12®）。
再生温度：	200-315 °C
类型：	13倍
组成：	1 Na2O： 1 Al2O3:2.8±0.2 SiO2：x H2O
描述：	钠型是X型家族的基本结构，其有效孔径范围在9至10埃之间。例如，它不会吸附（C₄F₉）₃N。
主要用途：	工业气体干燥、空分装置原料气净化（同时脱除水和二氧化碳）以及液态烃/天然气脱硫（脱除硫化氢和硫醇）。
再生温度：	175-260 摄氏度

表2：临界直径

改编自 SigmaAldrich.com（见下方参考文献）

分子	临界直径（埃）	分子	临界直径（埃）
氦	2.0	氨	3.6
丙烯	5.0	环己烷	6.1
氢气	2.4	硫化氢	3.6
乙硫醇	5.1	苯	6.7
乙炔	2.4	氩	3.8
1-丁烯	5.1	甲苯	6.7
氧气	2.8	甲烷	4.0
反式-2-丁烯	5.1	对-二甲苯	6.7
一氧化碳	2.8	乙烯	4.2
1,3-丁二烯	5.2	四氯化碳	6.9
二氧化碳	2.8	环氧乙烷	4.2
氯二氟甲烷	5.3	氯仿	6.9
氮	3.0	间-二甲苯	7.1
噻吩	5.3	甲硫醇	4.5
水	3.2	邻-二甲苯	7.4
乙烷	4.4	三乙胺	8.4
丙烷	4.9	正-丁烷至_正_-二十二烷	4.9
异丁烷到异二十二烷	5.6

试剂取用

使用前是否需要纯化？
1-辛烯	74%的人表示需要提纯
2,2'-偶氮二(2-甲基丙腈) (AIBN)	67% 认为无需提纯
2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌（DDQ）	78%的人表示没必要
2,6-二甲基吡啶	65%的人表示需要纯化
2-乙烯基噻吩	70%的人表示需要纯化
乙醛	75%的人认为无需提纯
乙酸酐	51%说净化
乙酰氯	73%的人表示无需净化
丙烯酸	56%的人表示无需净化
烯丙基碘	62%的人表示需要提纯
苯胺	74%的人表示需要纯化
苯并噻唑	53%的人表示需要纯化
BH3·Me2S	57%的人表示需要提纯
三氟化硼乙醚络合物（BF3·Et2O）	55%的人表示需要纯化
二硫化碳	74%的人表示需要纯化
三甲基氯硅烷（TMSCl）	58%的人表示无需纯化
八羰基二钴（95% 正己烷溶液）	76%的人表示需要纯化
碘化亚铜盐	63%的人表示需要提纯
环己烯	78%的人表示需要提纯
环戊二烯	97% 表示需纯化
乙酰enedicarboxylate 二甲基酯（DMAD）	69%的人表示需要纯化
二苯乙酸	62%的人表示需要提纯
氯甲酸乙酯	66%的人认为无需纯化
甲酰胺	58%的人表示需要纯化
糠醛	50% 表示需要纯化
HMPA	63%的人表示无需处理
异丙醇	96%的人认为无需处理
KHMDS（双（三甲基硅基）氨基钾）	56%的人表示需要纯化
丙二腈	63%认为无需纯化
二氧化锰（MnO2）	76%的人表示需要纯化
间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）	67% 表示需要纯化
甲磺酰氯（MsCl）	62%的人表示需要提纯
氯甲酸甲酯	61%的人认为需要纯化
N,N-二甲基苯胺	72%的人认为不需要
N,N-二甲基甲酰胺（无水）	63%的人表示需要提纯
N-溴代丁二酰亚胺（NBS）	58%的人表示无需纯化
正癸烷	54%的人认为需要纯化
草酰氯	51%说净化
乙酸钯（Pd(OAc)₂）	72%的人表示无需处理
对苯醌	60%的人表示需要纯化
对甲苯磺酰氯（p-TsCl）	67% 认为无需提纯
苯醚 99%	56%的人表示无需净化
三氯氧磷（P(O)Cl3）	57%的人表示无需纯化
三氯化磷（PCl3）	67% 认为无需提纯
丙醛	78%的人表示没必要
吡啶	71%的人表示不需要
吡咯	96%的人表示需要纯化
吡咯烷	81%的人认为无需处理
叠氮化钠	98%认为无需处理
氢化钠/60%矿物油分散液	62%的人表示需要提纯
苯乙烯	57%的人表示需要提纯
Tebbe试剂	67% 认为无需提纯
叔丁基二甲基氯硅烷（TBSCl）	72%的人表示不需要
四氢呋喃（THF）	78%的人表示没必要
亚硫酰氯	60%的人表示需要纯化
三正丁基膦（n-Bu₃P）	60%的人表示需要纯化
一般情况下的三乙胺/烷基胺	67% 认为无需提纯
三氟甲磺酸	59%表示不需要
三氟甲磺酸酐	56%的人表示无需净化
三氟甲磺酸三甲基硅酯（TMSOTf）	53%的人表示需要纯化

加入试剂

固体

• 直接加入反应混合物中，可一次性加入或分批次加入。若反应在惰性气氛下进行，注意避免不必要地暴露在空气中。
• 将固体溶解在少量反应溶剂中，通过注射器加入。这是小规模反应的一种实用方法。对于不溶性固体，另见：故障排除：试剂。
• 低熔点固体（如DCC）也可先熔化，然后像液体一样称取——将其称入小表面皿中。随后，用刮刀一点点将该试剂刮入反应烧瓶，即可将其加入反应体系中。

液体

• 若该液体为溶剂溶液形式，直接通过注射器加入即可。
• 对于高放热反应或其他需要缓慢加料的反应，需先将纯液体反应物用反应溶剂稀释，再通过注射器或滴液漏斗加入。
• 对于反应缓慢（需数小时完成）的情况，可通过注射器加入纯液体。对于腐蚀性、反应性或粘性液体，另见：故障排除：试剂。

气体

• 氢气、一氧化碳或二氧化碳的大气压：通过气球用气体替换反应混合物的气氛来完成添加操作。首先，将气体通过溶液鼓泡几分钟（通过移液管/管路或针头/鲁尔锁/管路）以实现饱和。然后，在整个反应过程中保持气球与烧瓶连接，提供约1个标准大气压（即“正压”）的气体。
• 需注意，某些气体需要使用专用气球。
• 若通过管路引入气体，需提前检查管路材质，确保其未受损且不会泄漏。
• 隔片也应使用全新的，以防气体从材料的穿刺点或薄弱处泄漏。

缓慢滴加当实验步骤要求“滴加”某一试剂时。

• 手动操作：你站在反应装置旁，通过注射器手动控制添加速率。
• 通过注射泵进行：若有注射泵可用，这是缓慢添加操作最精准的方法，且适用于添加多种体积的溶剂。
• 使用滴液漏斗：滴液漏斗最适用于大规模反应，即需要在较长时间内加入超过15或20毫升溶剂的情况。

硫醇操作通用标准操作程序

一般注意事项

尽管硫醇通常是性质温和的试剂，但它们通常具有难闻的气味。本标准操作程序旨在最大限度减少硫醇向实验室空间以及整个环境的释放。

A部分：开始工作前

1. 在开始任何操作之前，请直接联系雷（Ray）或环境、健康与安全部门（EH&S），告知反应中使用的硫醇相关信息，包括硫醇的使用时长。该时长包含硫醇可能释放的所有时间，包括反应的准备、启动、后处理以及清洁阶段。
2. 配置漂白液浴。在桶等塑料容器中，按1:1的比例混合漂白剂和水，先加入所需量的漂白剂，再用水稀释至最终体积。液体液面应至少低于容器顶部4英寸，以留出玻璃器皿放入时液体的置换空间。漂白液浴需用铝箔覆盖、做好标记，并置于通风橱内的二次容器中保存。

B部分：反应过程中

1. 始终在通风罩中运行这些反应，使用类似于空气敏感反应中使用的反应容器设置，即封闭或隔离系统。
2. 反应产生的所有废气都应该通过漂白剂捕集器。要设置漂白剂捕集器，用商业级漂白剂填充玻璃起泡器，并将起泡器的入口连接到反应的排气管上。将漂白剂捕集器夹在出口指向引擎盖背面的地方。通过反应的气体流速应该在漂白剂捕集器中每秒产生1-2个气泡。

C部分：准备工作

1. 这是实验中最有可能释放硫醇的部分，所以工作步骤应该深思熟虑和小心进行。
2. 在通风良好的区域操作，并尽量将反应产物保存在密封容器中。玻璃塞和表面皿是密封容器的优质工具，且易于清洁。
3. 使用旋转蒸发仪（旋转蒸发装置）或真空过滤时，这些系统产生的废气应按照B2部分所述通过漂白剂捕集器。通过这些捕集器的废气流量会比B2部分中的更快、体积更大，因此可能需要更大的捕集器。2升的容器足以处理旋转蒸发仪的废气，250毫升的过滤瓶则足以处理真空过滤的废气。

D部分：清理与处置

1. 将所有液体和固体废物倒入相应的废物容器中。确保废物容器上贴有标签，以告知环境健康与安全部门该容器内含有硫醇。
2. 所有玻璃器皿使用后应立即放入漂白液浴中，并浸泡至少一夜（约14小时）。对于体积过大无法放入漂白液浴但可密封的玻璃器皿（如反应瓶、分液漏斗等），应注满漂白液、密封、贴标后放入通风橱，若可能最好置于二次容器中浸泡一夜。
3. 用漂白液浸泡后，先用清水彻底冲洗玻璃器皿，再按常规方法进行清洁。
4. 漂白浴可以多次重复使用。硫醇氧化形成的白色固体、过多污垢的积聚或强烈的难闻气味表明漂白浴不再起作用。如果漂白浴不能长时间使用，也应该处理掉。处理漂白浴时，倒入水槽并用水彻底冲洗。
5. 不能在漂白浴中清洗的设备部件（例如废气橡胶管、橡胶隔膜等）应放入塑料袋中，贴上标签，并在后续反应中重复使用。

特殊试剂的制备

如何制备二异丙基氨基锂

（以1毫摩尔起始原料计）

1. 在 -78°C 下，向 3 mL 四氢呋喃（THF）中的二异丙胺（0.17 mL，1.2 mmol）中加入 0.69 mL 1.6 M 的正丁基锂（n-BuLi）正己烷溶液（1.1 mmol），混合物在 -78°C 下搅拌 1 分钟。[注：正丁烷与二异丙胺的 pKa 相差 15 个单位，即电离能力相差 10¹⁵ 倍，因此正丁基锂与二异丙胺混合会瞬间生成二异丙基氨基锂（LDA）！市售重蒸的二异丙胺已足够干燥，可直接用于此反应；也可自行重蒸。我习惯从氢化钙（CaH₂）中蒸馏纯度存疑的二异丙胺，用量为每克二异丙胺加 100 mL 氢化钙。]
2. 随后通过套管针加入原料（SM）1 mmol 溶于 2 mL 四氢呋喃（THF）的溶液（向原料瓶中通入轻微正压氮气，将该溶液通过针管推入阴离子溶液中），混合物在 -78°C 下搅拌 15 分钟。[注：将原料加入二异丙基氨基锂（LDA）中可避免锂化的原料与中性原料发生不期望的分子间反应。使用 LDA 进行去质子化很少需要超过 15 分钟。你可根据原料的回收率判断阴离子的生成是否需要更长时间，或因存在不定水而需要更多的 LDA。若这两种方法均无法提高产率，则可能是亲电试剂含有酸性质子，其会淬灭阴离子而非形成化学键。]
3. 通过套管针将亲电试剂（1.2 毫摩尔）以固体形式或溶于 2 毫升四氢呋喃（THF）的溶液形式加入到阴离子溶液中。在 -78°C 下搅拌 15 分钟，然后在 0°C 下搅拌 1 小时。[注：有机锂反应通常有足够的时间完成。]
4. 用1摩尔氯化铵水溶液和乙酸乙酯稀释，进行分配萃取。用水、饱和盐水洗涤有机层，经硫酸镁干燥并蒸发，得到可进一步纯化的产物残留物。

如何制备琼斯试剂

将25g Cr（VI）O3溶解在25mL H2SO4（conc.）中。溶液非常缓慢地加入到已冷却至0oC并正在搅拌的75mL H₂O中。

琼斯试剂的配方应该适用于简单的情况，但对于非常脆弱的情况，可能会有太多的酸。“H⁺”与CrO₃的比例应该是3:1，这是酒精与酮氧化的化学计量所要求的。我喜欢3.00摩尔H₂SO₄中的2.67摩尔CrO₃（即8.00正常）。它不需要分析化学精度，但我已经通过合理良好的H₂SO₄滴定和提前干燥CrO₃获得了很好的结果。用这种调味汁滴定底物，我已经能够氧化仲醇而不会伤害三级假轴醇苄合到活化的芳香环；不需要太多的酸来破坏这些…

试剂的储存方法

注：本清单不适用于因反应性、气味或其他特殊情况而必须单独存放的化学品。

用封口膜密封瓶盖：

• 可能受实验室环境影响产生不利影响的试剂

用铝箔包裹：

• 光敏试剂

装入塑料袋中：

• 气味难闻的试剂。你甚至可以用双层袋子包装。

置于货架上：

• 适用于以下试剂：热稳定的; 不易挥发; 对水分或氧气敏感度低或无敏感度

在干燥器中：

• 适用于以下试剂：热稳定的；不易挥发；具有一定的对水分或氧气的敏感性，可能会发生分解

在手套箱中：

• 适用于以下试剂：热稳定的；不挥发；长时间暴露在实验室环境中会发生严重降解。

在冰箱中存放：

• 适用于以下试剂：对热敏感；在室温下会在数天或数周内分解；标签上标注“需冷藏！”或“储存温度高于+4℃”；易挥发的；具有高反应性

放入冰箱冷冻层：

• 适用于以下试剂：标签上标注“冷冻”；极易挥发且在冷冻条件下仍保持液态；

真正需要放在冰箱里的试剂非常少。如果你确实想将一种试剂置于低温环境，务必先考虑瓶内物质是否会结冰并将瓶子冻裂

试剂的纯化

有时你应该在实验中使用试剂前对其进行纯化。

提示

• 当一瓶液体试剂过期时，可通过核磁共振（NMR）检测其分解程度。若化合物的特征峰远低于杂质峰，则需更换新试剂；若仅能观察到少量杂质，应先对液体进行蒸馏后再使用。
• 某些醛类、烯烃和炔烃，尤其是液态的，易发生低聚反应。这类物质通常应在使用前进行蒸馏。吸湿性固体在进行反应前可能需要在真空条件下干燥。
• 如果你的实验对湿度非常敏感，那么任何标有“无水”的瓶子都应被谨慎对待。考虑对其进行蒸馏处理，尤其是在小规模反应中。

一般经验

• 选择合适的来源：应该购买还是自制？基于访客的意见
• 试剂稳定性：获取（非全面、仅供参考的）信息
• 危险化学品：用于获取一份（不全面且带有强烈个人观点的）清单

烷基锂滴定

正丁基锂的滴定

在室温下，向8毫升干燥四氢呋喃中的1.00毫摩尔二苯乙酸中，通过注射器逐滴加入正丁基锂，同时仔细记录加入的量。每滴加入后，都会形成黄色云雾状物质并迅速消散。滴定接近终点时，开始出现白色沉淀。当黄色持续存在时，滴定即告完成。该过程对干燥四氢呋喃中的三份不同的二苯乙酸样品重复进行了三次。正丁基锂的浓度计算为（毫摩尔二苯乙酸/毫升正丁基锂）。三次滴定的平均值给出的浓度误差不超过±0.05摩尔/升。

务必确保你知道如何正确操作并准确计量从注射器中排出的溶液体积！

二苯乙酸

市售的二苯乙酸（DPAA）在使用前必须进行重结晶和干燥处理，以确保烷基锂的准确滴定。这一操作可通过以下步骤轻松完成：先从沸腾的甲苯中进行重结晶，随后在含有无水高氯酸镁或氯化钙的真空干燥器中，于50摄氏度下干燥过夜。该试剂应储存在干燥器中。

试剂称量

试剂称量常见问题之一

• 问题：我忘记给烧瓶去皮重了。
• 解决方法：在所有烧瓶的磨口内侧，用铅笔将重量写两遍。铅笔字迹最终会磨损，但由于皮重值写了两遍，即便有一处模糊也没有关系。此时你可以擦掉另一处字迹并重新称皮重，这样重量就能始终保持准确。

试剂称量常见问题之二

• 问题：我需要称取0.5毫克的催化剂，而天平对于如此微小的重量无法准确称量。
• 解决方案：配制一份（例如）5毫克固体在（例如）1毫升溶剂中的溶液，然后用注射器抽取100微升。

试剂称量常见问题之三

• 问题：我不知道液体的密度——如何知道通过注射器需要加入多少量？
• 解决方案：
  • 称空注射器的重量，给注射器加满油（先假设密度为1克/毫升），再称一次重量。调整至重量准确无误。
  • 通过称量已知体积的液体并进行相应的除法运算来测量其密度
  • 对于少量粘性液体，先称量空移液管的重量，将尖端浸入该物质中，然后再次称重。

试剂称量常见问题之四

• 问题：当我尝试用注射器测量某种液体时，没有任何反应，因为该液体的粘度过大，无法被吸入注射器中。
• 解决方案：
  • 用你的反应溶剂稀释该液体，然后尝试使用注射器。
  • 对于少量粘性液体（<20毫克），先称量空移液管的重量，将尖端浸入该物质中，然后再次称量。
  • 对于较大量的粘性液体（由伊万·日沃卢普提供）：将你的样品瓶（放在烧杯中）放在秤上，去皮，然后以负读数为指引称取所需重量。例如，要称取100毫克，将秤的读数调至-100毫克。

试剂称量常见问题之五

• 问题：我在烧瓶中有少量某种油（比如40毫克），只想取用其中一部分（比如10毫克），但不知道如何准确称量。
• 解决方案：对于所给示例，将材料溶解在4毫升溶剂中，然后取出1毫升。你可以将溶剂去除以称量重量。这种方法的精确度比你想象的要高。

试剂称量常见问题之六

• 问题：我想称量一种吸湿性固体，但在称量过程中它“融化”了，之后我很难将其转移到反应容器中。
• 解决方案：
  • 若有手套箱，可在其中称量试剂。
  • 如果可行，直接将试剂称入你的反应瓶中。
  • 将试剂置于玻璃容器中称量，然后用合适的溶剂溶解以完成转移。

试剂称量常见问题之七

• 问题：我想称量一种熔点接近室温的试剂。它的状态总在变化——会堵塞注射器，放在称量纸上却会融化！（叔丁醇就是一个例子）。
• 解决方案：将其略微加热（若具有热稳定性），并在其冷却至足以凝固之前迅速用注射器抽取。

试剂称量常见问题之八

• 问题：我想用注射器抽取在室温下会蒸发的液体，但始终无法得到准确的体积。
• 解决方法：在抽取之前将其冷却至低温。