行业老前辈谈如何进行有机合成反应和项目安排

学术   2024-10-18 08:08   广东  

1.反应的设置


1.1 前期准备


  • 首先,熟读文献: 实验步骤,文献正文及该反应的相关内容。理解相关此反应的机理,了解和预见出现的现象和副产物。

  • 对所需的试剂和溶剂的特性有充分的了解.毒性?易燃? t-BuLi, LAH, MeI, POCl3

  • 有完全相同的文献实验步骤,首先严格按照文献方法投料。没有时则根据机理和反应式,找到类似的反应设置反应。


1.2 设备仪器的选择


  • 检查玻璃仪器和反应设备。玻璃仪器有无裂痕,加热器是否正常可用,铁架台是否稳固。

  • 正确选择玻璃仪器和搅拌子的大小。均相反应,液面< 2/3 ;非均相,回流或气体的产生< ½,无水无氧的反应时更应注意。

  • 搅拌装置的选择: 机械搅拌>2 L的固液反应,强力搅拌: >3 L的均相;250 mL~2 L; 磁力搅拌: 25~250 mL。


1.3 投料


  • 想清楚投料比: 试剂昂贵与否, 是否有利于后处理和纯化。总之,要基于反应的机理上来选择。

  • 反应溶剂的使用: 一般是底物的浓度严格控制在0.3~0.5 mol/L。对Neat 反应要混合均匀。

  • 加料次序: 原则是固体物或液体物加入到液体物中。注意放热反应防止喷料。控制好温度,尤其是低温的反应更应注意。


1.4 反应的具体细节


  • 有气体产生和需要通入气体的反应一定要有气体导出装置。切记不可将反应体系为完全封闭的。

  • 注意尾气的吸收。酸,碱性的出气口应在装置的最高处。

  • 需控温的反应 (低温,加热和反热的反应).要用温度计至于多口瓶上,要内外温都要监控 !

  • 热浴的选择: 尽量用油浴易控温.50~160度.> 160度用电热套或沙浴. 冷却反应: 0度, 碎冰;-5~-18度,冰盐浴( NaCl, NaNO3);-50~-78度,干冰丙酮,-78~-100度乙醇液氮。


无水无氧操作: 玻璃仪器要烘干(120度左右), 瓶口处用橡胶塞以便注射器的使用. 要氮气置换至少三次. 用重新处理的溶剂.


无水无氧操作中物料的转移:



有机金属试剂的量取和转移:取少量时用注射器,要用氮气球置于试剂瓶上避免负压. 大量使用时用聚四氟乙烯导管氮气压出.


NaH,LAH, Na, K, Li的使用(注意安全使用!):


  • 取LAH 时不可用铁制勺,用木制或塑料的。

  • Na, K, Li保存于石蜡油或煤油中,使用前用石油醚洗涤.

  • 催化加氢反应: 一定要做好氮气和氢气的置 换(至少三次).Pd/C, Re-Ni易于自燃!


1.5 反应的跟踪和检测


  • 检测反应是反应成功的关键. 检测手段: TLC 是最重要简便直接的. NMR是终极手段, 其它还有LC-MS, HPLC, GC, GC-MS, IR, UV, X-Ray等辅助手段.

  • 何时检测: 可通过实验现象,温度的变化,颜色的变化, 气体或沉淀的析出等. 一般反应半个小时要检测, 从快速到慢的反应,可从几分到几小时内检测.过夜反应: 过夜前后要检测.


1.6 反应的后处理和产物的纯化


  • 后处理是根据反应物质的物理化学性质进行的.

  • 先通过萃取(主要是除去大部分的盐,高沸点极性溶剂等),酸碱洗.过滤等得到粗产品.

  • 粗产品进一步精制一般通过重结晶,柱层析,Pre-HPLC,Pre-TLC, 蒸馏,升华等.其中重结晶,柱层析是最重要的手段!掌握好这两个手段是合成技能提高的重要标志.


2.1项目安排


  • 合理安排项目: 小试和放大要交叉进行,保持二者的连贯性. 项目需优化的要一次性想到文献中提到的所有方法,集中起来平行反应.切不可等一个小试完了再进行下一个. 时间是最重要的!!!

  • 没有接触的反应最好上午做,便于跟踪反应,4~5个小时未进行完且转化率低时可考虑改变反应条件,如提高反应温度.


2.2小试和放大


2.2.1小试:小试非常重要!


  • 从毫克到数十克不等,一般满足项目后面4~5步以上的反应,且每步要留有几十毫克的标准样品, 最好是要有核磁谱图, 尤其是新的项目关键中间体必须有正确核磁谱图方可进行放大实验.

  • 小试操作必须严格. 尤其是对金属试剂参与的反应一定要用新制干燥的溶剂

  • 小试一定要有结论: 严格按照文献后处理操作不擅自改动.  是否得到目标物, 产率如何, 分离纯化方法是什么等.


2.2.2 放大:放大要非常谨慎!


  • 小试得到正确结论后方可放大,第一次放大到十倍. 谨记:不可盲目放大. 不可把原料一次性放大,否则出了问题无法挽回! 要循序渐进. 可平行几个反应,集中后处理.

  • 严格按照小试的条件

  • 对前一两步中间体的制备, 如果是反应简单,产率高的,原料廉价的可不经过小试直接放大, 节约宝贵的时间!! 但反应要严格监控.


2.3项目进行中的原则:


  • 优先选择已有的文献方法.鼓励有自己的想法.

  • 路线和工作计划确定后不可轻易更改.

  • 要准确计算起始原料的用量,避免从头来过.

  • 最好是每步中间体要得到纯品.不可将粗品进行到底.特别是在最后一步反应前,中间体必须进行纯化!


总结:


  • 从现象和本质上理解反应.

  • 设置要合理

  • 检测要及时

  • 后处理要小心

  • 纯化手段要省事

  • 小试非常重要, 放大要非常谨慎!

  • 项目安排要流畅.


来源:网络,版权属于原作者,仅用于学术分享。


有机合成大菜籽
一线有机合成工作者💀专注于合成化学领域🥼分享一些书本上没有的合成经验技巧⚖️助力年轻人少走弯路💡
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