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反应时间与终点控制—化学制药工艺学23

 合成化学与机理 2021-09-02

每一个反应都有一个最适宜的反应时间,时间太长或者太短都会影响反应的选择性。在考察反应时间的时候,一方面要实现高的反应效率;另一方面要考虑后续放大生产时减少反应设备的占用时间,两者之间要达到一个平衡。

那如何确定适宜的反应时间呢?这个就需要我们进行合理的反应终点控制。一般主要控制主反应的完成,测定反应体系中是否还有未反应的原料(或试剂)存在,或者残留物是否一定的极限。在工艺研究中,常用薄层层析(TLC)、气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)等方法来监测反应,以达到控制反应终点的目的。一般在进行实验操作时,也可以用简单快速的化学和物理方法,如根据体系显色、沉淀、酸碱度等进行检测。 

1 薄层层析法(TLC

薄层色谱又叫薄板层析,是色谱法中的一种,是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术,属固吸附色谱。其分离原理和柱层析法一样都是利用化合物极性不同导致其在硅胶中的吸附能力的差异,最后通过展开剂分离其中的不同组分。其优点包括操作简便,设备简单,不需特殊设备,分离效果较好,时间较短,一块板上可同时分离许多样品。

TLC具体操作和原理介绍见网址:http://open.163.com/newview/movie/free?pid=MCA7T7R93&mid=MCN93HIJ1

2 气相色谱(GC)

气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。汽化的试样被载气(流动相)带入色谱柱中,柱中的固定相与试样中各组份分子作用力不同,各组份从色谱柱中流出时间不同,组份彼此分离。简单来说气相色谱是利用化合物自身的沸点差异进行分离的。气相色谱优点:高分离性能;高检测性能;分析时间相对较快。缺点:不能直接给出定性分析结果;对无机物和易分解的高沸点有机物分析比较困难。

通过气相色谱我们可以得到样品组分、含量和浓度等信息。在给定的条件下,表示组分在色谱柱内移动速度的调整保留时间是判断组分是什么物质的指标,即相同物质的保留时间相同。因此我们只需要通过对于标准样品的保留时间就可以确定GC中的各个组分的结构信息。GC的峰面积可以在一定程度上反映各组分的浓度和含量,但其峰面积还与各组分自身的结构和性质有关,因此必须要将所得的色谱信号予以校正,才能与组分的量一致。

GC定量分析的方法有三种:归一法、内标法和外标法。

归一法:归一化法不需要标准物质帮助来进行定量。它直接通过峰面积或者峰高进行归一化计算从而得到待测组分的含量。其特点是不需要标准物,只需要一次进样即可完成分析。归一化法兼具内标和外标两种方法的优点,不需要精确控制进样量,也不需要样品的前处理;缺点在于要求样品中所有组分都出峰,并且在检测器的响应程度相同,即各组分的绝对校正因子都相等。

内标法:选择适宜的物质作为预测组分的参比物,定量加到样品中去,依据欲测定组分和参比物在检测器上的响应值(峰面积或峰高)之比和参比物加入量进行定量分析的方法叫内标法。特点是标准物质和未知样品同时进样,一次进样。内标法的优点在于不需要精确控制进样量,由进样量不同造成的误差不会带到结果中。缺陷在于内标物很难寻找,而且分析操作前需要较多的处理过程,操作复杂,并可能带来误差。

外标法:当能够精确进样量的时候,通常采用外标法进行定量。这种方法标准物质单独进样分析,从而确定待测组分的校正因子;实际样品进样分析后依据此校正因子对待测组分色谱峰进行计算得出含量。其特点是标准物质和未知样品分开进样,虽然看上去是二次进样,但实际上未知样品只需要一次进样分析就能得到结果。外标法的优点是操作简单,不需要前处理。缺点是要求精确进样,进样量的差异直接导致分析误差的产生。

GC具体操作和原理介绍见网址:

http://open.163.com/newview/movie/free?pid=MCA7T7R93&mid=MCNFVDPOL

3 高效液相色谱法(HPLC

HPLC是在经典的液相色谱法基础上发展起来的,其以液体作为流动相,并采用颗粒极细的高效固定相的柱色谱分离技术。其分离机制与常规柱色谱相同,但填料更加精细,需高压泵推动,柱效高,分析速度快。与气相色谱不同的是液相色谱中流动相亦参与组分的分离过程,其组成、比例和pH值可灵活调节,分离模式多样。在实际操作中主要通过改变流动相的组成来调节样品在色谱柱的保留值和选择性,从而使不同样品得到分离。

高效液相色谱法的应用范围十分广泛,对样品的适用性广,不受分析对象挥发性和热稳定性的限制,几乎所有的化合物包括高沸点、极性、离子型化合物和大分子物质均可用高效液相色谱法分析测定,因而弥补了气相色谱法的不足。在目前已知的有机化合物中,可用气相色谱分析的约占20% ,而80% 则需用高效液相色谱来分析。

4 其他检测方法

对于重氮化反应,可以利用淀粉-KI试液,检测反应中是否还有过剩的亚硝酸来控制终点。催化氢化反应一般都是以吸氢量控制反应终点。 

实例

氯代异戊烯与异亚丙基丙酮,在相转移催化剂的作用下缩合生成化合物α-体和β-体,其中α-体是制备六氢假紫罗酮的中间体,生成α-体的反应是主反应。开始研究的时候,反应时间定的是2 h,结果反应的总收率为84%,但α-体和β-体的比例只有11。对反应原料进行气相跟踪发现,反应时间达到20 min时氯代异戊烯的转化率就已经达到95%。如果继续延长反应,反应收率基本不变,但α-体会慢慢转化为热力学稳定的β-体,所以最终确定这个反应的适宜时间为0.5 h,总收率仍为84%,但α-体和β-体的比例提高到了2.51

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