实验室操作规范ppt课件.ppt

1、2011.11.11 JK,实验室操作规范,1,主要内容,实验纪律与时间管理 实验准备 实验操作 实验记录 实验总结 解决实验困难的标准思路,2,实验纪律与时间管理,实验纪律,原则：不伤害自己；不伤害他人；不被他人所伤害！ 严禁在实验室内嬉戏、打闹 严禁在实验室内吃喝固体和液体类物质 严禁在实验室内睡觉 严禁疲劳作业和带病工作 严禁直接用手接触任何化学物质 严禁实验过程中将头伸入通风橱内 严禁穿拖鞋及钉有铁掌的皮鞋进入实验室 严禁用身体的任何部位接触其他实验人员 及时将洒落的化学物质清理干净 进行危险操作时应事先通知其他实验人员,3,时间管理,4,如何提高工作效率 1. 做该做的，正确的事情

2、2. 做重要的，有价值的，有意义的事情,明确自己的目标 做好统筹安排 抓住工作重点,事前精心准备 马上做，不拖延 一次把事情做好,5,每日工作时间安排,6,有机合成的基本程序,实验准备 实验操作 产品鉴定 实验记录 实验总结,7,实验准备,文献查阅 实验方案制定 预测可能的副反应 预测实验操作危险 仪器清洗,8,文献查阅,最常用检索网站 Reaxys Scifinder,通过数据库检索，找到最佳合成路线,其他检索网站 Organic syntheses Chemspider 维基百科 CNKI,常用专利检索网站 欧洲专利局 drugfuture,路线最短，收率最高，原料最便宜，可操作性最高,9

3、,分析对照各种实验方案，找出异同点 仔细思考异同点的理论依据 通过检索网站查询该类型反应的通适合成方案 仔细思考通适合成方案与现有方案的异同点 仔细思考异同点的理论依据 和博士们认真讨论各种方案的优劣后，敲定最佳实验方案,实验方案制定,好的实验方案是成功的一半！,10,通过检索网站查询该类型反应的可能副反应 尽可能写出每一个副产物 查询每一个可能副产物的产品性质 预先设想减少副产物生成的方法 预先设想在后处理过程中除去副产物的方法,预测可能的副反应,11,通过化学网站（chemical book等）查询反应原理，产物和副产物的危害性 尽可能写出每一个副产物 查询每一个可能副产物的危害性 根据所

4、有可能的危害性，提前做好预防措施,预测实验操作危险,12,仪器清洗,根据实验需要，提前将所需使用仪器清洗，烘干备用,玻璃仪器清洗标准：水膜均匀，既不聚成水滴，也不成股流下。,注意： 玻璃仪器里外都需要洗涤,13,搭装置 投反应 反应监控 后处理,实验操作,14,选择实验设备 检查设备和玻璃仪器好坏 从左至右 从下往上 检查气密性 预处理（除水除氧等）,搭装置,15,搅拌器选择,电磁搅拌 特点：安全性高、使用方便、操作简单 适用范围：绝大多数小量有机合成反应（尤其是对空气、 水汽敏感的且具有高度反应活性化合物的反应 ） 机械搅拌 特点：功率大，转速快 适用范围：大量制备，高速搅拌，固体悬浮物多，

5、高粘度的 反应体系,16,加热浴液的选择,硅油 特点：在300 oC左右长时间加热而不变黑不发烟 适用范围：100 oC以上反应 液体石蜡 特点：加热到100 oC以上时易变黑且易发烟 适用范围：用于100 oC以内的反应，特别是无水反应,除了做冰水浴，有机合成实验室基本上不用水做浴液。,17,溶剂干燥,乙醚，四氢呋喃等醚类物质容易形成易爆炸的过氧化物，使用前需用淀粉-碘化钾试纸检验！,卤代烃切勿用钠丝进行干燥，否则易发生爆炸！,18,系统或溶剂脱气,哪些反应需要脱气（空气，氧气，水，二氧化碳，氮气等） 高温反应（120 oC)和长时间加热反应 （80 oC) 有机金属反应参与的反应 自由基反

6、应 光化学反应 易氧化物质参与的反应，如富电子芳环等 常用脱气方法 鼓泡法：用惰性气体（氦气等）对溶剂进行鼓泡30分钟以上（用于粗略脱气） 减压置换法：减压条件下，用惰性气体（氩气等）置换体系中空气，反复置换5-10次 冷冻融化法：最有效但也是最繁琐的溶剂脱气法。液氮将溶剂冷冻至全凝固后，油泵抽气2-5分钟，关闭油泵，溶剂自然融化，再用液氮冷冻至全部凝固，油泵抽气2-5分钟，重复此2-3次（总共脱气3-4次），最后一次时在真空条件下将溶剂回复至室温，然后通入惰性气体（双排管操作）,19,仔细阅读实验方案，在头脑中形成清晰的操作步骤 仔细核对原料标签，确保不拿错原料，确保纯度足够，明确该原料的安

7、全使用方法 如果反应有爆炸，着火等危险可能性时，应事先准备好防爆盾和灭火器 严格称量（注意单位g，mg，ml等） 按照预设的投料顺序投料 严格监控反应温度，如果升温过快，则需减缓投料速度或冰浴冷却,投反应,20,冷却方法,基于碎冰的冷却系统,基于液氮的冷却系统,21,TLC实时监控（反应起点，10分钟，30分钟，1小时，下班前等） 严格监控反应温度（严防过高过低） 阶段性升温（确定反应趋势） 升温过程一定必须在反应旁监控（升温过程最容易出意外） 实时记录反应现象（颜色变化，澄清度变化，有无气体固体消失或生成） 放热剧烈的反应可以采用滴加或冷却的方法（加速散热，避免局部高温） 如果反应不完全，则

8、可通过延长反应时间，提交反应温度，增加催化剂用量等方法来调控,反应监控,22,TLC法跟踪反应,23,24,选择展开剂的原则（A/B溶剂体系，B为强溶剂）,25,常见溶剂分类（按极性强弱分类）,26,硅胶层析常用展开溶剂体系,27,硅胶TLC显色定位方法,28,常用显色剂,水合茚三酮显色剂： 配方一：水合茚三酮0.2 g溶于100 mL乙醇中； 配方二：水合茚三酮0.3 g溶于100 mL乙醇中，再加冰乙酸3 mL。 适用范围：氨基酸，有机胺，及氨基糖,磷钼酸显色剂： 配方一：5%磷钼酸乙醇溶液； 配方二：10%磷钼酸乙醇溶液。 适用范围：还原性化合物、类脂、甾体化合物等。,硫酸通用显色剂：

9、配方一： 5%浓硫酸乙醇或乙酐溶液； 配方二：浓硫酸与甲醇或乙醇等体积混合； 配方三：15%浓硫酸正丁醇溶液； 配方四：10%硫酸或10%硫酸乙醇溶液。 适用范围：对大部分有机化合物适用,29,常用显色剂,高锰酸钾通用显色剂： 配方：1.5g KMnO4 + 10g K2CO3 + 1.25mL 10% NaOH + 200mL 水， 使用期3个月 适用范围：含还原性基团化合物，比如羟基，氨基，醛等,钼酸铈显色剂： 配方：235 mL 水 + 12 g 钼酸氨 + 0.5 g 钼酸铈氨 + 15 mL 浓硫酸 适用范围：大部分有机化合物,钼酸显色剂： 配方：2 g 钼酸 + 100 mL 5%

10、硫酸 适用范围：大部分有机化合物，对含较长脂肪链的化合物显色效果非常好,二硝基苯肼显色剂： 配方：12 g 二硝基苯肼 + 60 mL浓硫酸 + 80 mL 水 + 200 mL乙醇 适用范围：醛酮类化合物,30,后处理,目的：分离提纯得到纯的产品,评价标准： 产品是否最大限度的保质保量得到 原料、中间体、溶剂及有价值的副产物是否得到最大限度的回收利用 后处理步骤，无论是工艺还是设备，是否足够简化 三废量是否达到最小,31,反应后处理一般流程,32,反应后处理一般流程,33,常见特殊试剂的淬灭及处理,在后处理前，应先取一点反应液留作样品，以供对后处理好的反应液对照比较。,选择合适的淬灭试剂，要

11、充分考虑到产物的稳定性以及后处理的难易程度; 如果淬灭过程大量放热，须在冷却下进行淬灭; 不要过分依赖文献，而不对反应进行监控。只有当TLC或其他分析手段显示反应结束，才能对反应进行淬灭; 可能的话，后处理应在淬灭后尽快进行。,34,常见特殊试剂的淬灭及处理,在-78 0C用3 M NaOH 淬灭，升温至室温后再用3 M NaOH洗涤,在 0 0C加水淬灭，再加 10 %NaOH，然后过滤,处理难点： 反应淬灭后，产生大量不溶于水的粘性铝化合物 常用淬灭剂： 十水硫酸钠、乙酸乙酯乙醇、水,DIBAL-H：二异丁基氢化铝,LAH : 氢化锂铝,35,常见特殊试剂的淬灭及处理,Lithium Al

12、uminum Hydride (x g): 1. 用适量乙醚稀释后冷却到0 0C； 2. 慢慢加入x mL水； 3. 加入x mL 15 %氢氧化钠水溶液； 4. 再加入3x mL水； 5. 升温到室温搅拌15分钟； 6. 加入一些无水MgSO4； 7. 搅拌15分钟后过滤除盐。,Diisobutyl Aluminum Hydride (x mmol): 1. 用适量乙醚稀释后冷却到0 0C； 2. 慢慢加入0.04x mL水； 3. 加入0.04x mL 15%氢氧化钠水溶液； 4. 加入0.1x mL水； 5. 升温到室温搅拌15分钟； 6. 加入一些无水MgSO4； 7. 搅拌15分钟后

13、过滤除盐。,DIBAL-H,LAH,36,常见特殊试剂的淬灭及处理,37,不同溶剂反应的处理,Acetonitrile,THF/Dioxane,di-/trialkylamines/ pyridine,Alcohols,DMF/DMSO,benzene/toluene/ xylene,与水混溶，方便的话在后处理前预先除去,与水及有机溶剂都混溶，在进行水相后处理时应先除去,与水混溶，安全的做法是, 在进行水相后处理时先除去,大极性的高沸点溶剂，与水混溶，很难除去,不溶于水, 可直接萃取或先除去,用稀盐酸洗涤 ，或用10% CuSO4水溶液洗涤,38,萃取操作,利用物质在两种不互溶（或微溶）溶剂中

14、溶解度或分配比的不同来达到分离提纯目的,萃取溶剂的选择，应根据被萃取化合物的溶解度而定，同时要易于和溶质分开，最好用低沸点溶剂。 一般难溶于水的物质用石油醚等萃取； 较易溶者，用乙醚等萃取； 易溶于水的物质用乙酸乙酯等萃取。 每次使用萃取溶剂的体积一般是被萃取液体的1/51/3，两者的总体 积不应超过分液漏斗总体积的2/3,萃取原理,萃取溶剂的选择,39,萃取操作,长时间静置； 加入适当的物质，使其密度差增大，对于水相，通常加入无机盐 ； 因表面活性剂存在而形成的乳化，改变溶液的pH往往能使其分层； 因碱性而产生乳化，可加入少量酸破坏； 因少量悬浮固体引起的乳化，可将乳浊液缓慢过滤，过滤时在漏

15、斗里铺上一层吸附剂(硅酸镁、氧化铝、硅胶)，则效果更好; 因两种溶剂（水与有机溶剂）能部分互溶而发生乳化，可加入少量电解质如氯化钠等，利用盐析作用加以破坏; 对于顽固的乳化，还可用离心分离，也可加热，或向有机溶剂中加入极性溶剂（如醇类或丙酮）以改变两相的表面张力。,在萃取时常常出现不分层和乳化的现象,解决方法,40,萃取操作,在得到实验结果前，有机相、水相、不明固体一律不允许丢弃。,萃取次数,少量多次 通常三次,41,萃取操作,几种特殊的有机萃取溶剂,常用于萃取大极性物质的有机溶剂,n-BuOH (沸点117 0C, 油泵旋蒸方可除去); DCM : MeOH (10: 1); EtOAc :

16、 THF (10: 1); CHCl3 : i-PrOH (3: 1).,42,酸碱化处理,具有酸碱性基团的有机化合物，可以得失质子形成离子化合物，而离子化合物与母体化合物具有不同的物理化学性质。,酸碱化原理：,氨基酸可以通过上Boc, 降低极性和水溶性后再进行分离,43,易燃易爆或剧毒品的后处理,常见危险废物的销毁方法,44,易燃易爆或剧毒品的后处理,催化氢化常用的催化剂（Raney Ni, Pd/C, Pd(OH)2等）,危险性：干燥时易燃，和空气或有机物的气体磨擦也容易燃烧 Raney Ni Pd/C Pd(OH)2,后处理注意事项：,从高压釜抽取反应液时必须有两人在场; 在快抽干时,提

17、前解除真空, 或立即加入相应的溶剂冲洗内壁, 把遗留催化剂全部抽走; 抽滤时也不能完全抽干，快抽干时,接着加反应液或空白溶剂; 事先准备一块湿布或一杯水, 起火星时用湿布捂或用水灭; 用过的催化剂或沾有这些催化剂的滤纸、塞内塑料垫等绝不能丢入垃圾桶中，应密封在容器中，用水或有机溶剂盖住。,45,后处理常见问题的解决技巧,关于有机反应中油状物的处理,固体产物呈油状物一般有以下几种情况: 产物很不纯,有很多杂质； 产物中含有溶剂,特别是包含了高沸点的溶剂； 产物熔点较低,又含有一些溶剂, 熔程变大而不易结晶。,问题的解决方法一般有： 用低沸点的溶剂尽量把溶剂带干； 高真空油泵抽气除去高沸点溶剂，含

18、水的话，也可以考虑冻干； 加入良性溶剂（沸点较低）溶解后，再加入不良溶剂（要筛选），然后不加热缓慢旋走部分良性溶剂，若还不析出，可冷却或用超声波超一下； 用溶剂重结晶 。,46,后处理常见问题的解决技巧,抽滤时滤饼很黏稠，过滤速度很慢，怎么办？,打碳层，或者硅藻土层； 加助滤剂 (硅胶、氧化铝、无水硫酸钠等); 沉降法，放置一段时间，先滤上层清液 ； 勤换滤纸； 换用滤布; 离心法。,如何除去过量的Boc2O？,若产物极性较大，可用正己烷或乙醚萃取除去 ； 加入少量N,N-二甲基丙二胺(或N,N-二甲基乙二胺)，待TLC检测过量的Boc2O (一般10:1, Rf0.6 左右， 以碘显色) 消

19、失后，以1 M稀盐酸洗涤 (如果担心Boc的安全就用10的柠檬酸洗)。,47,小测试,1. 简单计算，淬灭剂水的用量是LAH摩尔数的多少倍，可使生成颗粒状沉淀的偏铝酸锂LiAlO2而便于过滤 ：,3. 下列有机溶剂中，哪种可用来除去绝大部分的Boron Compounds ：,2. 萃取的次数，通常是几次：,4. 下列催化氢化催化剂中，燃烧危险性最高的是 ：,a.) 1,b.) 2,c.) 3,d.) 4,a.) 1,b.) 2,c.) 3,d.) 4,a.) EtOAc,b.) MeOH,C.) EtOH,d.) Acetone,a.) Raney Ni,b.) Pd(OH)2,C.) Pd

20、/C,48,产品鉴定,HNMR： 化学位移，峰多重性（裂分），氢数目，耦合常数 CNMR： 不同碳数目，碳化学位移 COSY： H-H相互耦合信息 NOESY： H-H空间彼此靠近信息 TOCSY： H-H相互耦合总相关信息 HMQC： 同一碳上氢化学位移对应的同一碳化学位移 DEPT： 伯，仲，叔碳化学位移（CNMR减DEPT=季碳） HMBC： 远程相关信息,49,1H，13C-NMR,纯度： 至少在两种溶剂体系中均显示为单点 技巧： 用非氘代溶剂反复抽干3次，再油泵抽干 样品量： 氢谱：5-10 mg；碳谱：10-30 mg 要求： 谱图中无溶剂峰和水峰,MS,纯度： 至少在两种溶剂体系中均显示为单点 样品量： 1 mg（注明溶解用溶剂） EI-MS： 用于绝大多数有机物，提供碎片离子和分子量信息 ESI-MS： 用于强极性和中等极性物质，提供分子量信息,MP,样品量： 20-100 mg 要求： 通常要求熔程在3摄氏度以内,50,实验记录,（完整、详细、准确）,1 日期、温湿度 2 参考文献： 3 反应方程式：,4 投料比,51,5 实验过程记录,52,53,6 TLC,反应起点 第10分钟 第30分钟 第60分钟 第2小时 第4小时 第6小时,DCM：MeOH 3:1,7 结果及分析,8 检测数据,54,实验