薄层色谱法和有机化合物元素的定性分析

实验四 薄层色谱法和有机化合物元素的定性分析
（一）薄层色谱法
课时数：3学时
教学目标：
本项目是有机化学实验基本操作技能之一，通过本项目学习使学生了解薄层色谱法的原理，掌握层析板的制备技术，学习色谱分离鉴定方法，学会应用层析法来分离和鉴别有机化合物，鉴定有机化合物的纯度，为以后合成实验打下基础。

教学内容：
一、实验目的：
1、 解薄层色谱法的原理和方法，掌握层析板的制备技术；
2、 学会应用层析法来分离和鉴别有机化合物，鉴定有机化合物的纯度。

二、实验原理：
1、色谱法定义：是一种物理的分离方法，其原理是利用混合物中各组分的物理化学性质的 差别，使各成分在某一条件下流过吸附剂时，由于其物理性质的不同而得到分离。

目前常用的色谱法有：薄层色谱法、柱色谱法、纸色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法。

⑴薄层色谱（TLC ）属于固－液吸附色谱，固定相是吸附剂，流动相是展开剂。

它是利用各种化合物的吸附能力不同，在薄层板上随展开剂上移时的解吸程度不同，从而达到分离的目的。

⑵柱色谱是利用层析柱将混合物各组分分离开的操作过程。

⑶纸色谱是以滤纸为载体，让样品溶液在纸上展开达到分离的目的。

⑷气相色谱是以气体作为流动相的色谱法。

⑸高效液相色谱是选用颗粒很细的高效固定相，采用高压泵输送流动相，分离、分析过程通过仪器完成。

2、比移值R f ：是表示色谱图上斑点位置的一个数值，良好的分离R f 应在0.15－0.75之间。

R f ＝ 影响R f 的因素：
⑴ 吸附剂的吸附能力：与其极性、粒度、活性有关。

吸附能力越强，比移值越小。

⑵ 展开剂的极性：展开剂极性越强，解吸能力越强，则比移值越大。

⑶ 样品的极性、能否与吸附剂形成氢键：样品极性越强，与吸附剂表面基团形成氢键， 则吸附越强，比移值越小。

⑷ 温度、薄板的厚度
在上述因素固定的情况下。

比移值对每一种化合物来说是一个特定的数值。

三、实验流程图：
制作薄板 划底线 点样 展开 划前沿线
显色：紫外光，I 2
当样品本身无色时需显色
化合物样点移动的距离 展开剂前沿移动的距离
3ml 1％CMC ＋8ml H 2O ＋5g GF 254 ，晾干，105-110℃活化0.5h 距薄板底端约1cm 处，铅笔 直径1－2mm ，间距约1cm 液面不超过0.5cm ，先饱和数分钟 当展开剂上升到距薄板顶端约1cm
四、实验内容：
1、求出1％偶氮苯的苯溶液R f值
展开剂：环己烷:乙酸乙酯＝9:1
2、求出1％间苯二酚、邻氨基苯酚的乙醚溶液R f值
展开剂：石油醚:乙醚＝1:2 ，石油醚:乙醚＝1:2
3、求出圆珠笔油的酒精溶液三个组分的R f值（湖蓝，紫红，蓝）
展开剂：正丁醇:乙醇:水＝9:3:1
实验重点：
通过本项目学习使学生了解薄层色谱法的原理，掌握层析板的制备技术，学习色谱分离鉴定方法，学会应用层析法来分离和鉴别有机化合物，鉴定有机化合物的纯度，为以后合成实验打下基础。

1、吸附剂的选择：常用吸附剂有硅胶、氧化铝（本实验采用硅胶）。

硅胶G含煅石膏，G 代表石膏（gypsum）；硅胶GF254含煅石膏、荧光物质，F254表示添加的荧光素，可在波长254nm 的紫外光下激发荧光。

为了加强薄层板的机械强度可以添加粘合剂。

煅石膏和羧甲基纤维素（CMC）都可作为粘合剂。

添加粘合剂的薄层板称为硬板，反之称为软板。

2、展开剂的选择：一般被分离物极性大，选用极性较大的展开剂；被分离物极性小，则选择极性较小的展开剂。

若单一展开剂不能很好分离，也可采用不同比例的混合溶剂展开。

如发现样品各组分的比移值较大，可换用一种极性较小的溶剂，或在原来的溶剂中加入适量极性较小的溶剂去展开，如各组分比移值较小，则可加入适量极性较大的溶剂，直至达到满意的分离效果。

[溶剂极性顺序（递减）：乙酸、水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、氯仿、二氯甲烷、苯、甲苯、四氯化碳、环己烷、石油醚]
3、应用：
⑴鉴定化合物：每种化合物都有自己特定的比移植。

⑵分离混合物、精制化合物：展开剂展开后吸附强的组分行程短，从而各组分之间拉开距离。

分别刮下各组分的色点（色带），各自用溶剂萃取，再蒸去溶剂即得各组分的纯品。

若扩大薄层板面积、加大厚度，并把样品点成一条线，一次可分离出几百毫克的样品。

⑶跟踪反应进程：在反应过程中定时取样，将原料和反应混合物分别点在同一薄层板上，展开后若原料点基本消失，产物点很浓，则说明反应基本完成。

实验注意点：
1、制板：①制备浆料时，应将吸附剂慢慢加至溶剂中，边加边搅拌，制成浆料要求均匀、不带结块、粘稠适当。

②制备薄层板时，应取干净干燥玻璃板，取用时用手指接触载玻片边缘，否则载玻片表面受污染，吸附剂难于均匀铺在载玻片上。

③倾注法铺层：用滴管吸取适量调好的浆料在玻璃板上，用手左右摇晃，使表面均匀光滑，必要时可于平台处让一端触台面另一端轻轻跌落数次并互换位置。

然后放置平板上阴干。

2、制样与点样：样品通常溶解在合适溶剂中配成1％－5％溶液。

要求在距板底端1cm处划一直线，点样毛细管内径应小于1mm，点样后的斑点直径扩散成1－2mm为宜，若样品量太少，有的成分不易显出，太多则容易造成斑点过大互相交叉或拖尾。

如果多处点样，点样应间距1cm 以上。

3、展开：需在密闭容器中进行。

先将展开剂放展开缸中，使缸内空气饱和几分钟，再放入薄层板展开。

薄层板的倾斜角度为30°－90°。

点样的位置需在展开剂液面之上。

当展开剂上升到离薄层板顶端5－10mm处或各组分明显分开时，取出薄层板划出前沿和斑点，晾干。

3、显色：如果化合物本身无色，则需要进行显色。

方法有：①碘蒸气显色法：碘能和很多有机化合物（烷和卤代烷除外）可逆结合形成有色络合物，显色后立即标出斑点形状和位置，因碘在空气中挥发棕色斑点短时间内会立即消失。

②紫外光显色法：若样品本身含荧光物质，或吸
附剂中添加荧光物质，则溶剂挥发后放紫外光下观察，有机化合物呈暗红色斑点，标记斑点形状和位置。

③还可采用试剂显色法。

（二）有机化合物元素的定性分析
课时数：3学时
教学目标：
本项目是有机化学实验必开实验之一，通过本项目学习使学生了解学习元素分析的原理和意义，掌握有机化合物常见元素的检验方法。

教学内容：
一、实验目的：
1、学习元素分析的原理和意义。

2、掌握有机化合物常见元素的检验方法。

二、实验内容：
1、碳氢的检验
若物质燃烧能生成带烟的火焰或分解生成碳化物残渣，则证明含碳；通常是将样品与干燥氧化铜粉末混合加热，检验是否生成了二氧化碳和水来证明碳、氢的存在。

2、氮、硫、卤素的检验
⑴钠熔法分解样品：氮、硫、卤素在有机化合物中以共价键与其他原子结合，难于在水中形成相应离子，故用钠熔法分解有机化合物，使氮、硫、卤素转变为CN－、S2－、CNS－、X－，再对其水溶液进行检测。

⑵硫的鉴定：醋酸铅试验（生成黑色或棕色沉淀）和亚硝基铁氰化钠试验（溶液呈成紫红色或深红色）可检验S2－的存在
⑶氮的鉴定：普鲁士蓝试验（生成蓝色沉淀）可检出CN－
⑷氮、硫同时鉴定：三氯化铁试验（溶液呈血红色）能同时检出钠熔溶液中的氮、硫
⑸卤素的鉴定：铜丝火焰燃烧法（火焰呈绿色）和卤化银试验（大量白色或黄色沉淀析出）可检验卤素的存在
a、溴和碘的鉴定：利用与氯水的反应检出。

b、氯的鉴定：利用除去溴碘后，与硝酸银的沉淀反应检出氯。

3、未知物的元素定性分析
实验注意点：
1、碳和氢的鉴定：样品及氧化铜需预先干燥，否则共热时，所含的水分逸出凝结在试管壁会干扰氢的鉴定。

2、钠熔法分解样品：①金属钠具有强碱性和强腐蚀性，遇水会猛烈燃烧爆炸，在空气中会迅速氧化，故取用金属钠需小心，操作要迅速，不要接触水和手，仪器要干燥。

②钠的加热时间要控制好，当钠熔成金属小球并出现蓝白色蒸气时即可投入试样，钠加热时易氧化，若加热时间太长，则试样不能完全分解。

③投试样时，试样与钠蒸气接触发生猛烈分解，可能发生轻微的爆炸或着火，要注意安全。

3、普鲁士蓝试验：如无沉淀而只得到蓝色或绿色的溶液，可能是样品分解不完全，需重新进行钠熔法试验。

4、卤素的鉴定：①若样品中含有硫或氮，CN－、S2，会干扰实验结果，需加硝酸酸化，煮沸除去HCN和H2S，有毒，注意不要吸入。

②碘含量较高时，常使溴不易检出，可用滴管吸出紫色的四氯化碳层再加入四氯化碳至无色，再加氯水检验溴的存在。