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有機化學實驗室入門

不管你是專題生還是研究生，本文提供給即將加入有機化學實驗室的同學們，事先瞭解做有機化學實驗的相關流程，先有些基礎概念，往後進入實驗室能更快上手。

本文內容是敘述我們做方法學的實驗室之流程、習慣，再加上一些筆者的經驗談，其他實驗室必定有不同的流程及習慣，故同學們還是要以你們實驗室所教的內容為主，但我相信基本上有機實驗要做的流程離不開這些，先說大概流程：

(1)寫實驗紀錄簿

(2)下反應

(3)收反應(萃取)

(4)純化(流column 或 再結晶)

(5)秤重、算產率

(6)測NMR，確認產物結構

＊萃取、純化、NMR的部分先敘述大致上的流程，更深入的技巧會另外寫文章探討。

而以下是六項流程的詳細說明，並添加一些筆者認為應該注意的事項：

1.寫實驗紀錄簿

每一次下反應一定要寫實驗紀錄簿，寫實驗紀錄簿的目的在於：

(1)計算下反應所需藥物的質量或體積

(2)寫實驗步驟（看paper查來的步驟）

(3)詳細記錄你下反應的操作手法、流程、反應顏色變化現象……等。

(4)畫出反應結束時、流column前及流完column後TLC片的跑片狀況(一個反應總共會畫三次)。

(5)計算理論產量、實際產量及產率

＊記錄你所操作的手法及流程是非常重要的，有些化學反應不是將起始物全部丟進反應瓶，加溶劑攪一攪就可以輕鬆成功的。舉例來說，合成某一個化合物需要加入起始物A和B，這時我將A和B加入圓底瓶，再加入溶劑；或者是先將Ａ加入圓底瓶，接著加入溶劑，最後再加入B，這兩種操作流程的不同，有可能會影響產率。因此我們將下反應的流程記錄下來，之後發現產率不如預期的話，我們可以回過頭來查紀錄簿，看哪個流程需要改善，如果偷懶沒有紀錄的話，很容易過一陣子就忘了。

＊畫TLC片也是重點之一，跑片狀況如何和用什麼樣的溶劑極性跑片都要記錄下來，之後如果要做同樣的反應，方便回來對照，節省試跑TLC片的時間。

2.下反應(一般流程，若paper步驟有特殊需求再調整)

(1)找藥：上網查出所需藥物的CAS Number，接著去你們實驗室的藥冊查出它在哪裡並且找出來，找到後記得先確認藥罐內的量是否足夠你下反應。

(2)選擇反應瓶：看需求，可以選擇寬口或窄口圓底瓶、尖底瓶、雙頸瓶、三頸瓶、高壓管(封管實驗用)，選好後將磁石加入瓶中。

(3)秤藥：若藥物是固體，直接秤完加入反應瓶就好。如果藥是未知密度的液體，可將反應瓶放到秤台上歸零，再秤液體進去。若是已知密度的液體，算出該加多少量的體積，稍後加完溶劑再用pipet或針筒打入反應瓶。

(4)抽真空：為了確保我們的反應不會被外界空氣所干擾，秤完藥後將反應瓶拿去抽真空，抽完用血清塞塞好後插上氮氣球。

(5)加入溶劑：用氣密針筒或pipet加都可以。

(6)加入液體藥物：如果paper沒有特別說明，我會加完溶劑再加液體的藥物，因為擔心在秤藥階段，固體藥加完直接加液體藥反應就開始了(有時還會放熱，反應瓶會燙，很擔心反應會壞掉)。

(7)開始反應：在記錄簿上記錄開始反應的時間，若是高溫反應，反應放進油浴鍋之後別急著離開，先確認油浴鍋的溫度不會浮動後再離開(若你在試新條件，反應一下50度，一下又變80度，這個反應條件就不準了)。

(8)追蹤反應：在試新的條件時，每隔一段時間就要點TLC片追蹤反應，觀察起始物的消耗狀況，有沒有新的點產生。追蹤一段時間後，發現起始物消耗完了，或起始物完全沒有動，亦或是起始物有消耗但過了很長一段時間都沒有繼續消耗，就可以收反應了。

＊若是冰在冰箱的藥物，記得藥先拿出來退冰之後才可以打開。如果沒有退冰就打開，罐內藥物容易吸收空氣中的水份而壞掉。

＊若為高溫反應，可在秤藥前先預熱油浴鍋。

3.收反應(萃取)

(1)點TLC片，確認反應結束後，記錄總反應時間及顏色變化，並將TLC片的狀況畫在記錄簿上(懶惰的話可以用貼的)。

(2)以我們實驗室為例，大部分用乙醚、乙酸乙酯(EA)或二氯甲烷(DCM)萃取。

(3)萃取時有機層和水層的量，比例大概抓1：1。(有些paper會告訴你用多少的有機溶劑和水去萃取)

(4)萃取完後，收集有機層的部分，裡面難免會有一些微量的水萃不掉，加入硫酸鎂除水，鋪濾紙在漏斗上，將濾液過濾到一個乾淨的瓶子中，得到一瓶完全無水的有機溶液(水沒除乾淨的話，流column時化合物會卡在column)，一般會加入酸性、鹼性或中性飽和水溶液萃取兩次，第三次加入飽和食鹽水萃取。

(5)利用迴旋濃縮機，將多餘的有機溶劑抽乾，抽乾後的化合物轉移至尖底瓶。

(6)再點一次TLC片，確認萃取完TLC片的狀況，二度將TLC片的狀況畫在記錄簿上。

＊假設今天用二氯甲烷萃取，若反應溶劑用的是二氯甲烷以外的有機溶劑，要先拿去迴旋濃縮機將溶劑抽乾後才能進行萃取，否則有可能會出現有機層和水層難以分層的情況。尤其是當反應用的溶劑是醇類(甲醇、乙醇……等)時，如果萃取前不先上濃縮機抽乾，萃取時醇類會將所有有機物溶進水層。

＊一般來說有機溶劑的密度比水小，故萃取時溶液收集上層。要注意的是二氯甲烷的密度比水大，用二氯甲烷萃取的話要取下層。

＊有時萃取會發生有機層和水層乳化難以分層的現象，不想等待一段漫長的靜置時間的話，加入飽和食鹽水可以快速消除乳化現象。
＊上述第四點會說加入飽和食鹽水進行第三次萃取的原因是，飽和食鹽水可以消除乳化現象，讓有機層和水層分層更明顯，這時小心操作漏掉水層，收集到的有機層所殘餘的水量就會更少，下一步就不用加入太多硫酸鎂除水，因為有時加入太多的硫酸鎂除水容易造成目標化合物卡在硫酸鎂中。

＊萃取時有機層和水層的量比例盡量加1：1，若有機層溶液加太少，你的目標化合物有機會溶到水層去。

4.純化(流column、再結晶)

(1)流column前，要先試著用不同的溶劑搭配或溶劑比例來跑TLC片，測試哪一種跑液最適合拿來沖提column(最理想的狀況是，目標產物的點在RF值0.3的位置)。

(2)Packing column，可用馬達加壓來加速，更沒耐心的話可以用搖的，讓silica gel和溶劑混和均勻。

(3)Loading化合物到column中，結束後可加一些海砂(加入約一公分的高度)，防止倒沖提液進去後，silica gel和化合物被沖起。

(4)開始流column，可用單一極性流法或變換極性流法，用試管收集濾液，一邊流一邊跑TLC片追蹤目標產物在哪一管流出來。
(5)目標產物完全流出來之後，加入一些乙酸乙酯，將column中剩餘的物質沖洗出來。

(6)將有目標產物的那幾管收集在圓底瓶中後，拿去迴旋濃縮機濃縮。

(7)點TLC片，確認收集到的東西是純的，在TLC片上只有一個點，並將TLC片上的狀況三度畫在實驗紀錄簿上。

(8)最後將目標產物拿去測圖，從圖中發現你的東西有雜質，若你的東西正好是固體的話，可以用再結晶的方式來純化。

*silica gel極溶於水，如果吸入silica gel進身體中的話，一輩子都無法排出，會引發矽肺症，故取silica gel時務必戴口罩和閉氣。

5. 秤重、算產率

(1)拿一個乾淨的樣品瓶，秤好空瓶重，記錄在實驗紀錄簿上(忘記寫的話要重新轉瓶一次)。

(2)將目標產物轉移到樣品瓶中，並上迴旋濃縮機將多餘的有機溶劑抽乾，但迴旋濃縮機的抽力有限，無法將全部的有機溶劑抽乾。

(3)在迴旋濃縮機抽完後，拿去上高真空抽一段時間，直到有機溶劑完全抽乾為止。

(4)抽乾後，秤重並扣除空瓶重，得到目標產物實際重量後即可算產率。

*算產率前，產物中的有機溶劑一定要抽乾，否則算出來的就不是真實產率。

6. 測NMR，確認產物結構

(1)算完產率後，取一些出來溶在d-solvent中，拿去測NMR。若目標產物為已知化合物，可以上網找出化合物的NMR圖，並拿來和自己測的圖比較，看做出來的化合物是否正確。

(2)若NMR圖譜上，發現有solvent peak的話，代表你的化合物沒有抽乾，要重新拿去迴旋濃縮及上高真空抽乾後算產率，再來測一次NMR。

(3)做出來的目標產物是新的化合物的話，若看NMR圖譜無法肯定這個東西是我們預期的結構(尤其是環狀化合物)，需要進一步的拿去測MS、IR或X-ray。

實驗入門到這邊告一段落，希望以上內容能夠幫助各位，如果覺得有用的話可以分享給有需要的同學