在有機(jī)所的五年,耳聞目睹了很多安全事故,深感多一份細(xì)心,多一份保障?,F(xiàn)將
我所知道的實(shí)驗(yàn)室里面的潛在危險(xiǎn)總結(jié)如下:歡迎大家就自己知道的進(jìn)行補(bǔ)充。
一、 溶劑處理方面的潛在危險(xiǎn)。
A、溶劑無(wú)水處理前,一定要預(yù)處理
對(duì)于低沸點(diǎn)的溶劑,如乙醚,正戊烷等一定要先用干燥劑預(yù)先干燥,然后再加入鈉絲
進(jìn)行回流,并且加熱不能過(guò)快過(guò)高。因?yàn)?,一旦溶劑里面的含水量過(guò)大,那么生成氫氣
很劇烈的話,溶劑極易沖出體系,然后遇見(jiàn)明火或正在加熱的電阻絲,發(fā)生爆炸。這一
點(diǎn)在有機(jī)所是有先例的,當(dāng)時(shí)的慘狀是,爆炸的沖擊波從三樓沖到頂樓,把通風(fēng)裝置炸
的粉碎。包括對(duì)面實(shí)驗(yàn)室的整扇窗都被推倒。
對(duì)于醚類溶劑,如果生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng),或者久置不用的話,一定不要震動(dòng),同時(shí)要加
入還原劑,除掉生成的過(guò)氧化合物。也是一個(gè)博士生,在處理久置不用的處理THF的裝置
的時(shí)候,剛一拔磨口活塞,就發(fā)生爆炸,滿臉血肉模糊。
用鈉處理的溶劑和鹵代烷溶劑處理裝置不能公用一個(gè)與大氣相連的裝置。有些同學(xué)
衛(wèi)省事或節(jié)約空間,把所有溶劑處理裝置中保證與大氣相通的的裝置相連,這樣做的危
險(xiǎn)是很可能如果鹵代烷,特別是二氯甲烷,加熱的時(shí)候溫度較高,無(wú)法冷凝下來(lái),這
樣,有可能密度較大的鹵代烷就會(huì)順著相同的管道,進(jìn)入用鈉絲干燥的溶劑的體系。一
旦出現(xiàn)這樣的事情,肯定是爆炸。大家知道,鹵代烷在金屬鈉的作用下的偶聯(lián)反應(yīng)非常
劇烈。
B、 廢溶劑的處理,絕對(duì)不要發(fā)生酸性液體和堿性液體,氧化性液體和還原性液體的
混裝,這樣非常危險(xiǎn)。在有機(jī)所,廢液桶爆炸不是一次兩次。對(duì)于SOCl2, PCl5, PCl3
絕對(duì)不能未經(jīng)處理就放入廢液桶,后果也很危險(xiǎn)。
二、 實(shí)驗(yàn)操作方面的潛在危險(xiǎn)。
1、 對(duì)于加熱、生成氣體的反應(yīng),一定要小心不要成了封閉體系。
2、 應(yīng)該小心滴加、冷卻的反應(yīng),一定要嚴(yán)格遵守,不要圖省事。
3、 反應(yīng)前,一定要檢查儀器有無(wú)裂痕。對(duì)于反應(yīng)體系氣壓變化大的反應(yīng),大家
一般都會(huì)注意。但是,有些問(wèn)題就是在你想不到的時(shí)候出現(xiàn)。我在一次萃取的時(shí)候,量
在2升左右,發(fā)現(xiàn)分液漏斗有一個(gè)裂痕,以為沒(méi)有問(wèn)題。結(jié)果,在手中剛一搖晃時(shí),就炸
開了。20%的KOH溶液噴了我一臉,更可怕的是,溶液順著桌面進(jìn)入插座,引起電源短
路,然后引發(fā)火災(zāi)。
4、 對(duì)于容易爆炸的反應(yīng)物,如過(guò)氧化合物,疊氮化合物,重氮化合物,無(wú)水高
人 鹽,在使用的時(shí)候一定要小心,加熱小心,量取小心,處理小心。不要因?yàn)檎饎?dòng)引
起爆炸。舉三個(gè)例子如下:
某副教授在有機(jī)所進(jìn)修時(shí),加壓蒸餾一容易分解的化合物,由于加熱沒(méi)有控制好,
發(fā)生爆炸,場(chǎng)面極其血腥。胸口的洞縫了五十多針!
某研究生,在做關(guān)于過(guò)氧化合物的實(shí)驗(yàn)時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮含有過(guò)氧化合物的
溶液,完畢,不是小心地把空氣放入,而是一下子就通氣,結(jié)果由于空氣的撞擊引發(fā)爆
炸,甲級(jí)甲等殘廢。我們今天看到的現(xiàn)場(chǎng)的照片是:一截手指頭血淋淋地沾在玻璃上。
(這也是加壓蒸餾通氣時(shí)為什么要慢慢來(lái)的原因)
某工作人員,在做疊氮化合物的實(shí)驗(yàn)室,反應(yīng)都處理好了,他覺(jué)得反應(yīng)容器要處
理一下,結(jié)果在打開瓶塞的時(shí)候,一用力,爆炸。
最后是一句忠告,不清楚的實(shí)驗(yàn),不了解化合物性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),精神狀態(tài)不好時(shí),一
定要當(dāng)心。
(2)配體的純度對(duì)于做不對(duì)稱催化的,以及利用配體來(lái)改進(jìn)某些金屬催化反應(yīng)的化學(xué)工作者來(lái)說(shuō) ,至關(guān)重要。但是,不同批次合成的配體,其純度由于采用原料的不同,或者純化 時(shí)所用的硅膠等材料的性能有所不同,就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)的結(jié)果不能重復(fù)。如果前后配體的 純度有差異,或者溶劑等使用的不同,導(dǎo)致反應(yīng)條件篩選前后不是在可比較的前提下進(jìn) 行,有可能導(dǎo)致一些好結(jié)果的埋沒(méi)。
我們?cè)诎l(fā)表論文時(shí),詳細(xì)寫清楚試驗(yàn)的操作,試劑的純化方法,就是為保證別人按照相
同的方法處理,可以重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果。因此,我們必須保證自己的實(shí)驗(yàn)方法是在同一條件
下進(jìn)行。
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,確實(shí)也發(fā)現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較難重復(fù),這個(gè)問(wèn)題不少?gòu)氖虏粚?duì)稱研究
的小組都曾碰到。分析其原因,可能有以下幾點(diǎn): 1、配體的純度不符合要求,所以反
應(yīng)的活性和對(duì)映選擇性與以前的結(jié)果不相吻合,特別是分離純化時(shí)用的溶劑和硅膠質(zhì)量
得不到保證,導(dǎo)致按照以前純化條件得不到符合研究工作的要求純度的配體;2、反應(yīng)的
操作存在誤差:這突出表現(xiàn)在稱量這一環(huán)節(jié)。由于配體和金屬鹽的量均只有幾毫克,靜
電的干擾在天氣干燥的時(shí)候尤為突出;3、反應(yīng)的溶劑多為丙酮,CH3CN和鹵代烷等難以
檢測(cè)其含水量的溶劑,不同批次處理的溶劑,可能含水量不同,從而導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果不能
重復(fù)。
為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性,我們摸索并建立一套配體純度檢驗(yàn)的方法和標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)
條件。特別是配體30a在幾個(gè)反應(yīng)中展示了優(yōu)異的性質(zhì)后,這一要求對(duì)于開展其他研究尤
為關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐,我們總結(jié)得到以下經(jīng)驗(yàn)供參考:
A、標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件的建立
1、配體合成所用的CH3CN、三乙胺和四氯化碳按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理,再經(jīng)小量反應(yīng)證明合
格后(能合成出配體),保存在活化后的分子篩中供使用。
2、條件實(shí)驗(yàn)中所用的溶劑,如果不能通過(guò)指示劑顯色來(lái)確保其無(wú)水,則嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)
方法處理后,再經(jīng)活化后的分子篩進(jìn)一步處理后,蒸出使用;對(duì)于已經(jīng)篩選出的最佳溶
劑,每次新處理后,均用標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)檢驗(yàn),ee值與以前的實(shí)驗(yàn)符合后才能使用。
3、稱量過(guò)程中,盡可能避免靜電的干擾。
B、配體純度方法的建立
1、對(duì)于合成的新配體,在用 磁氫譜和碳譜?定初步純度后,先用于某一反?得到一個(gè)
關(guān)于反應(yīng)速率和ee值的數(shù)據(jù);然后,用不同的展開劑再次純化配體后并取其最純的部
分,在相同的條件下重復(fù)與前相同的反應(yīng)。如果反應(yīng)情況(包括速率和ee值)變化不
大,表明配體的純度已經(jīng)合格;如果反應(yīng)結(jié)果有明顯改善,這表明配體純度有了提高,
這需要再次純化配體,直至反應(yīng)結(jié)果的不同在誤差范圍內(nèi),才表明配體純度已經(jīng)合格。
舉例如下:對(duì)于配體30a, 先用石油醚和丙酮(4:1, v/v)的展開劑經(jīng)柱層析得到一淡黃
色的油狀液體,雖然此液體經(jīng)核磁鑒定,純度已經(jīng)很好,但是用囘f 啉配體最常用的模
型反應(yīng)-DA反應(yīng)(eq 1)一檢驗(yàn), 在以Cu(OTf)2 為Lewis 酸, CH2Cl2為溶劑,-30oC的
反應(yīng)條件下,卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)幾乎不進(jìn)行。再用石油醚和乙酸乙酯(1:1, v/v)的展開劑進(jìn)
一步純化后,再在相同的條件下一試,反應(yīng)在一小時(shí)內(nèi)結(jié)束,ee值為36%。將配體再次純
化后,重試反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)的ee值不變。于是認(rèn)為配體已經(jīng)很純,可以用于反應(yīng)
的條件篩選。每次重新合成出來(lái)的配體,都在此反應(yīng)條件下反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間和ee值均
與上述結(jié)果相符,表明配體純度合格后,才能將配體用于條件反應(yīng)。
(3)
首先,你從現(xiàn)在起,有時(shí)間就泡在實(shí)驗(yàn)室,觀察你的師兄們是如何操作的,每一個(gè)
細(xì)節(jié)都不要放過(guò)。仔細(xì)想一想,為什么要這樣操作,不懂就問(wèn),直到你弄清楚了為什么
要這樣操作。你也可以想清楚原因后,再去和其他師兄交換意見(jiàn),看看別人的想法。當(dāng)
然,剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,你肯定要當(dāng)當(dāng)下手,多跑跑腿,這樣才能和師兄們套近乎,他們也才
愿意和你多交流。
其次,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,失敗是經(jīng)常的,但是你一定要弄清楚失敗的原因。不要在沒(méi)
有弄清楚原因的情況下,盲目再進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。記住,分析好原因后,再做試
驗(yàn),做一次試驗(yàn),就要排除一個(gè)可能的因素。不要因?yàn)榕聦?dǎo)師說(shuō)你反應(yīng)開得少,就開一
大堆試驗(yàn)。這樣的結(jié)果是讓你陷于大量的體力勞動(dòng),沒(méi)有時(shí)間思考,總結(jié)提高。
在做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前,不要查到一篇文獻(xiàn),就馬上按照文獻(xiàn)方法去試。反復(fù)調(diào)研文
獻(xiàn),看一看,要得到目標(biāo)產(chǎn)物,有哪些方法,每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么,經(jīng)過(guò)反復(fù)
比較,選擇最方便的開始。這不但是提高工作效率的捷徑,而且是在培養(yǎng)你的判斷能
力,也是在積累你的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。你想,一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)憔涂梢苑e累一系列資料,一個(gè)學(xué)期
下來(lái),你將有多大的收獲?這種方法累,但是絕對(duì)有效。我相信,只要堅(jiān)持,畢業(yè)的時(shí)
候,你會(huì)脫胎換骨。
對(duì)于你所采用方法的文獻(xiàn),實(shí)驗(yàn)步驟的每一個(gè)細(xì)節(jié),要問(wèn)問(wèn)什么這么做?如果不這
樣做,后果是什么?能不能用其他方法代替?參考其他合成相同產(chǎn)物的文獻(xiàn),看看別人
的實(shí)驗(yàn)步驟又是如何?他們做了什么改動(dòng)?為什么要這樣改動(dòng)?因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是相通的,這
些問(wèn)題你一旦掌握了,堅(jiān)持一個(gè)月的時(shí)間,其他問(wèn)題也就迎刃而解了。
在我的周圍,有很多人一直到要博士畢業(yè)了,這些問(wèn)題都沒(méi)有解決,吾未見(jiàn)其明
也。
(4)
關(guān)于DMF的無(wú)水處理方法引起這么多爭(zhēng)議,實(shí)在出乎我的意料。不可否認(rèn),不同的實(shí)
驗(yàn)對(duì)試劑、溶劑的純度等各方面的要求不同。不需要嚴(yán)格無(wú)水的反應(yīng),你去進(jìn)行嚴(yán)格的
無(wú)水處理就是浪費(fèi)時(shí)間;反之亦然。
我也承認(rèn),有時(shí)候試劑中的一些微量雜質(zhì)的存在,往往會(huì)使反應(yīng)有出人意料的結(jié)
果。在我所知道的范圍(上海有機(jī)所)內(nèi),就有兩個(gè)這樣的例子:李安虎博士(戴立信
小組)在首例通過(guò)葉立德途徑實(shí)現(xiàn)的高立體選擇性的氮雜環(huán)丙烷的反應(yīng)中,使用的是未
處理的國(guó)產(chǎn)分析純CH3CN溶劑。文章在Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表后,引起了一位法國(guó)
科學(xué)家的注意,但是他在重復(fù)該試驗(yàn)的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)直接使用商業(yè)化的分析純CH3CN溶
劑 不能重復(fù)反應(yīng)結(jié)果,只有在反應(yīng)體系添加一定量的水后才能重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果,于是專門
撰文指正。我們分析原因,認(rèn)為是國(guó)產(chǎn)試劑的含水量比進(jìn)口試劑的要高;第二個(gè)例子
是:袁宇博士( 】 嶺小組)在雜DA反應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果不能重復(fù),而且所用的苯甲
醛越純,反應(yīng)結(jié)果越差。從而想到了最初使用的苯甲醛可能有部分被氧化成苯甲酸,進(jìn)
而發(fā)現(xiàn)使用酸為添加劑可以大大改善反應(yīng)的結(jié)果(文章發(fā)表在Chem. Eur. J)。
但是,這并不意味著我們的試驗(yàn)不需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法。特別是當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行未知
領(lǐng)域的探索時(shí),需要對(duì)反應(yīng)成功(或者失?。┑脑蜻M(jìn)行總結(jié)。如果我們反應(yīng)所使用的
試劑或溶劑含有少量的雜質(zhì),那我們?nèi)绾伪WC試驗(yàn)的可重復(fù)性?我們又如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)
果來(lái)分析,設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案,改進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果?
按照一套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作,對(duì)于新進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)更為重要。因?yàn)槭∈切?/FONT>
手們的常事,如果我們不能保證我們?cè)囼?yàn)試劑的純度以及無(wú)水要求是否滿足等等,那么
一旦實(shí)驗(yàn)失敗了,我們?nèi)绾螌ふ以??到底是操作失誤還是其他?
作為一名即將畢業(yè)的同學(xué),在幾年試驗(yàn)生涯中,深感按照標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn)的重要性。
可能是因?yàn)槲覐氖碌牟粚?duì)稱催化對(duì)雜質(zhì)的敏感程度較高,所以我在幾年中,曾經(jīng)花了很
多時(shí)間來(lái)重復(fù),尋找原因。
我很慶幸我剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí),接受了一位師姐的忠告,即一切溶劑、試劑嚴(yán)格按照標(biāo)
準(zhǔn)方法處理,哪怕他再繁瑣。這個(gè)方法就是我推薦給大家的書《Purification of
Laboratory Chemicals》,Edited by W. L. F. Armarego and D. D. Perrin, 4th
Edition,這也是我們上海有機(jī)所每個(gè)課題組的導(dǎo)師要求學(xué)生嚴(yán)格執(zhí)行的。因?yàn)檫@本書是
不斷綜合文獻(xiàn)中的最新處理方法,和對(duì)各種方法的不足之處的最新發(fā)現(xiàn)而修訂的。
在我的第一篇文章(J. Am. Chem. Soc)發(fā)表半年后,有位韓國(guó)化學(xué)家到我們所交
流的時(shí)候,專門提到在他們花了半年的時(shí)間合成了一個(gè)和我合成的一模一樣的配體的時(shí)
候,卻非常失望發(fā)現(xiàn)我們的文章都已經(jīng)發(fā)表了。我為什么感謝那位師姐?因?yàn)槲医邮芩?/FONT>
的忠告后,各種溶劑嚴(yán)格處理,所以只花了兩個(gè)星期就合成了該配體。而事實(shí)上,在我
文章發(fā)表后,還有國(guó)內(nèi)同行不能重復(fù)合成該配體,我們課題組的其他同學(xué)一開始的時(shí)候
也不能重復(fù)合成,原因無(wú)他,他們的溶劑處理都有問(wèn)題。
有同學(xué)提到,他們的處理方法是參照某某文獻(xiàn)的,事實(shí)上,很多文獻(xiàn)的處理方法是
不完善的,也在不斷變化的。所以才會(huì)有專門的叢書來(lái)總結(jié)。我想進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)間較長(zhǎng)
的人,都會(huì)發(fā)現(xiàn)有些文獻(xiàn)的結(jié)果是很難重復(fù)的,仔細(xì)研究他們的實(shí)驗(yàn)方法,你會(huì)發(fā)現(xiàn)有
些操作是完全沒(méi)有必要的,有些是錯(cuò)誤的,當(dāng)然也有可能作者有所保留。
提高我們的化學(xué)素養(yǎng),其中之一就在于根據(jù)自己的知識(shí),去判斷文獻(xiàn)的正確與否,
而不是盲從。
我所知道的實(shí)驗(yàn)室里面的潛在危險(xiǎn)總結(jié)如下:歡迎大家就自己知道的進(jìn)行補(bǔ)充。
一、 溶劑處理方面的潛在危險(xiǎn)。
A、溶劑無(wú)水處理前,一定要預(yù)處理
對(duì)于低沸點(diǎn)的溶劑,如乙醚,正戊烷等一定要先用干燥劑預(yù)先干燥,然后再加入鈉絲
進(jìn)行回流,并且加熱不能過(guò)快過(guò)高。因?yàn)?,一旦溶劑里面的含水量過(guò)大,那么生成氫氣
很劇烈的話,溶劑極易沖出體系,然后遇見(jiàn)明火或正在加熱的電阻絲,發(fā)生爆炸。這一
點(diǎn)在有機(jī)所是有先例的,當(dāng)時(shí)的慘狀是,爆炸的沖擊波從三樓沖到頂樓,把通風(fēng)裝置炸
的粉碎。包括對(duì)面實(shí)驗(yàn)室的整扇窗都被推倒。
對(duì)于醚類溶劑,如果生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng),或者久置不用的話,一定不要震動(dòng),同時(shí)要加
入還原劑,除掉生成的過(guò)氧化合物。也是一個(gè)博士生,在處理久置不用的處理THF的裝置
的時(shí)候,剛一拔磨口活塞,就發(fā)生爆炸,滿臉血肉模糊。
用鈉處理的溶劑和鹵代烷溶劑處理裝置不能公用一個(gè)與大氣相連的裝置。有些同學(xué)
衛(wèi)省事或節(jié)約空間,把所有溶劑處理裝置中保證與大氣相通的的裝置相連,這樣做的危
險(xiǎn)是很可能如果鹵代烷,特別是二氯甲烷,加熱的時(shí)候溫度較高,無(wú)法冷凝下來(lái),這
樣,有可能密度較大的鹵代烷就會(huì)順著相同的管道,進(jìn)入用鈉絲干燥的溶劑的體系。一
旦出現(xiàn)這樣的事情,肯定是爆炸。大家知道,鹵代烷在金屬鈉的作用下的偶聯(lián)反應(yīng)非常
劇烈。
B、 廢溶劑的處理,絕對(duì)不要發(fā)生酸性液體和堿性液體,氧化性液體和還原性液體的
混裝,這樣非常危險(xiǎn)。在有機(jī)所,廢液桶爆炸不是一次兩次。對(duì)于SOCl2, PCl5, PCl3
絕對(duì)不能未經(jīng)處理就放入廢液桶,后果也很危險(xiǎn)。
二、 實(shí)驗(yàn)操作方面的潛在危險(xiǎn)。
1、 對(duì)于加熱、生成氣體的反應(yīng),一定要小心不要成了封閉體系。
2、 應(yīng)該小心滴加、冷卻的反應(yīng),一定要嚴(yán)格遵守,不要圖省事。
3、 反應(yīng)前,一定要檢查儀器有無(wú)裂痕。對(duì)于反應(yīng)體系氣壓變化大的反應(yīng),大家
一般都會(huì)注意。但是,有些問(wèn)題就是在你想不到的時(shí)候出現(xiàn)。我在一次萃取的時(shí)候,量
在2升左右,發(fā)現(xiàn)分液漏斗有一個(gè)裂痕,以為沒(méi)有問(wèn)題。結(jié)果,在手中剛一搖晃時(shí),就炸
開了。20%的KOH溶液噴了我一臉,更可怕的是,溶液順著桌面進(jìn)入插座,引起電源短
路,然后引發(fā)火災(zāi)。
4、 對(duì)于容易爆炸的反應(yīng)物,如過(guò)氧化合物,疊氮化合物,重氮化合物,無(wú)水高
人 鹽,在使用的時(shí)候一定要小心,加熱小心,量取小心,處理小心。不要因?yàn)檎饎?dòng)引
起爆炸。舉三個(gè)例子如下:
某副教授在有機(jī)所進(jìn)修時(shí),加壓蒸餾一容易分解的化合物,由于加熱沒(méi)有控制好,
發(fā)生爆炸,場(chǎng)面極其血腥。胸口的洞縫了五十多針!
某研究生,在做關(guān)于過(guò)氧化合物的實(shí)驗(yàn)時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮含有過(guò)氧化合物的
溶液,完畢,不是小心地把空氣放入,而是一下子就通氣,結(jié)果由于空氣的撞擊引發(fā)爆
炸,甲級(jí)甲等殘廢。我們今天看到的現(xiàn)場(chǎng)的照片是:一截手指頭血淋淋地沾在玻璃上。
(這也是加壓蒸餾通氣時(shí)為什么要慢慢來(lái)的原因)
某工作人員,在做疊氮化合物的實(shí)驗(yàn)室,反應(yīng)都處理好了,他覺(jué)得反應(yīng)容器要處
理一下,結(jié)果在打開瓶塞的時(shí)候,一用力,爆炸。
最后是一句忠告,不清楚的實(shí)驗(yàn),不了解化合物性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),精神狀態(tài)不好時(shí),一
定要當(dāng)心。
(2)配體的純度對(duì)于做不對(duì)稱催化的,以及利用配體來(lái)改進(jìn)某些金屬催化反應(yīng)的化學(xué)工作者來(lái)說(shuō) ,至關(guān)重要。但是,不同批次合成的配體,其純度由于采用原料的不同,或者純化 時(shí)所用的硅膠等材料的性能有所不同,就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)的結(jié)果不能重復(fù)。如果前后配體的 純度有差異,或者溶劑等使用的不同,導(dǎo)致反應(yīng)條件篩選前后不是在可比較的前提下進(jìn) 行,有可能導(dǎo)致一些好結(jié)果的埋沒(méi)。
我們?cè)诎l(fā)表論文時(shí),詳細(xì)寫清楚試驗(yàn)的操作,試劑的純化方法,就是為保證別人按照相
同的方法處理,可以重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果。因此,我們必須保證自己的實(shí)驗(yàn)方法是在同一條件
下進(jìn)行。
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,確實(shí)也發(fā)現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較難重復(fù),這個(gè)問(wèn)題不少?gòu)氖虏粚?duì)稱研究
的小組都曾碰到。分析其原因,可能有以下幾點(diǎn): 1、配體的純度不符合要求,所以反
應(yīng)的活性和對(duì)映選擇性與以前的結(jié)果不相吻合,特別是分離純化時(shí)用的溶劑和硅膠質(zhì)量
得不到保證,導(dǎo)致按照以前純化條件得不到符合研究工作的要求純度的配體;2、反應(yīng)的
操作存在誤差:這突出表現(xiàn)在稱量這一環(huán)節(jié)。由于配體和金屬鹽的量均只有幾毫克,靜
電的干擾在天氣干燥的時(shí)候尤為突出;3、反應(yīng)的溶劑多為丙酮,CH3CN和鹵代烷等難以
檢測(cè)其含水量的溶劑,不同批次處理的溶劑,可能含水量不同,從而導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果不能
重復(fù)。
為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性,我們摸索并建立一套配體純度檢驗(yàn)的方法和標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)
條件。特別是配體30a在幾個(gè)反應(yīng)中展示了優(yōu)異的性質(zhì)后,這一要求對(duì)于開展其他研究尤
為關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐,我們總結(jié)得到以下經(jīng)驗(yàn)供參考:
A、標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件的建立
1、配體合成所用的CH3CN、三乙胺和四氯化碳按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理,再經(jīng)小量反應(yīng)證明合
格后(能合成出配體),保存在活化后的分子篩中供使用。
2、條件實(shí)驗(yàn)中所用的溶劑,如果不能通過(guò)指示劑顯色來(lái)確保其無(wú)水,則嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)
方法處理后,再經(jīng)活化后的分子篩進(jìn)一步處理后,蒸出使用;對(duì)于已經(jīng)篩選出的最佳溶
劑,每次新處理后,均用標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)檢驗(yàn),ee值與以前的實(shí)驗(yàn)符合后才能使用。
3、稱量過(guò)程中,盡可能避免靜電的干擾。
B、配體純度方法的建立
1、對(duì)于合成的新配體,在用 磁氫譜和碳譜?定初步純度后,先用于某一反?得到一個(gè)
關(guān)于反應(yīng)速率和ee值的數(shù)據(jù);然后,用不同的展開劑再次純化配體后并取其最純的部
分,在相同的條件下重復(fù)與前相同的反應(yīng)。如果反應(yīng)情況(包括速率和ee值)變化不
大,表明配體的純度已經(jīng)合格;如果反應(yīng)結(jié)果有明顯改善,這表明配體純度有了提高,
這需要再次純化配體,直至反應(yīng)結(jié)果的不同在誤差范圍內(nèi),才表明配體純度已經(jīng)合格。
舉例如下:對(duì)于配體30a, 先用石油醚和丙酮(4:1, v/v)的展開劑經(jīng)柱層析得到一淡黃
色的油狀液體,雖然此液體經(jīng)核磁鑒定,純度已經(jīng)很好,但是用囘f 啉配體最常用的模
型反應(yīng)-DA反應(yīng)(eq 1)一檢驗(yàn), 在以Cu(OTf)2 為Lewis 酸, CH2Cl2為溶劑,-30oC的
反應(yīng)條件下,卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)幾乎不進(jìn)行。再用石油醚和乙酸乙酯(1:1, v/v)的展開劑進(jìn)
一步純化后,再在相同的條件下一試,反應(yīng)在一小時(shí)內(nèi)結(jié)束,ee值為36%。將配體再次純
化后,重試反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)的ee值不變。于是認(rèn)為配體已經(jīng)很純,可以用于反應(yīng)
的條件篩選。每次重新合成出來(lái)的配體,都在此反應(yīng)條件下反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間和ee值均
與上述結(jié)果相符,表明配體純度合格后,才能將配體用于條件反應(yīng)。
(3)
首先,你從現(xiàn)在起,有時(shí)間就泡在實(shí)驗(yàn)室,觀察你的師兄們是如何操作的,每一個(gè)
細(xì)節(jié)都不要放過(guò)。仔細(xì)想一想,為什么要這樣操作,不懂就問(wèn),直到你弄清楚了為什么
要這樣操作。你也可以想清楚原因后,再去和其他師兄交換意見(jiàn),看看別人的想法。當(dāng)
然,剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,你肯定要當(dāng)當(dāng)下手,多跑跑腿,這樣才能和師兄們套近乎,他們也才
愿意和你多交流。
其次,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,失敗是經(jīng)常的,但是你一定要弄清楚失敗的原因。不要在沒(méi)
有弄清楚原因的情況下,盲目再進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。記住,分析好原因后,再做試
驗(yàn),做一次試驗(yàn),就要排除一個(gè)可能的因素。不要因?yàn)榕聦?dǎo)師說(shuō)你反應(yīng)開得少,就開一
大堆試驗(yàn)。這樣的結(jié)果是讓你陷于大量的體力勞動(dòng),沒(méi)有時(shí)間思考,總結(jié)提高。
在做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前,不要查到一篇文獻(xiàn),就馬上按照文獻(xiàn)方法去試。反復(fù)調(diào)研文
獻(xiàn),看一看,要得到目標(biāo)產(chǎn)物,有哪些方法,每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么,經(jīng)過(guò)反復(fù)
比較,選擇最方便的開始。這不但是提高工作效率的捷徑,而且是在培養(yǎng)你的判斷能
力,也是在積累你的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。你想,一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)憔涂梢苑e累一系列資料,一個(gè)學(xué)期
下來(lái),你將有多大的收獲?這種方法累,但是絕對(duì)有效。我相信,只要堅(jiān)持,畢業(yè)的時(shí)
候,你會(huì)脫胎換骨。
對(duì)于你所采用方法的文獻(xiàn),實(shí)驗(yàn)步驟的每一個(gè)細(xì)節(jié),要問(wèn)問(wèn)什么這么做?如果不這
樣做,后果是什么?能不能用其他方法代替?參考其他合成相同產(chǎn)物的文獻(xiàn),看看別人
的實(shí)驗(yàn)步驟又是如何?他們做了什么改動(dòng)?為什么要這樣改動(dòng)?因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是相通的,這
些問(wèn)題你一旦掌握了,堅(jiān)持一個(gè)月的時(shí)間,其他問(wèn)題也就迎刃而解了。
在我的周圍,有很多人一直到要博士畢業(yè)了,這些問(wèn)題都沒(méi)有解決,吾未見(jiàn)其明
也。
(4)
關(guān)于DMF的無(wú)水處理方法引起這么多爭(zhēng)議,實(shí)在出乎我的意料。不可否認(rèn),不同的實(shí)
驗(yàn)對(duì)試劑、溶劑的純度等各方面的要求不同。不需要嚴(yán)格無(wú)水的反應(yīng),你去進(jìn)行嚴(yán)格的
無(wú)水處理就是浪費(fèi)時(shí)間;反之亦然。
我也承認(rèn),有時(shí)候試劑中的一些微量雜質(zhì)的存在,往往會(huì)使反應(yīng)有出人意料的結(jié)
果。在我所知道的范圍(上海有機(jī)所)內(nèi),就有兩個(gè)這樣的例子:李安虎博士(戴立信
小組)在首例通過(guò)葉立德途徑實(shí)現(xiàn)的高立體選擇性的氮雜環(huán)丙烷的反應(yīng)中,使用的是未
處理的國(guó)產(chǎn)分析純CH3CN溶劑。文章在Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表后,引起了一位法國(guó)
科學(xué)家的注意,但是他在重復(fù)該試驗(yàn)的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)直接使用商業(yè)化的分析純CH3CN溶
劑 不能重復(fù)反應(yīng)結(jié)果,只有在反應(yīng)體系添加一定量的水后才能重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果,于是專門
撰文指正。我們分析原因,認(rèn)為是國(guó)產(chǎn)試劑的含水量比進(jìn)口試劑的要高;第二個(gè)例子
是:袁宇博士( 】 嶺小組)在雜DA反應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果不能重復(fù),而且所用的苯甲
醛越純,反應(yīng)結(jié)果越差。從而想到了最初使用的苯甲醛可能有部分被氧化成苯甲酸,進(jìn)
而發(fā)現(xiàn)使用酸為添加劑可以大大改善反應(yīng)的結(jié)果(文章發(fā)表在Chem. Eur. J)。
但是,這并不意味著我們的試驗(yàn)不需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法。特別是當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行未知
領(lǐng)域的探索時(shí),需要對(duì)反應(yīng)成功(或者失?。┑脑蜻M(jìn)行總結(jié)。如果我們反應(yīng)所使用的
試劑或溶劑含有少量的雜質(zhì),那我們?nèi)绾伪WC試驗(yàn)的可重復(fù)性?我們又如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)
果來(lái)分析,設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案,改進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果?
按照一套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作,對(duì)于新進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)更為重要。因?yàn)槭∈切?/FONT>
手們的常事,如果我們不能保證我們?cè)囼?yàn)試劑的純度以及無(wú)水要求是否滿足等等,那么
一旦實(shí)驗(yàn)失敗了,我們?nèi)绾螌ふ以??到底是操作失誤還是其他?
作為一名即將畢業(yè)的同學(xué),在幾年試驗(yàn)生涯中,深感按照標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn)的重要性。
可能是因?yàn)槲覐氖碌牟粚?duì)稱催化對(duì)雜質(zhì)的敏感程度較高,所以我在幾年中,曾經(jīng)花了很
多時(shí)間來(lái)重復(fù),尋找原因。
我很慶幸我剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí),接受了一位師姐的忠告,即一切溶劑、試劑嚴(yán)格按照標(biāo)
準(zhǔn)方法處理,哪怕他再繁瑣。這個(gè)方法就是我推薦給大家的書《Purification of
Laboratory Chemicals》,Edited by W. L. F. Armarego and D. D. Perrin, 4th
Edition,這也是我們上海有機(jī)所每個(gè)課題組的導(dǎo)師要求學(xué)生嚴(yán)格執(zhí)行的。因?yàn)檫@本書是
不斷綜合文獻(xiàn)中的最新處理方法,和對(duì)各種方法的不足之處的最新發(fā)現(xiàn)而修訂的。
在我的第一篇文章(J. Am. Chem. Soc)發(fā)表半年后,有位韓國(guó)化學(xué)家到我們所交
流的時(shí)候,專門提到在他們花了半年的時(shí)間合成了一個(gè)和我合成的一模一樣的配體的時(shí)
候,卻非常失望發(fā)現(xiàn)我們的文章都已經(jīng)發(fā)表了。我為什么感謝那位師姐?因?yàn)槲医邮芩?/FONT>
的忠告后,各種溶劑嚴(yán)格處理,所以只花了兩個(gè)星期就合成了該配體。而事實(shí)上,在我
文章發(fā)表后,還有國(guó)內(nèi)同行不能重復(fù)合成該配體,我們課題組的其他同學(xué)一開始的時(shí)候
也不能重復(fù)合成,原因無(wú)他,他們的溶劑處理都有問(wèn)題。
有同學(xué)提到,他們的處理方法是參照某某文獻(xiàn)的,事實(shí)上,很多文獻(xiàn)的處理方法是
不完善的,也在不斷變化的。所以才會(huì)有專門的叢書來(lái)總結(jié)。我想進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)間較長(zhǎng)
的人,都會(huì)發(fā)現(xiàn)有些文獻(xiàn)的結(jié)果是很難重復(fù)的,仔細(xì)研究他們的實(shí)驗(yàn)方法,你會(huì)發(fā)現(xiàn)有
些操作是完全沒(méi)有必要的,有些是錯(cuò)誤的,當(dāng)然也有可能作者有所保留。
提高我們的化學(xué)素養(yǎng),其中之一就在于根據(jù)自己的知識(shí),去判斷文獻(xiàn)的正確與否,
而不是盲從。