“现在抽取3毫升溶剂。看准刻度,要准确。”卢俊嘉说,“针头插入溶剂液面下,缓慢拉动活塞……对,不要太快,避免吸入气泡。30毫升,正好。”
陈航将注射器针头刺入schlenk管的橡胶隔垫,在氮气流保护下将dce注入反应管。白色粉末在清澈溶剂中逐渐溶解,溶液呈淡黄色。
就在此时,实验室门被推开。
马荣真教授走了进来,手里拿着笔记本,也不说话,拉过椅子坐下,目光投向通风橱。
卢俊嘉稍微顿了顿,继续教学:“接下来是关键步骤,硝酸硝化。发烟硝酸,浓度98,腐蚀性极强,这一步必须万分小心。”
陈航点头,从试剂架上取下棕色硝酸瓶。刺激性气味顿时弥漫开来。
“硝酸密度151,我们要12当量,也就是12毫摩尔,算下来体积约005毫升。”卢俊嘉语速平缓,“这么小的体积很难准确量取,所以我们先配成10稀释溶液,取01毫升硝酸,用09毫升预冷无水乙腈稀释,再从中取05毫升使用。”
陈航取出一支全新1毫升玻璃注射器,按卢俊嘉的指导先用氮气冲洗三次。
“现在抽取01毫升硝酸。”卢俊嘉的声音变得格外认真,“针头插入液面下,缓慢拉动活塞。手要稳,眼睛看准刻度。”
实验室里静得只剩下通风橱的低鸣。马荣真在后方坐着,目光如炬。
陈航的手很稳。01毫升浅褐色液体被精准吸入注射器,没有一丝颤抖。
“迅速注入预冷的乙腈中。”卢俊嘉指着一个小样品瓶,“瓶里已经有09毫升无水乙腈,放在冰浴里冷却过了。注入时慢一点,避免剧烈放热。”
硝酸与乙腈混合,轻微摇晃后,得到淡黄色的10硝酸溶液。
“现在从稀释液中抽取05毫升。”卢俊嘉继续指导,“这就是我们要用的硝化试剂量。”
陈航换了一支新注射器,精准抽取05毫升。
“好,现在滴加到反应体系中。”卢俊嘉说,“针头刺入橡胶隔垫,在搅拌下缓慢滴加。控制速度,一分钟约二十滴,让反应温度维持在零下十度左右。”
陈航将反应管放入已经设置好-10°c的低温浴槽中,启动磁力搅拌,然后开始滴加。
一滴、两滴、三滴……
淡褐色硝酸溶液落入淡黄色反应液中,颜色立刻开始变化,淡黄变深黄,再转向橙黄。
“看颜色变化。”卢俊嘉讲解道,“这是反应发生的直观标志。控制滴加速度,如果太快,放热会导致温度升高,可能引发环上硝化等副反应。”
陈航全神贯注,右手拇指均匀地推动注射器活塞,左手扶着反应管保持稳定。
马荣真在后面看着,偶尔在笔记本上记录什么。
十五分钟后,滴加完成。陈航长出一口气,额头已经渗出细汗。
“反应体系现在维持在-10°c,搅拌反应两小时。”卢俊嘉看了眼时间,“这段时间我们可以准备后处理用的试剂和器材。先配饱和氯化铵溶液,知道为什么用氯化铵而不是碳酸氢钠吗?”
陈航一边称量氯化铵固体,一边回答:“硝酸是强酸需要中和,但碳酸氢钠碱性太强,可能破坏对碱敏感的n-硝基胺结构。氯化铵水溶液ph接近中性,更安全。”
“正确。”卢俊嘉点头,“用冰水浴冷却,淬灭时需要低温。”
两小时的等待时间里,卢俊嘉继续教学。
“这是硅胶板,做薄层色谱用。”他拿起一块玻璃板,“点样要用毛细管,样品浓度1-5毫克每毫升比较合适。太稀斑点不明显,太浓会拖尾。”
陈航已经将少量粗产物溶解,拿起一根毛细管。
“点样点要小,直径不超过2毫米。”卢俊嘉指导道,“距离底板边缘至少1厘米。每个样点间距1厘米左右。”
陈航小心点样,手很稳,六个样点整齐排列在起始线上。
“现在展开剂,先用石油醚和乙酸乙酯9:1试试。”卢俊嘉配好展开剂,倒入展开缸,“把板子放进去,盖上盖子,等溶剂前沿爬到接近顶端。”
等待展开的时间,马荣真突然开口:“卢俊嘉。”
“马老师?”
“如果产物在硅胶上有吸附,斑点拖尾严重,怎么处理?”
卢俊嘉思考道:“可以加点三乙胺调节极性,或者换用氧化铝板……”
“用05的乙酸乙酯胺溶液预饱和展开缸。”陈航同时开口,“或者在展开剂里加几滴三乙胺,中和硅胶表面的酸性位点。”
实验室里安静了一秒。
马荣真看着陈航,又问:“那如果产物紫外吸收很弱,显色不明显呢?”
“可以用碘缸显色,或者喷洒硫酸-乙醇溶液后加热。”陈航回答,“如果是含氮化合物,也可以用硝酸铈铵试剂。”
卢俊嘉感觉自己作为研究生的尊严正在被一个高中生按在地上摩擦。
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马荣真点点头,没再说话,但嘴角似乎动了动。
两小时到了。陈航小心地将反应管从低温浴槽取出,溶液仍呈橙黄色,没有明显变化。
“现在淬灭反应。”卢俊嘉恢复教学状态,“把反应液倒入冰浴冷却的饱和氯化铵溶液中,要慢,边倒边搅拌。”
陈航照做。反应液与氯化铵溶液接触时发出轻微的“嘶嘶”声,冒出细小气泡。
“中和放热,冰浴能控制温度。”卢俊嘉说,“等不再冒气泡,说明酸基本中和完了。现在用乙酸乙酯萃取,知道为什么用乙酸乙酯吗?”
“乙酸乙酯对中等极性有机物溶解性好,与水不混溶,沸点适中便于后续旋蒸除去。”陈航一边将混合物转移进分液漏斗一边回答。
“正确。加20毫升,盖上塞子,倒置,缓慢摇晃……对,然后小心放气。”卢俊嘉指导着每个细节,“萃取三次,合并有机相。”
三次萃取后,陈航将合并的有机相倒入锥形瓶,加入无水硫酸钠干燥。
“硫酸钠用量要合适,太少干燥不彻底,太多吸附产物。”卢俊嘉说,“加一小勺,摇晃,如果硫酸钠结块说明还有水分,再加一点。”
陈航加入硫酸钠,摇晃后颗粒自由流动,没有结块。
“干燥完成。现在过滤,旋蒸除去溶剂。”卢俊嘉递过折叠好的滤纸和漏斗。
过滤,转移至圆底烧瓶,连接旋转蒸发仪。陈航设定水浴温度40°c,缓慢抽真空。溶剂在旋转的烧瓶内壁形成均匀液膜,迅速蒸发。
五分钟后,烧瓶底部留下约008克浅黄色油状物。
“粗产物。”卢俊嘉说,“现在柱层析纯化。柱子我已经装好了,200-300目硅胶,直径2厘米,高30厘米。你先检查装填是否均匀。”
陈航用手电筒从侧面照射色谱柱,硅胶填充均匀,没有断层或气泡。
“上样。用最少量的二氯甲烷溶解粗产物。”卢俊嘉递过一个小样品瓶,“溶解后,用滴管转移到柱子顶端,要慢,让样品在硅胶表面形成整齐的带。”
陈航的操作虽不熟练但很仔细,淡黄色样品溶液在硅胶顶端形成了一个宽约15厘米的整齐色带。
“好,现在洗脱。”卢俊嘉说,“先用纯石油醚冲一段,把极性最小的杂质洗下来。流速控制在每秒一滴左右。”
清澈的石油醚缓缓流下。十分钟后,柱子顶端出现了一条淡黄色的色带,缓慢向下移动。
“这是第一个组分,可能是原料或者极性很小的杂质。”卢俊嘉讲解道,“继续洗脱,等这个带出来,我们开始梯度增加乙酸乙酯比例。”
第一个色带完全洗脱后,陈航按卢俊嘉指导,将洗脱剂改为石油醚:乙酸乙酯=95:5。
“看,新的色带出现了,颜色更深,移动更慢。”卢俊嘉指着柱子,“这应该是目标产物,n-硝基-2-氨基吡啶极性比原料大,会在较高极性段洗脱。”
陈航小心收集每一管洗脱液,同时点tlc监测。当乙酸乙酯比例增加到15时,tlc板上出现了一个新的斑点,rf值约03。
“目标馏分,第10到14管。”陈航将这几管合并,再次旋蒸。
得到约004克浅黄色固体。
“产率约40。”陈航计算道,“第一次尝试,这个产率可以接受。”
他将产物分装到两个样品瓶中:“一瓶送核磁,一瓶送质谱。”
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