快速制备色谱分离技术在降低分离成本和提高效率方面的应用研究

摘要

化学方法合成的化合物以及天然产物的分离纯化是每个化学工作者面临的一个难题，一些杂质或异构体的出现使分离纯化更加困难。在有机合成领域，化学工作者在合成一个化合物的过程中，如果使用目前国内实验室常用的传统柱层析方法，在分离纯化中耗费的工作时间要占到整个化合物合成过程的70%以上。

传统柱层析方法分离效果差，收率低，耗时长。而快速制备色谱分离技术（Flash Chromatography）采用全自动快速制备色谱系统和预装快速分离柱，分离效果好，收率高，耗时短，可以提高化学工作者的工作效率，使研发人员在相同的时间内进行更多的化学反应，合成更多的化合物。

这篇应用文章通过一组对比实验，验证了快速制备色谱分离技术相对传统柱层析方法在分离效率，化合物的收率，分离时间和溶剂耗用等方面的优势。

实验

下面介绍了一组对比实验，首先用SepaBean machine快速液相制备色谱系统和一支800g规格的SepaFlash快速液相分离柱分离纯化总量为80克的混合物，然后用传统柱层析方法分离纯化同样质量的混合物，比较各自溶剂消耗，分离时间以及分离效果等。

已知待分离的混合物有A、B和C三种化合物组成，三个组分通常情况下呈液态，其254nm下紫外吸收较强。展开剂是正己烷和乙酸乙酯（V/V=15:1），三个化合物在薄层色谱板（TLC）上的R_f值分别为0.53、0.38和0.25（图一）。因此，选择正己烷和乙酸乙酯作为流动相。

用SepaBean machine快速液相制备色谱系统：分离前用乙酸乙酯冲洗系统1分钟，正己烷冲洗1分钟，确保系统干净无其他残留杂质。装上预装快速分离柱，在SepaBean machine快速液相制备色谱系统上设置各项参数（表一），用正己烷和乙酸乙酯（V/V=95:5）平衡2个柱体积（CV），然后液体进样（图二）。

图一 各组分在薄层色谱板上的R_f值

图二 SepaBean machine快速液相制备色谱系统

表一 全自动快速制备色谱系统分离方法

用传统柱层析方法分离：如图三所示，称取800.0克硅胶（220-400目），慢慢倒入乘有1500毫升混合溶剂（正己烷和乙酸乙酯V/V=95:5）的量杯中，充分搅拌均匀，缓慢倒入玻璃柱，轻轻拍打。待溶剂液面刚好和硅胶相平时把待分离粗品缓慢倒入玻璃柱，打开聚四氟活塞，慢慢使粗品没入硅胶，然后倒入50.0克石英砂做缓冲，用正己烷和乙酸乙酯（V/V=95:5）淋洗20分钟，逐渐加大极性，直到三种化合物全部分离。

图三 传统柱层析方法

实验结果

SepaBean machine快速液相制备色谱系统和一支800g规格的SepaFlash快速液相分离柱的分离效果如图四所示，三种组分基本*分离。分离时间是31分钟，加上实验准备工作总计40分钟，4.5个柱体积。得到31.5克化合物A, 24.9克化合物B, 22.0克化合物C。三种组分的收率分别为98.1%，97.2%和98.2%。

图四 SepaBean machine分离结果色谱图

图五 传统柱层析分离薄层板（TLC）检测结果

图五所示为传统柱层析薄层板（TLC）检测结果，化合物A和B有三瓶交叉，化合物B和C有一瓶交叉。分离时间是3个小时，加上实验准备工作及点板确认时间等总计用时近5个小时，耗费溶剂近10升。得到21.4克化合物A，21.5克化合物B，21.8克化合物C，12.5克化合物A和化合物B的混合物，1.4克化合物B和化合物C的混合物。三种组分的收率分别为66.7%、83.9%和97.3%。

下面四张柱状图表明了快速制备色谱分离技术和传统柱层析方法在溶剂消耗，化合物溶液体积，化合物质量和化合物收率等方面做了对比（图六、图七、图八和图九）。

图六 消耗的溶剂量对比柱状图（单位：毫升）

图七 各组分的溶液体积对比柱状图（单位：毫升）

图八 各组分的质量对比柱状图（单位：克）

图九 各组分的收率对比柱状图（%）

结论

在本次对比实验中，快速制备色谱分离技术相比传统柱层析方法体现出：

• 分离时间更短。相比传统柱层析方法可以节约近90%的分离纯化时间。快速制备色谱分离技术只需40分钟就能把三种化合物*分开，而传统柱层析方法需耗时近5个小时。
• 消耗的溶剂更少。相比传统柱层析方法可以节约50%的溶剂费用。快速制备色谱分离技术消耗了5550mL正己烷和910mL乙酸乙酯，而传统柱层析方法消耗了8200mL正己烷和1500mL乙酸乙酯。实验室常用溶剂大部分用来分离纯化。
• 分离效率更高。相比传统柱层析方法，快速制备色谱分离技术分离得到的产品的收率和纯度更高。

由于快速制备色谱分离技术基本实现了自动化的分离和纯化，与传统柱层析方法相比，可以节约大量繁琐的手动收集和人工检测跟踪组分的时间。研发人员可以在相同的时间内进行更多的化学反应，合成更多的化合物，因此大大提高了研发人员的工作效率。

另外，快速制备色谱分离技术由于使用预装的快速分离柱，柱效比手工装填的玻璃层析柱更高，因此分离出的组分浓度高，溶剂量少。这一方面可以减少溶剂的使用量，另一方面，也缩短了从组分中旋蒸出产品的时间，提高了旋蒸的利用率。
因此，在当前产业结构转型的形势下，企业和科研机构通过应用快速制备色谱分离技术可以缓解日益高涨的人力成本，提高研发效率。

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