2021-04-08 11:03:28, ACD/Labs 阎作伟 Advanced Chemistry Development, Inc. (ACD/Labs)
自从加入中国医药教育协会制药技术专业委员会后,受到中国药科大学郑枫教授的感召,我们在ACD/Labs技术讨论群里开始进行化学专业基础知识考试以及考试后讨论。期望经由这些讨论,提高群内的知识认知,并外溢到各个单位,为国内企业的分析化学教育水平的提高出力。以下为第一组考试题以及相应的讨论和注释。
在普通C18色谱柱上,苯和甲苯哪一个先出峰,哪一个后出峰?
乙酸的pKa是多少?
千分之一的甲酸的pH是多少?
磷酸的第二个缓冲范围是多少?
三氟乙酸的紫外吸收cutoff是多少?
苯先出峰
乙酸的pKa在4.8左右
千分之一的甲酸的pH在2.7左右
磷酸的第二个缓冲区在6.0-8.5左右
三氟乙酸的紫外吸收的截断值是210nm
本题主要考反相色谱典型C18色谱柱的最主要的保留效应来自于疏水作用。
甲苯的疏水性(以logD或者logP来表示)比苯的疏水性大,因此在反相色谱C18色谱柱上表现苯先出峰,甲苯后出峰。
另外,如果两根物质的保留因子的比值k2/k1还可以考虑作为色谱柱间疏水选择性比较的指标。比值越大,表示疏水选择性越好。
很多有机化学的高手会在此项题目上折戟。他们认为苯环作为一个平衡的六边形,极性要比加了一个甲基的甲苯要弱。他们会判断苯后出,甲苯先出。
但是根据实测数据,苯的极性为2.7,甲苯的极性为2.4。数据来自《现代液相色谱技术导论》附录表I-4
本题的错误率很高,是本次考试的明星考题。
来自于武汉嘉诺康张波老师的注释:
在化学中,极性指一根共价键或一个共价分子中电荷分布的不均匀性。如果电荷分布得不均匀,则称该键或分子为极性;如果均匀,则称为非极性。
在化学里,疏水性指的是一个分子与水互相排斥的物理性质。这种分子称为疏水物。疏水性分子偏向于非极性,并因此较会溶解在中性和非极性溶液。
对于疏水性来说,判断的一个标准是LogP,以辛醇为标准,比较化合物在辛醇/水中的分配比,具体到苯和甲苯问题,简单一点,问题可以变更为,苯和甲苯谁和辛醇的作用力更大。很显然从这个角度来考虑就是甲苯。按照色谱的分配理论,在HPLCC18上,很显然是苯先出峰。苯辛醇/水分配系数的对数值:2.15;甲苯辛醇/水分配系数的对数值:2.69.
来自深圳药欣王泽人老师的注释:
正相色谱的固定相是极性比较强的硅胶,硅胶与不同极性的分子有不同的亲和力,所以,正相色谱是依据分子的极性不同来分离。而反相色谱的固定相是C18,C18是疏水物质,所以反相色谱是依据分子的疏水性来分离。
疏水性通常是以LogP来代表。
LogD是不同pH条件下的疏水性。
题目2,4,5都是缓冲盐的使用问题
一般来说,缓冲盐的缓冲范围是其对应的酸的pKa的正负一范围,因此必须牢记每种缓冲盐的酸的pKa值。所以第二题和第四题,纯粹是考试记忆力。乙酸的pKa是4.8,缓冲范围是3.5-6.0。磷酸有三个pKa,分别是2.1,7.2,12.3,缓冲范围是1.5-3.5,6.0-8.5,11.0-13.5。
缓冲的目的是溶液抵御环境质子或者氢氧根加入时的微扰。
其能力的大小取决于其所处的pH与pKa的偏移程度,也取决于缓冲液本身浓度的大小。
缓冲能够
令pH抗微扰,保持pH稳定,令出峰稳定
令带电化合物处于更稳定的状态,令峰形好。
有些缓冲盐本身就是有机酸,自身存在羧基,羧基的最强紫外吸收为210nm。如果使用含羧基的缓冲盐时又将检测波长定在210nm,那方法本身就会有很大的本底吸收风险。
更多资料可以查看《现代液相色谱技术导论》第七章,表7-1
问题3千分之一甲酸的pH可以从实践获得,也可以计算而得。
甲酸的密度1.22g/cm³
甲酸的分子量46.03
千分之一甲酸的物质的量26.50mmol
阎作伟
2021年4月5日
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