過柱子最害怕的事：柱子干了！

有機兩大吃飯工具，柱子和點板。

柱子這個東西，對于學化學的，尤其是有機化學，來說幾乎是無人不知無人不曉無人不會的基礎技能。



柱子是俗稱，標準名稱叫做柱色譜，Column Chromatography，CC。這個是有機實驗室最最最最最基礎的分離手段，說這是從事大有機方向的科研人員的一只手都不為過。

有機實驗的很多反應，并不會像高中教材上的無機實驗那樣，要么生成一堆沉淀，要么變成氣體飛出來，產品自然而然的就分開了，非常干凈漂亮。有機實驗的反應，大部分情況下是均相的，也就是說產品是混成一團溶在溶劑里面的。同時因為有機反應副產物很多，所以反應結束之后我們得到的一鍋東西是個大雜燴，什么都有：沒反應掉的底物，反應的副產品，催化劑等等，還有我們要的產品，都是混在一起的。

這就需要我們去把這些打混的東西分開，而柱子就是把這些東西分開的方法中應用最廣泛、適應性最強的一種。

至于柱子的原理，打個比方。

前面是一條小巷子，里面全是美女，丫丫叉叉的擠在一起。巷子的一頭是一群男生，想要到巷子另一頭去。于是這群男生只能從美女堆里面擠過去，于是就會有幾種不同的情況：

1）史詩的大師，色即是空，絲毫不受美女的影響，很快就到對面了；
2）精良的賢者，雖然沒有慌神，但是也放慢了腳步，第二批到達對面；
3）普通的師傅，明顯有點慌神了，但是也跌跌撞撞，第三批到達對面；
4）粗糙的屌絲，受迷惑最嚴重，在人群里走得最慢，而且還趁機揩油，最后才到巷子另一頭。

這樣，這一堆男生就被自然而然的分開了。

——這就是柱子的原理，或者說所有的色譜（Chromatography）的原理：利用在流動相沖洗下，不同物質在固定相上“跑的速度的快慢”來將不同物質分離出來（實際上是利用物質在固定相/流動相的分配比的不同，或者說固定相對不同物質的“保留能力”的不同，但是這么說可能更難理解一些）。其中美女就可以認為是柱子的固定相，而男生就是那些待分的產品。

wiki上有一幅圖很生動：


現在有機實驗室最常規的柱子是硅膠柱，以硅膠作為固定相的柱子。正向硅膠柱上極性越低的物質爬得越快，反向硅膠柱上極性越大的物質爬的越快，所以使用什么樣的硅膠完全看產品混合物的情況。大部分情況下小分子化合物的分離，用正向硅膠柱就可以解決問題了。如果產品的正電荷中心特別多，可能反相柱會更輕松一些。

另外還有氧化鋁柱，堿性氧化鋁柱可以用來應對需要在高PH環境下分離的產物體系。中性氧化鋁柱傾向于保留一些富電子的化合物。酸性氧化鋁柱則可以分離一些強酸性的物質。氧化鋁柱的吸附性比硅膠要弱，所以如果產品極性特別大，在硅膠上沖不下來了可以試試用氧化鋁柱子，說不定會有奇效。

至于凝膠柱，相對硅膠柱和氧化鋁柱就屬于高科技了。主要是針對高分子產物的分離手段，可以把高分子產品和小分子化合物很快的分開。凝膠柱的原理就相當于固定相是一個“反篩子”：尺寸比較大的分子因為無法進入凝膠內部，所以就從凝膠之間的空隙里面鉆下去了，所以跑得更快；而尺寸小的分子則會進入凝膠上的微孔，不會太快被沖下來。這樣就可以按照分子的尺寸而將混合物分開。


柱子是有機實驗室非常關鍵的東西，很多時候只有過完柱子、得到純凈的產品之后才能說明整個反應有意義。同時過柱子又是一個十分費時費精力的工作：一根柱子普遍需要過數個小時甚至更長時間。我們實驗室做一些量特別小的反應，也就最多幾百mg，最后的也需要至少一個上午的時間才能完整的過完一根柱子；如果是更加復雜的天然提取物的分離工作，那么一根柱子過幾天都是經常會有的事情。

雖然耗時這么長，也并不意味著你可以把柱子放那兒不管然后自己去干別的——柱子必須要一直盯著才行。你需要隔一段時間點板（TLC，薄層色譜）來看現在柱子里出來的東西到底是什么：有的時候前面一個組分和后面一個組分之間就差那么四五滴，你要是錯過了，那就可能全白費了——尤其是對那些試管不多，習慣用燒瓶或者錐形瓶接產品的實驗室。

而柱子干了，硅膠里面可能就會混進去非常多的氣泡，這樣產品就很難分開。對于一些要求高產率的課題來說，干一次柱子的結果可能是產率直接掉十個點、或者減半——這樣的打擊非常致命，很多時候搞不好是要返工從頭做的。雖然可以拿高極性的溶劑把硅膠里面殘余的產品泡出來，不過這樣損失不小。有的時候是做了好幾步反應到最后得到那么一點，幾百毫克產品，然后過柱子的時候不小心柱子干了，然后泡也沒泡出來多少，那要從頭返工的話或許就又是一周甚至一個月的時間過去了。

不過如果只是得到產物就行，不用過分糾結產率的那種反應（比如做小分子功能材料，只需要得到那么一點東西，足夠檢測其性能就可以了，產率并不是需要考慮的首要因素），干了柱子的話，好好處理一下問題也不大的。干柱子是個問題主要是針對方法學和合成實驗室來說的。




過柱子是非常累和枯燥的一件事，但是又是幾乎每個大有機方向的科研人員和研究生都逃不開的一件事——這也是沒辦法的事情。哪怕制備色譜，其應用局限性也很大，還有成本因素，所以也無法完全取代手工柱子。

不過，雖然裝柱子的時候都非常煩躁，但是最終出產品的時候，還是很有成就感的。