TLCと反応の追跡
本記事はWEBに混在する化学情報をまとめ、それを整理、提供する化学ポータルサイト「Chem-Station」の協力のもと、ご提供しています。
概要
反応の追跡には、操作が簡便で短時間で結果がわかり、視覚的に判別しやすいTLCを用いることが多いのではないでしょうか？今回は、TLCを用いた反応の追跡時のテクニックやトラブルシューティングについて紹介いたします。
準備
市販のTLCはガラスプレートのものとアルミプレートのものに大別されます。アルミプレートはハサミで切れて扱いやすいので好む人が多いですが、ガラスプレートは、TLCを染色後、焼いたときに裏側もしっかり確認できるメリットがあります。だいたい1.5ｘ5 cmのカットで３点、2.0ｘ5 cmのカットで５点のスポットが打てるので、これくらいの大きさに切っておくと便利です。
基本
経験があり理解できている反応の場合は、適当な時間にTLCで確認して、後処理してもいいですが、初めての反応ならば、5分、15分、30分、60分、2時間、4時間、という感じで細かくTLCで追跡するのが基本です。短時間で反応の進行を見たい場合は、Et2O/pentane系で展開すると結果が早くわかりますし、すぐに溶媒が飛んでくれるので便利です。
初めての反応で、TLCをこまめにとる理由としては以下の通りです。
１．反応の収束時間を見積もることができる
論文やレポートに書かれている反応時間は、必ずしも自分の扱っている基質に当てはまるわけではありません。例えば15分でほぼ未反応だった場合は、昇温したり、触媒を追加したりとその時々で素早い対応ができます。
２．基質に反応点が複数ある場合に最適な時間で止めることができる
選択的なオゾン酸化や保護基の脱保護などでは、厳密に反応をコントロールしない限り、反応が行き過ぎて収率が低下する場合があります。
３．生成物が不安定な場合に最適な時間で止めることができる
主生成物が比較的不安定な場合、分解が同時に進行する場合も想定されます。
注意点
- UV吸収がある化合物だからUVだけで反応を追跡するのはやや危険です。UVを持たない副生成物が含まれているかもしれないので、染色して確認しましょう。
- 沸点の低い化合物の場合は、できるだけ沸点の低い系Et2O/pentane系で上げて、目的物の蒸発を防ぎましょう。また、このタイプの化合物は、官能基が比較的少ないので、焼けにくいことがあります。GC-MSや1H-NMRなどを併用して確認しましょう。
- 反応が完了したら染色したTLCの写真を撮っておくと便利です。電子ノートに貼り付けたり、後から確認することもできます。
低温反応の追跡
低温反応の場合には、サンプルを採取するキャピラリー内で温度が上がって反応が進行し、あたかも反応が完了しているように見えるときがあります。後処理してみると、反応率が半分程度だったということもあります。極低温反応の場合は、キャピラリーで採取したサンプルは素早くTLCにサンプルを載せて、反応が進行しないようにすることも重要です。また、サスペンジョンの反応の場合は素早くスポットを打たないと、固体がキャピラリーを詰まらせることがあるので注意が必要です。どちらも、先に小さいスケールでクエンチしてからTLCで確認する方法がおすすめです。
化合物の分解
化合物によっては、TLC上で不安定なものもあります。そういった化合物の場合、2次元TLCが有効です。生成物が不安定であれば、精製方法をカラムから蒸留や再結晶に変更したり、精製せずに次の反応に供する方針に変更できます。Danishefsky-北原ジエンの合成など、壊れやすい（出発物質に戻る）化合物の場合は、TLCで反応を追跡せず、最初から1H-NMRやGC-MSで追跡するなどの工夫が必要です。
シリカゲルは一般に中性とされていますが、グリコシル供与体などの合成では1％程度のDIPA（ジイソプロパノールアミン）やNEt3（トリエチルアミン）を一緒に展開すると、生成物の分解が防げます。ただしこの場合は、UVでの検出が主となります。染色するとうまく行かないことがあるので適切な染色液を用いるなど工夫が必要です。
テーリング
生成物がアミンの場合は、0.5％程度のDIPAやNEt3を展開溶媒に添加するとテーリングを抑えることが可能です。また、NH2シリカゲルを塗布してあるTLCも有効です。
一方で、カルボン酸などの場合は、0.5％程度のAcOHなどをCHCl3/MeOHなどの系に添加するとテーリングを防げます。また市販の酸性シリカゲルTLCも有効です。
また、これらの極性官能基を有する化合物の場合、特にアミノ酸などの両性化合物や糖などは、逆相カラムを備えたHPLC-MSの方がうまく反応の追跡ができる場合があります。ただし、カルボン酸やスルホン酸はポジでは見えにくいのでネガで検出する必要があるので注意してください。
分離
分離が良くない場合は、溶媒系を変えてみましょう。特に芳香族化合物の分離を試みる場合、非極性溶媒としてトルエンを用いるとπ-π相互作用の影響からか分離が良くなる場合があります。また、UPLCやGC-MSなども分析手段の一つとして活用しましょう。
極性官能基のない化合物の場合、目的物質が低沸点である場合があり、TLCで確認する前に溶媒と一緒に蒸発したり、染色が難しい場合がよくあります。あらゆる染色液を試すのもいいですが、やはり、1H-NMRやGC-MSなども併用してみましょう。なお、1H-NMRで追跡する場合は、その感度ゆえ、比較的たくさんの溶液（例えば重溶媒比20％）を重溶媒で希釈したサンプルで測定します。量がある程度確保できていれば、出発物質と目的物質のシグナルは得られるはずです。
また、アルミナプレートの方が分離が良い場合もあります。シリカゲルプレートでうまくいかない場合はアルミナプレートで反応を追跡することも有効です。
ガラスプレートを用いた場合、裏面の焼け方が表面と違っていたりして、分析に有用な場合もあります。例えば、Rf値は同じだが焼け方の違いで反応の進行を確認する場合などがあります。
定量性
TLCの欠点は定量性に欠けるという点です。例えば、企業のプロセス化学（化合物をいかに効率的に工業的に作るかを研究する分野）の研究者の方々は、基本的にTLCは使わないといわれています。一般的にはTLCに加えUPLC-MSなどを利用する場合がありますし、SFC-MS (Supercritical Fluid Chromatography, 超臨界流体クロマトグラフィー)などを使っているところもあります。SFCやUPLCの場合、短時間でキレイな結果が得られるので、TLCと遜色ないスループットが可能です。HPLCしか無いという場合でも、比較的短い逆相カラムと高い有機溶媒比率の組み合わせで、比較的短い分析時間で反応の追跡が可能です。この場合は、逆相分析になります。通常の順相カラムとは溶出順序が異なるため、注意が必要です。
