Войти
Безвоздушный метод относится к ряду манипуляций в химия лаборатория для работы с соединениями, которые чувствительны к воздуху. Эти методы предотвращают взаимодействие соединений с компонентами воздуха, обычно водой и кислородом ; реже диоксид углерода и азот. Общей темой среди этих методов является использование тонкого (10-10 Торр) или высокого (10-10 Торр) вакуума для удаления воздуха, а также использование инертного газа : предпочтительно аргон, но часто азот.
Два наиболее распространенных типа безвоздушной техники включают использование перчаточного бокса и линии Шленка, хотя в некоторых строгих приложениях используется линия высокого вакуума. В обоих методах стеклянная посуда (часто пробирки Шленка ) перед использованием предварительно сушится в печах. Они могут быть высушены пламенем для удаления адсорбированной воды. Перед попаданием в инертную атмосферу сосуды дополнительно сушат путем продувки и повторного наполнения - сосуд подвергают вакууму для удаления газов и воды, а затем снова заполняют инертным газом. Этот цикл обычно повторяется три раза или вакуум применяется в течение длительного периода времени. Одно из различий между перчаточным ящиком и линией Schlenk заключается в том, где применяется цикл продувки и наполнения. При использовании перчаточного ящика продувка и пополнение применяются к воздушной пробке , прикрепленной к перчаточному ящику, обычно называемой «портом» или «предкамерой». В отличие от этого, при использовании линии Шленка продувка и пополнение подается непосредственно в реакционный сосуд через шланг или соединение из матового стекла, которое подсоединено к коллектору.
An обычный перчаточный ящик с двумя перчатками для манипуляций, с воздушной пробкой справа. Самый простой вид безвоздушной техники - использование перчаточного ящика. A использует ту же идею, но обычно является более плохой заменой, поскольку ее труднее очистить и она хуже герметична. Существуют изобретательные способы доступа к предметам, недоступным для перчаток, например использование щипцов и веревок. Основные недостатки использования перчаточного ящика - это стоимость перчаточного ящика и ограниченная маневренность при ношении перчаток.
В перчаточном ящике обычное лабораторное оборудование часто можно установить и манипулировать им, несмотря на необходимость работать с аппаратом в перчатках. Обеспечивая герметичную, но рециркулирующую атмосферу инертного газа, перчаточный ящик требует некоторых других мер предосторожности. Перекрестное загрязнение образцов из-за плохой техники также является проблемой, особенно когда перчаточный ящик используется совместно между рабочими, использующими разные реагенты, в частности, летучие.
В использовании перчаточных боксов для синтетической химии возникло два стиля. В более консервативном режиме они используются исключительно для хранения, взвешивания и переноса чувствительных к воздуху реагентов. После этого реакции проводят с использованием методик Шленка. Таким образом, перчаточные боксы используются только на наиболее чувствительных к воздуху этапах эксперимента. В более широком смысле перчаточные боксы используются для всех операций синтеза, включая реакции с растворителями, обработку и подготовку образцов для спектроскопии.
Не все реагенты и растворители приемлемы для использования в перчаточном боксе, хотя в разных лабораториях используются разные культуры. «Атмосфера бокса» обычно непрерывно деоксигенируется над медным катализатором. Некоторые летучие химические вещества, такие как галогенированные соединения и особенно сильно координирующие соединения, такие как фосфины и тиолы, могут быть проблематичными, поскольку они необратимо отравляют медный катализатор. Из-за этого многие экспериментаторы предпочитают работать с такими соединениями, используя методы Шленка. При более широком использовании перчаточных боксов считается, что медный катализатор потребует более частой замены, но эта стоимость считается приемлемым компромиссом для эффективности проведения всего синтеза в защищенной среде
Линия Шленка с четырьмя портами. Другой основной метод приготовления и транспортировки чувствительных к воздуху соединений связан с использованием линии Шленка. Основные методы включают:
Канюля используется для переноса THF из колбы справа в колбу слева.Стеклянная посуда обычно соединяется плотно фитинг и смазку стыков матового стекла. Круглые изгибы стеклянной трубки с соединениями из матового стекла можно использовать для регулировки ориентации различных сосудов. Фильтрация может выполняться с помощью специального оборудования.
Коммерчески доступный очищенный инертный газ (аргон или азот) подходит для большинства целей. Однако для некоторых применений необходимо дополнительно удалить воду и кислород. Эту дополнительную очистку можно выполнить, пропустив линию инертного газа через нагретую колонну с медным катализатором, который преобразует кислород в оксид меди. Воду удаляют, пропуская газ по трубопроводу через колонку с осушителем, например, пентоксидом фосфора или молекулярными ситами.
Также необходимы растворители, не содержащие воздуха и воды. Если в очищенных азотом Winchesters есть растворители высокой чистоты, их можно вносить прямо в перчаточный ящик. Для использования с техникой Шленка их можно быстро налить в колбы Шленка, заполненные молекулярными ситами, и дегазировать. Более типично, растворитель распределяется непосредственно из дистиллятора или колонны очистки растворителя.
Обычно используются две процедуры дегазации. Первый известен как замораживание-насос-оттаивание - растворитель замораживают в жидком азоте и создают вакуум. После этого запорный кран закрывают, и растворитель оттаивают в теплой воде, позволяя улетучиться пузырькам газа.
Вторая процедура заключается в простом воздействии на растворитель вакуума. Полезно перемешивание или механическое перемешивание с использованием ультразвукового аппарата. Сначала выделяются растворенные газы; как только растворитель начинает испаряться, что отмечается по конденсации за пределами стенок колбы, колбу снова наполняют инертным газом. Обе процедуры повторяются трижды.
После кипячения с натрием и бензофеноном для удаления кислорода и воды толуол перегоняется в инертном газе в приемную колбу. Растворители являются основным источником загрязнения в химических реакциях. Хотя традиционные методы сушки включают дистилляцию из агрессивного осушителя, молекулярные сита намного превосходят его.
| Осушающий агент | Продолжительность сушки | содержание воды |
|---|---|---|
| необработанная | 0 ч | 225 ppm |
| Натрий / бензофенон | 48 ч | 31 ppm |
| 3 Å молекулярные сита | 24 часа | 0,9 ppm |
Помимо неэффективности, натрий в качестве осушителя (ниже его точки плавления) медленно реагирует со следовыми количествами воды. Однако, когда осушитель растворим, скорость сушки увеличивается, но все же уступает молекулярным ситам. Бензофенон часто используется для получения такого растворимого осушающего агента. Преимуществом этого применения является интенсивный синий цвет анион-радикала кетил . Таким образом, натрий / бензофенон может использоваться в качестве индикатора условий отсутствия воздуха и влаги при очистке растворителей дистилляцией.
Дистилляционные кубы представляют опасность возгорания и все чаще заменяются альтернативными системами сушки растворителями.. Популярны системы для фильтрации дезоксигенированных растворителей через колонки, заполненные активированным оксидом алюминия.
Сушка твердых частиц может быть осуществлена путем хранения твердого вещества над осушающим агентом, таким как пятиокись фосфора (P. 2O. 5) или силикагель, хранение в сушильном шкафу / вакуум-сушильном шкафу, нагрев в высоком вакууме или в сушильном пистолете, или для удаления следовых количеств воды, просто храня твердое вещество в перчатке ящик с сухой атмосферой.
Оба эти метода требуют довольно дорогого оборудования и могут отнимать много времени. Если требования к безвоздушной среде не жесткие, можно использовать другие методы. Например, можно использовать жертвенный избыток реагента, который реагирует с водой / кислородом. Жертвенный избыток по сути «сушит» реакцию за счет реакции с водой (например, в растворителе). Однако этот метод подходит только в том случае, если примеси, образующиеся в этой реакции, в свою очередь, не являются вредными для желаемого продукта реакции или могут быть легко удалены. Обычно реакции с использованием такого жертвенного избытка эффективны только при проведении реакций в достаточно большом масштабе, так что эта побочная реакция незначительна по сравнению с реакцией желаемого продукта. Например, при приготовлении реактивов Гриньяра магний (самый дешевый реагент) часто используется в избытке, который реагирует, удаляя следы воды, либо непосредственно с водой с образованием гидроксида магния, либо посредством образования in situ реагента Гриньяра, который, в свою очередь, реагирует с водой (например, R-Mg-X + H 2 O → HO-Mg-X + RH). Для поддержания образовавшейся «сухой» среды обычно достаточно подсоединить защитную трубку, заполненную хлоридом кальция, с обратным конденсатором, чтобы замедлить повторное попадание влаги в реакции с течением времени, или подсоединить линию инертного газа.
Сушка также может быть достигнута путем использования десикантов in situ, таких как молекулярные сита, или использования азеотропная дистилляция например с помощью аппарата Дина-Старка.
Треугольник Перкина : Чувствительные к воздуху дистилляции
Безвоздушная фильтрация
Безвоздушная сублимация
Канюля: спускной клапан
Канюля: дополнительный спускной клапан
Канюля: (Простая) без спускного клапана
Канюля: система с двумя коллекторами
Канюля: шприцевой клапан
Тефлоновый кран для чувствительных к воздуху образцов ЯМР
