Havasız teknik - Air-free technique

Havasız teknikler , havaya duyarlı bileşiklerin işlenmesi için kimya laboratuvarındaki bir dizi manipülasyona atıfta bulunur . Bu teknikler, bileşiklerin hava bileşenleri , genellikle su ve oksijen ile reaksiyona girmesini önler ; daha az yaygın olarak karbondioksit ve nitrojen . Bu teknikler arasında ortak bir tema , havayı çıkarmak için ince (10 0 –10 −3 Torr) veya yüksek (10 −3 –10 −6 Torr) vakum kullanılması ve bir inert gazın kullanılmasıdır : tercihen argon , ancak genellikle nitrojen .

Havasız tekniklerin en yaygın iki türü, bir torpido gözü ve bir Schlenk hattının kullanılmasını içerir , ancak bazı titiz uygulamalar yüksek vakumlu bir hat kullanır. Her iki yöntemde de cam eşyalar (genellikle Schlenk tüpleri ) kullanımdan önce fırınlarda önceden kurutulur. Adsorbe edilen suyu uzaklaştırmak için alevle kurutulabilirler. İnert bir atmosfere gelmeden önce, kaplar arındırma ve yeniden doldurma yoluyla daha da kurutulur - kap, gazları ve suyu uzaklaştırmak için bir vakuma tabi tutulur ve ardından inert gazla yeniden doldurulur. Bu döngü genellikle üç kez tekrarlanır veya vakum uzun bir süre uygulanır. Bir torpido gözü ve bir Schlenk hattı kullanımı arasındaki farklardan biri, temizleme ve yeniden doldurma döngüsünün uygulandığı yerdir . Bir torpido gözü kullanıldığında, boşaltma ve doldurma , torpido gözüne takılı bir hava kilidine uygulanır; bu , genellikle "bağlantı noktası" veya "ön bölme" olarak adlandırılır. Bunun tersine, bir Schlenk hattı kullanılırken, boşaltma ve yeniden doldurma , manifolda bağlı bir hortum veya buzlu cam bağlantı yoluyla doğrudan reaksiyon kabına uygulanır.

Torpido

Sağda hava kilidi bulunan, manipülasyon için iki eldiveni gösteren sıradan bir torpido gözü.

En basit havasız teknik türü, bir torpido gözünün kullanılmasıdır . Bir eldiven torbası aynı fikri kullanır, ancak genellikle daha zayıf bir ikamedir çünkü temizlenmesi daha zordur ve daha az sızdırmazdır. Maşa ve ip kullanımı gibi, eldivenlerin erişemeyeceği öğelere erişmenin yaratıcı yolları mevcuttur. Torpido gözü kullanmanın ana dezavantajları, torpido gözünün maliyeti ve eldivenleri giyerken el becerisinin sınırlı olmasıdır.

Torpido gözünde, aparatı eldivenlerle kullanma ihtiyacına rağmen, geleneksel laboratuvar ekipmanı genellikle kurulabilir ve manipüle edilebilir. İnert gazın sızdırmaz ancak devridaim yapan bir atmosferini sağlayarak, torpido gözü birkaç başka önlemi gerektirir. Zayıf teknik nedeniyle numunelerin çapraz kontaminasyonu da sorunludur, özellikle farklı reaktifler, özellikle uçucu reaktifler kullanan çalışanlar arasında bir torpido gözünün paylaşıldığı durumlarda .

Sentetik kimya için torpido gözlerinin kullanımında iki stil gelişmiştir . Daha koruyucu bir modda, yalnızca havaya duyarlı reaktifleri depolamak, tartmak ve aktarmak için kullanılırlar . Reaksiyonlar daha sonra Schlenk teknikleri kullanılarak gerçekleştirilir. Torpido gözü bu nedenle bir deneyde yalnızca havaya en duyarlı aşamalarda kullanılır. Eldivenli kutular, daha serbest kullanımlarında, çözücülerdeki reaksiyonlar, çalışma ve spektroskopi için numunelerin hazırlanması dahil olmak üzere tüm sentetik işlemler için kullanılır.

Farklı laboratuvarlar farklı kültürler benimsese de, tüm reaktifler ve solventler torpido gözünde kullanım için kabul edilebilir değildir. "Kutu atmosferi" genellikle bir bakır katalizör üzerinde sürekli olarak oksijensizleştirilir. Halojenlenmiş bileşikler gibi bazı uçucu kimyasallar ve özellikle fosfinler ve tiyoller gibi güçlü bir şekilde koordine eden türler , bakır katalizörünü geri dönüşü olmayan bir şekilde zehirledikleri için sorunlu olabilir. Bu nedenle, birçok deneyci bu tür bileşikleri Schlenk tekniklerini kullanarak kullanmayı seçiyor. Eldivenli kutuların daha liberal kullanımında, bakır katalizörün daha sık değiştirme gerektireceği kabul edilir, ancak bu maliyet, korumalı bir ortamda bütün bir sentez gerçekleştirme verimliliği için kabul edilebilir bir takas olarak kabul edilir.

Schlenk hattı

Ana madde: Schlenk hattı
Dört portlu bir Schlenk hattı.

Havaya duyarlı bileşiklerin hazırlanması ve taşınması için diğer ana teknik, bir Schlenk hattının kullanılmasıyla ilişkilidir. Ana teknikler şunları içerir:

  • karşı akış ilaveleri, burada havada stabil reaktifler bir inert gaz akışına karşı reaksiyon kabına ilave edilir.
  • kullanımı şırıngalar ve kauçuk septa (durdurucular delme sonrası reseal olduğu) sıvılar ve çözeltiler, transfer
  • sıvıların veya havaya duyarlı reaktiflerin çözeltilerinin, kanül olarak bilinen uzun ince bir tüp kullanılarak septa ile kapatılmış farklı kaplar arasında aktarıldığı kanül transferi . Sıvı akışı, vakum veya inert gaz basıncı ile elde edilir.
    Sağdaki şişeden THF'yi soldaki şişeye aktarmak için bir kanül kullanılır .

Cam eşyalar genellikle sıkıca oturtulmuş ve greslenmiş buzlu cam bağlantılar yoluyla bağlanır . Buzlu cam bağlantılara sahip yuvarlak cam boru kıvrımları , çeşitli kapların yönünü ayarlamak için kullanılabilir. Filtrasyonlar, özel ekipmanla gerçekleştirilebilir.

İlişkili hazırlıklar

Ticari olarak temin edilebilen saflaştırılmış inert gaz (argon veya nitrojen) çoğu amaç için yeterlidir. Bununla birlikte, belirli uygulamalar için su ve oksijenin daha da uzaklaştırılması gerekir. Bu ilave saflaştırma, inert gaz hattını , oksijeni bakır okside dönüştüren ısıtılmış bir bakır katalizör kolonundan geçirerek gerçekleştirilebilir . Su, gazın, fosfor pentoksit veya moleküler elekler gibi bir kurutucu madde kolonundan geçirilmesiyle çıkarılır .

Hava ve susuz çözücüler de gereklidir. Nitrojenle arındırılmış Winchester'larda yüksek saflıkta solventler varsa , bunlar doğrudan torpido gözüne getirilebilir. Schlenk tekniği ile kullanım için, moleküler eleklerle doldurulmuş Schlenk şişelerine hızlı bir şekilde dökülebilir ve gazı giderilebilir . Daha tipik olarak çözücü, doğrudan bir imbik veya çözücü saflaştırma kolonundan dağıtılır.

Gaz giderme

Ayrıca bakınız: gazdan arındırma

Gaz giderme için iki prosedür yaygındır. Birincisi, dondurma-pompalama-çözdürme olarak bilinir - çözücü sıvı nitrojen altında dondurulur ve bir vakum uygulanır. Daha sonra, vana kapatılır ve çözücü, ılık suda çözülerek, hapsolmuş gaz kabarcıklarının çıkmasına izin verir.

İkinci prosedür, çözücüyü basitçe bir vakuma tabi tutmaktır. Bir ultrasonikatör kullanarak karıştırma veya mekanik çalkalama faydalıdır. Önce çözünmüş gazlar gelişir; çözücü buharlaşmaya başladığında, şişe duvarlarının dışında yoğuşma ile not edildiğinde, şişe inert gazla yeniden doldurulur. Her iki prosedür de üç kez tekrarlanır.

Kurutma

Oksijeni ve suyu uzaklaştırmak için sodyum ve benzofenon ile geri akıtıldıktan sonra, tolüen inert gaz altında bir alıcı şişeye damıtılır.

Çözücüler, kimyasal reaksiyonlarda ana kirlilik kaynağıdır. Geleneksel kurutma teknikleri agresif bir kurutucudan damıtmayı içermesine rağmen , moleküler elekler çok daha üstündür.

Tolüenin kurutulması
Kurutma malzemesi Kurutma süresi su içeriği
tedavi edilmemiş 0 sa. 225 sayfa / dakika'ya kadar
Sodyum / benzofenon 48 saat 31 sayfa / dakika'ya kadar
3 Å moleküler elek 24 saat 0,9 ppm

Verimsiz olmasının yanı sıra, kurutucu madde olarak sodyum (erime noktasının altında) eser miktarda suyla yavaş reaksiyona girer. Bununla birlikte, kurutucu çözülebilir olduğunda, moleküler eleklerden daha düşük olmasına rağmen, kurutma hızı artar. Benzofenon genellikle böyle bir çözünür kurutma ajanı üretmek için kullanılır. Bu uygulamanın bir avantajı, ketil radikal anyonunun yoğun mavi rengidir . Bu nedenle sodyum / benzofenon, çözücülerin damıtma yoluyla saflaştırılmasında havasız ve nemsiz koşulların bir göstergesi olarak kullanılabilir.

Damıtma fotoğrafları yangın tehlikeleridir ve giderek artan bir şekilde alternatif solvent kurutma sistemleri ile değiştirilmektedir. Popüler olanlar, oksijeni giderilmiş çözücülerin aktifleştirilmiş alümina ile doldurulmuş kolonlardan filtrelenmesi için sistemlerdir .

Katıların kurutulması, katının fosfor pentoksit ( P
2 Ö
5 ) veya silika jel , bir kurutma fırınında / vakumlu kurutma fırınında saklamak, yüksek vakum altında veya bir kurutma tabancasında ısıtmak veya eser miktarda suyu çıkarmak için, katı bir havası kuru bir havaya sahip bir torpido gözünde saklamak.

Alternatifler

Bu tekniklerin her ikisi de oldukça pahalı ekipman gerektirir ve zaman alıcı olabilir. Havasız gereksinimlerin katı olmadığı durumlarda, diğer teknikler kullanılabilir. Örneğin, su / oksijen ile reaksiyona giren bir reaktifin fedakar bir fazlalığının kullanılması kullanılabilir. Gerçekte feda edilecek fazlalık, suyla (örneğin çözücü içinde) reaksiyona girerek reaksiyonu "kurutur". Bununla birlikte, bu yöntem sadece, bu reaksiyonda üretilen safsızlıkların, reaksiyonun istenen ürününe zarar vermediği veya kolayca çıkarılabildiği durumlarda uygundur. Tipik olarak, böyle bir fedakarlık fazlalığı kullanan reaksiyonlar, yalnızca makul ölçüde büyük ölçekte reaksiyonlar yapıldığında etkilidir, öyle ki bu yan reaksiyon, arzu edilen ürün reaksiyonu ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Örneğin, Grignard reaktiflerini hazırlarken , magnezyum (en ucuz reaktif) genellikle fazla miktarda kullanılır; bu, ya magnezyum hidroksit vermek için doğrudan su ile reaksiyona girerek ya da sırayla Grignard reaktifinin yerinde oluşumu yoluyla kalıntı suyu gidermek için reaksiyona girer. su ile reaksiyona girer (örn. R-Mg-X + H 2 O → HO-Mg-X + RH). Ortaya çıkan "kuru" ortamı korumak için, zamanla reaksiyona yeniden giren nemi yavaşlatmak için geri akış kondansatörüne kalsiyum klorür ile doldurulmuş bir koruyucu tüp bağlamak veya bir inert gaz hattı bağlamak genellikle yeterlidir .

Kurutma ayrıca moleküler elekler gibi yerinde kurutucuların kullanılmasıyla veya azeotropik damıtma tekniklerinin örneğin bir Dean-Stark aparatıyla kullanılmasıyla da sağlanabilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Duward F. Shriver ve MA Drezdzon "Havaya Duyarlı Bileşiklerin Manipülasyonu" 1986, J. Wiley and Sons: New York. ISBN   0-471-86773-X .
  2. ^ Johansen, Martin B .; Kondrup, Jens C .; Menteşe, Mogens; Lindhardt, Anders T. (13 Haziran 2018). "Koruyucu Contalı Şişelerden Piroforik tert-Butillityum Transferi Sırasında Geliştirilmiş Güvenlik". Organik Süreç Araştırma ve Geliştirme . 22 (7): 903–905. doi : 10.1021 / acs.oprd.8b00151 .
  3. ^ Brown, HC "Boranlar aracılığıyla Organik Sentezler" John Wiley & Sons, Inc. New York: 1975. ISBN   0-471-11280-1 .
  4. ^ "Donma-Pompa-Çözdürme Sıvıların Gazdan Arındırılması" (PDF) . Washington Üniversitesi .
  5. ^ Williams, DBG, Lawton, M., "Organik Çözücülerin Kurutulması: Çeşitli Kurutucuların Verimliliğinin Kantitatif Değerlendirilmesi", The Journal of Organic Chemistry 2010, cilt. 75, 8351. doi : 10.1021 / jo101589h
  6. ^ Nathan L. Bauld (2001). "Ünite 6: Anyon Radikalleri" . Texas Üniversitesi .
  7. ^ WLF Armarego; C. Chai (2003). Laboratuvar kimyasallarının saflaştırılması . Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN   0-7506-7571-3 .
  8. ^ Pangborn, AB; Giardello, MA; Grubbs, RH; Rosen, RK; Timmers, FJ (1996). "Solvent Saflaştırma için Güvenli ve Uygun Prosedür". Organometalikler . 15 (5): 1518–20. doi : 10.1021 / om9503712 .

Dış bağlantılar

Fotoğraf Galerisi

  • Perkin üçgeni : Havaya duyarlı damıtmalar

  • Havasız filtreleme

  • Havasız süblimasyon

  • Kanül: iç boşaltma valfi

  • Kanül: ekstra boşaltma valfi

  • Kanül: (Basit) boşaltma valfi yok

  • Kanül: iki manifold sistemi

  • Kanül: şırınga valfi

  • Havaya duyarlı NMR numuneleri için teflon musluk