2.6: 制备无水试剂和设备

对湿度敏感的化学反应必须在无水或无水的环境中进行。

试剂和反应物有时会与大气中的水发生反应或吸收大气中的水。如果发生这种情况，试剂的化学或物理性质可能会发生变化，并且不会发生所需的反应或导致产量低下。

为防止与水发生意外反应，敏感反应在惰性气氛（如氮气或氩气）下使用无水试剂和设备进行。对水极度敏感的反应必须在能够保持无水环境的手套箱内进行。本视频将演示如何正确干燥玻璃器皿、溶剂和试剂以运行无水反应。

玻璃的化学成分导致表面覆盖一层水膜，在准备无水反应之前必须将其去除。使用前，通常使用热量或丙酮从干净的玻璃器皿中去除这一层。

许多溶剂还会从环境中吸收水分，使用前必须干燥。溶剂蒸馏器或干燥剂通常用于在设置反应之前去除水分。

溶剂蒸馏器使用钠等碱金属与水反应，残留水分含量约为 10 ppm。

干燥剂是高度吸湿的固体，这意味着它们很容易吸收水分。某些干燥剂，如硫酸钠，用于去除少量有机溶剂中的水分，在进一步使用前必须过滤掉。

分子筛是最常用的干燥剂，用于干燥大量溶剂。它们由铝硅酸钠和钙组成的微孔材料制成。

分子筛的工作原理是将水捕获在珠子内，有效地将其从溶剂中去除。一旦使用，它们就可以在烘箱中再生。

最后，有多种方法可以干燥固体试剂。一种是将其存放在 15？20 ？C 低于其熔点。热量将水从试剂中排出，留下干燥的化合物。

如果固体不能加热或熔点太低，则可以在真空干燥器中干燥。干燥后，无水试剂可以储存在干燥器内惰性气氛下的瓶子中。

现在您已经了解了干燥无水反应设备和试剂背后的概念，让我们仔细看看它是如何在实验室中完成的。

要在烘箱中干燥玻璃器皿，首先收集反应装置所需的所有组件。取出所有非玻璃制成的部件，例如 Schlenk 烧瓶的旋塞。

将玻璃器皿放入设置为 125 °C 的干燥箱中C 并在使用前烘烤至少 24 小时。

24 小时后，戴上热保护手套，从烤箱中取出玻璃器皿。在玻璃器皿仍然很热的情况下组装设备。

当玻璃器皿完全组装并冷却后，用惰性气体（如氮气）冲洗设备。最后，将干燥前去除的所有碎片加回去。玻璃器皿现在已准备好进行无水反应。

比烤箱干燥玻璃器皿更快的选择是使用本生灯。某些玻璃器皿不应进行火焰干燥，因此请确保在开始之前可以安全地进行火焰干燥。首先，设置完整的设备并移除所有非玻璃制成的组件。

戴上耐热手套，然后点燃本生灯。通过加热设备底部开始火焰干燥玻璃器皿。通过向上移动火焰将水从装置中排出。继续此过程，直到起雾和蒸汽停止。

等待设备冷却到大约 60 ？C，然后使用耐热手套并添加在火焰干燥前取下的其余设备。

要使用分子筛干燥溶剂，请先将它们添加到热稳定的玻璃容器中。

筛子必须首先干燥才能正常作，因此将容器放入 300 至 350 °C 的容器中。C 烤箱和烘烤 3 人 ？？3 ?h.

当珠子干燥后，使用高耐热手套取出容器并将其存放在温度高于 120°C 的干燥箱中。C. 干燥后，分子筛可在使用前存放数周。

需要时，从干燥箱或干燥器中取出珠子。快速工作并从这一点开始盖上容器，以尽量减少珠子与大气水的接触。

如果从烤箱中取出珠子，请让它们冷却至大致室温。

在秤上称量出必要量的活性微珠。例如，要在 500？mL 溶剂瓶中实现 10% 质量体积的微珠，需要 50 g 微珠。

将磁珠添加到溶剂中。对于挥发性溶剂，如二氯甲烷，将瓶盖放在瓶子顶部，但要等待几分钟，然后再完全拧上瓶盖，以避免压力积聚。

用 Parafilm 包裹盖子周围的区域以防止水分进入。将溶剂与珠子一起储存至少 24 小时。之后，无水溶剂可用于反应。

或者，可以使用使用金属钠和二苯甲酮的溶剂蒸馏器来干燥溶剂。

固体试剂通常溶于有机溶剂中。在去除液体并回收固体试剂之前，必须从溶液中去除多余的水。

取一个干燥的容器并加入溶液。接下来，用抹刀将干燥剂添加到容器中。干燥剂最初会结块，但会继续添加，直到新添加的干燥剂不再结块并自由移动。

用塞子或铝箔盖住容器，让溶液静置至少 1 小时。

要去除多余的干燥剂，请组装一个带有 B？chner 漏斗和侧臂烧瓶的真空过滤装置。将滤纸加入 B？chner 漏斗中，然后打开真空。

将有机相缓慢倒入 B？chner 漏斗中。避免转移干燥剂，因为过滤器可能会堵塞。当大部分液体转移到漏斗上并排入下面的烧瓶中时，将剩余的液体与干燥剂一起加入，并静置几分钟。

关闭真空，将过滤后的溶液转移到干燥的圆底烧瓶中。将圆底烧瓶连接到旋转蒸发仪，减压除去所有溶剂。剩下的固体或液体现在应该是干燥的。

干燥已经是固体的试剂？将化合物放入打开的容器中并确定其重量。然后将其放入温度低于固体熔点的干燥箱中。让试剂在烘箱内干燥数小时。

从烤箱中取出容器，将其放入干燥器中。然后，让样品冷却至室温。重新称重并确保质量小于烘箱干燥前的质量。重复干燥步骤，直到重量不再变化。发生这种情况时，试剂已充分干燥。

如果不需要立即使用试剂，请用惰性气体（如氮气）冲洗容器，并在盖子上缠绕 Parafilm。将容器放入干燥器中并储存，直到需要试剂为止。

无水反应用于各种重要的有机化学合成。

必须在无水条件下进行的反应的一个典型例子是格氏反应。在反应的第一步中，即使是最小的水痕迹也不能存在。在水存在下，格氏试剂将优先充当碱，导致亲核活性丧失并形成不需要的副产物。

许多有机合成必须在极度干燥的条件下进行，就像这个有机磁体合成的例子一样。在这种情况下，前体材料金属钠是自燃的，这意味着它对水分极为敏感，与空气中的水分接触时可能易燃甚至爆炸。

锂离子电池对湿气也非常敏感，必须在手套箱或干燥室中组装。负极由锂化合物组成，而电解质含有卤代锂盐。由于锂对水分敏感，因此任何引入电池单元本身的微量水都会降低容量。

您刚刚观看了 JoVE 对制备无水试剂和设备的介绍。您现在应该了解如何制备用于化学反应的无水玻璃器皿、溶剂和试剂。

感谢观看！