5.6: 院长-斯塔克陷阱

1. 准备

1. 采取250毫升圆底烧瓶配备了磁性搅拌棒。
2. 在磁力搅拌器上的圆底烧瓶下放置一个油浴。
3. 用7.5 克 (0.05 摩尔) m-硝基苯甲醛填充圆底烧瓶, 加入75毫升的甲苯。
4. 加入3.1 毫升 (3.45 克, 0.055 摩尔) 乙二醇。
5. 将院长斯塔克的陷阱附在圆底烧瓶上。
6. 将回流冷凝器放在院长-斯塔克陷阱的顶部。

2. 运行反应

1. 将油浴温度设置为170° c, 并将反应混合物加热到回流。
2. 通过测量院长斯塔克陷阱中的水量来监测反应。
3. 当没有进一步的水被困在院长-斯塔克陷阱的侧臂中时, 就会做出反应。
4. 约2小时后, 收集的水总量约为0.8 毫升。

3. 检查

1. 在旋转蒸发器的减压下, 释放水, 将混合的有机溶剂从反应混合物中除去。
2. 将8毫升乙醇中的黄色残渣溶解在回流中。
3. 冷却解决方案。
4. 所需的缩醛将结晶。
5. 过滤固体并在减压下干燥。

Dean-Stark 陷阱用于将有机反应的平衡转移到产物侧。

根据 Le Châttalier 原理，可以通过连续去除其中一种反应物，或通过改变进行反应的温度或压力，使用过量的一种反应物使产物达到平衡。也许最常见的平衡反应是那些涉及水作为产物的反应。

如前所述，去除这些水可以推动反应完成。Dean-Stark 疏水阀是一种专用的玻璃器皿，用于连续去除化学反应中形成的水。

本视频将说明 Dean-Stark 陷阱的原理、使用该装置的实验室程序以及多种应用。

硼酸转化为酯等反应会形成水，水可以将酯水解回酸，从而降低总产量。

随着反应的进行，可以使用 Dean-Stark 捕集阱连续从培养瓶中去除反应中产生的水。为此，首先将反应组分与碳氢化合物（如甲苯）一起添加到烧瓶中，然后加热混合物。随着反应的进行，水被释放出来。现在甲苯和水分别在 110 度和 100 度下沸腾，形成共沸物，在 84 度下沸腾。在冷凝器中冷却后，溶剂蒸气冷凝回液体，液体滴入捕集阱的收集容器中，任何溢出物都会返回到反应容器中。

冷凝的液体混合物最终分离成两个不混溶的层，较密的组分在底部。这通常是水层，然后被排出。继续相同的过程，直到不再产生水，这表明反应完成。

现在我们已经讨论了 Dean-Stark 陷阱的原理，让我们看看使用该装置的实验室程序。

在此过程中，我们将芳香醛与乙二醇反应以产生缩醛保护基团，从而在多步合成中保护活性醛免受进一步的化学反应。首先，向 250 mL 圆底烧瓶中加入搅拌棒、7.5 g 3-硝基苯甲醛、75 mL 甲苯和乙二醇。然后将 Dean-Stark 捕集阱连接到培养瓶上，并将回流冷凝器连接到捕集阱顶部。

将烧瓶及其内容物放入油浴中，打开冷凝器中的水，并以 170 度搅拌。让共沸混合物凝结并聚集在捕集阱中，并继续直到水形成停止。两层分离后，测量产生的水量，并将其与理论产量进行比较。为了验证反应的完成，请在 TLC 板上运行起始材料和产物。

反应完成后，将培养瓶从热源中取出，使其达到室温。丢弃 Dean-Stark 捕集阱的内容物，因为它们不应包含任何产物，并使用旋转蒸发仪在减压下浓缩培养瓶中的内容物。

为了去除杂质，将黄色残留物溶解在 8 mL 热乙醇中，并使其冷却至室温，使产品结晶。然后，过滤固体，用冷乙醇冲洗，并在真空下干燥。

现在我们已经了解了实验室程序，让我们看看使用 Dean-Stark 陷阱的一些应用。

烯胺是取代的乙烯基化合物，可用于形成碳-碳键 α 到羰基。烯胺的制备方法是加热仲胺（如吡咯烷）和醛或酮，然后用 Dean-Stark 捕集阱去除水副产物。

除了水，Dean-Stark 陷阱还可用于收集其他化合物。在这里，它用于收集苯甲酸和 1-丁醇之间酯化反应的产物，1-丁醇也是反应溶剂。1-丁醇与产物不混溶且密度小于产物，并流回反应器中。酯化产物具有疏水性，也很容易与水副产物分离。

Dean-Stark 捕集器的另一个用途是测定食品中的水分含量。这是通过放置已知量的食物并在碳氢化合物溶剂中煮沸来实现的。测量从馏出物中收集的水的体积，然后除以食品的重量，以计算水分百分比。

您刚刚观看了 JoVE 对使用 Dean-Stark 陷阱驱动均衡的介绍。您现在应该了解 Dean-Stark 陷阱的原理、如何执行实验室程序及其一些应用。感谢观看！