6.18: 二茂铁的升华纯化

1. Schlenk 线的设置

有关更详细的程序, 请查看 "Schlenk 线转移溶剂" 和 "脱气液体" 的视频在有机化学精要系列。在进行这项试验之前, 应审查 Schlenk 线的安全。玻璃器皿应在使用前检查是否有星裂缝。如果使用液态 N₂, 则应注意确保 O₂在 Schlenk 线陷印中不凝结。在液体 N₂温度下, O₂在有机溶剂存在下凝结并呈爆炸性。如果怀疑 O₂已被压缩, 或在冷阱中观察到蓝色液体, 则在动态真空下使陷井处于冷状态。请勿将液体 N₂补漏白或关闭真空泵。随着时间的推移, 液体 o₂将升华为泵-只有在 O₂的所有升华中, 才可以安全地删除液体 N₂陷印。

1. 关闭压力释放阀。
2. 打开 N₂气体和真空泵。
3. 当 Schlenk 线真空均衡, 准备冷的陷井与液体 N₂或干冰或丙酮。
4. 装配冷阱。

2. 在升华室的底部加入500毫克 (2.7 摩尔) 的二茂铁。

3. 升华室的装配

1. 将 O 形环置于腔室底座的凹槽中。
2. 轻轻地将冷的手指放进室内的底座中, 确保 O 形环适合玻璃器皿的凹槽。
3. 用夹子固定两块升华室。

4. 将升华室连接至 Schlenk 线, 打开真空室1分钟. 关闭升华腔上的真空阀。升华将在静态真空下进行。

5. 用冰浴填满冰冷的手指。

6. 将升华室底座放入加热至80° c 的水浴中。

7. 升华完成后, 从浴缸中取出升华腔。

8. 关闭 Schlenk 线上的塞。

9. 从升华腔中取出 Schlenk 管线管, 并通过慢慢打开阀门 repressurize 升华室。小心！如果房间增压太快, 它会扰乱冷手指上的纯净水晶。

10. 松开升华室, 用吸管从冷手指中取出水。

11. 小心地将冷手指抬出升华腔。

12. 将精制的二茂铁从冷手指上刮去, 然后转到瓶子里。记录纯化产品的重量。如果被升华的化合物是敏的, 那么在打开升华腔之前, 整个装置应该被带入一个惰性大气手套。

升华是物质从固体到气体的相变，而不通过其中间液相。它是用于纯化有机和无机固体的重要技术。

通常，从固态到气态的转变需要通过其液态。

然而，固体的减压和加热会导致挥发而不熔化，称为升华。物质从气态变为固态的相反过程称为沉积。

该视频将说明升华的原理、典型程序和多种应用。

在常压下，大多数化合物和元素在不同温度下具有三种不同的物质状态，其中所有三种状态都存在一个三相点。

从相图中可以看出，汽化和缩合 - 统称为蒸馏 - 可以在高于化合物三相点的压力下进行。

相反，升华和沉积仅发生在低于三相点的压力下。

固体的挥发性，可以使用两种类型的设备进行升华：对于高挥发性化合物，可以用烧杯和手表玻璃组装一个临时的升华室。该方法适用于在大气压和环境温度下或接近大气压和周围温度的化合物。

如果需要真空和/或惰性气氛，则使用专门用于升华的玻璃器皿。它由一个装有粗固体的玻璃杯和一个空心圆柱体制成，其中装有制冷剂并安装在杯子的顶部。O 形圈密封底座和冷手指，真空附件构成设备的其余部分。

完成升华程序后，根据材料是否对空气敏感，在通风橱或手套箱中拆卸设备。然后可以将纯化的固体从圆筒中刮掉，而非挥发性杂质则留在杯子中。

现在我们已经讨论了升华的原理，让我们看一下实际的过程。

在配备 Schlenk 线或双歧管的通风橱中，在升华室的底部称量 500 毫克二茂铁。

将 O 形圈放入腔室底座的凹槽中，然后将冰冷的手指轻轻放入腔室底座中，确保 O 形圈合适。然后用夹子固定腔室的两部分。

将组装好的腔室连接到 Schlenk 线，然后打开腔室进行真空 1 分钟。然后关闭腔室上的真空阀，在静态真空下继续实验。

腔室夹在环形支架上，并将腔室的底部部分放入 80 ？C 浴。在冰冷的手指上装满冰浆，并在它变热时补充它。

升华完成后，从浴中取出腔室。将旋塞阀关闭到 Schlenk 管路上，然后从腔室中分离管子。

然后，通过缓慢打开阀门使通风柜或手套箱中的空气对腔室进行再加压。

用移液管从冰冷的手指上除去水，然后松开腔室的两部分。然后小心地将冰冷的手指从升华室中拿出来。

用刮刀从冷手指上刮下纯化的二茂铁，转移到预先称重的小瓶中，并记录重量。

通过升华纯化 500 mg 购买的二茂铁，得到 493 mg 分离产物，收率为 99.6%。质子 NMR 显示单线态为 4.17 ppm，它与 10 个二茂铁质子积分。没有其他峰表明不存在杂质，并且纯化成功。

现在我们已经讨论了升华的程序，让我们来看看一些应用。

可以使用称为冻干（也称为冷冻干燥）的工艺对水进行升华。这是通过将装满水的烧瓶在 -78 ？C，然后通过连接到冻干机施加高真空，在那里水被冷手指重新捕获。

许多樟脑丸含有一种称为萘的化合物，这是一种简单的多环芳烃，由两个熔融苯环组成。

萘在大气压和 80 ？C 和这种化合物的气态形式对飞蛾有毒。

您刚刚观看了 JoVE 对二茂世升华的介绍。现在，您应该了解升华的原理、如何进行实验以及它的几个应用。感谢观看！