Reinigung von Ferrocen durch Sublimation

Sublimation ist der Phasenübergang einer Substanz von fest in gasförmig, ohne ihre flüssige Zwischenphase zu durchlaufen. Es ist eine wichtige Technik zur Reinigung von organischen und anorganischen Feststoffen.

Normalerweise erfordert der Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand das Durchlaufen des flüssigen Zustands.

Reduzierter Druck und Erwärmung eines Feststoffs können jedoch zu einer Verflüchtigung ohne Schmelzen führen, die als Sublimation bezeichnet wird. Der umgekehrte Prozess, bei dem die Substanz vom gasförmigen in den festen Zustand übergeht, wird als Abscheidung bezeichnet.

In diesem Video werden die Prinzipien der Sublimation, ein typisches Verfahren und verschiedene Anwendungen veranschaulicht.

Bei normalem Druck besitzen die meisten chemischen Verbindungen und Elemente drei verschiedene Materiezustände bei unterschiedlichen Temperaturen mit einem Tripelpunkt, bei dem alle drei Zustände vorliegen.

Wie in einem Phasendiagramm zu sehen ist, können Verdampfung und Kondensation - zusammen als Destillation bezeichnet - bei Drücken oberhalb des Tripelpunkts der Verbindung durchgeführt werden.

Im Gegenteil, Sublimation und Abscheidung treten nur bei Drücken auf, die unterhalb des Tripelpunkts liegen.

Die Sublimation kann mit zwei Arten von Apparaturen durchgeführt werden, abhängig von der Flüchtigkeit des Feststoffs: Für leicht flüchtige Verbindungen kann eine provisorische Sublimationskammer aus einem Becherglas und einem Uhrglas zusammengesetzt werden. Dieses Verfahren eignet sich für Verbindungen, die bei oder nahe dem Atmosphärendruck und der Umgebungstemperatur sublimieren.

Wenn Vakuum und/oder inerte Atmosphäre erforderlich sind, wird ein spezielles Glasstück verwendet, das speziell für die Sublimation hergestellt wurde. Er besteht aus einem Glasbecher, der den Rohfeststoff enthält, und einem Hohlzylinder, der ein Kryogen enthält und über die Oberseite des Bechers passt. Ein O-Ring dichtet die Basis und den kalten Finger ab, und ein Vakuumaufsatz macht den Rest des Geräts aus.

Nach Abschluss des Sublimationsverfahrens wird das Gerät in einem Abzug oder Handschuhfach zerlegt, je nachdem, ob das Material luftempfindlich ist. Dann kann der gereinigte Feststoff vom Zylinder abgekratzt werden, während die nichtflüchtigen Verunreinigungen im Becher verbleiben.

Nachdem wir nun die Prinzipien der Sublimation besprochen haben, werfen wir einen Blick auf ein tatsächliches Verfahren.

In einem Abzug, der mit einer Schlenk-Leitung oder einem Doppelverteiler ausgestattet ist, wiegen Sie 500 mg Ferrocen am Boden einer Sublimationskammer.

Platzieren Sie einen O-Ring in der Nut des Kammerbodens und stecken Sie den kalten Finger vorsichtig in den Kammerboden, um sicherzustellen, dass der O-Ring passt. Sichern Sie dann die beiden Teile der Kammer mit einer Klemme.

Schließen Sie die zusammengebaute Kammer an die Schlenk-Leitung an und öffnen Sie die Kammer zum Vakuumieren für 1 min. Schließen Sie dann das Vakuumventil an der Kammer, um das Experiment unter statischem Vakuum fortzusetzen.

Klemmen Sie die Kammer an einen Ringständer und platzieren Sie den Basisteil der Kammer in einem 80 ? C-Bad. Füllen Sie den kalten Finger mit einer Eisaufschlämmung und füllen Sie sie auf, wenn sie sich erwärmt.

Nachdem die Sublimation abgeschlossen ist, nehmen Sie die Kammer aus dem Bad. Schließen Sie den Absperrhahn an der Schlenk-Leitung und lösen Sie das Rohr aus der Kammer.

Setzen Sie dann die Kammer wieder unter Druck, indem Sie das Ventil langsam öffnen, um in einem Abzug oder Handschuhfach Luft zu bekommen.

Entferne mit einer Pipette Wasser aus dem kalten Finger und löse die beiden Teile der Kammer. Heben Sie dann den kalten Finger vorsichtig aus der Sublimationskammer.

Kratzen Sie das gereinigte Ferrocen mit einem Spatel vom kalten Finger ab, geben Sie es in ein vorgewogenes Fläschchen und notieren Sie das Gewicht.

500 mg gekauftes Ferrocen wurden durch Sublimation gereinigt, was zu einem isolierten Produkt von 493 mg mit einer Ausbeute von 99,6% führte. Die Protonen-NMR zeigt ein Singulett bei 4,17 ppm, das sich in 10 Protonen des Ferrocens integriert. Das Fehlen anderer Peaks deutet darauf hin, dass keine Verunreinigungen vorhanden sind und dass die Reinigung erfolgreich war.

Nachdem wir nun ein Verfahren zur Sublimation besprochen haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen.

Wasser kann mit einem Verfahren namens Lyophilisation, auch Gefriertrocknung genannt, sublimiert werden. Dies wird erreicht, indem ein mit Wasser gefüllter Kolben in einem Trockeneis-Aceton-Bad bei -78 ? C und dann Anlegen eines Hochvakuums durch Anbringen an einen Lyophilisator, wo das Wasser mit einem kalten Finger wieder aufgefangen wird.

Viele Mottenkugeln enthalten eine Verbindung namens Naphthalin, einen einfachen polyaromatischen Kohlenwasserstoff, der aus zwei geschmolzenen Benzolringen besteht.

Naphthalin sublimiert bei Atmosphärendruck und 80 ? C und die gasförmige Form dieser Verbindung ist giftig für Motten.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE zur Sublimation des Ferrocäns gesehen. Sie sollten nun die Prinzipien der Sublimation verstehen, wie man ein Experiment durchführt und einige seiner Anwendungen. Danke fürs Zuschauen!