ייבוש כלי זכוכית
1. ייבוש בתנור
2. ייבוש להבות
הערה: במהלך תהליך ייבוש הלהבות אף פעם לא יש כל ממס או מוט מוקפץ מגנטי בתוך הבקבוק ולא כל ריאגנטים אלא אם כן דרש במפורש על ידי ההליך. (עם זאת, בעת ביצוע התגובה Grignard זה בסדר להשאיר את שבבי מגנזיום בבקבוקון במהלך ייבוש להבה).
3. ייבוש עם אצטון
ייבוש ממיסים
1. ייבוש עם מתכת נתרן פעילה
2. ייבוש מעל מסננת מולקולרית
ייבוש ריאגנטים
1. ייבוש השלב האורגני לאחר החילוץ
2. ייבוש ריאגנטים מוצקים
3. ייבוש ריאגנטים מוצקים רגישים לחום
מקור: המעבדה של ד"ר דנה לאשלי - מכללת ויליאם ומרי
הפגינו: טימותי בק ולוקאס ארני
תגובות רבות בכימיה אורגנית רגישות ללחות ויש לבצען תחת הדרה זהירה של מים…
ייבוש כלי זכוכית
1. ייבוש בתנור
2. ייבוש להבות
הערה: במהלך תהליך ייבוש הלהבות אף פעם לא יש כל ממס או מוט מוקפץ מגנטי בתוך הבקבוק ולא כל ריאגנטים אלא אם כן דרש במפורש על ידי ההליך. (עם זאת, בעת ביצוע התגובה Grignard זה בסדר להשאיר את שבבי מגנזיום בבקבוקון במהלך ייבוש להבה).
3. ייבוש עם אצטון
ייבוש ממיסים
1. ייבוש עם מתכת נתרן פעילה
2. ייבוש מעל מסננת מולקולרית
ייבוש ריאגנטים
1. ייבוש השלב האורגני לאחר החילוץ
2. ייבוש ריאגנטים מוצקים
3. ייבוש ריאגנטים מוצקים רגישים לחום
תגובות כימיות רגישות ללחות חייבות להתבצע בסביבה נטולת מים או נטולת מים.
ריאגנטים ומגיבים יכולים לפעמים להגיב עם מים מהאטמוספירה או לספוג מהם. אם זה קורה, התכונות הכימיות או הפיזיקליות של הריאגנטים יכולות להשתנות, והתגובה הרצויה לא תתרחש או תוביל לתשואה ירודה.
כדי למנוע תגובות לא רצויות עם מים להתרחש, תגובות רגישות מתבצעות תחת אטמוספירה אינרטית, כגון חנקן או ארגון, באמצעות ריאגנטים וציוד נטולי מים. תגובות רגישות במיוחד למים חייבות להתבצע בתוך תא כפפות שיכול לשמור על סביבה נטולת מים. סרטון זה ידגים כיצד לייבש כראוי כלי זכוכית, ממיסים וריאגנטים על מנת להפעיל תגובה נטולת מים.
ההרכב הכימי של הזכוכית גורם לסרט מים לצפות את פני השטח שיש להסיר לפני הכנת תגובה נטולת מים. לעתים קרובות משתמשים בחום או אצטון להסרת שכבה זו מכלי זכוכית נקיים לפני השימוש.
ממיסים רבים סופגים גם מים מהסביבה ויש לייבש אותם לפני השימוש. סטילס ממס או חומרי ייבוש משמשים לעתים קרובות להסרת מים לפני הגדרת תגובה.
סטילס ממס משתמש במתכות אלקליות כמו נתרן כדי להגיב עם מים ולהשאיר תכולת מים שיורית של כ-10 חלקים למיליון.
חומרי ייבוש הם מוצקים היגרוסקופיים מאוד, כלומר הם סופגים מים בקלות. חומרי ייבוש מסוימים, כמו נתרן גופרתי, משמשים להסרת מים מכמויות קטנות של ממס אורגני ויש לסנן אותם לפני שימוש נוסף.
מסננות מולקולריות הן חומר הייבוש הנפוץ ביותר ומשמשות לייבוש כמויות גדולות יותר של ממיסים. הם עשויים מחומר מיקרופורי המורכב מנתרן וסידן אלומינוסיליקטים.
מסננות מולקולריות פועלות על ידי לכידת מים בתוך החרוזים, ולמעשה מסירות אותם מהממס. לאחר השימוש, ניתן לחדש אותם בתנור.
לבסוף, ישנן מספר דרכים לייבש ריאגנטים מוצקים. האחד הוא על ידי אחסון בתנור 15×20? C מתחת לנקודת ההיתוך שלו. החום דוחף מים מהמגיב - משאיר אחריו תרכובת יבשה.
אם לא ניתן לחמם את המוצק או שיש לו נקודת התכה נמוכה מדי?ניתן לייבש אותו במייבש ואקום. לאחר הייבוש, ניתן לאחסן את המגיב נטול המים בבקבוק מתחת לאטמוספירה אינרטית בתוך המייבש.
כעת, לאחר שראיתם את המושגים מאחורי ייבוש הציוד והריאגנטים לתגובות נטולות מים, בואו נסתכל מקרוב ונראה כיצד זה נעשה במעבדה.
לייבוש כלי זכוכית בתנור, אספו תחילה את כל הרכיבים הנדרשים למנגנון התגובה. הסר את כל החלקים שאינם עשויים מזכוכית?כגון תא העצירה של בקבוק שלנק.
מניחים את כלי הזכוכית בתנור ייבוש המוגדר ל-125 ? C ואופים לפחות 24 שעות לפני השימוש.
לאחר 24 שעות, לבשו כפפות הגנה מפני חום והוציאו את כלי הזכוכית מהתנור. הרכיבו את המכשיר כשכלי הזכוכית עדיין חמים.
כאשר כלי הזכוכית מורכבים במלואם ומתקררים, יש לשטוף את המכשיר בגז אינרטי כגון חנקן. לבסוף, הוסף בחזרה את כל החלקים שהוסרו לפני הייבוש. כלי הזכוכית מוכנים כעת לתגובה נטולת מים.
אפשרות מהירה יותר מכלי זכוכית לייבוש בתנור היא להשתמש במבער בונסן אין לייבש כלי זכוכית מסוימים בלהבה, לכן ודא שההתקנה בטוחה לייבוש באש לפני שמתחילים. כדי להתחיל, הגדר את המנגנון המלא והסר את כל הרכיבים שאינם עשויים זכוכית.
לבש כפפות עמידות בחום, ואז הדליק את מבער הבונסן התחל לייבש את כלי הזכוכית על ידי חימום תחתית המכשיר. הוצא את המים מהמערך על ידי הזזת הלהבה כלפי מעלה. המשך בתהליך זה עד להפסקת הערפול והאידוי.
לחכות שהמנגנון יתקרר לכ-60 ? C, לאחר מכן השתמש בכפפות עמידות בחום והוסף את שאר המנגנון שהוסר לפני ייבוש הלהבה.
לייבוש ממיסים באמצעות מסננות מולקולריות, הוסף אותם תחילה למיכל זכוכית יציב תרמית.
ראשית יש לייבש את המסננות להפעלה תקינה, אז הניחו את המיכל ב -300 עד 350 ? תנור C ואופים 3 ?? 3 ? h.
כאשר החרוזים יבשים, השתמשו בכפפות עמידות בחום כדי להסיר את המיכל ולאחסן אותו בתנור ייבוש בטמפרטורות מעל 120?? ג. לאחר הייבוש, ניתן לאחסן את המסננות המולקולריות במשך שבועות לפני השימוש.
בעת הצורך, הוציאו את החרוזים מתנור הייבוש או מייבשים. עבדו מהר וכסו את המיכל מנקודה זו ואילך כדי למזער את מגע החרוזים עם מים אטמוספריים.
אם מוציאים את החרוזים מהתנור?מניחים להם להתקרר לטמפרטורת החדר בערך.
שקלו את הכמות הדרושה של חרוזים פעילים על משקל. לדוגמא, כדי להשיג מסה של 10% לנפח חרוזים בבקבוק ממס של 500 מ"ל, נדרשים 50 גרם חרוזים.
הוסף את החרוזים לממס. עבור ממס נדיף, כגון דיכלורומתאן, השאירו את המכסה על גבי הבקבוק אך המתינו מספר דקות לפני שתבריגו את המכסה במלואו כדי למנוע הצטברות לחץ.
אטמו את האזור סביב המכסה על ידי עטיפתו ב-Parafilm כדי למנוע כניסת לחות. אחסן את הממס עם החרוזים למשך 24 שעות לפחות. לאחר מכן, ניתן להשתמש בממס נטול מים בתגובה.
לחלופין, ניתן להשתמש בסטילס ממס המשתמשים במתכת נתרן ובנזופנון לייבוש ממסים.
ריאגנטים מוצקים מומסים לרוב בממיסים אורגניים. לפני הוצאת הנוזל והחזרת המגיב המוצק - יש להסיר עודפי מים מהתמיסה.
השג מיכל יבש והוסף את התמיסה. לאחר מכן, הוסף חומר ייבוש למיכל בעזרת מרית. חומר הייבוש יתגבש בתחילה יחד, אך ימשיך להוסיף עד שחומר הייבוש הטרי שנוסף כבר לא יתגבש וינוע בחופשיות.
מכסים את המיכל בפקק או בנייר אלומיניום ומניחים לתמיסה לשבת לפחות שעה אחת.
כדי להסיר את חומר הייבוש העודף, הרכיבו מנגנון סינון ואקום עם משפך B?chner ובקבוק זרוע צד. הוסף נייר סינון למשפך B?chner ולאחר מכן הפעל את הוואקום.
שפכו לאט את השלב האורגני לתוך משפך B?chner. הימנע מהעברת חומר הייבוש, מכיוון שהמסנן עלול להיסתם כאשר רוב הנוזל הועבר למשפך והתנקז לבקבוק שמתחת, הוסיפו את השאר עם חומר הייבוש והניחו לו לשבת מספר דקות.
כבה את הוואקום והעביר את התמיסה המסוננת לבקבוק תחתון עגול ויבש. חבר את הבקבוק התחתון העגול למאייד סיבובי והסר את כל הממס בלחץ מופחת. המוצק או הנוזל שנותר צריכים להיות יבשים כעת.
לייבוש מגיב מוצק כבר?הניחו את התרכובת בכלי פתוח וקבעו את משקלה. לאחר מכן הכניסו אותו לתנור ייבוש המוגדר לטמפרטורה מתחת לנקודת ההיתוך של המוצק. הניחו למגיב להתייבש מספר שעות בתוך התנור.
מוציאים את המיכל מהתנור ומכניסים אותו למייבש. לאחר מכן, הניחו לדגימה להתקרר לטמפרטורת החדר. שקלו מחדש וודאו שהמסה קטנה יותר מאשר לפני ייבוש התנור. חזור על שלבי הייבוש עד שהמשקל כבר לא משתנה. כאשר זה קורה, המגיב יבש מספיק.
אם אין צורך להשתמש מיד במגיב יש לשטוף את המיכל בגז אינרטי כגון חנקן ולעטוף את הפרפילם סביב המכסה. מניחים את המיכל בתוך חומר ייבוש ומאחסנים עד שיהיה צורך במגיב.
תגובות נטולות מים משמשות במגוון סינתזות חשובות בכימיה אורגנית.
דוגמה קלאסית לתגובה שחייבת להיעשות בתנאים נטולי מים היא תגובת גריניארד. בשלב הראשון של התגובה?הכרחי שאפילו עקבות המים הקטנים ביותר לא יהיו נוכחים. בנוכחות מים, המגיב של גריניארד ישמש כבסיס, וכתוצאה מכך יאבד את הפעילות הנוקלאופילית ויצור תוצרי לוואי לא רצויים.
סינתזות אורגניות רבות חייבות להתבצע בתנאים יבשים במיוחד, כמו בדוגמה זו של סינתזת מגנטים אורגניים. החומר המקדים במקרה זה, מתכת נתרן, הוא פירופור, כלומר הוא רגיש מאוד ללחות ויכול להיות דליק או אפילו נפיץ במגע עם לחות באוויר.
סוללות ליתיום יון הן גם רגישות מאוד ללחות ויש להרכיב אותן בתא כפפות או בחדר יבש. האלקטרודה השלילית מורכבת מתרכובת ליתיום, ואילו האלקטרוליט מכיל מלח ליתיום הלוגני. מכיוון שליתיום רגיש ללחות - כל קורט מים המוחדרים לתא הסוללה עצמו יפחיתו את הקיבולת.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE להכנת ריאגנטים וציוד נטולי מים. כעת עליכם להבין כיצד להכין כלי זכוכית, ממיסים וריאגנטים שכולם נטולי מים לשימוש בתגובות כימיות.
תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why do moisture-sensitive reactions need to be carried out in an anhydrous environment?
Moisture-sensitive reactions require anhydrous conditions because reagents and reactants can absorb water from the atmosphere, which alters their chemical and physical properties. When water reacts with sensitive compounds, the desired reaction fails or produces poor yields. For example, in Grignard reactions, water causes the reagent to act as a base instead of a nucleophile, destroying its reactivity and forming undesirable byproducts.
Q2: What methods are used to dry glassware before an anhydrous reaction?
Glassware can be dried using two primary methods: oven drying at 125°C for at least 24 hours, or flame drying with a Bunsen burner. Both methods remove the water film that naturally coats glass surfaces. After drying, the apparatus is assembled while hot, flushed with inert gas like nitrogen, and cooled before use to maintain anhydrous conditions.
Q3: How do molecular sieves remove water from solvents?
Molecular sieves are microporous beads made from sodium and calcium aluminosilicates that trap water molecules inside their structure, effectively removing it from solvents. Before use, sieves must be activated by heating in an oven at 300-350°C for 3 hours, then stored above 120°C. When added to solvent at approximately 10% mass-to-volume ratio, they dry larger solvent volumes and can be regenerated for reuse.
Q4: What is the difference between solvent stills and desiccants for drying solvents?
Solvent stills use alkali metals like sodium to chemically react with water, achieving residual water content around 10 parts per million. Desiccants are hygroscopic solids that absorb water through physical adsorption. Sodium sulfate removes water from small solvent amounts and must be filtered out, while molecular sieves handle larger volumes and are regenerable, making them more commonly used.
Q5: How should solid reagents be dried if they cannot be heated?
Solid reagents with low melting points or heat sensitivity can be dried in a vacuum desiccator. After drying, the anhydrous reagent is stored in a bottle under an inert atmosphere like nitrogen inside the desiccator. This method prevents moisture reabsorption from the air while protecting heat-sensitive compounds from thermal degradation during the drying process.
Q6: What role does an inert atmosphere play in anhydrous reactions?
An inert atmosphere, typically nitrogen or argon gas, prevents moisture and oxygen from entering the reaction system. It protects anhydrous reagents and solvents from absorbing water vapor from the air. For extremely moisture-sensitive reactions, a glovebox maintains a completely sealed anhydrous environment. This atmospheric control is essential for reactions involving pyrophoric materials like sodium metal or lithium compounds used in battery synthesis.
Q7: How is excess water removed from organic solutions before recovering solid reagents?
A drying agent is added to the organic solution and allowed to sit for at least one hour. The drying agent is then removed using vacuum filtration with a Büchner funnel. The filtered solution is transferred to a round-bottom flask and connected to a rotary evaporator to remove all solvent under reduced pressure, leaving behind a dry solid or liquid product.
פרקים בסרטון זה
0:00
Overview
1:03
Principles of Preparing Anhydrous Reagents and Equipment
3:03
Drying Glassware
4:42
Drying Solvents
6:21
Drying Reagents
8:39
Applications
9:56
Summary