Dispositivo di Dean Stark

La trappola di Dean-Stark viene utilizzata per spostare l'equilibrio delle reazioni organiche sul lato del prodotto.

Secondo il principio di Le Châtalier, un equilibrio può essere portato verso i prodotti utilizzando un eccesso di uno dei reagenti, rimuovendo continuamente uno dei prodotti o modificando la temperatura o la pressione alla quale viene eseguita la reazione. Forse le reazioni di equilibrio più comuni sono quelle che coinvolgono l'acqua come prodotto.

Come affermato in precedenza, la rimozione di quest'acqua può portare la reazione al completamento. Una trappola Dean-Stark è un pezzo di vetreria specializzato utilizzato per rimuovere continuamente l'acqua formatasi in una reazione chimica.

Questo video illustrerà i principi della trappola Dean-Stark, una procedura di laboratorio in cui viene utilizzato l'apparato e diverse applicazioni.

Reazioni come la conversione dell'acido boronico in un estere provocano la formazione di acqua, che può idrolizzare l'estere di nuovo in acido, diminuendo la resa complessiva.

Man mano che la reazione progredisce, l'acqua prodotta nella reazione può essere continuamente rimossa dal pallone con l'uso di una trappola Dean-Stark. Per fare ciò, aggiungere prima i componenti di reazione a un pallone insieme a un idrocarburo come il toluene e riscaldare la miscela. Man mano che la reazione procede, l'acqua viene rilasciata. Ora il toluene e l'acqua, che bollono rispettivamente a 110 e 100 gradi, formano un azeotropio, che bolle a 84 gradi. Dopo il raffreddamento nel condensatore, i vapori di solvente si condensano nuovamente in liquido, che gocciola nel recipiente di raccolta della trappola, e l'eventuale trabocco viene restituito al recipiente di reazione.

La miscela liquida condensata alla fine si separa in due strati immiscibili, con il componente più denso sul fondo. Di solito si tratta dello strato d'acqua, che viene poi drenato. Lo stesso processo viene continuato fino a quando non viene più prodotta acqua, il che indica il completamento della reazione.

Ora che abbiamo discusso i principi della trappola Dean-Stark, diamo un'occhiata a una procedura di laboratorio in cui viene utilizzato l'apparato.

In questa procedura, faremo reagire un'aldeide aromatica con glicole etilenico per produrre un gruppo protettivo acetalico, che protegge l'aldeide reattiva da ulteriori reazioni chimiche in una sintesi a più fasi. Per iniziare, aggiungere a un pallone a fondo tondo da 250 ml un agitatore, 7,5 g di 3-nitrobenzaldeide, 75 ml di toluene e glicole etilenico. Quindi collegare la trappola Dean-Stark al pallone e un condensatore a riflusso sulla parte superiore della trappola.

Immergere il pallone e il suo contenuto in un bagno d'olio, aprire l'acqua nel condensatore e mescolare a 170 gradi. Lasciare condensare e raccogliere la miscela azeotropica nella trappola e continuare fino a quando la formazione di acqua cessa. Dopo che i due strati si sono separati, misurare la quantità di acqua prodotta e confrontarla con la resa teorica. Per verificare il completamento della reazione, eseguire il materiale di partenza e i prodotti su una piastra TLC.

Una volta completata la reazione, rimuovere il pallone dalla fonte di calore e lasciarlo raggiungere la temperatura ambiente. Eliminare il contenuto della trappola Dean-Stark, in quanto non deve contenere alcun prodotto, e concentrare il contenuto del pallone a pressione ridotta con un evaporatore rotante.

Per rimuovere le impurità, sciogliere il residuo giallo in 8 ml di etanolo caldo e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente, permettendo al prodotto di cristallizzare. Quindi, filtrare il solido, risciacquandolo con etanolo freddo, e asciugarlo sotto vuoto.

Ora che abbiamo visto una procedura di laboratorio, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni per le quali viene utilizzata una trappola Dean-Stark.

Le enammine sono composti vinilamminici sostituiti utili a formare legami carbonio-carbonio alfa a gruppi carbonilici. Le enammine vengono preparate riscaldando un'ammina secondaria, come la pirrolidina, e un'aldeide o un chetone, e rimuovendo il sottoprodotto dell'acqua con una trappola Dean-Stark.

Oltre all'acqua, una trappola Dean-Stark può essere utilizzata per raccogliere altri composti. Qui, è stato utilizzato per raccogliere il prodotto di una reazione di esterificazione tra acido benzoico e 1-butanolo, che è anche il solvente di reazione. L'1-butanolo è immiscibile e meno denso del prodotto e rifluisce nel reattore. Il prodotto di esterificazione, che è idrofobo, è anche facilmente separato dal sottoprodotto dell'acqua.

Un ulteriore uso delle trappole Dean-Stark è la determinazione del contenuto d'acqua negli alimenti. Ciò si ottiene ponendo una quantità nota di cibo e facendolo bollire in un solvente idrocarburico. Il volume di acqua raccolto dal distillato viene misurato e diviso per il peso dell'alimento per calcolare la percentuale di umidità.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE a Driving Equilibria with Dean-Stark Traps. Ora dovresti comprendere i principi delle trappole Dean-Stark, come eseguire una procedura di laboratorio e alcune delle sue applicazioni. Grazie per l'attenzione!