ディーン ・ スターク ・ トラップ

ディーン・スターク・トラップは、有機反応の平衡を生成物側にシフトするために使用されます。

ル・シャタリエの原理によれば、反応物の1つを過剰に使用して生成物に向かって平衡を駆動するか、生成物の1つを連続的に除去するか、または反応が行われる温度または圧力を変更することによって、平衡を生成物に駆動することができます。おそらく、最も一般的に遭遇する平衡反応は、生成物として水を含む反応です。

前述のように、この水を取り除くことで反応を完了させることができます。ディーン・スターク・トラップは、化学反応で形成された水を連続的に除去するために使用される特殊なガラス製品です。

このビデオでは、ディーン・スターク・トラップの原理、装置を使用する実験室の手順、およびいくつかのアプリケーションについて説明します。

ボロン酸からエステルへの変換などの反応により水が形成され、エステルが加水分解されて酸に戻り、全体的な収率が減少する可能性があります。

反応が進行するにつれて、反応で生成された水は、ディーン・スタークトラップを使用してフラスコから連続的に除去できます。そのためには、まず反応成分をトルエンなどの炭化水素と一緒にフラスコに加え、混合物を加熱します。反応が進行すると、水が放出されます。さて、トルエンと水はそれぞれ110度と100度で沸騰し、共沸混合物を形成し、84度で沸騰します。凝縮器で冷却すると、溶媒蒸気は凝縮して液体に戻り、トラップの収集容器に滴下し、オーバーフローした分は反応容器に戻されます。

凝縮した液体混合物は、最終的に2つの非混和性層に分離し、密度の高い成分が底部に付着します。これは通常、水の層であり、その後排水されます。同じプロセスを、反応の完了を示す水が生成されなくなるまで続けられます。

さて、ディーン・スターク・トラップの原理について説明したので、装置が使用される実験室の手順を見てみましょう。

この手順では、芳香族アルデヒドをエチレングリコールと反応させてアセタール保護基を生成し、反応性アルデヒドを多段階合成でさらなる化学反応から保護します。まず、250 mLの丸底フラスコにスターバー、7.5 gの3-ニトロベンズアルデヒド、75 mLのトルエン、およびエチレングリコールを追加します。次に、ディーン・スターク・トラップをフラスコに取り付け、トラップの上部に還流コンデンサーを取り付けます。

フラスコとその内容物をオイルバスに下げ、コンデンサーで水をオンにし、170度で攪拌します。共沸混合物が凝縮してトラップに集まるのを待ち、水の形成が止まるまで続けます。2つの層が分離した後、生成される水の量を測定し、それを理論上の収量と比較します。反応の完了を確認するために、出発物質と製品をTLCプレート上で実行します。

反応が完了したら、フラスコを熱源から取り出し、室温に戻します。ディーン・スターク・トラップの内容物は、製品を含んでいてはならないので廃棄し、フラスコの内容物をロータリーエバポレーターで減圧下で濃縮します。

不純物を除去するには、黄色の残留物を8mLの熱いエタノールに溶かし、室温まで冷まして製品を結晶化させます。次に、固体をろ過し、冷たいエタノールですすぎ、真空下で乾燥させます。

さて、実験室での手順を見てきたところで、ディーン・スターク・トラップが使用されるいくつかのアプリケーションを見てみましょう。

エナミンは、炭素-炭素結合αからカルボニル基への形成に有用な置換ビニルアミン化合物です。エナミンは、ピロリジンなどの第二級アミン、アルデヒドまたはケトンを加熱し、ディーン・スタークトラップで水の副産物を除去することによって調製されます。

水に加えて、ディーン・スタークの罠を使用して他の化合物を収集することができます。ここでは、安息香酸と反応溶媒でもある1-ブタノールとのエステル化反応の生成物を回収するために使用しました。1-ブタノールは製品と混和せず、製品よりも密度が低く、反応器に逆流します。疎水性であるエステル化生成物も、水副生成物から容易に分離されます。

ディーン・スターク・トラップのその他の用途は、食品中の水分含有量の測定です。これは、既知量の食品を入れ、炭化水素溶媒で煮沸することによって達成されます。留出物から収集された水の量を測定し、食品の重量で割って水分率を計算します。

JoVEの「Driving Equilibria with Dean-Stark Traps」の紹介をご覧になりました。これで、ディーン・スターク・トラップの原理、実験室での手順の実行方法、およびその応用例について理解できたはずです。ご覧いただきありがとうございます!