ソース: フィリップ ・ ミラー博士講座-インペリアル ・ カレッジ ・ ロンドン
多くの化学実験前に任意の反応を観察すると、しかし反応物溶液を加熱消失につながる反応および/または溶媒の蒸発によってその沸点が十分に低い場合は高温が必要です。反応や溶剤の損失を防ぐため、するために還流システム、加熱で生成される任意の蒸気を凝縮して、反応容器にこれらの凝縮体を返すために使用されます。
還流システムは通常反作用の容器の出口に水冷却ガラス列 (還流冷却器) の垂直接続を使用して作動します。ガラスのこの作品は、ジャケット水入口と出口ポートが反応蒸気が内側の列を強制している間外側のジャケットを流れる冷たい水道水を許可する列で構成されます。冷たい水の流れにより内側の列の壁にこれらの蒸気が凝縮されて、重力は、反応容器にこれらの凝縮に戻ります。一度安定した逆流が達している反応液に再び液体の定数を点滴が確立されます。この方法で、今まで追加するより多くの溶媒を必要とせず無期限の反応を除外できます。 このビデオは、ガラスを接続し安定した逆流を確立するプロセスを説明します。
1. ガラスの作製
2. 反応の加熱
3. 解体装置
還流凝縮器は、一般有機化学反応または温水の化学反応の溶媒の損失を防ぐために使用される装置です。
化学反応のため高温で蒸発溶剤の損失を防ぐための還流システムを使用できる時間の長い期間にわたって実施される必要があります。ここでは、クールな水コンデンサー、冷却し、気化した溶剤と反応に返す時間をかけてそれらの保全に伴う反応容器に使用されます。これはまた選択された溶媒は知られている、安定した沸点を持っていると反応は一定の温度で開催されますを保証します。
このビデオは逆流実験の基本を説明し、適切なガラス製品や機器を備えた研究室の手法を実行する方法を示します。
アレニウス方程式の状態反作用の温度を高めることによって反応率が増加します。
還流システムは溶媒、反応物、および分子フラスコ内の蒸発・凝縮の動的バランスで動作します。コンデンサーは継続的に冷たい水でフラッシュされ、丸底フラスコのお風呂に入れられます。加熱、蒸発するソリューションとコンデンサー列冷却蒸気分子。
蒸気が内部のガラス側壁に凝縮し、液体凝縮体として反応フラスコに戻ってダウンを返します。蒸気凝縮高すぎるコンデンサーで溶媒の損失が発生することができ、冷たい水の流量を増加する必要があります。時間の進行と反応、すべて気化種が復旧され、反応物、溶剤、またはフラスコ内の製品間で損失は発生しません。このプロトコルの近く冷水ソースへのアクセスと換気化学フード全体反応セットアップを実行必要があります。
今では逆流の基本を理解しよう、セットアップおよび適切なガラスと熱と還流条件下で簡単なエステル交換反応を実行する方法を参照してください。
手順を実行する前に以前の反応から可能な化学汚染物質の印のためのガラス製品のすべてを検査します。排除すべての水分乾燥 30 分削除オーブンでガラスによるガラスそれが室温に冷却したら。
次に、きれいな研究室の組織するアセトンの少量を適用し、化学物質、粒子状物質を削除するすべてのグランド グラス関節を拭いてください。きれいなフラスコとコンデンサー列は還流システムにアセンブルする準備が整いました。適当な溶剤で丸底フラスコの中の化学の試薬を溶解します。電磁攪拌棒をフラスコに追加すると、ガラスは、ガラスの粉ポートを結合することによって逆流コンデンサーを接続します。ケック クリップをジョイントに接続します。冷水の源とコンデンサーの列の下のポートの間のチューブを接続します。コンデンサーの列の最上部とラボ シンクの別の管の接続を行います。最後に、水をゆっくりと有効し、冷たい水を循環式コンデンサー列を入力します。過剰加圧チューブ接続を防ぐために水の流れを調整します。
逆流セットアップを完了するには、熱浴に反応容器を水没します。所望の温度範囲によってこれらを水や油で満たした。最適加熱反応フラスコの内側の半月板のすぐ上お風呂のレベル必要があります。
ボスとリング スタンド、クランプを使ってその場でコンデンサーとフラスコの組み合わせを固定します。スターラー ・ ホット プレートに回して反応を開始します。溶媒の沸点より約 15 ° C に風呂を沸かします。蒸発と凝縮間の平衡に達している凝縮した溶媒を着実に点滴反応容器に堕ちてゆくコンデンサー列から開始されます。化学反応が完了したときは、ホット プレート、リング スタンドを高い装置を再クランプをオフに。セットアップが部屋の温度に冷却するまでコンデンサー全体循環を継続する冷たい水を許可します。
その後、冷水のソースをオフに、前記反応フラスコからコンデンサーを外します。空の分解を完了するには、残り、シンクにコンデンサーに水し、ガラス列からすべてのチューブを削除します。
この例では、テレフタル酸ジメチルとエチレング リコールは、bis(2-hydroxyethyl) ポリエチレンテレフタ レートと副産物としてメタノールを生産する還流しました。低沸点によるメタノール還流の溶媒として行動しました。このエステル交換 45 分の 65 ° C の混合物を加熱する反応は、NMR 分光法に可視製品形成を保証されています。詳細については、NMR のこのコレクションのビデオを参照してください。
幅広い化学反応における共通の要件は、制御された熱を適用します。
この例では、構成、サイズ、および半導体ナノ結晶の電気伝導率を正確に制御は精密化学合成条件を必要です。所望の結晶条件の合成は、370 ° C で行われました。コンデンサー列蒸発による損失を防止します。反応条件を調整することによって集展示異なる対称性半導体ナノ結晶を合成し、ナノスケール レベルで光子を操作できるヘテロ構造を作成するために互いの近くに置かれました。ナノクラ スター磁性粒子の別の例、還流条件下で温水の化学反応を用いたが合成もできた。これらのナノ粒子の磁気およびプラズモニック プロパティ生体イメージングに役立ちます。
逆流セットアップにより過酷な反応条件が軽減されました。
最後に、逆流コンデンサーは化学反応の広い範囲で使用できます。ヘック反応、アルケンと不飽和ハロゲン化物を加熱して置換アルケンを形成します。
もう一度、ヘック反応のためのセットアップは、温水浴にコンデンサー-丸底フラスコの組み合わせが配置された場所前の例に似ていた。
パラジウム含有有機触媒と組み合わせた場合、ヘック反応は多くの医薬品化合物の合成で立ちます。
温水の化学反応で使用する還流システムを設定するゼウスの導入を見てきただけ。今、蒸発と凝縮し選択および還流反応の適切なガラスを組み立てる方法のバランスの基になっている理論を理解してください。
見てくれてありがとう!
結果は、フォーム新製品に 2 つの試薬が反応している今、分光結果のソリューションの後観察できます。通常、さまざまな浄化方法は、望ましくない副反応から目的の製品を分離する必要があります。
この例では、bis(2-hydroxyethyl) テレフタル酸とメタノール (方式 1) 余裕 (DMT) テレフタル酸ジメチルとエチレング リコールとのエステル交換反応が発生しました。還流の溶媒はメタノール生産 (b. p. 65 ° C) になります。45 分間還流下で開始材料(図 1)を加熱後、図 2に示すように、製品の形成を確保するため核磁気共鳴 (NMR) 分光法を使用できます。
方式 1。テレフタル酸ジメチルとエチレング リコールとのエステル交換反応。
図 1。1開始材料の H-NMR スペクトル: テレフタル酸ジメチル (DMT)。
図 2。1製品の H-NMR スペクトル: bis(2-hydroxyethyl) ポリエチレンテレフタ レート。
還流下で反応を行うを理解する重要なテクニックです。、溶剤揮発性試薬がリサイクルされるというシステムを提供することから離れてそれも細かく制御できます反応温度のこれは定数選択された溶媒の沸点で開催されます。溶媒の注意深い選択によって非常に狭い範囲内で温度を制御できます。
高度なテクニックは、ソックスレー抽出または分留など高度な精製技術を披露する還流溶剤を利用できます。これの後では工業的に使用異なる沸点の様々 なガソリン留分に原油を分離するために石油精製所で、例えば、巨大な規模で。
A reflux condenser is an apparatus commonly used in organic chemistry to prevent reactant or solvent loss in a heated chemical reaction.
For chemical reactions that need to be carried out at elevated temperatures over long periods of time a reflux system can be used to prevent the loss of solvent through evaporation. Here, a cool water condenser is used to cool and return vaporized solvent and reactant back to the reaction vessel resulting in their conservation over time. This also ensures the reaction will be held at a constant temperature, as the chosen solvent will have a known, stable boiling point.
This video will explain the basics of a reflux experiment and demonstrate how to perform the technique in the laboratory with appropriate glassware and equipment.
The Arrhenius equation states that by increasing the temperature of a reaction, the reaction rate increases.
A reflux system operates under the dynamic balance between the evaporation and condensation rates of the solvent, reactant, and product molecules within the flask. The condenser is continually flushed with cold water and the round bottom flask is then placed into a heated bath. Upon heating, the solution evaporates and the condenser column cools the vapor molecules.
The vapor is condensed on the internal glass sidewall and then returns back down to the reaction flask as liquid condensate. If the vapor condenses too high in the condenser loss of solvent can occur and the flow rate of cold water must be increased. As time progresses and the reaction proceeds, all vaporized species are recovered and no loss occurs among the reactants, solvents, or products within the flask. For this protocol the entire reaction setup should be performed in a well-ventilated chemical hood with access to a nearby cold water source.
Now that you understand the basics of reflux let’s see how to setup and perform a simple transesterification reaction under heat and reflux conditions with the appropriate glassware.
Before performing the procedure inspect all glassware for signs of possible chemical contaminants from previous reactions. Eliminate all moisture by drying the glassware in an oven for 30 min. Remove the glassware once it has cooled to room temperature.
Next, apply a small amount of acetone to a clean lab tissue and wipe all ground-glass joints to remove chemical- and particle-contaminants. The clean flask and condenser column are now ready to be assembled into a reflux system. With a suitable solvent dissolve the chemical reagents inside the round-bottom flask. After adding a magnetic stir bar to the flask, connect the reflux condenser by joining the ground-glass ports of the glassware. Attach a Keck clip to the joint. Connect a tube between the cold-water source and the bottom port of the condenser column. Then, make another tube connection between the top of the condenser column and the lab sink. Finally, turn on the water slowly and fill the condenser column with circulating cold water. Adjust the water flow to prevent over-pressurizing the tube connections.
To complete the reflux setup, submerge the reaction vessel into a heating bath. Depending on the desired temperature range, these are filled with water or oil. For optimal heating, the level of the bath should be just above the meniscus of the reactants inside the flask.
Secure the condenser and flask combination in place using a ring stand and clamps with bosses. Begin the reaction by turning on the stirrer and hotplate. Heat the bath to approximately 15 °C above the boiling point of the solvent. Once equilibrium between evaporation and condensation has been reached a steady drip of condensed solvent will start falling back into the reaction vessel from the condenser column. When the chemical reaction is complete turn off the hot plate and re-clamp the apparatus higher up the ring stand. Allow cold water to continue circulating throughout the condenser until the setup has cooled to room temperature.
Then, turn off the cold-water source and disconnect the condenser from the reaction flask. To complete the disassembly empty any remaining water in the condenser into the sink, and remove all tubing from the glass column.
In this example, dimethyl terephthalate and ethylene glycol were refluxed to produce bis(2-hydroxyethyl) terephthalate and methanol as a byproduct. Due to its low boiling point the methanol acted as the refluxing solvent. In this transesterification reaction heating the mixture at 65 °C for 45 min ensured visible product formation upon NMR spectroscopy. For more information, see this collection’s video on NMR.
Applying controlled heat is a common requirement in a wide range of chemical reactions.
In this example, precise control over the composition, size, and electrical conductivity of semiconductor nanocrystals required precise chemical synthesis conditions. For the desired crystal conditions, the synthesis was performed at 370 °C. The condenser column prevented loss due to evaporation. By tailoring the reaction conditions, a collection of semiconductor nanocrystals exhibiting different symmetries were synthesized and placed in proximity with each other to create heterostructures that can manipulate photons at a nanoscale level. In another example, magnetic nanocluster particles were also synthesized using heated chemical reactions under reflux conditions. These nanoparticles’ magnetic and plasmonic properties aid in biomedical imaging.
The harsh reaction conditions were mitigated through a reflux setup.
Finally, reflux condensers can be used in a wide range of chemical reactions. In the Heck reaction, an unsaturated halide and an alkene are heated to form a substituted alkene.
Once again, the setup for the Heck reaction was similar to the previous examples, where the condenser – round-bottom flask combination was placed into a heated bath.
When combined with a palladium-containing organic catalyst, the Heck reaction can be useful in the syntheses of many pharmaceutical compounds.
You’ve just watched JoVE’s introduction to setting up a reflux system to be used in heated chemical reactions. You should now understand the underlying theory between the balance of evaporation and condensation and how to choose and assemble the appropriate glassware for your reflux reaction.
Thanks for watching!
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