Pułapka Deana-Starka

Pułapka Deana-Starka służy do przesunięcia równowagi reakcji organicznych na stronę produktu.

Zgodnie z zasadą Le Chötaliera, równowaga może być doprowadzona do produktów za pomocą nadmiaru jednego z reagentów, poprzez ciągłe usuwanie jednego z produktów lub zmianę temperatury lub ciśnienia, przy którym przeprowadzana jest reakcja. Być może najczęściej spotykanymi reakcjami równowagi są te, w których produktem jest woda.

Jak wspomniano wcześniej, usunięcie tej wody może doprowadzić reakcję do końca. Pułapka Deana-Starka to specjalistyczne szkło używane do ciągłego usuwania wody powstałej w reakcji chemicznej.

Ten film zilustruje zasady działania pułapki Deana-Starka, procedury laboratoryjnej, w której stosuje się aparat, oraz kilka zastosowań.

Reakcje takie jak konwersja kwasu borowego do estru powodują tworzenie się wody, która może hydrolizować ester z powrotem do kwasu, zmniejszając ogólną wydajność.

W miarę postępu reakcji woda wytworzona w reakcji może być w sposób ciągły usuwana z kolby za pomocą pułapki Deana-Starka. W tym celu należy najpierw dodać składniki reakcji do kolby wraz z węglowodorem, takim jak toluen, i podgrzać mieszaninę. W miarę postępu reakcji woda jest uwalniana. Teraz toluen i woda, które wrzą odpowiednio w 110 i 100 stopniach, tworzą azeotrop, który wrze w temperaturze 84 stopni. Po schłodzeniu w skraplaczu opary rozpuszczalnika skraplają się z powrotem do cieczy, która kapie do naczynia zbiorczego pułapki, a wszelkie przelewy są zawracane do naczynia reakcyjnego.

Skondensowana mieszanina cieczy ostatecznie rozdziela się na dwie niemieszające się warstwy, z gęstszym składnikiem na dnie. Zwykle jest to warstwa wody, która jest następnie odprowadzana. Ten sam proces jest kontynuowany do momentu, gdy nie jest już wytwarzana woda, co wskazuje na zakończenie reakcji.

Teraz, gdy omówiliśmy zasady pułapki Deana-Starka, przyjrzyjmy się procedurze laboratoryjnej, w której stosuje się tę aparaturę.

W tej procedurze zareagujemy aldehyd aromatyczny z glikolem etylenowym w celu uzyskania acetalowej grupy ochronnej, która chroni reaktywny aldehyd przed dalszymi reakcjami chemicznymi w wieloetapowej syntezie. Na początek dodaj do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml mieszadło, 7,5 g 3-nitrobenzaldehydu, 75 ml toluenu i glikolu etylenowego. Następnie przymocuj pułapkę Deana-Starka do kolby, a kondensator zwrotny do górnej części pułapki.

Opuścić kolbę i jej zawartość w kąpieli olejowej, odkręcić wodę w skraplaczu i mieszać w temperaturze 170 stopni. Pozwól, aby mieszanina azeotropowa skondensowała się i zebrała w pułapce i kontynuuj, aż ustanie tworzenie się wody. Po rozdzieleniu dwóch warstw zmierz ilość wyprodukowanej wody i porównaj ją z teoretyczną wydajnością. Aby zweryfikować zakończenie reakcji, uruchom materiał wyjściowy i produkty na płytce TLC.

Po zakończeniu reakcji wyjąć kolbę ze źródła ciepła i pozwolić jej osiągnąć temperaturę pokojową. Wyrzucić zawartość pułapki Deana-Starka, ponieważ nie powinna ona zawierać żadnego produktu, i zagęścić zawartość kolby pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą wyparki obrotowej.

Aby usunąć zanieczyszczenia, rozpuść żółtą pozostałość w 8 ml gorącego etanolu i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej, umożliwiając krystalizację produktu. Następnie przefiltruj ciało stałe, spłukując zimnym etanolem i wysusz je w próżni.

Teraz, gdy widzieliśmy procedurę laboratoryjną, przyjrzyjmy się niektórym zastosowaniom, do których używana jest pułapka Deana-Starka.

Enaminy są podstawionymi związkami winyloaminy przydatnymi do tworzenia wiązań węgiel-węgiel alfa do grup karbonylowych. Enaminy wytwarza się przez podgrzanie aminy drugorzędowej, takiej jak pirolidyna, i aldehydu lub ketonu, oraz usunięcie produktu ubocznego wody za pomocą pułapki Deana-Starka.

Oprócz wody pułapka Deana-Starka może być używana do zbierania innych związków. Tutaj użyto go do zebrania produktu reakcji estryfikacji między kwasem benzoesowym a 1-butanolem, który jest również rozpuszczalnikiem reakcji. 1-butanol nie miesza się z produktem i jest od niego mniej gęsty i przepływa z powrotem do reaktora. Produkt estryfikacji, który jest hydrofobowy, jest również łatwo oddzielany od produktu ubocznego wody.

Dodatkowym zastosowaniem pułapek Deana-Starka jest oznaczanie zawartości wody w środkach spożywczych. Osiąga się to poprzez umieszczenie znanej ilości żywności i gotowanie jej w rozpuszczalniku węglowodorowym. Objętość wody zebranej z destylatu jest mierzona i dzielona przez wagę produktu spożywczego w celu obliczenia procentowej wilgotności.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do Driving Equilibria z Dean-Stark Traps. Powinieneś teraz zrozumieć zasady działania pułapek Deana-Starka, sposób wykonywania procedury laboratoryjnej i niektóre z jej zastosowań. Dzięki za oglądanie!