6.18: Oczyszczanie ferrocenu przez sublimację

1. Budowa linii Schlenk

Aby uzyskać bardziej szczegółową procedurę, zapoznaj się z filmami "Schlenk Lines Transfer rozpuszczalnika" i "Degassing Liquids" w serii Podstawy chemii organicznej. Przed przeprowadzeniem tego eksperymentu należy sprawdzić bezpieczeństwo linii Schlenk. Przed użyciem szkło należy sprawdzić pod kątem pęknięć w kształcie gwiazdy. Należy zadbać o to, aby O₂ nie uległo kondensacji w pułapce linii Schlenka w przypadku użycia ciekłego N₂. W temperaturze cieczy N₂ O₂ skrapla się i jest wybuchowy w obecności rozpuszczalników organicznych. Jeśli podejrzewa się, że O₂ został skondensowany lub w wymrażarce zaobserwowano niebieską ciecz, pozostaw pułapkę w chłodzie pod dynamiczną próżnią. NIE usuwaj pułapki N₂ ani nie wyłączaj pompy próżniowej. Z biegiem czasu płyn O₂ ulegnie sublimacji do pompy - można bezpiecznie usunąć płynną pułapkę N₂ dopiero po sublimacji całego O₂.

1. Zamknij zawór spustowy ciśnienia.
2. Włącz gaz N₂ i pompę próżniową.
3. Gdy linia Schlenka wyrówna próżnię, przygotuj wymrażarkę z płynem N₂ lub suchym lodem/acetonem.
4. Zamontuj wymrażarkę.

2. Dodać 500 mg (2,7 mmol) ferrocenu do podstawy komory sublimacyjnej.

3. Montaż komory sublimacyjnej

1. Umieść O-ring w rowku podstawy komory.
2. Delikatnie umieść zimny palec w podstawie komory i upewnij się, że O-ring pasuje do rowka szkła.
3. Zabezpiecz dwie części komory sublimacyjnej za pomocą zacisku.

4. Podłącz komorę sublimacyjną do linii Schlenk i otwórz komorę do odkurzania na 1 min. Zamknij zawór podciśnienia na komorze sublimacyjnej. Sublimacja będzie przeprowadzana w warunkach próżni statycznej.

5. Napełnij zimny palec kąpielą lodową.

6. Umieść podstawę komory sublimacyjnej w łaźni wodnej podgrzanej do 80°C.

7. Po zakończeniu sublimacji wyjmij komorę sublimacyjną z kąpieli.

8. Zamknąć kran na linii Schlenk.

9. Wyjmij rurkę przewodzącą Schlenk z komory sublimacyjnej i zwiększ ciśnienie w komorze sublimacyjnej, powoli otwierając zawór. Ostrożnie! Jeśli komora zostanie ponownie zwiększana zbyt szybko, zakłóci to oczyszczone kryształy na zimnym palcu.

10. Odkręć komorę sublimacyjną i usuń wodę z zimnego palca za pomocą pipety.

11. Ostrożnie wyjmij zimny palec z komory sublimacyjnej.

12. Zeskrobać oczyszczony ferrocen z zimnego palca i przenieść do fiolki. Zanotować masę oczyszczonego produktu. Jeżeli sublimowany związek jest wrażliwy na powietrze, cały aparat powinien zostać umieszczony w komorze rękawicowej z obojętną atmosferą przed otwarciem komory sublimacyjnej.

Sublimacja to przemiana fazowa substancji ze stanu stałego w gazową bez przechodzenia przez jej pośrednią fazę ciekłą. Jest to ważna technika stosowana do oczyszczania organicznych i nieorganicznych ciał stałych.

Zwykle przejście ze stanu stałego do gazowego wymaga przejścia przez jego stan ciekły.

Jednak zmniejszone ciśnienie i ogrzewanie ciała stałego może prowadzić do ulatniania się bez topnienia, znanego jako sublimacja. Odwrotny proces, w którym substancja przechodzi ze stanu gazowego do stałego, nazywa się osadzaniem.

Ten film zilustruje zasady sublimacji, typową procedurę i kilka zastosowań.

Przy normalnych ciśnieniach większość związków chemicznych i pierwiastków posiada trzy różne stany skupienia w różnych temperaturach z potrójnym punktem, w którym wszystkie trzy stany są obecne.

Jak widać na schemacie fazowym, parowanie i kondensacja - razem znane jako destylacja - mogą być przeprowadzane przy ciśnieniach powyżej punktu potrójnego związku.

Wręcz przeciwnie, sublimacja i osadzanie zachodzą tylko przy ciśnieniach, które leżą poniżej punktu potrójnego.

Sublimację można przeprowadzić przy użyciu dwóch rodzajów aparatury, w zależności od lotności ciała stałego: w przypadku związków wysoce lotnych prowizoryczna komora sublimacyjna może być złożona ze zlewki i szkła zegarkowego. Ta metoda jest odpowiednia dla związków, które sublimują pod ciśnieniem atmosferycznym i temperaturą otoczenia lub w pobliżu tego ciśnienia.

Jeśli wymagana jest próżnia i/lub atmosfera obojętna, stosuje się specjalistyczny kawałek szkła wykonany specjalnie do sublimacji. Składa się ze szklanego kubka, zawierającego surowe ciało stałe, i pustego cylindra, który zawiera kriogen i pasuje do górnej części kubka. O-ring uszczelnia podstawę i zimny palec, a nasadka próżniowa stanowi resztę aparatu.

Po zakończeniu procedury sublimacji aparat jest demontowany w dygestorium lub komorze rękawicowej w zależności od tego, czy materiał jest wrażliwy na powietrze. Następnie oczyszczone ciało stałe można zeskrobać z cylindra, podczas gdy nielotne zanieczyszczenia pozostają w kubku.

Teraz, gdy omówiliśmy zasady sublimacji, przyjrzyjmy się rzeczywistej procedurze.

W dygestoriach wyposażonym w linię Schlenka, czyli podwójnym kolektorze, odważyć 500 mg ferrocenu w podstawie komory sublimacyjnej.

Umieść O-ring w rowku podstawy komory i delikatnie umieść zimny palec w podstawie komory, upewniając się, że O-ring pasuje. Następnie zabezpiecz dwie części komory za pomocą zacisku.

Podłącz zmontowaną komorę do linii Schlenk i otwórz komorę do odkurzania przez 1 minutę. Następnie zamknij zawór podciśnienia w komorze, aby kontynuować eksperyment w próżni statycznej.

Clamp komorę do stojaka pierścieniowego i umieść dolną część komory w 80 ? Kąpiel C. Napełnij zimny palec zawiesiną lodu, uzupełniając ją, gdy się ogrzeje.

Po zakończeniu sublimacji wyjmij komorę z kąpieli. Zamknij kran do przewodu Schlenka i odłącz rurkę od komory.

Następnie zwiększ ciśnienie w komorze, powoli otwierając zawór, aby nasycić powietrze w dygestorium lub komorze rękawicowej.

Za pomocą pipety usuń wodę z zimnego palca i odblokuj dwie części komory. Następnie ostrożnie wyjmij zimny palec z komory sublimacyjnej.

Zeskrobać oczyszczony ferrocen z zimnego palca szpatułką, przenieść do wstępnie zważonej fiolki i zanotować wagę.

500 mg zakupionego ferrocenu zostało oczyszczone metodą sublimacji, w wyniku czego uzyskano 493 mg wyizolowanego produktu o wydajności 99,6%. NMR protonów wykazuje singlet na poziomie 4,17 ppm, który integruje się z 10 protonami ferrokenu. Brak innych pików wskazuje, że nie ma żadnych zanieczyszczeń i że oczyszczanie zakończyło się sukcesem.

Teraz, gdy omówiliśmy już procedurę sublimacji, przyjrzyjmy się kilku zastosowaniom.

Wodę można sublimować w procesie zwanym liofilizacją, znanym również jako liofilizacja. Osiąga się to poprzez zamrożenie kolby wypełnionej wodą w kąpieli acetonowej z suchym lodem w temperaturze -78 ? C, a następnie zastosowanie wysokiej próżni poprzez przyłączenie do liofilizatora, gdzie woda jest ponownie wychwytywana w zimnym palcu.

Wiele kulek na mole zawiera związek znany jako naftalen, który jest prostym węglowodorem poliaromatycznym, składającym się z dwóch stopionych pierścieni benzenowych.

Naftalen sublimuje pod ciśnieniem atmosferycznym i 80 ? C i gazowa forma tego związku jest toksyczna dla ciem.

Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do Sublimacji Ferrocenu. Powinieneś teraz zrozumieć zasady sublimacji, sposób przeprowadzenia eksperymentu i kilka jego zastosowań. Dzięki za oglądanie!