2.6: Preparação de Reagentes e Equipamentos Anidros

Secagem de Vidros

1. Secagem de forno

1. Remova todas as peças que não são feitas de vidro, como a torneira de um funil de adição.
2. Coloque todos os vidros que fazem parte do aparelho em um forno de secagem definido a cerca de 125 °C por pelo menos 24 horas antes de usar.
3. Coloque luvas de proteção contra calor e remova os vidros do forno. Tenha muito cuidado ao manusear vidro quente durante a montagem do aparelho.
4. Para obter melhores resultados, lave o aparelho com um gás inerte como o N 2 durante a_montagem do aparelho.

2. Secagem de chamas

1. Configure o aparelho completo, mas remova todos os componentes que não são feitos de vidro (como torneiras de funis ou mangas de borracha, etc.). Não conecte nenhuma tubulação ao aparelho neste momento.
2. Coloque luvas de proteção contra o calor.
3. Coloque um queimador Bunsen e seque cuidadosamente o aparelho. Comece por baixo e mova a chama para cima, "acompanhando" a água na saída. O vapor se desenvolverá e embaçará os vidros. Continue secando as chamas até que o embaçamento pare.
4. Aguarde o aparelho esfriar para cerca de 60 °C. Isso leva alguns minutos e o vidro ainda estará quente ao toque, mas não causará queimaduras se o contato for curto.
5. Adicione cuidadosamente o resto do aparelho que não é feito de vidro, como tubos e torneiras. Não remova as luvas de proteção térmica ao manusear o aparelho para evitar queimaduras.
6. Depois de tudo estar devidamente montado, lave o aparelho com um gás inerte como o N₂para acelerar o resfriamento do vidro a um ponto onde os reagentes podem ser adicionados.

Nota: Durante o processo de secagem de chamas nunca tenha nenhum solvente ou a barra de agitação magnética dentro do frasco, nem qualquer um dos reagentes, a menos que especificamente exigido pelo procedimento. (No entanto, ao realizar a reação grignard não há problema em deixar as aparas de magnésio no frasco durante a secagem de chamas).

3. Secagem com Acetona

1. Enxágüe vidros com acetona.
2. Colete as enxaguantes de acetona em um recipiente de resíduos de solvente designado.
3. Lave os vidros com gás N₂ ou ar comprimido seco para acelerar a secagem.

Secagem de Solventes

1. Secagem com Metal de Sódio Ativo

1. Corte cuidadosamente o metal de sódio sob o éter do petróleo para minimizar o risco de ignição à medida que o metal reage com ar. A superfície metálica oxida rapidamente dando um resíduo branco. Corte o metal em fatias finas expondo o máximo de superfície metálica possível.
2. Sob gás N₂ adicione as aparas metálicas a um frasco de destilação contendo solvente.
3. Em seguida, adicione benzofenona, um indicador que é usado para monitorar a reação. Na presença de água a solução é clara ou amarela, mas quando o solvente está seco a solução é azul ou roxo.
4. Refluxo a solução usando um manto de aquecimento até que uma mudança de coloração para azul/roxo seja observada.
5. Destile o solvente, colete-o em um frasco seco e use em uma reação imediatamente após o resfriamento.
   Descarte de resíduos: Após o processo de secagem é importante descartar com segurança qualquer sódio restante no frasco de destilação.
6. Para isso, adicione cuidadosamente o etanol ao sódio até que a evolução do hidrogênio cesse.
7. Mexa a solução cuidadosamente, mas bem, e certifique-se de que não restam nódulos de sódio que possam ter metal de sódio ativo preso dentro.
8. Adicione cuidadosamente o metanol à mistura e deixe a mistura na parte de trás do capô por várias horas para garantir que o sódio esteja completamente consumido.
9. Por fim, adicione a mistura com muito cuidado a um grande excesso de água e descarte a mistura em um recipiente de descarte de resíduos apropriado.

2. Secagem sobre peneiras moleculares

1. Abra uma garrafa contendo peneiras moleculares e encha-as em um copo termoestabilidade. Seque mais do que o necessário para o experimento atual para uso futuro.
2. Para ativação coloque o béquer com as contas em um forno de alta temperatura e armazene por 3-3,5 h a uma temperatura de 300-350 °C. Alternativamente, se disponível, guarde em um forno a vácuo a 200 °C pelo mesmo período de tempo.
3. Usando luvas resistentes ao calor, remova o béquer com as contas e coloque-o em um forno de secagem convencional a temperaturas acima de 120 °C. Alternativamente, armazene o béquer com as contas dentro de um dessecante. As contas podem ser armazenadas por semanas antes do uso.
4. Remova o béquer com as contas do forno de secagem ou do desiccador. Trabalhe rápido a partir deste ponto para minimizar o contato das contas com a água atmosférica.
5. Se remover as contas de um forno, permita que elas esfriem até a temperatura ambiente. Cubra o béquer com uma toalha seca para minimizar a exposição ao ar durante este tempo de resfriamento.
6. Para testar se as contas ainda estão ativas, coloque luvas descartáveis e coloque uma pequena quantidade de contas em sua mão. Adicione cerca de 2 volumes equivalentes de água. Se as contas ficarem muito quentes, significa que estão ativadas.
7. Pesar a quantidade necessária de contas ativas em uma escala. Por exemplo, para obter um 10% m/v de contas em uma garrafa de solvente de 500 mL, são necessários 50 g de contas.
8. Adicione as contas de temperatura ambiente a uma garrafa recém-aberta de solvente. Certifique-se de que as contas estão resfriadas, especialmente se o solvente for volátil. Nunca adicione as contas a um solvente diretamente depois de removê-las do forno.
9. Para um solvente volátil, como o DCM, deixe a tampa em cima da garrafa, mas espere alguns minutos antes de aparafusar totalmente a tampa da garrafa para evitar o acúmulo de pressão.
10. Sele a área ao redor da tampa, embrulhando-a com Parafilm para manter a umidade fora.
11. Armazene o solvente sobre as contas pelo tempo adequado, por exemplo, 24 horas.

Secagem de Reagentes

1. Secagem da Fase Orgânica após a Extração

1. Após a separação das fases em um funil separador, transfira a fase orgânica para um recipiente de vidro seco, como um frasco de béquer ou Erlenmeyer (ou um tubo de ensaio para pequenas escalas).
2. Adicione um agente de secagem da Tabela 2 (geralmente NaSO₄ou MgSO₄) à fase orgânica usando uma espátula. Inicialmente, o agente de secagem se agrupa.
3. Continue a adição até que o agente de secagem recém-adicionado não se agate e rola livremente. Além disso, a solução deve ser clara e não nebulosa.
4. Se disponível, cubra o recipiente de vidro com uma rolha, caso contrário com alguma folha de alumínio.
5. Deixe a solução ficar por cerca de 1h sobre o agente de secagem. Não há problema em permitir que ele fique por períodos mais longos de tempo, por exemplo, durante a noite.
6. Monte um aparelho de filtragem a vácuo com funil Büchner e frasco de braço lateral.
7. Adicione um papel filtro ao funil Büchner e ligue o vácuo.
8. Decantar lentamente a fase orgânica para o funil Büchner. Inicialmente, tente não transferir nenhum agente de secagem ou o filtro irá entupir.
9. Quando a maior parte do líquido tiver sido transferida para o funil e drenada para o frasco abaixo, adicione o restante da fase orgânica junto com o agente de secagem e deixe descansar por alguns minutos.
10. Desligue o vácuo e transfira a fase orgânica em um frasco fundo redondo seco.
11. Conecte o frasco de fundo redondo a um evaporador rotativo e remova todos os solventes sob pressão reduzida.
12. Se o produto for um líquido, armazene-o sobre um agente de secagem e destile-o fresco antes de usá-lo.

2. Secagem de Reagentes Sólidos

1. Coloque o reagente sólido dentro de um recipiente de vidro aberto e determine o peso combinado.
2. Coloque o recipiente com o reagente em um forno de secagem a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do sólido. Quando disponível, use um forno a vácuo. Use luvas de proteção térmica, se necessário.
3. Deixe o reagente secar por várias horas dentro do forno.
4. Retire o recipiente com o reagente do forno.
5. Deixe a amostra esfriar até a temperatura ambiente, idealmente dentro de um dessecador.
6. Determine o peso e certifique-se de que ele é menor do que antes de secar. Se necessário, repetir as etapas 2.2 – 2.5.
7. Uma vez que o reagente é resfriado à temperatura ambiente, ele está pronto para uso.
8. Se o reagente não precisar ser usado imediatamente, lave o recipiente com um gás inerte, como o N₂ e sele-o firmemente com uma tampa e coloque Parafilm ao redor da tampa.
9. Coloque o recipiente dentro de um desiccador e armazene-o lá até que o reagente seja necessário.

3. Secagem de Reagentes sólidos sensíveis ao calor

1. Prepare um desiccator colocando um agente de secagem anidro fresco no compartimento inferior (tipicamente P₂O₅).
2. Coloque o reagente sólido dentro de um recipiente de vidro aberto e determine seu peso.
3. Coloque o recipiente com o reagente dentro de um desiccador.
4. Feche a tampa do dessecador, deslizando-a horizontalmente do lado para garantir a vedação adequada.
5. Aplique um vácuo ao desiccador usando a conexão stopcock.
6. Depois de alguns minutos feche a torneira e desligue o vácuo.
7. Deixe o reagente secar dentro do desiccator por pelo menos algumas horas.
8. Abra a torneira do desiccator e deixe o ar fluir.
9. Deslize cuidadosamente da tampa do dessecador horizontalmente. Não tente puxar a tampa verticalmente.
10. Remova o reagente do desiccador e pese-o. Deve ter um peso menor do que antes de ser seco.
11. Se necessário, a repetição das etapas 3.3 – 3.10 até que o peso permaneça estável e o reagente esteja totalmente seco.
12. Se o reagente não precisar ser usado imediatamente, lave o recipiente com um gás inerte como o N₂ e sele-o firmemente com uma tampa e coloque Parafilm ao redor da tampa.
13. Coloque o recipiente dentro de um desiccador e armazene-o lá até que o reagente seja necessário.

As reações químicas sensíveis à umidade devem ser realizadas em um ambiente anidro ou livre de água.

Reagentes e reagentes às vezes podem reagir ou absorver água da atmosfera. Se isso acontecer, as propriedades químicas ou físicas dos reagentes podem mudar e a reação desejada não ocorrerá ou levará a um rendimento ruim.

Para evitar a ocorrência de reações indesejadas com a água, reações sensíveis são realizadas sob uma atmosfera inerte, como nitrogênio ou argônio, usando reagentes e equipamentos anidros. Reações extremamente sensíveis à água devem ser realizadas dentro de um porta-luvas que possa manter um ambiente anidro. Este vídeo demonstrará como secar adequadamente vidraria, solventes e reagentes para executar uma reação anidra.

A composição química do vidro faz com que uma película de água cubra a superfície que deve ser removida antes de preparar uma reação anidra. Calor ou acetona são frequentemente usados para remover essa camada de vidraria limpa antes do uso.

Muitos solventes também absorvem água do ambiente e devem ser secos antes do uso. Alambiques ou dessecantes solventes são frequentemente usados para remover a água antes de iniciar uma reação.

Os alambiques solventes usam metais alcalinos, como o sódio, para reagir com a água - e deixam um teor de água residual de cerca de 10 partes por milhão.

Os dessecantes são sólidos altamente higroscópicos, o que significa que absorvem água prontamente. Certos dessecantes, como o sulfato de sódio, são usados para remover a água de pequenas quantidades de um solvente orgânico e devem ser filtrados antes de serem usados posteriormente.

As peneiras moleculares são o dessecante mais comumente usado e são usadas para secar grandes volumes de solventes. Eles são feitos de um material microporoso composto de aluminossilicatos de sódio e cálcio.

As peneiras moleculares funcionam prendendo a água dentro das esferas - removendo-a efetivamente do solvente. Uma vez usados, eles podem ser regenerados em um forno.

Finalmente, existem várias maneiras de secar reagentes sólidos. Uma delas é armazená-lo em um forno conjunto 15?20 ? C abaixo de seu ponto de fusão. O calor expulsa a água do reagente, deixando para trás um composto seco.

Se o sólido não puder ser aquecido ou tiver um ponto de fusão muito baixo, ele pode ser seco em um dessecador a vácuo. Depois de seco, o reagente anidro pode ser armazenado em um frasco sob uma atmosfera inerte dentro do dessecador.

Agora que você viu os conceitos por trás da secagem do equipamento e reagentes para reações anidras, vamos dar uma olhada mais de perto e ver como isso é feito no laboratório.

Para secar vidraria em um forno, primeiro reúna todos os componentes necessários para o aparelho de reação. Remova todas as peças que não sejam de vidro - como a torneira de um frasco Schlenk.

Coloque a vidraria em um forno de secagem regulado para 125 ? C e leve ao forno por pelo menos 24 h antes de usar.

Após 24 h, coloque luvas de proteção térmica e retire os copos do forno. Monte o aparelho enquanto o vidro ainda está quente.

Quando a vidraria estiver totalmente montada e fria, lave o aparelho com um gás inerte, como nitrogênio. Por fim, adicione de volta todas as peças que foram removidas antes da secagem. A vidraria está agora pronta para a reação anidra.

Uma opção mais rápida do que secar copos no forno é usar um bico de Bunsen. Certos copos não devem ser secos na chama, portanto, certifique-se de que a configuração seja segura para secar antes de começar. Para começar, configure o aparelho completo e remova todos os componentes que não são de vidro.

Coloque luvas resistentes ao calor e acenda o bico de Bunsen. Comece a secar a vidraria com chama aquecendo a parte inferior do aparelho. Retire a água da configuração movendo a chama para cima. Continue este processo até que a nebulização e o vapor parem.

Aguarde o aparelho esfriar para cerca de 60 ? C, use luvas resistentes ao calor e adicione o restante do aparelho que foi removido antes da secagem com chama.

Para secar solventes usando peneiras moleculares, primeiro adicione-os em um recipiente de vidro termoestável.

As peneiras devem primeiro ser secas para um funcionamento adequado, então coloque o recipiente em um 300 a 350 ? C forno e leve ao forno por 3 ?? 3 ? h.

Quando as contas estiverem secas, use luvas de alta resistência ao calor para remover o recipiente e guarde-o em um forno de secagem a temperaturas acima de 120?? C. Após a secagem, as peneiras moleculares podem ser armazenadas por semanas antes do uso.

Quando necessário, remova as contas do forno de secagem ou dessecador. Trabalhe rápido e cubra o recipiente a partir deste ponto para minimizar o contato das contas com a água atmosférica.

Se remover as contas de um forno, deixe-as esfriar até aproximadamente a temperatura ambiente.

Pese a quantidade necessária de contas ativas em uma balança. Por exemplo, para atingir 10% de massa para volume de grânulos em uma garrafa de 500 mL de solvente, são necessários 50 g de grânulos.

Adicione as esferas ao solvente. Para um solvente volátil, como o diclorometano, deixe a tampa em cima do frasco, mas espere alguns minutos antes de enroscar totalmente a tampa para evitar o acúmulo de pressão.

Sele a área ao redor da tampa envolvendo-a com Parafilm para impedir a entrada de umidade. Conservar o solvente com as esferas durante, pelo menos, 24 h. Posteriormente, o solvente anidro pode ser usado em uma reação.

Alternativamente, alambiques de solvente usando metal de sódio e benzofenona podem ser usados para secar solventes.

Os reagentes sólidos são frequentemente dissolvidos em solventes orgânicos. Antes de remover o líquido e recuperar o reagente sólido, o excesso de água deve ser removido da solução.

Obter um recipiente seco e adicionar a solução. Em seguida, adicione um agente de secagem ao recipiente usando uma espátula. O agente de secagem inicialmente se aglomerará, mas continuará adicionando até que o agente de secagem recém-adicionado não grude mais e se mova livremente.

Cobrir o recipiente com uma rolha ou folha de alumínio e deixar a solução repousar durante pelo menos 1 h.

Para remover o excesso de agente de secagem, montar um aparelho de filtração a vácuo com um funil de Büchner e um balão de braço lateral. Adicione papel de filtro ao funil B?chner e ligue o aspirador.

Decantar lentamente a fase orgânica para o funil de Böchner. Evite transferir o agente de secagem, pois o filtro pode entupir. Quando a maior parte do líquido tiver sido transferida para o funil e drenada para o balão inferior, adicione o restante com o agente de secagem e deixe-o descansar por alguns minutos.

Desligue o aspirador e transfira a solução filtrada para um balão de fundo redondo e seco. Ligar o balão de fundo redondo a um evaporador rotativo e remover todo o solvente sob pressão reduzida. O sólido ou líquido que resta agora deve estar seco.

Para secar um reagente já sólido, coloque o composto em um recipiente aberto e determine seu peso. Em seguida, coloque-o em um forno de secagem ajustado a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do sólido. Deixe o reagente secar por várias horas dentro do forno.

Retire o recipiente do forno e coloque-o em um dessecador. Em seguida, deixe a amostra esfriar até a temperatura ambiente. Repesar e garantir que a massa seja menor do que antes da secagem no forno. Repita as etapas de secagem até que o peso não mude mais. Quando isso acontece, o reagente está suficientemente seco.

Se o reagente não precisar ser usado imediatamente, lave o recipiente com um gás inerte, como nitrogênio, e enrole o Parafilm ao redor da tampa. Coloque o recipiente dentro de um dessecador e armazene até que o reagente seja necessário.

As reações anidras são usadas em uma variedade de sínteses importantes de química orgânica.

Um exemplo clássico de uma reação que deve ser feita em condições anidras é a reação de Grignard. Na primeira etapa da reação - é imperativo que nem mesmo os menores vestígios de água estejam presentes. Na presença de água, o reagente de Grignard atuará preferencialmente como base, resultando na perda da atividade nucleofílica e formando subprodutos indesejáveis.

Muitas sínteses orgânicas devem ser realizadas em condições extremamente secas, como neste exemplo de síntese de ímãs orgânicos. O material precursor neste caso, o metal de sódio, é pirofórico, o que significa que é extremamente sensível à umidade e pode ser inflamável ou mesmo explosivo quando em contato com a umidade do ar.

As baterias de íon de lítio também são extremamente sensíveis à umidade - e devem ser montadas em um porta-luvas ou sala seca. O eletrodo negativo consiste em um composto de lítio, enquanto o eletrólito contém um sal de lítio halogenado. Como o lítio é sensível à umidade, qualquer traço de água introduzido na própria célula da bateria diminuiria a capacidade.

Você acabou de assistir à introdução da JoVE à preparação de reagentes e equipamentos anidros. Agora você deve entender como preparar vidraria, solventes e reagentes que são todos anidros para uso em reações químicas.

Obrigado por assistir!