6.12: Manuseio de substânicas químicas sensíveis ao ar e à água usando uma linha de Schlenk

1. Procedimento geral para a realização de uma reação sob uma atmosfera inerte

1. Evacuando os vidros
   1. Inicie a bomba de vácuo e encha o frasco de de guerra no qual a armadilha da linha schlenk está imersa com nitrogênio líquido.
   2. Use vidros secos ou secos para garantir que não haja umidade residual nas paredes do vidro.
   3. Sele o frasco usando adaptadores de vidro moído ou septa de borracha. É altamente recomendável que a graxa de vácuo seja usada para evitar a apreensão das juntas de vidro moídas.
   4. Conecte o vidro selado à linha Schlenk usando um adaptador/conexão apropriado.
   5. Gire a válvula bidirecional para abrir a linha para aspirar.
   6. Evacuar o sistema e deixar o frasco esfriar à temperatura ambiente
2. Purgando com gás inerte
   1. Certifique-se de que a linha de gás inerte está aberta e o fluxo suficiente é visto através do borbulhador. Um fluxo típico para operação da linha schlenk é de cerca de uma bolha por segundo. O fluxo deve ser aumentado enquanto inicialmente limpa o sistema após a evacuação.
   2. Uma vez que o frasco tenha esfriado à temperatura ambiente, gire a válvula bidirecional lentamente para abrir a linha para gás inerte, tomando cuidado para que algum gás ainda consiga alcançar o bolhar. Tenha cuidado para não mudar para gás inerte muito rapidamente, pois isso pode levar ao selante líquido do borbulhante para fluir de volta para a linha schlenk.
   3. Uma vez que o fluxo de gás inerte tenha estabilizado de volta ao seu estado original (como observado no bolha), mude a válvula bidirecional de volta ao vácuo e repita o procedimento acima mais duas vezes.
3. Adicionando reagentes
   1. Uma vez que o frasco tenha sido evacuado e preenchido com gás inerte um total de três vezes, ele agora está pronto para uso no manuseio de reagentes sensíveis ao ar/umidade. O fluxo de gás inerte pode ser reajustado para uma bolha por segundo para economizar o consumo de gás inerte.
   2. Os reagentes são normalmente adicionados a partir de uma garrafa selada de septo ou de uma estação de distribuição de solventes.
   3. Use uma cânula seca no forno ou agulhas para transferir reagentes sensíveis ao ar para o frasco. Certifique-se de que o frasco está sob uma atmosfera inerte, e não sob vácuo, pois a adição de produtos químicos a um frasco sob vácuo pode danificar a fonte de vácuo.
4. Saciando a reação
   1. Uma vez que a reação esteja completa, sacie cuidadosamente a reação usando um reagente apropriado.
   2. A etapa de saciamento regularmente resulta na geração de gases, certifique-se de que a válvula bidirecional esteja aberta ao gás inerte para que não haja acúmulo de pressão no vidro.

2. Design básico e configuração da linha Schlenk.

O design das linhas Schlenk varia de laboratório para laboratório, mas as principais características são as mesmas. A Figura 1 mostra uma configuração esquemática da linha Schlenk com características-chave apontadas.

Figura 1. Esquema montado de uma linha Schlenk.
O coletor duplo consiste em dois tubos de vidro paralelos, que formam o corpo principal da linha Schlenk. Um coletor de gás é conectado ao suprimento de gás inerte e um coletor de vácuo é conectado à linha de vácuo, que permite alternar entre gás inerte e vácuo, afinando as torneiras. O gás sai do coletor através de um bolha de óleo visível, a fim de monitorar o fluxo do gás. O coletor de vácuo é fechado em uma extremidade e a outra extremidade está conectada a uma armadilha fria e a uma bomba de vácuo. A armadilha fria é usada para evitar que solventes voláteis ou corrosivos prejudiquem a bomba.

3. Preocupações de segurança com a linha Schlenk.

1. Oxigênio líquido.
   O oxigênio líquido pode se acumular se um vapor constante de ar entrar na linha de vácuo com a armadilha fria. Isso pode ser indicado por um líquido azul claro na armadilha, já que o oxigênio líquido é azul claro. O oxigênio líquido é perigoso devido à sua reação violenta com solventes orgânicos, incluindo a graxa de vácuo e a alta pressão gerada uma vez que a vaporização ocorre neste espaço confinado. Lembre-se de nunca abrir a linha de vácuo para arejar quando a armadilha fria estiver no lugar.
2. Explosão.
   1. Gases pressurizados podem se tornar perigosos, por isso certifique-se de que o sistema está aberto com o gás inerte fluindo. Explosões podem ocorrer se a pressão for acumulada no caso de um sistema fechado.
   2. Reações violentas: Se a reação ficar fora de controle, um grande volume de gás pode ser gerado rapidamente e pode causar uma explosão. Esteja ciente da reação antes de operar na linha Schlenk.
   3. Aquecimento de um sistema fechado: Em um sistema fechado, o aumento da temperatura aumentará também a pressão. Esteja ciente de qualquer reação com propriedades térmicas e certifique-se de que a linha está aberta e há um borbulhador para alívio de pressão.
3. Implosão.
   Rachaduras no vidro causarão quebras sob vácuo. Repare ou substitua os vidros rachados.

Uma linha Schlenk é um equipamento de laboratório que permite o manuseio seguro de produtos químicos sensíveis ao ar e à água.

Uma linha Schlenk requer vácuo, gás inerte e temperaturas criogênicas. Deve ser operado com cuidado para evitar falhas no equipamento e, portanto, liberação de produtos químicos perigosos. Este vídeo discute os perigos potenciais associados à linha Schlenk e as precauções necessárias para seu uso seguro. Para obter mais informações sobre a operação e as aplicações da linha Schlenk, assista ao vídeo da JoVE sobre "Transferência de solvente das linhas Schlenk".

Começamos examinando brevemente os componentes de uma linha de Schlenk. Uma linha Schlenk consiste em um par de tubos de vidro juntos chamados de "coletor duplo". Um tubo se conecta a uma bomba de vácuo e o outro a uma fonte de gás inerte. Um frasco Schlenk, ou outro aparelho, conecta-se ao coletor duplo por meio de uma válvula bidirecional que permite o acesso à linha de vácuo ou à linha de gás inerte, mas nunca a ambas simultaneamente.

Vamos examinar a linha de vácuo com mais detalhes. A linha de vácuo é selada em uma extremidade. A outra extremidade se conecta a uma armadilha fria, que por sua vez é conectada à bomba de vácuo. Um frasco de Schlenk exposto a esta linha será evacuado e os gases enviados para a armadilha fria, um recipiente de vidro submerso em nitrogênio líquido. Ele congela orgânicos voláteis, protegendo a bomba contra danos e o usuário contra exposição. Os perigos potenciais da linha de vácuo incluem a implosão do vidro sob vácuo e os riscos de segurança associados ao nitrogênio líquido.

Em seguida, nos voltamos para a linha de gás inerte. O gás inerte, geralmente nitrogênio ou argônio, é regulado por uma válvula e geralmente passa por um dessecante antes de entrar na linha de Schlenk. Um frasco de Schlenk exposto a esta linha será preenchido com o gás inerte. O excesso de gás sai do sistema por meio de um borbulhador de óleo mineral, para evitar que o ar entre na linha de gás inerte. Os perigos potenciais desta linha incluem a explosão do vidro devido à pressurização excessiva e a exposição da linha de gás inerte ao vácuo.

É importante realizar verificações regulares de segurança durante a configuração do aparelho.

A linha Schlenk é montada dentro de uma hotte e operada com a folha abaixada, para proteger o utilizador da exposição inadvertida. Um escudo antiexplosão pode ser usado adicionalmente, ao manusear reagentes muito sensíveis. Use óculos de segurança ou protetor facial, jaleco à prova de chamas e luvas criogênicas ao trabalhar com nitrogênio líquido.

Verifique se há rasgos ou outros defeitos na tubulação antes de conectar o coletor duplo à bomba de vácuo e à linha de gás inerte. Certifique-se de que haja óleo suficiente no borbulhador de óleo.

A linha Schlenk contém válvulas de retenção para evitar o refluxo de ar para o sistema e válvulas de alívio de pressão no coletor duplo e no coletor frio. Os conectores usam braçadeiras de vidro seladas com braçadeiras em U e anéis de vedação herméticos. Certifique-se de que essas válvulas e conectores não estejam danificados. Aplique graxa a vácuo na vidraria na interface entre as superfícies.

Secar o balão Schlenk e outros objectos de vidro por secagem no forno ou na chama. Verifique se há rachaduras no vidro e no coletor duplo. O vidro rachado pode implodir sob vácuo, expondo os reagentes à atmosfera e ferindo o usuário. Fechar cuidadosamente o balão de Schlenk com um septo de borracha ou um adaptador de vidro fosco antes de o ligar à linha.

Agora que vimos as precauções preliminares, vamos nos voltar para as preocupações de segurança ao operar a linha Schlenk.

Um perigo potencial é a formação de oxigênio líquido na armadilha fria. O oxigênio líquido é extremamente explosivo. Para evitar sua formação, ligue a bomba de vácuo e evacue a linha de vácuo antes de submergir a armadilha fria no nitrogênio líquido Dewar. Nunca permita que a armadilha fria entre em contato com nitrogênio líquido, a menos que a bomba de vácuo esteja funcionando, e nunca abra a linha de vácuo para arejar enquanto o Dewar estiver no lugar.

O oxigênio líquido também pode se formar se o ar entrar inadvertidamente na armadilha fria durante o experimento. Verifique se há um líquido azul claro na armadilha fria. Se detectado, apague a reação e peça ajuda, mas mantenha o aparelho sob vácuo e nitrogênio líquido. Só é seguro parar o vácuo e remover o Dewar assim que o oxigênio líquido vaporizar na bomba.

Ao trabalhar com a linha de gás inerte, verifique regularmente o suprimento de gás inerte e a vazão usando o borbulhador de gás inerte. O caudal deve ser de cerca de uma bolha por segundo quando o balão de Schlenk está aberto à linha e ligeiramente superior caso contrário. O borbulhamento deve ser visível no borbulhador de óleo o tempo todo. Se nenhuma bolha for vista, feche a fonte de gás inerte para evitar que a linha pressurize demais.

Se o gás inerte entrar em contato com o vácuo, ele despressurizará, fazendo com que a válvula de retenção feche ou o óleo mineral reflua para a linha inerte, seguido pelo ar. Se isso ocorrer, desligue a bomba e feche todas as válvulas.

Ao purgar a linha de Schlenk ou um frasco de Schlenk, gire a válvula muito lentamente. Isso evita que a vidraria rache devido a mudanças rápidas de pressão. Antes de adicionar os reagentes, expor lentamente o balão de Schlenk à linha inerte, para evitar a despressurização da linha inerte.

Antes de retirar um reagente sensível ao ar ou à água, purgue a seringa e a agulha e o frasco de reagente selado com septo na linha de gás inerte. Retire o reagente do frasco, certificando-se de ultrapassar o e, em seguida, mergulhe no volume correto. Adicionar lentamente o reagente ao balão de Schlenk e, se necessário, colocar a ponta da agulha num copo de agente de têmpera.

Depois que a reação estiver completa e temperada, remova o Dewar de nitrogênio líquido. Em seguida, desligue a bomba.

Você acabou de assistir à introdução da JoVE à operação segura da linha Schlenk. Agora você deve estar familiarizado com seu design, seu procedimento operacional e precauções de segurança. Obrigado por assistir!