Ловушка Дина-Старка

Ловушка Дина-Старка используется для смещения равновесия органических реакций в сторону продукта.

Согласно принципу Ле Шалье, равновесие может быть достигнуто по направлению к продуктам с помощью избытка одного из реагентов, путем непрерывного удаления одного из продуктов или путем изменения температуры или давления, при которых протекает реакция. Пожалуй, наиболее часто встречающимися реакциями равновесия являются реакции, в которых вода является продуктом.

Как уже говорилось ранее, удаление этой воды может привести реакцию к завершению. Ловушка Дина-Старка — это специализированная стеклянная посуда, используемая для непрерывного удаления воды, образовавшейся в результате химической реакции.

В этом видео будут проиллюстрированы принципы работы ловушки Дина-Старка, лабораторной процедуры, в которой используется устройство, и несколько применений.

Такие реакции, как превращение борной кислоты в сложный эфир, приводят к образованию воды, которая может гидролизовать сложный эфир обратно в кислоту, снижая общий выход.

По мере развития реакции вода, образующаяся в ходе реакции, может быть непрерывно удалена из колбы с помощью ловушки Дина-Старка. Для этого сначала добавьте в колбу компоненты реакции вместе с углеводородом, таким как толуол, и нагрейте смесь. По мере развития реакции вода выделяется. Теперь толуол и вода, которые кипят при 110 и 100 градусах соответственно, образуют азеотроп, который кипит при 84 градусах. После охлаждения в конденсаторе пары растворителя конденсируются обратно в жидкость, которая капает в сборный сосуд ловушки, а любой перелив возвращается в реакционный сосуд.

Сгущенная жидкая смесь со временем разделяется на два несмешивающихся слоя, причем более плотный компонент находится на дне. Обычно это слой воды, который затем сливается. Тот же процесс продолжается до тех пор, пока не перестанет образовываться вода, что свидетельствует о завершении реакции.

Теперь, когда мы рассмотрели принципы работы ловушки Дина-Старка, давайте рассмотрим лабораторную процедуру, в которой используется этот аппарат.

В этой процедуре мы вступаем в реакцию ароматического альдегида с этиленгликолем с образованием ацетальной защитной группы, которая защищает реактивный альдегид от дальнейших химических реакций в многоступенчатом синтезе. Для начала добавьте в колбу с круглым дном объемом 250 мл стирбар, 7,5 г 3-нитробензальдегида, 75 мл толуола и этиленгликоль. Затем прикрепите ловушку Дина-Старка к колбе и конденсатор обратного потока к верхней части ловушки.

Опустите колбу и ее содержимое на масляную баню, включите воду в конденсаторе, и размешайте при 170 градусах. Дайте азеотропной смеси конденсироваться и собраться в ловушке, и продолжайте до тех пор, пока образование воды не прекратится. После того, как два слоя разделятся, измерьте количество производимой воды и сравните его с теоретическим выходом. Чтобы убедиться в завершении реакции, запустите исходный материал и продукты на пластине TLC.

Как только реакция завершится, снимите колбу с источника тепла и дайте ей нагреться до комнатной температуры. Выбросьте содержимое ловушки Дина-Старка, так как оно не должно содержать никакого продукта, и сконцентрируйте содержимое колбы под пониженным давлением с помощью ротационного испарителя.

Чтобы удалить загрязнения, растворите желтый остаток в 8 мл горячего этанола и дайте ему остыть до комнатной температуры, дав изделию кристаллизоваться. Затем процедите твердое вещество, промыв холодным этанолом, и просушите его под вакуумом.

Теперь, когда мы рассмотрели лабораторную процедуру, давайте рассмотрим некоторые приложения, для которых используется ловушка Дина-Старка.

Энамины являются замещенными виниламиновыми соединениями, полезными для образования углерод-углеродных связей альфа-карбонильных групп. Энамины получают путем нагревания вторичного амина, такого как пирролидин, и альдегида или кетона, а также удаления побочных продуктов воды с помощью ловушки Дина-Старка.

Помимо воды, ловушка Дина-Старка может использоваться для сбора других соединений. Здесь он был использован для сбора продукта реакции этерификации между бензойной кислотой и 1-бутанолом, который также является растворителем реакции. 1-бутанол несмешивается с продуктом и менее плотный, чем продукт, и течет обратно в реактор. Продукт этерификации, который является гидрофобным, также легко отделяется от побочного продукта воды.

Дополнительным применением ловушек Дина-Старка является определение содержания воды в пищевых продуктах. Это достигается путем помещения известного количества пищи и кипячения ее в углеводородном растворителе. Объем воды, собранной из дистиллята, измеряется и делится на вес пищевого продукта, чтобы рассчитать процент влажности.

Вы только что посмотрели введение JoVE в «Вождение равновесия с ловушками Дина-Старка». Теперь вы должны понять принципы работы ловушек Дина-Старка, как выполнять лабораторную процедуру и некоторые из ее применений. Спасибо за просмотр!