無水試薬と機器の準備

Organic Chemistry

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Overview

博士ダナ ラシュリー - 大学のウィリアムとメアリーのソース: 研究室
実証: ティモシー ベックとルーカス アーニー

有機化学に多くの反応は、水分に敏感な水の慎重な排除の下で遂行されなければなりません。これらのケースで左が望ましい反作用を公開されるかどうかと試薬の大気中の水と反応する高親和性ないや反応は化学的に変更されるため、低収率を与えます。

H2O の望ましくない反応を防ぐためにこれらの反応は不活性雰囲気下で実施される必要があります。不活性雰囲気が窒素ガス下でまたはより敏感な場合、アルゴンなどの希ガスの下での反応を実行することによって生成されます。

このような反応のすべてのコンポーネントは、完全に無水または水の無料でなければなりません。これはすべての試薬が含まれています、溶剤の使用だけでなく、すべてのガラス製品、機器、試薬との接触に来る。非常に水に敏感な反応を完全にシールを提供するグローブ ボックス内遂行されなければならない無水環境チャンバーの側面の 1 つに突出する組の手袋を介しての下で動作するようにオフ。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有機化学の必需品 . 無水試薬と機器の準備. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

湿気敏感な化学反応は、無水、または無料、フリー、水環境で遂行されなければなりません。

試薬と反応時と反応したり、大気中から水を吸収します。この問題が発生、試薬の化学的又は物理的特性を変更することができます、目的の反応は、配置や貧しい収量に 。

水で発生する依存からの望ましくない反応を防ぐために反応が窒素または無水試薬と装置を用いたアルゴンなどの不活性雰囲気下で実行されます。非常に水に敏感な反応は無水環境を保持できるグローブ ボックス内に遂行されなければなりません。このビデオは、無水の反応を実行するために、ガラス製品、溶剤、試薬を正しく乾燥する方法を実演します。

ガラスの化学組成は、コートに無水反応を準備する前に削除する必要があります表面の水の膜を発生します。熱やアセトンはこのレイヤーを使用する前にきれいなガラス製品から削除によく使用されます。

多くの溶剤も環境からの水を吸収して、使用する前に乾燥する必要があります。静止画の溶剤や乾燥剤は反応を設定する前に水分を除去するよく使用されます。

溶剤静止画約 10 の残留水分を残すし、水反応するナトリウムなどのアルカリ金属を使用して百万。

乾燥剤は、吸湿性の高い固体、彼らは容易に水を吸収する意味です。硫酸ナトリウムのような特定の乾燥剤は、少量の有機溶剤から水を除去する使用され、さらに使用する前に除外する必要があります。

モレキュラーシーブは、一般的に乾燥剤を使用され、大量の溶剤の乾燥に使用されます。ナトリウムとカルシウムのアルミノケイ酸塩から成る多孔性材料から作られています。

モレキュラーシーブは溶媒からの削除が効率的にビーズの中のトラップの水で動作します。一度使用された彼らをオーブンで再生成することができます。

最後に、固体試薬を乾燥する複数の方法があります。1 つはオーブンでそれを格納することによって 15-20 ° Cの融点以下を設定するされています。熱乾燥の化合物を残して試薬から水をドライブします。

固体加熱することはできませんまたは、あまりにもそれは真空デシケータで乾燥できますのする融点の低い。一度乾燥し、無水試薬は、デシケータ内不活性雰囲気下でボトルに格納できます。

乾燥装置と無水の反応のための試薬の背後にある概念を見てきた、今では、近い見てみましょうとそれが実験室で行われる方法を参照してください。

オーブンでガラスを乾燥するには、最初反応装置に必要なすべてのコンポーネントを収集します。Schlenk フラスコの活栓などガラスで作られていないすべての部分を削除します。

乾燥-オーブンで使用する前に、少なくとも 24 時間焼くと 125 ° Cに設定されてガラスを配置します。

24 h 後熱保護手袋を入れてからオーブンからガラスを取り出してください。ガラスがまだ熱い間、装置を組み立てます。

ガラスが完全に組み立てられた、クールな窒素などの不活性ガスを装置をフラッシュします。最後に、戻って乾燥する前に削除された部分を追加します。ガラスは、無水の反応の準備が整いました。

ガラスの乾燥オーブンよりも高速化オプションは、ブンゼン バーナーを使用することです。特定のガラスは炎乾燥、のでセットアップは炎の開始する前に乾燥しても安全確認べきではないです。開始、完全装置のセットアップ、ガラスの作られているすべてのコンポーネントを削除します。

耐熱手袋を入れて、ブンゼン バーナーを点灯します。炎が器具の底を熱することによってガラスを乾燥を開始します。炎を上方に移動することにより、セットアップから水を駆動します。曇りと湯気を立てて停止までこのプロセスを続行します。

耐熱手袋を使用して約 60 ° Cまで冷却装置から炎が乾燥する前に削除された装置の残りの部分を追加します。

分子ふるいを使用して溶剤を乾燥するには、最初熱安定したガラスの容器にそれらを追加します。

モレキュラーシーブはする必要があります最初、300 に 350 ° Cのオーブンで焼く 3-3 1/2 h のために容器を置きますので適切な操作の乾燥します。

ビーズが乾燥しているとき、高耐熱手袋を使用してコンテナーを削除し、120 ° C以上の温度で乾燥炉に保管します。乾燥後、分子ふるいを使用する前に週間保存されるかもしれない。

彼らが必要な場合は、乾燥オーブンまたはデシケータからビーズを削除します。高速動作し、大気中の水とビーズの接触を最小限に抑えるためこの点からコンテナーをカバーします。

オーブンからビーズを取り外す場合大体室温に冷却するように。

規模でアクティブなビーズの必要量を重量を量る。たとえば、10% を達成するために溶媒、500 mL ペットボトルでビーズの量を質量 50 g のビーズが必要です。

溶媒にビーズを追加します。揮発性溶剤、ジクロロ メタンなどボトルの上に蓋を残すが、完全にふたをねじ込む前に、数分待って、圧力上昇を避けてください。

シール蓋周辺の水分が入らないようにパラフィルムでそれをラップすることによって。その後少なくとも 24 時間のビーズと溶剤を格納、無水溶媒を反応に使用できます。

また、金属ナトリウムとベンゾフェノンを用いた溶剤の静止画は、溶剤を乾燥する使用できます。

固体試薬は、しばしば有機溶剤に溶解しました。液体の取り外しおよび固体試薬を回復する前に余分な水分は、ソリューションから削除する必要があります。

ドライ コンテナーを取得し、ソリューションに追加します。次に、乾燥剤をへらを使用してコンテナーに追加します。乾燥剤は最初一緒に群生しますが、たて乾燥剤不要になった塊し、自由に動きを追加までの追加を続けます。

ストッパーやアルミ箔容器をカバーし、少なくとも 1 時間座っているソリューションを許可します。

過剰な乾燥剤を削除するには、を Büchner 漏斗とサイドアーム フラスコ真空ろ過装置を組み立てます。Büchner 漏斗、ろ紙を追加し、真空をオンにします。

ゆっくりと有機相を Büchner 漏斗にデカントします。フィルターを詰まらせる可能性があります転送する乾燥剤を避けてください。ほとんどの液体が目標到達プロセスに転送されているとき、下のフラスコに排水、乾燥剤の残りの部分を追加し、数分間座ってできるように。

真空を切り、丸底フラスコ ドライ フィルタ リング ソリューションに転送します。丸底フラスコを回転蒸発器に接続し、減圧下で溶媒をすべてを削除します。固体または液体のまま今乾燥する必要があります。

既に固体試薬場所開いた容器の化合物を乾燥し、その重量を決定します。乾燥炉固体の溶融点以下の温度に設定に格納します。オーブンの中数時間乾燥する試薬を許可します。

コンテナーをオーブンから除去し、デシケータに配置。サンプルは室温に冷却し、許可します。Reweigh し、質量が以前より少ないことを確認オーブン乾燥します。重量が変化しなくなるまでは、乾燥の手順を繰り返します。これが起こるとき、本試薬は十分に乾燥です。

すぐに使用に試薬がない場合は、窒素などの不活性ガスでコンテナーをフラッシュし、蓋の周りにパラフィルムをラップします。乾燥器内のコンテナーを配置し、試薬を必要になるまでを格納します。

無水の反応は、さまざまな重要な有機化学合成に使用されます。

無水条件下で行う必要があります反応の古典的な例は、グリニャール反応です。反応の最初のステップでは、水の最小の痕跡もないが存在することが不可欠です。水の存在下でグリニャール試薬は優先的に求核性フォーム望ましくない副産物の損失の結果、基盤として機能します。

多くの有機合成は有機磁石の合成のこの例でのような非常に乾燥条件で実行する必要があります。この場合、前駆体材料金属ナトリウムは自然発火性、可燃性、空気中の水分との接触でも爆発することができますは非常に機密性の高い水分と。

リチウム イオン電池も非常に敏感な水分、グローブ ボックスや乾燥した部屋で組み立てする必要があります。ハロゲン化リチウム塩電解質の含まれていますが、負極は、リチウム化合物で構成されます。リチウムは湿気敏感な電池セル自体に導入された任意の微量水分が容量を減少しました。

無水試薬の準備や機器のゼウスの概要を見てきただけ。今すべて無水化学反応で使用するための試薬、溶剤、ガラス製品を準備する方法を理解する必要があります。

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Results

無水条件下で行う必要があります反応の古典的な例は、グリニャール反応です。(関係式 1)

Equation

反応の最初のステップ、RMgX グリニャール試薬の求核攻撃は (この場合ケトン) に求電子剤で発生します。この手順では、水の最小の痕跡もないが存在することが不可欠です。強い求核剤中のグリニャール試薬は、さらに強力な拠点です。水の存在下でベースと脱プロトン化水、グリニャール試薬の求核の損失とアルカン、望ましくない副産物の形成を結果として優先的に動作します。( 2)

Equation

References

  1. Burfield, D. R. and Smithers, R. H. Desiccant efficiency in solvent and reagent drying. 7. Alcohols. J. Org. Chem. 48 (14), 2420-2422 (1983).
  2. Williams, D. B. G. and Lawton, M. Drying of Organic Solvents: Quantitative Evaluation of the Efficiency of Several Desiccants. J. Org. Chem. 75 (24), 8351-8354 (2010).

湿気敏感な化学反応は、無水、または無料、フリー、水環境で遂行されなければなりません。

試薬と反応時と反応したり、大気中から水を吸収します。この問題が発生、試薬の化学的又は物理的特性を変更することができます、目的の反応は、配置や貧しい収量に 。

水で発生する依存からの望ましくない反応を防ぐために反応が窒素または無水試薬と装置を用いたアルゴンなどの不活性雰囲気下で実行されます。非常に水に敏感な反応は無水環境を保持できるグローブ ボックス内に遂行されなければなりません。このビデオは、無水の反応を実行するために、ガラス製品、溶剤、試薬を正しく乾燥する方法を実演します。

ガラスの化学組成は、コートに無水反応を準備する前に削除する必要があります表面の水の膜を発生します。熱やアセトンはこのレイヤーを使用する前にきれいなガラス製品から削除によく使用されます。

多くの溶剤も環境からの水を吸収して、使用する前に乾燥する必要があります。静止画の溶剤や乾燥剤は反応を設定する前に水分を除去するよく使用されます。

溶剤静止画約 10 の残留水分を残すし、水反応するナトリウムなどのアルカリ金属を使用して百万。

乾燥剤は、吸湿性の高い固体、彼らは容易に水を吸収する意味です。硫酸ナトリウムのような特定の乾燥剤は、少量の有機溶剤から水を除去する使用され、さらに使用する前に除外する必要があります。

モレキュラーシーブは、一般的に乾燥剤を使用され、大量の溶剤の乾燥に使用されます。ナトリウムとカルシウムのアルミノケイ酸塩から成る多孔性材料から作られています。

モレキュラーシーブは溶媒からの削除が効率的にビーズの中のトラップの水で動作します。一度使用された彼らをオーブンで再生成することができます。

最後に、固体試薬を乾燥する複数の方法があります。1 つはオーブンでそれを格納することによって 15-20 ° Cの融点以下を設定するされています。熱乾燥の化合物を残して試薬から水をドライブします。

固体加熱することはできませんまたは、あまりにもそれは真空デシケータで乾燥できますのする融点の低い。一度乾燥し、無水試薬は、デシケータ内不活性雰囲気下でボトルに格納できます。

乾燥装置と無水の反応のための試薬の背後にある概念を見てきた、今では、近い見てみましょうとそれが実験室で行われる方法を参照してください。

オーブンでガラスを乾燥するには、最初反応装置に必要なすべてのコンポーネントを収集します。Schlenk フラスコの活栓などガラスで作られていないすべての部分を削除します。

乾燥-オーブンで使用する前に、少なくとも 24 時間焼くと 125 ° Cに設定されてガラスを配置します。

24 h 後熱保護手袋を入れてからオーブンからガラスを取り出してください。ガラスがまだ熱い間、装置を組み立てます。

ガラスが完全に組み立てられた、クールな窒素などの不活性ガスを装置をフラッシュします。最後に、戻って乾燥する前に削除された部分を追加します。ガラスは、無水の反応の準備が整いました。

ガラスの乾燥オーブンよりも高速化オプションは、ブンゼン バーナーを使用することです。特定のガラスは炎乾燥、のでセットアップは炎の開始する前に乾燥しても安全確認べきではないです。開始、完全装置のセットアップ、ガラスの作られているすべてのコンポーネントを削除します。

耐熱手袋を入れて、ブンゼン バーナーを点灯します。炎が器具の底を熱することによってガラスを乾燥を開始します。炎を上方に移動することにより、セットアップから水を駆動します。曇りと湯気を立てて停止までこのプロセスを続行します。

耐熱手袋を使用して約 60 ° Cまで冷却装置から炎が乾燥する前に削除された装置の残りの部分を追加します。

分子ふるいを使用して溶剤を乾燥するには、最初熱安定したガラスの容器にそれらを追加します。

モレキュラーシーブはする必要があります最初、300 に 350 ° Cのオーブンで焼く 3-3 1/2 h のために容器を置きますので適切な操作の乾燥します。

ビーズが乾燥しているとき、高耐熱手袋を使用してコンテナーを削除し、120 ° C以上の温度で乾燥炉に保管します。乾燥後、分子ふるいを使用する前に週間保存されるかもしれない。

彼らが必要な場合は、乾燥オーブンまたはデシケータからビーズを削除します。高速動作し、大気中の水とビーズの接触を最小限に抑えるためこの点からコンテナーをカバーします。

オーブンからビーズを取り外す場合大体室温に冷却するように。

規模でアクティブなビーズの必要量を重量を量る。たとえば、10% を達成するために溶媒、500 mL ペットボトルでビーズの量を質量 50 g のビーズが必要です。

溶媒にビーズを追加します。揮発性溶剤、ジクロロ メタンなどボトルの上に蓋を残すが、完全にふたをねじ込む前に、数分待って、圧力上昇を避けてください。

シール蓋周辺の水分が入らないようにパラフィルムでそれをラップすることによって。その後少なくとも 24 時間のビーズと溶剤を格納、無水溶媒を反応に使用できます。

また、金属ナトリウムとベンゾフェノンを用いた溶剤の静止画は、溶剤を乾燥する使用できます。

固体試薬は、しばしば有機溶剤に溶解しました。液体の取り外しおよび固体試薬を回復する前に余分な水分は、ソリューションから削除する必要があります。

ドライ コンテナーを取得し、ソリューションに追加します。次に、乾燥剤をへらを使用してコンテナーに追加します。乾燥剤は最初一緒に群生しますが、たて乾燥剤不要になった塊し、自由に動きを追加までの追加を続けます。

ストッパーやアルミ箔容器をカバーし、少なくとも 1 時間座っているソリューションを許可します。

過剰な乾燥剤を削除するには、を Büchner 漏斗とサイドアーム フラスコ真空ろ過装置を組み立てます。Büchner 漏斗、ろ紙を追加し、真空をオンにします。

ゆっくりと有機相を Büchner 漏斗にデカントします。フィルターを詰まらせる可能性があります転送する乾燥剤を避けてください。ほとんどの液体が目標到達プロセスに転送されているとき、下のフラスコに排水、乾燥剤の残りの部分を追加し、数分間座ってできるように。

真空を切り、丸底フラスコ ドライ フィルタ リング ソリューションに転送します。丸底フラスコを回転蒸発器に接続し、減圧下で溶媒をすべてを削除します。固体または液体のまま今乾燥する必要があります。

既に固体試薬場所開いた容器の化合物を乾燥し、その重量を決定します。乾燥炉固体の溶融点以下の温度に設定に格納します。オーブンの中数時間乾燥する試薬を許可します。

コンテナーをオーブンから除去し、デシケータに配置。サンプルは室温に冷却し、許可します。Reweigh し、質量が以前より少ないことを確認オーブン乾燥します。重量が変化しなくなるまでは、乾燥の手順を繰り返します。これが起こるとき、本試薬は十分に乾燥です。

すぐに使用に試薬がない場合は、窒素などの不活性ガスでコンテナーをフラッシュし、蓋の周りにパラフィルムをラップします。乾燥器内のコンテナーを配置し、試薬を必要になるまでを格納します。

無水の反応は、さまざまな重要な有機化学合成に使用されます。

無水条件下で行う必要があります反応の古典的な例は、グリニャール反応です。反応の最初のステップでは、水の最小の痕跡もないが存在することが不可欠です。水の存在下でグリニャール試薬は優先的に求核性フォーム望ましくない副産物の損失の結果、基盤として機能します。

多くの有機合成は有機磁石の合成のこの例でのような非常に乾燥条件で実行する必要があります。この場合、前駆体材料金属ナトリウムは自然発火性、可燃性、空気中の水分との接触でも爆発することができますは非常に機密性の高い水分と。

リチウム イオン電池も非常に敏感な水分、グローブ ボックスや乾燥した部屋で組み立てする必要があります。ハロゲン化リチウム塩電解質の含まれていますが、負極は、リチウム化合物で構成されます。リチウムは湿気敏感な電池セル自体に導入された任意の微量水分が容量を減少しました。

無水試薬の準備や機器のゼウスの概要を見てきただけ。今すべて無水化学反応で使用するための試薬、溶剤、ガラス製品を準備する方法を理解する必要があります。

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