Préparation de matériel et réactifs anhydres

Organic Chemistry

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Overview

Source : Laboratoire de Dr. Dana Lashley - College of William and Mary
Démontré par : Timothy Beck et Lucas Arney

Beaucoup de réactions en chimie organique est sensibles à l’humidité et doit être effectué sous l’exclusion attentive de l’eau. Dans ces cas les réactifs ont une affinité élevée pour réagir avec l’eau de l’atmosphère et si la gauche exposés la réaction souhaitée n’aura pas lieu ou donner de faibles rendements, parce que les réactifs sont modifiées chimiquement.

Pour éviter les réactions indésirables avec H2O que ces réactions doivent être réalisées sous atmosphère inerte. Atmosphère inerte est générée par l’exécution de la réaction sous azote gazeux, ou dans des cas plus sensibles, sous un gaz rares comme l’argon.

Tous les composants dans une telle réaction doivent être complètement anhydre, ou pas d’eau. Cela inclut tous les réactifs et solvants utilisés ainsi que tous les verres et les équipements qui entrera en contact avec les réactifs. Les réactions extrêmement sensibles à l’eau doivent être effectuées à l’intérieur d’une boîte à gants qui fournit un complètement scellé hors milieu anhydre pour travailler sous grâce à une paire de gants qui déborde sur un des côtés de la chambre.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. L'essentiel de la chimie organique. Préparation de matériel et réactifs anhydres. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

Réactions chimiques qui sont sensibles à l’humidité doivent être effectuées en milieu anhydre, ou d’eau libre.

Réactifs et réactifs peuvent parfois réagir avec ou absorber l’eau de l’atmosphère. Si cela se produit, peuvent modifier les propriétés physiques ou chimiques des réactifs et la réaction souhaitée ne prendra pas place ou conduire à un faible rendement.

Pour éviter toute réaction indésirable avec de l’eau d’origine naturelle sensible des réactions sont réalisées sous atmosphère inerte, comme l’azote ou argon, à l’aide de matériel et réactifs anhydres. Des réactions extrêmement sensibles à l’eau doivent être effectuées à l’intérieur d’une boîte à gants qui peut maintenir un environnement anhydre. Cette vidéo vous montrera comment sécher correctement la verrerie, aux solvants et réactifs afin de lancer une réaction anhydre.

La composition chimique du verre provoque une pellicule d’eau pour recouvrir la surface qui doit être enlevée avant de préparer une réaction anhydre. Chaleur ou l’acétone est souvent utilisé pour enlever cette couche propre verrerie avant utilisation.

De nombreux solvants aussi absorbent l’eau de l’environnement et doivent être séchées avant utilisation. Distillateurs de solvants ou déshydratants sont souvent utilisés pour éliminer l’eau avant la mise en place d’une réaction.

Alambics solvants utilisent des métaux alcalins tels que sodium réagissent avec l’eau et laisser une teneur en eau résiduelle d’environ 10 parties par million.

Déshydratants sont des solides très hygroscopiques, ce qui signifie qu’ils absorbent facilement l’eau. Certains déshydratants, comme le sulfate de sodium, sont utilisés pour enlever l’eau de petites quantités d’un solvant organique et doivent être filtrés avant d’utiliser.

Tamis moléculaires sont le plus couramment utilisé déshydratant et servent à sécher de plus gros volumes de solvants. Ils sont faits d’un matériau microporeux composé d’aluminosilicates de sodium et de calcium.

Tamis moléculaires agissent en eau de piégeage à l’intérieur des perles efficacement désolidarisé de solvant. Une fois utilisés, ils peuvent être régénérés dans un four.

Enfin, il y a plusieurs façons pour sécher les réactifs solides. Une est définie en le stockant dans un four de 15 à 20 ° C au-dessous de son point de fusion. La chaleur fournit l’eau entre le réactif, laissant derrière elle un sec composé.

Si le solide ne peut pas être chauffé ou a trop faible d’un point de fusion il peut être séché dans un dessiccateur à vide. Une fois sec, le réactif anhydre peut être stocké dans une bouteille sous atmosphère inerte à l’intérieur du dessiccateur.

Maintenant que vous avez vu les concepts derrière le matériel et les réactifs pour les réactions anhydres de séchage, nous allons regarder de plus près et voir comment c’est fait en laboratoire.

Secher la verrerie dans un four, d’abord recueillir tous les composants requis pour les appareils à réaction. Retirez tous les morceaux non en verre comme le robinet d’arrêt d’un ballon de Schlenk.

Placer les verres dans un séchage-four réglé à 125 ° C et cuire pendant au moins 24 h avant utilisation.

Après 24h, mettez des gants de protection thermique et retirez le four de la verrerie. Assembler l’appareil tandis que la verrerie est encore chaude.

Lorsque la verrerie est complètement assemblé et cool, rincer l’appareil avec un gaz inerte comme l’azote. Enfin, rajouter les morceaux qui ont été retirés avant le séchage. La verrerie est maintenant prête pour la réaction anhydre.

Une option plus rapide que le four de séchage verrerie consiste à utiliser un bec Bunsen. Certains verres ne devrait pas être flamme séché, alors assurez-vous que la configuration est sûre à la flamme sec avant de commencer. Pour commencer, mettre en place l’appareil complet et supprimez tous les composants qui ne sont pas faites de verre.

Mettez des gants résistants à la chaleur, puis allumer le brûleur Bunsen. BEGIN flamme de sechage de la verrerie en bas de l’appareil de chauffage. Conduire l’eau contenue dans le programme d’installation en déplaçant la flamme vers le haut. Continuez ce processus jusqu'à ce que le brouillard et la vapeur s’arrête.

Attendez que l’appareil refroidir jusqu'à environ 60 ° C, puis utilisez des gants résistants à la chaleur et ajouter le reste de l’appareil qui a été supprimé avant le séchage de la flamme.

Pour sécher à l’aide de tamis moléculaires des solvants, tout d’abord les ajouter dans un récipient en verre thermo-stable.

Les tamis doivent d’abord être séchées pour un fonctionnement correct, placer le récipient dans un 300 à 350 ° C four et cuire au four pendant 3 à 3 ½ h.

Quand les perles sont sèches, utilisez des gants résistants à la chaleur élevées pour retirer le récipient et le stocker dans une étuve à une température supérieure à 120 ° C. Après séchage, les tamis moléculaires peuvent être conservés pendant des semaines avant utilisation.

Lorsqu’elles sont nécessaires, enlever les perles du séchage four ou dessicateur. Travail rapide et couvrir le récipient à partir de ce moment pour minimiser le contact des perles avec de l’eau atmosphérique.

Si les perles le débranchement du four laissez-les refroidir à la température de la pièce à peu près.

Peser la quantité nécessaire de perles actives sur une échelle. Par exemple, pour obtenir un 10 % massique à volume de perles dans un flacon de 500 mL de solvant, 50 g de perles sont nécessaires.

Ajouter les perles au solvant. Pour un solvant volatil, comme le dichlorométhane, laissez le couvercle sur le dessus de la bouteille, mais attendez quelques minutes avant de serrer complètement le couvercle pour éviter l’accumulation de pression.

Sceller la zone autour du couvercle en l’enroulant avec Parafilm pour garder l’humidité. Stocker le solvant dans les perles au moins 24 h. par la suite, le solvant anhydre peut être utilisé dans une réaction.

Alternativement, alambics de solvants à l’aide de la benzophénone et sodium métallique peuvent être utilisés pour sécher les solvants.

Réactifs solides sont souvent dissous dans des solvants organiques. Avant de retirer le liquide et récupérer le réactif solid exès d’eau doivent être retirés de la solution.

Obtenir un récipient sec et ajouter la solution. Ensuite, ajoutez un agent desséchant au conteneur à l’aide d’une spatule. L’agent de séchage sera initialement s’agglutiner ensemble, mais continuez d’ajouter jusqu'à ce que fraîchement ajouté agent de séchage ne sont plus des touffes et se déplace librement.

Couvrir le récipient avec un bouchon ou un papier d’aluminium et laissez agir la solution pendant au moins 1 h.

Pour enlever l’excès d’agent séchage, assembler un appareil de filtration sous vide avec une fiole de côté-bras et entonnoir Büchner. Ajoutez le filtre en papier à l’entonnoir Büchner, puis allumez l’aspirateur.

Décanter lentement la phase organique dans l’entonnoir Büchner. Éviter de transférer le déshydratant, comme peut-être obstruer le filtre. Quand la majeure partie du liquide a été transférée sur l’entonnoir et se jettent dans la fiole ci-dessous, ajouter le reste avec l’agent de séchage et laissez-le reposer pendant quelques minutes.

Éteindre l’aspirateur et transvaser la solution filtrée dans un endroit sec ballon à fond rond. Raccorder le ballon à fond rond d’un évaporateur rotatif et supprimer tous les solvants sous pression réduite. Le solide ou le liquide qui reste devrait maintenant être sec.

À un endroit déjà solide réactif composé dans un récipient ouvert sec et déterminer son poids. Ensuite, placez-le dans une étuve à une température au-dessous du point de fusion du solide. Permettre le réactif sécher pendant plusieurs heures dans le four.

Retirer le récipient du four et placez-le dans un dessicateur. Ensuite, laisser l’échantillon refroidir à température ambiante. Peser à nouveau et s’assurer que la masse est moins qu’avant séchage de four. Répétez les étapes de séchage jusqu'à ce que le poids n’est plus le change. Lorsque cela se produit, le réactif est suffisamment sec.

Si le réactif ne doit pas être utilisé immédiatement, rincer le récipient avec un gaz inerte comme l’azote et l’envelopper de Parafilm autour du couvercle. Placer le récipient dans un dessiccateur et stocker jusqu'à ce que le réactif est nécessaire.

Les réactions anhydres sont utilisées dans une variété de synthèses importantes de chimie organique.

Un exemple classique d’une réaction qui doit être fait dans des conditions anhydres est la réaction de Grignard. Dans la première étape de la réaction, il est impératif que même pas la moindre trace d’eau soient présents. En présence d’eau, le réactif de Grignard agiront préférentiellement comme base, ce qui entraîne la perte des sous-produits indésirables nucléophiles l’activité et la forme.

Plusieurs synthèses organiques doivent être effectuées dans des conditions extrêmement sèches, comme avec cet exemple de synthèse organique aimant. Le matériau précurseur dans ce cas, sodium métallique, est pyrophorique, ce qui signifie qu’il est extrêmement sensible de l’humidité et peut être inflammables ou explosives même au contact de l’humidité dans l’air.

Batteries lithium-ion sont également extrêmement sensibles de l’humidité et doivent être constituées dans une boîte à gants ou une pièce sèche. L’électrode négative se compose d’une batterie lithium composée, tandis que l’électrolyte contient un sel de lithium halogénés. Puisque le lithium est l’humidité sensible toute trace de l’eau introduite dans la cellule de la batterie elle-même diminuerait la capacité.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la préparation des réactifs anhydre et l’équipement. Vous devez maintenant comprendre comment préparer la verrerie, aux solvants et réactifs qui sont tous anhydres pour utilisation dans les réactions chimiques.

Merci de regarder !

Results

Un exemple classique d’une réaction qui doit être fait dans des conditions anhydres est la réaction de Grignard. (Équation 1)

Equation

Dans la première étape de la réaction, l’attaque nucléophile de l’organomagnésien RMgX se produit sur un électrophile (dans ce cas une cétone). Dans cette étape, il est impératif que même pas la moindre trace d’eau soient présents. Le réactif de Grignard, tout en un nucléophile fort, est un point d’ancrage encore plus fort. En présence d’eau, elle agira préférentiellement comme base et déprotoner l’eau, ce qui entraîne la perte de l’organomagnésien nucléophile et dans la formation d’un alcane, un sous-produit non désiré. (Équation 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).

Réactions chimiques qui sont sensibles à l’humidité doivent être effectuées en milieu anhydre, ou d’eau libre.

Réactifs et réactifs peuvent parfois réagir avec ou absorber l’eau de l’atmosphère. Si cela se produit, peuvent modifier les propriétés physiques ou chimiques des réactifs et la réaction souhaitée ne prendra pas place ou conduire à un faible rendement.

Pour éviter toute réaction indésirable avec de l’eau d’origine naturelle sensible des réactions sont réalisées sous atmosphère inerte, comme l’azote ou argon, à l’aide de matériel et réactifs anhydres. Des réactions extrêmement sensibles à l’eau doivent être effectuées à l’intérieur d’une boîte à gants qui peut maintenir un environnement anhydre. Cette vidéo vous montrera comment sécher correctement la verrerie, aux solvants et réactifs afin de lancer une réaction anhydre.

La composition chimique du verre provoque une pellicule d’eau pour recouvrir la surface qui doit être enlevée avant de préparer une réaction anhydre. Chaleur ou l’acétone est souvent utilisé pour enlever cette couche propre verrerie avant utilisation.

De nombreux solvants aussi absorbent l’eau de l’environnement et doivent être séchées avant utilisation. Distillateurs de solvants ou déshydratants sont souvent utilisés pour éliminer l’eau avant la mise en place d’une réaction.

Alambics solvants utilisent des métaux alcalins tels que sodium réagissent avec l’eau et laisser une teneur en eau résiduelle d’environ 10 parties par million.

Déshydratants sont des solides très hygroscopiques, ce qui signifie qu’ils absorbent facilement l’eau. Certains déshydratants, comme le sulfate de sodium, sont utilisés pour enlever l’eau de petites quantités d’un solvant organique et doivent être filtrés avant d’utiliser.

Tamis moléculaires sont le plus couramment utilisé déshydratant et servent à sécher de plus gros volumes de solvants. Ils sont faits d’un matériau microporeux composé d’aluminosilicates de sodium et de calcium.

Tamis moléculaires agissent en eau de piégeage à l’intérieur des perles efficacement désolidarisé de solvant. Une fois utilisés, ils peuvent être régénérés dans un four.

Enfin, il y a plusieurs façons pour sécher les réactifs solides. Une est définie en le stockant dans un four de 15 à 20 ° C au-dessous de son point de fusion. La chaleur fournit l’eau entre le réactif, laissant derrière elle un sec composé.

Si le solide ne peut pas être chauffé ou a trop faible d’un point de fusion il peut être séché dans un dessiccateur à vide. Une fois sec, le réactif anhydre peut être stocké dans une bouteille sous atmosphère inerte à l’intérieur du dessiccateur.

Maintenant que vous avez vu les concepts derrière le matériel et les réactifs pour les réactions anhydres de séchage, nous allons regarder de plus près et voir comment c’est fait en laboratoire.

Secher la verrerie dans un four, d’abord recueillir tous les composants requis pour les appareils à réaction. Retirez tous les morceaux non en verre comme le robinet d’arrêt d’un ballon de Schlenk.

Placer les verres dans un séchage-four réglé à 125 ° C et cuire pendant au moins 24 h avant utilisation.

Après 24h, mettez des gants de protection thermique et retirez le four de la verrerie. Assembler l’appareil tandis que la verrerie est encore chaude.

Lorsque la verrerie est complètement assemblé et cool, rincer l’appareil avec un gaz inerte comme l’azote. Enfin, rajouter les morceaux qui ont été retirés avant le séchage. La verrerie est maintenant prête pour la réaction anhydre.

Une option plus rapide que le four de séchage verrerie consiste à utiliser un bec Bunsen. Certains verres ne devrait pas être flamme séché, alors assurez-vous que la configuration est sûre à la flamme sec avant de commencer. Pour commencer, mettre en place l’appareil complet et supprimez tous les composants qui ne sont pas faites de verre.

Mettez des gants résistants à la chaleur, puis allumer le brûleur Bunsen. BEGIN flamme de sechage de la verrerie en bas de l’appareil de chauffage. Conduire l’eau contenue dans le programme d’installation en déplaçant la flamme vers le haut. Continuez ce processus jusqu'à ce que le brouillard et la vapeur s’arrête.

Attendez que l’appareil refroidir jusqu'à environ 60 ° C, puis utilisez des gants résistants à la chaleur et ajouter le reste de l’appareil qui a été supprimé avant le séchage de la flamme.

Pour sécher à l’aide de tamis moléculaires des solvants, tout d’abord les ajouter dans un récipient en verre thermo-stable.

Les tamis doivent d’abord être séchées pour un fonctionnement correct, placer le récipient dans un 300 à 350 ° C four et cuire au four pendant 3 à 3 ½ h.

Quand les perles sont sèches, utilisez des gants résistants à la chaleur élevées pour retirer le récipient et le stocker dans une étuve à une température supérieure à 120 ° C. Après séchage, les tamis moléculaires peuvent être conservés pendant des semaines avant utilisation.

Lorsqu’elles sont nécessaires, enlever les perles du séchage four ou dessicateur. Travail rapide et couvrir le récipient à partir de ce moment pour minimiser le contact des perles avec de l’eau atmosphérique.

Si les perles le débranchement du four laissez-les refroidir à la température de la pièce à peu près.

Peser la quantité nécessaire de perles actives sur une échelle. Par exemple, pour obtenir un 10 % massique à volume de perles dans un flacon de 500 mL de solvant, 50 g de perles sont nécessaires.

Ajouter les perles au solvant. Pour un solvant volatil, comme le dichlorométhane, laissez le couvercle sur le dessus de la bouteille, mais attendez quelques minutes avant de serrer complètement le couvercle pour éviter l’accumulation de pression.

Sceller la zone autour du couvercle en l’enroulant avec Parafilm pour garder l’humidité. Stocker le solvant dans les perles au moins 24 h. par la suite, le solvant anhydre peut être utilisé dans une réaction.

Alternativement, alambics de solvants à l’aide de la benzophénone et sodium métallique peuvent être utilisés pour sécher les solvants.

Réactifs solides sont souvent dissous dans des solvants organiques. Avant de retirer le liquide et récupérer le réactif solid exès d’eau doivent être retirés de la solution.

Obtenir un récipient sec et ajouter la solution. Ensuite, ajoutez un agent desséchant au conteneur à l’aide d’une spatule. L’agent de séchage sera initialement s’agglutiner ensemble, mais continuez d’ajouter jusqu'à ce que fraîchement ajouté agent de séchage ne sont plus des touffes et se déplace librement.

Couvrir le récipient avec un bouchon ou un papier d’aluminium et laissez agir la solution pendant au moins 1 h.

Pour enlever l’excès d’agent séchage, assembler un appareil de filtration sous vide avec une fiole de côté-bras et entonnoir Büchner. Ajoutez le filtre en papier à l’entonnoir Büchner, puis allumez l’aspirateur.

Décanter lentement la phase organique dans l’entonnoir Büchner. Éviter de transférer le déshydratant, comme peut-être obstruer le filtre. Quand la majeure partie du liquide a été transférée sur l’entonnoir et se jettent dans la fiole ci-dessous, ajouter le reste avec l’agent de séchage et laissez-le reposer pendant quelques minutes.

Éteindre l’aspirateur et transvaser la solution filtrée dans un endroit sec ballon à fond rond. Raccorder le ballon à fond rond d’un évaporateur rotatif et supprimer tous les solvants sous pression réduite. Le solide ou le liquide qui reste devrait maintenant être sec.

À un endroit déjà solide réactif composé dans un récipient ouvert sec et déterminer son poids. Ensuite, placez-le dans une étuve à une température au-dessous du point de fusion du solide. Permettre le réactif sécher pendant plusieurs heures dans le four.

Retirer le récipient du four et placez-le dans un dessicateur. Ensuite, laisser l’échantillon refroidir à température ambiante. Peser à nouveau et s’assurer que la masse est moins qu’avant séchage de four. Répétez les étapes de séchage jusqu'à ce que le poids n’est plus le change. Lorsque cela se produit, le réactif est suffisamment sec.

Si le réactif ne doit pas être utilisé immédiatement, rincer le récipient avec un gaz inerte comme l’azote et l’envelopper de Parafilm autour du couvercle. Placer le récipient dans un dessiccateur et stocker jusqu'à ce que le réactif est nécessaire.

Les réactions anhydres sont utilisées dans une variété de synthèses importantes de chimie organique.

Un exemple classique d’une réaction qui doit être fait dans des conditions anhydres est la réaction de Grignard. Dans la première étape de la réaction, il est impératif que même pas la moindre trace d’eau soient présents. En présence d’eau, le réactif de Grignard agiront préférentiellement comme base, ce qui entraîne la perte des sous-produits indésirables nucléophiles l’activité et la forme.

Plusieurs synthèses organiques doivent être effectuées dans des conditions extrêmement sèches, comme avec cet exemple de synthèse organique aimant. Le matériau précurseur dans ce cas, sodium métallique, est pyrophorique, ce qui signifie qu’il est extrêmement sensible de l’humidité et peut être inflammables ou explosives même au contact de l’humidité dans l’air.

Batteries lithium-ion sont également extrêmement sensibles de l’humidité et doivent être constituées dans une boîte à gants ou une pièce sèche. L’électrode négative se compose d’une batterie lithium composée, tandis que l’électrolyte contient un sel de lithium halogénés. Puisque le lithium est l’humidité sensible toute trace de l’eau introduite dans la cellule de la batterie elle-même diminuerait la capacité.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la préparation des réactifs anhydre et l’équipement. Vous devez maintenant comprendre comment préparer la verrerie, aux solvants et réactifs qui sont tous anhydres pour utilisation dans les réactions chimiques.

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