ディーン ・ スターク ・ トラップ

Organic Chemistry II

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Overview

ソース: Vy 雅洞と 1 月リーデル、化学、カリフォルニア大学アーバイン校、カリフォルニア州部

ディーン ・ スターク ・ トラップは、共沸蒸留によって反応中に水のコレクションを可能にするガラスの特別な作品です。反応から水を集めるための欲望は、さまざまな理由を持つことができます。それは副産物として水の形成、反応、平衡をドライブできます。ル ・ シャトリエの原理によると温度、圧力、濃度、またはボリュームに変更を新しい均衡を確立する可逆反応の区画となります。アセタール形成副産物として水を形成する、可逆反応であります。このような場合は、良好な収率を達成する可能です水の除去を介して製品側に平衡を駆動することによってディーン ・ スターク ・ トラップをまた水分の測定を許可または共沸蒸留によって溶媒混合物から水を除去するため。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有機化学 II. ディーン ・ スターク ・ トラップ. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

反応の平衡は、製品側に平衡をドライブするために試薬の過剰や成型品の除去に影響があります。平衡は温度または圧力によっても影響があります。この原則はル ・ シャトリエの原理といいます、状態は温度、圧力、濃度、またはボリュームの変更が新しい均衡を確立する反応の区画整理を原因となります。過剰の試薬を追加すると、濃度の変化と新しい均衡を確立、製品側を支持します。例えば、加水分解の平衡を運転簡単に実現できます、過剰の水を追加することによって。

水は、エステル化のような副産物として形成は反応の平衡に影響を与える簡単ではありません、特別なガラスを必要とします。ガラスのこの特別な部分はディーン ・ スターク ・ トラップと呼ばれる、反応媒体 (図 1) から形成された水を除去することができます。トルエンのような水と共沸混合物を形成する溶剤を採用します。共沸混合物は蒸留でポイント液相の構成はガス相の組成に等しい。簡単な蒸留沸点過去をさらに分離は不可能です。これは、平衡に影響を与える、ディーン ・ スターク ・ トラップを使用している場合の水の連続的な除去を確実に利点であります。反応混合物を加熱した際に形成されたトルエン/水沸が上蒸留、凝縮器の凝縮し、ディーン ・ スターク ・ トラップに流入します。トルエンと水は最上位のレイヤーとしてトルエンと底層水の 2 つの層を形成します。トルエンは、反応フラスコに戻ってくることができます中、水を取得します底層として閉じ込められたし、製品側への反応を駆動反応平衡から最終的に削除します。

Figure 1
図 1。ディーン ・ スターク装置

Procedure

1. 準備

  1. 丸底フラスコ磁気攪拌棒 250 mL を取る。
  2. 磁性攪拌器で丸底フラスコ下油浴を場所します。
  3. 7.5 g (0.05 mol) mで丸底フラスコを埋める - ニトロベンズアルデヒドと 75 mL のトルエンを追加。
  4. 3.1 mL (3.45 g、0.055 mol) エチレング リコールを追加します。
  5. 丸底フラスコにディーン ・ スターク ・ トラップを接続します。
  6. ディーン ・ スターク ・ トラップの上に還流冷却器を取り付けます。

2. 反応の実行

  1. 170 ° C、熱還流反応混合物の油浴温度を設定します。
  2. ディーン ・ スターク ・ トラップに水の量を測定することによって反応を監視します。
  3. 反応は、それ以上の水になるディーン ・ スターク ・ トラップの側の腕に閉じ込められてないときに行われます。
  4. 約 2 時間後収集した水の総量は約 0.8 mL です。

3. 精密検査

  1. 水を放出してロータリー エバポレーターで減圧下で反応混合物から有機溶媒の組み合わせを削除します。
  2. 黄色還流下で 8 mL のエタノールに溶解します。
  3. ソリューションを冷やします。
  4. 目的のアセタールを具体化します。
  5. 固体をフィルタ リングし、減圧下で乾燥します。

ディーン ・ スターク ・ トラップを使用して、製品側に有機反応の平衡をシフトします。

ル Châtalier の原則に従うと平衡は継続的に製品の 1 つを削除することによって、または温度や反応を実施する圧力を変更することによって、反応の一つの過剰を使用して製品に向かって駆動できます。おそらく一般的な平衡反応は、製品として水を含みます。

前述したように、この水の除去は完了に反作用を運転できます。ディーン ・ スターク ・ トラップは特殊な化学反応で形成された水を継続的に除去するために使用されるガラスです。

このビデオはディーン ・ スターク ・ トラップ、装置が使われている検査法およびいくつかのアプリケーションの原則を説明します。

ボロン酸のエステルを加水分解することができます水の形成にエステル結果への変換などの反応は、全体の収量が減少、酸に戻る。

反応の進行、反応で生じた水が継続的にあります、ディーン ・ スターク ・ トラップを用いるフラスコから削除されます。そのために、まずトルエンなど炭化水素と共にフラスコに反応コンポーネントを追加し、混合物を熱します。反応が進むにつれて水が解放されます。今トルエンと水、それぞれ、110 と 100 度で沸騰、84 度で沸騰するの共沸を形成します。コンデンサーで冷却、トラップのコレクションの容器に滴り、液体に戻る溶媒蒸気を凝縮、反応容器にオーバーフローが返されます。

凝縮液体混合物は最終的に下部に密度の高いコンポーネントを含む 2 つの非相溶層に分離します。これは通常はオフに排水し、水層であります。これ以上の水が生成され、反応の完了を示すまで、同じプロセスが続けられます。

今では我々 はディーン ・ スターク ・ トラップの原則を議論して、装置を使用する検査法を見てみましょう。

この手順では、エチレング リコール、アセタール保護基は、多段合成におけるさらなる化学反応から反応のアルデヒドを盾に屈すると芳香族アルデヒドを反応します。まず、stirbar、3-ニトロベンズアルデヒド、75 mL、トルエン、エチレング リコールの 7.5 g を 250 mL の丸底フラスコに追加します。その後ディーン ・ スターク ・ トラップをフラスコとトラップの上部に還流冷却器に接続します。

フラスコや油浴でその内容を下げる、コンデンサー、水をオンにし、170 度でかき混ぜます。トラップで収集を凝縮して共沸混合物を許可して水形成を停止するまで続行します。別々 の 2 つの層の後生産、水の量を測定し、理論収量と比較します。反応の完了を確認、TLC プレートに開始の素材や製品を実行します。

反応が完了したら、フラスコを熱源から外し、この部屋の温度に達することができます。彼らのすべての製品を含むし、ロータリー エバポレーターで減圧下でフラスコの内容を集中しないで、ディーン ・ スターク ・ トラップの内容を破棄します。

不純物を除去、熱エタノール 8 mL で黄色の残留物を溶解し製品に結晶をできるよう、部屋の温度に冷却します。フィルター固体、冷エタノールで洗浄し、真空下で乾燥します。

レッツ検査法がわかったので今はディーン ・ スターク ・ トラップを使用するいくつかのアプリケーションを見てください。

エナミンは、置換 vinylamine 化合物のカルボニル グループにフォーム炭素-炭素結合 α に役に立つ。エナミンは、二級アミン、ピロリジンとアルデヒドやケトンなどを加熱・ ディーン ・ スターク ・ トラップと水副産物を除去することによって準備されます。

水に加えてディーン ・ スターク ・ トラップは、他の化合物を収集するために使用できます。ここでは、安息香酸のエステル化反応の製品を収集するために使用された、1-ブタノール、また反応溶媒。1-ブタノールと不混和性あり、製品よりも密度が低いと流れが原子炉に戻します。エステル化製品、疎水性である水副産物も簡単に分離されています。

ディーン ・ スターク ・ トラップを追加使用食品内の水分量の決定であります。これは、既知の量の食品を配置して炭化水素溶剤で沸騰することで。留から集められる水の量は、測定、水分率を計算する食品の項目の重量で割った値します。

ゼウスのディーン ・ スターク ・ トラップを駆動平衡入門を見てきただけ。今、ディーン ・ スターク ・ トラップの原理を理解する必要があります実験室プロシージャ、および一部のアプリケーションを実行する方法。見てくれてありがとう!

Results

水となるし、反応の過程で下敷きになります。完全な変換時に形成された水の理論的な量を計算し、閉じ込められた水は、反応の進行状況を判断するための測定量と比較できます。

Applications and Summary

この実験示します生き生きとル ・ シャトリエの原理とそれがどのように平衡を駆動することができます。

ディーン ・ スターク ・ トラップを使用様々 な状況下での溶媒混合物から水を除去します。簡単な蒸留水を形成しないとき水の除去などの他の溶媒との共沸混合物は、その設計に基づくディーン ・ スターク トラップ可能。共沸蒸留の場合、巻き込み装置の追加が必要です。人体が有機溶媒中での水との共沸混合物を形成するが、液相は水と混和しません。人体の追加には、ディーン ・ スターク ・ トラップの側の腕の中に閉じ込めになる水の連続的な除去が保証されます。ディーン ・ スターク ・ トラップとは異なり通常の蒸留装置は蒸留のエントレーナーは溶媒の混合物に戻って流れることができないので、エントレーナーの連続添加を必要とします。

ディーン ・ スターク ・ トラップは、水がのようなエステルまたはアセタール形成の形成、副産物として、反応の平衡をドライブに使用できます。反応溶媒は、エントレーナーではまた、共沸蒸留によって水分を除去し、したがって平衡から。

最後に、ディーン ・ スターク ・ トラップを共沸蒸留溶媒または溶媒の混合物の水分量を測定するも使用できます。水は、トラップに 5 Å モレキュラーシーブスを置くことによってまた揮発性のアルコールが、ディーン ・ スターク トラップだけでなく削除できます。

1. 準備

  1. 丸底フラスコ磁気攪拌棒 250 mL を取る。
  2. 磁性攪拌器で丸底フラスコ下油浴を場所します。
  3. 7.5 g (0.05 mol) mで丸底フラスコを埋める - ニトロベンズアルデヒドと 75 mL のトルエンを追加。
  4. 3.1 mL (3.45 g、0.055 mol) エチレング リコールを追加します。
  5. 丸底フラスコにディーン ・ スターク ・ トラップを接続します。
  6. ディーン ・ スターク ・ トラップの上に還流冷却器を取り付けます。

2. 反応の実行

  1. 170 ° C、熱還流反応混合物の油浴温度を設定します。
  2. ディーン ・ スターク ・ トラップに水の量を測定することによって反応を監視します。
  3. 反応は、それ以上の水になるディーン ・ スターク ・ トラップの側の腕に閉じ込められてないときに行われます。
  4. 約 2 時間後収集した水の総量は約 0.8 mL です。

3. 精密検査

  1. 水を放出してロータリー エバポレーターで減圧下で反応混合物から有機溶媒の組み合わせを削除します。
  2. 黄色還流下で 8 mL のエタノールに溶解します。
  3. ソリューションを冷やします。
  4. 目的のアセタールを具体化します。
  5. 固体をフィルタ リングし、減圧下で乾燥します。

ディーン ・ スターク ・ トラップを使用して、製品側に有機反応の平衡をシフトします。

ル Châtalier の原則に従うと平衡は継続的に製品の 1 つを削除することによって、または温度や反応を実施する圧力を変更することによって、反応の一つの過剰を使用して製品に向かって駆動できます。おそらく一般的な平衡反応は、製品として水を含みます。

前述したように、この水の除去は完了に反作用を運転できます。ディーン ・ スターク ・ トラップは特殊な化学反応で形成された水を継続的に除去するために使用されるガラスです。

このビデオはディーン ・ スターク ・ トラップ、装置が使われている検査法およびいくつかのアプリケーションの原則を説明します。

ボロン酸のエステルを加水分解することができます水の形成にエステル結果への変換などの反応は、全体の収量が減少、酸に戻る。

反応の進行、反応で生じた水が継続的にあります、ディーン ・ スターク ・ トラップを用いるフラスコから削除されます。そのために、まずトルエンなど炭化水素と共にフラスコに反応コンポーネントを追加し、混合物を熱します。反応が進むにつれて水が解放されます。今トルエンと水、それぞれ、110 と 100 度で沸騰、84 度で沸騰するの共沸を形成します。コンデンサーで冷却、トラップのコレクションの容器に滴り、液体に戻る溶媒蒸気を凝縮、反応容器にオーバーフローが返されます。

凝縮液体混合物は最終的に下部に密度の高いコンポーネントを含む 2 つの非相溶層に分離します。これは通常はオフに排水し、水層であります。これ以上の水が生成され、反応の完了を示すまで、同じプロセスが続けられます。

今では我々 はディーン ・ スターク ・ トラップの原則を議論して、装置を使用する検査法を見てみましょう。

この手順では、エチレング リコール、アセタール保護基は、多段合成におけるさらなる化学反応から反応のアルデヒドを盾に屈すると芳香族アルデヒドを反応します。まず、stirbar、3-ニトロベンズアルデヒド、75 mL、トルエン、エチレング リコールの 7.5 g を 250 mL の丸底フラスコに追加します。その後ディーン ・ スターク ・ トラップをフラスコとトラップの上部に還流冷却器に接続します。

フラスコや油浴でその内容を下げる、コンデンサー、水をオンにし、170 度でかき混ぜます。トラップで収集を凝縮して共沸混合物を許可して水形成を停止するまで続行します。別々 の 2 つの層の後生産、水の量を測定し、理論収量と比較します。反応の完了を確認、TLC プレートに開始の素材や製品を実行します。

反応が完了したら、フラスコを熱源から外し、この部屋の温度に達することができます。彼らのすべての製品を含むし、ロータリー エバポレーターで減圧下でフラスコの内容を集中しないで、ディーン ・ スターク ・ トラップの内容を破棄します。

不純物を除去、熱エタノール 8 mL で黄色の残留物を溶解し製品に結晶をできるよう、部屋の温度に冷却します。フィルター固体、冷エタノールで洗浄し、真空下で乾燥します。

レッツ検査法がわかったので今はディーン ・ スターク ・ トラップを使用するいくつかのアプリケーションを見てください。

エナミンは、置換 vinylamine 化合物のカルボニル グループにフォーム炭素-炭素結合 α に役に立つ。エナミンは、二級アミン、ピロリジンとアルデヒドやケトンなどを加熱・ ディーン ・ スターク ・ トラップと水副産物を除去することによって準備されます。

水に加えてディーン ・ スターク ・ トラップは、他の化合物を収集するために使用できます。ここでは、安息香酸のエステル化反応の製品を収集するために使用された、1-ブタノール、また反応溶媒。1-ブタノールと不混和性あり、製品よりも密度が低いと流れが原子炉に戻します。エステル化製品、疎水性である水副産物も簡単に分離されています。

ディーン ・ スターク ・ トラップを追加使用食品内の水分量の決定であります。これは、既知の量の食品を配置して炭化水素溶剤で沸騰することで。留から集められる水の量は、測定、水分率を計算する食品の項目の重量で割った値します。

ゼウスのディーン ・ スターク ・ トラップを駆動平衡入門を見てきただけ。今、ディーン ・ スターク ・ トラップの原理を理解する必要があります実験室プロシージャ、および一部のアプリケーションを実行する方法。見てくれてありがとう!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE