Dean-Stark-Falle

Organic Chemistry II

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Overview

Quelle: Vy M. Dong und Jan Riedel, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Ein Dekan-Stark-Trap ist ein besonderes Stück von Glaswaren, wodurch die Sammlung von Wasser während einer Reaktion durch eine azeotrope Destillation. Der Wunsch, Wasser aus einer Reaktion zu sammeln kann verschiedene Ursachen haben. Sie erreichen die Gleichgewichte in Reaktionen, wo Wasser als Nebenprodukt gebildet. Nach Le Chatelier Prinzip bewirkt eine Änderung der Temperatur, Druck, Konzentration oder Volumen eine Umstellung auf eine reversible Reaktion auf ein neues Gleichgewicht zu schaffen. Eine Acetal-Bildung ist eine reversible Reaktion, wo Wasser als Nebenprodukt gebildet. In solchen Fällen ist die gute Erträge zu erreichen fährt man das Gleichgewicht in Richtung der Produktseite über die Entfernung von Wasser möglich. Die Dean-Stark-Falle auch erlaubt die Bestimmung des Wassergehalts oder kann verwendet werden, um Wasser aus einem Lösungsmittelgemisch durch eine azeotrope Destillation zu entfernen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Organische Chemie II. Dean-Stark-Falle. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Ein Reaktionsgleichgewicht kann mit einem Übermaß an Reagenz oder Entfernung eines gebildeten Produkts beeinflusst werden, um das Gleichgewicht auf der Produktseite zu fahren. Gleichgewichte können auch durch Temperatur oder Druck beeinflusst werden. Dieses Grundprinzip heißt Le Chatelier Prinzip und besagt, dass eine Änderung der Temperatur, Druck, Konzentration oder Volumen dazu führen, eine Nachjustierung der Reaktion dass wird auf ein neues Gleichgewicht zu schaffen. Durch Zugabe von einem Übermaß an Reagenz, herstellt die Konzentration und ein neues Gleichgewicht, Begünstigung des Produktseite. Zum Beispiel kann das Gleichgewicht eine Hydrolyse fahren leicht erreicht werden durch ein Übermaß an Wasser hinzufügen.

Beeinflussen das Gleichgewicht einer Reaktion, wo Wasser als Nebenprodukt, wie eine Veresterung gebildet wird, ist nicht einfach und erfordert spezielle Glaswaren. Dieses besondere Stück Glas nennt man eine Falle Dean-Stark und hilft, um das gebildete Wasser aus dem Reaktionsmedium (Abbildung 1) zu entfernen. Lösungsmittel, die bilden ein azeotropes Gemisch mit Wasser, wie Toluol, werden häufig eingesetzt. Ein azeotropes Gemisch ist ein Punkt in einer Destillation, wo ist die Zusammensetzung der flüssigen Phase entspricht die Zusammensetzung der Gasphase. Eine weitere Trennung durch eine einfache Destillation über den azeotrope Punkt ist nicht möglich. Dies ist ein Vorteil, wenn die Dean-Stark-Falle mit Gleichgewichte, beeinflussen, weil es den kontinuierlichen Abbau des Wassers zu gewährleisten. Bei der Heizung des Reaktionsgemisches, wird die gebildeten Toluol/Wasser azeotropes Gemisch destillieren über kondensiert im Kondensator und fließen in die Dean-Stark-Falle. Toluol und Wasser werden zwei separate Ebenen mit Toluol als die oberste Schicht und Wasser als die unterste Ebene bilden. Während Toluol zurück in den Reaktionskolben fließen kann, wird Wasser als die unterste Ebene gefangen und letztlich aus dem Reaktionsgleichgewicht damit fahren die Reaktion auf die Produktseite entfernt.

Figure 1
Abbildung 1. Dean-Stark-Apparat

Procedure

1. Vorbereitung

  1. Nehmen Sie eine 250 mL Runde untere Kolben ausgestattet mit einer magnetischen Stir Bar ein.
  2. Legen Sie ein Ölbad unter Rundboden Kolben auf einen Magnetrührer.
  3. Füllen Sie den Rundboden-Kolben mit 7,5 g (0,05 Mol) m- Nitrobenzaldehyde und 75 mL Toluol.
  4. Ethylenglykol 3,1 mL (3,45 g, 0,055 Mol) hinzufügen.
  5. Legen Sie die Dean-Stark-Falle auf Rundboden-Kolben.
  6. Legen Sie einen Rückfluss Kondensator auf die Dean-Stark-Falle.

(2) läuft die Reaktion

  1. Stellen Sie das Reaktionsgemisch zum Rückfluss Öl Badtemperatur auf 170 ° C und Hitze ein.
  2. Beobachten Sie die Reaktion durch die Messung der Wassermenge in der Dean-Stark-Falle.
  3. Die Reaktion erfolgt, wenn kein weiteres Wasser in den Seitenarm der Dean-Stark Falle gefangen wird.
  4. Nach ca. 2 h ist der Gesamtbetrag des gesammelten Wassers etwa 0,8 mL.

(3) Aufarbeitung

  1. Wasser lösen und Entfernen der kombinierten organischen Lösungsmittels aus dem Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck in einen Drehverdampfer.
  2. Die gelben Rückstände in 8 mL Ethanol unter Rückfluss zu lösen.
  3. Die Lösung abkühlen.
  4. Die gewünschte Acetal wird kristallisieren.
  5. Filtern Sie der Feststoff und trocknen Sie es unter vermindertem Druck.

Die Dean-Stark-Falle wird verwendet, um das Gleichgewicht der organischen Reaktionen auf der Produktseite zu verlagern.

Nach Le Châtalier-Prinzip kann ein Gleichgewicht gefahren werden, in Richtung der Produkte mit einem Übermaß an eines der Edukte durch kontinuierliches Entfernen eines der Produkte oder durch Ändern der Temperatur oder der Druck, bei dem die Reaktion durchgeführt wird. Vielleicht sind die am häufigsten anzutreffende Gleichgewichtsreaktionen mit Wasser als Produkt.

Wie bereits erwähnt, kann das Entfernen des Wassers die Reaktion zum Abschluss fahren. Eine Dean-Stark-Falle ist ein spezialisierter Glaswaren für kontinuierliches Entfernen Wasser gebildet in einer chemischen Reaktion verwendet.

Dieses Video soll die Grundsätze der Dean-Stark Falle, ein Laborverfahren, in dem das Gerät verwendet wird, und mehrere Anwendungen veranschaulichen.

Reaktionen wie die Umwandlung von boronic Säure zu einem Ester-Ergebnis bei der Bildung von Wasser, das die Ester Hydrolyseneigung kann zurück in die Säure, verringern die Gesamtausbeute.

Da die Reaktion fortschreitet, das Wasser in die Reaktion produziert kontinuierlich aus der Flasche mit dem Einsatz einer Dean-Stark-Falle entfernt werden können. Um das zu tun, zunächst eine Flasche zusammen mit einem Kohlenwasserstoff wie Toluol die Reaktionskomponenten hinzu und erhitzen Sie die Mischung. Da die Reaktion fortschreitet das Wasser wird freigegeben. Toluol und Wasser, das bei 110 bis 100 Grad, bzw. kochen, bilden nun ein azeotropes Gemisch, das bei 84 Grad kocht. Beim Abkühlen im Kondensator, der Lösungsmitteldämpfe kondensieren zurück zur Flüssigkeit, die in den Sammelbehälter des Ableiters tropft, und jeder Überlauf an den Reaktionsbehälter zurückgegeben.

Die kondensierte flüssige Mischung trennt schließlich in zwei nicht mischbare Schichten, mit der dichtere Komponente auf der Unterseite. Dies ist in der Regel die Wasserschicht, welche dann abgelassen wird. Der gleiche Prozess wird fortgesetzt, bis kein Wasser mehr produziert wird, die den Abschluss der Reaktion zeigt.

Nun, da wir die Grundsätze der Dean-Stark Falle besprochen haben, schauen Sie sich bitte an ein Laborverfahren, in dem das Gerät verwendet wird.

Bei diesem Verfahren reagieren wir ein aromatische Aldehyd mit Ethylenglykol, ergeben ein Acetal-Gruppe, die reaktive Aldehyde durch weitere chemische Reaktionen in einer mehrstufigen Synthese Schilde zu schützen. Fügen Sie zunächst in einen 250-mL Runde Talsohle Kolben Stirbar, 7,5 g 3-Nitrobenzaldehyde, 75 mL Toluol und Ethylenglykol. Dann legen Sie die Dean-Stark-Falle auf den Kolben und ein Reflux-Kondensator auf der Oberseite der Falle.

Senken Sie den Kolben und seinen Inhalt in einem Ölbad, schalten Sie das Wasser im Kondensator und rühren bei 170 Grad. Ermöglichen das azeotrope Gemisch zu verdichten und in die Falle zu sammeln, und weiter, bis die Bildung von Wasser aufhört. Messen Sie nach den zwei Schichten getrennt die Menge von Wasser erzeugt, und vergleichen Sie es mit der theoretischen Ausbeute. Um den Abschluss der Reaktion zu überprüfen, führen Sie das Material und die Produkte auf eine TLC Platte.

Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, entfernen Sie die Flasche von der Wärmequelle und lassen Sie es auf Zimmertemperatur kommen. Verwerfen Sie den Inhalt der Dean-Stark Falle, da sie keines Produkt enthalten, und den Inhalt des Kolbens unter vermindertem Druck mit einem Drehverdampfer zu konzentrieren.

Um Verunreinigungen zu entfernen, lösen sich die gelben Rückstände in 8 mL heißem Ethanol und lassen Sie es abkühlen auf Raumtemperatur, so dass das Produkt zu kristallisieren. Dann filtern Sie die festen, Spülen mit kaltem Ethanol und unter Vakuum trocknen.

Nun, da wir gesehen haben, ein Laborverfahren lassen Sie uns schauen Sie sich einige Anwendungen, für die eine Dean-Stark-Falle verwendet wird.

Enamines sind nützlich, um Form Kohlenstoff-Kohlenstoff Bindungen Alpha zu Carbonyl-Gruppen substituierte Vinylamine Verbindungen. Enamines werden durch Erhitzen eine sekundäre Amine, wie Pyrrolidine, und einem Aldehyd oder Keton, und entfernen das Wasser Nebenprodukt mit Dean-Stark Falle vorbereitet.

Neben Wasser kann eine Dean-Stark-Falle verwendet werden, andere Verbindungen zu sammeln. Hier wurde es verwendet, um das Produkt einer Veresterung Reaktion zwischen Benzoesäure zu sammeln und 1-Butanol, das ist auch die Reaktionslösungsmittel. 1-Butanol ist nicht mischbar mit und weniger dicht als das Produkt, und fließt zurück in den Reaktor. Die Veresterung-Produkt, das hydrophob ist, ist auch leicht vom Wasser Nebenprodukt getrennt.

Eine weitere Nutzung für Dean-Stark fallen ist die Bestimmung des Wassergehaltes in Lebensmitteln. Dies wird erreicht, indem eine bekannte Menge von Essen und kochen in einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel. Das Volumen des Wassers aus dem Destillat gesammelt wird gemessen und geteilt durch das Gewicht des Lebensmittels zur Berechnung des Anteils der Feuchtigkeit.

Sie sah nur Jupiters Einführung in Fahrt Gleichgewichte mit Dean-Stark fallen. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien von Dean-Stark fallen, wie ein Laborverfahren, und einige seiner Anwendungen auszuführen. Danke fürs Zuschauen!

Results

Wasser bildet und wird im Laufe der Reaktion gefangen. Die theoretische gebildeten Wassermenge bei der vollständigen Wandlung kann berechnet und verglichen mit dem gemessenen Betrag des eingeschlossenen Wassers auf den Fortschritt der Reaktion zu bestimmen.

Applications and Summary

Dieses Experiment zeigt anschaulich Le Chatelier Prinzip und wie es ein Gleichgewicht zu fahren.

Dean-Stark fallen werden häufig verwendet, um Wasser aus einem Lösungsmittelgemisch unter verschiedenen Umständen zu entfernen. Z. B. das Entfernen von Wasser durch eine einfache Destillation, wenn Wasser nicht bildet ein azeotropes Gemisch mit dem anderen Lösungsmittel ist möglich mit einer Dean-Stark-Falle basiert auf seinem Design. Im Falle einer azeotrope Destillation ist die Zugabe von einem Schleppmittel erforderlich. Ein Schleppmittel ist ein organisches Lösungsmittel, wobei bildet ein azeotropes Gemisch mit Wasser vermischt sich nicht mit Wasser in der flüssigen Phase. Die Zugabe von einem Schleppmittel sorgt für die kontinuierliche Entfernung von Wasser, das in den Seitenarm der Dean-Stark Falle gefangen wird. Im Gegensatz zu der Dean-Stark-Falle erfordert einen normalen Destillation Apparat die kontinuierliche Zugabe von einem Schleppmittel da destilliertes Schleppmittel zurück zu den Lösungsmittelgemisches fließen kann.

Die Dean-Stark-Falle kann auch verwendet werden, fahren die Gleichgewichte der Reaktionen, wo bildet Wasser als Nebenprodukt, wie bei einem Ester oder Acetal-Bildung. Durch eine azeotrope Destillation, wo das Lösungsmittel auch die Schleppmittel ist, ist die Reaktion Wasser entzogen und somit aus dem Gleichgewicht.

Zu guter Letzt eine azeotrope Destillation mit einem Dean-Stark-Falle auch lässt sich den Wassergehalt von Lösungsmitteln oder Lösemittelgemische bestimmen. Wasser kann nicht nur mit einer Dean-Stark, aber auch flüchtige Alkohole indem man 5 Å Molekularsiebe in die Falle entfernt werden.

1. Vorbereitung

  1. Nehmen Sie eine 250 mL Runde untere Kolben ausgestattet mit einer magnetischen Stir Bar ein.
  2. Legen Sie ein Ölbad unter Rundboden Kolben auf einen Magnetrührer.
  3. Füllen Sie den Rundboden-Kolben mit 7,5 g (0,05 Mol) m- Nitrobenzaldehyde und 75 mL Toluol.
  4. Ethylenglykol 3,1 mL (3,45 g, 0,055 Mol) hinzufügen.
  5. Legen Sie die Dean-Stark-Falle auf Rundboden-Kolben.
  6. Legen Sie einen Rückfluss Kondensator auf die Dean-Stark-Falle.

(2) läuft die Reaktion

  1. Stellen Sie das Reaktionsgemisch zum Rückfluss Öl Badtemperatur auf 170 ° C und Hitze ein.
  2. Beobachten Sie die Reaktion durch die Messung der Wassermenge in der Dean-Stark-Falle.
  3. Die Reaktion erfolgt, wenn kein weiteres Wasser in den Seitenarm der Dean-Stark Falle gefangen wird.
  4. Nach ca. 2 h ist der Gesamtbetrag des gesammelten Wassers etwa 0,8 mL.

(3) Aufarbeitung

  1. Wasser lösen und Entfernen der kombinierten organischen Lösungsmittels aus dem Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck in einen Drehverdampfer.
  2. Die gelben Rückstände in 8 mL Ethanol unter Rückfluss zu lösen.
  3. Die Lösung abkühlen.
  4. Die gewünschte Acetal wird kristallisieren.
  5. Filtern Sie der Feststoff und trocknen Sie es unter vermindertem Druck.

Die Dean-Stark-Falle wird verwendet, um das Gleichgewicht der organischen Reaktionen auf der Produktseite zu verlagern.

Nach Le Châtalier-Prinzip kann ein Gleichgewicht gefahren werden, in Richtung der Produkte mit einem Übermaß an eines der Edukte durch kontinuierliches Entfernen eines der Produkte oder durch Ändern der Temperatur oder der Druck, bei dem die Reaktion durchgeführt wird. Vielleicht sind die am häufigsten anzutreffende Gleichgewichtsreaktionen mit Wasser als Produkt.

Wie bereits erwähnt, kann das Entfernen des Wassers die Reaktion zum Abschluss fahren. Eine Dean-Stark-Falle ist ein spezialisierter Glaswaren für kontinuierliches Entfernen Wasser gebildet in einer chemischen Reaktion verwendet.

Dieses Video soll die Grundsätze der Dean-Stark Falle, ein Laborverfahren, in dem das Gerät verwendet wird, und mehrere Anwendungen veranschaulichen.

Reaktionen wie die Umwandlung von boronic Säure zu einem Ester-Ergebnis bei der Bildung von Wasser, das die Ester Hydrolyseneigung kann zurück in die Säure, verringern die Gesamtausbeute.

Da die Reaktion fortschreitet, das Wasser in die Reaktion produziert kontinuierlich aus der Flasche mit dem Einsatz einer Dean-Stark-Falle entfernt werden können. Um das zu tun, zunächst eine Flasche zusammen mit einem Kohlenwasserstoff wie Toluol die Reaktionskomponenten hinzu und erhitzen Sie die Mischung. Da die Reaktion fortschreitet das Wasser wird freigegeben. Toluol und Wasser, das bei 110 bis 100 Grad, bzw. kochen, bilden nun ein azeotropes Gemisch, das bei 84 Grad kocht. Beim Abkühlen im Kondensator, der Lösungsmitteldämpfe kondensieren zurück zur Flüssigkeit, die in den Sammelbehälter des Ableiters tropft, und jeder Überlauf an den Reaktionsbehälter zurückgegeben.

Die kondensierte flüssige Mischung trennt schließlich in zwei nicht mischbare Schichten, mit der dichtere Komponente auf der Unterseite. Dies ist in der Regel die Wasserschicht, welche dann abgelassen wird. Der gleiche Prozess wird fortgesetzt, bis kein Wasser mehr produziert wird, die den Abschluss der Reaktion zeigt.

Nun, da wir die Grundsätze der Dean-Stark Falle besprochen haben, schauen Sie sich bitte an ein Laborverfahren, in dem das Gerät verwendet wird.

Bei diesem Verfahren reagieren wir ein aromatische Aldehyd mit Ethylenglykol, ergeben ein Acetal-Gruppe, die reaktive Aldehyde durch weitere chemische Reaktionen in einer mehrstufigen Synthese Schilde zu schützen. Fügen Sie zunächst in einen 250-mL Runde Talsohle Kolben Stirbar, 7,5 g 3-Nitrobenzaldehyde, 75 mL Toluol und Ethylenglykol. Dann legen Sie die Dean-Stark-Falle auf den Kolben und ein Reflux-Kondensator auf der Oberseite der Falle.

Senken Sie den Kolben und seinen Inhalt in einem Ölbad, schalten Sie das Wasser im Kondensator und rühren bei 170 Grad. Ermöglichen das azeotrope Gemisch zu verdichten und in die Falle zu sammeln, und weiter, bis die Bildung von Wasser aufhört. Messen Sie nach den zwei Schichten getrennt die Menge von Wasser erzeugt, und vergleichen Sie es mit der theoretischen Ausbeute. Um den Abschluss der Reaktion zu überprüfen, führen Sie das Material und die Produkte auf eine TLC Platte.

Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, entfernen Sie die Flasche von der Wärmequelle und lassen Sie es auf Zimmertemperatur kommen. Verwerfen Sie den Inhalt der Dean-Stark Falle, da sie keines Produkt enthalten, und den Inhalt des Kolbens unter vermindertem Druck mit einem Drehverdampfer zu konzentrieren.

Um Verunreinigungen zu entfernen, lösen sich die gelben Rückstände in 8 mL heißem Ethanol und lassen Sie es abkühlen auf Raumtemperatur, so dass das Produkt zu kristallisieren. Dann filtern Sie die festen, Spülen mit kaltem Ethanol und unter Vakuum trocknen.

Nun, da wir gesehen haben, ein Laborverfahren lassen Sie uns schauen Sie sich einige Anwendungen, für die eine Dean-Stark-Falle verwendet wird.

Enamines sind nützlich, um Form Kohlenstoff-Kohlenstoff Bindungen Alpha zu Carbonyl-Gruppen substituierte Vinylamine Verbindungen. Enamines werden durch Erhitzen eine sekundäre Amine, wie Pyrrolidine, und einem Aldehyd oder Keton, und entfernen das Wasser Nebenprodukt mit Dean-Stark Falle vorbereitet.

Neben Wasser kann eine Dean-Stark-Falle verwendet werden, andere Verbindungen zu sammeln. Hier wurde es verwendet, um das Produkt einer Veresterung Reaktion zwischen Benzoesäure zu sammeln und 1-Butanol, das ist auch die Reaktionslösungsmittel. 1-Butanol ist nicht mischbar mit und weniger dicht als das Produkt, und fließt zurück in den Reaktor. Die Veresterung-Produkt, das hydrophob ist, ist auch leicht vom Wasser Nebenprodukt getrennt.

Eine weitere Nutzung für Dean-Stark fallen ist die Bestimmung des Wassergehaltes in Lebensmitteln. Dies wird erreicht, indem eine bekannte Menge von Essen und kochen in einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel. Das Volumen des Wassers aus dem Destillat gesammelt wird gemessen und geteilt durch das Gewicht des Lebensmittels zur Berechnung des Anteils der Feuchtigkeit.

Sie sah nur Jupiters Einführung in Fahrt Gleichgewichte mit Dean-Stark fallen. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien von Dean-Stark fallen, wie ein Laborverfahren, und einige seiner Anwendungen auszuführen. Danke fürs Zuschauen!

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