Purificación de ferroceno por sublimación

Inorganic Chemistry
 

Overview

Fuente: Tamara M. Powers, Departamento de química, Texas A & M University

La sublimación, la transición de la fase directa de un sólido en un gas sin primero ser un líquido, tiene lugar a temperaturas y presiones inferiores a la del punto triple del compuesto (figura 1). El proceso de la sublimación puede ser utilizado para purificar sólidos orgánicos e inorgánicos. Durante la técnica de purificación, un sólido se calienta directamente en la fase de gas. Todas las impurezas no volátiles se dejan mientras que el compuesto vaporizado es entonces recogida (deposición) como un sólido sobre una superficie fría. Aquí, vamos a utilizar la sublimación para purificar el ferroceno, un sólido inorgánico con una temperatura del punto triple de 183 ° C. 1

Figure 1
Figura 1. Diagrama de fase genérica. Las líneas de colores representan los requisitos de presión y temperatura para las transiciones de fase. Destilación de un sólido se producirá a las presiones y temperaturas por encima del punto triple, representada por la línea verde en el diagrama de fases. La línea azul representa las condiciones de temperatura y presión donde se produce la sublimación.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Química inorgánica. Purificación de ferroceno por sublimación. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Muchos compuestos inorgánicos son sólidos y, por tanto, es importante comprender los métodos para la purificación de sólidos. Algunas de las técnicas para la purificación de sólidos son similares a los utilizados para la purificación de líquidos. Por ejemplo, la destilación es una técnica de purificación útil para sólidos de bajo punto de fusión, que derriten antes de que vaporizan. En un diagrama de fase, tenga en cuenta que se puede lograr destilación a una presión por encima del punto triple de un compuesto (figura 1). Después inicialmente de fusión para obtener un líquido (línea roja, figura 1), destilación procede como lo sería para cualquier otra fase líquida compuesto.

La sublimación está relacionada con la destilación, pero no implica la transición de la fase intermedia a la fase líquida. La sublimación sólo se produce a temperaturas específicas y presiones que se encuentran por debajo del punto triple de un compuesto en su diagrama de fase (figura 1). La sublimación es una técnica de purificación donde un sólido se calienta (a veces bajo vacío) dando por resultado una transición de fase directamente de la fase sólida a la fase de gas. Deposición de la sustancia vaporizada sobre una superficie fría los resultados en el aislamiento del material sublimado. Las impurezas no volátiles quedan después de la sublimación. Ejemplos comunes de sustancias que se someten fácilmente a la sublimación a presión atmosférica son hielo (a temperaturas inferiores a 0 ° C) y el CO2.

Dependiendo de la volatilidad de los sólidos de ser sublimado, pueden utilizarse varios aparatos. Para los sólidos volátiles (compuestos con un punto triple a alta presión y baja temperatura), es posible hacer una cámara de sublimación simple utilizando un vaso y vidrio de reloj. Dichos aparatos es apropiado para compuestos que sublime en o cerca de la presión atmosférica y temperatura ambiente. Si se necesita vacío o gas inerte, puede utilizarse vidrio diseñado específicamente para la sublimación (es decir, una cámara de sublimación). La cámara de sublimación (figura 2) permite la sublimación al vacío o bajo atmósfera inerte. Se compone de dos piezas de cristal: el sólido se coloca en la parte inferior de la cámara principal y en la sublimación el material purificado se recoge en el cilindro de largo en el centro de la cámara llamado un dedo frío, que puede ser llenado con agua de hielo , hielo seco y acetona o algunos otros cryogen. La base del dedo frío sellado con una junta tórica y asegurado con una abrazadera. Sobre la terminación de la sublimación, la cámara puede ser desmontada (en el aire por compuestos sensibles sin aire o en la guantera para materiales sensibles al aire) y el sólido purificado se puede raspar en el dedo frío. Todas las impurezas no volátiles deben permanecer en la parte inferior de la cámara de la sublimación.

Figure 2
Figura 2. Una cámara de sublimación diseñada por sublimación bajo presión.

Procedure

1. configuración de la línea de Schlenk

Para un procedimiento más detallado, por favor revisar los videos "Schlenk líneas transferencia de solvente" y "Líquidos desgasificación" de la serie de fundamentos de química orgánica . Seguridad de línea de Schlenk debe revisarse antes de realizar este experimento. Vidrio debe ser inspeccionado para estrellas grietas antes de su uso. Debe tenerse cuidado para asegurar que el O2 no se condensa en la trampa de la línea de Schlenk si utiliza líquido N2. Temperaturas líquido N2 , O2 se condensa y es explosivo en presencia de solventes orgánicos. Si se sospecha que ha sido condensado O2 , o un líquido de color azul se observa en la trampa de frío, deje que la trampa fría bajo vacío dinámico. Retire el líquido N2 purgador o desactivar la bomba de vacío. Con el tiempo que el líquido O2 se sublime en la bomba - es seguro remover la trampa de líquido N2 una vez todos de O2 ha sublimado.

  1. Cierre la válvula de liberación de presión.
  2. Encienda el gas de N2 y la bomba de vacío.
  3. Como el vacío de la línea de Schlenk equilibra, preparar la trampa de frío con hielo seco/acetona o líquido N2 .
  4. Montar la trampa de frío.

2. Añadir 500 mg (2,7 mmol) de ferroceno a la base de la cámara de la sublimación.

3. montaje de la cámara de sublimación

  1. Coloque el aro tórico en la ranura de la base de la cámara.
  2. Suavemente Coloque el dedo frío en la base de la cámara y asegúrese de que la junta tórica encaja en la ranura de la cristalería.
  3. Fije las dos piezas de la cámara de la sublimación con la abrazadera.

4. Conecte la cámara de sublimación a la línea de Schlenk y abrir la cámara a vacío durante 1 minuto cierre la válvula de vacío en la cámara de la sublimación. La sublimación se realizará bajo vacío estático.

5. Llene el dedo frío con un baño de hielo.

6. Coloque la base de la cámara de sublimación en un baño de agua calentado a 80° C.

7. una vez finalizada la sublimación, extraiga la cámara de la sublimación de la bañera.

8. Cierre la llave de paso en la línea de Schlenk.

9. Retire el tubo de la línea de Schlenk de la cámara de sublimación y vuelva a presurizar la cámara de sublimación abriendo lentamente la válvula. ¡Ten cuidado! Si la cámara es re-presurizadas demasiado rápido alterará los cristales purificados en el dedo frío.

10. Suelte la cámara de sublimación y saque el dedo frío con una pipeta el agua.

11. Levante con cuidado el dedo frío de la cámara de la sublimación.

12. Raspe el ferroceno purificada del dedo frío y transferencia a un frasco. Registrar el peso del producto purificado. Si el compuesto está sublimado es sensible al aire, todo el aparato debe introducirse en una guantera de atmósfera inerte antes de abrir el compartimiento de la sublimación.

La sublimación es la transición de fase de una sustancia de sólido a gas sin pasar por fase intermedia de líquido. Es una técnica importante utilizada para la purificación de sólidos orgánicos e inorgánicos.

La transición de sólido a estado gaseoso requiere generalmente pasar por estado líquido.

Sin embargo, la presión reducida y el calentamiento de un sólido pueden conducir a volatilización sin la fusión, conocido como sublimación. El proceso inverso en el cual la sustancia pasa de su gaseoso a su estado sólido, se llama deposición.

Este video ilustra los principios de la sublimación, un procedimiento típico y varias aplicaciones.

A presiones normales, más químicos elementos y compuestos poseen tres diferentes Estados de la materia a diferentes temperaturas con un punto triple en el cual están presentes los tres Estados.

Como se ve en un diagrama de fase, vaporización y condensación - conjunto conocido como destilación - pueden realizarse a presiones por encima del punto triple del compuesto.

Por el contrario, sublimación y deposición ocurren solamente en las presiones que se encuentran por debajo del punto triple.

La sublimación puede realizarse mediante dos tipos de aparato, dependiendo de la volatilidad del sólido: para compuestos altamente volátiles, se puede montar una cámara de sublimación improvisado de un vaso y un vidrio de reloj. Este método es apropiado para compuestos que sublime en o cerca de la presión atmosférica y temperatura ambiente.

Si necesita vacío o atmósfera inerte, se utiliza una pieza especializada de material de vidrio específico para sublimación. Se hace de un vaso que contiene el sólido crudo y un cilindro hueco, que contiene un criógeno y se coloca sobre la parte superior de la Copa. Una junta tórica sella el dedo frío y base, y un accesorio de aspiradora hace el resto del aparato.

Después de completar el procedimiento de la sublimación, es desmontar el aparato en una campana de humos o guantera dependiendo de si el material es sensible al aire. Entonces el sólido purificado puede raspar en el cilindro, mientras que las impurezas no volátiles permanecen en la Copa.

Ahora que hemos discutido los principios de la sublimación, echemos un vistazo a un procedimiento real.

En una campana de humos equipada con una línea de Schlenk, o doble colector, pesar 500 mg de ferroceno en la base de una cámara de sublimación.

Coloque una junta tórica en la ranura de la base de la cámara y Coloque suavemente el dedo frío en la base de la cámara, asegurándose de que la junta tórica se adapta. Luego fijar las dos piezas de la cámara con una abrazadera.

Conecte la cámara montada en la línea de Schlenk y abrir la cámara a vacío durante 1 minuto. Luego, cierre la válvula de vacío en la cámara para seguir el experimento bajo vacío estático.

La cámara en un soporte de anillo de la abrazadera y coloque la base parte de la cámara en un baño a 80 ° C. Llene el dedo frío con una mezcla de hielo, rellenar como se calienta.

Después de la sublimación completa, retire la cámara del baño. Cierre la llave de paso a la línea de Schlenk y separar el tubo de la cámara.

A continuación, vuelva a presurizar la cámara abriendo lentamente la válvula de aire en una campana de humos o guantera.

Utilice una pipeta para remover el agua el dedo frío y suelte las dos piezas de la cámara. Luego levante el dedo frío de la cámara de la sublimación.

Raspar el ferroceno purificada del dedo frío con una espátula, transfiere a un vial previamente pesado y registrar el peso.

500 mg de ferroceno comprado se purificó mediante sublimación 493 mg producto aislado con un rendimiento de 99,6%. El protón NMR muestra un singlete a 4,17 ppm, que integra a 10 protones del ferroceno. La ausencia de otros picos indica que las impurezas no están presentes, y que la purificación era acertada.

Ahora que hemos discutido un procedimiento para la sublimación, echemos un vistazo a unas cuantas aplicaciones.

El agua puede ser sublimado usando un proceso llamado liofilización, también conocido como la liofilización. Esto se logra congelar un matraz lleno de agua en un baño de acetona de hielo seco a-78 ° C y aplicando alto vacío por apego a un liofilizador, donde el agua es recuperado en un dedo frío.

Muchas bolas de naftalina contienen un compuesto conocido como naftaleno, que es un hidrocarburo simple poliaromáticos, que consta de dos anillos de benceno fusionados.

Naftaleno sublimes a presión atmosférica y a 80 ° C y gaseoso de este compuesto es tóxico para las polillas.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la sublimación de ferroceno. Ahora usted debe entender los principios de la sublimación, cómo realizar un experimento y varias de sus aplicaciones. ¡Gracias por ver!

Results

Ferroceno (99%) se compró a Alfa Aesar. Sublimación de 500 mg como se ha descrito resultó en producto aislado 493 mg. El ferroceno purificada se analizó mediante 1H NMR. 1 H RMN (cloroformo -d, 300 MHz, δ, ppm): 4.17 (s).

Applications and Summary

La sublimación es una técnica utilizada en la purificación de sólidos. Sólidos que sublime a baja presión y temperatura son buenas candidatas para la purificación por sublimación. Aquí, hemos demostrado cómo utilizar una cámara de sublimación para ferroceno sublime estático vacío a 80 ° C.

En un entorno de laboratorio, la sublimación es una técnica útil que puede ser aplicada a la purificación de sólidos en una variedad de situaciones como en la purificación de materias primas o sintetizado productos. En este ejemplo, el sólido purificado se recoge en el dedo frío, mientras que las impurezas se quedan en la parte inferior de la cámara de la sublimación. Sin embargo, uno puede querer quitar una impureza sólida que puede ser sublimada de un sólido no volátil. En este caso, el material permanece en la parte inferior de la cámara de la sublimación.

La sublimación también se usa en la liofilización, llamado liofilización. La liofilización es un proceso para secar los materiales utilizados en las industrias farmacéutica y alimentaria, así como en laboratorios de investigación. En el proceso de liofilización, un material se congela primero, seguido por la reducción de la presión circundante, que permite que el agua (u otro solvente) al eliminarse por la sublimación.

References

  1. Kaplan, L., Kester, W. L., Katz, J. J. Some properties of iron biscyclopentadienyl. J Am Chem Soc. 74, 5531-5532 (1952).

1. configuración de la línea de Schlenk

Para un procedimiento más detallado, por favor revisar los videos "Schlenk líneas transferencia de solvente" y "Líquidos desgasificación" de la serie de fundamentos de química orgánica . Seguridad de línea de Schlenk debe revisarse antes de realizar este experimento. Vidrio debe ser inspeccionado para estrellas grietas antes de su uso. Debe tenerse cuidado para asegurar que el O2 no se condensa en la trampa de la línea de Schlenk si utiliza líquido N2. Temperaturas líquido N2 , O2 se condensa y es explosivo en presencia de solventes orgánicos. Si se sospecha que ha sido condensado O2 , o un líquido de color azul se observa en la trampa de frío, deje que la trampa fría bajo vacío dinámico. Retire el líquido N2 purgador o desactivar la bomba de vacío. Con el tiempo que el líquido O2 se sublime en la bomba - es seguro remover la trampa de líquido N2 una vez todos de O2 ha sublimado.

  1. Cierre la válvula de liberación de presión.
  2. Encienda el gas de N2 y la bomba de vacío.
  3. Como el vacío de la línea de Schlenk equilibra, preparar la trampa de frío con hielo seco/acetona o líquido N2 .
  4. Montar la trampa de frío.

2. Añadir 500 mg (2,7 mmol) de ferroceno a la base de la cámara de la sublimación.

3. montaje de la cámara de sublimación

  1. Coloque el aro tórico en la ranura de la base de la cámara.
  2. Suavemente Coloque el dedo frío en la base de la cámara y asegúrese de que la junta tórica encaja en la ranura de la cristalería.
  3. Fije las dos piezas de la cámara de la sublimación con la abrazadera.

4. Conecte la cámara de sublimación a la línea de Schlenk y abrir la cámara a vacío durante 1 minuto cierre la válvula de vacío en la cámara de la sublimación. La sublimación se realizará bajo vacío estático.

5. Llene el dedo frío con un baño de hielo.

6. Coloque la base de la cámara de sublimación en un baño de agua calentado a 80° C.

7. una vez finalizada la sublimación, extraiga la cámara de la sublimación de la bañera.

8. Cierre la llave de paso en la línea de Schlenk.

9. Retire el tubo de la línea de Schlenk de la cámara de sublimación y vuelva a presurizar la cámara de sublimación abriendo lentamente la válvula. ¡Ten cuidado! Si la cámara es re-presurizadas demasiado rápido alterará los cristales purificados en el dedo frío.

10. Suelte la cámara de sublimación y saque el dedo frío con una pipeta el agua.

11. Levante con cuidado el dedo frío de la cámara de la sublimación.

12. Raspe el ferroceno purificada del dedo frío y transferencia a un frasco. Registrar el peso del producto purificado. Si el compuesto está sublimado es sensible al aire, todo el aparato debe introducirse en una guantera de atmósfera inerte antes de abrir el compartimiento de la sublimación.

La sublimación es la transición de fase de una sustancia de sólido a gas sin pasar por fase intermedia de líquido. Es una técnica importante utilizada para la purificación de sólidos orgánicos e inorgánicos.

La transición de sólido a estado gaseoso requiere generalmente pasar por estado líquido.

Sin embargo, la presión reducida y el calentamiento de un sólido pueden conducir a volatilización sin la fusión, conocido como sublimación. El proceso inverso en el cual la sustancia pasa de su gaseoso a su estado sólido, se llama deposición.

Este video ilustra los principios de la sublimación, un procedimiento típico y varias aplicaciones.

A presiones normales, más químicos elementos y compuestos poseen tres diferentes Estados de la materia a diferentes temperaturas con un punto triple en el cual están presentes los tres Estados.

Como se ve en un diagrama de fase, vaporización y condensación - conjunto conocido como destilación - pueden realizarse a presiones por encima del punto triple del compuesto.

Por el contrario, sublimación y deposición ocurren solamente en las presiones que se encuentran por debajo del punto triple.

La sublimación puede realizarse mediante dos tipos de aparato, dependiendo de la volatilidad del sólido: para compuestos altamente volátiles, se puede montar una cámara de sublimación improvisado de un vaso y un vidrio de reloj. Este método es apropiado para compuestos que sublime en o cerca de la presión atmosférica y temperatura ambiente.

Si necesita vacío o atmósfera inerte, se utiliza una pieza especializada de material de vidrio específico para sublimación. Se hace de un vaso que contiene el sólido crudo y un cilindro hueco, que contiene un criógeno y se coloca sobre la parte superior de la Copa. Una junta tórica sella el dedo frío y base, y un accesorio de aspiradora hace el resto del aparato.

Después de completar el procedimiento de la sublimación, es desmontar el aparato en una campana de humos o guantera dependiendo de si el material es sensible al aire. Entonces el sólido purificado puede raspar en el cilindro, mientras que las impurezas no volátiles permanecen en la Copa.

Ahora que hemos discutido los principios de la sublimación, echemos un vistazo a un procedimiento real.

En una campana de humos equipada con una línea de Schlenk, o doble colector, pesar 500 mg de ferroceno en la base de una cámara de sublimación.

Coloque una junta tórica en la ranura de la base de la cámara y Coloque suavemente el dedo frío en la base de la cámara, asegurándose de que la junta tórica se adapta. Luego fijar las dos piezas de la cámara con una abrazadera.

Conecte la cámara montada en la línea de Schlenk y abrir la cámara a vacío durante 1 minuto. Luego, cierre la válvula de vacío en la cámara para seguir el experimento bajo vacío estático.

La cámara en un soporte de anillo de la abrazadera y coloque la base parte de la cámara en un baño a 80 ° C. Llene el dedo frío con una mezcla de hielo, rellenar como se calienta.

Después de la sublimación completa, retire la cámara del baño. Cierre la llave de paso a la línea de Schlenk y separar el tubo de la cámara.

A continuación, vuelva a presurizar la cámara abriendo lentamente la válvula de aire en una campana de humos o guantera.

Utilice una pipeta para remover el agua el dedo frío y suelte las dos piezas de la cámara. Luego levante el dedo frío de la cámara de la sublimación.

Raspar el ferroceno purificada del dedo frío con una espátula, transfiere a un vial previamente pesado y registrar el peso.

500 mg de ferroceno comprado se purificó mediante sublimación 493 mg producto aislado con un rendimiento de 99,6%. El protón NMR muestra un singlete a 4,17 ppm, que integra a 10 protones del ferroceno. La ausencia de otros picos indica que las impurezas no están presentes, y que la purificación era acertada.

Ahora que hemos discutido un procedimiento para la sublimación, echemos un vistazo a unas cuantas aplicaciones.

El agua puede ser sublimado usando un proceso llamado liofilización, también conocido como la liofilización. Esto se logra congelar un matraz lleno de agua en un baño de acetona de hielo seco a-78 ° C y aplicando alto vacío por apego a un liofilizador, donde el agua es recuperado en un dedo frío.

Muchas bolas de naftalina contienen un compuesto conocido como naftaleno, que es un hidrocarburo simple poliaromáticos, que consta de dos anillos de benceno fusionados.

Naftaleno sublimes a presión atmosférica y a 80 ° C y gaseoso de este compuesto es tóxico para las polillas.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la sublimación de ferroceno. Ahora usted debe entender los principios de la sublimación, cómo realizar un experimento y varias de sus aplicaciones. ¡Gracias por ver!

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