Overview
Quelle: Hsin-Chun Chiu und Tyler J. Morin, Labor von Dr. Ian Tonks – Universität von Minnesota Twin Cities
Schlenk und hohen Vakuum Linien dienen sowohl zur Feuchtigkeit und Sauerstoff von Reaktionen auszuschließen, indem man Reaktionen unter leichtem Überdruck von Inertgas (in der Regel N2 oder Ar) oder unter Vakuum. Vakuum-Transfer wurde entwickelt als eine Methode separate Lösungsmittel (andere flüchtigen Reagenzien) von Trockenmitteln (oder anderen nicht-flüchtigen Stoffen) und verzichten sie auf Reaktion oder Lagerbehälter unter Beibehaltung einer Luft-freie Umgebung. Ähnlich wie thermische Destillation trennt Vakuum Transfer Lösungsmittel durch Verdampfen und kondensieren sie in ein anderes Schiff empfangen; Vakuum-Transfers nutzen jedoch Niederdruck in die Verteiler von Schlenk und hohe Vakuumleitungen zu niedrigeren Siedepunkten auf Raumtemperatur oder unten, so dass für kryogene Destillationen. Diese Technik kann eine sicherere Alternative zu thermischen Destillation für die Sammlung von Lösungsmittel frei von Luft und Feuchtigkeit bieten. Nach dem Vakuum Transfer kann der Wassergehalt des gesammelten Lösungsmittels quantitativ durch Karl-Fischer-Titration, qualitativ durch Titration mit einer Na/Ph2CO-Lösung oder 1H-NMR-Spektroskopie getestet werden.
Principles
Gereinigtem Lösungsmittel, die sowohl Feuchtigkeit und Sauerstoff frei sind werden in den unterschiedlichsten Bereichen der Chemie, von der kleinen Molekül Synthese zur Hochleistungswerkstoffe Anwendungen benötigt. 1-3 beispielsweise Butyllithium, die häufig in der organischen Synthese und als Initiator anionischen Polymerisation verwendet wird, ist Wasser reagierend und Spur Wasser in Lösungsmitteln kann großen Einfluss auf die eigentliche Reagenz-Konzentration. Ebenso viele anorganischen und metallorganischen Verbindungen, insbesondere niedrig Valent oder koordinativ ungesättigte Metalle sind oft hoch reaktiv in Richtung Wasser und Sauerstoff und erfordern den Einsatz von Luft-freie Manipulationen zusätzlich trocken und sauerstoffarmes Lösungsmittel. 4 mit einem Schlenk Linie oder hohen Vakuum ermöglicht für die ordnungsgemäße Handhabung solcher Verbindungen, die Luft und/oder Feuchtigkeit empfindlich sind, und Vakuum-Transfer ist eine Methode zur rigoros Trocknung und Entgasung Lösungsmittel.
Die Schlenk Linie und entsprechenden Glaswaren wurde ursprünglich durch den Chemiker Wilhelm Johan Schlenk als Werkzeug zu synthetisieren und manipulieren die Triphenylmethyl radikale sowie Organosodium und Organolithium-Verbindungen entwickelt. 4 Schlenk Linien von Synthesechemiker verbreitet, und es gibt mehrere kommerziell verfügbaren Designs. Eine Schlenk-Linie besteht typischerweise aus zwei Glas Mannigfaltigkeiten (eine für Vakuum, eine für Inertgas) mit 4 – 6 Ventil Ports und dickwandigen Kautschuk Schlauch führt von den Häfen zu verschiedenen Reaktionsvorrichtung. 5,6 am häufigsten sind die vielfältigen Ventile gefettete Mattscheibe oder PTFE-Hähne, die einen nahtlosen Übergang zwischen Inertgas/Vakuum, während die dickwandigen Gummischlauch Butyl-Kautschuk oder Tygon Marke Schlauch ist zulassen. Im Allgemeinen gibt es Kompromisse in Mühelosigkeit der Wartung im Vergleich zu Luft-Qualität (Preise der Ausgasung und/oder Gas-Durchlässigkeit) wenn die Wahl zwischen verschiedenen Bauformen Ventil oder Schläuche Typ und unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Grade der Qualität.
Die Vakuum-Verteiler ist mit einer Vakuumpumpe verbunden. Eine kryogene Falle (oft flüssiger Stickstoff, 77 K oder Trockeneis/Aceton Gülle, 195 K) befindet sich zwischen dem Vakuum Verteiler und der Pumpe um Lösungsmittel oder andere schädlichen Materialien in die Vakuumpumpe zu verhindern. 8 viele Forschungsgruppen beschäftigen eine zwei-Trap-Design, wobei die erste Falle für Lösungsmittel entfernen und die zweite Falle zum Schutz der Pumpe verwendet wird; in der Regel bietet dieses Design überlegenen Schutz für die Vakuumpumpe im laufenden Betrieb. Die inerten Krümmer ist an die Druck reguliert Inertgas (N2 oder Ar) angeschlossen, die durch Feuchtigkeit und Sauerstoff Wäscher übergeben wurde und wird durch eine Öl-Wäscher, der Leitungsdruck leicht über dem atmosphärischen Druck zu halten entlüftet.
Eine hohe Vakuumleitung besteht aus zwei vielfältig baugleich, aber einer Diffusionspumpe zwischen dem Verteiler und Vakuumpumpe verwendet, um ein deutlich höheres Vakuum (bis zu 10-7 Torr) zu generieren. Die Diffusionspumpe Werke von Schweröl oder Quecksilber, einen High-Speed-Jet von Dunst, zu produzieren, die dann leitet die Moleküle in den Rachen der Pumpe zurückfließt. Darüber hinaus hohe Vakuumleitungen dickwandigen Gummischlauch verzichten und vor allem-Glas-Verbindungen verwenden, um anschließen von Geräten, die Gasdiffusion in das System minimiert. Schlenk-Linien sind in der Regel für Vorgänge verwendet, die Kanüle Transfers, Gegenstrom-Methoden oder fraktionierte Destillation erfordern, während hohe Vakuumleitungen für quantitative Gas Verdichtungen oder extrem luftempfindlichen Reaktionen verwendet werden; entweder konnte jedoch für die meisten Anwendungen je nach persönlichen Vorlieben der Nutzer verwendet werden.
Vakuum-Übertragung ist ein verbreitetes Verfahren für die Übertragung von Lösungsmitteln von Schiff zu Schiff unter Beibehaltung einer Luft-freie Umgebung. Diese Technik ist häufig anzutreffen, während der Trocknung/Reinigung von organischen Lösungsmitteln für luftfreies Reaktionen als eine Methode zur Trennung von Lösungsmittel von Trockenmittel; Allerdings kann es in der Regel zu erfassen oder Trennung von eine flüchtige Verbindung innerhalb einer Mischung angewendet werden. In einem allgemeinen Sinn Vakuum Transfers sind kryogene Destillationen und arbeiten unter den gleichen physikalischen Grundsätzen wie standard thermische Destillationen. Ihr Hauptvorteil gegenüber traditionellen Destillationen ist, dass sie nicht erhitzt werden, im wesentlichen Verringerung des Risikos von Brand- oder Explosionsgefahr beim Arbeiten mit brennbaren oder Peroxid bilden Lösungsmittel. Während nur Glühlampe-Glühbirne Vakuum Transfers hier präsentiert werden, ist es möglich, mehrere Komponenten über aufeinanderfolgende kryogenen drumherum mit aufwendiger Setups zu trennen.
Drei Hauptfaktoren diktieren die Rate (und Praktikabilität) bei denen man tiefkalt-Transfer eine flüchtige Komponente Vakuum kann: (1) der Dampfdruck des flüchtigen (höher ist besser); (2) die Qualität des Vakuums (niedriger ist besser – so hohe Vakuumleitungen werden bevorzugt über Schlenk Zeilen); (3) die Länge/Durchmesser des Destillation-Signalwegs (kurzer Länge, Breite Durchmesser ist besser). Um Vakuum Auftragswirkungsgrad zu maximieren, Lösungsmittel werden sein erster entgast mit der Frost-Tausalz-Pumpe-Technik und überspielt Vakuum ein Vorratsgefäß durch eine spezialisierte U-förmige Brücke Röhre mit einem hohen Vakuumleitung oder Schlenk Linie mit nur -Glas-Verbindungen verbunden. Diese Technik kann für die Übertragung von hochsiedenden Lösungsmittel wie Toluol und Dioxan mit relativer Leichtigkeit ermöglichen.
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Procedure
Bestimmte chemischen Reaktionen müssen freigehalten werden von Wasser und Sauerstoff. Eine Schlenk-Linie ist ein dual Krümmer in den sicheren Umgang mit Luft und Feuchtigkeit empfindlich Reagenzien verwendet.
Das Gerät wurde in den 1920er Jahren von Wilhelm Schlenk erfunden. Ein wesentlicher Bestandteil seiner Konstruktion ist der Schlenk-Kolben. Es verfügt über einen Absperrhahn, wo Vakuum oder Inertgas auf das System angewendet werden kann, je nach Bedarf. Am Halsausschnitt mit einem anderen Gerät verbunden oder mit einem Septum verschlossen werden kann, und Reagenzien können hinzugefügt werden, ohne die Einführung von Luft.
Sobald die Reagenzien auf den Apparat eingeführt haben, können sie in einem Umfeld, Sauerstoff und Wasser frei manipuliert werden.
Dieses Video wird die grundlegende Bedienung Verfahren für eine Schlenk Linie markieren, und dann zeigen das Prinzip im Labor durch den Vakuum Transfer von Lösungsmitteln.
Eine Schlenk-Linie ist eine röhrenförmige Glasapparaturen mit einer Zeile verwendet, um ein Vakuum zu liefern und eine weitere Linie verwendet, um inertes Gas liefern. Zusammen, wird das System einen dual Verteiler genannt. Die dual Krümmer hat vier bis sechs Ventil Ports, mit dicken Gummischlauch führt zu verschiedenen Reaktion Apparate. Inerten Gasarmatur ist mit einer geregelten Inertgas Druckquelle verbunden. Es ist durch eine Öl-Wäscher der Leitungsdruck leicht über atmosphärische halten entlüftet. Die Öl-Bubbler auch verhindert Umgebungsluft in das mannigfaltige, verhindert der Linie.
Die Vakuum-Verteiler ist mit einer Vakuumpumpe verbunden. Eine kryogene Falle, oft mit flüssigem Stickstoff oder eine Aufschlämmung Trockeneis gekühlt befindet sich zwischen der Vakuum-Verteiler und die Pumpe um flüchtige Bestandteile, so dass sie vom betreten und Beschädigung der Vakuum-Pumpe kondensieren.
Schlenk-Line-System kann für viele Techniken und Reaktionen, wie z. B. das Vakuum Übertragung von Lösungsmitteln verwendet werden. Dies beinhaltet die Übertragung von Lösungsmitteln von Schiff zu Schiff, unter Beibehaltung einer freien Umgebungsluft.
Nun, Sie die Prinzipien der Schlenk Linienbetrieb verstehen, mal sehen, eine Übertragung von Luft und Sauerstoff-freie Lösungsmittel.
Um zu beginnen, stellen Sie sicher, dass alle Arbeitsanschlüssen auf dem Verteiler geschlossen sind, und dass alle Fugen richtig mit hohem Vakuum Fett beschichtet sind.
Die Vakuumleitung beimessen Sie Lösungsmittel fallen, und versiegeln sie die Vakuumpumpe einschalten.
Platzieren Sie vakuumversiegelten Dewars um die Lösungsmittel Falle zu, und füllen Sie mit flüssigem Stickstoff tiefkalt die Pumpe zu schützen.
Geregelten Inertgasstrom schalten Sie, und stellen Sie durch die Beobachtung der Wäscher. Schließen Sie die gewünschten Geräte wie einen Schlenk-Kolben, an den vielfältigen Anschluss mit dicken Gummischlauch oder standard taper Glaswaren.
Klar den Gasraum in der Küvette durch zuerst öffnen die Reaktion Ports Vakuum und voll evakuieren der Küvette. Schließen Sie den Port auf Vakuum, und dann langsam öffnen Sie des Ports, Reaktion, Inertgas und warten Sie, bis die Bubbler beginnt wieder Blasen wirft. Schließen des Reaktion Ports, inertes Gas, und wiederholen Sie den Vorgang noch zweimal.
Der nächste Schritt ist, einen solventen Topf vorzubereiten. Dies wird verwendet, um Wasser und Sauerstoff-freie Lösungsmittel für empfindliche Reaktionen zu produzieren. Dieses Verfahren nutzt das gemeinsame Benzophenon-Natrium-Setup.
Um zu beginnen, legen Sie die Glaswaren und Reagenzien in einer Glovebox unter inerter Atmosphäre. Messen Sie etwa einem Kubikzentimeter Natrium-Metall und in kleinere Stücke schneiden. Legen Sie die Stücke in einen 500-mL Runde Talsohle Kolben mit einem standard taper Hals gemeinsame. Gewicht von 1,25 g Benzophenon und legen Sie sie in die Runde-die Talsohle Flasche mit dem Natrium. Fügen Sie eine Heavy-Duty rühren-Bar.
Verschließen Sie die Flasche mit einem 180° 24/40-Adapter, der mit einer minimalen Menge von Heavy-Duty hohen Vakuum Fett geschmiert worden. Platzieren Sie einen Keck-Clip über das Gelenk auf eine sichere Verbindung zu gewährleisten.
Entfernen Sie die Flasche aus dem Handschuhfach und evakuieren Sie die Küvette Headspace unter Verwendung der Schlenk-Linie. Versiegeln des 180°-Adapters, und entfernen Sie die Flasche aus der Linie unter Vakuum.
Befestigen Sie einen Trichter oben der Lösungsmittel Topf und füllen Sie den Trichter mit etwa 300 mL das gewünschte Lösungsmittel. Mit einer langen Nadel angebracht zu einer Stickstoff-Linie, Blase Stickstoff durch das Lösungsmittel zu teilweise es entgasen.
Unter Beibehaltung der Stickstoff sprudeln, langsam öffnen des 180°-Adapters Lösungsmittel in dem Lösungsmittel Topf zu bringen. Nähert sich das Lösungsmittel Niveau in den Trichter den Adapter, schließen Sie den Adapter, und entfernen Sie den Trichter.
Rühren Sie den Topf für mehrere Stunden. Die Lösung leuchtet Tiefpurpurn, die Bildung von Natrium Benzophenon Ketyl radikale angibt. Die Bildung des radikalen bedeutet, dass das Lösungsmittel trocken und frei von Sauerstoff ist. Wenn der Topf nicht, Tiefpurpurn einschalten, Entgasen Sie die Lösung. Die Frost-Tausalz-Pumpe-Technik zu verwenden, wie beschrieben im Detail in dieser Sammlung "Degassing Flüssigkeiten mit Frost-Tausalz-Pumpe Radfahren."
Trocknen Sie eine 500 mL erhalten Straus-Kolben und eine u-förmige Vakuum Transfer-Brücke in einem Trockenschrank. Ein Straus-Kolben ist ein zwei-Hals Rundboden-Fläschchen. Ein Hals ist eingefädelt, um die Verbindung eines Stecker-Ventils ermöglichen.
Bestreichen Sie alle Gelenke leicht mit Vakuum Fett, und befestigen Sie die u-förmige Brücke der Vakuumleitung. Den Straus Kolben und Lösungsmittel Topf an der U-förmige Brücke anschließen. Achten Sie darauf, die schwere System mit Keck Clips zu sichern. Das System zu evakuieren und degas das Lösungsmittel wie oben beschrieben.
Schließen Sie die obere U-Brücke-Ventil um das Vakuum zu schließen. Das System sollte unter statischen Vakuum mit geöffnetem Ventil Straus und Lösungsmittel Topf 180 ° Adapter geschlossen werden. Benutzen Sie eine Lab-Buchse zu einem-78 Grad Aceton/trocken Eis Gülle auf den Auffangkolben Straus zu kühlen.
Beginnen Sie rühren der Lösungsmittel Topfes, und dann öffnen Sie langsam der Absperrhahn des 180°-Adapters. Achten Sie darauf, den Hahn langsam drehen, so dass die Flüssigkeit in das Gelenk U nicht schnell kochen wird. Lösungsmittel wird kondensiert in den Auffangkolben beginnen. Wenn der Lösungsmittel Topf während der Übertragung friert, schließen Sie das Straus-Kolben-Ventil und Lösungsmittel Pot auf Raumtemperatur erwärmen, bevor Sie fortfahren.
Wenn Lösungsmittel Transfer extrem langsam ist, Entgasen Sie das System erneut mit Frost-Tausalz-Pumpe.
Warten Sie, bis die Lösungsmittel Topf fast trocken ist, oder die gewünschte Menge des Lösungsmittels gesammelt wurden. Schließen Sie den Absperrhahn auf den Auffangkolben und auf dem Lösungsmittel Topf. Die verschlossene Flasche kann nun aus dem System entfernt werden.
Um das System herunterzufahren, zuerst alle vielfältigen Anschlüsse verschließen Sie, und schalten Sie die Inertgasstrom.
Als nächstes entfernen Sie die Lösungsmittel Falle und die Dewars. Extreme Vorsicht, wenn keine blaue Flüssigkeit in der Falle vorhanden ist, wie es vielleicht, flüssiger Sauerstoff sein könnte. Sicherheitsprotokolle für geeignete Maßnahmen zu konsultieren.
Schlenk-Line-Systeme werden in einer Vielzahl von Luft empfindliche Reaktionen in der organischen Chemie verwendet.
Quantenpunkte sind weit verbreitet für die Einzelmolekül-Fluoreszenz-Bildgebung. In diesem Beispiel wurden die Quantenpunkte unter inerter Atmosphäre mit einem Schlenk synthetisiert. Kleine Kadmium metallisches Quantum Dot Kerne wurden zuerst unter Inertgas und Vakuumbedingungen synthetisiert. Ihre fluoreszierenden Eigenschaften werden durch die Größe der Nanopartikel diktiert.
Das Selen wurde rasch in die Cadmium-Lösung für die Synthese der Kerne abschließen injiziert. Sie wurden dann mit Quecksilber und biokompatible Polymerbeschichtungen, ihren fluoreszierenden Ertragssteigerung funktionalisiert. Die Fluoreszenz-Dauer der Punkte übertroffen weit, die traditionellen Farbstoffe oder Proteine.
Die Handhabung und die Analyse von flüchtigen und Luft empfindlich Gasen ist in der Regel schwierig, aber mit dem Einsatz einer Schlenk Linie sicher ausgeführt werden kann. In diesem Beispiel wurden flüchtige Gase in eine verschließbare Teströhrchen, über eine Schlenk Leitung übertragen.
Das Teströhrchen wurde gekühlt mit flüssigem Stickstoff, um die Gase zu kondensieren und erschießen im Reagenzglas. Die enthaltenen Gase wurden dann auf einem Massenspektrometer mit verschlossenen Reagenzglas und einen benutzerdefinierten Verbindungs-System übertragen.
Sie habe nur Jupiters Einführung in das Leitungssystem Schlenk beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen zur Bedienung einer Schlenk-Linie, trocken und Lösungsmittel reinigen und einen Vakuum Transfer durchzuführen.
Danke fürs Zuschauen!
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Results
Das Bild wurde aufgenommen von Vakuum-Transfer im Gange (Abbildung 2) und nach die Na/Ph2CO Titration Titration durchgeführt wurde (Abbildung 3).
Lösungsmittel, die mit dieser Methode gesammelt wurden durch Ketyl Titration getestet. Abbildung 3 zeigt die gemeinsamen Ergebnisse des Ketyl-Tests. Die violette Farbe in (a) zeigt < 10 ppm H2O in dem Lösungsmittel; während die blau und farblos zeigen Lösungen ein feuchter Lösungsmittel, die weitere Reinigung vor dem Gebrauch mit Wasser sensible Anwendungen benötigt.
Abbildung 1: Glaswaren, nötig, um einen Ketyl Topf und führen eine Vakuum Übertragung in einen Straus Kolben. (a) Trichter für das Hinzufügen von Lösungsmittel, Ketyl Topf; (b) 500 mL Rundboden Kolben; (c) 180° Adapter; (d) 500 mL Straus Kolben; (e) Vakuum Transfer Brücke.
Abbildung 2: Einrichtung von Vakuum-Transfer: (a) die hohe Vakuumleitung, (b) die Übertragung Brücke, (c) die Lösungsmittel Topf mit 180° Adapter, (d) der empfangenden Straus Kolben und (e) kühlendes Bad.
Abbildung 3. Lösungsmittel nach Titration der Ketyl Lösung gesammelt. (a) violett zeigt < 10 ppm H2O, während Blau (b) und (c) farblos weitere Reinigung erfordern.
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References
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