2.4: Schlenk Hatları Solvent Transferi

1. Schlenk Hatlarını Kullanma

1 Başlatma

1. Manifold üzerindeki tüm çalışma portlarının kapalı olduğundan ve tüm bağlantıların yüksek vakum gresi ile uygun şekilde yağlandığından emin olun.
2. Solvent tutucu(lar)ını vakum hattına takın ve vakum pompasını açarak kapatın. not: Her vakum pompası, sistemden aktif olarak hava pompalanırken kendi "benzersiz" sesine sahiptir. Elektrikli süpürgenizin pompalarken ve tam vakum altındayken çıkardığı düzenli sesleri "tanımak" önemlidir.
3. Vakum pompasını kriyojenik olarak korumak için çözücü tuzaklarının etrafına vakumla kapatılmış dewarlar yerleştirin ve dewarları sıvı nitrojen (en iyi) veya kuru buz/aseton bulamacı (yalnızca düşük buhar basınçlı çözücüler için - vakum pompası hasarı riski) ile doldurun.
4. Düzenlenmiş inert gaz akışını açın ve fıskiyenin kabarcıklanma hızını izleyerek akışı ayarlayın. (10 saniyede yaklaşık 5 kabarcık akış hızı idealdir)
5. İstenen aparatı kalın kauçuk boru kullanarak veya doğrudan standart konik cam eşya kullanarak bir manifold portuna bağlayın.
6. 3 vakum/inert gaz doldurma döngüsü gerçekleştirerek kalan hava ve nemin üst boşluğunu (ve potansiyel olarak aparatı) temizleyin: (1) vakumlamak için reaksiyon portunu açın, tam vakumu bekleyin ve ardından vakumlamak için reaksiyon portunu kapatın; (2) inert gaza reaksiyon portunu yavaşça açın ve ardından fıskiye tekrar kabarmaya başlayana kadar bekleyin. Portun inert gaza hızlı bir şekilde açılması, fıskiye yoluyla sisteme hava emilmesine neden olabilir. İnert gaza reaksiyon portunu kapatın. (3) Toplam 3 kez tekrarlayın.

2 Kapat

1. Tüm manifold portlarını kapatın ve inert gaz akışını kapatın.
2. Solvent tuzağı dewar(lar)ını çıkarın. DİKKAT: çıkarıldıktan sonra tuzakta mavi bir sıvı varsa, muhtemelen sıvı nitrojen sıcaklıklarında (BP -183 °C) yoğunlaşabilen ve organik bileşiklerle patlayıcı karışımlar oluşturabilen sıvı oksijendir (BP -196 °C) veya ısınma üzerine kapalı bir sistemde hızlı bir basınçlandırma patlamasına neden olabilir.⁷ Sıvı oksijenin mevcut olması durumunda, sifonu soğuk tutmak, çeker ocak kanadını kapatmak ve durumu başkalarına bildirmek için dewar'ı hemen değiştirin. Tuzağı açık ve sistemi vakum altında bırakın ve yavaşça ısınmaya ve buharlaşmaya bırakın. Manifoldlarda sızıntı olmamasını sağlayarak ve ortam atmosferine vakum maruziyetini sınırlayarak sıvı oksijenin yoğuşmasından kaçınılabilir. Benzer bir olay sıvı argon (B. P. -186 °C) ile de gerçekleşebilir ve bir LN₂ tuzağından önemli miktarda argon pompalanmamasına dikkat edilmelidir.
3. Vakum pompasını kapatın ve solvent tutucu havalandırmasını (varsa) veya ana vakum manifoldundaki bir portu açarak sistemi ortam atmosferine boşaltın.
4. Solvent tuzaklarını çıkarın ve sıkışan uçucu maddeleri uygun atık kabına atın.

2. Hidrokarbon Çözücülerin/Reaktiflerin Kurutulması

DİKKAT: Sodyum metali su ile şiddetli reaksiyona girer. Ketil radikalleri, bazı çözücülerle, özellikle halojenli çözücülerle tehlikeli bir şekilde uyumsuzdur. Belirli bir çözücü için uygun bir kurutucu seçmeden önce uygun referanslara başvurulmalıdır. Laboratuvar Kimyasallarının Saflaştırılması bölümündeki yönergeleri izleyin. ^8-9

1 Bir "Çözücü Kabı" hazırlanması – litre çözücü başına 5 g Ph₂CO. ¹⁰

1. Gerekli cam eşyalar için Şekil 1'e bakın. İnert atmosfer altında, yaklaşık 1 cm^5,6 Na metal (tel veya yığın) ölçün, daha küçük parçalara kesin ve parçaları 24/40 standart konik boyun eklemi olan 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirin.
2. Yaklaşık 1.25 g Ph₂CO tartın ve sodyumla birlikte 500 mL'lik yuvarlak tabanlı şişeye yerleştirin.
3. 500 mL'lik yuvarlak tabanlı şişeye ağır hizmet tipi bir karıştırma çubuğu yerleştirin, ardından minimum miktarda ağır hizmet tipi yüksek vakumlu gres ile yağlanmış 180° 24/40 adaptör kullanarak şişeyi kapatın. Sağlam bir bağlantı sağlamak için bağlantının üzerine bir Keck klipsi yerleştirin.
4. Şişeyi torpido gözünden çıkarın ve Bölüm 1.2.6'da açıklandığı gibi Schlenk/yüksek vakum hattında boşaltın. 180° adaptörü kapatın ve termosu vakum altındayken hattan çıkarın.
5. Çözücü kabının üstüne bir huni takın (yağ kullanmayın!) ve huniyi istediğiniz çözücü ile doldurun. Bir nitrojen hattına bağlı uzun bir iğne kullanarak, kısmen gazını almak için nitrojeni çözücünün içinden kabarcıklandırın.
6. Nitrojen köpürmesini sürdürürken, çözücüyü çözücü kabına sokmak için 180° adaptörü yavaşça açın. Hunideki solvent seviyesi 180° adaptöre yaklaştığında, adaptörü kapatın ve huniyi çıkarın. NOT: Solvent, değişen derecelerde havasız titizlik ile başka şekillerde de verilebilir. Genel olarak, kullanıcılar tencereyi havaya açıkken doldurmayı ve daha sonra gazını gidermeyi seçebilir veya tencereyi doğrudan bir solvent saflaştırma sisteminden alınan önceden kurutulmuş solvent ile doldurmayı seçebilir
.
7. Çözücü kabını birkaç saat karıştırın, bu süre zarfında çözelti koyu mora dönerek sodyum benzofenon ketil radikalinin oluşumunu gösterir. Tencerenin koyu mora dönmemesi durumunda, çözeltinin gazını alın (Bölüm 2.2) ve tekrar karıştırın.

2 Solventin gazını almak için dondurarak pompa-çözdürme

DİKKAT: Sıvı nitrojen, donma-pompa-çözülme döngüleri için çözücüleri "dondurmak" için yaygın olarak kullanılır. Kesinlikle gerekli olmadıkça ve denetçilere danışıldıktan sonra sıvı nitrojen kullanılmaması şiddetle tavsiye edilir. Kapalı bir sistemi sıvı nitrojen sıcaklıklarına soğutmak, sistemde bir sızıntı olması durumunda sıvı oksijenin yoğuşma olasılığını büyük ölçüde artırır. Ayrıca, büyük sıcaklık gradyanı, termal şok nedeniyle camın kırılma olasılığını artırır. Neredeyse tüm durumlarda, -78 °C, minimum solvent kaybıyla gaz giderme için bir sistemi soğutmak için yeterlidir.

1. Schlenk veya yüksek vakum hattını başlatın (Bölüm 1.1) ve solvent kabını manifolda takın (Bölüm 1.1.6).
2. Tencerenin içindekileri -78 °C'ye soğutmak için kuru buz/aseton soğutma banyosu kullanın. Bu, donma noktasına bağlı olarak çözücüyü dondurabilir. NOT: "Dondur-pompa-çöz" ile ilgili yaygın bir yanılgı, çözücünün gazını almak için dondurulması gerektiğidir. Bu doğru değil; Aslında, soğuk bir sıvının gazını almak donmuş bir katıdan daha kolaydır, çünkü gaz katı matriste sıkışıp kalacaktır.
3. Çözücünün donma noktası -78 °C'nin üzerindeyse ve çözücü donmuşsa, tenceredeki gaz boşluğunu çıkarmak için 180° adaptörü açarak çözücü kabını vakumlamak için açın. Sistemin tam vakuma dönmesini bekleyin ve ardından vakumlamak için solvent kabını kapatın.
4. Çözücü kabının oda sıcaklığına dönmesine izin verin ve katı/sıvı karışımında herhangi bir kabarcık oluşup oluşmadığını gözlemleyin. Kabarcıklar varsa, çözücünün gazı tamamen alınmamıştır ve 2.2.2–2.2.4 adımları tekrarlanmalıdır. Gaz giderme için tipik olarak üç "donma-pompa-çözülme" döngüsü yeterlidir.
5. Çözücünün donma noktası -78 °C'nin altındaysa ve çözücü -78 °C'de düşük bir buhar basıncına sahipse, 2.2.3 ve 2.2.4 adımlarını uygulamak yerine, sistemin gazını almak için çözücü kabı yaklaşık 5 dakika (veya kabarcıklanma durana kadar) vakumlamak üzere açılabilir. 5 dakika sonra 180° adaptörü kapatın. Vakum pompası kapanında az miktarda solvent kaybolabilir.
6. Çözücünün donma noktası -78 °C'nin altındaysa ve çözücü -78 °C'de daha yüksek bir buhar basıncına sahipse, iki seçenek mevcuttur: 2.2.3 ve 2.2.4 adımlarını uygulayın ve -78 °C banyosu yerine sıvı nitrojen ile soğutun (daha az çözücü kaybı, daha fazla doğal risk) veya daha kısa süreler için 2.2.5 adımını uygulayın (daha fazla çözücü kaybı, daha güvenli).

3. Vakum transfer solventleri/kimyasalları

1. 500 mL'lik bir Straus şişesi ve U şeklinde bir vakum transfer köprüsünü bir kurutma fırınında (125 ° C) en az 1 saat kurutun.
2. Straus şişesini ve çözücü kabını U şeklindeki köprüye takın ve tüm derzleri gresle hafifçe yağlayın. U şeklindeki köprüyü vakum hattına takın. NOT: Bu ağır sistem, hattan düşmesini ve kırılmasını önlemek için laboratuvar krikoları ve Keck klipsleri ile desteklenmelidir. Manifolddan gelen vakum, onu hatta tutmak için yeterli olmayabilir.
3. Sistemi adım 1.1.6'da açıklandığı gibi boşaltın.
4. Çözücü kabının gazını bölüm 2.2'de açıklandığı gibi boşaltın.
5. Dinamik vakumdan vakum transfer kurulumunu kapatmak için üst U-köprü valfini kapatın. Sistem şimdi Straus valfi açık ve solvent kabı 180° adaptörü kapalıyken statik vakum altında olmalıdır.
6. Alıcı Straus şişesini soğutmak için -78 °C aseton/kuru buzu yükseltmek için bir laboratuvar jakı kullanın. DİKKAT: Kapalı bir sistemi sıvı nitrojen ile soğutmak tehlikelidir, çünkü bir sızıntı olması durumunda sıvı oksijenin yoğuşması için önemli bir şans vardır. Sıvı nitrojen sıcaklıklarında vakumla transfer yapmak daha hızlı olsa da, güvenlikten ödün vermeye değmez. Laboratuvarlarımızda bu uygulama yasaklanmıştır. Bir çözücü -78 °C'de vakumla aktarılamıyorsa, daha iyi bir vakum kullanılması veya termal damıtmanın düşünülmesi önerilir.
7. Çözücü kabını karıştırmak için manyetik karıştırmayı açın, ardından çözücü kabındaki 180° adaptörün vanasını yavaşça açın, böylece çözücü kabındaki sıvı hızla U eklemine kaynamaz.
8. Kısa bir süre sonra, çözücü alıcı şişede yoğunlaşmaya başlamalıdır. Çözücü kabı neredeyse kuruyana veya istenen miktarda çözücü toplanana kadar bekleyin. Alıcı Straus şişesindeki vanayı ve yeniden doldurulabilen veya tekrar kullanılabilen solvent kabındaki valfi kapatın.
9. Solvent kabı aktarım sırasında donarsa, Straus şişe valfini kapatın ve devam etmeden önce çözücü kabının oda sıcaklığına ısınmasına izin verin.
10. Vakum transferi çok yavaşsa veya yavaşlarsa, bölüm 2.2'deki protokolleri izleyerek sistemin gazını yeniden alın.

4. Toplanan çözücünün bir nitrojen torpido gözünde test

1 Ketil çözeltisinin hazırlanması

1. 20 mL'lik bir şişede 0.137 g Ph₂CO ve daha fazla 0.028 g Na metali tartın.
2. Şişeye 20 mL THF ve küçük bir karıştırma çubuğu ekleyin, ardından şişeyi kapatın ve gece boyunca karıştırın. Bu, şişenin dibinde küçük bir fazla Na kalan 0.0337 M Na / Ph₂CO ketil radikalinin koyu mor bir çözeltisini oluşturmalıdır.

2 Toplanan çözücünün titrasyonu

1. Test edilecek çözücünün yaklaşık 4 mL'sini 4 mL'lik bir şişeye pipetleyin.
2. Tek bir damla mor Na/Ph₂CO THF solüsyonunu şişeye dikkatlice damlatmak için bir Pasteur pipeti kullanın.
3. Şişeyi temiz bir pipet ucuyla nazikçe karıştırın ve elde edilen rengi analiz edin. 10 ppm H₂O veya daha düşük olan çözücü soluk mor kalmalıdır. (Mavi değil)
4. Çözücü Ph₂CO radikali (örneğin diklorometan gibi halojenli çözücüler) ile reaksiyona girecekse, çözücüyü Karl Fischer titrasyonu veya döteryumlu çözücüler söz konusu olduğunda ^1,2,3H NMR spektrometresi ile test edin.

Bazı kimyasal reaksiyonlar su ve oksijenden uzak tutulmalıdır. Schlenk serisi, havaya ve neme duyarlı reaktiflerin güvenli bir şekilde taşınmasında kullanılan ikili bir manifolddur.

Cihaz 1920'lerde Wilhelm Schlenk tarafından icat edildi. Tasarımının önemli bir bileşeni Schlenk şişesidir. İhtiyaca göre sisteme vakum veya inert gazın uygulanabileceği bir vanaya sahiptir. Boyun açıklığı başka bir aparatla arayüzlenebilir veya bir septum ile kapatılabilir ve hava girişi olmadan reaktifler eklenebilir.

Reaktifler cihaza verildikten sonra, oksijen ve su içermeyen bir ortamda manipüle edilebilirler.

Bu videoda, bir Schlenk hattı için temel çalışma prosedürleri vurgulanacak ve ardından solventlerin vakumla transferi yoluyla laboratuvarda çalışma prensibi gösterilecektir.

Bir Schlenk hattı, bir hat bir vakum sağlamak için kullanılan ve başka bir hat inert gaz vermek için kullanılan boru şeklinde bir cam cihazdır. Birlikte, sistem çift manifold olarak adlandırılır. Çift manifold, çeşitli reaksiyon aparatlarına yol açan kalın kauçuk borulara sahip dört ila altı valfli porta sahiptir. İnert gaz manifoldu, basınç ayarlı bir inert gaz kaynağına bağlanır. Hat basıncını atmosferik basıncın biraz üzerinde tutmak için bir yağ fıskiyesi aracılığıyla havalandırılır. Yağ fıskiyesi ayrıca ortam havasının manifolda girmesini önleyerek hattın kirlenmesini önler.

Vakum manifoldu bir vakum pompasına bağlıdır. Uçucu bileşenleri yoğunlaştırmak ve böylece vakum pompasına girmelerini ve vakum pompasına zarar vermelerini önlemek için vakum manifoldu ile pompa arasına genellikle sıvı nitrojen veya kuru buz bulamacı ile soğutulan bir kriyojenik tuzak yerleştirilir.

Bir Schlenk hattı sistemi, solventlerin vakum transferi gibi birçok teknik ve reaksiyon için kullanılabilir. Bu, havasız bir ortam sağlarken solventlerin kaptandan tanka transferini içerir.

Şimdi ilkelerini anladığınıza göre? Schlenk hattı çalışması, hava ve oksijen içermeyen bir solvent transferini görelim.

Başlamak için, manifold üzerindeki tüm çalışma portlarının kapalı olduğundan ve tüm bağlantıların yüksek vakum gresi ile düzgün şekilde kaplandığından emin olun.

Solvent tuzaklarını vakum hattına takın ve vakum pompasını açarak kapatın.

Vakumlu Dewar'ları solvent tuzağının etrafına yerleştirin ve pompayı kriyojenik olarak korumak için sıvı nitrojen ile doldurun.

Düzenlenmiş inert gaz akışını açın ve fıskiyeyi izleyerek ayarlayın. Schlenk şişesi gibi istenen aparatı, kalın kauçuk boru veya standart konik cam eşya kullanarak manifold portuna bağlayın.

Önce reaksiyon portunu vakumlamak için açarak ve şişeyi tamamen boşaltarak şişedeki üst boşluğu boşaltın. Süpürmek için portu kapatın ve ardından inert gaza reaksiyon portunu yavaşça açın ve fıskiye tekrar kabarmaya başlayana kadar bekleyin. İnert gaza reaksiyon portunu kapatın ve işlemi iki kez daha tekrarlayın.

Bir sonraki adım, bir çözücü kabı hazırlamaktır. Bu, hassas reaksiyonlar için su ve oksijen içermeyen çözücü üretmek için kullanılır. Bu prosedür, ortak benzofenon-sodyum kurulumunu kullanır.

Başlamak için, cam eşyaları ve reaktifleri inert atmosfer altında bir torpido gözüne yerleştirin. Yaklaşık bir santimetreküp sodyum metali ölçün ve daha küçük parçalar halinde kesin. Parçaları, standart bir konik boyun eklemi olan 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirin. 1.25 g benzofenon tartın ve sodyumla birlikte yuvarlak tabanlı şişeye yerleştirin. Ağır hizmet tipi bir karıştırma çubuğu ekleyin.

Şişeyi 180 kullanarak kapatın? Minimum miktarda ağır hizmet tipi yüksek vakumlu gres ile yağlanmış 24/40 adaptör. Güvenli bir bağlantı sağlamak için bağlantının üzerine bir Keck klipsi yerleştirin.

Şişeyi torpido gözünden çıkarın ve Schlenk hattını kullanarak şişenin üst boşluğunu boşaltın. 180'i mühürlemek mi? adaptör ve vakum altındayken şişeyi hattan çıkarın.

Çözücü kabının üstüne bir huni takın ve huniyi yaklaşık 300 mL istenen çözücü ile doldurun. Bir nitrojen hattına bağlı uzun bir iğne kullanarak, kısmen gazını almak için nitrojeni çözücünün içinden kabarcıklandırın.

Nitrojen köpürmesini sürdürürken, 180'i yavaşça açın? çözücüyü çözücü kabına sokmak için adaptör. Hunideki çözücü seviyesi adaptöre yaklaştığında, adaptörü kapatın ve huniyi çıkarın.

Tencereyi birkaç saat karıştırın. Çözelti koyu mora dönecek ve sodyum benzofenon ketil radikalinin oluşumunu gösterecektir. Radikalin oluşumu, çözücünün kuru ve oksijensiz olduğunu gösterir. Tencere koyu mora dönmezse, çözeltinin gazını alın. Bu koleksiyonun "Donma-Pompa-Çözülme Döngüsü ile Sıvıların Gazdan Arındırılması" bölümünde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi dondur-pompa-çöz tekniğini kullanın.

500μ ml'lik bir Straus şişesini ve U şeklinde bir vakum transfer köprüsünü bir kurutma fırınında kurutun. Bir Straus şişesi, iki boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişedir. Bir tapa valfinin bağlanmasına izin vermek için bir boyun dişlidir.

Tüm derzleri vakumlu gres ile hafifçe kaplayın ve U şeklindeki köprüyü vakum hattına takın. Straus şişesini ve çözücü kabını U şeklindeki köprüye bağlayın. Keck klipsleri kullanarak ağır sistemi yerine sabitlediğinizden emin olun. Sistemi boşaltın ve çözücüyü daha önce açıklandığı gibi gazdan arındırın.

Vakumu kapatmak için üst U köprüsü valfini kapatın. Sistem, Straus valfi açıkken ve solvent kabı 180 açıkken statik vakum altında olmalıdır. adaptör kapalı. Alıcı Straus şişesini soğutmak için -78 derecelik aseton/kuru buz bulamacını yükseltmek için bir laboratuvar jakı kullanın.

Çözücü kabını karıştırmaya başlayın ve ardından 180'in muslukunu yavaşça açın. Adaptör. Sıvının U eklemine hızlı bir şekilde kaynamaması için musluğu yavaşça çevirdiğinizden emin olun. Solvent, alıcı şişede yoğunlaşmaya başlayacaktır. Solvent kabı aktarım sırasında donarsa, Straus şişe valfini kapatın ve devam etmeden önce çözücü kabının oda sıcaklığına ısınmasına izin verin.

Solvent transferi çok yavaşsa, dondur-pompa-çöz kullanarak sistemin gazını tekrar boşaltın.

Çözücü kabı neredeyse kuruyana veya istenen miktarda çözücü toplanana kadar bekleyin. Alıcı şişedeki ve çözücü kabındaki vanayı kapatın. Mühürlü şişe artık sistemden çıkarılabilir.

Sistemi kapatmak için önce tüm manifold portlarını kapatın ve inert gaz akışını kapatın.

Ardından, çözücü tuzağını ve Dewars'ı çıkarın. Tuzakta herhangi bir mavi sıvı varsa, muhtemelen sıvı oksijen olabileceğinden çok dikkatli olun. Uygun eylem için güvenlik protokollerine danışın.

Schlenk hat sistemleri, organik kimyada çok çeşitli havaya duyarlı reaksiyonlarda kullanılır.

Kuantum noktaları, tek moleküllü floresan görüntüleme için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu örnekte, kuantum noktaları bir Schlenk çizgisi kullanılarak inert bir atmosfer altında sentezlendi. Küçük kadmiyum selenit kuantum nokta çekirdekleri ilk olarak inert gaz ve vakum koşulları altında sentezlendi. Floresan özellikleri nanopartikülün boyutuna göre belirlenir.

Selenyum, çekirdeklerin sentezini tamamlamak için hızlı bir şekilde kadmiyum çözeltisine enjekte edildi. Daha sonra cıva ve biyouyumlu polimer kaplamalarla işlevselleştirildiler ve floresan verimleri arttırıldı. Noktaların floresan süresi, geleneksel boyaların veya proteinlerin floresan süresini çok aştı.

Uçucu ve havaya duyarlı gazların taşınması ve analizi tipik olarak zordur, ancak bir Schlenk hattı kullanılarak güvenli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu örnekte, uçucu gazlar bir Schlenk hattı kullanılarak kilitlenebilir bir test tüpüne aktarılmıştır.

Test tüpü, gazları yoğunlaştırmak ve test tüpünde hapsetmek için sıvı nitrojen kullanılarak soğutuldu. İçerdiği gazlar daha sonra kilitli test tüpü ve özel bir bağlantı sistemi kullanılarak bir kütle spektrometresine aktarıldı.

JoVE'nin Schlenk hat sistemine girişini yeni izlediniz. Artık bir Schlenk hattını nasıl çalıştıracağınızı, solventleri nasıl kurutacağınızı ve saflaştıracağınızı ve bir vakum transferinin nasıl gerçekleştirileceğini anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!