Overview
Quelle: Labor von Dr. Dana Lashley - College of William and Mary
Von: Timothy Beck und Lucas Arney
Viele Reaktionen in der organischen Chemie sind feuchteempfindlicher und müssen unter sorgfältiger Ausschluss von Wasser durchgeführt werden. In diesen Fällen werden die Reagenzien haben eine hohe Affinität zu Wasser aus der Atmosphäre zu reagieren und wenn links die gewünschte Reaktion ausgesetzt nicht stattfinden oder schlechte Erträge geben, weil der Edukte chemisch verändert werden.
Diese Reaktionen müssen zur Vermeidung von unerwünschten Reaktionen mit H2O unter inerter Atmosphäre durchgeführt werden. Inerter Atmosphäre entsteht durch die Reaktion unter Stickstoffgas oder in mehr Fällen unter einem Edelgas wie Argon ausgeführt.
Jede Komponente in einer solchen Reaktion muss völlig wasserfrei oder wasserfrei sein. Hierunter fallen alle Reagenzien und Lösungsmitteln verwendet sowie alle Glaswaren und Geräte, die in Kontakt mit den Reagenzien kommen wird. Extrem Wasser-empfindlichen Reaktionen erfolgen innerhalb einer Glovebox bietet eine komplett geschlossene aus wasserfreien Umgebung unter über ein paar Handschuhe zu arbeiten, die auf einer der Seiten der Kammer heraus ragt.
Procedure
Chemische Reaktionen, die feuchteempfindlicher müssen in einem wasserfreien oder wasserfrei, Umfeld durchgeführt werden.
Reagenzien und Reaktionspartner können manchmal mit reagieren oder Wasser aus der Atmosphäre aufnehmen. Wenn dies geschieht, der chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Reagenzien ändern können und die gewünschte Reaktion nicht dauert platzieren oder führen zu einer schlechten Ausbeute.
Um zu verhindern, dass unerwünschte Reaktionen mit Wasser vorkommenden empfindlich sind Reaktionen unter inerter Atmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, mit wasserfreiem Reagenzien und Geräten durchgeführt. Extrem Wasser-empfindlichen Reaktionen müssen innerhalb einer Glovebox durchgeführt werden, die eine wasserfreie Umgebung beibehalten kann. Dieses Video zeigen wie man richtig Glaswaren, Lösungsmittel und Reagenzien zu trocknen, um eine wasserfreie Reaktion führen.
Die chemische Zusammensetzung des Glases bewirkt, dass ein Wasserfilm auf die Oberfläche zu beschichten, die entfernt werden müssen, bevor eine wasserfreie Reaktion vorbereitet. Wärme oder Aceton ist oft verwendet, um diese Schicht aus sauberen Gläser vor dem Gebrauch zu entfernen.
Viele Lösungsmittel auch Wasser aus der Umgebung aufnehmen und müssen vor Gebrauch getrocknet werden. Solvent Stills oder Trockenmittel sind oft verwendet, um Wasser vor der Einrichtung einer Reaktion zu entfernen.
Solvent Standbilder verwenden Alkalimetalle wie Natrium reagiert mit Wasser und lassen ein Restwassergehalt von rund 10 Teile pro million.
Trockenmittel sind stark hygroskopisch Feststoffe, was bedeutet, dass sie ohne weiteres Wasser aufnehmen. Bestimmte Trockenmittel, wie Natriumsulfat, werden verwendet, um kleine Mengen von einem organischen Lösungsmittel Wasser entziehen und müssen vor der weiteren Verwendung herausgefiltert werden.
Molekularsiebe sind die am häufigsten verwendeten Trockenmittel und werden verwendet, um größere Mengen an Lösungsmitteln zu trocknen. Sie bestehen aus einem mikroporöse Material bestehend aus Natrium und Kalzium Silicate.
Molekularsieben arbeiten durch Überfüllung Wasser in die Perlen, die effektiv vom Lösungsmittel zu entfernen. Einmal verwendet, sie können in einem Ofen regeneriert werden.
Schließlich gibt es mehrere Möglichkeiten, um solide Reagenzien trocken. Einer wird durch Speicherung in einem Ofen 15-20 ° C unter dem Schmelzpunkt festgelegt. Die Hitze treibt Wasser aus das Reagenz hinterlässt eine chemische Verbindung.
Wenn der Feststoff kann nicht beheizt werden oder zu niedrigen Schmelzpunkt kann es in einem Vakuum Exsikkator getrocknet werden. Nach dem Trocknen kann das wasserfreie Reagenz in einer Flasche unter inerter Atmosphäre in den Exsikkator gespeichert.
Nun, da Sie die Konzepte hinter trocknen die Geräte und Reagenzien für wasserfreie Reaktionen gesehen haben, werfen wir einen genaueren Blick und sehen wie es im Labor gemacht wird.
Glas in einem Ofen trocknen, sammeln Sie zunächst alle erforderlichen Komponenten für die Reaktionsvorrichtung. Entfernen Sie alle Stücke, die nicht aus Glas wie der Hahn von einem Schlenk-Kolben.
Legen Sie das Glas in einem trocknen Backofen auf 125 ° C und Backen Sie für mindestens 24 Stunden vor Gebrauch gesetzt.
Nach 24 Stunden Wärme Schutzhandschuhe anziehen und die Gläser aus dem Ofen nehmen. Montieren Sie das Gerät, während das Glas noch heiß ist.
Wenn das Glas komplett montiert und cool ist, spülen Sie das Gerät mit einem inerten Gas wie Stickstoff. Zu guter Letzt wieder fügen Sie keine Stücke hinzu, die vor dem Trocknen entfernt wurden. Das Glas ist nun bereit für die wasserfreie Reaktion.
Eine schnellere Variante als Ofen trocknen Glaswaren soll einen Bunsenbrenner verwenden. Bestimmte Gläser sollten nicht Flamme getrocknet werden, so stellen Sie sicher, dass das Setup sicher trocken vor Beginn der Flamme. Um zu beginnen, richten Sie das vollständige Gerät und entfernen Sie alle Komponenten, die nicht aus Glas gefertigt sind.
Hitzebeständige Handschuhe ziehen Sie an, dann leuchten Sie die Bunsenbrenner. Beginnen Sie Flamme trocknen der Gläser durch Erhitzen der Unterseite des Geräts. Fahren Sie das Wasser aus dem Setup durch die Flamme nach oben verschieben. Fortfahren Sie, bis beschlagen und Haltestellen zu dämpfen.
Warten auf das Gerät, bis auf etwa 60 ° Cabkühlen lassen, dann verwenden Sie hitzebeständige Handschuhe und fügen Sie den Rest des Apparates, die vor der Flamme Trocknung entfernt wurde.
Zum Trocknen von Lösungsmitteln mit Molekularsieben zuerst fügen Sie sie in einem Thermo-stabile Glasbehälter.
Die Siebe muss zuerst getrocknet für den ordnungsgemäßen Betrieb, so stellen Sie den Behälter in eine 300 bis 350 ° C Backofen und backen für 3 – 3 ½ h.
Wenn die Kugeln trocken sind, verwenden Sie hoch hitzebeständige Handschuhe, um den Behälter entfernen und speichern Sie es in einem Trockenschrank bei Temperaturen über 120 ° C. Nach dem Trocknen können die Molekularsiebe wochenlang vor Gebrauch gespeichert werden.
Wenn sie benötigt werden, entfernen Sie die Perlen aus dem Trocknen Backofen oder Exsikkator. Arbeiten Sie schnell und decken Sie den Container ab diesem Zeitpunkt Kontakt der Perlen mit atmosphärischem Wasser zu minimieren.
Wenn die Perlen aus Backofen entfernen lassen Sie etwa Raumtemperatur abkühlen lassen.
Wiegen Sie die notwendige Menge an aktiven Perlen auf einer Skala. Zum Beispiel um 10 % zu erreichen Masse Volumen der Perlen in einer 500 mL Flasche des Lösungsmittels, 50 g Perlen sind erforderlich.
Das Lösungsmittel die Perlen hinzufügen. Für eine flüchtige Lösungsmittel, wie z. B. Dichlormethan, lassen Sie den Deckel auf die Flasche aber warten Sie wenige Minuten vor voll Schrauben den Deckel zu vermeiden Druckaufbau.
Versiegeln Sie die Gegend um den Deckel durch Umwickeln es mit Parafilm, Feuchtigkeit fernhalten. Das Lösungsmittel mit Perlen für mindestens 24 h danach speichern, wasserfreie Lösungsmittel eingesetzt werden, in einer Reaktion.
Alternativ können Lösungsmittel Standbilder mit Natrium-Metall und Benzophenon trocknen Lösungsmittel verwendet werden.
Solide Reagenzien werden häufig in organischen Lösungsmitteln aufgelöst. Vor dem Entfernen der Flüssigkeit und Wiederherstellung der festere Reagenz muss überschüssiges Wasser aus der Lösung entfernt werden.
Besorgen Sie ein trockenes Gefäß und fügen Sie die Lösung. Fügen Sie ein Trockenmittel in den Container mit einem Spatel. Das Trockenmittel wird zunächst verklumpen, sondern fügen hinzu, bis frisch hinzugefügt Trockenmittel nicht mehr Klumpen und bewegt sich frei.
Decken Sie den Container mit einem Stopfen oder Alu-Folie und lassen Sie die Lösung für mindestens 1 h sitzen.
Entfernen Sie die überschüssige Trockenmittel montieren Sie ein Vakuum-Filtration-Apparat mit einem Büchner Trichter und Seitenarm Kolben. Hinzufügen des Büchner-Trichters, Filterpapier, dann schalten Sie das Vakuum.
Dekantieren Sie langsam die organische Phase in den Büchner-Trichter. Vermeiden Sie übertragen das Trockenmittel wie die Filter verstopfen kann. Wenn die meisten der Flüssigkeit auf den Trichter übertragen und in die Flasche unten abgelassen wurde, den Rest mit Trockenmittel und lassen Sie ihn für ein paar Minuten sitzen.
Schalten Sie das Vakuum und übertragen Sie die gefilterte Lösung in eine trockene Runde untere Kolben. Schließen Sie Rundboden-Flasche an einen Drehverdampfer an und entfernen Sie alle Lösungsmittel unter vermindertem Druck. Die festen oder flüssigen, dass bleibt jetzt trocken sein sollte.
Einen bereits solide Reagenz Ort der Verbindung in einem offenen Behälter trocknen und sein Gewicht zu bestimmen. Dann legen Sie es in einen Trockenofen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Volumenkörpers festgelegt. Lassen Sie das Reagenz für mehrere Stunden im Ofen trocknen.
Nehmen Sie den Behälter aus dem Ofen und in den Exsikkator gestellt. Führen Sie die Probe auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Vakuumtrockenschrank und stellen Sie sicher, dass die Masse weniger als vorher Backofen trocknen. Wiederholen Sie die Trocknung Schritte, bis das Gewicht nicht mehr ändert. In diesem Fall ist das Reagenz ausreichend trocken.
Wenn das Reagens nicht sofort verwendet werden muss, spülen Sie den Behälter mit einem inerten Gas wie Stickstoff und den Deckel umwickeln Sie Parafilm. Stellen Sie den Behälter in den Exsikkator gestellt und speichern Sie, bis das Reagenz benötigt wird.
Wasserfreie Reaktionen werden in einer Vielzahl von wichtig organische Chemie-Synthesen verwendet.
Ein klassisches Beispiel für eine Reaktion, die unter wasserfreien Bedingungen getan werden muss ist die Grignard-Reaktion. Im ersten Schritt der Reaktion ist es unerlässlich, dass nicht einmal die kleinste Spuren von Wasser vorhanden sein. In Gegenwart von Wasser wird das Grignard-Reagenz bevorzugt als Basis, die zum Verlust der nukleophilen Aktivität und Form unerwünschter Nebenprodukte handeln.
Viele organische Synthesen müssen in extrem trockenen Bedingungen, wie bei diesem Beispiel der Synthese von organischen Magnet durchgeführt werden. Das Vorläufer-Material in diesem Fall Natrium-Metall ist pyrophor, d.h. es ist extrem Feuchtigkeit empfindlich und kann leicht entzündliche oder sogar explosive beim Kontakt mit Feuchtigkeit in der Luft.
Lithium-Ionen-Batterien sind auch extrem Feuchtigkeit empfindlich und müssen in einem Handschuh-Box oder Trockenraum zusammengebaut werden. Die negative Elektrode besteht aus einem zusammengesetzten, Lithium während das Elektrolyt eine halogenierte Lithiumsalz enthält. Da Lithium Feuchtigkeit empfindlich ist würde jede Spur Wasser in die Batteriezelle selbst eingeführt Kapazität verringern.
Sie sah nur Jupiters Einführung in wasserfreien Reagenzien Vorbereitung und Ausrüstung. Sie sollten jetzt verstehen, wie vorbereiten, Glaswaren, Lösungsmittel und Reagenzien, die alle für den Einsatz in chemischen Reaktionen wasserfrei sind.
Danke fürs Zuschauen!
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Results
Ein klassisches Beispiel für eine Reaktion, die unter wasserfreien Bedingungen getan werden muss ist die Grignard-Reaktion. (Gleichung 1)
Im ersten Schritt der Reaktion tritt der nukleophilen Angriff des Grignard-Reagenz RMgX auf einem Elektrophil (in diesem Fall ein Keton). In diesem Schritt ist es unerlässlich, dass nicht einmal die kleinste Spuren von Wasser vorhanden sein. Das Grignard-Reagenz, während ein starkes nucleophil ist eine noch stärkere Basis. In Gegenwart von Wasser fungiert sie bevorzugt als Basis und Deprotonate Wasser, was zum Verlust der nukleophilen Grignard-Reagenz und bei der Bildung von einem Alkan ein unerwünschtes Nebenprodukt. (Gleichung 2)
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References
- Burfield, D. R. and Smithers, R. H. Desiccant efficiency in solvent and reagent drying. 7. Alcohols. J. Org. Chem. 48 (14), 2420-2422 (1983).
- Williams, D. B. G. and Lawton, M. Drying of Organic Solvents: Quantitative Evaluation of the Efficiency of Several Desiccants. J. Org. Chem. 75 (24), 8351-8354 (2010).
