Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Organic Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

הכנת ריאגנטים וציוד נטולי מים
 
Click here for the English version

הכנת ריאגנטים וציוד נטולי מים

Overview

מקור: המעבדה של ד"ר דנה לאשלי - מכללת ויליאם ומרי
הפגינו: טימותי בק ולוקאס ארני

תגובות רבות בכימיה אורגנית רגישות ללחות ויש לבצען תחת הדרה זהירה של מים. במקרים אלה ריאגנטים יש זיקה גבוהה להגיב עם מים מן האטמוספירה ואם עזב חשוף התגובה הרצויה לא תתקיים או לתת תשואות גרועות, כי המגיבים משתנים כימית.

על מנת למנוע תגובות לא רצויות עם H2O תגובות אלה צריכות להתבצע תחת אווירה אינרטית. אטמוספרה אינרטית נוצרת על ידי הפעלת התגובה תחת גז חנקן, או במקרים רגישים יותר, תחת גז אצילי כגון ארגון.

כל מרכיב בתגובה כזו חייב להיות נטול מים לחלוטין, או ללא מים. זה כולל את כל ריאגנטים וממסים בשימוש, כמו גם את כל כלי זכוכית וציוד שיבואו במגע עם ריאגנטים. תגובות רגישות מאוד למים חייבות להתבצע בתוך תא כפפות המספק סביבה אטומה לחלוטין לעבוד תחתיו באמצעות זוג כפפות הבולטות לאחד משני צדי התא.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ייבוש כלי זכוכית

כלי זכוכית חייבים להיות יבשים לחלוטין בעת הפעלת תגובות עם מולקולות רגישות למים. זכוכית, המורכבת מסיליקון דו-חמצני (SiO2), יש עקבות מיקרוסקופיות של מים ספיחה על פני השטח שלה, גם כאשר הוא נראה יבש לעין. קשרי Si-O מושכים מים וכתוצאה מכך סרט של מולקולות מים מתחיל לכסות את פני השטח של זכוכית ולהצטבר לאורך זמן. על מנת לשחרר כלי זכוכית ממים ניתן לייבש אותו במהלך הלילה בתנור או לחילופין להתייבש ישירות לפני ביצוע התגובה. הימנע שטיפת כלי זכוכית באותו היום כמו הפעלת תגובה בתוכו. הערה: עבור תגובות שאינן רגישות מאוד למים ניתן לשטוף את כלי הזכוכית עם אצטון ישירות לפני השימוש. שיטת ייבוש זו אינה מספיקה לחלוטין לתגובות כגון תגובת גרינגארד.

יתרונות וחסרונות של השיטות השונות:
ייבוש כלי זכוכית בתנור הוא זמן רב אבל הוא גם נוח מאוד ועובד היטב עבור כל סוגי כלי זכוכית. כלי זכוכית לייבוש להבות הוא הרבה יותר מהר אבל דורש את ההקמה של מבער Bunsen (שהוא תמיד חשש בטיחות נוסף) ולא ניתן להשתמש בו עם בקבוקונים חרוט. בשל עובי הבסיס בהשוואה לשאר בקבוקון חרוט המתח שנוצר במהלך חימום יכול לגרום סדקים בכוס. בעוד ייבוש כלי זכוכית עם אצטון הוא תיקון מהיר מאוד עבור תגובות שאינן רגישות מדי, יש לזכור תמיד את הפסולת הממס שנוצר ואת העלות ואת הנטל הסביבתי הקשורים לזה.

ייבוש ממיסים

טכניקות רבות ושונות קיימות לייבוש של ממיסים בדרגות שונות של יעילות. מעבדות מסוימות משתמשות במערכות זמינות מסחרית לייבוש ממסים. מערכות אלה מעסיקות מה שנקרא רכבות ייבוש ויכולות לייבש מספר סוגים שונים של ממיסים בו זמנית. שיטה זו בטוחה מאוד ונוחה אך יקרה למדי ואינה זמינה ברוב המעבדות. ניתן להשיג כך ערכי תכולת מים שיורית של 1-10 ppm.

שיטה נוספת של ייבוש ממיסים היא על ידי שימוש במתכות תגובתיות מאוד כגון נתרן במה שמכונה סטילס ממס. שיטה זו מהווה מספר חששות בטיחות בשל הסיכון לשריפות ופיצוצים ואינה מבוצעת בדרך כלל על ידי סטודנטים במעבדות הוראה לתואר ראשון. עם זאת, הוא משמש לעתים קרובות במעבדות מחקר על ידי סטודנטים ואנשי מקצוע מתקדמים יותר. סטילס ממס יספק ממיסים יבשים למדי ויש להשתמש בו לייבוש נרחב של אתרים (THF, diethylether, וכו ') או פחמימנים. הערה: שיטה זו לעולם לא צריכה לשמש לייבוש של ממיסים כלור כי תגובה נפץ עלולה להתרחש. בעת ייבוש עם מתכת נתרן מחוון הנקרא בנזופנון משמש כדי לפקח על התקדמות הייבוש. בנוכחות מים הפתרון יהיה ברור או צהוב, אבל כאשר הממס יבש הפתרון יהיה כחול או סגול. בנזופנונה הוא קטון ומגיב עם נתרן מתכתי (Na0) לקיצוני קטיל, בעל צבע כחול / סגול. בנוכחות מים הרדיקלי הוא פרוטונציו לתת מוצר חסר צבע. תכולת המים השיורית שהושגה בשיטה זו היא בדרך כלל סביב 10 ppm.

מים עשויים גם להיות מוסרים ריאגנטים נוזליים או ממסים על ידי שימוש של ייבוש, או חומרי ייבוש. אלה הם מוצקים הייגרוסקופיים מאוד, כלומר הם סופגים בקלות ובכך להסיר מים מנוזל אורגני. בשנים האחרונות פותחה שיטה יעילה מאוד באמצעות מסננות מולקולריות לייבוש של ממיסים שונים. שיטה זו היא הרבה יותר נוח מאשר השימוש של ממס מתכת פעיל סטילס עוקף את חששות הבטיחות של שיטה זו. מסננת מולקולרית נפוצה, וכנראה התבשן היעיל ביותר הזמין כיום. הם חומר מיקרו-נקבובי עשוי נתרן וסידן אלומינוזיליקטים. מידות הנקבוביות של מסננות מולקולריות יכולות להשתנות בדרך כלל בין 2-5 Å (0.2-0.5 ננומטר) ומשמשות ללכידה או ספיגה של מולקולות קטנות בעוד מולקולות גדולות יותר אינן מתאימות לנקבוביות. מסננים מולקולריים זמינים בצורת אבקה או חרוזים וניתן להשתמש בהם כדי ללכוד מים (מולקולה קטנה) ובכך להסיר אותו מנוזל אחר בגודל מולקולרי גדול יותר. מסננות מולקולריות הן גם מרכיבים נפוצים במוצרי חיי היומיום, למשל המלטה של חתולים. מסננת מולקולרית מופעלת בתנור בטמפרטורות מעל 300 °C בלחץ אטמוספרי למינימום של 3 שעות אבל טוב יותר לילה. בתנור ואקום טמפרטורה של כ -200 מעלות צלזיוס תספיק. תהליך הפעלה זה מסיר את כל המים שבהם הנקבוביות רוויות אפילו בבקבוק חדש שנרכש ופתח טרי של מסננות מולקולריות. לאחר ההפעלה יש לאחסן את מסננת מולקולרית בתנור ייבוש קונבנציונאלי בטמפרטורות מעל 120 °C (70 °F) או בייבוש במשך מספר שבועות לפני הדורשים הפעלה מחדש. הערה: אם מסננים מולקולריים עדיין פעילים ניתן לקבוע בקלות על ידי הצבת כמות קטנה של חרוזים ביד כפפות ואחריו שני שווה ערך נפח של מים חרוזים. אם התממנות עדיין פעילות, הן יהיו חמות מאוד למגע.

ממסים מיובשים על ידי הסרת החרוזים מהתנור או המיובש ומצוננים לטמפרטורת החדר לפני הוספתם לממס של בחירה. הממס מיובש מעל החרוזים לפחות 12 h-5 ימים לפני הממס נחשב נטול מים וניתן להשתמש בו בתגובה.

אורך זמן האחסון תלוי בממס כמו גם כמות מסננת מולקולרית הנדרשת. פעולה זו מדווחת בדרך כלל כטעינת % מסה / נפח (m/v) ומתארת את כמות מסננות מולקולריות המשמשות לכל נפח של ממס. לדוגמה 5% m/v פירושו כי 5 גרם של מסננת מולקולרית מתווספים לכל 100 מ"ל של ממס.

עבור ממיסים נפוצים כגון dichloromethane (DCM), acetonitrile, או toluene זמן אחסון של 24 שעות על 3-Å מסננים מולקולריים עם 10% m /v מספיק כדי להגיע לערכים ppm נמוכים מאוד עבור תכולת מים שיורית (0.1-0.9 ppm). Tetrahydrofuran (THF) לעומת זאת צריך להיות מיובש למשך 3 ימים באמצעות 20% מ '/v של 3-Å מסננת מולקולרית להגיע כמויות נמוכות של מים של כ 4 ppm. אלכוהול במסה נמוכה יותר כגון מתנול או אתנול צריך אפילו להיות מאוחסן על 5 ימים על 3-Å מסננות מולקולריות ו 20% m /v, אשר יניב תכולת מים שיורית של 8-10 ppm. אלכוהול במשקל מולקולרי גבוה יותר צריך להיות מיובש באמצעות אבקת 3-Å מסננים ולא חרוזים. אבקת מסננת מולקולרית ספיח בקצב הרבה יותר מהר מאשר חרוזים. התוצאה היא ספיחות לא סלקטיביות של מולקולות ממס שהן קטנות מספיק כדי להתחרות במים לכניסה לנקבבובית מסננת (למשל מולקולות אלכוהול קטנות, כגון מתנול). עבור אלכוהול במשקל מולקולרי גדול זה בטוח להשתמש בצורה אבקה פעילה יותר של מסננת כי הם גדולים מדי כדי להתחרות עם מים עבור הנקבוביות. 1 הערה: אלכוהול הם בדרך כלל מאוד hygroscopic וכמויות מים שיורית נמוכה מאוד לא ניתן להגיע. טבלה 1 מסכמת את הממצאים עבור הממסים הנפוצים שתוארו לעיל.

שים לב כי חרוזים 4-Å מעט גדולים יותר משמשים לייבוש של אמינים, דימתילפורמיד (DMF) והקסמתיל פוספורמיד (HMPA) על ידי אחסונם מעל החרוזים באמצעות 5% w /v עבור 24 שעות לפחות. מסננות מולקולריות לא צריך לשמש לייבוש אצטון, כי הם בסיסיים לגרום תגובת אלדול אצטון.

יתרון גדול נוסף של מסננות מולקולריות הוא שהם יכולים להיות ממוחזרים על ידי שטיפה אותם ביסודיות עם ממס אורגני נדיף, ואחריו ייבוש אותם ב 100 °C (50 °F) במשך כמה שעות קודם (או לחילופין ייבוש אוויר) לפני הפעלה מחדש אותם כרגיל בטמפרטורות מעל 300 °C לפחות 3 שעות. אצטון עשוי להצית אוטומטית בטמפרטורות גבוהות של > 400 °C (600 °F). אז צריך להיות בטוחים שהוא התאדה לחלוטין לפני העברת החרוזים לתנור בטמפרטורה גבוהה. הערה: במעבדות לתואר ראשון ממיסים מיובשים לפעמים באמצעות סוכני הייבוש המפורטים בטבלה 2 בסעיף שלהלן. שיטה זו מספיקה לתגובות שאינן רגישות מאוד למים אך לא יהפכו ממיסים יבשים מספיק כדי להפעיל תגובות רגישות כגון תגובת Grignard.

הממס % m/v זמן אחסון ממס מעל 3 מסננים מולקולריים תכולת מים שיורית (ppm)
DCM 10% 24 שעות ~0.1
Acetonitrile 10% 24 שעות ~0.5
טולואן 10% 24 שעות ~0.9
THF 20% 3 ימים ~4.1
מתנול 20% 5 ימים ~ 10.5
אתנול 20% 5 ימים ~8.2

טבלה 1. כמות ייבוש, זמן ייבוש ותכולת מים שיורית עבור ממסים שונים מיובשים מעל 3 מסננים מולקולריים Å. 2

ייבוש ריאגנטים

ריאגנטים בתגובה כימית יכולים להיות מוצקים או נוזליים (ובמקרים נדירים מאוד גזים). שיטות שונות משמשות מוצקים יבשים מאשר משמשים לייבוש נוזלים.

ריאגנטים נוזליים יכולים בדרך כלל להיעשות נטולי מים בשיטות דומות כמו עבור ממיסים שתוארו לעיל. ריאגנטים שנרכשו זה עתה הם לעתים קרובות נטולי מים מספיק. ריאגנטים צריכים להיות מיובשים אם הם לא טריים או אם הם היו מסונתזים כחלק סינתזה רבת שלבים. בסינתזה מרובת שלבים המוצר של שלב תגובה אחד הוא ריאגנט לשלב הבא. היווצרות המוצר של תגובות רבות דורשת צעד מרווה, כלומר מגע עם כמות גדולה של מים. לאחר מכן המוצר, בין אם הוא מוצק או נוזלי, צריך להיות מיובש על מנת להבטיח תנאים נטולי מים לשלב הבא. זה ניתן תחילה על ידי מיצוי, שיטה שבאמצעותה השלב מימי מופרד מן השלב האורגני ובכך הסרת כמויות מקרוסקופיות של מים. לאחר החילוץ השלב האורגני, המכיל את המוצר מומס בממס אורגני, עדיין יהיו עקבות מיקרוסקופיות של מים נוכחים. לאחר החילוץ יש לייבש את השלב האורגני על חומר ייבוש היגרוסקופי מאוד שהוא בדרך כלל מלח אנאורגני. ישנם סוכני ייבוש רבים ושונים, וכמה מן הנפוצים ביותר רשומים בטבלה 2.

למטרות ייבוש, חומר הייבוש מתווסף לשלב האורגני עד שסוכן הייבוש שנוסף טרי כבר לא מתקבץ יחד אלא מתגלגל בחופשיות והפתרון ברור ולא מעונן. השלב האורגני צריך להיות מכוסה ומאוחסן על חומר הייבוש לתקופה קצרה של זמן (בדרך כלל שעה) כדי להבטיח ייבוש. לאחר מכן סוכן הייבוש מסונן והממס מוסר תחת לחץ מופחת במאדים סיבוביים.

עבור מוצר שהוא נוזל, ייבוש נוסף יכול להיות מושגת על ידי אחסון אותו על חומר ייבוש זיקוק טרי אותו לפני השימוש. עבור מוצר מוצק, ייבוש מושגת רצוי על ידי אחסון בתנור ואקום בטמפרטורה מתחת לנקודת ההיתוך שלה (mp). לדוגמה, אם mp של מוצק הוא מתחת 100 °C (50 °F) התנור חייב להיות מוגדר לטמפרטורה סביב 15-20 °C (5 °F) מתחת mp שלה. המים עדיין יתאדו עם הזמן ואקום מיושם יאיץ את התהליך. לחלופין, מוצק עשוי להתייבש על ידי אחסון בתוך מייבש ואקום על חומרייבוש מתאים(בדרך כלל P 2 O5). זה עשוי להיות מצוין עבור מקרים שבהם mp של מוצק הוא נמוך מאוד (מתחת ~ 50 °C (50 °F) או כאשר תנור ואקום אינו זמין. לאחר הייבוש, יש לאחסן את ריאגנט נטול התייבשות בבקבוק תחת אטמוספרה אינרטית (N2או Ar) ואת המכסה של הבקבוק צריך להיות אטום היטב עם Parafilm. הבקבוק צריך להישמר בתוך חיטוי עד ריאגנט נחוץ. הערה: כמה ריאגנטים מוצקים, כגון מתכת מגנזיום לתגובת Grignard עשויים להתייבש בתוך המנגנון במהלך תהליך ייבוש הלהבה.

ריאגנטים נוזליים יכולים לחלופין להיות מיובשים על ידי מסננות מולקולריות כמתואר בסעיף הקודם עבור ממיסים. זה מצוין כאשר כמויות גדולות של ריאגנט צריך להיות מיובש. בדרך כלל ריאגנטים בסינתיסייזרים בקנה מידה קטן משמשים בכמויות קטנות (כמה mL או פחות). ייבוש של כמויות קטנות כאלה עם מסננות מולקולריות הוא לא מעשי וייבוש עם השיטות לעיל צריך להספיק.

סוכן ייבוש קיבולת מהירות התאמה
נה2SO4 גבוה נמוך שימושי בדרך כלל
MgSO4 גבוה גבוה שימושי בדרך כלל
CaCl2 גבוה בינוני שימושי עבור פחמימנים*
CASO4 נמוך גבוה שימושי בדרך כלל
* נוזלים אורגניים שאינם פחמימנים, כגון אלכוהול, אמינים ותרכובות שונות המכילות קרבוניל נספגים גם על ידי CaCl2. זה לא יכול לשמש כדי לייבש נוזלים אלה אבל זה יכול לעזור להסיר סוגים אלה של זיהומים מפחמימנים.

טבלה 2. חומרי הייבוש הנפוצים ביותר במעבדות אורגניות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ייבוש כלי זכוכית

1. ייבוש בתנור

  1. הסר את כל החלקים שאינם עשויים זכוכית, כגון stopcock של משפך תוספת.
  2. מניחים את כל כלי הזכוכית שהם חלק מהמנגנון בתנור ייבוש להגדיר על 125 °C (70 °F) לפחות 24 שעות לפני השימוש.
  3. לשים על כפפות הגנה על חום ולהסיר כלי זכוכית מהתנור. היזהר מאוד בעת טיפול זכוכית חמה בעת הרכבת המנגנון.
  4. לקבלת התוצאות הטובות ביותר לשטוף את המנגנון עם גז אינרטי כגון N2 בעת הרכבת המנגנון.

2. ייבוש להבות

  1. הגדר את המנגנון המלא אך הסר את כל הרכיבים שאינם עשויים זכוכית (כגון פקקי עצירה של הטלת משפכים או שרוולי גומי וכו '). אין לצרף צינורות למנגנון בשלב זה.
  2. תלבש כפפות להגנה על חום.
  3. הקימו מבער בונזן וייבשו בזהירות את המנגנון. התחל מלמטה והזיז את הלהבה כלפי מעלה, "מלווה" את המים בדרכם החוצה. קיטור יתפתח ויערפל את כלי הזכוכית. ממשיכים לייבש את הלהבות עד שהערפול מפסיק.
  4. המתן עד שהמנגנון יתקרר לכ-60 מעלות צלזיוס. זה לוקח כמה דקות והזכוכית עדיין תהיה חמה למגע אבל לא תגרום לכוויות אם המגע קצר.
  5. בזהירות להוסיף את שאר המנגנון שאינו עשוי זכוכית, כגון צינורות stopcocks. אין להסיר כפפות להגנה מפני חום בעת טיפול במנגנון למניעת כוויות.
  6. לאחר הכל מורכב כראוי, לשטוף את המנגנון עם גז אינרטי כגון N2כדי להאיץ את הקירור של כלי הזכוכית לנקודה שבה ריאגנטים ניתן להוסיף.

הערה: במהלך תהליך ייבוש הלהבות אף פעם לא יש כל ממס או מוט מוקפץ מגנטי בתוך הבקבוק ולא כל ריאגנטים אלא אם כן דרש במפורש על ידי ההליך. (עם זאת, בעת ביצוע התגובה Grignard זה בסדר להשאיר את שבבי מגנזיום בבקבוקון במהלך ייבוש להבה).

3. ייבוש עם אצטון

  1. יש לשטוף כלי זכוכית עם אצטון.
  2. לאסוף את שטיפה אצטון במיכל פסולת ממס ייעודי.
  3. יש לשטוף את כלי הזכוכית בגז N2 או באוויר דחוס יבש כדי להאיץ את הייבוש.

ייבוש ממיסים

1. ייבוש עם מתכת נתרן פעילה

  1. לחתוך בזהירות נתרן מתכת תחת אתר נפט כדי למזער את הסיכון של הצתה כמו המתכת מגיבה עם אוויר. משטח המתכת מתחמצן במהירות ונותן שאריות לבנות. חותכים את המתכת לפרוסות דקות וחושפים כמה שיותר שטח מתכתי.
  2. תחת גז N2 מוסיפים את שבבי המתכת לבקבוק זיקוק המכיל ממס.
  3. הבא להוסיף בנזופנון, מחוון המשמש לניטור התגובה. בנוכחות מים הפתרון ברור או צהוב, אבל כאשר הממס יבש הפתרון הוא כחול או סגול.
  4. Reflux הפתרון באמצעות גלימת חימום עד שינוי של צבע לכחול / סגול הוא ציין.
  5. מזקקים את הממס, אוספים אותו בבקבוקון יבש, ומשתמשים בתגובה מיד לאחר הקירור.
    סילוק פסולת: לאחר תהליך הייבוש חשוב להיפטר בבטחה מכל נתרן שנותר בבקבוקון זיקוק.
  6. בשביל זה, בזהירות להוסיף אתנול לנתרן עד האבולוציה מימן נפסק.
  7. מערבבים את הפתרון בזהירות, אבל טוב, ולוודא כי לא גושי נתרן להישאר כי ייתכן שיש מתכת נתרן פעיל לכוד בפנים.
  8. בזהירות להוסיף מתנול לתערובת ולהשאיר את התערובת בחלק האחורי של מכסה המנוע במשך כמה שעות כדי לוודא את הנתרן הוא נצרך לחלוטין.
  9. לבסוף, מוסיפים את התערובת בזהירות רבה לעודף מים גדול ולהיפטר מהתערובת במיכל סילוק פסולת מתאים.

2. ייבוש מעל מסננת מולקולרית

  1. פתח בקבוק המכיל מסננים מולקולריים ומלא אותם בכוס זכוכית תרמו-יציבה. יבש יותר מהנדרש לניסוי הנוכחי לשימוש עתידי.
  2. להפעלה מניחים את הכיס עם החרוזים בתנור בטמפרטורה גבוהה ומאחסנים במשך 3-3.5 שעות בטמפרטורה של 300-350 °C (70 °F). לחלופין, אם זמין, יש לאחסן בתנור ואקום ב 200 °C (70 °F) למשך אותה כמות זמן.
  3. באמצעות כפפות עמידות בחום גבוה להסיר את הכיס עם החרוזים ומניחים אותו בתנור ייבוש קונבנציונאלי בטמפרטורות מעל 120 מעלות צלזיוס. לחלופין, אחסנו את הכיס עם החרוזים בתוך חיטוי. ניתן לאחסן את החרוזים במשך שבועות לפני השימוש.
  4. מוציאים את הכיס עם החרוזים מהתנור המתייבש או מהמייבש. עבוד מהר מנקודה זו ואילך כדי למזער את המגע של החרוזים עם מים אטמוספריים.
  5. אם מסירים את החרוזים מתנור מאפשרים להם להתקרר לטמפרטורת החדר. מכסים את הכיס במגבת יבשה כדי למזער את החשיפה לאוויר בזמן קירור זה.
  6. כדי לבדוק אם החרוזים עדיין פעילים, לבשו כפפות חד פעמיות והכניסו כמות קטנה של חרוזים ביד. מוסיפים כ-2 נפחים המקבילים למים. אם החרוזים נעשים חמים מאוד אז זה אומר שהם מופעלים.
  7. שקול את הכמות הדרושה של חרוזים פעילים בקנה מידה. לדוגמה, כדי להשיג 10% m/v של חרוזים בבקבוק 500 מ"ל של ממס, 50 גרם של חרוזים נדרשים.
  8. מוסיפים את החרוזים בטמפרטורת החדר לבקבוק ממס שנפתח טרי. להיות בטוח כי החרוזים מקוררים, במיוחד אם הממס הוא נדיף. לעולם אל תוסיף את החרוזים לממס מיד לאחר הסרתם מהתנור.
  9. עבור ממס נדיף, כגון DCM, להשאיר את המכסה על גבי הבקבוק אבל לחכות כמה דקות לפני לגמרי דופק את המכסה על הבקבוק כדי למנוע הצטברות לחץ.
  10. לאטום את האזור סביב המכסה על ידי עטיפתו עם Parafilm כדי לשמור על לחות החוצה.
  11. לאחסן את הממס מעל החרוזים למשך הזמן המתאים, למשל 24 שעות.

ייבוש ריאגנטים

1. ייבוש השלב האורגני לאחר החילוץ

  1. עם הפרדת השלבים במשפך נפרד, מעבירים את השלב האורגני למיכל זכוכית יבשה, כגון בקבוקון או בקבוק ארלנמייר (או מבחנה לקנה מידה קטן).
  2. הוסף חומר ייבוש מטבלה 2 (בדרך כלל NaSO4או MgSO4) לשלב האורגני באמצעות מרית. בתחילה סוכן הייבוש מתקבץ יחד.
  3. ממשיכים את התוספת עד שסוכן ייבוש שנוסף טרי לא מתקבץ יחד ומתגלגל בחופשיות. יתר על כן, הפתרון צריך להיות ברור ולא מעונן.
  4. אם זמין, לכסות את מיכל הזכוכית עם פקק, אחרת עם קצת רדיד אלומיניום.
  5. אפשר לפתרון לעמוד כשעה מעל חומר הייבוש. זה בסדר לאפשר לו לעמוד לתקופות זמן ארוכות יותר, למשל בלילה.
  6. הרכיבו מנגנון סינון ואקום עם משפך Büchner ובקבוקון זרוע צד.
  7. מוסיפים נייר סינון למשפך Büchner ומדליקים את הוואקום.
  8. לאט לאט יורדים מהשלב האורגני למשפך ביכנר. בתחילה, נסה לא להעביר אף אחד מסוכן הייבוש או המסנן יהיה סתימה.
  9. כאשר רוב הנוזל הועבר על המשפך ומנוקז לתוך הבקבוק למטה, מוסיפים את שארית השלב האורגני יחד עם סוכן הייבוש ומאפשרים לעמוד כמה דקות.
  10. לכבות את הוואקום ולהעביר את השלב האורגני לתוך בקבוקון עגול יבש.
  11. חברו את הבקבוקון העגול לאייד סיבובי והסירו את כל הממסים תחת לחץ מופחת.
  12. אם המוצר הוא נוזל, לאחסן אותו על חומר ייבוש ולזקק אותו טרי לפני השימוש.

2. ייבוש ריאגנטים מוצקים

  1. מניחים את ריאגנט מוצק בתוך מיכל זכוכית פתוחה ולקבוע את המשקל המשולב.
  2. מניחים את המיכל עם ריאגנט לתוך תנור ייבוש להגדיר לטמפרטורה מתחת לנקודת ההיתוך של מוצק. כאשר זמין, יש להשתמש בתנור ואקום. יש להשתמש בכפפות להגנה מפני חום במידת הצורך.
  3. אפשר ריאגנט להתייבש במשך כמה שעות בתוך התנור.
  4. מוציאים את המיכל עם ריאגנט מהתנור.
  5. אפשר לדגימה להתקרר לטמפרטורת החדר, באופן אידיאלי בתוך חיטוי.
  6. קבעו את המשקל וודאו שהוא נמוך יותר מאשר לפני הייבוש. במידת הצורך חזור על שלבים 2.2 – 2.5.
  7. ברגע ריאגנט מקורר לטמפרטורת החדר הוא מוכן לשימוש.
  8. אם ריאגנט לא צריך לשמש מיד, לשטוף את המיכל עם גז אינרטי, כגון N2 ולאטום אותו בחוזקה עם מכסה ומניחים Parafilm סביב המכסה.
  9. מניחים את המיכל בתוך חיטוי ומאחסנים אותו שם עד שיש צורך בריגנט.

3. ייבוש ריאגנטים מוצקים רגישים לחום

  1. הכן מייבש על ידי הצבת סוכן ייבוש נטול מים טרי בתא התחתון (בדרך כלל P2O5).
  2. מניחים את ריאגנט מוצק בתוך מיכל זכוכית פתוחה ולקבוע את משקלו.
  3. מניחים את המיכל עם ריאגנט זה בתוך חיטוי.
  4. סגור את המכסה של התבשר, הזז אותו אופקית מהצד כדי להבטיח איטום נכון.
  5. החל ואקום על המשווה באמצעות חיבור הסטופקוק.
  6. לאחר מספר דקות סוגרים את העצירה ומכבה את הוואקום.
  7. אפשר ריאגנט להתייבש בתוך הייבוש לפחות כמה שעות.
  8. פתח את הסטופקוק על המהפכן ואפשר לאוויר לזרום פנימה.
  9. החלק בזהירות מהמכסה של התשן אופקית. אל תנסה למשוך את המכסה אנכית.
  10. הסר את ריאגנט מן התשן ולשקול אותו. זה צריך להיות משקל נמוך יותר מאשר לפני שהוא התייבש.
  11. במידת הצורך לחזור על שלבים 3.3 – 3.10 עד המשקל נשאר יציב ריאגנט יבש לחלוטין.
  12. אם ריאגנט לא צריך לשמש מיד, לשטוף את המיכל עם גז אינרטי כגון N2 ולאטום אותו בחוזקה עם מכסה ומניחים Parafilm סביב המכסה.
  13. מניחים את המיכל בתוך חיטוי ומאחסנים אותו שם עד שיש צורך בריגנט.

תגובות כימיות רגישות ללחות חייבות להתבצע בסביבה נטולת מים.

ריאגנטים ומגיבים יכולים לפעמים להגיב עם או לספוג מים מהאטמוספירה. אם זה קורה, התכונות הכימיות או הפיזיות של הריאגנטים יכולות להשתנות, והתגובה הרצויה לא תתקיים או תוביל לתשואה ירודה.

כדי למנוע תגובות לא רצויות עם מים מתגובות רגישות המתרחשות מתבצעות תחת אטמוספרה אינרטית, כגון חנקן או ארגון, באמצעות ריאגנטים וציוד נטולי מים. תגובות רגישות מאוד למים חייבות להתבצע בתוך תא כפפות שיכול לשמור על סביבה נטולת מים. וידאו זה ידגים כיצד לייבש כראוי כלי זכוכית, ממסים, ריאגנטים על מנת להפעיל תגובה נטולת מים.

ההרכב הכימי של זכוכית גורם לסרט של מים לצפות את פני השטח שיש להסיר לפני הכנת תגובה נטולת מים. חום או אצטון משמש לעתים קרובות כדי להסיר שכבה זו מכלי זכוכית נקיים לפני השימוש.

ממיסים רבים גם לספוג מים מהסביבה ויש לייבש לפני השימוש. סטילס ממס או חיטוי משמשים לעתים קרובות כדי להסיר מים לפני הגדרת תגובה.

סטילס ממס להשתמש מתכות אלקלי כגון נתרן להגיב עם מים ולהשאיר תכולת מים שיורית של כ 10 חלקים למיליון.

חיטוי הם מוצקים הייגרוסקופיים מאוד, כלומר הם סופגים מים בקלות. חיטוי מסוים, כמו נתרן גופרתי, משמשים להסרת מים מכמויות קטנות של ממס אורגני ויש לסנן אותם לפני שימוש נוסף.

מסננים מולקולריים הם הייבוש הנפוץ ביותר ומשמשים לייבוש כמויות גדולות יותר של ממסים. הם עשויים מחומר מיקרו-נקבובי המורכב נתרן וסידן אלומינוזיליקטים.

מסננים מולקולריים פועלים על ידי לכידת מים בתוך החרוזים ביעילות הסרתו מן הממס. ברגע השימוש הם יכולים להיות מחדש בתנור.

לבסוף, ישנן דרכים רבות לייבש ריאגנטים מוצקים. אחד מהם הוא על ידי אחסון אותו בתנור להגדיר 15-20 °C (5 °F) מתחת לנקודת ההיתוך שלה. החום מניע מים מהריג'נט ומשאיר אחריו תרכובת יבשה.

אם מוצק לא יכול להיות מחומם או יש נמוך מדי של נקודת התכה זה יכול להיות מיובש במייבש ואקום. לאחר הייבוש, ניתן לאחסן את ריאגנט נטול מים בבקבוק תחת אווירה אינרטית בתוך הייבוש.

עכשיו שראיתם את המושגים מאחורי ייבוש הציוד והריגנטים לתגובות נטולות מים, בואו נסתכל מקרוב ונראה איך עושים את זה במעבדה.

כדי לייבש כלי זכוכית בתנור, תחילה לאסוף את כל הרכיבים הנדרשים עבור מנגנון התגובה. הסר את כל החלקים שאינם עשויים זכוכית כגון stopcock של בקבוק שלנק.

מניחים את כלי הזכוכית בתנור ייבוש ל-125 מעלות ואופים לפחות 24 שעות לפני השימוש.

לאחר 24 שעות, לשים על כפפות הגנה מפני חום ולהסיר את כלי הזכוכית מהתנור. להרכיב את המנגנון בזמן כלי הזכוכית עדיין חם.

כאשר כלי הזכוכית מורכבים במלואם וקרירים, לשטוף את המנגנון עם גז אינרטי כגון חנקן. לבסוף, להוסיף בחזרה את כל החלקים שהוסרו לפני הייבוש. כלי הזכוכית מוכנים כעת לתגובה נטולת התייבשות.

אפשרות מהירה יותר מאשר כלי זכוכית לייבוש תנור היא להשתמש במבער בונזן. כלי זכוכית מסוימים לא צריכים להיות מיובשים בלהבות, לכן ודאו שההגדרה בטוחה לייבוש לפני תחילתה. כדי להתחיל, הגדר את המנגנון המלא והסר את כל הרכיבים שאינם עשויים זכוכית.

שים כפפות עמידות בחום, ואז תדליק את מבער הבונסן. התחל להבה ייבוש כלי הזכוכית על ידי חימום החלק התחתון של המנגנון. דחף את המים אל מחוץ למערך על ידי הזזת הלהבה כלפי מעלה. המשך בתהליך זה עד שהערפול וההיביל ייפסקו.

המתן עד שהמנגנון יתקרר לכ-60 מעלות צלזיוס,ואז השתמש בכפפות עמידות בחום והוסף את שאר המנגנון שהוסר לפני ייבוש הלהבה.

כדי לייבש ממסים באמצעות מסננות מולקולריות, תחילה להוסיף אותם לתוך מיכל זכוכית תרמו יציב.

יש לייבש תחילה את המזנונים לפעולה תקינה, אז מניחים את המיכל בתנור של 300 עד 350 מעלות ואופים במשך 3 - 3 1/2 שעות.

כאשר החרוזים יבשים, השתמש בכפפות עמידות בחום גבוה כדי להסיר את המיכל ולאחסן אותו בתנור ייבוש בטמפרטורות מעל 120 מעלות צלזיוס. לאחר הייבוש, מסננת מולקולרית עשוי להיות מאוחסן במשך שבועות לפני השימוש.

כאשר הם נדרשים, להסיר את החרוזים מהתנור ייבוש או ייבוש. לעבוד מהר לכסות את המיכל מנקודה זו ואילך כדי למזער את המגע של החרוזים עם מים אטמוספריים.

אם מסירים את החרוזים מתנור מאפשרים להם להתקרר לטמפרטורת החדר בערך.

לשקול את הכמות הדרושה של חרוזים פעילים בקנה מידה. לדוגמה, כדי להשיג מסה של 10% לנפח של חרוזים בבקבוק ממס של 500 מ"ל, 50 גרם של חרוזים נדרשים.

מוסיפים את החרוזים לממס. עבור ממס נדיף, כגון dichloromethane, להשאיר את המכסה על גבי הבקבוק אבל לחכות כמה דקות לפני דופק את המכסה לחלוטין על כדי למנוע הצטברות לחץ.

לאטום את האזור סביב המכסה על ידי עטיפתו עם Parafilm כדי לשמור על לחות החוצה. לאחסן את הממס עם החרוזים לפחות 24 שעות. לאחר מכן, ממס נטול מים יכול לשמש בתגובה.

לחלופין, ממס סטילס באמצעות מתכת נתרן בנזופנון יכול לשמש ממסים יבשים.

ריאגנטים מוצקים מומסים לעתים קרובות בממסים אורגניים. לפני הסרת הנוזל ושחזור מים עודפים ריאגנט מוצק יש להסיר מהפתרון.

להשיג מיכל יבש ולהוסיף את הפתרון. לאחר מכן, להוסיף חומר ייבוש למיכל באמצעות מרית. סוכן הייבוש יתגבש בתחילה יחד, אך ימשיך להוסיף עד שסוכן הייבוש שנוסף זה עתה כבר לא יתגבש וינוע בחופשיות.

לכסות את המיכל עם פקק או רדיד אלומיניום ולאפשר את הפתרון לשבת לפחות 1 שעה.

כדי להסיר את חומר הייבוש העודף, הרכיבו מנגנון סינון ואקום עם משפך Büchner ובקבוקון זרוע צד. הוסיפו נייר סינון למשפך ביכנר, ואז הפעלו את הוואקום.

לאט לאט תקבעו את השלב האורגני במשפך ביכנר. הימנע מהעברת חומר הייבוש, שכן המסנן עלול לסתום. כאשר רוב הנוזל הועבר על המשפך ונוקז לתוך הבקבוק למטה, מוסיפים את השארית עם סוכן הייבוש ומאפשרים לו לשבת כמה דקות.

כבה את הוואקום והעביר את הפתרון המסונן לבקבוקון תחתון עגול יבש. חברו את הבקבוקון העגול לאייד סיבובי והסירו את כל הממסים תחת לחץ מופחת. מוצק או נוזל שנותר צריך עכשיו להיות יבש.

כדי לייבש ריאגנט מוצק כבר למקם את המתחם במיכל פתוח ולקבוע את משקלה. לאחר מכן מניחים אותו בתנור ייבוש להגדיר לטמפרטורה מתחת לנקודת ההיתוך של מוצק. אפשר ריאגנט להתייבש במשך כמה שעות בתוך התנור.

מוציאים את המיכל מהתנור ומניחים אותו לתוך חיטוי. לאחר מכן, אפשר לדגימה להתקרר לטמפרטורת החדר. יש לאצות ולוודא שהמסה נמוכה יותר מאשר לפני ייבוש התנור. חזור על שלבי הייבוש עד שהמשקל לא ישתנה עוד. כאשר זה קורה ריאגנט הוא יבש מספיק.

אם ריאגנט לא צריך לשמש מיד, לשטוף את המיכל עם גז אינרטי כגון חנקן לעטוף Parafilm סביב המכסה. מניחים את המיכל בתוך חיטוי ומאחסנים עד שיש צורך בריגנט.

תגובות נטולות מים משמשות במגוון סינתיסייזרים חשובים לכימיה אורגנית.

דוגמה קלאסית לתגובה שיש לעשות בתנאים נטולי מים היא תגובת גרינארד. בשלב הראשון של התגובה זה הכרחי כי אפילו עקבות קטנות של מים להיות נוכחים. בנוכחות מים ריאגנט Grignard יעדיף לפעול כבסיס, וכתוצאה מכך אובדן הפעילות הנוקלופילית וליצור תוצרי לוואי בלתי רצויים.

סינתיסייזרים אורגניים רבים חייבים להתבצע בתנאים יבשים מאוד, כמו עם דוגמה זו של סינתזה מגנט אורגני. החומר הקדמה במקרה זה, מתכת נתרן, הוא pyrophoric, כלומר הוא רגיש מאוד לחות יכול להיות דליק או אפילו נפץ כאשר במגע עם לחות באוויר.

סוללות ליתיום-יון רגישות מאוד גם הן ללחות ויש להרכיבן בתא כפפות או בחדר יבש. האלקטרודה השלילית מורכבת מתרכובת ליתיום, בעוד שהאלקטרולייט מכיל מלח ליתיום הלוגני. מכיוון שליתיום רגיש ללחות כל מי קורט שהוכנסו לתא הסוללה עצמו יפחיתו את הקיבולת.

הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE להכנת ריאגנטים וציוד נטולי מים. עכשיו אתה צריך להבין כיצד להכין כלי זכוכית, ממיסים, ריאגנטים כי הם כל נטול מים לשימוש בתגובות כימיות.

תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

דוגמה קלאסית לתגובה שיש לעשות בתנאים נטולי מים היא תגובת גרינגארד. (משוואה 1)

Equation

בשלב הראשון של התגובה, ההתקפה הנוקלופילית של RMgX ריאגנט Grignard מתרחשת על אלקטרופיל (במקרה זה קטון). בשלב זה חובה אפילו לא עקבות הקטנות ביותר של מים להיות נוכחים. ריאגנט הגריניארד, בעוד נוקלאופילי חזק, הוא בסיס חזק עוד יותר. בנוכחות מים הוא יעדיף לפעול כבסיס ולפרוח מים, וכתוצאה מכך את אובדן ריאגנט Grignard גריניארד גריקלופלי ובהיווצרות של אלקין, תוצר לוואי לא רצוי. (משוואה 2)

Equation

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. Burfield, D. R. and Smithers, R. H. Desiccant efficiency in solvent and reagent drying. 7. Alcohols. J. Org. Chem. 48 (14), 2420-2422 (1983).
  2. 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).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter