Overview
출처: 비 M. 동과 얀 리델, 화학학과, 캘리포니아 대학, 어바인, 캘리포니아
딘 스타크 트랩은 아제오트로픽 증류를 통해 반응하는 동안 물 수집을 허용하는 유리 제품의 특별한 조각입니다. 반응에서 물을 수집하는 욕망은 여러 가지 이유가있을 수 있습니다. 그것은 물이 부산물로 형성되는 반응에서 평형을 구동 할 수 있습니다. Le Chatelier의 원칙에 따르면, 온도, 압력, 농도 또는 부피의 변화는 새로운 평형을 확립하기 위해 가역적 인 반응의 재조정을 일으킬 것입니다. 아세탈 형성은 물이 부산물로 형성되는 가역적인 반응입니다. 이러한 경우, 물 제거를 통해 제품 측쪽으로 평형을 유도함으로써 양호한 수율을 달성할 수 있다. 딘 스타크 트랩은 또한 수분 함량의 측정을 허용하거나 아제오트로픽 증류를 통해 용매 혼합물에서 물을 제거하는 데 사용할 수 있습니다.
Principles
반응 평형은 제품 측에 평형을 구동하기 위해 형성된 제품의 시약 또는 제거의 과잉에 영향을 받을 수 있다. 평형은 온도 나 압력에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이 기본 원칙은 Le Chatelier의 원칙이라고 하며 온도, 압력, 농도 또는 부피의 변화로 인해 반응의 재조정이 새로운 평형을 확립할 수 있다고 명시되어 있습니다. 시약의 과잉을 추가 하 여, 농도 변화 하 고 새로운 평형 설정, 제품 측면을 선호. 예를 들어, 가수 분해의 평형을 운전하는 것은 물을 과도하게 추가하여 쉽게 얻을 수 있습니다.
에스테리화와 같은 부산물로 물이 형성되는 반응의 평형에 영향을 미치는 것은 간단하지 않으며 특수 유리 제품이 필요합니다. 이 특별한 유리 제품인 딘 스타크 트랩은 반응매체(도 1)로부터형성된 물을 제거하는 데 도움이 됩니다. 톨루엔과 같이 물로 아제오트로프를 형성하는 용매는 일반적으로 사용됩니다. azeotrope는 액체 상의 조성이 가스 상의 조성과 동일한 증류의 지점이다. 아제오트로픽 점을 지나간 단순한 증류를 통한 추가 분리는 불가능합니다. 이것은 물의 지속적인 제거를 보장하기 때문에 평형에 영향을 딘 스타크 트랩을 사용할 때 장점이다. 반응 혼합물을 가열하면 형성된 톨루엔/물 아제오트로프가 팽창하고 응축기에서 응축되어 딘 스타크 트랩으로 흐르게 됩니다. 톨루엔과 물은 톨루엔을 맨 위 층으로, 물바닥층으로 두 개의 분리된 층을 형성한다. 톨루엔은 반응 플라스크로 다시 흐를 수 있지만, 물은 바닥 층으로 갇혀 궁극적으로 반응 평형에서 제거되어 제품 측면을 향한 반응을 유도합니다.
그림 1. 딘 스탁 장치
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. 준비
- 마그네틱 스터디 바가 장착된 250mL 원형 하단 플라스크를 타세요.
- 둥근 바닥 플라스크 아래에 기름 목욕을 자기 교반기위에 놓습니다.
- 라운드 하단 플라스크를 7.5g(0.05 mol) m-니트로벤잘데히드로 채우고 톨루엔 75mL를 추가합니다.
- 에틸렌 글리콜3.1mL(3.45g, 0.055 mol)를 넣습니다.
- 딘 스타크 트랩을 둥근 바닥 플라스크에 부착합니다.
- 딘 스타크 트랩 위에 역류 응축장치를 부착합니다.
2. 반응 실행
- 오일 목욕 온도를 170°C로 설정하고 반응 혼합물을 역류로 가열합니다.
- 딘 스타크 트랩의 물 량을 측정하여 반응을 모니터링합니다.
- 이 반응은 딘 스타크 트랩의 측면 팔에 더 이상 물이 갇히지 않게 되면 수행됩니다.
- 약 2시간 후, 수집된 물의 총량은 약 0.8mL이다.
3. 워크업
- 로터리 증발기에서 감소된 압력하에서 결합된 유기 용매를 반응 혼합물로부터 방출하고 제거한다.
- 역류 하에서 8mL 에탄올에 노란색 잔류물을 녹입니다.
- 솔루션을 식힙니다.
- 원하는 아세트알이 결정화됩니다.
- 고체를 걸이고 압력저하로 건조시다.
딘 스타크 트랩은 유기 반응의 평형을 제품 측으로 전환하는 데 사용됩니다.
Le Châtalier의 원칙에 따르면, 평형은 반응제 중 하나의 과잉을 사용하여, 제품 중 하나를 지속적으로 제거하거나 반응이 수행되는 온도 또는 압력을 변경하여 제품을 향해 구동 될 수 있습니다. 아마도 가장 일반적으로 발생 하는 평형 반응은 제품으로 물과 관련 된 그.
앞에서 언급했듯이, 이 물의 제거는 완성에 대한 반응을 유도할 수 있다. 딘 스타크 트랩은 화학 반응으로 형성된 물을 지속적으로 제거하는 데 사용되는 전문 유리 제품입니다.
이 비디오는 장치가 사용되는 실험실 절차인 딘 스타크 트랩의 원리와 여러 응용 프로그램을 보여줍니다.
보로닉산을 에스테르로 변환하는 등의 반응은 물의 형성을 초래하며, 이는 에스테르를 다시 산으로 가수분해할 수 있어 전체 수율을 감소시킵니다.
반응이 진행됨에 따라, 반응에서 생성된 물은 딘 스타크 트랩을 사용하여 플라스크에서 지속적으로 제거될 수 있다. 이를 위해 먼저 톨루엔과 같은 탄화수소와 함께 플라스크에 반응 성분을 추가하고 혼합물을 가열한다. 반응이 진행됨에 따라 물이 방출됩니다. 이제 톨루엔과 물은 각각 110도와 100도에서 끓어 오르며 84도에서 끓는 아제오트로프를 형성합니다. 응축기에서 냉각되면 용매 증기가 다시 액체로 응축되어 트랩의 수집 용기에 떨어지고 오버플로가 반응 용기로 반환됩니다.
응축된 액체 혼합물은 결국 바닥에 밀도가 높은 성분을 가진 두 개의 난미한 층으로 분리됩니다. 이것은 일반적으로 물 층이며, 그 다음 배수됩니다. 더 이상 물이 생산되지 않고 반응이 완료될 때까지 동일한 과정이 계속됩니다.
이제 우리는 딘 스타크 트랩의 원리에 대해 논의한 지금, 장치가 사용되는 실험실 절차를 살펴 보자.
이 절차에서, 우리는 다단계 합성에서 추가 화학 반응에서 반응성 알데히드를 보호하는 아세트 보호 그룹을 산출하기 위해 에틸렌 글리콜과 방향족 알데히드를 반응할 것입니다. 시작하려면 250mL 의 둥근 바닥 플라스크 교반, 3 니트로벤잘데히드 7.5g, 톨루엔 75mL 및 에틸렌 글리콜을 추가하십시오. 그런 다음 딘 스타크 트랩을 플라스크에 부착하고 역류 응축기를 트랩 상단에 부착합니다.
플라스크와 그 내용물을 기름 목욕에 내리고, 응축기의 물을 켜고, 170도에서 저어줍니다. 아제오트로픽 혼합물을 응축하여 트랩에서 수집하고 물 형성이 중단될 때까지 계속하십시오. 두 층이 분리된 후, 생성된 물의 양을 측정하고 이론적 수율과 비교한다. 반응의 완료를 확인하려면 TLC 플레이트에서 시작 재료 및 제품을 실행합니다.
반응이 완료되면 열원에서 플라스크를 제거하고 실온에 도달 할 수 있습니다. 어떤 제품도 포함하지 않아야 하므로 딘 스타크 트랩의 내용을 버리고, 플라스크의 내용을 회전 증발기로 압력을 줄인다.
불순물을 제거하기 위해 노란 잔류물을 뜨거운 에탄올 8mL에 녹여 실온으로 냉각시켜 제품이 구체화되도록 합니다. 그런 다음, 고체를 걸러 내고, 차가운 에탄올로 헹구고, 진공 상태에서 건조시.
이제 실험실 절차를 보았으니 딘 스타크 트랩이 사용되는 일부 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.
에나민은 카보닐 그룹에 탄소 탄소 결합 알파를 형성하는 데 유용한 비닐 라민 화합물을 대체한다. 에나민은 피롤리딘, 알데히드 또는 케톤과 같은 보조 아민을 가열하고 딘 스타크 트랩으로 물 부산물을 제거하여 제조됩니다.
물 외에도 딘 스타크 트랩을 사용하여 다른 화합물을 수집할 수 있습니다. 여기서, 벤조산과 1부타놀 사이의 에스테르화 반응의 생성물을 수집하는 데 사용되었으며, 이는 또한 반응 용매이다. 1부타놀은 제품보다 조밀하고 밀도가 낮으며 반응기로 다시 흐른다. 소수성 인 에스테르화 제품은 또한 물 부산물에서 쉽게 분리됩니다.
딘 스타크 트랩에 대한 추가 사용은 식료품의 수분 함량의 결정입니다. 이는 공지된 양의 식품을 배치하고 탄화수소 용매로 끓임으로써 달성된다. 증류소에서 채취한 물의 부피를 측정하고, 수분 비율을 계산하기 위해 식품 품목의 무게로 나뉜다.
당신은 딘 스타크 트랩과 함께 평형학을 운전에 조브의 소개를 보았다. 이제 딘 스타크 트랩의 원리, 실험실 절차를 수행하는 방법 및 일부 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
물은 형성되고 반응의 과정을 통해 갇혀된다. 완전한 변환 시 형성된 물의 이론적 양은 응력의 측정된 양과 비교하여 반응 진행을 결정할 수 있다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
이 실험은 생생하게 르 샤텔리에의 원리와 평형을 구동 할 수있는 방법을 보여줍니다.
딘 스탁 트랩은 일반적으로 다양한 상황에서 용매 혼합물에서 물을 제거하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 물이 다른 용매와 아제오트로프를 형성하지 않을 때 간단한 증류를 통해 물을 제거하면 설계에 따라 딘 스타크 트랩으로 가능합니다. 아제오트로픽 증류의 경우, 여조기의 추가가 필요합니다. 여조는 물과 azeotrope를 형성하지만 액체 상에서 물과 혼합하지 않는 유기 용매입니다. 여조관이 추가되면 딘 스타크 트랩의 측면 팔에 갇혀물이 지속적으로 제거됩니다. 딘 스탁 트랩과 는 달리, 정상적인 증류 장치는 증류된 여조가 용매 혼합물로 다시 흐를 수 없기 때문에 여조기를 지속적으로 첨가해야 합니다.
딘 스타크 트랩은 또한 에스테르 또는 아세탈 형성과 같은 부산물로 물이 형성되는 반응의 평형을 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 용매가 여과자인 아제오트로픽 증류를 통해, 물은 반응에서 제거되어 평형으로부터 제거된다.
마지막으로, 딘 스타크 트랩을 사용한 아제오트로픽 증류를 사용하여 용매 또는 용매 혼합물의 수분 함량을 결정할 수도 있습니다. 딘 스타크 트랩으로 물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 트랩에 5-Å 분자 체를 배치하여 휘발성 알코올도 제거할 수 있습니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
