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Reinigung von Ferrocen durch Sublimation
 
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Reinigung von Ferrocen durch Sublimation

Overview

Quelle: Tamara M. Powers, Department of Chemistry der Texas A & M University

Sublimation, den direkten Phasenübergang eines Festkörpers in ein Gas ohne ersten zu einer Flüssigkeit erfolgt bei Temperaturen und Druck niedriger als die von der Verbindung Tripelpunkt (Abbildung 1). Der Prozess der Sublimation kann genutzt werden, um organische und anorganische Feststoffe zu reinigen. Während der Reinigung-Technik ist eine solide direkt in die Gasphase beheizt. Alle nicht-flüchtigen Verunreinigungen werden zurückgelassen, während die verdampfte Verbindung dann gesammelt (Ablagerung) als Feststoff auf eine kalte Oberfläche. Hier nutzen wir Sublimation Ferrocen, eine anorganische Feststoff mit einer Tripelpunkt-Temperatur von 183 ° c zu reinigen 1

Figure 1
Abbildung 1. Generische Phasendiagramm. Die farbigen Linien repräsentieren die Druck- und Temperaturbedingungen Anforderungen für Phasenübergänge. Destillation eines soliden wird unter Druck und Temperaturen über dem Tripelpunkt, vertreten durch die grüne Linie in das Phasendiagramm auftreten. Die blaue Linie stellt die Temperatur- und Druckbedingungen Bedingungen wo Sublimation auftritt.

Principles

Viele anorganische Verbindungen sind Feststoffe und daher ist es wichtig zu verstehen, die Methoden für die Reinigung von Feststoffen. Einige der Techniken für die Reinigung von Feststoffen sind ähnlich denen für die Reinigung von Flüssigkeiten. Destillation ist beispielsweise eine nützliche Reinigung Technik für niedrigschmelzende Feststoffe, die schmelzen, bevor sie verdampfen. Beachten Sie auf ein Phasendiagramm, dass die Destillation bei Druck erreicht werden kann, die über dem Tripelpunkt einer Substanz (Abbildung 1). Nach zunächst schmelzen geht Destillation zu einer Flüssigkeit (rote Linie, Abbildung 1), da es für jede andere Flüssigkeit-Phasen verschlimmern würde.

Sublimation Destillation bezieht, sondern beinhaltet jedoch nicht die Zwischenphase Übergang in die flüssige Phase. Sublimation tritt nur bei bestimmten Temperaturen und drücke, die unterhalb des dreifachen Punktes eines Stoffes in seiner Phasendiagramm (Abbildung 1) liegen. Sublimation ist eine Technik, Reinigung, wo eine solide (manchmal unter Vakuum) erwärmt wiederum einen Phasenübergang direkt aus der Solid-Phase in die Gasphase. Ablagerung von verdampftem Verbindung auf eine kalte Oberfläche führt zu Isolierung des Materials sublimierenden. Nicht-flüchtiger Verunreinigungen werden zurückgelassen, nachdem die Sublimation abgeschlossen ist. Gängige Beispiele für Stoffe, die leicht Sublimation bei Atmosphärendruck zu unterziehen sind Eis (bei Temperaturen unter 0 ° C) und CO2.

Abhängig von der Volatilität des Volumenkörpers sublimiert wird können verschiedene Apparaturen verwendet werden. Für leicht flüchtige Feststoffe (Verbindungen mit einer dreifachen Punkt bei einer hohem Druck und niedriger Temperatur) ist es möglich, eine einfache Sublimation-Kammer mit einem Becherglas und Uhrglas zu machen. Solch ein Apparat eignet sich für Verbindungen, die bei oder nahe bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur sublimieren. Wenn/Vakuum oder Schutzgas benötigt werden, kann Glas speziell für Sublimation (d.h. eine Sublimation Kammer) verwendet werden. Die Sublimation-Kammer (Abbildung 2) ermöglicht für Sublimation im Vakuum oder unter inerter Atmosphäre. Es besteht aus zwei Glasstücke: das fest wird am unteren Rand der Hauptkammer und auf Sublimation wird das gereinigte Material gesammelt, auf dem langen Zylinder in der Mitte der Kammer bezeichnet einen kalte Finger, die mit Eiswasser gefüllt werden kann , Trockeneis und Aceton oder einige andere Cryogen. Die Basis und die kalten Finger sind mit einem o-Ring abgedichtet und mit einer Klammer gesichert. Nach Abschluss der Sublimation die Kammer kann verstellt werden, (in der Luft-Luft empfindlichen Verbindungen oder in das Handschuhfach für Luft-empfindliche Materialien) und der gereinigte Volumenkörper kann aus dem cold Finger geschabt. Alle nicht-flüchtigen Verunreinigungen sollte am unteren Rand der Sublimation Kammer bleiben.

Figure 2
Abbildung 2. Eine Sublimation Kammer für Niederdruck Sublimation konzipiert.

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Procedure

1. Setup der Schlenk-Linie

Lesen Sie für eine detailliertere Verfahren bitte die "Schlenk Linien übertragen von Lösungsmittel" und "Entgasung Flüssigkeiten" Videos in der Serie Essentials of Organic Chemistry . Schlenk Linie Sicherheit sollte überprüft werden, vor der Durchführung dieses Experiments. Gläser sollten für Sterne Risse vor Gebrauch überprüft werden. Darauf sollte geachtet werden, um sicherzustellen, dass O2 ist nicht in der Schlenk Linie Falle kondensiert, wenn Flüssigkeit N2verwenden. Bei N2 Flüssigkeitstemperatur O2 kondensiert und explosiv in Anwesenheit von organischen Lösungsmitteln. Wenn der Verdacht besteht, dass O2 verdichtet wurde, oder eine blaue Flüssigkeit in die Kühlfalle eingehalten wird, lassen Sie die Falle unter dynamischen Vakuum kalt. Entfernen Sie die Flüssigkeit N2 Falle nicht oder schalten Sie die Vakuumpumpe. Im Laufe der Zeit, die die Flüssigkeit O2 wird in der Pumpe - erhaben ist es nur sicher, die Flüssigkeit N2 Falle zu entfernen, sobald alle O2 hat sublimiert.

  1. Schließen Sie das Überdruckventil.
  2. Aktivieren Sie das N2 Gas und die Vakuumpumpe.
  3. Bereiten Sie das Schlenk-Linie-Vakuum gestalten, die Kühlfalle mit Flüssigkeit N2 oder Trockeneis/Aceton.
  4. Montieren Sie die Kühlfalle.

2. Fügen Sie 500 mg (2,7 Mmol) von Ferrocen an der Basis der Sublimation Kammer.

3. Montage der Sublimation Kammer

  1. Platzieren Sie den o-Ring in die Nut der Kammer Basis.
  2. Sanft legen Sie den kalten Finger in die Kammer-Basis und stellen Sie sicher, dass der o-Ring in die Nut der Glaswaren passt.
  3. Sichern Sie die beiden Teile der Sublimation Kammer mit einer Schelle.

4. Schließen Sie die Sublimation Kammer an der Schlenk-Linie und öffnen Sie die Kammer für 1 min. in der Nähe das Vakuumventil auf der Sublimation Kammer Vakuum. Die Sublimation wird unter statischen Vakuum durchgeführt werden.

5. Füllen Sie die kalten Finger mit einem Eisbad.

6. Legen Sie die Basis der Sublimation Kammer in einem Wasserbad auf 80° c erhitzt

(7) nach Abschluss der Sublimation, entfernen Sie die Sublimation-Kammer aus dem Bad.

8. Schließen Sie den Absperrhahn in der Schlenk-Zeile.

9. Entfernen Sie die Schlenk Linie Rohr aus der Sublimation Kammer und Startanlage Sublimation Kammer durch langsames Öffnen des Ventils. Sei vorsichtig! Wenn die Kammer zu schnell Raptors ist stört es die gereinigten Kristalle auf dem cold Finger.

10. muss die Sublimation Kammer und entfernen Sie das Wasser aus dem kalten Finger mit einer Pipette.

11. Heben Sie den cold Finger vorsichtig aus der Sublimation-Kammer.

12. der gereinigten Ferrocen vom kalten Finger und Transfer zu einem Fläschchen zu kratzen. Nehmen Sie das Gewicht des gereinigten Produktes. Wenn die Verbindung wird sublimiert luftempfindlichen ist, sollte den gesamten Apparat in einer Glovebox inerter Atmosphäre vor dem Öffnen der Sublimation Kammer gebracht werden.

Sublimation ist der Phasenübergang eines Stoffes vom festen in Gas ohne den Umweg über seine flüssige Zwischenphase. Es ist eine wichtige Technik für die Reinigung von organischen und anorganischen Feststoffen verwendet.

Die Übergang vom festen zum gasförmigen Zustand erfordert in der Regel durchlaufen seinem flüssigen Zustand.

Jedoch können vermindertem Druck und Heizung eines soliden Verflüchtigung ohne zu schmelzen, dazu als Sublimation bezeichnet. Der umgekehrte Vorgang, in dem die Substanz von seiner gasförmigen in den festen Zustand übergeht, nennt Ablagerung.

Dieses Video soll die Grundsätze der Sublimation, eine typische Vorgehensweise und mehrere Anwendungen veranschaulichen.

Bei normalen Druck besitzen die meisten chemischen Verbindungen und Elemente drei verschiedene Zustände der Materie bei unterschiedlichen Temperaturen mit einem dreifachen Punkt, an dem alle drei Staaten vorhanden sind.

Wie in einem Phasendiagramm gesehen, können bei Drücken über die Verbindung Tripelpunkt Verdampfung und Kondensation - gemeinsam bekannt als Destillation - durchgeführt werden.

Im Gegenteil, auftreten, Sublimation und Ablagerung nur auf Druck, der unter dem Tripelpunkt liegen.

Sublimation mit zwei Arten von Apparat, abhängig von der Volatilität des Volumenkörpers durchgeführt werden kann: bei leichtflüchtigen Verbindungen kann eine behelfsmäßige Sublimation Kammer aus einem Becher und einem Uhrglas montiert werden. Diese Methode eignet sich für Verbindungen, die bei oder nahe bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur sublimieren.

Wenn Vakuum bzw. inerter Atmosphäre erforderlich sind, ist eine spezielle Glaswaren, die speziell für Sublimation verwendet. Es setzt sich aus einer Glasschale mit der groben festen und einem Hohlzylinder, die enthält ein Cryogen und über den oberen Rand der Tasse passt. Ein o-Ring dichtet die Basis und kalten Finger und ein Saugfix macht den Rest des Gerätes.

Nach Abschluss der Sublimation-Verfahrens, ist das Gerät in einer Dampfhaube oder Handschuhfach je nachdem, ob das Material luftempfindlichen zerlegt. Dann kann das gereinigte Solid aus dem Zylinder, abgekratzt werden, während die nicht-flüchtigen Verunreinigungen in die Tasse bleiben.

Jetzt, dass wir die Grundsätze der Sublimation besprochen haben, werfen wir einen Blick auf eine tatsächliche Verfahren.

Wiegen Sie in einer Dampfhaube, ausgestattet mit einer Schlenk Linie oder dual Krümmer 500 mg Ferrocen in der Basis einer Sublimation-Kammer.

Legen Sie einen o-Ring in die Nut der Kammer Basis, und legen Sie die kalten Finger vorsichtig in die Kammer-Basis dafür, dass der o-Ring passt. Sichern Sie dann die beiden Teile der Kammer mit einer Klammer.

Verbinden Sie die versammelte Kammer Schlenk-Linie, und öffnen Sie die Kammer Vakuum für 1 min. Schließen Sie dann das Vakuumventil auf die Kammer das Experiment unter statischen Vakuum weiter.

Klemmen Sie die Kammer zu einem Ring Stand und legen Sie das Grundteil der Kammer in einem Bad von 80 ° C. Eine Eis-Schlamm, auffüllen es als es wärmt füllen Sie die kalten Finger ein.

Nachdem Sublimation abgeschlossen ist, entfernen Sie die Kammer aus dem Bad. Schließen Sie den Absperrhahn der Schlenk-Linie und lösen Sie den Schlauch aus der Kammer.

Dann, Startanlage der Kammers durch langsames Öffnen des Ventils an der Luft in einer Dampfhaube oder Handschuhfach.

Verwenden Sie eine Pipette, um Wasser aus dem cold Finger entfernen und die beiden Teile der Kammer muss. Dann heben Sie vorsichtig die kalten Finger aus der Sublimation-Kammer.

Kratzen Sie die gereinigten Ferrocen vom kalten Finger mit einem Spatel zu, zu einem vorgewogene Fläschchen übertragen Sie und nehmen Sie das Gewicht.

500 mg des gekauften Ferrocen gereinigt wurde per Sublimation 493 mg isoliertes Produkt mit einer Ausbeute von 99,6 %. Das Proton NMR zeigt ein Singulett bei 4,17 ppm, die zu 10 Protonen die Ferrocen integriert. Das Fehlen von anderen Gipfeln zeigt, dass keine Verunreinigungen vorhanden sind und die Reinigung erfolgreich war.

Nun, da wir ein Verfahren zur Sublimation diskutiert haben, werfen wir einen Blick auf ein paar Anwendungen.

Wasser kann mit einem Prozess namens Lyophilisierung sublimiert werden, auch bekannt als Gefriertrocknung. Dies geschieht durch einen wassergefüllten Kolben in einem Trockeneis-Aceton-Bad bei-78 ° C Einfrieren und dann die Anwendung Hochvakuum durch Bindung an ein Gefriertrockner, wo das Wasser in einem kalten Finger wieder eingefangen wird.

Viele Mottenkugeln enthalten eine Verbindung als Naphthalin, die eine einfache polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff, bestehend aus zwei verschmolzenen Benzolringe ist bekannt.

Naphthalin bei atmosphärischem Druck und 80 ° C sublimiert und gasförmige Form dieser Verbindung ist giftig für Motten.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Sublimation von Ferrocen beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien der Sublimation, wie ein Experiment, und einige ihrer Anwendungen auszuführen. Danke fürs Zuschauen!

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Results

Ferrocen (99 %) wurde von Alfa Aesar gekauft. Sublimation von 500 mg wie beschrieben ergab 493 mg isoliertes Produkt. Die gereinigten Ferrocen wurde 1H NMR analysiert. 1 H-NMR (Chloroform -d, 300 MHz, δ, ppm): 4.17 (s).

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Applications and Summary

Sublimation ist eine Technik, bei der Reinigung von Feststoffen. Feststoffe, die bei niedrigem Druck und Temperatur erhaben sind gute Kandidaten für eine Reinigung durch Sublimation. Hier haben wir gezeigt, wie mithilfe eine Sublimation Kammer, erhabene Ferrocen unter statischen Vakuum bei 80 ° C.

In einer Laborumgebung ist Sublimation eine nützliche Technik, die auf die Reinigung von Feststoffen in einer Vielzahl von Situationen, einschließlich bei der Reinigung der Ausgangsstoffe oder synthetisiert Produkte angewendet werden kann. In diesem Beispiel wird das gereinigte Solid am kalten Finger, gesammelt, während die Verunreinigungen an der Unterseite der Sublimation Kammer gelassen werden. Man möchte jedoch eine solide Verunreinigung, die sublimiert werden kann aus einem nicht-flüchtigen Volumenkörper zu entfernen. In diesem Fall bleibt das gewünschte Material an der Unterseite der Sublimation Kammer.

Sublimation ist in Gefriertrocknung, auch genannt Lyophilisierung. Gefriertrocknung ist ein Prozess in Pharma-und Lebensmittelindustrie sowie in der Forschungslabors verwendete Materialien zu trocknen. Bei der Gefriertrocknung ist ein Material zuerst eingefroren, gefolgt von Reduzierung des umgebenden Drucks, wodurch das Wasser (oder andere Lösungsmittel) durch Sublimation entfernt werden.

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References

  1. Kaplan, L., Kester, W. L., Katz, J. J. Some properties of iron biscyclopentadienyl. J Am Chem Soc. 74, 5531-5532 (1952).

Transcript

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