Rotatie-evaporatie om oplosmiddel te verwijderen
Bron: Dr. Melanie Pribisko Yen en Grace Tang — California Institute of Technology
Rotorevaporatie is een techniek die het meest wordt gebruikt in de o…
1. Setup
- Pour het mengsel van oplosmiddel en gewenst verbinding in een ronde bodemkolf. De beste resultaten worden behaald wanneer de kolf minder dan half gevuld is met de oplossing.
- Vul de rotovap koude vangen met droog ijs.
- Bevestig een glazen "bump trap" die voorkomt dat enige oplossing in het hoofdgedeelte van de rotovap terechtkomt. Beveilig met een Keck-klem.
- Met een Keck-klem bevestig de kolf en bump trap aan het adaptergedeelte van de roto-evaporator.
- Laat de kolf zakken in het waterbad. Dit helpt om te voorkomen dat de kolf losraakt.
2. Rotary Evaporator Operation
- Start de rotatie. Verschillende snelheden zijn te prefereren voor verschillende volumes.
- Begin langzaam het vacuüm te verhogen. Het vacuüm is op de juiste sterkte wanneer: 1) condensatie van het oplosmiddel zichtbaar is op de koude vinger of in de ontvangstkolf, of 2) het oplosmiddel begint te borrelen.
- Schakel de verwarming voor het waterbad in. Onthoud uit de algemene chemie dat vacuüm het kookpunt van het oplosmiddel verlaagt, dus een aanzienlijk lagere temperatuur is nodig om het oplosmiddel te verdampen met behulp van een rotovap dan bij STP.
- Pas de vacuüminstelling naar behoefte aan.
- Wanneer al het oplosmiddel is verwijderd schakel het vacuüm uit en breng de kolf terug naar atmosferische druk.
- Stop de rotatie.
- Til de kolf uit het bad.
- Verwijder de kolf uit de adapter.
- Als er meer oplosmiddel moet worden verwijderd het kan worden toegevoegd aan dezelfde kolf en de procedure wordt herhaald. Vergeet niet om de ontvangstkolf te legen wanneer de verdamping voltooid is.
Rotorevaporatie is een techniek die veel wordt gebruikt in de organische chemie om een vluchtig oplosmiddel te verwijderen van een niet-vluchtig verbinding van belang.
Uitgevonden door Lyman C. Craig in 1950?de roterende verdamper, of rotovap, verwijdert voorzichtig oplosmiddelen uit verbindingen door warmte in combinatie met verlaagde druk te gebruiken om te verdampen, drogen en zuiveren van monsters voor verder downstream gebruik.
Hoewel er andere methoden zijn om oplosmiddelen te verwijderen, zijn het de snelheid en de mogelijkheid om grote volumes te verwerken die rotorevaporatie een routineproces maken in veel chemische laboratoria, vooral voor oplosmiddelen met een laag kookpunt. Deze video zal het proces van rotorevaporatie demonstreren?inclusief de belangrijkste componenten van de apparaatopstelling.
De rotovap draait mechanisch een kolf met de verbinding in oplossing in een verwarmd waterbad. De rotovap is verbonden met een vacuümpomp die de druk boven het bulkoplosmiddel verlaagt?wat de afvoer van het evaporaat van het monster vergemakkelijkt. Het oplosmiddel verdampt?terwijl de verbinding blijft.
Een koude val gevuld met droog ijs en aceton condenseert de oplosmiddeldampen?die vervolgens druppelen in een opvangkolf. De verlaagde druk helpt ook om het kookpunt van het oplosmiddel te verlagen?dat verdampt bij een aanzienlijk lagere temperatuur dan bij atmosferische druk.
De mechanische rotatie verdeelt het oplosmiddel als een dunne film over het binnenoppervlak van de kolf, waardoor de verdampingssnelheid toeneemt en het risico op "bumping" wordt verkleind, dat optreedt wanneer een grote zak oplosmiddeldamp zich snel vormt en de omringende vloeistof verplaatst. Een bumpval is een andere manier om te voorkomen dat oplosmiddel in het apparaat terechtkomt. Eventueel gebumpt oplosmiddel zal zich in de val verzamelen en kan terug in de kolf worden gespoeld. Dit proces vergemakkelijkt de scheiding van het oplosmiddel van de verbinding van belang?die in de kolf achterblijft als een vaste of vloeibare stof vanwege het hogere kookpunt.
Nu je de basisprincipes van de roterende verdamper begrijpt?zullen we de werking ervan behandelen.
Om de procedure te beginnen?vul de koude val met droog ijs en aceton?en bevestig de opvangkolf met een gewrichtsclip.
Weeg een schone kolf met ronde bodem. Voeg het mengsel van de gewenste verbinding en oplosmiddel toe. Voor de beste resultaten?moet de kolf minder dan half vol zijn.
Bevestig een glazen bumpval om te voorkomen dat de oplossing de hoofdsectie van de rotovap binnenkomt. Bevestig met een Keck-clip.
Gebruik een andere clip?bevestig de kolf en bumpval aan het adaptergedeelte van de rotovap.
Laat de kolf in het waterbad zakken om met de verdamping te beginnen.
Start de rotatie van de kolf. Pas de rotatiesnelheid aan volgens de grootte van de kolf en het volume van het monster. Start de vacuüm en observeer het apparaat. Begin met een lage vacuümsterkte?omdat hoog vacuüm vervuiling en degradatie van de opstelling kan veroorzaken. Het vacuüm heeft een geschikte sterkte wanneer condensatie van het oplosmiddel verschijnt op de koude vinger of in de opvangkolf?of wanneer het oplosmiddel begint te borrelen. Laat de vacuümregeling op die instelling staan.
Schakel de verwarming voor het waterbad in. Houd er rekening mee dat het kookpunt bij verlaagde druk aanzienlijk lager is dan bij atmosferische druk. Als de rotatiesnelheid te snel is, of er te veel warmte wordt toegepast, zal het oplosmiddel in de val terechtkomen. In de loop van het proces?verhoog de sterkte van het vacuüm als het oplosmiddel stopt met verdampen.
Zodra al het oplosmiddel is verwijderd, sluit de vacuümleiding en stop de rotatie. Laat het vacuüm langzaam los door de stopkraan te draaien.
Vervolgens?haal de kolf uit het bad en verwijder hem uit de adapter. Schraap de verbinding uit de kolf voor downstream gebruik. Kernspinresonantiespectroscopie wordt meestal gebruikt om de afwezigheid van het oplosmiddel te verifiëren. Als er extra verbinding nodig is?voeg meer van het mengsel toe aan dezelfde kolf en herhaal de procedure. Wanneer u klaar bent?leeg de opvangkolf en zorg voor de juiste verwijdering van het oplosmiddel.
De roterende verdamper wordt gebruikt in een breed scala aan wetenschappelijke ondernemingen.
Rotorevaporatie wordt routinematig uitgevoerd om oplosmiddel te verwijderen na organische synthese voor producten die niet uitkristalliseren. In dit voorbeeld werd het reactiemengsel van de synthese van tetrahydrocarbazoolderivaten ? die hoge antivirale activiteiten hebben getoond ? direct onderworpen aan rotorevaporatie om azijnzuur te verwijderen. Het resulterende residu werd gezuiverd.
Een rotovap kan ook worden gebruikt bij de bereiding van polymere materialen. In dit voorbeeld?werden pH-responsieve sol-gel nanosensoren gesynthetiseerd en verzameld door rotorevaporatie. Deze nanosensoren werden vervolgens gecomplexeerd met liposomen???lipide dragermoleculen die het transport in zoogdiercellen vergemakkelijken.
Ten slotte kan rotorevaporatie worden gekoppeld aan een chemische extractie. In dit voorbeeld werden cholesterylesters uit humaan serum geëxtraheerd met een chloroform/methanol-mengsel?die vervolgens werd verwijderd om een olieachtig product te verkrijgen. De esters werden vervolgens verder gekarakteriseerd en gemodificeerd.
Je hebt zojuist de introductie van rotorevaporatie van JoVE bekeken. Je zou nu de onderliggende theorie van de oplosmiddelverwijdering moeten begrijpen en hoe een roterende verdamper te bedienen.
Bedankt voor het bekijken!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why is rotary evaporation preferred over other solvent removal methods?
Rotary evaporation is preferred because of its speed and ability to handle large volumes, making it a routine process in many chemistry laboratories. It is especially effective for low-boiling-point solvents. The technique gently removes solvents using heat combined with reduced pressure, allowing efficient separation of volatile solvents from non-volatile compounds of interest.
Q2: How does reduced pressure help during rotary evaporation?
Reduced pressure lowers the boiling point of the solvent significantly below its atmospheric pressure boiling point, allowing evaporation at lower temperatures. This prevents thermal degradation of heat-sensitive compounds. The vacuum pump draws evaporated solvent away from the sample, facilitating efficient separation while the compound of interest remains in the flask due to its higher boiling point.
Q3: What is the purpose of the cold trap in a rotary evaporator?
The cold trap, filled with dry ice and acetone, condenses solvent vapors as they exit the flask. The condensed solvent then drips into a collection flask for recovery and proper disposal. This component prevents solvent vapors from entering the vacuum pump, protecting the equipment and enabling solvent recycling.
Q4: What causes bumping during rotary evaporation and how is it prevented?
Bumping occurs when a large pocket of solvent vapor forms rapidly and displaces surrounding liquid. The mechanical rotation of the flask distributes solvent as a thin film across the interior, increasing evaporation rate and reducing bumping risk. A bump trap attached to the flask collects any bumped solvent, which can be rinsed back into the flask to continue evaporation.
Q5: How do you verify that solvent has been completely removed after rotary evaporation?
Nuclear magnetic resonance spectroscopy is typically used to verify the absence of solvent in the final product. This analytical technique confirms that the compound has been successfully isolated and dried. If additional purification is needed, the residue can be subjected to further downstream applications or analysis.
Q6: What are the key operational steps when starting a rotary evaporator?
Begin by filling the cold trap with dry ice and acetone, then add your compound-solvent mixture to a round-bottom flask filled less than half full. Attach a bump trap, secure the flask to the rotovap, and lower it into the water bath. Start rotation at an appropriate speed, then initiate vacuum at low strength before turning on heat to begin solvent evaporation.
Q7: What applications use rotary evaporation in organic chemistry research?
Rotary evaporation is routinely used to remove solvent following organic synthesis when products do not precipitate. It is also employed in preparing polymeric materials and can be coupled with chemical extraction techniques. For example, it removes acetic acid from reaction mixtures and extracts compounds like cholesteryl esters from biological samples for further characterization and modification.