Overview
מקור: הסין-צ'ון צ'יו וטיילר ג'יי מורין, המעבדה של ד"ר איאן טונקס – אוניברסיטת מינסוטה טווין סיטיז
קווי שלנק וקווי ואקום גבוהים משמשים שניהם כדי לא לכלול לחות וחמצן מתגובות על ידי הפעלת תגובות תחת לחץ יתר קל של גז אינרטי (בדרך כלל N2 או Ar) או תחת ואקום. העברת ואקום פותחה כשיטה להפריד ממיסים (reagents נדיפים אחרים) מסוכני ייבוש (או סוכנים אחרים שאינם נדיפים) ולחלק אותם לכלי תגובה או אחסון תוך שמירה על סביבה ללא אוויר. בדומה זיקוקים תרמיים, העברת ואקום מפרידה ממסים על ידי אידוי ו עיבוי אותם בכלי קבלה אחר; עם זאת, העברות ואקום לנצל את הלחץ הנמוך בסעפות של Schlenk וקווי ואקום גבוה כדי להוריד נקודות רתיחה לטמפרטורת החדר או מתחת, המאפשר זיקוקים cryogenic. טכניקה זו יכולה לספק חלופה בטוחה יותר לזיקוק תרמי לאוסף ממיסים ללא אוויר ולחות. לאחר העברת הוואקום, תכולת המים של הממס שנאסף יכולה להיבדק כמותית על ידי טיטרציה קרל פישר, באופן איכותי על ידי טיטרציה עם פתרון Na / Ph2CO, או על ידי ספקטרוסקופיה 1H NMR.
Principles
ממיסים מטוהרים שהם גם ללא לחות וגם ללא חמצן נדרשים בתחומים מגוונים של כימיה, מסינתזת מולקולות קטנות ועד ליישומי חומרים מתקדמים. 1-3 לדוגמה, butyllithium, אשר נפוץ בסינתזה אורגנית כיוזם פילמור אניוני, הוא מים תגובתי ומים קורט בממסים יכול להשפיע מאוד על ריכוז ריאגנט בפועל. באופן דומה, תרכובות אנאורגניות ואורגנומטליות רבות, במיוחד מתכות בעלות ערך נמוך או בלתי רוויות באופן תיאום, מגיבות לעתים קרובות מאוד למים וחמצן ודורשות שימוש במניפולציות ללא אוויר בנוסף לממסים יבשים ודהאוקסיגנים. 4 שימוש בקו שלנק או בקו ואקום גבוה מאפשר מניפולציה נכונה של תרכובות כאלה שהן רגישות לאוויר ו/או לחות, והעברת ואקום היא שיטה אחת לייבוש קפדני של ממסים.
קו Schlenk וכלי זכוכית המתאימים פותחו בתחילה על ידי הכימאי וילהלם יוהאן שלנק ככלי לסנתז ולתפעל את רדיקל טריפנילמתיל, כמו גם תרכובות אורגנוסודיום ואורגנוליתיום. 4 קווי שלנק אומצו באופן נרחב על ידי כימאים סינתטיים, ויש מספר עיצובים זמינים מסחרית. קו שלנק מורכב בדרך כלל מסעפות זכוכית תאומות (אחת לוואקום, אחת לגז אינרטי) עם יציאות עם 4-6 שסתומים, וצינורות גומי עם קירות עבים המובילים מהנמלים למנגנוני תגובה שונים. 5,6 הנפוצים ביותר, השסתומים המגוונים הם זכוכית טחונה משומנת או פקקי PTFE המאפשרים מעבר חלק בין גז אינרטי / ואקום, בעוד צינורות גומי עבה דופן הוא גם גומי בוטיל או צינורות המותג טייגון. באופן כללי, ישנם פשרות קלות תחזוקה לעומת איכות ללא אוויר (תעריפים של outgassing ו / או חמיצות גז) בעת בחירה בין סוגים שונים של בניית שסתום או סוג צינורות, ויישומים שונים דורשים דרגות שונות של איכות.
סעפת הוואקום מחוברת למשאבת ואקום. מלכודת קריוגנית (לעתים קרובות חנקן נוזלי, 77 K, או קרח יבש / אצטון slurry, 195 K) ממוקם בין סעפת ואקום ואת המשאבה על מנת למנוע ממיסים או חומרים מזיקים אחרים מלהיכנס משאבת ואקום. 8 קבוצות מחקר רבות משתמשות בעיצוב של שתי מלכודות, שבו המלכודת הראשונה משמשת להסרת ממסים והמלכודת השנייה להגנה על המשאבה; באופן כללי עיצוב זה מספק הגנה מעולה למשאבת הוואקום במהלך הפעולה השגרתית. הסעפת האינטקטית מחוברת למקור גז אינרטי מוסדר בלחץ (N2 או Ar) שהועבר דרך קרצוף לחות/חמצן ומאוורר דרך בועת שמן כדי לשמור על לחץ הקו מעט מעל לחץ אטמוספרי.
קו ואקום גבוה מורכב מאותו עיצוב סעפת תאומה, אך משתמש במשאבת דיפוזיה הממוקמת בין משאבת הסעפת למשאבת ואקום כדי ליצור ואקום גבוה משמעותית (עד 10-7 טור). משאבת הדיפוזיה פועלת על ידי הזרמת שמן כבד או כספית כדי לייצר סילון אדים במהירות גבוהה, אשר לאחר מכן מכוון מולקולות במורד הגרון של המשאבה. בנוסף, קווי ואקום גבוהים מוותרים על השימוש בצינורות גומי בעלי קירות עבים ובעיקר משתמשים בחיבורי זכוכית על זכוכית כדי לחבר ציוד, מה שממזער את דיפוזיית הגז למערכת. באופן כללי, קווי Schlenk משמשים לפעולות הדורשות העברות צינוריות, שיטות זרימה נגדית או זיקוקי שברים, בעוד קווי ואקום גבוהים משמשים לתחבולות גז כמותי או לתגובות רגישות מאוד לאוויר; עם זאת, ניתן להשתמש בכל אחד מהיישומים עבור רוב היישומים בהתאם להעדפה האישית של המשתמשים.
העברת ואקום היא טכניקה נפוצה להעברת ממיסים מכלי לכלי תוך שמירה על סביבה נטולת אוויר. טכניקה זו היא נתקלת בדרך כלל בעת ייבוש / טיהור ממיסים אורגניים לתגובות ללא אוויר כשיטה להפרדת ממס מן הייבוש; עם זאת, זה יכול להיות מיושם בדרך כלל על לכידה או הפרדה של כל תרכובת נדיף בתוך תערובת. באופן כללי, העברות ואקום הן זיקוקים קריוגניים ופועלות תחת אותם עקרונות פיזיים כמו זיקוקים תרמיים סטנדרטיים. היתרון העיקרי שלהם על זיקוקים מסורתיים הוא שהם לא מחוממים, באופן משמעותי להפחית את הסיכון של אש או פיצוץ בעת עבודה עם דליק או מי חמצן להרכיב ממיסים. בעוד רק העברות ואקום נורה לנורה מוצגים כאן, ניתן להפריד רכיבים מרובים באמצעות סממנים קריוגניים רצופים עם הגדרות משוכללות יותר.
שלושה גורמים עיקריים מכתיבים את הקצב (והמעשיות) שבו ניתן לשאוב באופן קריוגני להעביר רכיב נדיף: (1) לחץ האדים של התנודתי (גבוה יותר הוא טוב יותר); (2) איכות הוואקום (נמוך יותר הוא טוב יותר — ולכן, קווי ואקום גבוהים עדיפים על פני קווי שלנק); ו-(3) האורך/קוטר של מסלול המזקקה (אורך קצר, קוטר רחב עדיף). על מנת למקסם את יעילות העברת הוואקום, ממסים יופחתו תחילה באמצעות טכניקת הפשרת משאבת ההקפאה, ולאחר מכן ואקום יועבר לכלי אחסון באמצעות צינור גשר מיוחד בצורת U המחובר לקו ואקום גבוה או קו Schlenk עם חיבורי זכוכית על זכוכית בלבד. טכניקה זו יכולה לאפשר העברה של ממיסים רותחים כגון טולואן ודיוקסן בקלות יחסית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. שימוש בקווי שלנק
1 סטארט-אפ
- ודא כי כל היציאות העובדות על הסעפת סגורות, וכי כל המפרקים משומנים כראוי עם שומן ואקום גבוה.
- חברו את המלכודות הממסיות לקו הוואקום, וחותמים על-ידי הפעלת משאבת הוואקום. הערה: לכל משאבת ואקום יש צליל "ייחודי" משלה כאשר האוויר נשאב באופן פעיל אל מחוץ למערכת. חשוב "להכיר" את הצלילים הרגילים שהוואקום שלכם עושה בזמן השאיבה ובזמן שהם תחת ואקום מלא.
- מניחים את ההשמדה האטומה בוואקום סביב המלכודות הממסות וממלאים את הנידויים בחנקן נוזלי (הטוב ביותר) או בזל קרח/אצטון יבש (רק עבור ממסים נמוכים ללחץ אדים - סיכון לנזק במשאבת ואקום) כדי להגן באופן קריוגני על משאבת הוואקום.
- הפעל את זרימת הגז אינרטי מוסדר, ולהתאים את הזרימה על ידי צפייה בקצב שבו בועות הבועה. (קצב זרימה משוער של 5 בועות ל-10 s הוא אידיאלי)
- חבר את המנגנון הרצוי ליציאת סעפת באמצעות צינורות גומי עבים או ישירות באמצעות כלי זכוכית סטנדרטיים.
- נקה את מרחב הראש (ואולי גם את המנגנון) של שאריות אוויר ולחות על ידי ביצוע 3 מחזורי מילוי גב גז ואקום / אינרטי: (1) לפתוח את יציאת התגובה לוואקום, לחכות לוואקום מלא ולאחר מכן לסגור את יציאת התגובה כדי ואקום; (2) פתח לאט את יציאת התגובה לגז אינרטי, ולאחר מכן המתן עד שהבוע מתחיל לבעבע שוב. פתיחה מהירה של הנמל לגז אינרטי עלולה לגרום לאוויר להישאב לתוך המערכת דרך הבועה. סגור את יציאת התגובה לגז אינרטי. (3) חזור על הפעולה פי 3.
2 כיבוי
- סגור את כל היציאות המגווצות, וכבה את זרימת הגז האינרס.
- הסר את המלכודת הממס dewar(ים). אזהרה: אם נוזל כחול נמצא במלכודת בעת ההסרה, זה אולי חמצן נוזלי (B.P. -183 °C ), אשר יכול לדחוס בטמפרטורות חנקן נוזלי (B.P. -196 °C) והוא יכול ליצור תערובות נפץ עם תרכובות אורגניות או לגרום לפיצוץ לחץ מהיר במערכת סגורה עם התחממות. 7 במקרה שבו חמצן נוזלי קיים, מיד להחליף את dewar על מנת לשמור על המלכודת קרה, לסגור את אבנט מכסה המנוע אדים, וליידע אחרים על המצב. השאירו את המלכודת למעלה ואת המערכת תחת ואקום, ולהשאיר אותו להתחמם לאט להתאדות. ניתן להימנע מעיבוי חמצן נוזלי על ידי הבטחת הסעפות ללא דליפות ועל ידי הגבלת חשיפה לוואקום לאטמוספירת הסביבה. אירוע דומה יכול להתרחש עם ארגון נוזלי (B. P. -186 °C), ויש להקפיד לא לשאוב כמויות משמעותיות של ארגון באמצעות מלכודת LN2.
- כבה את משאבת הוואקום ואוורר את המערכת לאטמוספירה סביבתית על ידי פתיחת פתח האוורור של מלכודת הממס (אם ישים) או יציאה בסעפת הוואקום הראשית.
- הסר את מלכודות הממס, ולהיפטר כל נדיפים לכודים לתוך מיכל הפסולת המתאים.
2. ייבוש ממיסים פחמימנים/ריאגנטים
זהירות: מתכת נתרן מגיבה באלימות במים. רדיקלים קטיל אינם עולים בקנה אחד באופן מסוכן עם כמה ממיסים, במיוחד ממסים הלוגן. יש להתייעץ עם הפניות מתאימות לפני בחירת תפל מתאים לממס נתון. בצע את ההנחיות בטיהור של כימיקלים מעבדה. 8-9
1 הכנת "סיר ממס" – 5 גרם Ph2CO לליטר של ממס. 10
- ראה איור 1 עבור כלי זכוכית נחוצים. תחת אטמוספרה אינרטית, מודדים כ-1 ס"מ5,6 נה מתכת (חוט או נתח), חותכים אותה לחתיכות קטנות יותר ומניחים את החלקים לבקבוקון עגול בגודל 500 מ"ל עם מפרק צוואר סטנדרטי 24/40.
- שקול כ 1.25 גרם של Ph2CO ומניחים אותו לתוך הבקבוקון התחתון העגול 500 מ"ל עם הנתרן.
- מניחים מוט ערבוב כבד לתוך הבקבוקון התחתון העגול של 500 מ"ל, ולאחר מכן לאטום את הבקבוק באמצעות מתאם 180 ° 24/40 כי כבר משומן עם כמות מינימלית של שומן ואקום גבוה חובה כבדה. הנח קליפ קק מעל המפרק כדי להבטיח חיבור יציב.
- הסר את הבקבוק מתא הכפפות והתפנו בקו הוואקום שלנק/גבוה כמתואר בסעיף 1.2.6. אטמו את המתאם ב-180° והסירו את הבקבוק מהקו בזמן שהוא נמצא תחת ואקום.
- חבר משפך לחלק העליון של סיר הממס (לא להשתמש גריז!) ולמלא את המשפך עם הממס הרצוי. באמצעות מחט ארוכה המחוברת לקו חנקן, חנקן בועה דרך הממס כדי degas חלקית אותו.
- תוך שמירה על מבעבע חנקן, פתחו באיטיות את מתאם 180° כדי להכניס ממס לסיר הממס. כאשר רמת הממס במשפך מתקרבת למתאם 180°, סגור את המתאם והסר את המשפך. הערה: ממס ניתן להציג בדרכים אחרות, עם דרגות שונות של הקפדה ללא אוויר. בדרך כלל, משתמשים עשויים לבחור למלא את הסיר בעוד פתוח לאוויר degas מאוחר יותר, או עשוי לבחור למלא את הסיר עם ממס מיובש מראש נלקח ישירות ממערכת טיהור ממס.
- מערבבים את סיר הממס במשך מספר שעות, שבמהלכן הפתרון יהפוך סגול עמוק המציין את היווצרותו של נתרן בנזופנון קטיל רדיקלי. במקרה שהסיר אינו הופך לסגול עמוק, מסיר את הפתרון (סעיף 2.2) ומערבבים שוב.
2 הפשרת משאבת הקפאה לממס דגה
זהירות: חנקן נוזלי משמש בדרך כלל "להקפיא" ממיסים עבור מחזורי הפשרת משאבת הקפאה. מומלץ מאוד לא להשתמש בחנקן נוזלי אלא אם כן יש צורך בהחלט ובהתייעצות עם מפקחים. קירור מערכת סגורה לטמפרטורות חנקן נוזלי מגדיל מאוד את הסיכוי ל עיבוי חמצן נוזלי אם יש דליפה במערכת. יתר על כן, שיפוע הטמפרטורה הגדול מגדיל את הסיכוי לשבירת זכוכית עקב הלם תרמי. כמעט בכל המקרים, -78 °C מספיק כדי לקרר מערכת עבור degassing עם אובדן ממס מינימלי.
- הפעל את קו הוואקום שלnk או גבוה (סעיף 1.1) וחבר את סיר הממס לסעפת (סעיף 1.1.6).
- השתמש קרח יבש / אמבט קירור אצטון כדי לקרר את התוכן של הסיר כדי -78 °C (78 °F). זה עלול להקפיא את הממס בהתאם לנקודת ההקפאה שלה. הערה: טעות נפוצה של "להפשיר משאבת הקפאה" היא כי הממס חייב להיות קפוא כדי degas אותו. זה לא נכון; למעשה קל יותר degas נוזל קר מאשר מוצק קפוא כי גז יילכד במטריצה מוצקה.
- אם נקודת ההקפאה של הממס היא מעל -78 מעלות צלזיוס והממס קפוא, פתח את סיר הממס לוואקום על ידי פתיחת מתאם 180° על מנת להסיר את מרחב ראש הגז בסיר. המתן עד שהמערכת תחזור לוואקום מלא, ולאחר מכן סגור את סיר הממס כדי לשאוב.
- אפשר לסיר הממס לחזור לטמפרטורת החדר, וציין אם נוצרות בועות בתערובת המוצקה/נוזלית. אם קיימות בועות, הממס אינו מנוקד במלואו ויש לחזור על שלבים 2.2.2–2.2.4. בדרך כלל שלושה מחזורים "להפשיר משאבת הקפאה" מספיקים עבור degassing.
- אם נקודת ההקפאה של הממס היא מתחת -78 °C (78 °F) ואת הממס יש לחץ אדים נמוך ב -78 °C (78 °C), אז במקום לבצע שלבים 2.2.3 ו 2.2.4, סיר ממס ניתן לפתוח לשאוב במשך כ 5 דקות (או עד עצירות מבעבעות) כדי degas המערכת. לאחר 5 דקות, סגור את מתאם 180°. כמות קטנה של ממס עלולה ללכת לאיבוד למלכודת משאבת ואקום.
- אם נקודת ההקפאה של הממס היא מתחת -78 °C והממס יש לחץ אדים גבוה יותר ב -78 °C (78 °C), שתי אפשרויות זמינות: לבצע שלבים 2.2.3 ו 2.2.4 וקורר עם חנקן נוזלי במקום אמבט -78 °C (פחות אובדן ממס, סיכון טבוע יותר), או לבצע שלב 2.2.5 לתקופות זמן קצרות יותר (אובדן ממס יותר, בטוח יותר).
3. ואקום העברת ממיסים / כימיקלים
- יבש בקבוקון שטראוס בגודל 500 מ"ל וגשר העברת ואקום בצורת U בתנור ייבוש (125 מעלות צלזיוס) למשך שעה אחת לפחות.
- מחברים את בקבוקון שטראוס ואת סיר הממס לגשר בצורת U ומשמנים את כל המפרקים בקלילות עם שומן. חבר את הגשר בצורת האות U לקו הוואקום. הערה: מערכת כבדה זו צריכה להיות נתמכת על ידי שקעי מעבדה וקליפים קק כדי למנוע ממנה ליפול מהקו ולשבור. ואקום מן הסעפת לא יכול להיות מספיק כדי להחזיק אותו על הקו.
- לפנות את המערכת כמתואר בשלב 1.1.6.
- דגה סיר הממס כמתואר בסעיף 2.2.
- סגור את שסתום U-גשר העליון כדי לסגור את ההתקנה העברת ואקום מוואקום דינמי. המערכת צריכה להיות כעת תחת ואקום סטטי עם שסתום שטראוס פתוח ומתאם סיר ממס 180° סגור.
- השתמש שקע מעבדה כדי להעלות -78 °C אצטון / קרח יבש כדי לקרר את בקבוק שטראוס המקבל. זהירות: קירור מערכת סגורה עם חנקן נוזלי הוא מסוכן, שכן יש סיכוי משמעותי ל עיבוי חמצן נוזלי אם יש דליפה. אמנם זה עשוי להיות מהיר יותר לשאוב העברה בטמפרטורות חנקן נוזלי, זה לא שווה את ההחלפה בבטיחות. פרקטיקה זו אסורה במעבדות שלנו. אם ממס לא יכול להיות ואקום מועבר ב -78 °C (78 °F), מומלץ להשתמש ואקום טוב יותר או לשקול זיקוק תרמי.
- הפעל ערבוב מגנטי לערבב את סיר הממס, ולאחר מכן לאט לפתוח את stopcock של מתאם 180 ° על סיר הממס, כך הנוזל בסיר הממס לא ירתח במהירות לתוך מפרק U.
- בקרוב, ממס צריך להתחיל עיבוי הבקבוקון המקבל. המתן עד סיר הממס הוא כמעט מיובש או את הכמות הרצויה של ממס נאסף. סגור את stopcock על בקבוק שטראוס המקבל ואת השסתום על סיר הממס, אשר ניתן למלא מחדש או להשתמש שוב.
- אם סיר הממס קופא במהלך ההעברה, סגור את שסתום הבקבוק של שטראוס ואפשר לסיר הממס להתחמם לטמפרטורת החדר לפני שתמשיך.
- אם העברת הוואקום איטית מאוד או מאטה, תפיל מחדש את המערכת על-ידי ביצוע הפרוטוקולים בסעיף 2.2.
4. בדיקת הממס שנאסף בתא כפפות חנקן
1 הכנת פתרון הקטיל
- משקל 0.137 גרם של Ph2CO ועוד 0.028 גרם של מתכת Na בוויאל 20 מ"ל.
- מוסיפים 20 מ"ל של THF למצופן ומערבבים קטנים, ואז מכסים את הנקינה ומערבבים לילה. זה אמור ליצור פתרון סגול עמוק של 0.0337 M Na / Ph2CO קטיל רדיקל עם עודף קטן של Na שנותר בתחתית של המשחקון.
2 טיטריון של הממס שנאסף
- פיפטה כ 4 מ"ל של הממס להיבדק לתוך 4 מ"ל בוויאל.
- השתמש פיפטה פסטר בזהירות טיפה אחת של פתרון THF סגול Na / Ph2CO ב להפליאה.
- מערבבים בעדינות את הוויאל עם קצה פיפטה נקי ומנתחים את הצבע המתקבל. ממס כי הוא 10 ppm H2O או פחות צריך להישאר סגול חיוור. (לאכחול)
- אם הממס יגיב עם Ph2CO רדיקלי (למשל ממיסים הלוגן כגון dichloromethane), לבדוק את הממס עם טיטרציה קרל פישר או, במקרה של ממיסים deuteated, 1,2,3ספקטרומטריית NMR H.
תגובות כימיות מסוימות חייבות להישמר ללא מים וחמצן. קו שלנק הוא סעפת כפולה המשמשת לטיפול בטוח בריאגנטים רגישים לאוויר ולחות.
המנגנון הומצא בשנות ה-20 על ידי וילהלם שלנק. מרכיב מרכזי בעיצובו הוא אגף שלנק. יש לו stopcock, שבו ואקום או גז אינרטי ניתן להחיל על המערכת, לפי הצורך. ניתן לממשק את פתח הצוואר עם מנגנון אחר, או לאטום במחיצה, וניתן להוסיף ריאגנטים ללא כניסת אוויר.
ברגע שהריגנטים הוצגו למנגנון, ניתן לתמרן אותם בסביבה נטולת חמצן ומים.
וידאו זה ידגיש את נהלי הפעולה הבסיסיים עבור קו Schlenk, ולאחר מכן להדגים את העיקרון במעבדה באמצעות העברת ואקום של ממיסים.
קו שלנק הוא מנגנון זכוכית צינורי, עם קו אחד המשמש להעברת ואקום, וקו אחר המשמש להעברת גז אינרטי. יחד, המערכת נקראת סעפת כפולה. לסעפת הכפולה ארבע עד שש יציאות שסתומות, עם צינורות גומי עבים המובילים למנגנוני תגובה שונים. סעפת הגז אינרטי מחוברת למקור גז אינרטי מוסדר בלחץ. הוא מאוורר דרך בועת שמן כדי לשמור על לחץ הקו מעט מעל אטמוספרי. מבעבע השמן גם מונע אוויר הסביבה להיכנס סעפת, מניעת זיהום של הקו.
סעפת הוואקום מחוברת למשאבת ואקום. מלכודת קריוגנית, לעתים קרובות מקורר עם חנקן נוזלי או תרחיף קרח יבש, ממוקם בין סעפת הוואקום ואת המשאבה על מנת לדחוס רכיבים נדיפים, ובכך למנוע מהם להיכנס ולפגוע במשאבת הוואקום.
מערכת קו Schlenk יכול לשמש עבור טכניקות ותגובות רבות, כגון העברת ואקום של ממיסים. זה כרוך בהעברת ממיסים מכלי לכלי, תוך שמירה על סביבה ללא אוויר.
עכשיו שאתה מבין את העקרונות של פעולת קו שלנק, מאפשר לראות העברה של ממס ללא אוויר וחמצן.
כדי להתחיל, ודא כי כל היציאות העובדות על הסעפת סגורות, וכי כל המפרקים מצופים כראוי עם שומן ואקום גבוה.
חבר את מלכודות הממס לקו הוואקום, ולאטום אותם על ידי הפעלת משאבת הוואקום.
מניחים דיואר אטום בוואקום סביב מלכודת הממסים, וממלאים בחנקן נוזלי כדי להגן על המשאבה באופן קריוגני.
הפעל את זרימת הגז אינרטי מוסדר, ולהתאים על ידי צפייה בבוע. חבר את המנגנון הרצוי, כגון אגף שלנק, ליציאת הסעפת באמצעות צינורות גומי עבים או כלי זכוכית סטנדרטיים.
נקה את מרחב הראש בבקבוקון על ידי פתיחת יציאת התגובה תחילה לוואקום ופינוי מלא של הבקבוקון. סגור את היציאה כדי לשאוב, ולאחר מכן לאט לפתוח את יציאת התגובה לגז אינרטי ולחכות עד הבועה מתחיל לבעבע שוב. סגור את יציאת התגובה לגז אינרטי, וחזור על התהליך פעמיים נוספות.
השלב הבא הוא להכין סיר ממס. זה משמש לייצור ממס ללא מים וחמצן לתגובות רגישות. הליך זה משתמש בהגדרה הנפוץ בנזופנון נתרן.
כדי להתחיל, מניחים את כלי הזכוכית והריגנטים בתא כפפות תחת אווירה אינרטית. למדוד כ סנטימטר מעוקב אחד של מתכת נתרן, לחתוך אותו לחתיכות קטנות יותר. מניחים את החלקים לתוך בקבוקון עגול 500 מ"ל עם מפרק צוואר מתח סטנדרטי. שוקלים 1.25 גרם בנזופנון ומניחים אותו בבקבוקון העגול עם הנתרן. מוסיפים בר מוקפץ כבד.
אטמו את הבקבוקון באמצעות מתאם 180° 24/40 כי כבר משומן עם כמות מינימלית של שומן ואקום גבוה כבד. הנח קליפ קק מעל המפרק כדי להבטיח חיבור מאובטח.
הסר את הבקבוק מתא הכפפות, ולפנות את מרחב הראש הבקבוק באמצעות קו Schlenk. אוטמים את מתאם 180° ומסירים את הבקבוק מהקו בעודם תחת ואקום.
מחברים משפך לחלק העליון של סיר הממס וממלאים את המשפך בכ -300 מ"ל של הממס הרצוי. באמצעות מחט ארוכה המחוברת לקו חנקן, חנקן בועה דרך הממס כדי degas חלקית אותו.
תוך שמירה על מבעבע החנקן, פתחו לאט לאט את מתאם 180° כדי להכניס ממס לתוך סיר הממס. כאשר רמת הממס במשפך מתקרבת אל המתאם, סגור את המתאם והסר את המשפך.
מערבבים את הסיר במשך כמה שעות. הפתרון יהפוך סגול עמוק המציין את היווצרותו של נתרן בנזופנון קטיל רדיקלי. היווצרות הרדיקלי מסמלת כי הממס יבש וללא חמצן. אם הסיר לא הופך סגול עמוק, degas את הפתרון. השתמש בטכניקת הפשרת משאבת ההקפאה, כפי שמתואר בפירוט ב"נוזלים להפחתת גזל עם רכיבה על אופניים להקפאה-משאבת הפשרה".
יבשו בקבוקון שטראוס בגודל 500 מ"ל וגשר העברת ואקום בצורת U בתנור ייבוש. בקבוקון שטראוס הוא בקבוקון תחתון עגול עם שני צווארים. צוואר אחד משורשר כדי לאפשר חיבור של שסתום תקע.
מצפים את כל המפרקים קלות בשמן ואקום, ומצמידים את הגשר בצורת U לקו הוואקום. חברו את בקבוקון שטראוס ואת סיר הממס לגשר בצורת U. הקפד לאבטח את המערכת הכבדה במקום באמצעות קליפים קק. לפנות את המערכת degas הממס כמתואר קודם לכן.
סגור את שסתום גשר U העליון כדי לסגור את הוואקום. המערכת צריכה להיות תחת ואקום סטטי עם שסתום שטראוס פתוח ומתאם סיר ממס 180° סגור. השתמש שקע מעבדה כדי להעלות -78 מעלות אצטון / ברז קרח יבש כדי לקרר את בקבוק שטראוס המקבל.
התחילו לערבב את סיר הממסים, ואז פתחו לאט לאט את העצירה של מתאם 180°. הקפד להפוך את stopcock לאט, כך הנוזל לא לרתיחה במהירות לתוך מפרק U. ממס יתחיל עיבוי בבקבוקון המקבל. אם סיר הממס קופא במהלך ההעברה, סגור את שסתום הבקבוק של שטראוס ואפשר לסיר הממס להתחמם לטמפרטורת החדר לפני שתמשיך.
אם העברת ממס היא איטית מאוד, degas המערכת שוב באמצעות להפשיר משאבת הקפאה.
המתן עד סיר הממס הוא כמעט יבש, או עד כמות הרצויה של ממס נאסף. סוגרים את העצירה על הבקבוקון המקבל, ועל סיר הממס. הבקבוקון האטום יכול כעת להיות מוסר מהמערכת.
כדי לכבות את המערכת, תחילה סגור את כל היציאות המגווצות וכבה את זרימת הגז האינסרטית.
לאחר מכן, הסר את מלכודת הממס ואת Dewars. היזהר מאוד אם כל נוזל כחול קיים במלכודת, כפי שהוא יכול להיות חמצן נוזלי. עיין בפרוטוקולי הבטיחות לקבלת פעולה מתאימה.
מערכות קו שלנק משמשות במגוון רחב של תגובות רגישות לאוויר בכימיה אורגנית.
נקודות קוונטיות נמצאות בשימוש נרחב להדמיית פלואורסצנטיות של מולקולה אחת. בדוגמה זו, נקודות קוונטיות היו מסונתזות תחת אטמוספרה אינרטית באמצעות קו שלנק. ליבות נקודות קוונטיות קטנות של קדמיום סלניד היו מסונתזות לראשונה בתנאי גז ואקום אינרטיים. תכונות הפלואורסצנטיות שלהם מוכתבות על ידי גודל הננו-חלקיק.
הסלניום הוזרק במהירות לתמיסת קדמיום כדי להשלים את הסינתזה של הליבות. לאחר מכן הם עברו תפקוד עם כספית וציפויים פולימריים תואמים ביולוגית, והגדילו את התפוקה הפלואורסצנטית שלהם. משך הפלואורסצנטיות של הנקודות עלה בהרבה על זה של צבעים או חלבונים מסורתיים.
הטיפול והניתוח של גזים נדיפים ורגישים לאוויר הם בדרך כלל מאתגרים, אך ניתן לבצע אותם בבטחה באמצעות קו שלנק. בדוגמה זו, גזים נדיפים הועברו למבחנה הניתנת לנעילה, באמצעות קו שלנק.
המבחנה התקררה באמצעות חנקן נוזלי, על מנת לדחוס את הגזים וללכוד אותם במבחנה. לאחר מכן הועברו הגזים הכלולים לספקטרומטר מסה באמצעות המבחנה הנעולה, ומערכת חיבור מותאמת אישית.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב למערכת הקווים של שלנק. עכשיו אתה צריך להבין איך להפעיל קו Schlenk, יבש ולטהר ממיסים, ולבצע העברת ואקום.
תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
התמונה צולמה של העברת הוואקום המתבצעת(איור 2)ולאחר ביצוע טיטריון ה-CO של Na/Ph2(איור 3).
ממיסים שנאספו בשיטה זו נבדקו על ידי טיטריון קטיל. איור 3 מראה את התוצאות האפשריות הנפוצות של מבחן הקטיל. הצבע הסגול ב( א) מציין < 10 ppm H2O בממס; בעוד הפתרונות הכחולים וחסרי הצבע מצביעים על ממס רטוב יותר הזקוק לטיהור נוסף לפני השימוש ביישומים רגישים למים.
איור 1. כלי זכוכית הדרושים להכנת סיר קטיל ולבצע העברת ואקום לבקבוק שטראוס. (א) משפך להוספת ממס לסיר קטיל; (ב) בקבוקון עגול 500 מ"ל; (c) מתאם 180° ; (ד) בקבוק שטראוס 500 מ"ל; (ה) גשר העברת ואקום.
איור 2. הגדרת העברת ואקום: (א) קו הוואקום הגבוה, (ב) גשר ההעברה, (ג) סיר הממס עם מתאם 180מעלות, (ד) בקבוקון שטראוס המקבל, ו -(ה) אמבט קירור.
איור 3. נאסף ממס לאחר titration של פתרון קטיל. (א) סגול מציין < 10 ppm H2O, בעוד (ב) כחול ו (ג) חסר צבע דורשים טיהור נוסף.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Shriver, D. F., Drezdn, M. A. The Manipulation of Air Sensitive Compounds. 2nd ed.; Wiley & Sons: New York, (1986).
- Girolami, G. S., Rauchfuss, T. B., & Angelici, R. B. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry: A Laboratory Manual. 3rd ed.; University Science Books: Sausalito, CA, (1999).
- Szafran, Z., Pike, R. M., & Singh, M. M. Microscale Inorganic Chemistry. Wiley & Sons: New York, (1991).
- Tidwell, T. T. Angew. Chem. Int. Ed. 40 331-337. (2001).
- Chandra, T. University of Wisconsin Madison Chemistry. Safe Chemical Manipulations Using a Schlenk Line. https://www.chem.wisc.edu/content/schlenk-line-techniques (2015).
- Toreki, R. Interactive Learning Paradigms Incorporated. The Glassware Gallery: Schlenk Lines and Vacuum Lines. http://www.ilpi.com/inorganic/glassware/vacline.html (2015).
- Ogryzlo, E. A. Why Liquid Oxygen is Blue. J. Chem. Educ. 42, 647-648 (1965).
- Armarego, W. L. F., Perrin, D. D. Purification of Laboratory Chemicals. 4th ed.; Butterworth-Heinemann: Woburn, (1997).
- Williams, D. B. G., Lawton, M. Drying of Organic Solvents: Quantitative Evaluation of the Efficiency of Several Desiccants. J. Org. Chem. 75 8351-8354 (2010).
- Schwartz, A.M. Chem. Eng. News. 56 (24), 88. (1978).
