Въведение: В книгата са представени всички видове химични вещества, които се използват в химията.
Понякога са необходими щателно сухи или безкислородни условия, когато се използват реактиви, които реагират с вода или кислород във въздуха. За да се използват безопасно и ефективно тези реактиви, стъклените съдове трябва да се изсушат в пещ или на пламък, след което въздухът да се измести със сух инертен газ (често азот или аргон). По този начин се създава "инертна атмосфера" в апарата, която не реагира с реагентите.
Подготвянена реакцията.
Всяка реакция изисква добавянето на няколко реактива, често в определен ред. Когато извършвате реакция, чувствителна към въздуха, добавянето на реагентите, без да се внася въздух или влага в системата, изисква внимание и умения. Начинът на добавяне на всеки реагент зависи от естеството на реакцията. Реакциите могат да бъдат чувствителни към въздуха по отношение на реагентите, като например n-BuLi или Гриняр, или може да се окаже, че само продуктът на реакцията е чувствителен към въздуха, например органометален комплекс.
Ако е необходимо реакцията да се проведе в инертна атмосфера, първо се напълва празен апарат с инертен газ. След това добавете (бързо!) разтворители и реагенти, прочистете колбата с инертен газ, охладете (ако е необходимо). Реакцията се провежда при минимално буферно свръхналягане на инертен газ. Свръхналягането се създава от къса (няколко mm) колона от инертна течност, която се излива в течен затвор на изхода на това устройство. Синтезът се извършва, като се спазва внимателно процедурата, като се поддържа режимът на охлаждане (нагряване) и скоростта на добавяне на реагентите. На фиг. 1 е изобразен апарат за провеждане на синтез в инертна атмосфера с охлаждане с контрол на температурата. Получената смес се обработва при стриктно спазване на процедурата в края на синтеза. Най-простият метод за изолиране на целевото съединение е филтрирането. В някои случаи чистият продукт може да се изолира чрез дестилация (парна дестилация) директно от реакционната смес. В други случаи първият етап от обработката на реакционните смеси е гасене на реактивните реагенти и междинните продукти (вода, разтвори на киселини или основи), неутрализиране на киселинни или алкални катализатори, отделяне на неразтворимите съединения чрез филтрация, извличане на продукта от неорганичната или водната фаза и неговото концентриране. В този случай основно се използва екстракция.
Ако е необходимо реакцията да се проведе в инертна атмосфера, първо се напълва празен апарат с инертен газ. След това добавете (бързо!) разтворители и реагенти, прочистете колбата с инертен газ, охладете (ако е необходимо). Реакцията се провежда при минимално буферно свръхналягане на инертен газ. Свръхналягането се създава от къса (няколко mm) колона от инертна течност, която се излива в течен затвор на изхода на това устройство. Синтезът се извършва, като се спазва внимателно процедурата, като се поддържа режимът на охлаждане (нагряване) и скоростта на добавяне на реагентите. На фиг. 1 е изобразен апарат за провеждане на синтез в инертна атмосфера с охлаждане с контрол на температурата. Получената смес се обработва при стриктно спазване на процедурата в края на синтеза. Най-простият метод за изолиране на целевото съединение е филтрирането. В някои случаи чистият продукт може да се изолира чрез дестилация (парна дестилация) директно от реакционната смес. В други случаи първият етап от обработката на реакционните смеси е гасене на реактивните реагенти и междинните продукти (вода, разтвори на киселини или основи), неутрализиране на киселинни или алкални катализатори, отделяне на неразтворимите съединения чрез филтрация, извличане на продукта от неорганичната или водната фаза и неговото концентриране. В този случай основно се използва екстракция.
Фигура 1
Експериментални постановки.
Реакциите се подготвят по същия начин, както реакциите, които не са чувствителни към въздуха, но с колба с три гърла или колба на Шленк вместо традиционната колба с кръгло дъно. Колбите на Шленк имат кранче за свързване на апарата към линията за инертен газ и за контрол на достъпа до инертен газ, докато колбата с три гърла изисква допълнителен адаптер за тази цел. Най-простият начин за организиране на реакцията е първо да се съберат всички стъклени съдове и след това да се приложи цикълът на евакуация и повторно пълнене, за да се осигури инертна атмосфера, преди да се добавят реагентите. Възможно е обаче всяка част от оборудването да се напълни поотделно и комплектът да се сглоби с положителен поток от инертен газ, идващ от всяка част от стъкленицата, т.е. в апаратурата има достатъчен поток газ, който излъчва постоянна струя, когато се отстрани запушалката например. Това отнема повече време, но може да бъде полезна техника, ако трябва да добавите или премахнете стъкленица по средата на експеримента (вж. по-долу). Типични настройки на реакциите са показани на фиг. 2.
.
Друга разлика в сравнение с въздушностабилната химия е, че всички съединения на шлифованите стъкла трябва да бъдат смазани, за да се осигури херметично уплътнение и да се предотврати замърсяване с O2, например. В лабораториите по органична химия често се препоръчва съединенията да не се смазват, тъй като мазнината може да попадне в реакционната смес и да замърси реакцията и спектрите. По подобни причини съединенията не трябва да се смазват прекалено, когато се прави чувствителна към въздуха химия. Тънък слой грес, нанесен равномерно, е по-добър от дебел слой, който се просмуква от горната и долната част на съединението. За да получите тънък слой, нанесете две ивици грес, от противоположните страни на мъжкото съединение на всяка стъкленица, поставете в гърлото или женското съединение и завъртете внимателно двете части, за да разпределите равномерно греста (фиг. 3). Между повърхностите на съединението трябва да има ясен, непрекъснат филм.
Понякога ще се налага да добавяте или отстранявате стъклен прибор, като например фуния за добавяне, в хода на реакцията. За да добавите стъкленица, уверете се, че тя е чиста и суха от всякакви почистващи разтворители или вода и че всички съединения са смазани. Свържете го към линията за инертен газ и го напълнете. Уверете се, че има два положителни потока от инертен газ, т.е. газът излиза от съда: единият поток идва от реакционния съд, а другият - от стъкленото изделие, което ще бъде прикрепено. След като от всяка част на апарата потече стабилен поток инертен газ, запушалката от реакционния съд може да се отстрани и на нейно място да се добави стъкленицата. За да отстраните стъклените съдове по време на реакция, просто се уверете, че има положителен поток от инертен газ, идващ от реакционния съд, преди да отстраните стъклените съдове и да ги замените със запушалка или капачка.
Смазване на съединенията .
Съединенията на шлифованите стъкла се произвеждат така, че да прилягат доста добре едно към друго, но въпреки това не са напълно херметични. В някои ситуации (например при използване на понижено налягане в апарат или инертна атмосфера), за да се осигури добро уплътнение, върху всяко съединение трябва да се нанесе грес. Грес се използва и винаги, когато съединението може да бъде в контакт със силно основен разтвор, тъй като основните разтвори могат да образуват натриеви силикати и да ецват стъклото.
Грес може да се нанася с помощта на спринцовка, пълна с грес (фиг. 4а), дървена шина или клечка за зъби. Мазнината трябва да се нанесе леко на части около мъжкото съединение, по-близо до стъкления край, отколкото до края, който ще бъде в контакт с реагентите (фиг. 4 а). Ако мазнината се допусне в близост до края, който ще е в контакт с реактивите, има вероятност реактивите да разтворят мазнината и да се замърсят. След това трябва да се свърже женското съединение и съединенията да се усучат, за да се разнесе смазката на тънък слой. Съединението трябва да стане прозрачно по цялото си протежение, но на дълбочина само от една трета до половината от съединението (фиг. 4б). Ако цялото съединение стане прозрачно или ако се види, че смазката се разлива от съединението, значи е използвана твърде много смазка (фиг. 4 в). Излишната грес трябва да се избърше с кърпичка KimWipe (такава е използвана на фиг. 5).
Грес може да се нанася с помощта на спринцовка, пълна с грес (фиг. 4а), дървена шина или клечка за зъби. Мазнината трябва да се нанесе леко на части около мъжкото съединение, по-близо до стъкления край, отколкото до края, който ще бъде в контакт с реагентите (фиг. 4 а). Ако мазнината се допусне в близост до края, който ще е в контакт с реактивите, има вероятност реактивите да разтворят мазнината и да се замърсят. След това трябва да се свърже женското съединение и съединенията да се усучат, за да се разнесе смазката на тънък слой. Съединението трябва да стане прозрачно по цялото си протежение, но на дълбочина само от една трета до половината от съединението (фиг. 4б). Ако цялото съединение стане прозрачно или ако се види, че смазката се разлива от съединението, значи е използвана твърде много смазка (фиг. 4 в). Излишната грес трябва да се избърше с кърпичка KimWipe (такава е използвана на фиг. 5).
За да почистите смазката от съединението след приключване на процеса, избършете по-голямата част от смазката с помощта на хартиена кърпа или KimWipe. След това намокрете кърпичка KimWipe с малко въглеводороден разтворител и втрийте навлажнената кърпичка KimWipe в съединението, за да разтворите смазката (фиг. 5). Въглеводородните разтворители (напр. хексани) работят много по-добре от ацетона за разтваряне на остатъчната грес.
.
Добавяне на стабилни на въздуха твърди вещества в началото на реакцията.
Твърдо вещество може да бъде добавено на всеки етап от реакцията, но ако можете, първо добавете всички твърди вещества в колбата за реакция, тъй като манипулирането става по-трудно след добавянето на течност. Ако твърдото вещество е устойчиво на въздух, то може да се добави директно в колбата в началото на реакцията, както е описано по-долу.
Добавяне на устойчиви на въздух твърди вещества в началото на реакцията.
Добавяне на устойчиви на въздух твърди вещества в началото на реакцията.
- Претеглете твърдото вещество и го добавете в чиста и суха колба на Шленк или колба с кръгло дъно с три гърла, както е подходящо за извършваната реакция.
- Запушете колбата с намаслена запушалка от шлифовано стъкло.
- Присъединете колбата към линията за инертен газ.
- Отворете внимателно колбата към линията, като внимавате твърдото вещество/прахът да не бъде издухан. Това би довело до по-малко реагент в реакцията от първоначално изчисленото.
- Уверете се, че колбата е пълна с инертен газ и е отворена към линията, така че да има положителен поток от газ, преди да добавите каквото и да било друго.
Добавяне на твърдо вещество, чувствително към въздуха, в началото на реакцията.
Най-добрият начин за добавяне на чувствително към въздуха твърдо вещество като първи реагент е да се използва везна в ръкавична камера, за да се претегли твърдото вещество и да се постави в колбата, всичко това в инертна атмосфера. Много чувствителни към въздуха твърди вещества се съхраняват постоянно в ръкавична кутия.
Добавяне на твърди вещества по средата на реакцията.
Добавяне на твърдо вещество, което е устойчиво на въздуха.
- Претеглете необходимото количество твърдо вещество във флакон или теглилка.
- Уверете се, че в реакционния съд има положителен поток от инертен газ. Уверете се, че съдът е отворен към линията за инертен газ и че през мехурчето протичат 2-3 мехурчета в секунда.
- Отстранете запушалката на реакционния съд.
- Поставете фуния за прах в отвореното гърло. Това ще попречи на твърдото вещество да залепне за смазаното гърло при добавянето му. Ако не разполагате с фуния за прах, парче хартия, огънато във формата на конус, ще работи също толкова добре - само се уверете, че краят е по-ниско от основата на гърлото.
- Внимателно изсипете твърдото вещество в реакцията чрез фунията. Положителният поток на инертен газ от колбата може да доведе до загуба на част от твърдото вещество, особено ако то е прах, ако отворът е запушен, затова добавяйте твърдото вещество бавно и на малки порции, ако добавяте много прах. Внимавайте да не вдишвате прах, който се носи във въздуха. Алтернативно, дръжте фунията така, че съединението да е в гърлото на колбата, но да има разстояние между съединението и гърлото. Това ще даде възможност на инертния газ да излезе, без да се издува през фунията и да разнася праха навсякъде. Проблемът при този метод е, че е по-вероятно прахът да залепне за смазаното гърло на колбата.
- Отстранете фунията и поставете запушалката, след като добавите цялото твърдо вещество.
Добавяне на твърдо вещество, чувствително към въздуха
Чувствителните към въздуха твърди вещества трябва да се добавят в ръкавична камера, както е описано по-горе. При някои реакции обаче не е възможно преместването на цялата апаратура или на реакционния съд в ръкавична кутия, например при добавяне при променлива температура. В този случай има два възможни подхода: А) използване на тръбичка за добавяне на твърдо вещество и Б) разтваряне на твърдото вещество, за да се добави като разтвор.
А) Епруветка за добавяне на твърдо вещество
Епруветката за добавяне на твърдо вещество е просто парче стъклен съд, подобно на епруветка, но с извивка и с шлифовано стъклено съединение, подходящо за поставяне в гърлото на реакционния съд (фиг. 13). Някои от тях имат кранче на Шленк или на Йънг, което позволява контрол на вътрешната атмосфера и газовия поток. Чувствителното към въздуха съединение се поставя в тръбата в ръкавична кутия (вж. по-горе) и тръбата се запечатва с капачка или запушалка в зависимост от вида на съединението (фиг. 6, А). След като излезе извън ръкавичарника, тръбата се свързва към линията за инертен газ, като се използва стандартната процедура. Капачката се отстранява под положителен поток от инертен газ и тръбата се вкарва в гърлото на колбата също под положителен поток от инертен газ (фиг. 6, Б). След това тръбата може да се завърти или леко да се почука, за да се стимулира падането на твърдото вещество в реакционния съд. Ако използвате тръба за добавяне на твърдо вещество без кранче, може да се въведе вторичен поток инертен газ, като се използва схемата, показана на фиг. 6, В. Това осигурява инертен газ по време на отварянето и прикрепването на тръбата към колбата. Тази техника е полезна и ако трябва да се отвори ампула с твърдо вещество, чувствително към въздуха.
А) Епруветка за добавяне на твърдо вещество
Епруветката за добавяне на твърдо вещество е просто парче стъклен съд, подобно на епруветка, но с извивка и с шлифовано стъклено съединение, подходящо за поставяне в гърлото на реакционния съд (фиг. 13). Някои от тях имат кранче на Шленк или на Йънг, което позволява контрол на вътрешната атмосфера и газовия поток. Чувствителното към въздуха съединение се поставя в тръбата в ръкавична кутия (вж. по-горе) и тръбата се запечатва с капачка или запушалка в зависимост от вида на съединението (фиг. 6, А). След като излезе извън ръкавичарника, тръбата се свързва към линията за инертен газ, като се използва стандартната процедура. Капачката се отстранява под положителен поток от инертен газ и тръбата се вкарва в гърлото на колбата също под положителен поток от инертен газ (фиг. 6, Б). След това тръбата може да се завърти или леко да се почука, за да се стимулира падането на твърдото вещество в реакционния съд. Ако използвате тръба за добавяне на твърдо вещество без кранче, може да се въведе вторичен поток инертен газ, като се използва схемата, показана на фиг. 6, В. Това осигурява инертен газ по време на отварянето и прикрепването на тръбата към колбата. Тази техника е полезна и ако трябва да се отвори ампула с твърдо вещество, чувствително към въздуха.
Б) Добавяне на твърдо тяло, чувствително към въздуха, като разтвор.
Може би най-простият и ефективен начин за добавяне на чувствително към въздуха твърдо вещество е да се претегли в отделна, чиста, суха колба на Шленк в инертна атмосфера и да се разтвори в подходящ разтворител. Полученият разтвор може да се добави към реакционната смес чрез канюла (вж. по-долу).
Може би най-простият и ефективен начин за добавяне на чувствително към въздуха твърдо вещество е да се претегли в отделна, чиста, суха колба на Шленк в инертна атмосфера и да се разтвори в подходящ разтворител. Полученият разтвор може да се добави към реакционната смес чрез канюла (вж. по-долу).
Добавяне на разтворители и течности.
Течностите могат да се прехвърлят към или от съдове, свързани към линия за инертен газ и под инертна атмосфера, лесно със спринцовка или с двустранна игла от неръждаема стомана, наречена канюла. Кое ще използвате, зависи от количеството и реактивността на течността, която трябва да се прехвърли, и до известна степен от конструкцията на съда, от който се прехвърля течността. Като общо правило със спринцовка могат да се прехвърлят до 50 ml, докато по-големи количества обикновено се прехвърлят с канюла.
Техники със спринцовка.Много чувствителни към въздуха химикали се доставят като разтвори в пълни с азот бутилки, които са запечатани с преграда, и малки количества (до 25 ml) от тези разтвори се прехвърлят в апарата най-добре с помощта на стъклени спринцовки. По същия начин чувствителните към въздуха течности могат да се добавят към реакцията с помощта на спринцовка.
*Забележка: Когато отстранявате чувствителни към въздуха реактиви от бутилки, пълни с азот, трябва да замените обема на отстранената течност с инертен газ (азот) от газова бутилка или балон чрез игла, в противен случай въздухът (вода, кислород и въглероден диоксид) ще бъде изтеглен в бутилката в резултат на създадения вакуум.
Спринцовки.
Стъклените, газонепроницаеми спринцовки с фитинг Luer lock са най-универсалният тип спринцовки и се предлагат в различни размери. Заключването Luer позволява иглата от неръждаема стомана да се фиксира на мястото си в края на спринцовката, така че да няма опасност иглата да падне от спринцовката по време на процеса на прехвърляне (фиг. 13). Различните видове спринцовки включват такива с бутала (плунжери) с тефлонов® накрайник, които са малко по-скъпи. Преди да използвате спринцовката, винаги проверявайте дали тя работи, като изсмуквате малко от разтворителя, който ще се използва, като се уверите, че въздухът не е засмукан в спринцовката нито през ключалката Luer, нито през пролуката между спринцовката и буталото. Ако всичко е наред, разглобете спринцовката и иглата, изсушете ги във фурна при 120 °C (не ако са с тефлонов накрайник) и оставете да се охладят в ексикатор. След като прехвърлите чувствителния към въздуха реагент, трябва незабавно да почистите спринцовката и иглата по подходящ метод, тъй като въздухът ще навлезе в иглата и спринцовката и ще разложи реагента, причинявайки задръстване на спринцовката или блокиране на иглата.
*Забележка: Когато отстранявате чувствителни към въздуха реактиви от бутилки, пълни с азот, трябва да замените обема на отстранената течност с инертен газ (азот) от газова бутилка или балон чрез игла, в противен случай въздухът (вода, кислород и въглероден диоксид) ще бъде изтеглен в бутилката в резултат на създадения вакуум.
Спринцовки.
Стъклените, газонепроницаеми спринцовки с фитинг Luer lock са най-универсалният тип спринцовки и се предлагат в различни размери. Заключването Luer позволява иглата от неръждаема стомана да се фиксира на мястото си в края на спринцовката, така че да няма опасност иглата да падне от спринцовката по време на процеса на прехвърляне (фиг. 13). Различните видове спринцовки включват такива с бутала (плунжери) с тефлонов® накрайник, които са малко по-скъпи. Преди да използвате спринцовката, винаги проверявайте дали тя работи, като изсмуквате малко от разтворителя, който ще се използва, като се уверите, че въздухът не е засмукан в спринцовката нито през ключалката Luer, нито през пролуката между спринцовката и буталото. Ако всичко е наред, разглобете спринцовката и иглата, изсушете ги във фурна при 120 °C (не ако са с тефлонов накрайник) и оставете да се охладят в ексикатор. След като прехвърлите чувствителния към въздуха реагент, трябва незабавно да почистите спринцовката и иглата по подходящ метод, тъй като въздухът ще навлезе в иглата и спринцовката и ще разложи реагента, причинявайки задръстване на спринцовката или блокиране на иглата.
Процедури стъпка по стъпка.
Техниките, показани в този раздел, използват балони с азотен газ за създаване на инертни атмосферни условия в колба с кръгло дъно и спринцовки за прехвърляне на течности от бутилки със сухи реактиви. Тези техники могат лесно да бъдат адаптирани за използване с газов колектор, ако има такъв.
Приготвяне на балон с инертен газ
1. Подгответе приспособление за прикрепване на игла към балона: Отрежете края на пластмасова спринцовка с вместимост 1 ml и поставете цевта в парче дебела гумена тръба. Прикрепете балон с хелиево качество към гумената тръба и запечатайте всички съединения с парафилм. Алтернативно, прикрепете балон директно към пластмасова спринцовка от 2-3 ml.
2. Напълнете балона, като го свържете към маркуча на регулатора на резервоар с инертен газ (азот или аргон, фиг. 7, а). Отворете газовия регулатор, за да напълните балона до диаметър между 7" и 8" (фиг. 7, б). [За използване с много чувствителни реактиви, газът трябва първо да се прекара през колона от сушилен агент.]
3. Докато държите балона близо до тялото си, завъртете балона, за да предотвратите изтичането на газ. След това прикрепете здраво зелена игла (№ 21, 0,8 mm × 25 mm ,забележка за безопасност: много остра!) към края на спринцовката (фиг. 7, в).
4. За да предотвратите изтичането на газ при разгъване на балона, поставете иглата в гумена запушалка (фиг. 7, г). Сега балонът може да се остави настрана, докато се подготвят другите части на инсталацията.
1. Подгответе приспособление за прикрепване на игла към балона: Отрежете края на пластмасова спринцовка с вместимост 1 ml и поставете цевта в парче дебела гумена тръба. Прикрепете балон с хелиево качество към гумената тръба и запечатайте всички съединения с парафилм. Алтернативно, прикрепете балон директно към пластмасова спринцовка от 2-3 ml.
2. Напълнете балона, като го свържете към маркуча на регулатора на резервоар с инертен газ (азот или аргон, фиг. 7, а). Отворете газовия регулатор, за да напълните балона до диаметър между 7" и 8" (фиг. 7, б). [За използване с много чувствителни реактиви, газът трябва първо да се прекара през колона от сушилен агент.]
3. Докато държите балона близо до тялото си, завъртете балона, за да предотвратите изтичането на газ. След това прикрепете здраво зелена игла (№ 21, 0,8 mm × 25 mm ,забележка за безопасност: много остра!) към края на спринцовката (фиг. 7, в).
4. За да предотвратите изтичането на газ при разгъване на балона, поставете иглата в гумена запушалка (фиг. 7, г). Сега балонът може да се остави настрана, докато се подготвят другите части на инсталацията.
Приготвяне на колбата за реагент
5. Отстранете повърхностната вода от колбата с реагент (с бъркалка, ако е приложимо), като изсушите колбата на пламък или я поставите в гореща фурна за няколко часа. Бележка за безопасност: колбата ще бъде много гореща! Използвайте дебели ръкавици за работа с горещото стъкло.
6. Незабавно поставете гумена преграда (фиг. 8, а) в съединението от шлифовано стъкло. Прегънете едната страна на преградата през ръба на колбата и я задръжте на място, като прегънете и противоположните страни (фиг. 8, б-г). Това може да е трудно за изпълнение с дебели ръкавици. Алтернативата е да притиснете колбата към тялото си с дебелите ръкавици и да прегънете клапите на септума, като използвате голи ръце (или по-тънки ръкавици, фиг. 9, а+б).
7. Незабавно закрепете колбата за реакция към пръстеновидна стойка или решетка с помощта на разтегателна скоба и вкарайте иглата на балона с инертен газ във вътрешния кръг на септума (фиг. 9, буква в), вж. фиг. 8, буква г ) за кръга на септума).
8. Вкарайте една игла в кръга на септума (наречена "изходна игла"), за да "промиете" въздуха от реакционната колба (фиг. 9 г). Целта е налягането на балона да вкара инертен газ в реакционната колба и да измести въздуха в колбата през изходната игла.
9. Оставете системата да се промие в продължение на поне 5 минути, ако използвате азотен газ, и може би 1-2 минути, ако използвате аргонов газ (аргонът е по-плътен от въздуха, така че ще измести въздуха по-лесно от азота). След това извадете изходната игла и оставете колбата да се охлади напълно под балона с инертен газ.
5. Отстранете повърхностната вода от колбата с реагент (с бъркалка, ако е приложимо), като изсушите колбата на пламък или я поставите в гореща фурна за няколко часа. Бележка за безопасност: колбата ще бъде много гореща! Използвайте дебели ръкавици за работа с горещото стъкло.
6. Незабавно поставете гумена преграда (фиг. 8, а) в съединението от шлифовано стъкло. Прегънете едната страна на преградата през ръба на колбата и я задръжте на място, като прегънете и противоположните страни (фиг. 8, б-г). Това може да е трудно за изпълнение с дебели ръкавици. Алтернативата е да притиснете колбата към тялото си с дебелите ръкавици и да прегънете клапите на септума, като използвате голи ръце (или по-тънки ръкавици, фиг. 9, а+б).
7. Незабавно закрепете колбата за реакция към пръстеновидна стойка или решетка с помощта на разтегателна скоба и вкарайте иглата на балона с инертен газ във вътрешния кръг на септума (фиг. 9, буква в), вж. фиг. 8, буква г ) за кръга на септума).
8. Вкарайте една игла в кръга на септума (наречена "изходна игла"), за да "промиете" въздуха от реакционната колба (фиг. 9 г). Целта е налягането на балона да вкара инертен газ в реакционната колба и да измести въздуха в колбата през изходната игла.
9. Оставете системата да се промие в продължение на поне 5 минути, ако използвате азотен газ, и може би 1-2 минути, ако използвате аргонов газ (аргонът е по-плътен от въздуха, така че ще измести въздуха по-лесно от азота). След това извадете изходната игла и оставете колбата да се охлади напълно под балона с инертен газ.
10. Ако е необходима масата на празната колба, отстранете балона с инертен газ (поставете иглата в гумената запушалка) и получете масата на хладната, празна колба с преграда.
Подготовка на спринцовката за прехвърляне на реагент
11. Извадете дълга, гъвкава игла от гореща печка и веднага я завийте в цевта на пластмасова спринцовка, току-що отворена от опаковката (фиг. 10 а). Спринцовката трябва да може да побере обем, по-голям от обема на реактива, предназначен за доставяне, за да има достатъчно гъвкавост за правилно манипулиране на реактива. Например спринцовка от 10 ml е твърде малка, за да достави 10 ml реагент, но може да се използва за доставяне на 7 ml реагент. Дръжте спринцовката така, че маркировките за обема да се виждат, и свържете огънатата игла, насочена нагоре, така че при завинтване (което обикновено изисква приблизително половин оборот) огънатата игла да сочи надолу, като цифрите се виждат. При този подход маркировките за обема могат да се виждат, докато изтегляте течността, вместо да са неудобно разположени на задната страна на спринцовката (както на фиг. 10 г). Стъклените спринцовки често се използват с чувствителни към въздуха реактиви, разтворени в неполярни разтворители (напр. хексани), и изискват някои допълнителни съображения, които не са описани в този раздел. Консултирайте се с преподавателя си за допълнителни инструкции, ако трябва да използвате стъклена спринцовка.
12. Увийте съединението между иглата и спринцовката с тефлонова лента или парафилм (фиг. 10 б).
13. Промийте иглата с инертен газ: Вкарайте иглата в преградата на празна, суха колба, прикрепена към балон с инертен газ (фиг. 10 в), изтеглете пълен обем инертен газ (фиг. 10 г), след което го изхвърлете във въздуха.
14. Незабавно поставете промитата спринцовка в септума на колбата с реагент, ако е наблизо, или в гумена запушалка, докато спринцовката трябва да се използва.
11. Извадете дълга, гъвкава игла от гореща печка и веднага я завийте в цевта на пластмасова спринцовка, току-що отворена от опаковката (фиг. 10 а). Спринцовката трябва да може да побере обем, по-голям от обема на реактива, предназначен за доставяне, за да има достатъчно гъвкавост за правилно манипулиране на реактива. Например спринцовка от 10 ml е твърде малка, за да достави 10 ml реагент, но може да се използва за доставяне на 7 ml реагент. Дръжте спринцовката така, че маркировките за обема да се виждат, и свържете огънатата игла, насочена нагоре, така че при завинтване (което обикновено изисква приблизително половин оборот) огънатата игла да сочи надолу, като цифрите се виждат. При този подход маркировките за обема могат да се виждат, докато изтегляте течността, вместо да са неудобно разположени на задната страна на спринцовката (както на фиг. 10 г). Стъклените спринцовки често се използват с чувствителни към въздуха реактиви, разтворени в неполярни разтворители (напр. хексани), и изискват някои допълнителни съображения, които не са описани в този раздел. Консултирайте се с преподавателя си за допълнителни инструкции, ако трябва да използвате стъклена спринцовка.
12. Увийте съединението между иглата и спринцовката с тефлонова лента или парафилм (фиг. 10 б).
13. Промийте иглата с инертен газ: Вкарайте иглата в преградата на празна, суха колба, прикрепена към балон с инертен газ (фиг. 10 в), изтеглете пълен обем инертен газ (фиг. 10 г), след което го изхвърлете във въздуха.
14. Незабавно поставете промитата спринцовка в септума на колбата с реагент, ако е наблизо, или в гумена запушалка, докато спринцовката трябва да се използва.
Изтегляне на реактива.
15. В бутилката с реагент трябва да се постави балон с инертен газ, за да се изравни налягането по време на изтеглянето на течността. Под бутилката с реагент, ако тя е разположена над лавката, трябва да се използва и платформа (напр. пръстеновидна скоба / телена мрежа), за да се осигури опора, в случай че бутилката се изплъзне от хватката на скобата.16. Вкарайте иглата на промитата спринцовка в преградата на чувствителния към въздуха реактив и в течността (фиг. 11 а).
17. Бавно изтеглете малко течност в спринцовката. Ако буталото се издърпа назад твърде бързо, ниското налягане в спринцовката може да доведе до проникване на въздух през съединението между иглата и спринцовката (през или около тефлоновата лента или парафилма).
18. Неизбежно в спринцовката ще се образува мехурче. Държейки спринцовката обърната и вертикална (фиг. 11 б), натиснете буталото, за да изтласкате газовия джоб обратно в бутилката.
19. Бавно изтеглете течността до 1-2 ml повече от желания обем (фиг. 11 в), след което, като държите спринцовката вертикално, изтласкайте течността обратно до желания обем (фиг. 11 г показва 2,0 ml течност). Първоначалното изтегляне на по-голям обем от желания ви позволява да сте сигурни, че в иглата няма газови мехурчета и че сте измерили точен обем.
20. В този момент иглата трябва да е пълна с чувствителния към въздуха реагент и ако бъде извадена от бутилката, реагентът ще влезе в контакт с атмосферата на върха на иглата. Това може да има катастрофални последици, ако реагентът е доста реактивен (пушене или потенциално пожар). Бележка за безопасност: Поради това е от съществено значение да се постави "буфер" от инертен газ (фиг. 13) между чувствителния към въздуха реагент и атмосферата, преди да се извади иглата.
17. Бавно изтеглете малко течност в спринцовката. Ако буталото се издърпа назад твърде бързо, ниското налягане в спринцовката може да доведе до проникване на въздух през съединението между иглата и спринцовката (през или около тефлоновата лента или парафилма).
18. Неизбежно в спринцовката ще се образува мехурче. Държейки спринцовката обърната и вертикална (фиг. 11 б), натиснете буталото, за да изтласкате газовия джоб обратно в бутилката.
19. Бавно изтеглете течността до 1-2 ml повече от желания обем (фиг. 11 в), след което, като държите спринцовката вертикално, изтласкайте течността обратно до желания обем (фиг. 11 г показва 2,0 ml течност). Първоначалното изтегляне на по-голям обем от желания ви позволява да сте сигурни, че в иглата няма газови мехурчета и че сте измерили точен обем.
20. В този момент иглата трябва да е пълна с чувствителния към въздуха реагент и ако бъде извадена от бутилката, реагентът ще влезе в контакт с атмосферата на върха на иглата. Това може да има катастрофални последици, ако реагентът е доста реактивен (пушене или потенциално пожар). Бележка за безопасност: Поради това е от съществено значение да се постави "буфер" от инертен газ (фиг. 13) между чувствителния към въздуха реагент и атмосферата, преди да се извади иглата.
21. За да създадете "буфера от инертен газ".
a. Поставете иглата в горната част на бутилката с реагент (фиг. 12 а+б).
b. Като държите спринцовката обърната надолу и вертикална, внимателно издърпайте буталото назад, докато в цевта се види мехурче (приблизително 20 % от вместимостта на спринцовката, фиг. 12 в). Незабавно вкарайте спринцовката в преградата на реакционната колба, ако е наблизо, или в гумена запушалка, ако колбата е отдалечена (фиг. 12 г).
Доставете реактива.
22. С балон с инертен газ, поставен в колбата за реакция, поставете спринцовката с реагента в преградата на колбата за реакция. Като държите спринцовката вертикално, натиснете буталото, за да подадете първо буфера с инертен газ (фиг. 14 а), след което бавно подайте реагента в колбата.
23. Спрете подаването на реагент, когато гуменото бутало на спринцовката срещне края на цилиндъра (фиг. 14 б). Не обръщайте спринцовката и не изтласквайте остатъчната течност: това би довело до подаване на по-голям обем реагент от измерения със спринцовката.
24. Иглата все още ще бъде пълна с чувствителния към въздуха реагент, затова, когато върхът на иглата е все още в горната част на реакционната колба, изтеглете в спринцовката буфер с инертен газ. Поставете върха на иглата в гумена запушалка, ако станцията за почистване не е наблизо.
22. С балон с инертен газ, поставен в колбата за реакция, поставете спринцовката с реагента в преградата на колбата за реакция. Като държите спринцовката вертикално, натиснете буталото, за да подадете първо буфера с инертен газ (фиг. 14 а), след което бавно подайте реагента в колбата.
23. Спрете подаването на реагент, когато гуменото бутало на спринцовката срещне края на цилиндъра (фиг. 14 б). Не обръщайте спринцовката и не изтласквайте остатъчната течност: това би довело до подаване на по-голям обем реагент от измерения със спринцовката.
24. Иглата все още ще бъде пълна с чувствителния към въздуха реагент, затова, когато върхът на иглата е все още в горната част на реакционната колба, изтеглете в спринцовката буфер с инертен газ. Поставете върха на иглата в гумена запушалка, ако станцията за почистване не е наблизо.
Почистете иглата и спринцовката.
25. Спринцовката и иглата трябва да се почистят възможно най-скоро, тъй като с течение на времето в иглата може да се образуват отлагания, които да създадат тапа. За да почистите спринцовката и иглата.
25. Спринцовката и иглата трябва да се почистят възможно най-скоро, тъй като с течение на времето в иглата може да се образуват отлагания, които да създадат тапа. За да почистите спринцовката и иглата.
a. Изтеглете в спринцовката няколко милилитра чист разтворител, подобен на разтворителя, използван в разтвора, чувствителен към въздуха (фиг. 14в). Например снимките в този раздел показват прехвърляне на реагент BH3, разтворен в THF. Идеалният разтворител за изплакване би бил THF. Тъй като THF не беше наличен, диетил етерът беше добър заместител, тъй като двата разтворителя са структурно сходни (и двата са етери).
b. Изхвърлете разтворителя в чаша за отпадъци. Повторете с още едно промиване с разтворител, като се уверите, че сте промили цялата област в спринцовката, където реагентът е бил докоснат.
c. Изплакнете веднъж спринцовката с вода, за да разтворите и отстраните всички неорганични соли.
d. След това изплакнете спринцовката и иглата два пъти с няколко милилитра ацетон.
e. Извадете иглата от спринцовката и я запазете за бъдеща употреба. Пластмасовата спринцовка не трябва да се използва повторно, а да се изхвърли: разтворителят, съдържащ се в много чувствителни към въздуха разтвори, разрушава гуменото бутало на спринцовката, което води до набъбване и неефективност след една употреба.
Игли и канюли за спринцовки.
Иглите за спринцовки от неръждаема стомана със заключване Luer се предлагат с различни дължини и диаметри. Дължината на иглата, която ще ви е необходима, зависи от размера на съда, от който искате да изтеглите течността; необходимият диаметър зависи от размера на спринцовката - не трябва да използвате игла с голям диаметър със спринцовка с малък обем - и от вискозитета на разтвора или течността. Диаметърът на иглата се изразява в "габарит": колкото по-голям е габаритът, толкова по-тесен е диаметърът на иглата. За повечето работи в инертна атмосфера трябва да използвате игла с "некоригиращ" или "отклоняващ" се връх (фиг. 15), който гарантира, че парче от септума няма да се заклещи в иглата, когато я прокарате.
Иглите за спринцовки от неръждаема стомана със заключване Luer се предлагат с различни дължини и диаметри. Дължината на иглата, която ще ви е необходима, зависи от размера на съда, от който искате да изтеглите течността; необходимият диаметър зависи от размера на спринцовката - не трябва да използвате игла с голям диаметър със спринцовка с малък обем - и от вискозитета на разтвора или течността. Диаметърът на иглата се изразява в "габарит": колкото по-голям е габаритът, толкова по-тесен е диаметърът на иглата. За повечето работи в инертна атмосфера трябва да използвате игла с "некоригиращ" или "отклоняващ" се връх (фиг. 15), който гарантира, че парче от септума няма да се заклещи в иглата, когато я прокарате.
Канюлите са дълги, гъвкави игли с два края, изработени от неръждаема стомана или инертни пластмаси, които се използват за прехвърляне на големи обеми реактиви или разтворители от един съд в друг под налягането на инертен газ (фиг. 16).
Обобщение
Много експериментални постановки са възможни с колби и стъклени съдове с три гърла с допълнителен кран или съединител, за да се осигури вход за инертен газ и достъп до вакуум за цикъла на евакуация и повторно пълнене. Твърдите вещества, независимо дали са чувствителни или устойчиви на въздух, трябва да се добавят в началото на реакцията, ако е възможно. Добавянето на твърди вещества в средата на реакцията е по-трудно, но може да се извърши с помощта на фуния или тръба за добавяне на твърди вещества. Течностите се добавят със спринцовка, ако количеството е под 50 ml, или с канюла, ако са необходими повече от 50 ml.
Динамична дестилация без въздух
Динамичната вакуумна дестилация без въздух се използва рутинно за пречистване на течности с висока температура на кипене (> 150 °C), чувствителни към въздуха вещества и някои ниско топящи се твърди вещества. Този метод е подходящ за налични в търговската мрежа реагенти или съединения, приготвени в голям мащаб в лабораторията, при които (често известни) примеси са нелетливи и така остават след дестилацията.
Фиг.18
Процедури стъпка по стъпка
Стъпка 1: Нечистият материал се прехвърля в подходяща колба на Шленк, снабдена с магнитна бъркалка. За наличните в търговската мрежа реагенти, които трябва да се пречистват в насипно състояние, те могат да се добавят в колба на Шленк (която вече е включена към линията за инертен газ) под потока от инертен газ. За съединенията, приготвени "на място", суровият материал обикновено остава в колбата на Шленк след отстраняване на разтворителя и летливите вещества във вакуум.
Стъпка 2: Колбата на Шленк, дестилационният мост и капачката на Шленк се смазват, сглобяват се и се включват към линията за инертен газ. Забележка: Илюстрираният тип дестилационен мост (от една част) е специално проектиран за пречистване на висококипящи течности под висок вакуум. Той се различава от типичната инсталация за дестилация с дестилационна глава, адаптер за термометър и охлаждан с вода кондензатор.
Стъпка 3: След като приемната колба на Шленк и дестилационният мост бъдат включени в линията и обратно напълнени с инертен газ, те се свързват с колбата на Шленк, съдържаща суровия материал. Това може да изисква кратка помощ за отстраняване на щипките и запушалките. Уверете се, че по време на този процес в двете колби тече инертен газ, за да се сведе до минимум излагането на атмосферен въздух и влага.
Стъпка 4: Затварят се спирателните кранове на двете колби Schlenk и дестилационната колба се спуска в подходяща нагревателна мантия или маслена баня. При разбъркване спирателният кран на приемната колба на Шленк се отваря бавно и внимателно до вакуум. Това служи за дегазиране на суровия материал и за отстраняване на всички остатъчни разтворители или летливи примеси. Забележка: Суровият материал трябва да е достатъчно висококипящ, за да не се изпарява при температурата на околната среда, докато е под вакуум. Може да се използва външен уловител на течен азот между приемната колба и линията за инертен газ, за да се кондензират всички летливи съединения.
Стъпка 5: След като се установи добър вакуум (т.е. ниско налягане) в дестилационната инсталация и суровият материал е напълно дегазиран, температурата на нагревателната мантия може бавно да се повиши. Тъй като суровият материал не се изпарява при температура на околната среда, ледена баня обикновено е достатъчна за охлаждане на приемната колба и кондензиране на дестилата, но може да се използва и рояк с течен азот. По време на дестилацията може да се наложи колбата и част от моста да се изолират с алуминиево фолио или стъклените съдове да се нагреят за кратко с топлинен пистолет.
Стъпка 6: След приключване на дестилацията спирателният кран на приемната колба се затваря. Нагряващата мантия се спуска, за да може дестилационната колба да се охлади до температурата на околната среда, а охлаждащата вана се отстранява от приемната колба, за да може тя да се размрази или затопли до температурата на околната среда.
Стъпка 7: Когато дестилационният апарат е със стайна температура, системата се пълни бавно с инертен газ. Ако е използван външен сифон, е необходимо първо да се изключи той и приемната колба да се включи обратно към линията за инертен газ.
Стъпка 8: Под потока от инертен газ дестилационният мост може да се отстрани от приемната колба и да се замени с чиста, смазана запушалка от шлифовано стъкло. Сега пречистеният материал може да се прехвърли в подходяща ампула за съхранение чрез прехвърляне с канюла или да се използва директно за по-нататъшни манипулации.
Указания и съвети.
- Приблизителната температура на дестилация може да се изчисли, като се използва известната температура на кипене на съединението (при околно налягане) и налягането в линията на инертния газ (ако се използва манометър).
- За сложни смеси от видове, които трябва да се разделят чрез вакуумна дестилация, обикновено се изисква по-сложна инсталация, съдържаща колона на Vigreux, адаптер за термометър и "свински" приемник (приемници тип "паяк" или "крава") за събиране на множество фракции.
Last edited by a moderator:
