Úvod: V knize je popsán vývoj chemických látek, které jsou součástí chemického průmyslu.
Při používání činidel, která reagují s vodou nebo vzdušným kyslíkem, jsou někdy nutné pečlivě suché nebo bezkyslíkaté podmínky. Pro bezpečné a účinné použití těchto činidel je třeba skleněné nádobí vysušit v peci nebo plamenem a poté vzduch vytěsnit suchým inertním plynem (často dusíkem nebo argonem). Tím se uvnitř přístroje vytvoří "inertní atmosféra", která s činidly nereaguje.
Nastavení reakce.
Každá reakce vyžaduje přidání několika činidel, často v předepsaném pořadí. Při provádění reakce citlivé na vzduch je třeba přidávat činidla, aniž by se do systému dostal vzduch nebo vlhkost, což vyžaduje opatrnost a zručnost. Způsob přidávání jednotlivých činidel závisí na povaze reakce. Reakce mohou být citlivé na vzduch, pokud jde o činidla, například n-BuLi nebo Grignardova činidla, nebo může být citlivý na vzduch pouze produkt reakce, například organokovový komplex.
Pokud je nutné reakci provést v inertní atmosféře, naplňte nejprve prázdnou aparaturu inertním plynem. Poté přidejte (rychle!) rozpouštědla a činidla, baňku pročistěte inertním plynem a ochlaďte (je-li to nutné). Reakce probíhá za minimálního pufrovacího přetlaku inertního plynu. Přetlak se vytváří krátkým (několikamilimetrovým) sloupcem inertní kapaliny nalitým do kapalinové clony na výstupu tohoto zařízení. Syntéza se provádí při pečlivém dodržování postupu, při zachování režimu chlazení (ohřevu) a rychlosti přidávání činidel. Na obr. 1 je znázorněn přístroj pro provádění syntézy v inertní atmosféře s chlazením s regulací teploty. Výsledná směs se na konci syntézy zpracuje v přísném souladu s postupem. Nejjednodušší metodou izolace cílové sloučeniny je filtrace. V některých případech je možné izolovat čistý produkt destilací (destilací s vodní parou) přímo z reakční směsi. V jiných případech je první fází zpracování reakčních směsí zhášení reaktivních činidel a meziproduktů (voda, roztoky kyselin nebo zásad), neutralizace kyselých nebo zásaditých katalyzátorů, separace nerozpustných sloučenin filtrací, extrakce produktu z anorganické nebo vodné fáze a jeho koncentrace. V tomto případě se používá především extrakce.
Pokud je nutné reakci provést v inertní atmosféře, naplňte nejprve prázdnou aparaturu inertním plynem. Poté přidejte (rychle!) rozpouštědla a činidla, baňku pročistěte inertním plynem a ochlaďte (je-li to nutné). Reakce probíhá za minimálního pufrovacího přetlaku inertního plynu. Přetlak se vytváří krátkým (několikamilimetrovým) sloupcem inertní kapaliny nalitým do kapalinové clony na výstupu tohoto zařízení. Syntéza se provádí při pečlivém dodržování postupu, při zachování režimu chlazení (ohřevu) a rychlosti přidávání činidel. Na obr. 1 je znázorněn přístroj pro provádění syntézy v inertní atmosféře s chlazením s regulací teploty. Výsledná směs se na konci syntézy zpracuje v přísném souladu s postupem. Nejjednodušší metodou izolace cílové sloučeniny je filtrace. V některých případech je možné izolovat čistý produkt destilací (destilací s vodní parou) přímo z reakční směsi. V jiných případech je první fází zpracování reakčních směsí zhášení reaktivních činidel a meziproduktů (voda, roztoky kyselin nebo zásad), neutralizace kyselých nebo zásaditých katalyzátorů, separace nerozpustných sloučenin filtrací, extrakce produktu z anorganické nebo vodné fáze a jeho koncentrace. V tomto případě se používá především extrakce.
Obr. 1
Experimentální uspořádání.
Reakce se připravují stejným způsobem jako reakce necitlivé na vzduch, ale s tříhrdlou nebo Schlenkovou baňkou místo tradiční baňky s kulatým dnem. Schlenkovy baňky mají kohoutek pro připojení aparatury k vedení inertního plynu a kontrolu přístupu inertního plynu, zatímco trojhrdlá baňka vyžaduje k tomuto účelu další adaptér. Nejjednodušší způsob, jak připravit reakci, je nejprve sestavit veškeré skleněné nádobí a poté použít cyklus evakuace a doplnění, aby se zajistila inertní atmosféra před přidáním činidel. Je však možné naplnit každý kus vybavení zvlášť a sestavit soupravu s pozitivním proudem inertního plynu vycházejícím z každého kusu skleněného nádobí, tj. do aparatury proudí dostatečné množství plynu, aby se například při vyjmutí zátky uvolňoval stálý proud. Tento postup je časově náročnější, ale může být užitečný, pokud potřebujete v polovině experimentu přidat nebo odebrat skleněnou nádobu (viz níže). Typická nastavení reakcí jsou znázorněna na obr. 2.
.
Další rozdíl oproti chemii stabilní na vzduchu spočívá v tom, že všechny spoje broušeného skla musí být namazány tukem, aby se zajistilo vzduchotěsné utěsnění a zabránilo se například kontaminaci O2. V laboratořích organické chemie se často doporučuje ponechat spoje nenamazané, protože tuk se může dostat do reakční směsi a kontaminovat reakci a spektra. Z podobných důvodů by se spoje neměly příliš promazávat při chemii citlivé na vzduch. Jemná vrstva tuku nanesená rovnoměrně je lepší než silná vrstva, která vytéká z horní a spodní části spoje. Tenkou vrstvu získáte tak, že nanesete dva pruhy maziva na opačné strany samčího spoje jakéhokoli skla, vložíte do hrdla nebo samičího spoje a obě části jemně otočíte, aby se mazivo rovnoměrně rozprostřelo (obr. 3). Mezi povrchy spoje by měl zůstat čirý souvislý film.
Občas bude nutné v průběhu reakce přidat nebo odebrat nějaký skleněný předmět, například přídavnou nálevku. Chcete-li přidat kus skleněného nádobí, ujistěte se, že je čisté a suché od jakéhokoli čisticího rozpouštědla nebo vody a že jsou všechny spoje namazané tukem. Připojte jej k vedení inertního plynu a naplňte jej. Zajistěte dva pozitivní proudy inertního plynu, tj. plyn proudí z nádoby: jeden proud vychází z reakční nádoby a druhý z připojovaného skleněného nádobí. Jakmile z každé části přístroje proudí stálý proud inertního plynu, lze odstranit zátku z reakční nádoby a na její místo přidat skleněné nádobí. Chcete-li skleněné nádobí během reakce vyjmout, jednoduše zajistěte, aby z reakční nádoby proudil pozitivní inertní plyn, a teprve poté skleněné nádobí vyjměte a nahraďte jej zátkou nebo uzávěrem.
Mazání spojů .
Spoje broušeného skla jsou vyrobeny tak, aby do sebe poměrně dobře zapadaly, a přesto nejsou dokonale vzduchotěsné. V některých situacích (např. při použití sníženého tlaku uvnitř aparatury nebo inertní atmosféry) je třeba každý spoj namazat tukem, aby bylo zajištěno dobré utěsnění. Mazivo se také používá vždy, když může být spoj v kontaktu s vysoce zásaditým roztokem, protože zásadité roztoky mohou tvořit křemičitany sodíku a leptat sklo.
Mazivo lze nanášet injekční stříkačkou plnou maziva (obr. 4 a), dřevěnou dlahou nebo párátkem. Mazivo by se mělo lehce nanášet po částech kolem samčího spoje, blíže ke konci skla než ke konci, který bude v kontaktu s činidly (obr. 4 a). Pokud se tuk dostane do blízkosti konce, který bude v kontaktu s činidly, existuje možnost, že se činidlo v tuku rozpustí a kontaminuje se. Poté je třeba spojit samičí kloub a klouby pootočit, aby se tuk rozprostřel v tenké vrstvě. Spoj by měl zprůhlednět po celém obvodu spoje, ale pouze do hloubky jedné třetiny až poloviny spoje (obr. 4 b). Pokud zprůhlední celý spoj nebo pokud je vidět, že mazivo vytéká ze spoje, bylo použito příliš mnoho maziva (obr. 4 c). Přebytečné mazivo je třeba setřít utěrkou KimWipe (jedna je použita na obr. 5).
Mazivo lze nanášet injekční stříkačkou plnou maziva (obr. 4 a), dřevěnou dlahou nebo párátkem. Mazivo by se mělo lehce nanášet po částech kolem samčího spoje, blíže ke konci skla než ke konci, který bude v kontaktu s činidly (obr. 4 a). Pokud se tuk dostane do blízkosti konce, který bude v kontaktu s činidly, existuje možnost, že se činidlo v tuku rozpustí a kontaminuje se. Poté je třeba spojit samičí kloub a klouby pootočit, aby se tuk rozprostřel v tenké vrstvě. Spoj by měl zprůhlednět po celém obvodu spoje, ale pouze do hloubky jedné třetiny až poloviny spoje (obr. 4 b). Pokud zprůhlední celý spoj nebo pokud je vidět, že mazivo vytéká ze spoje, bylo použito příliš mnoho maziva (obr. 4 c). Přebytečné mazivo je třeba setřít utěrkou KimWipe (jedna je použita na obr. 5).
Chcete-li po dokončení procesu vyčistit kloub od maziva, setřete většinu maziva pomocí papírové utěrky nebo utěrky KimWipe. Poté navlhčete utěrku KimWipe trochou uhlovodíkového rozpouštědla a navlhčenou utěrkou KimWipe potřete spoj, aby se tuk rozpustil (obr. 5). Uhlovodíková rozpouštědla (např. hexany) fungují při rozpouštění zbytků maziva mnohem lépe než aceton.
.
Přidávání pevných látek stabilních na vzduchu na začátku reakce.
Pevnou látku lze přidat v kterékoli fázi reakce, pokud však můžete, přidejte do reakční baňky nejprve všechny pevné látky, protože po přidání kapaliny je manipulace obtížnější. Pokud je pevná látka stabilní na vzduchu, lze ji přidat přímo do baňky na začátku reakce, jak je popsáno níže.
Přidání vzduchem stabilních pevných látek na začátku reakce.
Přidání vzduchem stabilních pevných látek na začátku reakce.
- Zvažte pevnou látku a přidejte ji do čisté a suché Schlenkovy baňky nebo baňky s kulatým dnem se třemi hrdly, jak je to vhodné pro prováděnou reakci.
- Baňku zazátkujte namazanou zátkou z broušeného skla.
- Připojte baňku k vedení inertního plynu.
- Opatrně otevřete baňku k potrubí a dávejte pozor, aby nedošlo k vyfouknutí pevné látky/prachu. To by mělo za následek, že by v reakci bylo méně činidla, než se původně počítalo.
- Než přidáte cokoli dalšího, ujistěte se, že je baňka naplněna inertním plynem a otevřena k potrubí tak, aby byl zajištěn kladný průtok plynu.
Přidání pevné látky citlivé na vzduch na začátku reakce.
Nejlepším způsobem, jak přidat pevnou látku citlivou na vzduch jako první činidlo, je použít váhu v rukavicovém boxu k odvážení pevné látky a vložit ji do baňky, to vše v inertní atmosféře. Mnoho pevných látek citlivých na vzduch se trvale skladuje v rukavicovém boxu.
Přidávání pevných látek v polovině reakce.
Přidání tuhé látky citlivé na vzduch.
- Odvažte požadované množství pevné látky do lahvičky nebo váženky.
- Zajistěte, aby do reakční nádoby proudil inertní plyn. Ujistěte se, že je nádoba otevřená k vedení inertního plynu a že bublinkovačem proudí 2-3 bubliny za sekundu.
- Odstraňte zátku reakční nádoby.
- Do otevřeného hrdla umístěte nálevku na prášek. Tím zabráníte tomu, aby se pevná látka při přidávání přilepila k namazanému hrdlu. Pokud nemáte práškový trychtýř, bude stejně dobře fungovat kus papíru ohnutý do tvaru kužele - jen zajistěte, aby byl konec níže než základna hrdla.
- Pevnou látku opatrně vlijte do reakce pomocí nálevky. Pozitivní proudění inertního plynu z baňky může způsobit, že se část pevné látky, zejména pokud se jedná o prášek, ztratí, pokud je otvor u*****aný, proto přidávejte pevnou látku pomalu a po malých dávkách, pokud přidáváte hodně prášku. Dbejte na to, abyste nevdechli žádný prášek, který by se dostal do vzduchu. Případně držte nálevku tak, aby byl spoj uvnitř hrdla baňky, ale mezi spojem a hrdlem byla mezera. To umožní inertnímu plynu unikat, aniž by proletěl trychtýřem a prášek se rozfoukal všude kolem. Problém této metody spočívá v tom, že je větší pravděpodobnost, že se prášek přilepí na namazané hrdlo baňky.
- Jakmile je přidána veškerá pevná látka, nálevku vyjměte a zátku vyměňte.
Přidání pevné látky citlivé na vzduch
Pevné látky citlivé na vzduch by se měly přidávat v rukavicovém boxu, jak je popsáno výše. U některých reakcí však není možné přemístit celou aparaturu nebo reakční nádobu do rukavicového boxu, například u přidávání látek s proměnlivou teplotou. V takovém případě existují dva možné přístupy: A) použití trubice pro přídavek pevné látky a B) rozpuštění pevné látky, která se přidává jako roztok.
A ) Přídavná trubice s pevnou látkou
Zkumavka pro pevný přídavek je jednoduchý kus skleněného nádobí podobný zkumavce, ale s ohybem a s broušeným skleněným spojem vhodným pro umístění do hrdla reakční nádoby (obr. 13). Některé mají Schlenkův nebo *****ův kohout, který umožňuje kontrolu vnitřní atmosféry a průtoku plynu. Sloučenina citlivá na vzduch se umístí do trubice v rukavičkové skříňce (viz výše) a trubice se uzavře víčkem nebo zátkou v závislosti na typu spoje (obr. 6, A). Jakmile je trubice mimo rukavičkový box, připojí se standardním postupem k vedení inertního plynu. Uzávěr se odstraní za pozitivního proudu inertního plynu a trubice se vloží do hrdla baňky rovněž za pozitivního proudu inertního plynu (obr. 6, B). Poté lze trubicí otáčet nebo na ni jemně poklepat, aby pevná látka spadla do reakční nádoby. Používáte-li trubičku pro přidávání pevných látek bez kohoutku, lze zavést sekundární proud inertního plynu pomocí sestavy znázorněné na obr. 6, C. Tím se zajistí přikrytí inertním plynem během otevírání a připojování trubičky k baňce. Tato technika je rovněž užitečná, pokud potřebujete otevřít ampuli s pevnou látkou citlivou na vzduch.
A ) Přídavná trubice s pevnou látkou
Zkumavka pro pevný přídavek je jednoduchý kus skleněného nádobí podobný zkumavce, ale s ohybem a s broušeným skleněným spojem vhodným pro umístění do hrdla reakční nádoby (obr. 13). Některé mají Schlenkův nebo *****ův kohout, který umožňuje kontrolu vnitřní atmosféry a průtoku plynu. Sloučenina citlivá na vzduch se umístí do trubice v rukavičkové skříňce (viz výše) a trubice se uzavře víčkem nebo zátkou v závislosti na typu spoje (obr. 6, A). Jakmile je trubice mimo rukavičkový box, připojí se standardním postupem k vedení inertního plynu. Uzávěr se odstraní za pozitivního proudu inertního plynu a trubice se vloží do hrdla baňky rovněž za pozitivního proudu inertního plynu (obr. 6, B). Poté lze trubicí otáčet nebo na ni jemně poklepat, aby pevná látka spadla do reakční nádoby. Používáte-li trubičku pro přidávání pevných látek bez kohoutku, lze zavést sekundární proud inertního plynu pomocí sestavy znázorněné na obr. 6, C. Tím se zajistí přikrytí inertním plynem během otevírání a připojování trubičky k baňce. Tato technika je rovněž užitečná, pokud potřebujete otevřít ampuli s pevnou látkou citlivou na vzduch.
.
B ) Přidání tuhé látky citlivé na vzduch ve formě roztoku.
Pravděpodobně nejjednodušším a nejefektivnějším způsobem přidání pevné látky citlivé na vzduch je její navážení do samostatné, čisté, suché Schlenkovy baňky v inertní atmosféře a rozpuštění ve vhodném rozpouštědle. Vzniklý roztok pak lze přidat do reakční směsi pomocí kanyly (viz níže).
Pravděpodobně nejjednodušším a nejefektivnějším způsobem přidání pevné látky citlivé na vzduch je její navážení do samostatné, čisté, suché Schlenkovy baňky v inertní atmosféře a rozpuštění ve vhodném rozpouštědle. Vzniklý roztok pak lze přidat do reakční směsi pomocí kanyly (viz níže).
Přidávání rozpouštědel a kapalin.
Kapaliny lze do nádob nebo z nádob připojených k vedení inertního plynu a v inertní atmosféře snadno přenášet buď injekční stříkačkou, nebo oboustrannou jehlou z nerezové oceli, tzv. kanylou. To, kterou z nich použijete, závisí na množství a reaktivitě převáděné kapaliny a do jisté míry i na konstrukci nádoby, z níž se kapalina převádí. Obecně platí, že injekční stříkačkou lze přenést až 50 ml, zatímco větší množství se obvykle přenáší kanylou.
Injekční techniky.Mnoho chemických látek citlivých na vzduch se dodává jako roztoky v lahvích naplněných dusíkem, které jsou uzavřeny septem, a malé objemy (do 25 ml) těchto roztoků se do přístroje nejlépe přenášejí skleněnými stříkačkami. Podobně lze do reakce přidávat kapaliny citlivé na vzduch pomocí injekční stříkačky.
*Poznámka: Při odebírání reagencií citlivých na vzduch z lahví naplněných dusíkem musíte objem odebrané kapaliny nahradit inertním plynem (dusíkem) z plynové lahve nebo balónku pomocí jehly, jinak bude vzduch (voda, kyslík a oxid uhličitý) v důsledku vytvořeného vakua vtažen do lahve.
Stříkačky.
Skleněné, plynotěsné injekční stříkačky s uzávěrem Luer lock jsou nejuniverzálnějším typem stříkaček a dodávají se v různých velikostech. Luerův zámek umožňuje uzamknout jehlu z nerezové oceli na konci stříkačky, takže nehrozí, že by jehla během přenosu vypadla ze stříkačky (obr. 13). Mezi varianty typů stříkaček patří stříkačky s písty (písty) s teflonovým® hrotem, které jsou poněkud dražší. Před použitím injekční stříkačky vždy zkontrolujte její funkčnost nasátím trochy rozpouštědla, které má být použito, a ujistěte se, že do stříkačky není nasáván vzduch buď přes pojistku Luer, nebo mezerou mezi stříkačkou a pístem. Pokud je vše v pořádku, rozeberte stříkačku a jehlu, vysušte v sušárně při 120 °C (ne pokud má teflonový hrot) a nechte vychladnout v exsikátoru. Jakmile přenesete činidlo citlivé na vzduch, musíte stříkačku a jehlu okamžitě vyčistit vhodnou metodou, protože vzduch se dostane do jehly a stříkačky a rozloží činidlo, což způsobí zaseknutí stříkačky nebo zablokování jehly.
*Poznámka: Při odebírání reagencií citlivých na vzduch z lahví naplněných dusíkem musíte objem odebrané kapaliny nahradit inertním plynem (dusíkem) z plynové lahve nebo balónku pomocí jehly, jinak bude vzduch (voda, kyslík a oxid uhličitý) v důsledku vytvořeného vakua vtažen do lahve.
Stříkačky.
Skleněné, plynotěsné injekční stříkačky s uzávěrem Luer lock jsou nejuniverzálnějším typem stříkaček a dodávají se v různých velikostech. Luerův zámek umožňuje uzamknout jehlu z nerezové oceli na konci stříkačky, takže nehrozí, že by jehla během přenosu vypadla ze stříkačky (obr. 13). Mezi varianty typů stříkaček patří stříkačky s písty (písty) s teflonovým® hrotem, které jsou poněkud dražší. Před použitím injekční stříkačky vždy zkontrolujte její funkčnost nasátím trochy rozpouštědla, které má být použito, a ujistěte se, že do stříkačky není nasáván vzduch buď přes pojistku Luer, nebo mezerou mezi stříkačkou a pístem. Pokud je vše v pořádku, rozeberte stříkačku a jehlu, vysušte v sušárně při 120 °C (ne pokud má teflonový hrot) a nechte vychladnout v exsikátoru. Jakmile přenesete činidlo citlivé na vzduch, musíte stříkačku a jehlu okamžitě vyčistit vhodnou metodou, protože vzduch se dostane do jehly a stříkačky a rozloží činidlo, což způsobí zaseknutí stříkačky nebo zablokování jehly.
Postupy krok za krokem.
Techniky uvedené v této části používají balónky s plynným dusíkem k vytvoření inertních atmosférických podmínek v baňce s kulatým dnem a injekční stříkačky k přenosu kapalin z lahviček se suchými činidly. Tyto techniky lze snadno upravit pro použití s plynovým rozdělovačem, je-li k dispozici.
Příprava balónku s inertním plynem
1. Připravte si nástavec s jehlou na balónek: Odřízněte konec plastové stříkačky o objemu 1 ml a nasaďte hlaveň na kus silné gumové hadičky. K pryžové hadičce připevněte balónek s héliem a všechny spoje utěsněte parafilmem. Případně připojte balónek přímo k plastové stříkačce o objemu 2-3 ml.
2. Balónek naplňte připojením k hadičce na regulátoru nádrže s inertním plynem (dusík nebo argon, obr. 7, a). Otevřete regulátor plynu a naplňte balónek na průměr 7-8" (obr. 7, b). [Pro použití s velmi citlivými činidly by měl plyn nejprve projít sloupcem sušícího prostředku.]
3. Zatímco držíte balónek u těla, otáčejte jím, abyste zabránili úniku plynu. Poté na konec stříkačky pevně připevněte zelenou jehlu (č. 21, 0,8 mm × 25 mm ,bezpečnostní upozornění: velmi ostrá!) (obr. 7, c).
4. Abyste zabránili úniku plynu při odvíjení balónku, zasuňte jehlu do gumové zátky (Obr. 7, d). Balónek lze nyní odložit stranou, zatímco se připravují další části sestavy.
1. Připravte si nástavec s jehlou na balónek: Odřízněte konec plastové stříkačky o objemu 1 ml a nasaďte hlaveň na kus silné gumové hadičky. K pryžové hadičce připevněte balónek s héliem a všechny spoje utěsněte parafilmem. Případně připojte balónek přímo k plastové stříkačce o objemu 2-3 ml.
2. Balónek naplňte připojením k hadičce na regulátoru nádrže s inertním plynem (dusík nebo argon, obr. 7, a). Otevřete regulátor plynu a naplňte balónek na průměr 7-8" (obr. 7, b). [Pro použití s velmi citlivými činidly by měl plyn nejprve projít sloupcem sušícího prostředku.]
3. Zatímco držíte balónek u těla, otáčejte jím, abyste zabránili úniku plynu. Poté na konec stříkačky pevně připevněte zelenou jehlu (č. 21, 0,8 mm × 25 mm ,bezpečnostní upozornění: velmi ostrá!) (obr. 7, c).
4. Abyste zabránili úniku plynu při odvíjení balónku, zasuňte jehlu do gumové zátky (Obr. 7, d). Balónek lze nyní odložit stranou, zatímco se připravují další části sestavy.
Příprava baňky s činidlem
5. Odstraňte povrchovou vodu z reagenční baňky (případně s míchadlem) tak, že baňku vysušíte plamenem nebo ji na několik hodin umístíte do horké trouby. Bezpečnostní upozornění: baňka bude velmi horká! Při manipulaci s horkým sklem používejte silné rukavice.
6. Ihned vložte gumovou přepážku (obr. 8, a) do spoje z mletého skla. Jednu stranu přepážky přehněte přes okraj baňky a přidržujte ji na místě, přičemž přehněte i opačné strany (obr. 8, b-d). V silných rukavicích to může být obtížné. Alternativou je přidržet baňku u těla v silných rukavicích a přehnout klopy septa a přitom použít holé ruce (nebo tenčí rukavice, obr. 9, a+b).
7. Reakční baňku ihned připevněte ke kruhovému stojanu nebo mřížce pomocí prodlužovací svorky a jehlu balónku s inertním plynem zasuňte do vnitřního kruhu na septu (obr. 9 c, viz obr. 8 d pro kruh na septu).
8. Do kruhu na septu zasuňte jednu jehlu (tzv. "výstupní jehlu"), abyste "vyplavili" vzduch z reakční baňky (obr. 9 d). Cílem je pomocí tlaku z balónku vtlačit inertní plyn do reakční baňky a vytlačit vzduch v baňce ven výstupní jehlou.
9. Nechte systém proplachovat alespoň 5 minut, pokud používáte plynný dusík, a možná 1-2 minuty, pokud používáte plynný argon (argon je hustší než vzduch, takže vytlačí vzduch snadněji než dusík). Poté vyjměte výstupní jehlu a nechte baňku zcela vychladnout pod balonem inertního plynu.
5. Odstraňte povrchovou vodu z reagenční baňky (případně s míchadlem) tak, že baňku vysušíte plamenem nebo ji na několik hodin umístíte do horké trouby. Bezpečnostní upozornění: baňka bude velmi horká! Při manipulaci s horkým sklem používejte silné rukavice.
6. Ihned vložte gumovou přepážku (obr. 8, a) do spoje z mletého skla. Jednu stranu přepážky přehněte přes okraj baňky a přidržujte ji na místě, přičemž přehněte i opačné strany (obr. 8, b-d). V silných rukavicích to může být obtížné. Alternativou je přidržet baňku u těla v silných rukavicích a přehnout klopy septa a přitom použít holé ruce (nebo tenčí rukavice, obr. 9, a+b).
7. Reakční baňku ihned připevněte ke kruhovému stojanu nebo mřížce pomocí prodlužovací svorky a jehlu balónku s inertním plynem zasuňte do vnitřního kruhu na septu (obr. 9 c, viz obr. 8 d pro kruh na septu).
8. Do kruhu na septu zasuňte jednu jehlu (tzv. "výstupní jehlu"), abyste "vyplavili" vzduch z reakční baňky (obr. 9 d). Cílem je pomocí tlaku z balónku vtlačit inertní plyn do reakční baňky a vytlačit vzduch v baňce ven výstupní jehlou.
9. Nechte systém proplachovat alespoň 5 minut, pokud používáte plynný dusík, a možná 1-2 minuty, pokud používáte plynný argon (argon je hustší než vzduch, takže vytlačí vzduch snadněji než dusík). Poté vyjměte výstupní jehlu a nechte baňku zcela vychladnout pod balonem inertního plynu.
10. Pokud je požadována hmotnost prázdné baňky, odstraňte balónek s inertním plynem (jehlu zasuňte do gumové zátky) a získejte hmotnost chladné, prázdné baňky se septem.
Příprava stříkačky pro přenos činidla
11. Vyjměte dlouhou ohebnou jehlu z horké pece a ihned ji zašroubujte do hlavně plastové injekční stříkačky, čerstvě otevřené z obalu (obr. 10 a). Injekční stříkačka musí být schopna pojmout větší objem, než je objem činidla určeného k podání, aby byla dostatečně pružná pro správnou manipulaci s činidlem. Například stříkačka o objemu 10 ml je příliš malá na dodání 10 ml činidla, ale mohla by být použita na dodání 7 ml činidla. Držte stříkačku tak, aby byly viditelné značky objemu, a připojte zahnutou jehlu směřující nahoru tak, aby po zašroubování (které obvykle vyžaduje zhruba půl otáčky) směřovala zahnutá jehla dolů s viditelnými číslicemi. Při tomto postupu jsou značky objemu viditelné při odběru kapaliny, místo aby byly nevhodně umístěny na zadní straně stříkačky (jako na obr. 10 d). Skleněné injekční stříkačky se často používají s činidly citlivými na vzduch rozpuštěnými v nepolárních rozpouštědlech (např. hexanech) a vyžadují některé další úvahy, které nejsou popsány v této části. Pokud budete používat skleněnou stříkačku, konzultujte další pokyny se svým instruktorem.
12. Omotejte spoj mezi jehlou a stříkačkou teflonovou páskou nebo parafilmem (obr. 10 b).
13. Propláchněte jehlu inertním plynem: Zasuňte jehlu do septa prázdné suché baňky připojené k balónku s inertním plynem (Obr. 10 c), odeberte plný objem inertního plynu (Obr. 10 d) a vypusťte jej do vzduchu.
14. Propláchnutou stříkačku ihned vložte do septa baňky s činidlem, je-li poblíž, nebo do gumové zátky, dokud se stříkačka nepoužije.
11. Vyjměte dlouhou ohebnou jehlu z horké pece a ihned ji zašroubujte do hlavně plastové injekční stříkačky, čerstvě otevřené z obalu (obr. 10 a). Injekční stříkačka musí být schopna pojmout větší objem, než je objem činidla určeného k podání, aby byla dostatečně pružná pro správnou manipulaci s činidlem. Například stříkačka o objemu 10 ml je příliš malá na dodání 10 ml činidla, ale mohla by být použita na dodání 7 ml činidla. Držte stříkačku tak, aby byly viditelné značky objemu, a připojte zahnutou jehlu směřující nahoru tak, aby po zašroubování (které obvykle vyžaduje zhruba půl otáčky) směřovala zahnutá jehla dolů s viditelnými číslicemi. Při tomto postupu jsou značky objemu viditelné při odběru kapaliny, místo aby byly nevhodně umístěny na zadní straně stříkačky (jako na obr. 10 d). Skleněné injekční stříkačky se často používají s činidly citlivými na vzduch rozpuštěnými v nepolárních rozpouštědlech (např. hexanech) a vyžadují některé další úvahy, které nejsou popsány v této části. Pokud budete používat skleněnou stříkačku, konzultujte další pokyny se svým instruktorem.
12. Omotejte spoj mezi jehlou a stříkačkou teflonovou páskou nebo parafilmem (obr. 10 b).
13. Propláchněte jehlu inertním plynem: Zasuňte jehlu do septa prázdné suché baňky připojené k balónku s inertním plynem (Obr. 10 c), odeberte plný objem inertního plynu (Obr. 10 d) a vypusťte jej do vzduchu.
14. Propláchnutou stříkačku ihned vložte do septa baňky s činidlem, je-li poblíž, nebo do gumové zátky, dokud se stříkačka nepoužije.
Odběr činidla.
15. Do lahvičky s činidlem musí být vložen balónek s inertním plynem, aby se vyrovnaly tlaky při odebírání kapaliny. Pokud je láhev s činidlem umístěna nad stolem, měla by se pod ní použít také plošina (např. kruhová svorka/drátěná síť), která poskytne oporu pro případ, že láhev vyklouzne ze sevření svorky.16. Zasuňte jehlu propláchnuté injekční stříkačky do septa reagencie citlivé na vzduch a do kapaliny (obr. 11 a).
17. Pomalu odebírejte do stříkačky trochu kapaliny. Pokud píst stáhnete příliš rychle, může nízký tlak uvnitř stříkačky způsobit, že vzduch pronikne spojením mezi jehlou a stříkačkou (přes teflonovou pásku nebo Parafilm nebo kolem nich).
18. Ve stříkačce se nevyhnutelně vytvoří bublina. Držte stříkačku dnem vzhůru a ve svislé poloze (obr. 11 b), zatlačte na píst, abyste plynovou kapsu vytlačili zpět do láhve.
19. Pomalu odebírejte kapalinu do objemu o 1-2 ml většího, než je požadovaný objem (obr. 11 c), a poté udržujte stříkačku ve svislé poloze a vytlačte kapalinu zpět do požadovaného objemu (obr. 11 d ukazuje 2,0 ml kapaliny). Když nejprve odebíráte větší než požadovaný objem, můžete si být jisti, že v jehle nejsou bublinky plynu a že jste změřili přesný objem.
20. Jehla by měla být v tomto okamžiku plná činidla citlivého na vzduch, a pokud by byla vyjmuta z lahvičky, činidlo by se dostalo do kontaktu s atmosférou na špičce jehly. To může mít katastrofální následky, pokud je činidlo značně reaktivní (kouř nebo potenciální požár). Bezpečnostní poznámka: Proto je nezbytné, aby byl mezi činidlo citlivé na vzduch a atmosféru před vyjmutím jehly umístěn "nárazník" inertního plynu (obr. 13).
17. Pomalu odebírejte do stříkačky trochu kapaliny. Pokud píst stáhnete příliš rychle, může nízký tlak uvnitř stříkačky způsobit, že vzduch pronikne spojením mezi jehlou a stříkačkou (přes teflonovou pásku nebo Parafilm nebo kolem nich).
18. Ve stříkačce se nevyhnutelně vytvoří bublina. Držte stříkačku dnem vzhůru a ve svislé poloze (obr. 11 b), zatlačte na píst, abyste plynovou kapsu vytlačili zpět do láhve.
19. Pomalu odebírejte kapalinu do objemu o 1-2 ml většího, než je požadovaný objem (obr. 11 c), a poté udržujte stříkačku ve svislé poloze a vytlačte kapalinu zpět do požadovaného objemu (obr. 11 d ukazuje 2,0 ml kapaliny). Když nejprve odebíráte větší než požadovaný objem, můžete si být jisti, že v jehle nejsou bublinky plynu a že jste změřili přesný objem.
20. Jehla by měla být v tomto okamžiku plná činidla citlivého na vzduch, a pokud by byla vyjmuta z lahvičky, činidlo by se dostalo do kontaktu s atmosférou na špičce jehly. To může mít katastrofální následky, pokud je činidlo značně reaktivní (kouř nebo potenciální požár). Bezpečnostní poznámka: Proto je nezbytné, aby byl mezi činidlo citlivé na vzduch a atmosféru před vyjmutím jehly umístěn "nárazník" inertního plynu (obr. 13).
21. Vytvoření "pufru inertního plynu".
a. Umístěte jehlu do prostoru v hlavě lahvičky s činidlem (obr. 12 a+b).
b. Držte stříkačku dnem vzhůru a ve svislé poloze a jemně zatáhněte za píst, dokud se v hlavni neobjeví bublina (přibližně 20 % objemu stříkačky, obr. 12 c). Ihned zasuňte stříkačku do přepážky reakční baňky, je-li poblíž, nebo do gumové zátky, je-li baňka ve větší vzdálenosti (obr. 12 d).
Dodejte činidlo.
22. S balónkem inertního plynu vloženým do reakční baňky umístěte stříkačku s činidlem do přepážky reakční baňky. Držte stříkačku ve svislé poloze, zatlačte na píst, abyste nejprve dodali pufr inertního plynu (obr. 14 a), a poté pomalu dodejte činidlo do baňky.
23. Přestaňte dodávat činidlo, když se gumový píst stříkačky setká s koncem válce (obr. 14 b). Nepřevracejte stříkačku a nevytlačujte zbytkovou kapalinu: to by vedlo k dodání většího objemu činidla, než jaký byl naměřen stříkačkou.
24. Jehla bude stále plná činidla citlivého na vzduch, proto s hrotem jehly stále v prostoru hlavy reakční baňky odeberte do stříkačky inertní plynový pufr. Pokud není v blízkosti čisticí stanice, zasuňte hrot jehly do gumové zátky.
22. S balónkem inertního plynu vloženým do reakční baňky umístěte stříkačku s činidlem do přepážky reakční baňky. Držte stříkačku ve svislé poloze, zatlačte na píst, abyste nejprve dodali pufr inertního plynu (obr. 14 a), a poté pomalu dodejte činidlo do baňky.
23. Přestaňte dodávat činidlo, když se gumový píst stříkačky setká s koncem válce (obr. 14 b). Nepřevracejte stříkačku a nevytlačujte zbytkovou kapalinu: to by vedlo k dodání většího objemu činidla, než jaký byl naměřen stříkačkou.
24. Jehla bude stále plná činidla citlivého na vzduch, proto s hrotem jehly stále v prostoru hlavy reakční baňky odeberte do stříkačky inertní plynový pufr. Pokud není v blízkosti čisticí stanice, zasuňte hrot jehly do gumové zátky.
Vyčistěte jehlu a stříkačku.
25. Injekční stříkačku a jehlu je třeba vyčistit co nejdříve, protože časem se v jehle mohou vytvořit usazeniny, které vytvoří zátku. Čištění injekční stříkačky a jehly.
25. Injekční stříkačku a jehlu je třeba vyčistit co nejdříve, protože časem se v jehle mohou vytvořit usazeniny, které vytvoří zátku. Čištění injekční stříkačky a jehly.
a. Do stříkačky natáhněte několik ml čistého rozpouštědla podobného rozpouštědlu použitému v roztoku citlivém na vzduch (obr. 14 c). Například obrázky v této části ukazují přenos činidla BH3 rozpuštěného v THF. Ideálním proplachovacím rozpouštědlem by pak byl THF. Protože THF nebyl k dispozici, diethylether byl dobrou náhradou, protože obě rozpouštědla jsou strukturně podobná (obě jsou ethery).
b. Rozpouštědlo vylijte do odpadní kádinky. Zopakujte další proplach rozpouštědlem, přičemž se ujistěte, že jste propláchli celou oblast ve stříkačce, které se činidlo dotýkalo.
c. Stříkačku jednou vypláchněte vodou, aby se rozpustily a odstranily všechny anorganické soli.
d. Dále dvakrát vypláchněte stříkačku a jehlu několika ml acetonu.
e. Vyjměte jehlu z injekční stříkačky a uschovejte ji pro další použití. Plastová injekční stříkačka by se neměla používat opakovaně, ale měla by se vyhodit: rozpouštědlo přítomné v mnoha roztocích citlivých na vzduch degraduje gumový píst stříkačky, což způsobuje, že po jednom použití nabobtná a je neúčinná.
Stříkačkové jehly a kanyly.
Stříkačkové jehly s Luerovým zámkem z nerezové oceli se dodávají v různých délkách a průměrech. Délka jehly, kterou budete potřebovat, závisí na velikosti nádoby, ze které chcete odebírat kapalinu; potřebný průměr závisí na velikosti stříkačky - neměli byste používat jehlu o velkém průměru se stříkačkou o malém objemu - a na viskozitě roztoku nebo kapaliny. Průměr jehly se udává v "měrce": čím vyšší je měrka, tím užší je průměr jehly. Pro většinu prací v inertní atmosféře byste měli používat jehlu s "nekorigujícím" nebo "vychylujícím" hrotem (obr. 15), který zajišťuje, že se při protlačování jehly nezachytí v jehle kus septa.
Stříkačkové jehly s Luerovým zámkem z nerezové oceli se dodávají v různých délkách a průměrech. Délka jehly, kterou budete potřebovat, závisí na velikosti nádoby, ze které chcete odebírat kapalinu; potřebný průměr závisí na velikosti stříkačky - neměli byste používat jehlu o velkém průměru se stříkačkou o malém objemu - a na viskozitě roztoku nebo kapaliny. Průměr jehly se udává v "měrce": čím vyšší je měrka, tím užší je průměr jehly. Pro většinu prací v inertní atmosféře byste měli používat jehlu s "nekorigujícím" nebo "vychylujícím" hrotem (obr. 15), který zajišťuje, že se při protlačování jehly nezachytí v jehle kus septa.
Kanyly jsou dlouhé, ohebné jehly s dvojitým koncem vyrobené z nerezové oceli nebo inertních plastů, které se používají k přenosu velkých objemů činidel nebo rozpouštědel z jedné nádoby do druhé pod tlakem inertního plynu (obr. 16).
Shrnutí
Mnoho experimentálních sestav je možné provádět s trojhrdlými baňkami a skleněným nádobím s přídavným kohoutem nebo konektorem, který zajišťuje přívod inertního plynu a přístup k vakuu pro cyklus evakuace a doplňování. Pevné látky citlivé na vzduch nebo stabilní na vzduchu by se měly přidávat pokud možno na začátku reakce. Přidávání pevných látek v polovině reakce je složitější, ale lze jej provést pomocí nálevky nebo trubice pro přidávání pevných látek. Kapaliny se přidávají injekční stříkačkou, pokud je množství menší než 50 ml, nebo kanylou, pokud je potřeba více než 50 ml.
Dynamická destilace bez přístupu vzduchu
Dynamická bezvzduchová vakuová destilace se běžně používá k čištění vysokovroucích kapalin (> 150 °C), látek citlivých na vzduch a některých nízkotavitelných pevných látek. Tato metoda je vhodná pro komerčně dostupná činidla nebo sloučeniny připravované ve velkém měřítku v laboratoři, u nichž jsou (často známé) nečistoty netěkavé, a proto po destilaci zůstávají.
Obr.18
Postupy krok za krokem
Krok 1: Nečistý materiál se přenese do vhodné Schlenkovy baňky vybavené magnetickou míchací tyčí. V případě komerčně dostupných činidel, která se mají čistit ve velkém, je možné je přidat do Schlenkovy baňky (která již byla cyklicky připojena na vedení inertního plynu) pod proudem inertního plynu. U sloučenin připravených "in-house" zůstane surový materiál obvykle ve Schlenkově baňce po odstranění rozpouštědla a těkavých látek ve vakuu.
Krok 2: Schlenkova baňka, destilační můstek a Schlenkův uzávěr se namažou, sestaví a cyklicky připojí na vedení inertního plynu. Poznámka: Vyobrazený styl destilačního můstku (jednodílný) je určen speciálně k čištění vysoce vroucích kapalin ve vysokém vakuu. Tím se liší od typické destilační sestavy s destilační hlavou, adaptérem pro teploměr a vodou chlazeným kondenzátorem.
Krok 3: Jakmile je přijímací Schlenkova baňka s destilačním můstkem cyklicky zapojena do linky a zpětně naplněna inertním plynem, připojí se k Schlenkově baňce obsahující surový materiál. To může vyžadovat krátkou pomoc při odstraňování svorek a zátek. Zajistěte, aby během tohoto procesu proudil do obou baněk inertní plyn, aby se minimalizovalo vystavení atmosférickému vzduchu a vlhkosti.
Krok 4: Uzavřou se uzavírací kohouty na obou Schlenkových baňkách a destilační baňka se spustí do vhodného topného pláště nebo olejové lázně. Za míchání se pomalu a opatrně otevře kohout na přijímací Schlenkově baňce, aby vzniklo vakuum. Tím se surový materiál odplyní a odstraní se zbytky rozpouštědla nebo těkavé nečistoty. Poznámka: Sypký materiál by měl mít dostatečně vysoký bod varu, aby se při okolní teplotě ve vakuu neodpařoval. Mezi přijímací baňkou a potrubím inertního plynu lze použít externí lapač kapalného dusíku ke kondenzaci těkavých sloučenin.
Krok 5: Jakmile je v destilační sestavě vytvořeno dobré vakuum (tj. nízký tlak) a surový materiál je zcela odplyněn, lze pomalu zvyšovat teplotu na topném plášti. Protože se surový materiál neodpařuje při teplotě okolí, k ochlazení přijímací baňky a kondenzaci destilátu obvykle postačí ledová lázeň, lze však použít i dewar s kapalným dusíkem. Během destilace může být nutné izolovat baňku a část můstku hliníkovou fólií nebo krátce zahřát skleněné nádobí horkovzdušnou pistolí.
Krok 6: Po dokončení destilace se uzavře kohout na přijímací baňce. Ohřívací plášť se spustí, aby se destilační baňka ochladila na teplotu okolí, a chladicí lázeň se odstraní z přijímací baňky, aby se mohla rozmrazit nebo ohřát na teplotu okolí.
Krok 7: Když má destilační aparatura pokojovou teplotu, systém se pomalu naplní inertním plynem. Pokud byl použit externí sifon, je nutné jej nejprve odpojit a přepojit přijímací baňku zpět na vedení inertního plynu.
Krok 8: Pod proudem inertního plynu lze destilační můstek vyjmout z přijímací baňky a nahradit jej čistou, namazanou zátkou z broušeného skla. Vyčištěný materiál lze nyní přenést do vhodné ampule ke skladování pomocí kanyly nebo jej přímo použít k dalším manipulacím.
Rady a tipy.
- Přibližnou destilační teplotu lze vypočítat na základě známého bodu varu sloučeniny (při okolním tlaku) a tlaku v potrubí inertního plynu (pokud se používá manometr).
- U složitých směsí druhů, které se mají oddělit vakuovou destilací, je obvykle zapotřebí složitější sestava obsahující Vigreuxovu kolonu, adaptér s teploměrem a "prasečí" přijímač (pavoučí nebo kravský přijímač) pro sběr více frakcí.
Last edited by a moderator:
