Syntese og destillation i inert atmosfære

[G.Patton]

Introduktion.

Minutiøst tørre eller iltfrie forhold er nogle gange nødvendige, når man bruger reagenser, der reagerer med vand eller ilt i luften. For at bruge disse reagenser sikkert og effektivt skal glasvarer ovn- eller flammetørres, og derefter skal luften fortrænges med en tør, inaktiv gas (ofte nitrogen eller argon). Dette skaber en "inert atmosfære" inde i et apparat, som ikke reagerer med reagenserne.

Opsætning af en reaktion.

Enhver reaktion kræver tilsætning af flere reagenser, ofte i en bestemt rækkefølge. Når man udfører en luftfølsom reaktion, kræver det omhu og dygtighed at tilsætte reagenserne uden at føre luft eller fugt ind i systemet. Hvordan man tilsætter de enkelte reagenser, afhænger af reaktionens art. Reaktioner kan være luftfølsomme med hensyn til reagenser, f.eks. n-BuLi eller Grignard-reagenser, eller det kan være, at kun produktet af reaktionen er luftfølsomt, f.eks. et organometallisk kompleks.

Hvis reaktionen skal udføres i en inert atmosfære, skal du først fylde et tomt apparat med en inert gas. Tilsæt derefter (hurtigt!) opløsningsmidler og reagenser, rens kolben med en inert gas, og afkøl (hvis det er nødvendigt). Reaktionen udføres under et minimalt bufferovertryk af en inert gas. Overtrykket skabes af en kort (flere mm) søjle af inert væske, der hældes i en væskelukker ved udløbet af denne enhed. Syntesen udføres ved omhyggeligt at følge proceduren, opretholde køle- (opvarmnings-) tilstanden og hastigheden for tilsætning af reagenserne. Fig. 1 viser et apparat til udførelse af syntese i en inert atmosfære med køling og temperaturkontrol. Den resulterende blanding behandles i nøje overensstemmelse med proceduren i *****ningen af syntesen. Den enkleste metode til at isolere målforbindelsen er filtrering. I nogle tilfælde er det muligt at isolere et rent produkt ved destillation (dampdestillation) direkte fra reaktionsblandingen. I andre tilfælde er det første trin i behandlingen af reaktionsblandinger slukning af reaktive reagenser og mellemprodukter (vand, opløsninger af syrer eller baser), neutralisering af syre- eller alkalikatalysatorer, separation af uopløselige forbindelser ved filtrering, ekstraktion af produktet fra den uorganiske eller vandige fase og dets koncentration. I dette tilfælde anvendes hovedsageligt ekstraktion.

Fig. 1

Eksperimentelle opstillinger.

Reaktioner opstilles på samme måde som ikke-luftfølsomme reaktioner, men med enten en trehalset kolbe eller en Schlenk-kolbe i stedet for den traditionelle rundbundede kolbe. Schlenk-kolber har en hane til at forbinde apparatet med inertgasledningen og kontrollere adgangen til inertgas, mens en trehalset kolbe kræver en ekstra adapter til dette formål. Den enkleste måde at sætte en reaktion op på er at samle alle glasvarer først og derefter anvende en evakuerings- og genopfyldningscyklus for at sikre en inert atmosfære, før reagenserne tilsættes. Det er dog muligt at fylde hvert stykke udstyr separat og samle sættet med en positiv strøm af inert gas, der kommer fra hvert stykke glas, dvs. at der er tilstrækkelig gasstrøm ind i apparatet til, at der udsendes en jævn strøm, når en prop f.eks. fjernes. Det er mere tidskrævende, men kan være en nyttig teknik, hvis du skal tilføje eller fjerne et stykke glas midt i et eksperiment (se nedenfor). Typiske reaktionsopstillinger er vist i fig. 2.

Spoiler:Fig. 2 Typiske forsøgsopstillinger til luftfølsomme reaktioner

.

A) Basisk reaktion ved stuetemperatur under omrøring; B) Reaktion ved stuetemperatur med additionstragt; C) Opvarmning ved tilbagesvaling under omrøring; D) Opvarmning ved tilbagesvaling med en additionstragt.

En anden forskel i forhold til luftstabil kemi er, at alle samlinger i det slebne glas skal smøres for at sikre en lufttæt forsegling og forhindre forurening med f.eks. ilt. I organiske kemilaboratorier anbefales det ofte at lade samlingerne være usmurte, da fedt kan komme ind i reaktionsblandingen og forurene reaktionen og spektrene. Af samme grund bør samlinger ikke overfedtes, når man laver luftfølsom kemi. Et fint lag fedt, der påføres jævnt, er bedre end et tykt lag, der siver ud af toppen og bunden af fugen. For at få et tyndt lag skal du påføre to striber fedt på hver sin side af han-leddet på et glas, sætte det ind i halsen eller hun-leddet og dreje de to dele forsigtigt for at fordele fedtet jævnt (fig. 3). Der skal være en klar, kontinuerlig film mellem samlingens overflader.

Spoiler:Fig. 3 Sådan påføres et jævnt lag fedtpå en samling

Af og til vil det være nødvendigt at tilføje eller fjerne et stykke glas, f.eks. en tilsætningstragt, i løbet af reaktionen. Når du skal tilføje et stykke glas, skal du sørge for, at det er rent og tørt for rengøringsmidler eller vand, og at alle samlinger er smurt. Til***** det til inertgasledningen, og fyld det. Sørg for, at der er to positive strømme af inert gas, dvs. at gassen strømmer ud af beholderen: den ene strøm kommer fra reaktionsbeholderen og den anden fra det glas, der skal sættes på. Når der er en jævn strøm af inert gas fra hver del af apparatet, kan proppen fra reaktionsbeholderen fjernes, og glasset sættes på plads. Hvis du vil fjerne glasvarer under en reaktion, skal du blot sikre dig, at der kommer en positiv strøm af inert gas fra reaktionsbeholderen, før du fjerner glasvarerne og erstatter dem med en prop eller hætte.

Smøring afsamlinger .

Samlinger af slebet glas er fremstillet til at passe ret godt til hinanden, men de er alligevel ikke helt lufttætte. I nogle situationer (f.eks. ved brug af reduceret tryk i et apparat eller en inert atmosfære) skal der smøres fedt på hver samling for at sikre en god tætning. Fedt bruges også, når samlingen kan komme i kontakt med en meget basisk opløsning, da basiske opløsninger kan danne natriumsilikater og ætse glas.

Fedt kan påføres med en sprøjte fuld af fedt (fig. 4 a), en træsplint eller en tandstikker. Fedt skal påføres let i portioner omkring han-leddet, tættere på glasenden end den ende, der kommer i kontakt med reagenser (fig. 4 a). Hvis der kommer fedt i nærheden af den ende, der kommer i kontakt med reagenserne, er der risiko for, at reagenserne opløser fedtet og bliver forurenet. Hunleddet skal derefter forbindes, og leddene drejes for at sprede fedtet i et tyndt lag. Fugen skal blive gennemsigtig hele vejen rundt om fugen, men kun i en dybde på en tredjedel til halvdelen af fugen (fig. 4 b). Hvis hele fugen bliver gennemsigtig, eller hvis man ser fedt løbe ud af fugen, er der brugt for meget fedt (fig. 4 c). Overskydende fedt skal tørres af med en KimWipe (en sådan bruges i fig. 5).

Spoiler:Fig. 4

a) Påføring af fedt med sprøjte, b) Korrekt smurt fuge, c) For meget fedt i fugen, som angivet med en pil.

Hvis du vil fjerne fedt fra en fuge efter en proces, skal du tørre størstedelen af fedtet af med et stykke køkkenrulle eller en KimWipe. Fugt derefter en KimWipe med lidt kulbrinteopløsningsmiddel, og gnid den fugtige KimWipe på fugen for at opløse fedtet (fig. 5). Kulbrinteopløsningsmidler (f.eks. hexan) fungerer meget bedre end acetone til at opløse resterende fedt.

Spoiler: Fig.5 Fjernelse af fedt med en KimWipedyppet i hexan

.

Tilsætning afluftstabile faste stoffer i begyndelsen af en reaktion.

Et fast stof kan tilsættes på et hvilket som helst tidspunkt i reaktionen, men hvis du kan, skal du først tilsætte alle de faste stoffer til reaktionskolben, da det bliver sværere at manipulere, når der først er tilsat væske. Hvis det faste stof er luftstabilt, kan det tilsættes direkte til kolben i begyndelsen af reaktionen, som beskrevet nedenfor.

Sådan tilsættes luftstabile faste stoffer i begyndelsen af en reaktion.

1. Vej det faste stof, og tilsæt det til en ren og tør Schlenk-kolbe eller en trehalset rundbundet kolbe, som passer til den reaktion, der skal udføres.
2. Luk kolben med en smurt, slebet glasprop.
3. Til***** kolben til inertgasledningen.
4. Åbn forsigtigt kolben til ledningen, og sørg for, at det faste stof/pulveret ikke blæses ud. Dette ville resultere i, at der var mindre reagens i reaktionen end oprindeligt beregnet.
5. Sørg for, at kolben er fyldt med inert gas, og åbn for ledningen, så der er et positivt gasflow, før du tilsætter noget andet.

Tilsætning afluftfølsomt fast stof i begyndelsen af en reaktion.

Den bedste måde at tilsætte et luftfølsomt fast stof på som den første reagens er at bruge en vægt i en handskekasse til at afveje det faste stof og putte det i kolben, alt sammen under en inert atmosfære. Mange luftfølsomme faste stoffer opbevares permanent i en handskeboks.

Tilsætning af faste stoffer midt ien reaktion.

Sådan tilsætter du et luftstabilt fast stof.

1. Vej den nødvendige mængde fast stof op i et hætteglas eller en vejebåd.
2. Sørg for, at der er et positivt flow af inert gas ind i reaktionsbeholderen. Sørg for, at beholderen er åben for inertgasledningen, og at der strømmer 2-3 bobler pr. sekund gennem bobleren.
3. Fjern proppen fra reaktionsbeholderen.
4. Placer en pulvertragt i den åbne hals. Det forhindrer, at det faste stof klæber til den smurte hals, når det tilsættes. Hvis du ikke har en pulvertragt, fungerer et stykke papir, der er bøjet i en kegleform, lige så godt - bare sørg for, at enden er lavere end bunden af halsen.
5. Hæld forsigtigt det faste stof ind i reaktionen via tragten. Den positive strøm af inert gas ud af kolben kan medføre, at noget af det faste stof, især hvis det er et pulver, går tabt, hvis hullet er blokeret, så tilsæt det faste stof langsomt og i små portioner, hvis du tilsætter meget pulver. Sørg for at undgå at indånde luftbårent pulver. Alternativt kan du holde tragten, så leddet er inde i kolbens hals, men der er et mellemrum mellem leddet og halsen. Det giver den inerte gas plads til at slippe ud uden at blæse gennem tragten og blæse pulveret ud over det hele. Problemet med denne metode er, at der er større sandsynlighed for, at pulveret sidder fast på den smurte kolbehals.
6. Fjern tragten, og sæt proppen på igen, når alt det faste stof er tilsat.

Sådan tilsætter duet luftfølsomt fast stof

Luftfølsomme faste stoffer skal tilsættes i en handskeboks som beskrevet ovenfor. Nogle reaktioner er dog ikke egnede til at flytte hele apparatet eller reaktionsbeholderen ind i handskeboksen, f.eks. tilsætninger ved variabel temperatur. Hvis dette er tilfældet, er der to mulige tilgange: A) at bruge et rør til tilsætning af fast stof og B) at opløse det faste stof, der skal tilsættes som en opløsning.

A ) Rør til tilsætning af fast stof
Et rør til faststoftilsætning er et simpelt stykke glas, der ligner et reagensglas, men med en bøjning og en samling af slebet glas, der er egnet til at placere i halsen på en reaktionsbeholder (fig. 13). Nogle har en Schlenk- eller *****-hane, som gør det muligt at kontrollere den indre atmosfære og gasstrømmen. Den luftfølsomme forbindelse placeres i røret i en handskekasse (se ovenfor), og røret forsegles med en hætte eller prop afhængigt af typen af samling (fig. 6, A). Når røret er uden for handskeboksen, kobles det til inertgasledningen ved hjælp af standardproceduren. Hætten fjernes under en positiv strøm af inert gas, og røret føres ind i kolbens hals, også under en positiv strøm af inert gas (Fig. 6, B). Røret kan derefter drejes eller bankes forsigtigt for at få det faste stof til at falde ned i reaktionsbeholderen. Hvis du bruger et rør til tilsætning af faste stoffer uden hane, kan du tilføre en sekundær strøm af inert gas som vist i Fig. 6, C. Det giver et tæppe af inert gas under åbningen og fastgørelsen af røret til kolben. Denne teknik er også nyttig, hvis du skal åbne en ampul med et luftfølsomt fast stof.

Spoiler: Fig. 6 Brug af et rør til tilsætning af fast stof (til venstre og i midten) og en sekundær strøm af inert gas (til højre) til tilsætning af et luftfølsomt fast stof midtvejs i en reaktion.

B) Tilsætning af et luftfølsomt fast stof som en opløsning.
Den måske enkleste og mest effektive måde at tilsætte et luftfølsomt fast stof på er at veje det over i en separat, ren, tør Schlenk-kolbe under en inert atmosfære og opløse det i et passende opløsningsmiddel. Den resulterende opløsning kan derefter tilsættes til reaktionsblandingen via en kanyle (se nedenfor).

Tilsætning afopløsningsmidler og væsker.

Væsker kan nemt overføres til eller fra beholdere, der er til*****tet en inert gasledning og under en inert atmosfære, med enten en sprøjte eller en dobbeltbundet nål af rustfrit stål, kaldet en kanyle. Hvilken du bruger, afhænger af mængden og reaktiviteten af den væske, der skal overføres, og til en vis grad af designet af den beholder, som væsken overføres fra. Som hovedregel kan op til 50 ml overføres med en sprøjte, mens større mængder normalt overføres med en kanyle.

Sprøjteteknikker.

Mange luftfølsomme kemikalier leveres som opløsninger i nitrogenfyldte flasker, som er forseglet med en skillevæg, og små mængder (op til 25 ml) af disse opløsninger overføres bedst til apparatet ved hjælp af glassprøjter. På samme måde kan luftfølsomme væsker tilsættes reaktionen ved hjælp af en sprøjte.

*Bemærk: Når du fjerner luftfølsomme reagenser fra nitrogenfyldte flasker, skal du erstatte den fjernede mængde væske med inert gas (nitrogen) fra en gasflaske eller ballon via en nål, da luft (vand, ilt og kuldioxid) ellers vil blive trukket ind i flasken som følge af det vakuum, du har skabt.

Sprøjter.
Gastætte glassprøjter med Luer-lås er den mest alsidige type sprøjte, og de findes i mange forskellige størrelser. Luer-låsen gør det muligt at låse den rustfri stålnål fast på enden af sprøjten, så der ikke er fare for, at nålen falder af sprøjten under overførselsprocessen (fig. 13). Der findes forskellige typer sprøjter, bl.a. med stempler (plungers) af Teflon®, som er noget dyrere. Før du bruger en sprøjte, skal du altid kontrollere, at den fungerer, ved at suge lidt af det opløsningsmiddel, der skal bruges, og sikre, at der ikke suges luft ind i sprøjten, hverken via Luer-låsen eller gennem et hul mellem sprøjten og stemplet. Hvis alt er i orden, skal du skille sprøjten og nålen ad, tørre den i en ovn ved 120 °C (ikke hvis den har en teflonspids) og lade den køle af i en ekssikkator. Når du har overført det luftfølsomme reagens, skal du straks rense sprøjten og nålen ved hjælp af en passende metode, da der vil komme luft ind i nålen og sprøjten og nedbryde reagenset, hvilket får sprøjten til at sætte sig fast eller nålen til at blokere.

Trin-for-trin-procedurer.

De teknikker, der er vist i dette afsnit, bruger balloner med nitrogengas til at skabe inerte atmosfæriske forhold i en rundbundet kolbe og sprøjter til at overføre væsker fra tørre reagensflasker. Disse teknikker kan nemt tilpasses til brug med en gasmanifold, hvis den er tilgængelig.

Spoiler: Fig.7

a) Fastgørelse af ballonen til en tank med nitrogengas, b) Fyldning af ballonen, c) Fastgørelse af nålen, d) Midlertidig tilstopning af nålen med en gummiprop.

Forbered en ballon med inert gas
1. Forbered en nål til en ballon: Skær enden af en 1 ml plastsprøjte, og sæt cylinderen ind i et stykke tyk gummislange. Sæt en ballon af heliumkvalitet fast på gummislangen, og forsegl alle samlinger med parafilm. Alternativt kan du sætte en ballon direkte på en 2-3 ml plastsprøjte.

2. Fyld ballonen ved at til*****te den til en slange på regulatoren til en beholder med inert gas (nitrogen eller argon, fig. 7, a). Åbn gasregulatoren for at fylde ballonen til mellem 7" - 8" i diameter (fig. 7, b). (Til brug med meget følsomme reagenser skal gassen først ledes gennem en kolonne med tørremiddel).

3. Mens du holder ballonen tæt på kroppen, skal du dreje ballonen for at forhindre gassen i at slippe ud. Sæt derefter en grøn nål (#21 gauge, 0,8 mm×25 mm ,sikkerhedsbemærkning: meget skarp!) godt fast i enden af sprøjten (fig. 7, c).

4. For at forhindre gas i at slippe ud, når ballonen løsnes, sættes nålen ind i en gummiprop (fig. 7, d). Ballonen kan nu lægges til side, mens andre dele af opsætningen forberedes.

Spoiler: Fig. 8

a) Indsættelse af gummiseptum i samlingen af en varm kolbe, b-d) Foldning af septumflapper over samlingen.

Forbered reagenskolben
5. Fjern overfladevandet fra en reagenskolbe (evt. med omrøringsstang) ved enten at flammetørre kolben eller placere den i en varm ovn i flere timer. Sikkerhedsbemærkning: Kolben vil være meget varm! Brug tykke handsker til at håndtere det varme glas.

6. Indsæt straks en gummiseptum (fig. 8, a) i den slebne glasfuge. Fold den ene side af skillevæggen over kolbens kant, og hold den på plads, mens du også folder de modsatte sider over (Fig. 8, b-d). Det kan være svært at gøre med tykke handsker. Et alternativ er at holde kolben ind mod kroppen med de tykke handsker og folde septumflapperne over, mens du bruger dine bare hænder (eller tyndere handsker, Fig. 9, a+b).

7. Fastgør straks reaktionskolben til et ringstativ eller gitterværk ved hjælp af en forlængerklemme, og sæt nålen på inertgasballonen ind i den indre cirkel på skillevæggen (fig. 9 c, se fig. 8 d for cirklen på skillevæggen).

8. Sæt en enkelt nål ind i cirklen på septum (kaldet en "exit-nål") for at "skylle" luften ud af reaktionskolben (fig. 9 d). Målet er at bruge trykket fra ballonen til at tvinge inert gas ind i reaktionskolben og fortrænge luften i kolben ud af udgangsnålen.

9. Lad systemet skylle i mindst 5 minutter, hvis du bruger nitrogengas, og måske 1-2 minutter, hvis du bruger argongas (argon er tættere end luft og fortrænger derfor lettere luften end nitrogen). Fjern derefter udgangsnålen, og lad kolben køle helt af under ballonen med inert gas.

Spoiler: Fig.9

a+b) Alternativ måde at holde en varm kolbe på og fastgøre gummiseptummet, c) Gennemskylning af en reaktionskolbe med en gasballon, d) Nærbillede af "udgangsnålen".

10. Hvis der er brug for en masse af den tomme kolbe, skal du fjerne inertgasballonen (sæt nålen i en gummiprop) og få massen af den kølige, tomme kolbe med skillevæg.

Spoiler: Fig.10

a) Skru nålen på sprøjtehovedet, b) Pak leddet ind i parafilm, c) Stik nålen ind i en kolbe fyldt med inert gas, d) Træk inert gas ud for at skylle sprøjten.

Forbered sprøjten til overførsel af reagens
11. Tag en lang, fleksibel nål ud af en varm ovn, og skru den straks ind i cylinderen på en plastiksprøjte, der er nyåbnet fra emballagen (fig. 10 a). Sprøjten skal kunne rumme et volumen, der er større end den mængde reagens, der skal leveres, for at have tilstrækkelig fleksibilitet til at kunne manipulere reagenset korrekt. For eksempel er en 10 ml-sprøjte for lille til at give 10 ml reagens, men kan bruges til at give 7 ml reagens. Hold sprøjten, så volumenmarkeringerne er synlige, og til***** den bøjede nål med spidsen opad, så den bøjede nål peger nedad med tallene synlige, når den er skruet på (hvilket normalt kræver ca. en halv omdrejning). På den måde kan man se volumenangivelserne, mens man trækker væske ud, i stedet for at de sidder på bagsiden af sprøjten (som i fig. 10 d). Glassprøjter bruges ofte med luftfølsomme reagenser, der er opløst i upolære opløsningsmidler (f.eks. hexan), og kræver nogle yderligere overvejelser, som ikke er beskrevet i dette afsnit. Kontakt din underviser for at få yderligere instruktioner, hvis du skal bruge en glassprøjte.

12. Pak samlingen mellem nålen og sprøjten ind i teflontape eller parafilm (fig. 10 b).

13. Skyl nålen med inert gas: Stik nålen ind i skillevæggen på en tom, tør kolbe, der er fastgjort til en ballon med inert gas (fig. 10 c), træk en fuld mængde inert gas ud (fig. 10 d), og sprøjt den derefter ud i luften.

14. Sæt straks den skyllede sprøjte ind i reagensglasets septum, hvis det er i nærheden, eller i en gummiprop, indtil sprøjten skal bruges.

Spoiler: Fig.11

a) Indføring af den skyllede sprøjte i det luftfølsomme reagens, b) Uundgåelig gasboble efter tilbagetrækning, c) Fjernelse af lidt mere væske end nødvendigt, d) Justering til det korrekte volumen.

Træk reagenset ud.

15. Der skal indsættes en ballon med inert gas i reagensflasken for at udligne trykket, når væsken trækkes ud. Der skal også bruges en platform (f.eks. ringklemme/trådnet) under reagensflasken, hvis den er placeret over bænken, for at give støtte, hvis flasken glider ud af klemmens greb.

16. Stik nålen på den skyllede sprøjte ind i septum på det luftfølsomme reagens og ned i væsken (fig. 11 a).

17. Træk langsomt lidt væske ind i sprøjten. Hvis stemplet trækkes for hurtigt tilbage, kan det lave tryk inde i sprøjten få luft til at sive ud gennem forbindelsen mellem nålen og sprøjten (gennem eller omkring teflontapen eller parafilmen).

18. Det er uundgåeligt, at der dannes en boble i sprøjten. Hold sprøjten på hovedet og lodret (fig. 11 b), og tryk på stemplet for at tvinge gaslommen tilbage i flasken.

19. Træk langsomt væske ud til 1-2 ml mere end det ønskede volumen (fig. 11 c), og hold derefter sprøjten lodret, og skub væsken tilbage til det ønskede volumen (fig. 11 d viser 2,0 ml væske). Hvis du først trækker mere ud end det ønskede volumen, kan du være sikker på, at der ikke er gasbobler i nålen, og at du har målt et nøjagtigt volumen.

20. Nålen bør være fuld af det luftfølsomme reagens på dette tidspunkt, og hvis den fjernes fra flasken, vil reagenset komme i kontakt med atmosfæren ved nålespidsen. Det kan få katastrofale følger, hvis reagenset er meget reaktivt (rygning eller potentielt brand). Sikkerhedsbemærkning: Det er derfor vigtigt, at der placeres en "buffer" af inert gas (fig. 13) mellem det luftfølsomme reagens og atmosfæren, før nålen fjernes.

Spoiler:Fig. 12

a) Hovedrummet i en flaske, b) Indsættelse af nålen i reagensflaskens hovedrum, c) Inertgasbuffer i sprøjten, d) Anbringelse af nålespidsen i en gummiprop til transport.

21. For at skabe "inert gas-bufferen".

a. Placer nålen i hovedrummet på reagensflasken (fig. 12 a+b).

b. Hold sprøjten på hovedet og lodret, og træk forsigtigt stemplet tilbage, indtil der ses en boble i cylinderen (ca. 20 % af sprøjtens kapacitet, fig. 12 c). Indsæt straks sprøjten i reaktionskolbens septum, hvis den er i nærheden, eller i en gummiprop, hvis kolben er et stykke væk (fig. 12 d).

Spoiler:Fig. 13 Sprøjter til arbejde i inert atmosfære

Aflever reagenset.
22. Med en inert gasballon indsat i reaktionskolben placeres sprøjten med reagens i reaktionskolbens septum. Hold sprøjten lodret, og tryk på stemplet for først at levere inertgasbufferen (fig. 14 a) og derefter langsomt levere reagens til kolben.

23. Stop tilførslen af reagens, når sprøjtens gummistempel møder enden af cylinderen (fig. 14 b). Vend ikke sprøjten om og skub den resterende væske ud: Dette ville resultere i, at der leveres en større mængde reagens end målt af sprøjten.

24. Nålen vil stadig være fuld af det luftfølsomme reagens, så træk en inert gasbuffer ind i sprøjten, mens nålespidsen stadig befinder sig i reaktionsflaskens hovedrum. Sæt nålespidsen ind i en gummiprop, hvis rengøringsstationen ikke er i nærheden.

Spoiler: Fig.14

a) Indsættelse af sprøjten i reagenskolben, b) Afgivelse af væske, c) Skylning af nål og sprøjte.

Rengør nålen og sprøjten.
25. Sprøjten og nålen skal rengøres så hurtigt som muligt, da der med tiden kan dannes aflejringer i nålen, som skaber en prop. Sådan rengøres sprøjten og nålen.

a. Hæld et par ml rent opløsningsmiddel i sprøjten, svarende til det opløsningsmiddel, der bruges i den luftfølsomme opløsning (fig. 14 c). For eksempel viser billederne i dette afsnit overførsel af et BH3-reagens opløst i THF. Et ideelt skyllemiddel ville så være THF. Da THF ikke var tilgængelig, var diethylether en god erstatning, da de to opløsningsmidler er strukturelt ens (de er begge ethere).

b. Hæld opløsningsmidlet ud i et affaldsbæger. Gentag med endnu en skylning med opløsningsmiddel, og sørg for at skylle hele det område i sprøjten, hvor reagenset rørte ved.

c. Skyl sprøjten en gang med vand for at opløse og fjerne eventuelle uorganiske salte.

d. Skyl desuden sprøjten og nålen to gange med et par ml acetone.

e. Fjern nålen fra sprøjten, og opbevar den til senere brug. Plastiksprøjten skal ikke genbruges, men i stedet smides ud: Opløsningsmidlet i mange luftfølsomme opløsninger nedbryder gummistemplet på sprøjten, hvilket får dem til at svulme op og være ineffektive efter én gangs brug.

Sprøjtenåle og kanyler.
Luer lock-sprøjtenåle i rustfrit stål findes i forskellige længder og diametre. Længden på den nål, du skal bruge, afhænger af størrelsen på den beholder, du vil trække væsken ud af. Den nødvendige diameter afhænger af sprøjtens størrelse - du bør ikke bruge en nål med stor diameter til en sprøjte med lille volumen - og opløsningens eller væskens viskositet. Nålediametre udtrykkes i "gauge": jo højere gauge, jo smallere nålediameter. Til det meste arbejde i inerte atmosfærer bør du bruge en nål med en "ikke-borende" eller "afbøjende" spids (fig. 15), som sikrer, at et stykke af skillevæggen ikke sidder fast i nålen, når du skubber den igennem.

Spoiler: Fig. 15 Overførsel af luftfølsomme reagenser ved hjælp af dobbeltnålsteknikken og Fig.16 Nål med ikke-borende spids til piercing af septa

Kanyler er lange, fleksible, dobbelte nåle fremstillet af rustfrit stål eller inert plast, som bruges til at overføre store mængder reagenser eller opløsningsmidler fra en beholder til en anden under inert gastryk (Fig. 16).

Spoiler: Fig. 17 Overførsel af et luftfølsomt reagens til en trykudlignende dråbetragt

Sammenfatning

Mange forsøgsopstillinger er mulige med trehalsede kolber og glasvarer med en ekstra hane eller konnektor for at give et indløb til den inerte gas og adgang til vakuumet til evakuerings- og genopfyldningscyklussen. Faste stoffer, uanset om de er luftfølsomme eller luftstabile, skal om muligt tilsættes i begyndelsen af reaktionen. Det er vanskeligere at tilsætte faste stoffer midt i en reaktion, men det kan gøres med en tragt eller et rør til tilsætning af faste stoffer. Væsker tilsættes med en sprøjte, hvis mængden er under 50 ml, eller via en kanyle, hvis der er brug for mere end 50 ml.

Dynamisk luftfri destillation

Dynamisk luftfri vakuumdestillation anvendes rutinemæssigt til at rense højkogende væsker (>150 °C), luftfølsomme stoffer og nogle lavsmeltende faste stoffer. Denne metode er velegnet til kommercielt tilgængelige reagenser eller forbindelser, der fremstilles i stor skala i laboratoriet, hvor de (ofte kendte) urenheder er ikke-flygtige og derfor forbliver efter destillationen.

Fig. 18

Trin-for-trin-procedurer

Trin 1: Det urene materiale overføres til en passende Schlenk-kolbe udstyret med en magnetisk omrører. For kommercielt tilgængelige reagenser, der skal renses i bulk, kan dette tilsættes til en Schlenk-kolbe (der allerede er blevet cyklet på inertgasledningen) under en strøm af inertgas. For "internt" fremstillede forbindelser vil råmaterialet typisk forblive i Schlenk-kolben efter fjernelse af opløsningsmidlet og flygtige stoffer i vakuum.

Spoiler: Fig.19 Råmateriale i en Schlenk-kolbe

Trin 2: En Schlenk-kolbe, en destillationsbro og en Schlenk-hætte smøres, samles og sættes på inertgasledningen. Bemærk: Den illustrerede type destillationsbro (i ét stykke) er specielt designet til at rense højkogende væsker under højvakuum. Den adskiller sig fra en typisk destillationsopsætning med et destillationshoved, en termometeradapter og en vandkølet kondensator.

Spoiler: Fig.20 Schlenk-kolbe med destillationsbro

Trin 3: Når den modtagende Schlenk-kolbe og destillationsbroen er blevet cyklet ind på linjen og fyldt med inert gas, forbindes den med Schlenk-kolben, der indeholder råmaterialet. Dette kan kræve en kort hjælpende hånd til at fjerne clips og propper. Sørg for, at der strømmer inert gas ind i begge kolber under denne proces for at minimere eksponeringen for atmosfærisk luft og fugt.

Spoiler: Fig.21 Destillations- og modtagekolber forbundet med en bro

Trin 4: Stophanerne på begge Schlenk-kolber lukkes, og destillationskolben sænkes ned i en passende varmekappe eller et oliebad. Under omrøring åbnes stophanen på den modtagende Schlenk-kolbe langsomt og forsigtigt til vakuum. Dette tjener til at afgasse råmaterialet og fjerne eventuelle rester af opløsningsmiddel eller flygtige urenheder. Bemærk: Bulkmaterialet skal være tilstrækkeligt højkogende, så det ikke fordamper ved omgivelsestemperatur, mens det er under vakuum. En ekstern flydende nitrogenfælde kan bruges mellem modtagekolben og inertgasledningen til at kondensere eventuelle flygtige forbindelser.

Spoiler: Fig.22 Langsom reduktion af trykket i destillationsopstillingen

Trin 5: Når der er etableret et godt vakuum (dvs. lavt tryk) i destillationsopstillingen, og råmaterialet er helt afgasset, kan temperaturen på varmekappen langsomt øges. Da råmaterialet ikke fordamper ved omgivelsestemperatur, er et isbad generelt tilstrækkeligt til at afkøle modtagekolben og kondensere destillatet, men en dewar med flydende nitrogen kan også bruges. Under destillationen kan det være nødvendigt at isolere kolben og en del af broen med aluminiumsfolie eller kortvarigt at opvarme glasset med en varmepistol.

Spoiler: Fig.23 Opvarmning af råmaterialet under dynamisk vakuum

Trin 6: Når destillationen er færdig, lukkes stophanen på modtagekolben. Varmekappen sænkes, så destillationskolben kan køle ned til omgivelsestemperatur, og kølebadet fjernes fra modtagekolben, så den kan tø op eller opvarmes til omgivelsestemperatur.

Spoiler: Fig.24 Bringe destillationsapparatet til stuetemperatur

Trin 7: Når destillationsapparatet har stuetemperatur, fyldes systemet langsomt op med inert gas. Hvis der blev brugt en ekstern fælde, er det nødvendigt at frakoble den først og sætte modtagekolben tilbage på inertgasledningen.

Spoiler: Fig.25 Genopfyldning af destillationsapparatet med inert gas

Trin 8: Under en strøm af inert gas kan destillationsbroen fjernes fra modtagekolben og erstattes med en ren, smurt slibet glasprop. Det oprensede materiale kan nu overføres til en passende ampul til opbevaring via kanyleoverførsel eller bruges direkte til yderligere manipulationer.

Tips og tricks.

• En omtrentlig destillationstemperatur kan beregnes ved hjælp af det kendte kogepunkt for forbindelsen (ved omgivelsestryk) og trykket i inertgasledningen (hvis der bruges et manometer).
• For komplekse blandinger af arter, der skal adskilles ved vakuumdestillation, kræves der generelt en mere detaljeret opsætning, der indeholder en Vigreux-kolonne, en termometeradapter og en "pig"-receiver (edderkoppe- eller ko-receiver) for at opsamle flere fraktioner.

 

[ACAB]

Jeg kunne godt tænke mig at vide, hvor inertgassen kommer fra? Kan jeg lave den, eller skal jeg købe den i en gasflaske?

 

[MadHatter]

I
Jeg køber inert gas i en velassorteret isenkræmmer. Argongasrør kan normalt købes i enhver butik med svejseudstyr. 1 liter koster ca. 25 euro, hvor jeg bor. Et andet alternativ er gasrør til konservering af vin som f.eks. disse ( Ebay, clearnet). Jeg bruger sådan en til at skylle luften ud af opbevaringsflasker med kemikalier, der er tilbøjelige til at blive nedbrudt af luft, som f.eks. anthranilat.

 

[G.Patton]

Jeg anbefaler at bruge nitrogen på grund af den billige pris og de samme egenskaber.

 

[ACAB]

Ja, ok, thx, jeg kunne have tænkt på det selv, jeg kiggede kun på store leverandører med gastrykflasker 200 300 bar fra 10L, som derefter koster godt over 100 €, og du har denne store masse stålflaske.

Disse 1L-flasker har brug for en anden trykreducerende ventil som de store, eller hvordan fungerer gasudvindingen?
Jeg fandt også nitrogen, men prisen er næsten den samme, og her i lokale butikker får jeg kun argon, fordi nitrogen er til fødevarer er sværere at finde. Men er begge inerte gas, så der vil ikke være nogen forskel i at bruge.

 

[MadHatter]

Ja, de 1 L argonflasker, jeg finder i byggemarkedet, har brug for en ventil, men det er en engangsudgift, og ventilen kan overføres mellem beholdere. Prisen er også ca. 25 euro.

Det er også min erfaring. Argon er meget mere tilgængeligt i håndkøb, og hvis du ikke behøver at bekymre dig om spørgsmålet om storskalaøkonomi, er det det bedste valg.
Men hvis du har nogle gode tips til OTC-kvælstof @G.Patton, må du meget gerne dele dem!