Εισαγωγή.
Οι σχολαστικά ξηρές ή απαλλαγμένες από οξυγόνο συνθήκες είναι μερικές φορές απαραίτητες όταν χρησιμοποιούνται αντιδραστήρια που αντιδρούν με το νερό ή το οξυγόνο του αέρα. Για την ασφαλή και αποτελεσματική χρήση αυτών των αντιδραστηρίων, τα γυάλινα σκεύη πρέπει να ξηραίνονται σε φούρνο ή φλόγα και στη συνέχεια να εκτοπίζεται ο αέρας με ένα ξηρό, αδρανές αέριο (συχνά άζωτο ή αργό). Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται μια "αδρανής ατμόσφαιρα" στο εσωτερικό μιας συσκευής, η οποία δεν θα αντιδράσει με τα αντιδραστήρια.
Ρύθμιση μιας αντίδρασης.
Κάθε αντίδραση απαιτεί την προσθήκη πολλών αντιδραστηρίων, συχνά με καθορισμένη σειρά. Κατά την εκτέλεση μιας αντίδρασης ευαίσθητης στον αέρα, η προσθήκη των αντιδραστηρίων χωρίς την εισαγωγή αέρα ή υγρασίας στο σύστημα απαιτεί προσοχή και επιδεξιότητα. Ο τρόπος προσθήκης κάθε αντιδραστηρίου εξαρτάται από τη φύση της αντίδρασης. Οι αντιδράσεις μπορεί να είναι ευαίσθητες στον αέρα όσον αφορά τα αντιδραστήρια, όπως τα αντιδραστήρια n-BuLi ή Grignard, ή μπορεί να είναι ευαίσθητο στον αέρα μόνο το προϊόν της αντίδρασης, για παράδειγμα ένα οργανομεταλλικό σύμπλοκο.
Εάν η αντίδραση πρέπει να διεξαχθεί σε αδρανή ατμόσφαιρα, γεμίστε πρώτα μια άδεια συσκευή με αδρανές αέριο. Στη συνέχεια, προσθέστε (γρήγορα!) διαλύτες και αντιδραστήρια, καθαρίστε τη φιάλη με αδρανές αέριο, ψύξη (εάν είναι απαραίτητο). Η αντίδραση πραγματοποιείται υπό ελάχιστη ρυθμιστική υπερπίεση ενός αδρανούς αερίου. Η υπερπίεση δημιουργείται από μια σύντομη στήλη (μερικών mm) αδρανούς υγρού που χύνεται σε ένα κλείστρο υγρού στην έξοδο αυτής της συσκευής. Η σύνθεση πραγματοποιείται ακολουθώντας προσεκτικά τη διαδικασία, διατηρώντας τον τρόπο ψύξης (θέρμανσης) και τον ρυθμό προσθήκης των αντιδραστηρίων. Στο Σχήμα 1 απεικονίζεται μια συσκευή για τη διενέργεια σύνθεσης σε αδρανή ατμόσφαιρα με ψύξη με έλεγχο της θερμοκρασίας. Στο τέλος της σύνθεσης το προκύπτον μίγμα επεξεργάζεται αυστηρά σύμφωνα με τη διαδικασία. Η απλούστερη μέθοδος απομόνωσης της ένωσης-στόχου είναι η διήθηση. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα καθαρό προϊόν είναι δυνατόν να απομονωθεί με απόσταξη (απόσταξη με ατμό) απευθείας από το μείγμα αντίδρασης. Σε άλλες περιπτώσεις, το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των μιγμάτων αντίδρασης είναι η απόσβεση των αντιδρώντων αντιδραστηρίων και των ενδιάμεσων προϊόντων (νερό, διαλύματα οξέων ή βάσεων), η εξουδετέρωση των όξινων ή αλκαλικών καταλυτών, ο διαχωρισμός των αδιάλυτων ενώσεων με διήθηση, η εκχύλιση του προϊόντος από την ανόργανη ή υδατική φάση και η συμπύκνωσή του. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται κυρίως η εκχύλιση.
Εάν η αντίδραση πρέπει να διεξαχθεί σε αδρανή ατμόσφαιρα, γεμίστε πρώτα μια άδεια συσκευή με αδρανές αέριο. Στη συνέχεια, προσθέστε (γρήγορα!) διαλύτες και αντιδραστήρια, καθαρίστε τη φιάλη με αδρανές αέριο, ψύξη (εάν είναι απαραίτητο). Η αντίδραση πραγματοποιείται υπό ελάχιστη ρυθμιστική υπερπίεση ενός αδρανούς αερίου. Η υπερπίεση δημιουργείται από μια σύντομη στήλη (μερικών mm) αδρανούς υγρού που χύνεται σε ένα κλείστρο υγρού στην έξοδο αυτής της συσκευής. Η σύνθεση πραγματοποιείται ακολουθώντας προσεκτικά τη διαδικασία, διατηρώντας τον τρόπο ψύξης (θέρμανσης) και τον ρυθμό προσθήκης των αντιδραστηρίων. Στο Σχήμα 1 απεικονίζεται μια συσκευή για τη διενέργεια σύνθεσης σε αδρανή ατμόσφαιρα με ψύξη με έλεγχο της θερμοκρασίας. Στο τέλος της σύνθεσης το προκύπτον μίγμα επεξεργάζεται αυστηρά σύμφωνα με τη διαδικασία. Η απλούστερη μέθοδος απομόνωσης της ένωσης-στόχου είναι η διήθηση. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα καθαρό προϊόν είναι δυνατόν να απομονωθεί με απόσταξη (απόσταξη με ατμό) απευθείας από το μείγμα αντίδρασης. Σε άλλες περιπτώσεις, το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των μιγμάτων αντίδρασης είναι η απόσβεση των αντιδρώντων αντιδραστηρίων και των ενδιάμεσων προϊόντων (νερό, διαλύματα οξέων ή βάσεων), η εξουδετέρωση των όξινων ή αλκαλικών καταλυτών, ο διαχωρισμός των αδιάλυτων ενώσεων με διήθηση, η εκχύλιση του προϊόντος από την ανόργανη ή υδατική φάση και η συμπύκνωσή του. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται κυρίως η εκχύλιση.
Σχ.1
Πειραματικές διατάξεις.
Οι αντιδράσεις στήνονται με τον ίδιο τρόπο όπως και οι αντιδράσεις που δεν είναι ευαίσθητες στον αέρα, αλλά με φιάλη τριών λαιμών ή φιάλη Schlenk αντί της παραδοσιακής φιάλης με στρογγυλό πυθμένα. Οι φιάλες Schlenk διαθέτουν μια βρύση για τη σύνδεση της συσκευής με τη γραμμή αδρανούς αερίου και τον έλεγχο της πρόσβασης στο αδρανές αέριο, ενώ η φιάλη με τρία λαιμό απαιτεί έναν πρόσθετο προσαρμογέα για το σκοπό αυτό. Ο απλούστερος τρόπος για τη δημιουργία μιας αντίδρασης είναι να συναρμολογηθεί πρώτα όλο το γυάλινο σκεύος και στη συνέχεια να εφαρμοστεί ο κύκλος εκκένωσης και επαναπλήρωσης για να εξασφαλιστεί μια αδρανής ατμόσφαιρα πριν από την προσθήκη των αντιδραστηρίων. Ωστόσο, είναι δυνατόν να γεμίσετε κάθε κομμάτι εξοπλισμού ξεχωριστά και να συναρμολογήσετε το κιτ με θετική ροή αδρανούς αερίου που προέρχεται από κάθε κομμάτι υαλικών, δηλαδή υπάρχει επαρκής ροή αερίου στη συσκευή ώστε να εκπέμπεται ένα σταθερό ρεύμα όταν αφαιρείται ένα πώμα, για παράδειγμα. Αυτό είναι πιο χρονοβόρο, αλλά μπορεί να είναι μια χρήσιμη τεχνική αν χρειαστεί να προσθέσετε ή να αφαιρέσετε ένα κομμάτι υαλικών στα μέσα ενός πειράματος (βλ. παρακάτω). Τυπικές διατάξεις αντιδράσεων παρουσιάζονται στην Εικ. 2.
.
Μια άλλη διαφορά σε σύγκριση με τη χημεία που είναι σταθερή στον αέρα είναι ότι όλες οι ενώσεις του εδάφους-γυαλιού πρέπει να λιπαίνονται για να εξασφαλίζεται αεροστεγής σφράγιση και να αποφεύγεται η μόλυνση από Ο2, για παράδειγμα. Στα εργαστήρια οργανικής χημείας, συνιστάται συχνά να αφήνονται οι σύνδεσμοι χωρίς λίπανση, καθώς το λίπος μπορεί να εισέλθει στο μείγμα της αντίδρασης και να μολύνει την αντίδραση και τα φάσματα. Για παρόμοιους λόγους, οι αρθρώσεις δεν πρέπει να λιπαίνονται υπερβολικά όταν γίνεται χημεία ευαίσθητη στον αέρα. Ένα λεπτό στρώμα γράσου που εφαρμόζεται ομοιόμορφα είναι καλύτερο από ένα παχύ στρώμα που διαρρέει από το πάνω και το κάτω μέρος του αρμού. Για να αποκτήσετε ένα λεπτό στρώμα, εφαρμόστε δύο λωρίδες γράσου, στις αντίθετες πλευρές του αρσενικού συνδέσμου οποιουδήποτε γυάλινου σκεύους, τοποθετήστε το στο λαιμό ή στο θηλυκό σύνδεσμο και περιστρέψτε απαλά τα δύο μέρη για να διανεμηθεί ομοιόμορφα το γράσο (Εικ. 3). Θα πρέπει να υπάρχει ένα καθαρό, συνεχές φιλμ μεταξύ των επιφανειών του συνδέσμου.
Περιστασιακά, θα χρειαστεί να προσθέσετε ή να αφαιρέσετε ένα γυάλινο σκεύος, όπως ένα χωνί προσθήκης, κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Για να προσθέσετε ένα κομμάτι υάλινου σκεύους, βεβαιωθείτε ότι είναι καθαρό και στεγνό από τυχόν διαλύτη καθαρισμού ή νερό και ότι όλες οι ενώσεις είναι λιπαρές. Συνδέστε το στη γραμμή αδρανούς αερίου και γεμίστε το. Βεβαιωθείτε ότι υπάρχουν δύο θετικές ροές αδρανούς αερίου, δηλαδή ότι το αέριο ρέει από το δοχείο: η μία ροή προέρχεται από το δοχείο αντίδρασης και η άλλη από το γυάλινο σκεύος που πρόκειται να προσαρτηθεί. Μόλις υπάρξει σταθερή ροή αδρανούς αερίου που ρέει από κάθε μέρος της συσκευής, το πώμα από το δοχείο αντίδρασης μπορεί να αφαιρεθεί και στη θέση του να προστεθεί το γυάλινο σκεύος. Για να αφαιρέσετε τα γυάλινα σκεύη κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης, απλώς βεβαιωθείτε ότι υπάρχει θετική ροή αδρανούς αερίου από το δοχείο αντίδρασης πριν αφαιρέσετε τα γυάλινα σκεύη και τα αντικαταστήσετε με πώμα ή καπάκι.
Λίπανση αρθρώσεων .
Οι αρθρώσεις γυαλιού γείωσης είναι κατασκευασμένες ώστε να ταιριάζουν αρκετά καλά μεταξύ τους, και παρόλα αυτά δεν είναι απόλυτα αεροστεγείς. Σε ορισμένες περιπτώσεις (π.χ. κατά τη χρήση μειωμένης πίεσης στο εσωτερικό μιας συσκευής ή αδρανούς ατμόσφαιρας), πρέπει να εφαρμόζεται γράσο σε κάθε σύνδεσμο για να εξασφαλιστεί καλή στεγανοποίηση. Το γράσο χρησιμοποιείται επίσης κάθε φορά που ο σύνδεσμος μπορεί να έρθει σε επαφή με ένα πολύ βασικό διάλυμα, καθώς τα βασικά διαλύματα μπορούν να σχηματίσουν πυριτικά άλατα νατρίου και να χαράξουν το γυαλί.
Το γράσο μπορεί να εφαρμοστεί με μια σύριγγα γεμάτη γράσο (Εικ. 4 α), με ξύλινο νάρθηκα ή με οδοντογλυφίδα. Το γράσο πρέπει να εφαρμόζεται ελαφρά σε τμήματα γύρω από την αρσενική ένωση, πιο κοντά στο γυάλινο άκρο από το άκρο που θα έρθει σε επαφή με τα αντιδραστήρια (Σχ.4 α). Εάν το γράσο αφεθεί κοντά στο άκρο που θα έρθει σε επαφή με τα αντιδραστήρια, υπάρχει πιθανότητα το αντιδραστήριο να διαλύσει το γράσο και να μολυνθεί. Στη συνέχεια πρέπει να συνδεθεί η θηλυκή σύνδεση και να στρίψουν οι συνδέσεις ώστε να απλωθεί το γράσο σε ένα λεπτό στρώμα. Ο σύνδεσμος θα πρέπει να γίνει διαφανής σε όλη τη διαδρομή γύρω από τον σύνδεσμο, αλλά σε βάθος μόνο του ενός τρίτου έως του μισού του συνδέσμου (Εικ. 4 β). Εάν ολόκληρος ο αρμός γίνει διαφανής ή εάν το γράσο διαρρέει από τον αρμό, έχει χρησιμοποιηθεί υπερβολική ποσότητα γράσου (Σχ. 4 γ). Η περίσσεια γράσου πρέπει να σκουπιστεί με ένα KimWipe (ένα χρησιμοποιείται στην Εικ. 5).
Το γράσο μπορεί να εφαρμοστεί με μια σύριγγα γεμάτη γράσο (Εικ. 4 α), με ξύλινο νάρθηκα ή με οδοντογλυφίδα. Το γράσο πρέπει να εφαρμόζεται ελαφρά σε τμήματα γύρω από την αρσενική ένωση, πιο κοντά στο γυάλινο άκρο από το άκρο που θα έρθει σε επαφή με τα αντιδραστήρια (Σχ.4 α). Εάν το γράσο αφεθεί κοντά στο άκρο που θα έρθει σε επαφή με τα αντιδραστήρια, υπάρχει πιθανότητα το αντιδραστήριο να διαλύσει το γράσο και να μολυνθεί. Στη συνέχεια πρέπει να συνδεθεί η θηλυκή σύνδεση και να στρίψουν οι συνδέσεις ώστε να απλωθεί το γράσο σε ένα λεπτό στρώμα. Ο σύνδεσμος θα πρέπει να γίνει διαφανής σε όλη τη διαδρομή γύρω από τον σύνδεσμο, αλλά σε βάθος μόνο του ενός τρίτου έως του μισού του συνδέσμου (Εικ. 4 β). Εάν ολόκληρος ο αρμός γίνει διαφανής ή εάν το γράσο διαρρέει από τον αρμό, έχει χρησιμοποιηθεί υπερβολική ποσότητα γράσου (Σχ. 4 γ). Η περίσσεια γράσου πρέπει να σκουπιστεί με ένα KimWipe (ένα χρησιμοποιείται στην Εικ. 5).
Για να καθαρίσετε το γράσο από μια άρθρωση μετά την ολοκλήρωση μιας διαδικασίας, σκουπίστε το μεγαλύτερο μέρος του γράσου χρησιμοποιώντας μια χαρτοπετσέτα ή το KimWipe. Στη συνέχεια, βρέξτε ένα KimWipe με λίγο διαλύτη υδρογονανθράκων και τρίψτε το βρεγμένο KimWipe πάνω στον αρμό για να διαλυθεί το γράσο (Σχ. 5). Οι διαλύτες υδρογονανθράκων (π.χ. εξάνιο) λειτουργούν πολύ καλύτερα από την ακετόνη για τη διάλυση του υπολειμματικού λίπους.
.
Προσθήκη σταθερών στον αέρα στερεών στην αρχή μιας αντίδρασης.
Ένα στερεό μπορεί να προστεθεί σε οποιοδήποτε στάδιο της αντίδρασης, ωστόσο, αν μπορείτε, προσθέστε πρώτα όλα τα στερεά στη φιάλη της αντίδρασης, καθώς ο χειρισμός γίνεται πιο δύσκολος μόλις προστεθεί ένα υγρό. Εάν το στερεό είναι σταθερό στον αέρα, μπορεί να προστεθεί απευθείας στη φιάλη στην αρχή της αντίδρασης, όπως περιγράφεται παρακάτω.
Για να προσθέσετε σταθερά στον αέρα στερεά στην αρχή της αντίδρασης.
Για να προσθέσετε σταθερά στον αέρα στερεά στην αρχή της αντίδρασης.
- Ζυγίστε το στερεό και προσθέστε το σε μια καθαρή και στεγνή φιάλη Schlenk ή τρίλαιμη φιάλη στρογγυλού πυθμένα, ανάλογα με την αντίδραση που πρόκειται να πραγματοποιηθεί.
- Σφραγίστε τη φιάλη με λιπαρό, αλεσμένο γυάλινο πώμα.
- Συνδέστε τη φιάλη στη γραμμή αδρανούς αερίου.
- Ανοίξτε προσεκτικά τη φιάλη προς τη γραμμή, προσέχοντας να μην εκτοξευθεί το στερεό/σκόνη. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα να υπάρχει στην αντίδραση λιγότερο αντιδραστήριο από ό,τι είχε αρχικά υπολογιστεί.
- Βεβαιωθείτε ότι η φιάλη είναι γεμάτη με αδρανές αέριο και ανοιχτή στη γραμμή, ώστε να υπάρχει θετική ροή αερίου, πριν προσθέσετε οτιδήποτε άλλο.
Προσθήκη στερεού ευαίσθητου στον αέρα στην αρχή μιας αντίδρασης.
Ο καλύτερος τρόπος για να προσθέσετε ένα στερεό ευαίσθητο στον αέρα ως πρώτο αντιδραστήριο είναι να χρησιμοποιήσετε ζυγό σε θάλαμο προστασίας για να ζυγίσετε το στερεό και να το τοποθετήσετε στη φιάλη, όλα αυτά υπό αδρανή ατμόσφαιρα. Πολλά στερεά ευαίσθητα στον αέρα αποθηκεύονται σε μόνιμη βάση σε κουτί γάντι.
Προσθήκη στερεών στη μέση μιας αντίδρασης.
Για να προσθέσετε ένα σταθερό στον αέρα στερεό.
- Ζυγίστε την απαιτούμενη ποσότητα στερεού σε φιαλίδιο ή ζυγαριά.
- Βεβαιωθείτε ότι υπάρχει θετική ροή αδρανούς αερίου στο δοχείο της αντίδρασης. Βεβαιωθείτε ότι το δοχείο είναι ανοικτό προς τη γραμμή αδρανούς αερίου και ότι ο φυσαλιδιστής έχει 2-3 φυσαλίδες ανά δευτερόλεπτο που ρέουν μέσα από αυτόν.
- Αφαιρέστε το πώμα του δοχείου αντίδρασης.
- Τοποθετήστε ένα χωνί σκόνης στον ανοιχτό λαιμό. Αυτό θα αποτρέψει την προσκόλληση του στερεού στο λιπαρό λαιμό καθώς προστίθεται. Εάν δεν έχετε χωνί σκόνης, ένα κομμάτι χαρτί λυγισμένο σε σχήμα κώνου θα λειτουργήσει εξίσου καλά - απλώς βεβαιωθείτε ότι το άκρο του είναι χαμηλότερα από τη βάση του λαιμού.
- Ρίξτε προσεκτικά το στερεό στην αντίδραση μέσω του χωνιού. Η θετική ροή του αδρανούς αερίου από τη φιάλη μπορεί να προκαλέσει την απώλεια κάποιου στερεού, ιδίως αν πρόκειται για σκόνη, αν η οπή είναι φραγμένη, οπότε προσθέστε το στερεό αργά και σε μικρές δόσεις αν προσθέτετε πολλή σκόνη. Προσέξτε να αποφύγετε την εισπνοή σκόνης που μεταφέρεται με τον αέρα. Εναλλακτικά, κρατήστε το χωνί έτσι ώστε η άρθρωση να βρίσκεται μέσα στο λαιμό της φιάλης, αλλά να υπάρχει κενό μεταξύ της άρθρωσης και του λαιμού. Αυτό θα δώσει χώρο στο αδρανές αέριο να διαφύγει χωρίς να φυσήξει μέσα από το χωνί και να εκτοξεύσει τη σκόνη παντού. Το πρόβλημα με αυτή τη μέθοδο είναι ότι είναι πιο πιθανό να κολλήσει η σκόνη στον λιπαρό λαιμό της φιάλης.
- Αφαιρέστε το χωνί και αντικαταστήστε το πώμα μόλις προστεθεί όλο το στερεό.
Για να προσθέσετε ένα στερεό ευαίσθητο στον αέρα
Τα ευαίσθητα στον αέρα στερεά πρέπει να προστίθενται σε θάλαμο προστασίας όπως περιγράφεται παραπάνω. Ορισμένες αντιδράσεις, ωστόσο, δεν επιδέχονται τη μεταφορά ολόκληρης της συσκευής ή του δοχείου αντίδρασης στον θάλαμο προστασίας, για παράδειγμα, προσθήκες μεταβλητής θερμοκρασίας. Εάν συμβαίνει αυτό, υπάρχουν δύο πιθανές προσεγγίσεις: Α) χρήση σωλήνα προσθήκης στερεού και Β) διάλυση του στερεού για να προστεθεί ως διάλυμα.
Α) Σωλήνας προσθήκης στερεού
Ο σωλήνας στερεάς προσθήκης είναι ένα απλό γυάλινο σκεύος παρόμοιο με τον δοκιμαστικό σωλήνα, αλλά με μια καμπύλη σε αυτόν και με σύνδεσμο από λειασμένο γυαλί κατάλληλο για τοποθέτηση μέσα στο λαιμό ενός δοχείου αντίδρασης (Εικ. 13). Ορισμένοι διαθέτουν βρύση Schlenk ή ***** για να επιτρέπουν τον έλεγχο της εσωτερικής ατμόσφαιρας και της ροής του αερίου. Η ευαίσθητη στον αέρα ένωση τοποθετείται στον σωλήνα σε ένα κουτί γκλόου (βλέπε παραπάνω) και ο σωλήνας σφραγίζεται με πώμα ή πώμα ανάλογα με τον τύπο του συνδέσμου (Σχ. 6, Α). Αφού βγει από το glovebox, ο σωλήνας συνδέεται με τη γραμμή αδρανούς αερίου χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία. Το πώμα αφαιρείται υπό θετική ροή αδρανούς αερίου και ο σωλήνας εισάγεται στο λαιμό της φιάλης επίσης υπό θετική ροή αδρανούς αερίου (Σχ. 6, Β). Ο σωλήνας μπορεί στη συνέχεια να περιστραφεί ή να χτυπηθεί ελαφρά για να ενθαρρυνθεί η πτώση του στερεού στο δοχείο αντίδρασης. Εάν χρησιμοποιείτε σωλήνα προσθήκης στερεών χωρίς βρύση, μπορεί να εισαχθεί μια δευτερεύουσα ροή αδρανούς αερίου χρησιμοποιώντας τη διάταξη που παρουσιάζεται στην Εικ. 6, Γ. Αυτό παρέχει ένα κάλυμμα αδρανούς αερίου κατά το άνοιγμα και την προσάρτηση του σωλήνα στη φιάλη. Αυτή η τεχνική είναι επίσης χρήσιμη εάν πρέπει να ανοίξετε μια αμπούλα στερεού ευαίσθητου στον αέρα.
Α) Σωλήνας προσθήκης στερεού
Ο σωλήνας στερεάς προσθήκης είναι ένα απλό γυάλινο σκεύος παρόμοιο με τον δοκιμαστικό σωλήνα, αλλά με μια καμπύλη σε αυτόν και με σύνδεσμο από λειασμένο γυαλί κατάλληλο για τοποθέτηση μέσα στο λαιμό ενός δοχείου αντίδρασης (Εικ. 13). Ορισμένοι διαθέτουν βρύση Schlenk ή ***** για να επιτρέπουν τον έλεγχο της εσωτερικής ατμόσφαιρας και της ροής του αερίου. Η ευαίσθητη στον αέρα ένωση τοποθετείται στον σωλήνα σε ένα κουτί γκλόου (βλέπε παραπάνω) και ο σωλήνας σφραγίζεται με πώμα ή πώμα ανάλογα με τον τύπο του συνδέσμου (Σχ. 6, Α). Αφού βγει από το glovebox, ο σωλήνας συνδέεται με τη γραμμή αδρανούς αερίου χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία. Το πώμα αφαιρείται υπό θετική ροή αδρανούς αερίου και ο σωλήνας εισάγεται στο λαιμό της φιάλης επίσης υπό θετική ροή αδρανούς αερίου (Σχ. 6, Β). Ο σωλήνας μπορεί στη συνέχεια να περιστραφεί ή να χτυπηθεί ελαφρά για να ενθαρρυνθεί η πτώση του στερεού στο δοχείο αντίδρασης. Εάν χρησιμοποιείτε σωλήνα προσθήκης στερεών χωρίς βρύση, μπορεί να εισαχθεί μια δευτερεύουσα ροή αδρανούς αερίου χρησιμοποιώντας τη διάταξη που παρουσιάζεται στην Εικ. 6, Γ. Αυτό παρέχει ένα κάλυμμα αδρανούς αερίου κατά το άνοιγμα και την προσάρτηση του σωλήνα στη φιάλη. Αυτή η τεχνική είναι επίσης χρήσιμη εάν πρέπει να ανοίξετε μια αμπούλα στερεού ευαίσθητου στον αέρα.
Β) Προσθήκη ενός αεροευαίσθητου στερεού ως διαλύματος.
Ίσως ο απλούστερος και αποτελεσματικότερος τρόπος προσθήκης ενός αεροευαίσθητου στερεού είναι να το ζυγίσετε σε ξεχωριστή, καθαρή, ξηρή φιάλη Schlenk υπό αδρανή ατμόσφαιρα και να το διαλύσετε σε κατάλληλο διαλύτη. Το διάλυμα που προκύπτει μπορεί στη συνέχεια να προστεθεί στο μείγμα της αντίδρασης μέσω σωληνάκι (βλέπε παρακάτω).
Ίσως ο απλούστερος και αποτελεσματικότερος τρόπος προσθήκης ενός αεροευαίσθητου στερεού είναι να το ζυγίσετε σε ξεχωριστή, καθαρή, ξηρή φιάλη Schlenk υπό αδρανή ατμόσφαιρα και να το διαλύσετε σε κατάλληλο διαλύτη. Το διάλυμα που προκύπτει μπορεί στη συνέχεια να προστεθεί στο μείγμα της αντίδρασης μέσω σωληνάκι (βλέπε παρακάτω).
Προσθήκη διαλυτών και υγρών.
Τα υγρά μπορούν να μεταφερθούν σε ή από δοχεία συνδεδεμένα σε γραμμή αδρανούς αερίου και υπό αδρανή ατμόσφαιρα εύκολα είτε με σύριγγα είτε με βελόνα από ανοξείδωτο χάλυβα με δύο άκρα, που ονομάζεται κάνουλα. Το ποιο από τα δύο θα χρησιμοποιήσετε εξαρτάται από την ποσότητα και την αντιδραστικότητα του υγρού που πρόκειται να μεταφερθεί και, σε κάποιο βαθμό, από τον σχεδιασμό του δοχείου από το οποίο μεταφέρεται το υγρό. Κατά γενικό κανόνα, μέχρι 50 ml μπορούν να μεταφερθούν με σύριγγα, ενώ μεγαλύτερες ποσότητες μεταφέρονται συνήθως με κάνουλα.
Τεχνικές με σύριγγα.Πολλές χημικές ουσίες ευαίσθητες στον αέρα παρέχονται ως διαλύματα σε φιάλες γεμάτες με άζωτο, οι οποίες σφραγίζονται με διάφραγμα, και μικρές ποσότητες (έως 25 ml) αυτών των διαλυμάτων μεταφέρονται καλύτερα στη συσκευή με γυάλινες σύριγγες. Ομοίως, τα ευαίσθητα στον αέρα υγρά μπορούν να προστεθούν στην αντίδραση με τη χρήση σύριγγας.
*Σημείωση: Όταν αφαιρείτε αντιδραστήρια ευαίσθητα στον αέρα από φιάλες γεμάτες με άζωτο, πρέπει να αντικαταστήσετε τον όγκο του υγρού που αφαιρέσατε με αδρανές αέριο (άζωτο) από φιάλη αερίου ή μπαλόνι, μέσω βελόνας, αλλιώς ο αέρας (νερό, οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα) θα τραβηχτεί στη φιάλη ως αποτέλεσμα του κενού που έχετε δημιουργήσει.
Σύριγγες.
Οι γυάλινες, αεροστεγείς σύριγγες με εξάρτημα Luer lock είναι ο πιο ευέλικτος τύπος σύριγγας και διατίθενται σε διάφορα μεγέθη. Το Luer lock επιτρέπει την ασφάλιση της βελόνας από ανοξείδωτο χάλυβα στο άκρο της σύριγγας, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος να πέσει η βελόνα από τη σύριγγα κατά τη διαδικασία μεταφοράς (Εικ. 13). Οι παραλλαγές στους τύπους συρίγγων περιλαμβάνουν εκείνες με έμβολα (έμβολα) με άκρο Teflon® , οι οποίες είναι κάπως ακριβότερες. Πριν από τη χρήση μιας σύριγγας, ελέγχετε πάντα ότι λειτουργεί αναρροφώντας λίγο από τον διαλύτη που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, διασφαλίζοντας ότι δεν αναρροφάται αέρας στη σύριγγα είτε μέσω του Luer lock είτε μέσω ενός κενού μεταξύ της σύριγγας και του εμβόλου. Εάν όλα είναι σωστά, αποσυναρμολογήστε τη σύριγγα και τη βελόνα, στεγνώστε τη σε φούρνο στους 120 °C (όχι εάν έχει μύτες Teflon®) και αφήστε την να κρυώσει σε ξηραντήρα. Μόλις μεταφέρετε το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο, πρέπει να καθαρίσετε αμέσως τη σύριγγα και τη βελόνα, με την κατάλληλη μέθοδο, καθώς ο αέρας θα εισέλθει στη βελόνα και τη σύριγγα και θα αποσυνθέσει το αντιδραστήριο προκαλώντας εμπλοκή της σύριγγας ή μπλοκάρισμα της βελόνας.
*Σημείωση: Όταν αφαιρείτε αντιδραστήρια ευαίσθητα στον αέρα από φιάλες γεμάτες με άζωτο, πρέπει να αντικαταστήσετε τον όγκο του υγρού που αφαιρέσατε με αδρανές αέριο (άζωτο) από φιάλη αερίου ή μπαλόνι, μέσω βελόνας, αλλιώς ο αέρας (νερό, οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα) θα τραβηχτεί στη φιάλη ως αποτέλεσμα του κενού που έχετε δημιουργήσει.
Σύριγγες.
Οι γυάλινες, αεροστεγείς σύριγγες με εξάρτημα Luer lock είναι ο πιο ευέλικτος τύπος σύριγγας και διατίθενται σε διάφορα μεγέθη. Το Luer lock επιτρέπει την ασφάλιση της βελόνας από ανοξείδωτο χάλυβα στο άκρο της σύριγγας, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος να πέσει η βελόνα από τη σύριγγα κατά τη διαδικασία μεταφοράς (Εικ. 13). Οι παραλλαγές στους τύπους συρίγγων περιλαμβάνουν εκείνες με έμβολα (έμβολα) με άκρο Teflon® , οι οποίες είναι κάπως ακριβότερες. Πριν από τη χρήση μιας σύριγγας, ελέγχετε πάντα ότι λειτουργεί αναρροφώντας λίγο από τον διαλύτη που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, διασφαλίζοντας ότι δεν αναρροφάται αέρας στη σύριγγα είτε μέσω του Luer lock είτε μέσω ενός κενού μεταξύ της σύριγγας και του εμβόλου. Εάν όλα είναι σωστά, αποσυναρμολογήστε τη σύριγγα και τη βελόνα, στεγνώστε τη σε φούρνο στους 120 °C (όχι εάν έχει μύτες Teflon®) και αφήστε την να κρυώσει σε ξηραντήρα. Μόλις μεταφέρετε το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο, πρέπει να καθαρίσετε αμέσως τη σύριγγα και τη βελόνα, με την κατάλληλη μέθοδο, καθώς ο αέρας θα εισέλθει στη βελόνα και τη σύριγγα και θα αποσυνθέσει το αντιδραστήριο προκαλώντας εμπλοκή της σύριγγας ή μπλοκάρισμα της βελόνας.
Διαδικασίες βήμα προς βήμα.
Οι τεχνικές που παρουσιάζονται σε αυτή την ενότητα χρησιμοποιούν μπαλόνια με αέριο άζωτο για τη δημιουργία αδρανών ατμοσφαιρικών συνθηκών σε φιάλη με στρογγυλό πυθμένα και σύριγγες για τη μεταφορά υγρών από φιάλες ξηρών αντιδραστηρίων. Οι τεχνικές αυτές μπορούν εύκολα να προσαρμοστούν για χρήση με πολλαπλή αερίου, εάν είναι διαθέσιμη.
Προετοιμάστε ένα μπαλόνι με αδρανές αέριο
1. Προετοιμάστε ένα εξάρτημα βελόνας για ένα μπαλόνι: Κόψτε το άκρο μιας πλαστικής σύριγγας των 1 ml και τοποθετήστε την κάννη σε ένα κομμάτι χοντρού ελαστικού σωλήνα. Συνδέστε ένα μπαλόνι ποιότητας ηλίου στον ελαστικό σωλήνα και σφραγίστε όλες τις ενώσεις με Parafilm. Εναλλακτικά, προσαρτήστε ένα μπαλόνι απευθείας σε μια πλαστική σύριγγα 2-3 ml.
2. Γεμίστε το μπαλόνι συνδέοντας το με έναν εύκαμπτο σωλήνα στον ρυθμιστή μιας δεξαμενής αδρανούς αερίου (άζωτο ή αργό, Εικ. 7, α). Ανοίξτε τον ρυθμιστή αερίου για να γεμίσετε το μπαλόνι σε διάμετρο μεταξύ 7" - 8" (Εικ. 7, β). [Για χρήση με πολύ ευαίσθητα αντιδραστήρια, το αέριο πρέπει πρώτα να περάσει από στήλη ξηραντικού μέσου].
3. Ενώ κρατάτε το μπαλόνι κοντά στο σώμα σας, στρίψτε το μπαλόνι για να αποτρέψετε τη διαφυγή αερίου. Στη συνέχεια, συνδέστε μια πράσινη βελόνα (#21 gauge, 0,8 mm×25 mm, σημείωση ασφαλείας: πολύ αιχμηρή!) με ασφάλεια στο άκρο της σύριγγας (Εικ. 7, γ).
4. Για να αποτρέψετε τη διαφυγή αερίου όταν το μπαλόνι ξετυλίγεται, τοποθετήστε τη βελόνα σε ένα πώμα από καουτσούκ (Εικ. 7, δ). Το μπαλόνι μπορεί τώρα να παραμεριστεί ενώ προετοιμάζονται τα άλλα μέρη της διάταξης.
1. Προετοιμάστε ένα εξάρτημα βελόνας για ένα μπαλόνι: Κόψτε το άκρο μιας πλαστικής σύριγγας των 1 ml και τοποθετήστε την κάννη σε ένα κομμάτι χοντρού ελαστικού σωλήνα. Συνδέστε ένα μπαλόνι ποιότητας ηλίου στον ελαστικό σωλήνα και σφραγίστε όλες τις ενώσεις με Parafilm. Εναλλακτικά, προσαρτήστε ένα μπαλόνι απευθείας σε μια πλαστική σύριγγα 2-3 ml.
2. Γεμίστε το μπαλόνι συνδέοντας το με έναν εύκαμπτο σωλήνα στον ρυθμιστή μιας δεξαμενής αδρανούς αερίου (άζωτο ή αργό, Εικ. 7, α). Ανοίξτε τον ρυθμιστή αερίου για να γεμίσετε το μπαλόνι σε διάμετρο μεταξύ 7" - 8" (Εικ. 7, β). [Για χρήση με πολύ ευαίσθητα αντιδραστήρια, το αέριο πρέπει πρώτα να περάσει από στήλη ξηραντικού μέσου].
3. Ενώ κρατάτε το μπαλόνι κοντά στο σώμα σας, στρίψτε το μπαλόνι για να αποτρέψετε τη διαφυγή αερίου. Στη συνέχεια, συνδέστε μια πράσινη βελόνα (#21 gauge, 0,8 mm×25 mm, σημείωση ασφαλείας: πολύ αιχμηρή!) με ασφάλεια στο άκρο της σύριγγας (Εικ. 7, γ).
4. Για να αποτρέψετε τη διαφυγή αερίου όταν το μπαλόνι ξετυλίγεται, τοποθετήστε τη βελόνα σε ένα πώμα από καουτσούκ (Εικ. 7, δ). Το μπαλόνι μπορεί τώρα να παραμεριστεί ενώ προετοιμάζονται τα άλλα μέρη της διάταξης.
Προετοιμάστε τη φιάλη αντιδραστηρίου
5. Αφαιρέστε το επιφανειακό νερό από μια φιάλη αντιδραστηρίου (με ράβδο ανάδευσης, εάν υπάρχει), είτε στεγνώνοντας τη φιάλη με φλόγα είτε τοποθετώντας την σε θερμό φούρνο για αρκετές ώρες. Σημείωση ασφαλείας: η φιάλη θα είναι πολύ καυτή! Χρησιμοποιήστε χοντρά γάντια για να χειριστείτε το καυτό γυαλί.
6. Τοποθετήστε αμέσως ένα ελαστικό διάφραγμα (Εικ. 8, α) στον σύνδεσμο του αλεσμένου γυαλιού. Διπλώστε τη μία πλευρά του διαφράγματος πάνω από το χείλος της φιάλης και κρατήστε το στη θέση του, ενώ διπλώνετε και τις απέναντι πλευρές (Εικ. 8, β-δ). Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να γίνει με χοντρά γάντια. Μια εναλλακτική λύση είναι να κρατάτε τη φιάλη προς το σώμα σας με τα χοντρά γάντια και να διπλώνετε τα πτερύγια του διαφράγματος χρησιμοποιώντας γυμνά χέρια (ή λεπτότερα γάντια, Εικ. 9, α+β).
7. Στερεώστε αμέσως τη φιάλη αντίδρασης σε μια βάση δακτυλίου ή πλέγματος χρησιμοποιώντας έναν σφιγκτήρα επέκτασης και εισαγάγετε τη βελόνα του μπαλονιού αδρανούς αερίου στον εσωτερικό κύκλο του διαφράγματος (Εικ. 9 γ, βλ. Εικ. 8 δ για τον κύκλο του διαφράγματος).
8. Εισάγετε μια απλή βελόνα στον κύκλο στο διάφραγμα (που ονομάζεται "βελόνα εξόδου") για να "ξεπλύνετε" τον αέρα από τη φιάλη αντίδρασης (Εικ. 9 δ). Ο στόχος είναι να χρησιμοποιηθεί η πίεση από το μπαλόνι για να εξαναγκαστεί αδρανές αέριο στη φιάλη αντίδρασης και να εκτοπιστεί ο αέρας στη φιάλη από τη βελόνα εξόδου.
9. Αφήστε το σύστημα να ξεπλυθεί για τουλάχιστον 5 λεπτά εάν χρησιμοποιείτε αέριο άζωτο και ίσως 1-2 λεπτά εάν χρησιμοποιείτε αέριο αργό (το αργό είναι πυκνότερο από τον αέρα και έτσι θα εκτοπίσει τον αέρα πιο εύκολα από το άζωτο). Στη συνέχεια, αφαιρέστε τη βελόνα εξόδου και αφήστε τη φιάλη να κρυώσει πλήρως υπό το μπαλόνι αδρανούς αερίου.
5. Αφαιρέστε το επιφανειακό νερό από μια φιάλη αντιδραστηρίου (με ράβδο ανάδευσης, εάν υπάρχει), είτε στεγνώνοντας τη φιάλη με φλόγα είτε τοποθετώντας την σε θερμό φούρνο για αρκετές ώρες. Σημείωση ασφαλείας: η φιάλη θα είναι πολύ καυτή! Χρησιμοποιήστε χοντρά γάντια για να χειριστείτε το καυτό γυαλί.
6. Τοποθετήστε αμέσως ένα ελαστικό διάφραγμα (Εικ. 8, α) στον σύνδεσμο του αλεσμένου γυαλιού. Διπλώστε τη μία πλευρά του διαφράγματος πάνω από το χείλος της φιάλης και κρατήστε το στη θέση του, ενώ διπλώνετε και τις απέναντι πλευρές (Εικ. 8, β-δ). Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να γίνει με χοντρά γάντια. Μια εναλλακτική λύση είναι να κρατάτε τη φιάλη προς το σώμα σας με τα χοντρά γάντια και να διπλώνετε τα πτερύγια του διαφράγματος χρησιμοποιώντας γυμνά χέρια (ή λεπτότερα γάντια, Εικ. 9, α+β).
7. Στερεώστε αμέσως τη φιάλη αντίδρασης σε μια βάση δακτυλίου ή πλέγματος χρησιμοποιώντας έναν σφιγκτήρα επέκτασης και εισαγάγετε τη βελόνα του μπαλονιού αδρανούς αερίου στον εσωτερικό κύκλο του διαφράγματος (Εικ. 9 γ, βλ. Εικ. 8 δ για τον κύκλο του διαφράγματος).
8. Εισάγετε μια απλή βελόνα στον κύκλο στο διάφραγμα (που ονομάζεται "βελόνα εξόδου") για να "ξεπλύνετε" τον αέρα από τη φιάλη αντίδρασης (Εικ. 9 δ). Ο στόχος είναι να χρησιμοποιηθεί η πίεση από το μπαλόνι για να εξαναγκαστεί αδρανές αέριο στη φιάλη αντίδρασης και να εκτοπιστεί ο αέρας στη φιάλη από τη βελόνα εξόδου.
9. Αφήστε το σύστημα να ξεπλυθεί για τουλάχιστον 5 λεπτά εάν χρησιμοποιείτε αέριο άζωτο και ίσως 1-2 λεπτά εάν χρησιμοποιείτε αέριο αργό (το αργό είναι πυκνότερο από τον αέρα και έτσι θα εκτοπίσει τον αέρα πιο εύκολα από το άζωτο). Στη συνέχεια, αφαιρέστε τη βελόνα εξόδου και αφήστε τη φιάλη να κρυώσει πλήρως υπό το μπαλόνι αδρανούς αερίου.
10. Εάν απαιτείται μάζα της κενής φιάλης, αφαιρέστε το μπαλόνι αδρανούς αερίου (τοποθετήστε τη βελόνα σε ελαστικό πώμα) και λάβετε τη μάζα της ψυχρής, κενής φιάλης με διάφραγμα.
Προετοιμάστε τη σύριγγα για τη μεταφορά αντιδραστηρίου
11. Αφαιρέστε μια μακριά, εύκαμπτη βελόνα από έναν καυτό φούρνο και βιδώστε την αμέσως στο βαρέλι μιας πλαστικής σύριγγας, φρεσκοανοιγμένης από τη συσκευασία της (Εικ. 10 α). Η σύριγγα πρέπει να μπορεί να συγκρατεί όγκο μεγαλύτερο από τον όγκο του αντιδραστηρίου που πρόκειται να μεταφέρει, ώστε να έχει αρκετή ευελιξία για τον κατάλληλο χειρισμό του αντιδραστηρίου. Για παράδειγμα, μια σύριγγα των 10 ml είναι πολύ μικρή για να παραδώσει 10 ml αντιδραστηρίου, αλλά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να παραδώσει 7 ml αντιδραστηρίου. Κρατήστε τη σύριγγα έτσι ώστε να είναι ορατές οι ενδείξεις όγκου και συνδέστε τη λυγισμένη βελόνα με φορά προς τα πάνω, έτσι ώστε όταν βιδωθεί (κάτι που συνήθως απαιτεί περίπου μισή στροφή) η λυγισμένη βελόνα να δείχνει προς τα κάτω με τους αριθμούς ορατούς. Με αυτή την προσέγγιση, οι ενδείξεις όγκου είναι ορατές κατά την απόσυρση του υγρού, αντί να βρίσκονται ενοχλητικά στην πίσω πλευρά της σύριγγας (όπως στην Εικ. 10 δ). Οι γυάλινες σύριγγες χρησιμοποιούνται συχνά με αντιδραστήρια ευαίσθητα στον αέρα, διαλυμένα σε μη πολικούς διαλύτες (π.χ. εξάνια), και απαιτούν ορισμένες περαιτέρω εκτιμήσεις που δεν περιγράφονται στην παρούσα ενότητα. Συμβουλευτείτε τον εκπαιδευτή σας για περαιτέρω οδηγίες εάν πρόκειται να χρησιμοποιήσετε γυάλινη σύριγγα.
12. Τυλίξτε την ένωση μεταξύ της βελόνας και της σύριγγας με ταινία Teflon ή Parafilm (Εικ. 10 β).
13. Ξεπλύνετε τη βελόνα με αδρανές αέριο: Εισάγετε τη βελόνα στο διάφραγμα μιας κενής, στεγνής φιάλης συνδεδεμένης με ένα μπαλόνι αδρανούς αερίου (Εικ.10 γ), αποσύρετε έναν πλήρη όγκο αδρανούς αερίου (Εικ.10 δ) και, στη συνέχεια, εκτοξεύστε το στον αέρα.
14. Τοποθετήστε αμέσως την ξεπλυμένη σύριγγα στο διάφραγμα της φιάλης αντιδραστηρίου, εάν βρίσκεται κοντά, ή σε ένα ελαστικό πώμα μέχρι να χρησιμοποιηθεί η σύριγγα.
11. Αφαιρέστε μια μακριά, εύκαμπτη βελόνα από έναν καυτό φούρνο και βιδώστε την αμέσως στο βαρέλι μιας πλαστικής σύριγγας, φρεσκοανοιγμένης από τη συσκευασία της (Εικ. 10 α). Η σύριγγα πρέπει να μπορεί να συγκρατεί όγκο μεγαλύτερο από τον όγκο του αντιδραστηρίου που πρόκειται να μεταφέρει, ώστε να έχει αρκετή ευελιξία για τον κατάλληλο χειρισμό του αντιδραστηρίου. Για παράδειγμα, μια σύριγγα των 10 ml είναι πολύ μικρή για να παραδώσει 10 ml αντιδραστηρίου, αλλά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να παραδώσει 7 ml αντιδραστηρίου. Κρατήστε τη σύριγγα έτσι ώστε να είναι ορατές οι ενδείξεις όγκου και συνδέστε τη λυγισμένη βελόνα με φορά προς τα πάνω, έτσι ώστε όταν βιδωθεί (κάτι που συνήθως απαιτεί περίπου μισή στροφή) η λυγισμένη βελόνα να δείχνει προς τα κάτω με τους αριθμούς ορατούς. Με αυτή την προσέγγιση, οι ενδείξεις όγκου είναι ορατές κατά την απόσυρση του υγρού, αντί να βρίσκονται ενοχλητικά στην πίσω πλευρά της σύριγγας (όπως στην Εικ. 10 δ). Οι γυάλινες σύριγγες χρησιμοποιούνται συχνά με αντιδραστήρια ευαίσθητα στον αέρα, διαλυμένα σε μη πολικούς διαλύτες (π.χ. εξάνια), και απαιτούν ορισμένες περαιτέρω εκτιμήσεις που δεν περιγράφονται στην παρούσα ενότητα. Συμβουλευτείτε τον εκπαιδευτή σας για περαιτέρω οδηγίες εάν πρόκειται να χρησιμοποιήσετε γυάλινη σύριγγα.
12. Τυλίξτε την ένωση μεταξύ της βελόνας και της σύριγγας με ταινία Teflon ή Parafilm (Εικ. 10 β).
13. Ξεπλύνετε τη βελόνα με αδρανές αέριο: Εισάγετε τη βελόνα στο διάφραγμα μιας κενής, στεγνής φιάλης συνδεδεμένης με ένα μπαλόνι αδρανούς αερίου (Εικ.10 γ), αποσύρετε έναν πλήρη όγκο αδρανούς αερίου (Εικ.10 δ) και, στη συνέχεια, εκτοξεύστε το στον αέρα.
14. Τοποθετήστε αμέσως την ξεπλυμένη σύριγγα στο διάφραγμα της φιάλης αντιδραστηρίου, εάν βρίσκεται κοντά, ή σε ένα ελαστικό πώμα μέχρι να χρησιμοποιηθεί η σύριγγα.
Απόσυρση του αντιδραστηρίου.
15. Ένα μπαλόνι αδρανούς αερίου πρέπει να εισαχθεί στη φιάλη αντιδραστηρίου προκειμένου να εξισωθούν οι πιέσεις κατά την απόσυρση του υγρού. Θα πρέπει επίσης να χρησιμοποιείται μια πλατφόρμα (π.χ. δακτυλιοειδής σφιγκτήρας/συρματόπλεγμα) κάτω από τη φιάλη αντιδραστηρίου, εάν αυτή τοποθετείται πάνω από τον πάγκο, για να παρέχει στήριξη σε περίπτωση που η φιάλη γλιστρήσει από τη λαβή του σφιγκτήρα.16. Εισάγετε τη βελόνα της ξεπλυμένης σύριγγας στο διάφραγμα του ευαίσθητου στον αέρα αντιδραστηρίου και στο υγρό (Εικ. 11 α).
17. Αποσύρετε αργά λίγο υγρό στη σύριγγα. Εάν το έμβολο τραβηχτεί πολύ γρήγορα προς τα πίσω, η χαμηλή πίεση στο εσωτερικό της σύριγγας μπορεί να προκαλέσει τη διαρροή αέρα μέσω του συνδέσμου μεταξύ βελόνας και σύριγγας (μέσω ή γύρω από την ταινία τεφλόν ή το Parafilm).
18. Αναπόφευκτα, θα σχηματιστεί μια φυσαλίδα στη σύριγγα. Κρατώντας τη σύριγγα ανάποδα και κάθετα (Εικ. 11 β), πιέστε το έμβολο για να πιέσετε τη θήκη αερίου πίσω στη φιάλη.
19. Αναρροφήστε αργά υγρό σε 1-2 ml μεγαλύτερο από τον επιθυμητό όγκο (Εικ. 11 γ) και, στη συνέχεια, διατηρώντας τη σύριγγα κάθετη, εκτοξεύστε το υγρό πίσω στον επιθυμητό όγκο (η Εικ. 11 δ δείχνει 2,0 ml υγρού). Η ανάληψη μεγαλύτερου όγκου από τον επιθυμητό στην αρχή σας επιτρέπει να είστε σίγουροι ότι δεν υπάρχουν φυσαλίδες αερίου στη βελόνα και ότι έχετε μετρήσει έναν ακριβή όγκο.
20. Η βελόνα θα πρέπει να είναι γεμάτη με το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο σε αυτό το σημείο, και αν αφαιρεθεί από τη φιάλη, το αντιδραστήριο θα έρθει σε επαφή με την ατμόσφαιρα στο άκρο της βελόνας. Αυτό μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες εάν το αντιδραστήριο είναι αρκετά αντιδραστικό (κάπνισμα ή ενδεχομένως πυρκαγιά). Σημείωση ασφαλείας: Είναι επομένως απαραίτητο να τοποθετείται ένα "ρυθμιστικό" αδρανούς αερίου (Εικ. 13) μεταξύ του ευαίσθητου στον αέρα αντιδραστηρίου και της ατμόσφαιρας πριν από την αφαίρεση της βελόνας.
17. Αποσύρετε αργά λίγο υγρό στη σύριγγα. Εάν το έμβολο τραβηχτεί πολύ γρήγορα προς τα πίσω, η χαμηλή πίεση στο εσωτερικό της σύριγγας μπορεί να προκαλέσει τη διαρροή αέρα μέσω του συνδέσμου μεταξύ βελόνας και σύριγγας (μέσω ή γύρω από την ταινία τεφλόν ή το Parafilm).
18. Αναπόφευκτα, θα σχηματιστεί μια φυσαλίδα στη σύριγγα. Κρατώντας τη σύριγγα ανάποδα και κάθετα (Εικ. 11 β), πιέστε το έμβολο για να πιέσετε τη θήκη αερίου πίσω στη φιάλη.
19. Αναρροφήστε αργά υγρό σε 1-2 ml μεγαλύτερο από τον επιθυμητό όγκο (Εικ. 11 γ) και, στη συνέχεια, διατηρώντας τη σύριγγα κάθετη, εκτοξεύστε το υγρό πίσω στον επιθυμητό όγκο (η Εικ. 11 δ δείχνει 2,0 ml υγρού). Η ανάληψη μεγαλύτερου όγκου από τον επιθυμητό στην αρχή σας επιτρέπει να είστε σίγουροι ότι δεν υπάρχουν φυσαλίδες αερίου στη βελόνα και ότι έχετε μετρήσει έναν ακριβή όγκο.
20. Η βελόνα θα πρέπει να είναι γεμάτη με το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο σε αυτό το σημείο, και αν αφαιρεθεί από τη φιάλη, το αντιδραστήριο θα έρθει σε επαφή με την ατμόσφαιρα στο άκρο της βελόνας. Αυτό μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες εάν το αντιδραστήριο είναι αρκετά αντιδραστικό (κάπνισμα ή ενδεχομένως πυρκαγιά). Σημείωση ασφαλείας: Είναι επομένως απαραίτητο να τοποθετείται ένα "ρυθμιστικό" αδρανούς αερίου (Εικ. 13) μεταξύ του ευαίσθητου στον αέρα αντιδραστηρίου και της ατμόσφαιρας πριν από την αφαίρεση της βελόνας.
21. Για να δημιουργήσετε το "ρυθμιστικό διάλυμα αδρανούς αερίου".
a. Τοποθετήστε τη βελόνα στο κεφαλοδιάστημα της φιάλης αντιδραστηρίου (Εικ. 12 α+β).
b. Διατηρώντας τη σύριγγα ανάποδα και κάθετα, τραβήξτε απαλά προς τα πίσω το έμβολο μέχρι να εμφανιστεί μια φυσαλίδα στο βαρέλι (περίπου 20% της χωρητικότητας της σύριγγας, Εικ.12 γ). Εισάγετε αμέσως τη σύριγγα στο διάφραγμα της φιάλης αντίδρασης, εάν βρίσκεται κοντά, ή σε ένα ελαστικό πώμα, εάν η φιάλη βρίσκεται σε απόσταση (Εικ. 12 δ).
Παραδώστε το αντιδραστήριο.
22. Με ένα μπαλόνι αδρανούς αερίου τοποθετημένο στη φιάλη αντίδρασης, τοποθετήστε τη σύριγγα με το αντιδραστήριο στο διάφραγμα της φιάλης αντίδρασης. Διατηρώντας τη σύριγγα κατακόρυφη, πιέστε το έμβολο για να παραδώσετε πρώτα το ρυθμιστικό διάλυμα αδρανούς αερίου (Εικ. 14 α), και στη συνέχεια παραδώστε αργά το αντιδραστήριο στη φιάλη.
23. Σταματήστε την παροχή αντιδραστηρίου όταν το ελαστικό έμβολο της σύριγγας συναντήσει το άκρο της κάννης (Εικ. 14 β). Μην αναποδογυρίζετε τη σύριγγα και σπρώχνετε το υπόλοιπο υγρό: αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα την παροχή μεγαλύτερου όγκου αντιδραστηρίου από αυτόν που μετρά η σύριγγα.
24. Η βελόνα θα εξακολουθεί να είναι γεμάτη από το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο, οπότε, με το άκρο της βελόνας ακόμη στο κεφαλοδιάστημα της φιάλης αντίδρασης, αποσύρετε ένα ρυθμιστικό αδρανές αέριο στη σύριγγα. Τοποθετήστε το άκρο της βελόνας σε ένα ελαστικό πώμα, εάν ο σταθμός καθαρισμού δεν βρίσκεται κοντά.
22. Με ένα μπαλόνι αδρανούς αερίου τοποθετημένο στη φιάλη αντίδρασης, τοποθετήστε τη σύριγγα με το αντιδραστήριο στο διάφραγμα της φιάλης αντίδρασης. Διατηρώντας τη σύριγγα κατακόρυφη, πιέστε το έμβολο για να παραδώσετε πρώτα το ρυθμιστικό διάλυμα αδρανούς αερίου (Εικ. 14 α), και στη συνέχεια παραδώστε αργά το αντιδραστήριο στη φιάλη.
23. Σταματήστε την παροχή αντιδραστηρίου όταν το ελαστικό έμβολο της σύριγγας συναντήσει το άκρο της κάννης (Εικ. 14 β). Μην αναποδογυρίζετε τη σύριγγα και σπρώχνετε το υπόλοιπο υγρό: αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα την παροχή μεγαλύτερου όγκου αντιδραστηρίου από αυτόν που μετρά η σύριγγα.
24. Η βελόνα θα εξακολουθεί να είναι γεμάτη από το ευαίσθητο στον αέρα αντιδραστήριο, οπότε, με το άκρο της βελόνας ακόμη στο κεφαλοδιάστημα της φιάλης αντίδρασης, αποσύρετε ένα ρυθμιστικό αδρανές αέριο στη σύριγγα. Τοποθετήστε το άκρο της βελόνας σε ένα ελαστικό πώμα, εάν ο σταθμός καθαρισμού δεν βρίσκεται κοντά.
Καθαρίστε τη βελόνα και τη σύριγγα.
25. Η σύριγγα και η βελόνα θα πρέπει να καθαρίζονται το συντομότερο δυνατό, καθώς με την πάροδο του χρόνου μπορεί να σχηματιστούν επικαθίσεις στη βελόνα, δημιουργώντας πώμα. Για να καθαρίσετε τη σύριγγα και τη βελόνα.
25. Η σύριγγα και η βελόνα θα πρέπει να καθαρίζονται το συντομότερο δυνατό, καθώς με την πάροδο του χρόνου μπορεί να σχηματιστούν επικαθίσεις στη βελόνα, δημιουργώντας πώμα. Για να καθαρίσετε τη σύριγγα και τη βελόνα.
a. Αναρροφήστε στη σύριγγα μερικά ml καθαρού διαλύτη παρόμοιου με τον διαλύτη που χρησιμοποιείται στο διάλυμα ευαίσθητο στον αέρα (Εικ. 14 γ). Για παράδειγμα, οι εικόνες αυτής της ενότητας δείχνουν μεταφορά αντιδραστηρίου BH3 διαλυμένου σε THF. Ένας ιδανικός διαλύτης έκπλυσης θα ήταν τότε το THF. Καθώς το THF δεν ήταν διαθέσιμο, ο διαιθυλαιθέρας ήταν μια καλή υποκατάσταση, καθώς οι δύο διαλύτες είναι δομικά παρόμοιοι (είναι και οι δύο αιθέρες).
b. Εκχύστε τον διαλύτη σε ένα ποτήρι ζέσεως αποβλήτων. Επαναλάβετε με άλλο ένα ξέπλυμα με διαλύτη, φροντίζοντας να ξεπλύνετε όλη την περιοχή της σύριγγας όπου άγγιξε το αντιδραστήριο.
c. Ξεπλύνετε τη σύριγγα μία φορά με νερό για να διαλυθούν και να απομακρυνθούν τυχόν ανόργανα άλατα.
d. Επιπλέον, ξεπλύνετε τη σύριγγα και τη βελόνα δύο φορές με μερικά ml ακετόνης.
e. Αφαιρέστε τη βελόνα από τη σύριγγα και φυλάξτε τη για μελλοντική χρήση. Η πλαστική σύριγγα δεν πρέπει να επαναχρησιμοποιείται, αλλά αντίθετα να πετιέται: ο διαλύτης που υπάρχει σε πολλά διαλύματα ευαίσθητα στον αέρα υποβαθμίζει το ελαστικό έμβολο της σύριγγας, με αποτέλεσμα να διογκώνεται και να είναι αναποτελεσματικό μετά από μία χρήση.
Βελόνες σύριγγας και σωληνάκια.
Οι βελόνες σύριγγας Luer lock από ανοξείδωτο χάλυβα διατίθενται σε διάφορα μήκη και διαμέτρους. Το μήκος της βελόνας που θα χρειαστείτε εξαρτάται από το μέγεθος του δοχείου από το οποίο θέλετε να αποσύρετε το υγρό- η διάμετρος που απαιτείται εξαρτάται από το μέγεθος της σύριγγας - δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε βελόνα μεγάλης διαμέτρου με σύριγγα μικρού όγκου - και το ιξώδες του διαλύματος ή του υγρού. Η διάμετρος της βελόνας εκφράζεται σε "gauge": όσο μεγαλύτερο είναι το gauge, τόσο στενότερη είναι η διάμετρος της βελόνας. Για τις περισσότερες εργασίες σε αδρανή ατμόσφαιρα, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε βελόνα με άκρο "μη πυρήνωσης" ή "εκτροπής" (Εικ. 15), το οποίο εξασφαλίζει ότι ένα κομμάτι του διαφράγματος δεν παγιδεύεται στη βελόνα όταν την ωθείτε.
Οι βελόνες σύριγγας Luer lock από ανοξείδωτο χάλυβα διατίθενται σε διάφορα μήκη και διαμέτρους. Το μήκος της βελόνας που θα χρειαστείτε εξαρτάται από το μέγεθος του δοχείου από το οποίο θέλετε να αποσύρετε το υγρό- η διάμετρος που απαιτείται εξαρτάται από το μέγεθος της σύριγγας - δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε βελόνα μεγάλης διαμέτρου με σύριγγα μικρού όγκου - και το ιξώδες του διαλύματος ή του υγρού. Η διάμετρος της βελόνας εκφράζεται σε "gauge": όσο μεγαλύτερο είναι το gauge, τόσο στενότερη είναι η διάμετρος της βελόνας. Για τις περισσότερες εργασίες σε αδρανή ατμόσφαιρα, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε βελόνα με άκρο "μη πυρήνωσης" ή "εκτροπής" (Εικ. 15), το οποίο εξασφαλίζει ότι ένα κομμάτι του διαφράγματος δεν παγιδεύεται στη βελόνα όταν την ωθείτε.
φράγματα
Οι κάνουλες είναι μακριές, εύκαμπτες, διπλού άκρου βελόνες από ανοξείδωτο χάλυβα ή αδρανή πλαστικά, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά μεγάλων όγκων αντιδραστηρίων ή διαλυτών από ένα δοχείο σε ένα άλλο υπό πίεση αδρανούς αερίου (Εικ. 16).
Περίληψη
Πολλές πειραματικές διατάξεις είναι δυνατές με φιάλες και γυάλινα σκεύη τριών λαιμών με μια πρόσθετη βρύση ή σύνδεσμο για την παροχή μιας εισόδου για το αδρανές αέριο και την πρόσβαση στο κενό για τον κύκλο εκκένωσης και επαναπλήρωσης. Τα στερεά, ευαίσθητα ή σταθερά στον αέρα, πρέπει να προστίθενται στην αρχή της αντίδρασης, εάν είναι δυνατόν. Η προσθήκη στερεών στα μέσα της αντίδρασης είναι πιο δύσκολη αλλά μπορεί να γίνει με χωνί ή σωλήνα προσθήκης στερεών. Τα υγρά προστίθενται με σύριγγα εάν η ποσότητα είναι κάτω από 50 ml ή μέσω σωληνίσκου εάν απαιτούνται περισσότερα από 50 ml.
Δυναμική απόσταξη χωρίς αέρα
Οι δυναμικές αποστάξεις υπό κενό χωρίς αέρα χρησιμοποιούνται συνήθως για τον καθαρισμό υγρών υψηλού βρασμού (>150 °C), ευαίσθητων στον αέρα ουσιών και ορισμένων στερεών χαμηλής τήξης. Η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη για αντιδραστήρια που διατίθενται στο εμπόριο ή για ενώσεις που παρασκευάζονται σε μεγάλη κλίμακα στο εργαστήριο και στις οποίες οι (συχνά γνωστές) προσμείξεις είναι μη πτητικές και έτσι παραμένουν μετά την απόσταξη.
Σχ.18
Διαδικασίες βήμα προς βήμα
Βήμα 1: Το ακάθαρτο υλικό μεταφέρεται σε κατάλληλη φιάλη Schlenk εξοπλισμένη με μαγνητική ράβδο ανάδευσης. Για εμπορικά διαθέσιμα αντιδραστήρια που πρόκειται να καθαριστούν χύμα, αυτά μπορούν να προστεθούν σε φιάλη Schlenk (που έχει ήδη ανακυκλωθεί στη γραμμή αδρανούς αερίου) υπό ροή αδρανούς αερίου. Για "εσωτερικά" παρασκευασμένες ενώσεις, το ακατέργαστο υλικό θα παραμείνει συνήθως στη φιάλη Schlenk μετά την απομάκρυνση του διαλύτη και των πτητικών ουσιών σε κενό.
Βήμα 2: Η φιάλη Schlenk, η γέφυρα απόσταξης και το πώμα Schlenk λιπαίνονται, συναρμολογούνται και ανακυκλώνονται στη γραμμή αδρανούς αερίου. Σημείωση: Ο τύπος της γέφυρας απόσταξης (μονοκόμματη) που απεικονίζεται στην εικόνα έχει σχεδιαστεί ειδικά για τον καθαρισμό υγρών υψηλού βρασμού υπό υψηλό κενό. Αυτό διαφέρει από μια τυπική διάταξη απόσταξης με κεφαλή απόσταξης, προσαρμογέα θερμομέτρου και υδρόψυκτο συμπυκνωτή.
Βήμα 3: Αφού η φιάλη Schlenk και η γέφυρα απόσταξης υποδοχής ανακυκλωθεί στη γραμμή και γεμίσει εκ νέου με αδρανές αέριο, συνδέεται με τη φιάλη Schlenk που περιέχει το ακατέργαστο υλικό. Αυτό μπορεί να απαιτήσει μια σύντομη βοήθεια για την αφαίρεση των κλιπ και των πώματων. Βεβαιωθείτε ότι το αδρανές αέριο ρέει και στις δύο φιάλες κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας για να ελαχιστοποιηθεί η έκθεση στον ατμοσφαιρικό αέρα και την υγρασία.
Βήμα 4: Οι στρόφιγγες και στις δύο φιάλες Schlenk κλείνουν και η φιάλη απόσταξης κατεβαίνει σε κατάλληλο θερμαντικό μανδύα ή ελαιόλουτρο. Με ανάδευση, η στρόφιγγα της φιάλης Schlenk υποδοχής ανοίγει αργά και προσεκτικά στο κενό. Αυτό χρησιμεύει για την απαέρωση του ακατέργαστου υλικού και την απομάκρυνση τυχόν υπολειμμάτων διαλύτη ή πτητικών προσμίξεων. Σημείωση: Το ακατέργαστο υλικό πρέπει να είναι επαρκώς υψηλής βρασίμου ώστε να μην εξατμίζεται σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος ενώ βρίσκεται υπό κενό. Μια εξωτερική παγίδα υγρού αζώτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ της φιάλης υποδοχής και της γραμμής αδρανούς αερίου για τη συμπύκνωση τυχόν πτητικών ενώσεων.
Βήμα 5: Μόλις δημιουργηθεί καλό κενό (δηλαδή χαμηλή πίεση) στη διάταξη απόσταξης και το ακατέργαστο υλικό έχει πλήρως απαερωθεί, η θερμοκρασία στο μανδύα θέρμανσης μπορεί να αυξηθεί αργά. Δεδομένου ότι το ακατέργαστο υλικό δεν εξατμίζεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ένα παγόλουτρο είναι γενικά επαρκές για την ψύξη της φιάλης υποδοχής και τη συμπύκνωση του αποστάγματος, ωστόσο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ένα ντουβάρι υγρού αζώτου. Κατά τη διάρκεια της απόσταξης, μπορεί να είναι απαραίτητη η μόνωση της φιάλης και μέρους της γέφυρας με φύλλο αλουμινίου ή η σύντομη θέρμανση των γυάλινων σκευών με θερμικό πιστόλι.
Βήμα 6: Μόλις ολοκληρωθεί η απόσταξη, κλείνεται ο κρουνός της φιάλης υποδοχής. Ο μανδύας θέρμανσης χαμηλώνει για να επιτρέψει στη φιάλη απόσταξης να κρυώσει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και το λουτρό ψύξης απομακρύνεται από τη φιάλη υποδοχής για να την αφήσει να ξεπαγώσει ή να θερμανθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Βήμα 7: Όταν η συσκευή απόσταξης βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου, το σύστημα επαναγεμίζεται αργά με αδρανές αέριο. Εάν χρησιμοποιήθηκε εξωτερική παγίδα, είναι απαραίτητο να την αποσυνδέσετε πρώτα και να επαναφέρετε τη φιάλη υποδοχής στη γραμμή αδρανούς αερίου.
Βήμα 8: Υπό ροή αδρανούς αερίου, η γέφυρα απόσταξης μπορεί να αφαιρεθεί από τη φιάλη υποδοχής και να αντικατασταθεί με ένα καθαρό, λιπαρό πώμα από γυαλί γείωσης. Το καθαρισμένο υλικό μπορεί τώρα να μεταφερθεί σε κατάλληλη αμπούλα για αποθήκευση μέσω σωληνοειδούς μεταφοράς ή να χρησιμοποιηθεί απευθείας για περαιτέρω χειρισμούς.
Υποδείξεις και συμβουλές.
- Η κατά προσέγγιση θερμοκρασία απόσταξης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το γνωστό σημείο βρασμού της ένωσης (σε πίεση περιβάλλοντος) και την πίεση εντός της γραμμής αδρανούς αερίου (εάν χρησιμοποιείται μανόμετρο).
- Για πολύπλοκα μείγματα ειδών που πρέπει να διαχωριστούν με απόσταξη υπό κενό, απαιτείται γενικά μια πιο περίπλοκη διάταξη που περιέχει μια στήλη Vigreux, έναν προσαρμογέα θερμομέτρου και έναν δέκτη "γουρουνιού" (δέκτες αράχνης ή αγελάδας) για τη συλλογή πολλαπλών κλασμάτων.
Last edited by a moderator:
