Sinteza și distilarea în atmosferă inertă

[G.Patton]

Introducere.

Condițiile meticulos uscate sau lipsite de oxigen sunt uneori necesare atunci când se utilizează reactivi care reacționează cu apa sau oxigenul din aer. Pentru a utiliza în siguranță și în mod eficient acești reactivi, sticlăria trebuie uscată la cuptor sau la flacără, apoi aerul trebuie înlocuit cu un gaz inert uscat (adesea azot sau argon). Se creează astfel o "atmosferă inertă" în interiorul unui aparat, care nu va reacționa cu reactivii.

Configurarea unei reacții.

Fiecare reacție necesită adăugarea mai multor reactivi, adesea într-o ordine prestabilită. Atunci când se efectuează o reacție sensibilă la aer, adăugarea reactivilor fără a introduce aer sau umiditate în sistem necesită atenție și îndemânare. Modul de adăugare a fiecărui reactiv depinde de natura reacției. Reacțiile pot fi sensibile la aer în ceea ce privește reactivii, cum ar fi reactivii n-BuLi sau Grignard, sau se poate întâmpla ca numai produsul reacției să fie sensibil la aer, de exemplu, un complex organometalic.

Dacă reacția trebuie să se desfășoare într-o atmosferă inertă, umpleți mai întâi un aparat gol cu un gaz inert. Apoi se adaugă (rapid!) solvenții și reactivii, se purjează balonul cu un gaz inert, se răcește (dacă este necesar). Reacția se realizează sub o suprapresiune tampon minimă a unui gaz inert. Suprapresiunea este creată de o coloană scurtă (câțiva mm) de lichid inert turnat într-un obturator de lichid la ieșirea din acest dispozitiv. Sinteza se realizează respectând cu atenție procedura, menținând modul de răcire (încălzire) și rata de adăugare a reactivilor. În fig.1 este reprezentat un aparat pentru realizarea sintezei în atmosferă inertă cu răcire cu control al temperaturii. Amestecul rezultat este prelucrat în strictă conformitate cu procedura de la sfârșitul sintezei. Cea mai simplă metodă de izolare a compusului țintă este filtrarea. În unele cazuri, este posibilă izolarea unui produs pur prin distilare (distilare cu abur) direct din amestecul de reacție. În alte cazuri, prima etapă de prelucrare a amestecurilor de reacție constă în stingerea reactivilor și a intermediarilor reactivi (apă, soluții de acizi sau baze), neutralizarea catalizatorilor acizi sau alcalini, separarea compușilor insolubili prin filtrare, extracția produsului din faza anorganică sau apoasă și concentrarea acestuia. În acest caz, se utilizează în principal extracția.

Fig.1

Configurații experimentale.

Reacțiile se stabilesc în același mod ca reacțiile nesensibile la aer, dar cu un balon cu trei gâturi sau un balon Schlenk în locul balonului tradițional cu fundul rotund. Baloanele Schlenk au un robinet pentru a conecta aparatul la conducta de gaz inert și pentru a controla accesul la gazul inert, în timp ce un balon cu trei gâturi necesită un adaptor suplimentar în acest scop. Cel mai simplu mod de a configura o reacție este de a asambla mai întâi toată sticlăria și apoi de a aplica ciclul de vidare și reumplere pentru a asigura o atmosferă inertă înainte de adăugarea reactivilor. Cu toate acestea, este posibil să se umple fiecare piesă cu echipament separat și să se asambleze kitul cu un flux pozitiv de gaz inert care provine din fiecare piesă de sticlărie, adică există un flux suficient de gaz în aparat pentru ca un flux constant să fie emis atunci când se îndepărtează un dop, de exemplu. Acest lucru necesită mai mult timp, dar poate fi o tehnică utilă dacă trebuie să adăugați sau să scoateți o sticlărie la jumătatea unui experiment (a se vedea mai jos). Configurațiile tipice ale reacțiilor sunt prezentate în Fig.2.

Spoiler: Fig.2 Setări experimentale tipice pentru reacții sensibile la aer

.

A) Reacție bazică, la temperatura camerei cu agitare; B) Reacție la temperatura camerei cu pâlnie de adiție; C) Încălzire la reflux cu agitare; D) Încălzire la reflux cu pâlnie de adiție.

O altă diferență față de chimia stabilă la aer este aceea că toate îmbinările de sticlă măcinată trebuie unse pentru a asigura o etanșare ermetică și a preveni contaminarea cu O2, de exemplu. În laboratoarele de chimie organică, se recomandă adesea să se lase îmbinările neunse, deoarece grăsimea poate intra în amestecul de reacție și poate contamina reacția și spectrele. Din motive similare, îmbinările nu trebuie unse excesiv atunci când se face chimie sensibilă la aer. Un strat fin de unsoare aplicat uniform este mai bun decât un strat gros care se scurge prin partea superioară și inferioară a îmbinării. Pentru a obține un strat subțire, aplicați două dungi de unsoare, pe părțile opuse ale îmbinării masculine a oricărei sticlării, introduceți în gât sau în îmbinarea femelă și rotiți ușor cele două părți pentru a distribui uniform unsoarea (Fig.3). Ar trebui să existe o peliculă clară și continuă între suprafețele îmbinării.

Spoiler: Fig.3 Cum să aplicați un strat uniform de unsoare pe un joint

Ocazional, va fi necesar să adăugați sau să îndepărtați o piesă de sticlărie, cum ar fi o pâlnie de adiție, pe parcursul reacției. Pentru a adăuga o piesă de sticlărie, asigurați-vă că aceasta este curată și uscată de orice solvent de curățare sau apă și că toate îmbinările sunt unse. Conectați-l la conducta de gaz inert și umpleți-l. Asigurați-vă că există două fluxuri pozitive de gaz inert, adică gazul iese din vas: un flux provine din vasul de reacție și celălalt din sticlăria care urmează să fie atașată. Odată ce există un flux constant de gaz inert care curge din fiecare parte a aparatului, se poate îndepărta dopul de la vasul de reacție și se poate adăuga sticlăria în locul său. Pentru a îndepărta sticlăria în timpul unei reacții, trebuie doar să vă asigurați că există un flux pozitiv de gaz inert care provine din vasul de reacție înainte de a îndepărta sticlăria și de a o înlocui cu un dop sau un capac.

Gresarea îmbinărilor .

Îmbinările din sticlă șlefuită sunt fabricate astfel încât să se potrivească destul de bine între ele și totuși nu sunt perfect etanșe. În unele situații (de exemplu, atunci când se utilizează o presiune redusă în interiorul unui aparat sau o atmosferă inertă), trebuie aplicată unsoare pe fiecare îmbinare pentru a asigura o bună etanșare. Unsoarea se utilizează, de asemenea, atunci când îmbinarea poate intra în contact cu o soluție foarte bazică, deoarece soluțiile bazice pot forma silicați de sodiu și pot ataca sticla.

Unsoarea poate fi aplicată cu ajutorul unei seringi pline cu unsoare (Fig.4 a), a unei ațe de lemn sau a unei scobitori. Unsoarea trebuie aplicată ușor în porțiuni în jurul îmbinării masculine, mai aproape de capătul din sticlă decât de capătul care va fi în contact cu reactivii (Fig.4 a). Dacă unsoarea este permisă în apropierea capătului care va intra în contact cu reactivii, există posibilitatea ca reactivul să dizolve unsoarea și să fie contaminat. Îmbinarea femelă trebuie apoi conectată, iar îmbinările trebuie răsucite pentru a răspândi unsoarea într-un strat subțire. Îmbinarea ar trebui să devină transparentă pe toată circumferința îmbinării, dar la o adâncime de numai o treime până la o jumătate din îmbinare (figura 4 b). Dacă întreaga îmbinare devine transparentă sau dacă se vede cum unsoarea se scurge din îmbinare, înseamnă că s-a folosit prea multă unsoare (Fig.4 c). Excesul de unsoare trebuie șters cu un KimWipe (unul este utilizat în Fig. 5).

Spoiler: Fig.4

a) Aplicarea unsorii cu seringa, b) Articulație unsă corespunzător, c) Prea multă unsoare în articulație, indicată cu o săgeată.

Pentru a curăța unsoarea dintr-un rost după finalizarea unui proces, ștergeți cea mai mare parte din unsoare folosind un prosop de hârtie sau KimWipe. Apoi, umeziți un KimWipe cu un solvent de hidrocarburi și frecați KimWipe-ul umezit pe îmbinare pentru a dizolva grăsimea (figura 5). Solvenții pe bază de hidrocarburi (de exemplu, hexanii) funcționează mult mai bine decât acetona pentru a dizolva grăsimea reziduală.

Spoiler: Fig.5 Îndepărtarea grăsimii cu un KimWipe înmuiat în hexani

.

Adăugarea solidelor stabile la aer la începutul unei reacții.

Un solid poate fi adăugat în orice stadiu al reacției; cu toate acestea, dacă puteți, adăugați mai întâi toate solidele în balonul de reacție, deoarece manipularea devine mai dificilă odată ce a fost adăugat un lichid. Dacă solidul este stabil la aer, acesta poate fi adăugat direct în balon la începutul reacției, conform descrierii de mai jos.

Pentru a adăuga solide stabile la aer la începutul unei reacții.

1. Se cântărește solidul și se adaugă într-un balon Schlenk curat și uscat sau într-un balon cu fund rotund cu trei gâturi, în funcție de reacția care urmează să fie efectuată.
2. Se astupă balonul cu un dop de sticlă măcinată uns.
3. Se conectează balonul la conducta de gaz inert.
4. Se deschide balonul la conductă cu atenție, având grijă ca solidul/pulberea să nu fie suflat(ă) afară. Acest lucru ar duce la o cantitate mai mică de reactiv în reacție decât cea calculată inițial.
5. Asigurați-vă că balonul este umplut cu gaz inert și deschis la conductă astfel încât să existe un flux pozitiv de gaz înainte de a adăuga orice altceva.

Adăugarea unui solid sensibil la aer la începutul unei reacții.

Cel mai bun mod de a adăuga un solid sensibil la aer ca prim reactiv este de a utiliza o balanță într-o cutie cu mănuși pentru a cântări solidul și a-l pune în balon, totul sub o atmosferă inertă. Multe solide sensibile la aer sunt depozitate permanent într-o cutie cu mănuși.

Adăugarea de solide la jumătatea unei reacții.

Pentru a adăuga un solid stabil la aer.

1. Cântăriți cantitatea necesară de solid într-o fiolă sau într-un vas de cântărire.
2. Asigurați-vă că există un flux pozitiv de gaz inert în vasul de reacție. Asigurați-vă că vasul este deschis la conducta de gaz inert și că prin barbotator curg 2-3 bule pe secundă.
3. Îndepărtați dopul vasului de reacție.
4. Puneți o pâlnie pentru pulberi în gâtul deschis. Acest lucru va preveni lipirea solidului de gâtul uns pe măsură ce este adăugat. Dacă nu aveți o pâlnie pentru praf, o bucată de hârtie îndoită în formă de con va funcționa la fel de bine - asigurați-vă doar că capătul este mai jos decât baza gâtului.
5. Turnați cu grijă solidul în reacție prin pâlnie. Fluxul pozitiv de gaz inert care iese din balon poate cauza pierderea unei părți solide, în special dacă este vorba de o pulbere, dacă orificiul este blocat, așa că adăugați solidul încet și în porții mici dacă adăugați o cantitate mare de pulbere. Aveți grijă să nu inhalați pulberea din aer. Alternativ, țineți pâlnia astfel încât îmbinarea să fie în interiorul gâtului balonului, dar să existe un spațiu între îmbinare și gât. Astfel, gazul inert va avea loc să iasă fără a sufla prin pâlnie și a împrăștia pulberea peste tot. Problema cu această metodă este că este mai probabil ca pulberea să rămână lipită de gâtul uns al flaconului.
6. Scoateți pâlnia și înlocuiți dopul după ce ați adăugat tot solidul.

Pentru a adăuga un solid sensibil la aer

Solidele sensibile la aer trebuie adăugate într-o cutie cu mănuși, așa cum s-a descris mai sus. Cu toate acestea, unele reacții nu permit mutarea întregului aparat sau a vasului de reacție în cutia cu mănuși, de exemplu adițiile la temperatură variabilă. Dacă acesta este cazul, există două abordări posibile: A) utilizarea unui tub de adiție a solidului și B) dizolvarea solidului pentru adiție sub formă de soluție.

A) Tub de adiție solidă
Un tub de adiție solidă este o piesă simplă de sticlărie similară unei eprubete, dar cu o îndoire și cu o îmbinare din sticlă șlefuită, potrivită pentru a fi plasată în interiorul gâtului unui vas de reacție (fig. 13). Unele au un robinet Schlenk sau ***** pentru a permite controlul atmosferei interne și al debitului de gaz. Compusul sensibil la aer este introdus în tub într-o cutie cu mănuși (a se vedea mai sus), iar tubul este sigilat cu un capac sau un dop, în funcție de tipul de racord (fig. 6, A). Odată ieșit din cutia cu mănuși, tubul este atașat la conducta de gaz inert folosind procedura standard. Capacul este îndepărtat sub un flux pozitiv de gaz inert, iar tubul este introdus în gâtul balonului tot sub un flux pozitiv de gaz inert (figura 6, B). Tubul poate fi apoi rotit sau bătut ușor pentru a încuraja solidul să cadă în vasul de reacție. În cazul în care utilizați un tub de adiție a solidului fără robinet, se poate introduce un flux secundar de gaz inert utilizând dispozitivul prezentat în figura 6, C. Acest lucru asigură o pătură de gaz inert în timpul deschiderii și atașării tubului la balon. Această tehnică este utilă și dacă trebuie să deschideți o fiolă de solid sensibil la aer.

Spoiler: Fig.6 Utilizarea unui tub de adăugare a solidului (stânga și centru) și a unui flux secundar de gaz inert (dreapta) pentru adăugarea unui solid sensibil la aer la jumătatea unei reacții

B) Adăugarea unui solid sensibil la aer ca soluție.
Poate cel mai simplu și mai eficient mod de a adăuga un solid sensibil la aer este de a-l cântări într-un balon Schlenk separat, curat și uscat, sub o atmosferă inertă și de a-l dizolva într-un solvent adecvat. Soluția rezultată poate fi apoi adăugată la amestecul de reacție prin intermediul unei canule (a se vedea mai jos).

Adăugarea de solvenți și lichide.

Lichidele pot fi transferate cu ușurință în sau din recipiente conectate la o conductă de gaz inert și sub o atmosferă inertă cu ajutorul unei seringi sau al unui ac din oțel inoxidabil cu două capete, numit canulă. Varianta utilizată depinde de cantitatea și reactivitatea lichidului care urmează să fie transferat și, într-o anumită măsură, de designul recipientului din care se transferă lichidul. Ca regulă generală, până la 50 ml pot fi transferați cu o seringă, în timp ce cantitățile mai mari sunt de obicei transferate cu o canulă.

Tehnici de seringă.

Multe substanțe chimice sensibile la aer sunt furnizate sub formă de soluții în flacoane umplute cu azot, care sunt sigilate cu un septum, iar volumele mici (până la 25 ml) din aceste soluții se transferă cel mai bine în aparat cu ajutorul seringilor de sticlă. În mod similar, lichidele sensibile la aer pot fi adăugate la reacție folosind o seringă.

*Notă: Atunci când scoateți reactivi sensibili la aer din sticle umplute cu azot, trebuie să înlocuiți volumul de lichid scos cu gaz inert (azot) dintr-o butelie de gaz sau dintr-un balon, prin intermediul unui ac, altfel aerul (apă, oxigen și dioxid de carbon) va fi tras în sticlă ca urmare a vidului pe care l-ați creat.

Seringi.
Seringile din sticlă, etanșe la gaze, cu un dispozitiv de blocare Luer, sunt cel mai versatil tip de seringă și sunt disponibile într-o gamă largă de dimensiuni. Dispozitivul de blocare Luer permite blocarea acului din oțel inoxidabil la capătul seringii, astfel încât să nu existe pericolul ca acul să cadă din seringă în timpul procesului de transfer (fig. 13). Printre variațiile tipurilor de seringi se numără cele cu pistoane cu vârf de Teflon® , care sunt ceva mai scumpe. Înainte de a utiliza o seringă, verificați întotdeauna dacă aceasta funcționează prin aspirarea unei cantități mici din solventul care urmează să fie utilizat, asigurându-vă că aerul nu este aspirat în seringă nici prin dispozitivul de blocare Luer, nici prin spațiul dintre seringă și piston. Dacă totul este corect, dezasamblați seringa și acul, uscați-le într-un cuptor la 120 °C (nu dacă sunt prevăzute cu vârfuri de Teflon® ) și lăsați-le să se răcească într-un desicator. După ce ați transferat reactivul sensibil la aer, trebuie să curățați imediat seringa și acul, prin metoda adecvată, deoarece aerul va pătrunde în ac și seringă și va descompune reactivul, cauzând blocarea seringii sau a acului.

Proceduri pas cupas.

Tehnicile prezentate în această secțiune utilizează baloane de azot gazos pentru a crea condiții atmosferice inerte într-un balon cu fund rotund și seringi pentru a transfera lichide din flacoane de reactivi uscați. Aceste tehnici pot fi ușor adaptate pentru a fi utilizate cu un colector de gaz, dacă este disponibil.

Spoiler: Fig.7

a) Atașarea balonului la un rezervor de azot gazos, b) Umplerea balonului, c) Atașarea acului, d) Obturarea temporară a acului cu un dop de cauciuc.

Pregătirea unui balon de gaz inert
1. Pregătiți un ac atașat pentru un balon: Tăiați capătul unei seringi de plastic de 1 ml și montați țeava într-o bucată de tub de cauciuc gros. Atașați un balon cu heliu de calitate la tubulatura de cauciuc și sigilați toate îmbinările cu Parafilm. Alternativ, atașați un balon direct la o seringă de plastic de 2-3 ml.

2. Umpleți balonul prin conectarea la un furtun de pe regulatorul unui rezervor de gaz inert (azot sau argon, fig. 7, a). Deschideți regulatorul de gaz pentru a umple balonul la un diametru cuprins între 7" - 8" (fig. 7, b). [Pentru utilizarea cu reactivi foarte sensibili, gazul trebuie mai întâi trecut printr-o coloană de agent de uscare].

3. În timp ce țineți balonul aproape de corp, răsuciți balonul pentru a preveni ieșirea gazului. Apoi fixați bine un ac verde (calibru #21, 0,8 mm×25 mm, notă de siguranță: foarte ascuțit!) la capătul seringii (fig. 7, c).

4. Pentru a preveni ieșirea gazului atunci când balonul este deșirat, introduceți acul într-un dop de cauciuc (Fig. 7, d). Balonul poate fi acum pus deoparte în timp ce sunt pregătite alte părți ale montajului.

Spoiler: Fig.8

a) Introducerea septului de cauciuc în îmbinarea unui balon fierbinte, b-d) Plierea clapetelor septului peste îmbinare.

Pregătirea balonului cu reactivi
5. Îndepărtați apa de suprafață dintr-un balon pentru reactivi (cu bara de agitare, dacă este cazul), fie prin uscarea balonului la flacără, fie prin introducerea acestuia într-un cuptor fierbinte timp de câteva ore. Notă de siguranță: balonul va fi foarte fierbinte! Folosiți mănuși groase pentru a manevra sticla fierbinte.

6. Introduceți imediat un sept de cauciuc (Fig. 8, a) în îmbinarea de sticlă măcinată. Pliați o parte a septului peste buza balonului și mențineți-l în poziție în timp ce pliați și părțile opuse (Fig. 8, b-d). Acest lucru poate fi dificil de realizat cu mănuși groase. O alternativă este să țineți flaconul lipit de corp cu mănușile groase și să pliați clapele septului în timp ce vă folosiți mâinile goale (sau mănuși mai subțiri, Fig. 9, a+b).

7. Fixați imediat balonul de reacție pe un suport inelar sau pe un grilaj folosind o clemă extensibilă și introduceți acul balonului cu gaz inert în cercul interior de pe sept (Fig. 9 c, vezi Fig. 8 d pentru cercul de pe sept).

8. Introduceți un singur ac în cercul de pe sept (numit "ac de ieșire") pentru a "evacua" aerul din balonul de reacție (fig. 9 d). Scopul este de a utiliza presiunea din balon pentru a forța gazul inert să intre în balonul de reacție și a deplasa aerul din balon prin acul de ieșire.

9. Se lasă sistemul să se clătească timp de cel puțin 5 minute dacă se utilizează azot gazos și poate 1-2 minute dacă se utilizează argon gazos (argonul este mai dens decât aerul, deci va deplasa aerul mai ușor decât azotul). Apoi îndepărtați acul de ieșire și permiteți flaconului să se răcească complet sub balonul de gaz inert.

Spoiler: Fig.9

a+b) Mod alternativ de a ține un balon fierbinte și de a fixa septul de cauciuc, c) Clătirea unui balon de reacție cu un balon de gaz, d) Prim plan al "acului de ieșire".

10. Dacă este necesară o masă a balonului gol, scoateți balonul cu gaz inert (introduceți acul într-un dop de cauciuc) și obțineți masa balonului rece, gol, cu septum.

Spoiler: Fig.10

a) Înșurubarea acului pe capul seringii, b) Învelirea articulației cu Parafilm, c) Introducerea acului într-un balon umplut cu gaz inert, d) Retragerea gazului inert pentru spălarea seringii.

10. Pregătirea seringii pentru transferul reactivului
11. Scoateți un ac lung și flexibil dintr-un cuptor încins și înșurubați-l imediat în țeava unei seringi de plastic, proaspăt desfăcută din ambalaj (Fig.10 a). Seringa trebuie să poată conține un volum mai mare decât volumul de reactiv pe care se intenționează să îl livreze pentru a avea suficientă flexibilitate pentru a manipula corect reactivul. De exemplu, o seringă de 10 ml este prea mică pentru a furniza 10 ml de reactiv, dar ar putea fi utilizată pentru a furniza 7 ml de reactiv. Țineți seringa astfel încât marcajele de volum să fie vizibile și conectați acul îndoit îndreptat în sus, astfel încât, atunci când este înșurubat (ceea ce în mod normal necesită aproximativ o jumătate de rotație), acul îndoit să fie îndreptat în jos, cu numerele vizibile. Prin această abordare, marcajele de volum pot fi văzute în timp ce se extrage lichidul, în loc să se afle în mod incomod pe partea din spate a seringii (ca în Fig.10 d). Seringile din sticlă sunt adesea utilizate cu reactivi sensibili la aer dizolvați în solvenți nepolari (de exemplu, hexani) și necesită unele considerații suplimentare care nu sunt descrise în această secțiune. Consultați instructorul pentru instrucțiuni suplimentare dacă urmează să utilizați o seringă de sticlă.

12. Înfășurați îmbinarea dintre ac și seringă cu bandă de teflon sau Parafilm (Fig.10 b).

13. Spălați acul cu gaz inert: Introduceți acul în septul unui balon gol și uscat atașat la un balon de gaz inert (Fig.10 c), extrageți un volum complet de gaz inert (Fig.10 d), apoi expulzați-l în aer.

14. Introduceți imediat seringa înroșită în septul balonului de reactivi, dacă este în apropiere, sau într-un dop de cauciuc până când seringa urmează să fie utilizată.

Spoiler: Fig.11

a) Introducerea seringii spălate în reactivul sensibil la aer, b) Inevitabila bulă de gaz după extragere, c) Extragerea a ceva mai mult lichid decât este necesar, d) Reglarea la volumul corect.

Retrageți reactivul.

15. Un balon de gaz inert trebuie introdus în sticla de reactiv pentru a egaliza presiunile în timpul extragerii lichidului. De asemenea, trebuie utilizată o platformă (de exemplu, clemă inelară/plasă de sârmă) sub flaconul de reactiv dacă acesta este poziționat deasupra bancului, pentru a oferi sprijin în cazul în care flaconul alunecă din strânsoarea clemei.

16. Introduceți acul seringii spălate în septul reactivului sensibil la aer și în lichid (Fig.11 a).

17. Retrageți încet puțin lichid în seringă. Dacă pistonul este tras înapoi prea repede, presiunea scăzută din interiorul seringii poate determina aerul să se infiltreze prin îmbinarea dintre ac și seringă (prin sau în jurul benzii de teflon sau parafilmului).

18. Inevitabil, se va forma o bulă în seringă. Ținând seringa cu capul în jos și în poziție verticală (Fig.11 b), apăsați pe piston pentru a forța buzunarul de gaz să se întoarcă în sticlă.

19. Extrageți lent lichidul până la 1-2 ml mai mult decât volumul dorit (Fig.11 c), apoi, menținând seringa verticală, expulzați lichidul înapoi până la volumul dorit (Fig.11 d prezintă 2,0 ml de lichid). Extragerea mai mare decât volumul dorit la început vă permite să fiți siguri că nu există bule de gaz în ac și că ați măsurat un volum exact.

20. Acul ar trebui să fie plin cu reactivul sensibil la aer în acest moment, iar dacă ar fi scos din flacon, reactivul ar intra în contact cu atmosfera la vârful acului. Acest lucru poate avea consecințe dezastruoase dacă reactivul este destul de reactiv (fum sau potențial de incendiu). Notă de siguranță: Prin urmare, este esențial ca un "tampon" de gaz inert (Fig.13) să fie plasat între reactivul sensibil la aer și atmosferă înainte de a scoate acul.

Spoiler: Fig.12

a) Spațiul de cap al unui flacon, b) Introducerea acului în spațiul de cap al flaconului de reactiv, c) tampon de gaz inert în seringă, d) Plasarea vârfului acului într-un dop de cauciuc pentru transport.

21. Pentru a crea "tamponul de gaz inert".

a. Introduceți acul în spațiul de cap al flaconului de reactivi (Fig.12 a+b).

b. Ținând seringa cu capul în jos și în poziție verticală, trageți ușor înapoi de piston până când se observă o bulă în cilindru (aproximativ 20% din capacitatea seringii, Fig.12 c). Introduceți imediat seringa în septul balonului de reacție, dacă este în apropiere, sau într-un dop de cauciuc, dacă balonul este la distanță (Fig.12 d).

Spoiler: Fig.13 Seringi pentru lucrări în atmosferă inertă

Furnizați reactivul.
22. Cu un balon de gaz inert introdus în balonul de reacție, introduceți seringa cu reactiv în septul balonului de reacție. Păstrând seringa verticală, apăsați pe piston pentru a livra mai întâi tamponul de gaz inert (Fig.14 a), apoi livrați încet reactivul în balon.

23. Opriți livrarea reactivului atunci când pistonul de cauciuc al seringii întâlnește capătul cilindrului (Fig.14 b). Nu răsturnați seringa și nu împingeți lichidul rezidual: acest lucru ar duce la livrarea unui volum de reactiv mai mare decât cel măsurat de seringă.

24. Acul va fi încă plin de reactiv sensibil la aer, astfel încât, cu vârful acului încă în spațiul de cap al balonului de reacție, se extrage un tampon de gaz inert în seringă. Introduceți vârful acului într-un dop de cauciuc dacă stația de curățare nu este în apropiere.

Spoiler: Fig.14

a) Introducerea seringii în balonul de reactivi, b) Livrarea lichidului, c) Clătirea acului și a seringii.

Curățați acul și seringa.
25. Seringa și acul trebuie curățate cât mai curând posibil, deoarece în timp se pot forma depuneri în ac, creând un dop. Pentru a curăța seringa și acul.

a. Retrageți în seringă câțiva ml de solvent curat, similar solventului utilizat în soluția sensibilă la aer (Fig.14 c). De exemplu, imaginile din această secțiune prezintă transferul unui reactiv BH3 dizolvat în THF. Un solvent ideal pentru clătire ar fi atunci THF. Deoarece THF nu a fost disponibil, eterul de dietil a fost un bun înlocuitor, deoarece cei doi solvenți sunt asemănători din punct de vedere structural (ambii sunt eteri).

b. Expulzați solventul într-un pahar pentru deșeuri. Se repetă cu o altă clătire cu solvent, asigurându-se că se clătește întreaga zonă din seringă în care a fost atins reactivul.

c. Clătiți seringa o dată cu apă pentru a dizolva și elimina orice săruri anorganice.

d. În continuare, clătiți seringa și acul de două ori cu câțiva ml de acetonă.

e. Scoateți acul din seringă și păstrați-l pentru utilizare ulterioară. Seringa de plastic nu trebuie reutilizată, ci aruncată: solventul prezent în multe soluții sensibile la aer degradează pistonul de cauciuc al seringii, făcându-l să se umfle și să fie ineficient după o utilizare.

Ace de seringă și canule.
Acele de seringă Luer Lock din oțel inoxidabil sunt disponibile în diferite lungimi și diametre. Lungimea acului de care veți avea nevoie depinde de dimensiunea recipientului din care doriți să extrageți lichidul; diametrul necesar depinde de dimensiunea seringii - nu trebuie să utilizați un ac cu diametru mare cu o seringă cu volum mic - și de vâscozitatea soluției sau a lichidului. Diametrul acului este exprimat în "gauge": cu cât gauge-ul este mai mare, cu atât diametrul acului este mai îngust. Pentru majoritatea lucrărilor în atmosferă inertă, ar trebui să utilizați un ac cu vârf "non-coring" sau "deflector" (Fig. 15), care asigură că o bucată din sept nu este prinsă în ac atunci când îl împingeți.

Spoiler: Fig. 15 Transfer de reactivi sensibili la aer utilizând tehnica acului cu două capete și Fig.16 Ac cu vârf non-coring pentru străpungerea septurilor

Canulele sunt ace lungi, flexibile, cu două capete, fabricate din oțel inoxidabil sau din materiale plastice inerte, care sunt utilizate pentru a transfera volume mari de reactivi sau solvenți dintr-un recipient în altul sub presiunea unui gaz inert (fig. 16).

Spoiler: Fig. 17 Transferarea unui reactiv sensibil la aer într-o pâlnie de picurare cu egalizare a presiunii

Rezumat

Multe setări experimentale sunt posibile cu baloane cu trei gâturi și sticlărie cu un robinet sau un conector suplimentar pentru a oferi o intrare pentru gazul inert și acces la vid pentru ciclul de evacuare și reumplere. Solidele, indiferent dacă sunt sensibile la aer sau stabile la aer, trebuie adăugate la începutul reacției, dacă este posibil. Adăugarea solidelor la jumătatea reacției este mai dificilă, dar se poate face cu ajutorul unei pâlnii sau al unui tub pentru adăugarea solidelor. Lichidele se adaugă cu ajutorul unei seringi dacă cantitatea este mai mică de 50 ml sau prin intermediul unei canule dacă este necesară o cantitate mai mare de 50 ml.

Distilarea dinamică fără aer

Distilarea dinamică în vid fără aer este utilizată în mod curent pentru purificarea lichidelor cu punct de fierbere ridicat (> 150 °C), a substanțelor sensibile la aer și a unor solide cu punct de topire scăzut. Această metodă este potrivită pentru reactivii disponibili în comerț sau pentru compușii preparați pe scară largă în laborator, în care impuritățile (adesea cunoscute) nu sunt volatile și rămân astfel în urmă după distilare.

Fig.18

Proceduri pas cu pas

Etapa 1: Materialul impur este transferat într-un balon Schlenk adecvat, echipat cu o bară de agitare magnetică. Pentru reactivii disponibili în comerț care urmează să fie purificați în vrac, aceștia pot fi adăugați la un balon Schlenk (care a fost deja conectat ciclic la conducta de gaz inert) sub un flux de gaz inert. Pentru compușii preparați "in-house", materialul brut va rămâne de obicei în balonul Schlenk după îndepărtarea solventului și a substanțelor volatile în vid.

Spoiler: Fig.19 Material brut într-un balon Schlenk

Pasul 2: Un balon Schlenk, o punte de distilare și un capac Schlenk sunt unse, asamblate și ciclate pe conducta de gaz inert. Notă: Stilul de punte de distilare (monobloc) ilustrat este conceput special pentru purificarea lichidelor cu punct de fierbere ridicat sub vid ridicat. Acesta diferă de o configurație tipică de distilare cu un cap de distilare, un adaptor pentru termometru și un condensator răcit cu apă.

Spoiler: Fig.20 Balon Schlenk cu punte de distilare

Etapa 3: După ce balonul Schlenk receptor și puntea de distilare au fost introduse ciclic pe conductă și umplute cu gaz inert, acestea sunt conectate la balonul Schlenk care conține materia brută. Acest lucru poate necesita o scurtă mână de ajutor pentru a îndepărta clemele și dopurile. Asigurați-vă că gazul inert curge în ambele flacoane în timpul acestui proces pentru a minimiza expunerea la aerul atmosferic și umiditate.

Spoiler: Fig.21 Baloane Schlenk de distilare și de primire conectate cu un pod

Pasul 4: Se închid robinetele ambelor baloane Schlenk și balonul de distilare se coboară într-o manta de încălzire adecvată sau într-o baie de ulei. În timp ce se agită, robinetul de închidere al balonului Schlenk de primire se deschide încet și cu grijă la vid. Aceasta servește la degazarea materialului brut și la eliminarea oricărui solvent rezidual sau a impurităților volatile. Notă: Materialul în vrac trebuie să aibă un punct de fierbere suficient de ridicat, astfel încât să nu se evapore la temperatura ambiantă în timp ce se află sub vid. Se poate utiliza o capcană externă de azot lichid între balonul de recepție și conducta de gaz inert pentru a condensa orice compuși volatili.

Spoiler: Fig.22 Reducerea lentă a presiunii în instalația de distilare

Pasul 5: Odată ce un vid bun (adică o presiune scăzută) a fost stabilit în cadrul instalației de distilare, iar materia brută este complet degazată, temperatura pe mantaua de încălzire poate fi crescută încet. Deoarece materia brută nu se evaporă la temperatura ambiantă, o baie de gheață este, în general, suficientă pentru a răci balonul de primire și pentru a condensa distilatul; cu toate acestea, se poate utiliza și un dewar de azot lichid. În timpul distilării, poate fi necesar să se izoleze balonul și o parte a punții cu folie de aluminiu sau să se încălzească pentru scurt timp sticlăria cu un tun termic.

Spoiler: Fig.23 Încălzirea materialului brut sub vid dinamic

Etapa 6: După ce distilarea este completă, se închide robinetul de la balonul de primire. Mantaua de încălzire este coborâtă pentru a permite flaconului de distilare să se răcească la temperatura ambiantă, iar baia de răcire este îndepărtată de flaconul de primire pentru a-i permite acestuia să se dezghețe sau să se încălzească la temperatura ambiantă.

Spoiler: Fig.24 Aducerea aparatului de distilare la temperatura camerei

Etapa 7: Când aparatul de distilare este la temperatura camerei, sistemul se umple încet cu gaz inert. În cazul în care s-a utilizat o capcană externă, este necesar să se deconecteze mai întâi aceasta și să se cicleze flaconul de primire înapoi pe conducta de gaz inert.

Spoiler: Fig.25 Umplerea înapoi a aparatului de distilare cu gaz inert

Pasul 8: Sub un flux de gaz inert, puntea de distilare poate fi îndepărtată din balonul receptor și înlocuită cu un dop de sticlă măcinată curat și uns. Materialul purificat poate fi acum transferat într-o fiolă adecvată pentru depozitare prin transfer cu canulă sau utilizat direct pentru manipulări ulterioare.

Indicații și sfaturi.

• Se poate calcula o temperatură aproximativă de distilare folosind punctul de fierbere cunoscut al compusului (la presiunea ambiantă) și presiunea din conducta de gaz inert (dacă se utilizează un manometru).
• Pentru amestecurile complexe de specii care urmează să fie separate prin distilare în vid, este necesară, în general, o instalație mai elaborată care conține o coloană Vigreux, un adaptor pentru termometru și un receptor "pig" (receptori de tip păianjen sau vacă) pentru a colecta fracții multiple.

 

[ACAB]

Aș fi interesat să știu de unde provine gazul inert? Îl pot produce, trebuie să îl cumpăr într-o sticlă de gaz?

 

[MadHatter]

I
Cumpăr gaz inert de la un magazin de hardware bine aprovizionat. Tuburile de gaz argon pot fi cumpărate de obicei din orice magazin cu echipamente de sudură, 1 L costă aproximativ 25 de euro unde locuiesc eu. O altă alternativă sunt tuburile de gaz pentru păstrarea vinului, cum ar fi THIS (Ebay, clearnet). Eu folosesc unul dintre acestea pentru a elimina aerul din sticlele de depozitare cu substanțe chimice care sunt predispuse la degradare prin aer, cum ar fi antranilatul.

 

[G.Patton]

Recomand utilizarea azotului din cauza prețului scăzut și a acelorași proprietăți

 

[ACAB]

Da, ok, thx, aș fi putut să mă gândesc la asta singur, m-am uitat doar la furnizorii mari cu sticle cu presiune de gaz 200 300 bar de la 10L care apoi costă mult peste 100€ și aveți această masă mare de sticlă de oțel.

Aceste sticle de 1L au nevoie de o altă supapă de reducere a presiunii la fel ca cele mari sau cum funcționează extracția gazelor?
Am găsit și azot, dar prețul este aproape la fel și aici la magazinele locale am doar argon, deoarece azotul este pentru produse alimentare este mai greu de găsit. Dar sunt ambele gaze inerte deci nu va fi nici o diferență în utilizare.

 

[MadHatter]

Da, sticlele de argon de 1 L pe care le găsesc la magazinul de hardware au nevoie de o supapă, dar aceasta este o cheltuială unică, iar supapa poate fi transferată între recipiente. Costul este de asemenea de 25 de euro aprox.

Aceasta este și experiența mea. Argonul este mult mai disponibil OTC, iar dacă nu''trebuie să vă faceți griji cu privire la problema economiei la scară largă, asta îl face cea mai bună alegere.
Dar dacă aveți niște sfaturi bune pentru azot OTC @G.Patton, vă rog să le împărtășiți!