Inledning.
Noggrannt torra eller syrefria förhållanden är ibland nödvändiga när man använder reagenser som reagerar med vatten eller syre i luften. För att använda dessa reagenser på ett säkert och effektivt sätt ska glasvaror torkas i ugn eller med flamma, och sedan ska luften ersättas med en torr, inert gas (ofta kväve eller argon). Detta skapar en "inert atmosfär" inuti en apparat, enatmosfär som inte reagerar med reagensen.
Upprätta enreaktion.
Varje reaktion kräver tillsats av flera reagenser, ofta i en föreskriven ordning. När man utför en luftkänslig reaktion krävs det noggrannhet och skicklighet för att tillsätta reagenserna utan att föra in luft eller fukt i systemet. Hur varje reagens ska tillsättas beror på reaktionens art. Reaktioner kan vara luftkänsliga när det gäller reagenser, t.ex. n-BuLi eller Grignardreagenser, eller så kan det vara så att endast produkten av reaktionen är luftkänslig, t.ex. ett metallorganiskt komplex.
Om reaktionen måste utföras i en inert atmosfär, fyll först en tom apparat med en inert gas. Tillsätt sedan (snabbt!) Lösningsmedel och reagenser, spola kolven med en inert gas, kyl (om det är nödvändigt). Reaktionen utförs under ett minimalt buffertövertryck av en inert gas. Övertrycket skapas av en kort (flera mm) kolonn av inert vätska som hälls i en vätskesluss vid utloppet av denna anordning. Syntesen utförs genom att noggrant följa proceduren, bibehålla kylnings- (uppvärmnings-) läget och tillsatshastigheten för reagensen. I fig. 1 visas en apparat för utförande av syntes i en inert atmosfär med kylning med temperaturkontroll. Den resulterande blandningen bearbetas i strikt överensstämmelse med förfarandet i slutet av syntesen. Den enklaste metoden för att isolera målföreningen är filtrering. I vissa fall är det möjligt att isolera en ren produkt genom destillation (ångdestillation) direkt från reaktionsblandningen. I andra fall är det första steget i behandlingen av reaktionsblandningar släckning av reaktiva reagenser och mellanprodukter (vatten, lösningar av syror eller baser), neutralisering av sura eller alkaliska katalysatorer, separation av olösliga föreningar genom filtrering, extraktion av produkten från den oorganiska eller vattenfasen och dess koncentration. I detta fall används främst extraktion.
Om reaktionen måste utföras i en inert atmosfär, fyll först en tom apparat med en inert gas. Tillsätt sedan (snabbt!) Lösningsmedel och reagenser, spola kolven med en inert gas, kyl (om det är nödvändigt). Reaktionen utförs under ett minimalt buffertövertryck av en inert gas. Övertrycket skapas av en kort (flera mm) kolonn av inert vätska som hälls i en vätskesluss vid utloppet av denna anordning. Syntesen utförs genom att noggrant följa proceduren, bibehålla kylnings- (uppvärmnings-) läget och tillsatshastigheten för reagensen. I fig. 1 visas en apparat för utförande av syntes i en inert atmosfär med kylning med temperaturkontroll. Den resulterande blandningen bearbetas i strikt överensstämmelse med förfarandet i slutet av syntesen. Den enklaste metoden för att isolera målföreningen är filtrering. I vissa fall är det möjligt att isolera en ren produkt genom destillation (ångdestillation) direkt från reaktionsblandningen. I andra fall är det första steget i behandlingen av reaktionsblandningar släckning av reaktiva reagenser och mellanprodukter (vatten, lösningar av syror eller baser), neutralisering av sura eller alkaliska katalysatorer, separation av olösliga föreningar genom filtrering, extraktion av produkten från den oorganiska eller vattenfasen och dess koncentration. I detta fall används främst extraktion.
Fig. 1
Experimentella uppställningar.
Reaktionerna ställs upp på samma sätt som icke luftkänsliga reaktioner, men med antingen en trehalsad kolv eller en Schlenk-kolv i stället för den traditionella rundbottnade kolven. Schlenk-kolvar har en kran för att ansluta apparaten till inertgasledningen och kontrollera tillgången till inertgas, medan en trehalsad kolv kräver en extra adapter för detta ändamål. Det enklaste sättet att förbereda en reaktion är att först montera ihop alla glasartiklar och sedan använda evakuerings- och återfyllningscykeln för att säkerställa en inert atmosfär innan reagensen tillsätts. Det är dock möjligt att fylla varje del med utrustning separat och montera ihop satsen med ett positivt flöde av inert gas från varje del av glasvaran, dvs. det finns tillräckligt med gasflöde in i apparaten för att en stadig ström ska avges när en propp tas bort, till exempel. Detta är mer tidskrävande, men kan vara en användbar teknik om du behöver lägga till eller ta bort en del av glasvaran mitt under ett experiment (se nedan). Typiska reaktionsuppställningar visas i fig. 2.
Fig.
A) Basisk reaktion vid rumstemperatur under omrörning; B) Reaktion vid rumstemperatur med additionstratt; C) Uppvärmning vid återflöde under omrörning; D) Uppvärmning vid återflöde med en additionstratt..
En annan skillnad jämfört med luftstabil kemi är att alla skarvar i det slipade glaset måste smörjas för att säkerställa en lufttät tätning och förhindra kontaminering av t.ex. O2. I laboratorier för organisk kemi rekommenderas det ofta att inte smörja fogarna, eftersom fett kan komma in i reaktionsblandningen och förorena reaktionen och spektrumen. Av liknande skäl bör fogar inte överfettas när man arbetar med luftkänslig kemi. Ett tunt lager fett som appliceras jämnt är bättre än ett tjockt lager som sipprar ut från toppen och botten av fogen. För att få ett tunt lager, applicera två ränder fett på motsatta sidor av hanskarven på ett glas, för in i halsen eller honskarven och rotera de två delarna försiktigt för att fördela fettet jämnt (fig.3). Det ska finnas en klar, kontinuerlig film mellan ytorna på skarven.
på en fog
Ibland kan det vara nödvändigt att lägga till eller ta bort ett glasföremål, t.ex. en tillsättningstratt, under reaktionens gång. För att lägga till ett glasföremål ska du se till att det är rent och torrt från rengöringsmedel eller vatten och att alla fogar är smorda. Anslut den till inertgasledningen och fyll den. Se till att det finns två positiva flöden av inert gas, dvs. att gasen strömmar ut ur kärlet: ett flöde kommer från reaktionskärlet och det andra från glasvaran som ska fästas. När det finns ett jämnt flöde av inert gas från varje del av apparaten kan proppen från reaktionskärlet tas bort och glasvaran sättas på plats. För att ta bort glasvaror under en reaktion, se till att det kommer ett positivt flöde av inert gas från reaktionskärlet innan du tar bort glasvarorna och ersätter dem med en propp eller ett lock.
Smörjning av fogar.
Skarvar av slipat glas är tillverkade för att passa ganska bra i varandra, men de är ändå inte helt lufttäta. I vissa situationer (t.ex. vid användning av reducerat tryck inuti en apparat eller inert atmosfär) måste fett appliceras på varje fog för att säkerställa en god tätning. Fett används också när skarven kan komma i kontakt med en starkt basisk lösning, eftersom basiska lösningar kan bilda natriumsilikater och etsa glas.
Fettet kan appliceras med en spruta full med fett (fig. 4 a), en träbit eller en tandpetare. Fettet ska appliceras lätt i portioner runt hanskarven, närmare glasänden än den ände som kommer i kontakt med reagenserna (fig. 4 a). Om det finns fett nära den ände som kommer i kontakt med reagensen finns det risk för att reagensen löser upp fettet och blir kontaminerad. Honskarven ska sedan anslutas och skarvarna vridas så att fettet sprids i ett tunt lager. Fogen ska bli genomskinlig hela vägen runt fogen, men bara till ett djup av en tredjedel till hälften av fogen (fig. 4 b). Om hela fogen blir genomskinlig eller om man ser att fett rinner ut ur fogen har för mycket fett använts (fig.4 c). Överflödigt fett ska torkas bort med en KimWipe (en sådan används i fig. 5).
Fettet kan appliceras med en spruta full med fett (fig. 4 a), en träbit eller en tandpetare. Fettet ska appliceras lätt i portioner runt hanskarven, närmare glasänden än den ände som kommer i kontakt med reagenserna (fig. 4 a). Om det finns fett nära den ände som kommer i kontakt med reagensen finns det risk för att reagensen löser upp fettet och blir kontaminerad. Honskarven ska sedan anslutas och skarvarna vridas så att fettet sprids i ett tunt lager. Fogen ska bli genomskinlig hela vägen runt fogen, men bara till ett djup av en tredjedel till hälften av fogen (fig. 4 b). Om hela fogen blir genomskinlig eller om man ser att fett rinner ut ur fogen har för mycket fett använts (fig.4 c). Överflödigt fett ska torkas bort med en KimWipe (en sådan används i fig. 5).
Fig.
a) Applicering av fett med spruta, b) Korrekt smord fog, c) För mycket fett i fogen, vilket indikeras med en pil.För att avlägsna fett från en fog efter avslutad process, torka bort det mesta av fettet med en pappershandduk eller KimWipe. Fukta sedan en KimWipe med lite kolvätelösningsmedel och gnugga den fuktade KimWipe på fogen för att lösa upp fettet (fig. 5). Kolvätelösningsmedel (t.ex. hexan) fungerar mycket bättre än aceton för att lösa upp kvarvarande fett.
.
Tillsats avluftstabila fasta ämnen i början av en reaktion.
Ett fast ämne kan tillsättas i vilket skede som helst av reaktionen, men om det är möjligt bör du tillsätta alla fasta ämnen i reaktionskolven först eftersom det blir svårare att manipulera när en vätska har tillsatts. Om det fasta ämnet är luftstabilt kan det tillsättas direkt i kolven i början av reaktionen, enligt beskrivningen nedan.
Så här tillsätter du luftstabila fasta ämnen i början av en reaktion.
Så här tillsätter du luftstabila fasta ämnen i början av en reaktion.
- Väg upp den fasta substansen och tillsätt den i en ren och torr Schlenk-kolv eller en trehalsad rundbottnad kolv, beroende på vilken reaktion som ska utföras.
- Stoppa kolven med en smord, slipad glaspropp.
- Anslut kolven till inertgasledningen.
- Öppna försiktigt kolven till ledningen och se till att det fasta ämnet/pulvret inte blåses ut. Detta skulle resultera i att det finns mindre reagens i reaktionen än vad som ursprungligen beräknades.
- Se till att kolven är fylld med inert gas och öppen mot ledningen så att det finns ett positivt gasflöde innan du tillsätter något annat.
Tillsats avluftkänsligt fast ämne i början av en reaktion.
Det bästa sättet att tillsätta ett luftkänsligt fast ämne som första reagens är att använda en balans i en handskbox för att väga ut det fasta ämnet och lägga det i kolven, allt under en inert atmosfär. Många luftkänsliga fasta ämnen förvaras permanent i en handskbox.
Tillsats av fasta ämnenmitt i en reaktion.
Så här tillsätter du ett luftstabilt fast ämne.
- Väg upp erforderlig mängd av det fasta ämnet i en vial eller vägningsbåt.
- Se till att det finns ett positivt flöde av inert gas in i reaktionskärlet. Se till att kärlet är öppet mot inertgasledningen och att 2-3 bubblor per sekund strömmar genom bubblaren.
- Ta bort proppen från reaktionskärlet.
- Placera en pulvertratt i den öppna halsen. Detta förhindrar att det fasta ämnet fastnar i den smorda halsen när det tillsätts. Om du inte har någon pulvertratt fungerar det lika bra med en pappersbit som böjs till en kon - se bara till att änden är lägre än halsens botten.
- Häll försiktigt in det fasta ämnet i reaktionen via tratten. Det positiva flödet av inert gas ut ur kolven kan leda till att en del av det fasta ämnet, särskilt om det är ett pulver, går förlorat om hålet blockeras, så tillsätt det fasta ämnet långsamt och i små portioner om du tillsätter mycket pulver. Se till att inte andas in luftburet pulver. Alternativt kan du hålla tratten så att skarven är inuti kolvens hals, men att det finns ett mellanrum mellan skarven och halsen. På så sätt får den inerta gasen utrymme att strömma ut utan att blåsa genom tratten och sprida pulvret överallt. Problemet med den här metoden är att det är större risk att pulvret fastnar på den smorda kolvhalsen.
- Ta bort tratten och sätt tillbaka proppen när allt fast ämne har tillsatts.
Så här tillsätter du ettluftkänsligt fast ämne
Luftkänsliga fasta ämnen ska tillsättas i en handskbox enligt beskrivningen ovan. För vissa reaktioner är det dock inte möjligt att flytta hela apparaten eller reaktionskärlet till handskboxen, t.ex. vid tillsatser med varierande temperatur. Om detta är fallet finns det två möjliga tillvägagångssätt: A) använda ett rör för tillsats av fast ämne och B) lösa upp det fasta ämnet för tillsats som en lösning.
A) Rör för tillsats av fast ämne
Ett fast tillsatsrör är en enkel glasbit som liknar ett provrör, men har en böjning och en slipad glasskarv som är lämplig att placera i halsen på ett reaktionskärl (fig. 13). Vissa har en Schlenk- eller Youngskran för att möjliggöra kontroll av den inre atmosfären och gasflödet. Den luftkänsliga föreningen placeras i röret i en handskbox (se ovan) och röret försluts med ett lock eller en propp beroende på typ av skarv (fig. 6, A). Väl utanför handskboxen ansluts röret till inertgasledningen enligt standardproceduren. Locket avlägsnas under ett positivt flöde av inert gas och röret förs in i kolvens hals, också under ett positivt flöde av inert gas (fig. 6, B). Röret kan sedan roteras eller knackas försiktigt för att få det fasta ämnet att falla ner i reaktionskärlet. Om du använder ett rör för tillsats av fasta ämnen utan kran kan en sekundär ström av inert gas införas med hjälp av den uppställning som visas i fig. 6, C. Detta ger en inert gastäcke under öppningen och fästningen av röret i kolven. Denna teknik är också användbar om du behöver öppna en ampull med luftkänsligt fast ämne.
A) Rör för tillsats av fast ämne
Ett fast tillsatsrör är en enkel glasbit som liknar ett provrör, men har en böjning och en slipad glasskarv som är lämplig att placera i halsen på ett reaktionskärl (fig. 13). Vissa har en Schlenk- eller Youngskran för att möjliggöra kontroll av den inre atmosfären och gasflödet. Den luftkänsliga föreningen placeras i röret i en handskbox (se ovan) och röret försluts med ett lock eller en propp beroende på typ av skarv (fig. 6, A). Väl utanför handskboxen ansluts röret till inertgasledningen enligt standardproceduren. Locket avlägsnas under ett positivt flöde av inert gas och röret förs in i kolvens hals, också under ett positivt flöde av inert gas (fig. 6, B). Röret kan sedan roteras eller knackas försiktigt för att få det fasta ämnet att falla ner i reaktionskärlet. Om du använder ett rör för tillsats av fasta ämnen utan kran kan en sekundär ström av inert gas införas med hjälp av den uppställning som visas i fig. 6, C. Detta ger en inert gastäcke under öppningen och fästningen av röret i kolven. Denna teknik är också användbar om du behöver öppna en ampull med luftkänsligt fast ämne.
B) Tillsats av ett luftkänsligt fast ämne som en lösning.
Det kanske enklaste och mest effektiva sättet att tillsätta ett luftkänsligt fast ämne är att väga upp det i en separat, ren och torr Schlenk-kolv under inert atmosfär och lösa upp det i ett lämpligt lösningsmedel. Den resulterande lösningen kan sedan tillsättas till reaktionsblandningen via en kanyl (se nedan).
Det kanske enklaste och mest effektiva sättet att tillsätta ett luftkänsligt fast ämne är att väga upp det i en separat, ren och torr Schlenk-kolv under inert atmosfär och lösa upp det i ett lämpligt lösningsmedel. Den resulterande lösningen kan sedan tillsättas till reaktionsblandningen via en kanyl (se nedan).
Tillsats avlösningsmedel och vätskor.
Vätskor kan enkelt överföras till eller från kärl som är anslutna till en inertgasledning och befinner sig i en inert atmosfär med antingen en spruta eller en dubbeländad nål av rostfritt stål, en s.k. kanyl. Vilket du använder beror på mängden och reaktiviteten hos den vätska som ska överföras och, i viss mån, på utformningen av den behållare som vätskan överförs från. Som en allmän regel kan upp till 50 ml överföras med en spruta, medan större mängder vanligtvis överförs med en kanyl.
Tekniker för sprutor.Många luftkänsliga kemikalier levereras som lösningar i kvävefyllda flaskor, som är förslutna med en septum, och små volymer (upp till 25 ml) av dessa lösningar överförs bäst till apparaten med hjälp av glassprutor. På samma sätt kan luftkänsliga vätskor tillsättas reaktionen med hjälp av en spruta.
* Observera: När du tar bort luftkänsliga reagenser från kvävefyllda flaskor måste du ersätta den borttagna vätskevolymen med inert gas (kväve) från en gasflaska eller ballong, via en nål, annars kommer luft (vatten, syre och koldioxid) att dras in i flaskan till följd av det vakuum du har skapat.
Sprutor.
Gastäta glassprutor med Luer-lås är den mest mångsidiga typen av sprutor och finns i flera olika storlekar. Luer-låset gör att den rostfria nålen kan låsas fast på sprutans ände så att det inte finns någon risk för att nålen faller av sprutan under överföringsprocessen (fig. 13). Det finns olika typer av sprutor, t.ex. sådana med kolvar (plungers) med Teflon® -spets, som är något dyrare. Innan du använder en spruta ska du alltid kontrollera att den fungerar genom att suga upp lite av det lösningsmedel som ska användas och se till att luft inte sugs in i sprutan, varken via Luer-låset eller genom ett mellanrum mellan sprutan och kolven. Om allt är korrekt tar du isär sprutan och nålen, torkar i en ugn vid 120 °C (inte om den är försedd med Teflon® -spets) och låter svalna i en exsickator. När du har överfört det luftkänsliga reagenset måste du omedelbart rengöra sprutan och nålen med lämplig metod, eftersom luft kommer att tränga in i nålen och sprutan och bryta ned reagenset, vilket kan leda till att sprutan fastnar eller att nålen blockeras.
* Observera: När du tar bort luftkänsliga reagenser från kvävefyllda flaskor måste du ersätta den borttagna vätskevolymen med inert gas (kväve) från en gasflaska eller ballong, via en nål, annars kommer luft (vatten, syre och koldioxid) att dras in i flaskan till följd av det vakuum du har skapat.
Sprutor.
Gastäta glassprutor med Luer-lås är den mest mångsidiga typen av sprutor och finns i flera olika storlekar. Luer-låset gör att den rostfria nålen kan låsas fast på sprutans ände så att det inte finns någon risk för att nålen faller av sprutan under överföringsprocessen (fig. 13). Det finns olika typer av sprutor, t.ex. sådana med kolvar (plungers) med Teflon® -spets, som är något dyrare. Innan du använder en spruta ska du alltid kontrollera att den fungerar genom att suga upp lite av det lösningsmedel som ska användas och se till att luft inte sugs in i sprutan, varken via Luer-låset eller genom ett mellanrum mellan sprutan och kolven. Om allt är korrekt tar du isär sprutan och nålen, torkar i en ugn vid 120 °C (inte om den är försedd med Teflon® -spets) och låter svalna i en exsickator. När du har överfört det luftkänsliga reagenset måste du omedelbart rengöra sprutan och nålen med lämplig metod, eftersom luft kommer att tränga in i nålen och sprutan och bryta ned reagenset, vilket kan leda till att sprutan fastnar eller att nålen blockeras.
Steg-för-steg-förfaranden.
I de tekniker som visas i detta avsnitt används ballonger med kvävgas för att skapa inerta atmosfäriska förhållanden i en rundkolv och sprutor för att överföra vätskor från torra reagensflaskor. Dessa tekniker kan enkelt anpassas för användning med ett gasgrenrör om sådant finns tillgängligt.
Förbereda en ballong med inert gas
1. Förbered ett nålfäste för en ballong: Skär av änden på en 1 ml plastspruta och sätt fast hylsan i en bit tjock gummislang. Fäst en ballong av heliumkvalitet på gummislangen och täta alla fogar med parafilm. Alternativt kan du fästa en ballong direkt på en 2-3 ml plastspruta.
2. Fyll ballongen genom att ansluta den till en slang på regulatorn till en tank med inert gas (kväve eller argon, fig. 7, a). Öppna gasregulatorn för att fylla ballongen till en diameter på mellan 7" - 8" (fig. 7, b). (För användning med mycket känsliga reagenser bör gasen först ledas genom en kolonn med torkmedel).
3. Håll ballongen nära kroppen och vrid ballongen för att förhindra att gasen läcker ut. Sätt sedan fast en grön nål (#21 gauge, 0,8 mm×25 mm ,säkerhetsanvisning: mycket vass!) ordentligt i änden av sprutan (fig. 7, c).
4. För att förhindra att gas läcker ut när ballongen vrids upp, sätt in nålen i en gummipropp (fig. 7, d). Ballongen kan nu läggas åt sidan medan andra delar av installationen förbereds.
1. Förbered ett nålfäste för en ballong: Skär av änden på en 1 ml plastspruta och sätt fast hylsan i en bit tjock gummislang. Fäst en ballong av heliumkvalitet på gummislangen och täta alla fogar med parafilm. Alternativt kan du fästa en ballong direkt på en 2-3 ml plastspruta.
2. Fyll ballongen genom att ansluta den till en slang på regulatorn till en tank med inert gas (kväve eller argon, fig. 7, a). Öppna gasregulatorn för att fylla ballongen till en diameter på mellan 7" - 8" (fig. 7, b). (För användning med mycket känsliga reagenser bör gasen först ledas genom en kolonn med torkmedel).
3. Håll ballongen nära kroppen och vrid ballongen för att förhindra att gasen läcker ut. Sätt sedan fast en grön nål (#21 gauge, 0,8 mm×25 mm ,säkerhetsanvisning: mycket vass!) ordentligt i änden av sprutan (fig. 7, c).
4. För att förhindra att gas läcker ut när ballongen vrids upp, sätt in nålen i en gummipropp (fig. 7, d). Ballongen kan nu läggas åt sidan medan andra delar av installationen förbereds.
Förbered reagensflaskan
5. Avlägsna ytvattnet från en reagenskolv (med eventuell omrörare) genom att antingen flamtorka kolven eller placera den i en varm ugn i flera timmar. Säkerhetsanmärkning: kolven kommer att vara mycket het! Använd tjocka handskar för att hantera det heta glaset.
6. Sätt genast in en gummiseptum (fig. 8, a) i den slipade glasfogen. Vik ena sidan av septumet över kolvens läpp och håll det på plats medan du viker de motsatta sidorna också (fig. 8, b-d). Detta kan vara svårt att göra med tjocka handskar. Ett alternativ är att hålla kolven mot kroppen med de tjocka handskarna och vika över septumflikarna med bara händerna (eller tunnare handskar, fig. 9, a+b).
7. Fäst omedelbart reaktionskolven på ett ringstativ eller ett gitter med hjälp av en förlängningsklämma och stick in inertgasballongens nål i den inre cirkeln på septumet (fig. 9 c, se fig. 8 d för cirkeln på septumet).
8. För in en enda nål i cirkeln på septumet (kallas "utgångsnål") för att "spola ut" luften ur reaktionskolven (fig. 9 d). Målet är att använda trycket från ballongen för att tvinga in inert gas i reaktionskolven och förflytta luften i kolven ut genom utgångsnålen.
9. Låt systemet spola i minst 5 minuter om du använder kvävgas och kanske 1-2 minuter om du använder argongas (argon är tätare än luft och kommer därför att tränga undan luften lättare än kvävgas). Ta sedan bort utloppsnålen och låt kolven svalna helt under ballongen av inert gas.
5. Avlägsna ytvattnet från en reagenskolv (med eventuell omrörare) genom att antingen flamtorka kolven eller placera den i en varm ugn i flera timmar. Säkerhetsanmärkning: kolven kommer att vara mycket het! Använd tjocka handskar för att hantera det heta glaset.
6. Sätt genast in en gummiseptum (fig. 8, a) i den slipade glasfogen. Vik ena sidan av septumet över kolvens läpp och håll det på plats medan du viker de motsatta sidorna också (fig. 8, b-d). Detta kan vara svårt att göra med tjocka handskar. Ett alternativ är att hålla kolven mot kroppen med de tjocka handskarna och vika över septumflikarna med bara händerna (eller tunnare handskar, fig. 9, a+b).
7. Fäst omedelbart reaktionskolven på ett ringstativ eller ett gitter med hjälp av en förlängningsklämma och stick in inertgasballongens nål i den inre cirkeln på septumet (fig. 9 c, se fig. 8 d för cirkeln på septumet).
8. För in en enda nål i cirkeln på septumet (kallas "utgångsnål") för att "spola ut" luften ur reaktionskolven (fig. 9 d). Målet är att använda trycket från ballongen för att tvinga in inert gas i reaktionskolven och förflytta luften i kolven ut genom utgångsnålen.
9. Låt systemet spola i minst 5 minuter om du använder kvävgas och kanske 1-2 minuter om du använder argongas (argon är tätare än luft och kommer därför att tränga undan luften lättare än kvävgas). Ta sedan bort utloppsnålen och låt kolven svalna helt under ballongen av inert gas.
10. Om du vill ha massan av den tomma kolven, ta bort inertgasballongen (sätt in nålen i en gummipropp) och få massan av den kalla, tomma kolven med septum.
Förbered sprutan för överföring av reagens
11. Ta ut en lång, böjlig nål ur en varm ugn och skruva omedelbart in den i pipan på en nyöppnad plastspruta (fig. 10 a). Sprutan måste kunna rymma en volym som är större än den volym reagens som ska levereras för att ha tillräcklig flexibilitet för att kunna manipulera reagenset på rätt sätt. En 10 ml-spruta är t.ex. för liten för att leverera 10 ml reagens, men kan användas för att leverera 7 ml reagens. Håll sprutan så att volymmärkningarna syns och anslut den böjda nålen uppåt, så att den böjda nålen pekar nedåt med siffrorna synliga när den skruvas på (vilket normalt kräver ungefär ett halvt varv). På så sätt kan man se volymmärkningarna när man drar ut vätska, istället för att de sitter på sprutans baksida (som i fig. 10 d). Glassprutor används ofta med luftkänsliga reagenser som är lösta i opolära lösningsmedel (t.ex. hexaner) och kräver ytterligare överväganden som inte beskrivs i detta avsnitt. Rådgör med din instruktör för ytterligare instruktioner om du ska använda en glasspruta.
12. Linda in skarven mellan nålen och sprutan med teflontejp eller parafilm (Fig.10 b).
13. Spola nålen med inert gas: Stick in nålen i skiljeväggen på en tom, torr kolv som är ansluten till en ballong med inert gas (fig. 10 c), dra ut en full volym inert gas (fig. 10 d) och släpp sedan ut den i luften.
14. Sätt omedelbart in den spolade sprutan i reagensflaskans septum om det finns i närheten, eller i en gummipropp tills sprutan ska användas.
11. Ta ut en lång, böjlig nål ur en varm ugn och skruva omedelbart in den i pipan på en nyöppnad plastspruta (fig. 10 a). Sprutan måste kunna rymma en volym som är större än den volym reagens som ska levereras för att ha tillräcklig flexibilitet för att kunna manipulera reagenset på rätt sätt. En 10 ml-spruta är t.ex. för liten för att leverera 10 ml reagens, men kan användas för att leverera 7 ml reagens. Håll sprutan så att volymmärkningarna syns och anslut den böjda nålen uppåt, så att den böjda nålen pekar nedåt med siffrorna synliga när den skruvas på (vilket normalt kräver ungefär ett halvt varv). På så sätt kan man se volymmärkningarna när man drar ut vätska, istället för att de sitter på sprutans baksida (som i fig. 10 d). Glassprutor används ofta med luftkänsliga reagenser som är lösta i opolära lösningsmedel (t.ex. hexaner) och kräver ytterligare överväganden som inte beskrivs i detta avsnitt. Rådgör med din instruktör för ytterligare instruktioner om du ska använda en glasspruta.
12. Linda in skarven mellan nålen och sprutan med teflontejp eller parafilm (Fig.10 b).
13. Spola nålen med inert gas: Stick in nålen i skiljeväggen på en tom, torr kolv som är ansluten till en ballong med inert gas (fig. 10 c), dra ut en full volym inert gas (fig. 10 d) och släpp sedan ut den i luften.
14. Sätt omedelbart in den spolade sprutan i reagensflaskans septum om det finns i närheten, eller i en gummipropp tills sprutan ska användas.
Dra ut reagenset.
15. En ballong med inert gas måste föras in i reagensflaskan för att utjämna trycket vid uttag av vätska. En plattform (t.ex. en ringklämma eller ett trådnät) bör också användas under reagensflaskan om den är placerad ovanför bänken, för att ge stöd om flaskan glider ur klämmans grepp.16. För in nålen på den spolade sprutan i septumet på det luftkänsliga reagenset och i vätskan (fig. 11 a).
17. Dra långsamt in lite vätska i sprutan. Om kolven dras tillbaka för snabbt kan det låga trycket i sprutan leda till att luft sipprar ut genom skarven mellan nålen och sprutan (genom eller runt teflontejpen eller parafilmen).
18. Det är oundvikligt att det bildas en bubbla i sprutan. Håll sprutan upp och ned och vertikalt (fig. 11 b) och tryck på kolven för att tvinga tillbaka gasfickan i flaskan.
19. Dra långsamt ut vätska till 1-2 ml större än önskad volym (fig. 11 c), håll sedan sprutan vertikal och tryck ut vätskan tillbaka till önskad volym (fig. 11 d visar 2,0 ml vätska). Genom att först dra ut mer än den önskade volymen kan du vara säker på att det inte finns några gasbubblor i nålen och att du har mätt en korrekt volym.
20. Nålen ska vara full av det luftkänsliga reagenset vid denna tidpunkt, och om den tas ur flaskan kommer reagenset i kontakt med atmosfären vid nålspetsen. Detta kan få katastrofala följder om reagenset är mycket reaktivt (rökning eller potentiell brand). Säkerhetsanmärkning: Det är därför viktigt att en "buffert" av inert gas (fig.13) placeras mellan det luftkänsliga reagenset och atmosfären innan nålen avlägsnas.
17. Dra långsamt in lite vätska i sprutan. Om kolven dras tillbaka för snabbt kan det låga trycket i sprutan leda till att luft sipprar ut genom skarven mellan nålen och sprutan (genom eller runt teflontejpen eller parafilmen).
18. Det är oundvikligt att det bildas en bubbla i sprutan. Håll sprutan upp och ned och vertikalt (fig. 11 b) och tryck på kolven för att tvinga tillbaka gasfickan i flaskan.
19. Dra långsamt ut vätska till 1-2 ml större än önskad volym (fig. 11 c), håll sedan sprutan vertikal och tryck ut vätskan tillbaka till önskad volym (fig. 11 d visar 2,0 ml vätska). Genom att först dra ut mer än den önskade volymen kan du vara säker på att det inte finns några gasbubblor i nålen och att du har mätt en korrekt volym.
20. Nålen ska vara full av det luftkänsliga reagenset vid denna tidpunkt, och om den tas ur flaskan kommer reagenset i kontakt med atmosfären vid nålspetsen. Detta kan få katastrofala följder om reagenset är mycket reaktivt (rökning eller potentiell brand). Säkerhetsanmärkning: Det är därför viktigt att en "buffert" av inert gas (fig.13) placeras mellan det luftkänsliga reagenset och atmosfären innan nålen avlägsnas.
Bild
a) Huvudutrymmet i en flaska, b) Nålen förs in i huvudutrymmet i reagensflaskan, c) Inertgasbuffert i sprutan, d) Nålspetsen placeras i en gummipropp för transport.21. För att skapa "inertgasbufferten".
a. Placera nålen i huvudutrymmet på reagensflaskan (fig. 12 a+b).
b. Håll sprutan upp och ner och vertikalt och dra försiktigt tillbaka kolven tills en bubbla syns i cylindern (ca 20 % av sprutans kapacitet, fig. 12 c). Sätt omedelbart in sprutan i reaktionskolvens septum om den är i närheten, eller i en gummipropp om kolven är en bit bort (fig. 12 d).
Fig.
Leverera reagenset.
22. Placera en ballong med inert gas i reaktionskolven och placera sprutan med reagens i reaktionskolvens septum. Håll sprutan lodrät och tryck på kolven för att först tillföra inertgasbufferten (fig. 14 a) och sedan långsamt tillföra reagens till kolven.
23. Sluta tillföra reagens när sprutans gummikolv når ändan på cylindern (fig. 14 b). Vänd inte på sprutan och tryck ut den kvarvarande vätskan: detta skulle leda till att en större volym reagens än vad som uppmätts av sprutan levereras.
24. Nålen kommer fortfarande att vara full av det luftkänsliga reagenset, så dra in en inertgasbuffert i sprutan med nålspetsen fortfarande i reaktionskolvens huvudutrymme. Sätt in nålspetsen i en gummipropp om rengöringsstationen inte finns i närheten.
22. Placera en ballong med inert gas i reaktionskolven och placera sprutan med reagens i reaktionskolvens septum. Håll sprutan lodrät och tryck på kolven för att först tillföra inertgasbufferten (fig. 14 a) och sedan långsamt tillföra reagens till kolven.
23. Sluta tillföra reagens när sprutans gummikolv når ändan på cylindern (fig. 14 b). Vänd inte på sprutan och tryck ut den kvarvarande vätskan: detta skulle leda till att en större volym reagens än vad som uppmätts av sprutan levereras.
24. Nålen kommer fortfarande att vara full av det luftkänsliga reagenset, så dra in en inertgasbuffert i sprutan med nålspetsen fortfarande i reaktionskolvens huvudutrymme. Sätt in nålspetsen i en gummipropp om rengöringsstationen inte finns i närheten.
Rengör nålen och sprutan.
25. Sprutan och nålen ska rengöras så snart som möjligt, eftersom det med tiden kan bildas avlagringar i nålen, vilket skapar en propp. För att rengöra sprutan och nålen.
25. Sprutan och nålen ska rengöras så snart som möjligt, eftersom det med tiden kan bildas avlagringar i nålen, vilket skapar en propp. För att rengöra sprutan och nålen.
a. Dra in några ml rent lösningsmedel i sprutan, liknande det lösningsmedel som används i den luftkänsliga lösningen (fig. 14 c). Bilderna i detta avsnitt visar t.ex. överföring av ett BH3-reagens upplöst i THF. Ett idealiskt lösningsmedel för sköljning skulle då vara THF. Eftersom THF inte fanns tillgängligt var dietyleter ett bra substitut eftersom de två lösningsmedlen är strukturellt lika (de är båda etrar).
b. Häll ut lösningsmedlet i en avfallsbägare. Upprepa med ytterligare en lösningsmedelssköljning och se till att skölja hela det område i sprutan där reagenset rörde sig.
c. Skölj sprutan en gång med vatten för att lösa upp och avlägsna eventuella oorganiska salter.
d. Skölj sedan sprutan och nålen två gånger med några ml aceton.
e. Ta bort nålen från sprutan och förvara den för framtida bruk. Plastsprutan ska inte återanvändas, utan istället kastas: lösningsmedel som finns i många luftkänsliga lösningar bryter ned gummikolven på sprutan, vilket gör att de sväller och blir ineffektiva efter en användning.
Sprutnålar och kanyler.
Luer lock-sprutnålar i rostfritt stål finns i olika längder och diametrar. Nålens längd beror på storleken på det kärl som vätskan ska dras upp ur, och diametern beror på sprutans storlek - man ska inte använda en nål med stor diameter i en spruta med liten volym - och lösningens eller vätskans viskositet. Nåldiametrar uttrycks i "gauge": ju högre gauge, desto smalare nåldiameter. För de flesta arbeten i inert atmosfär bör du använda en nål med en "non-coring" eller "deflecting" spets (fig. 15), som säkerställer att en bit av septumet inte fastnar i nålen när du trycker igenom den.
Luer lock-sprutnålar i rostfritt stål finns i olika längder och diametrar. Nålens längd beror på storleken på det kärl som vätskan ska dras upp ur, och diametern beror på sprutans storlek - man ska inte använda en nål med stor diameter i en spruta med liten volym - och lösningens eller vätskans viskositet. Nåldiametrar uttrycks i "gauge": ju högre gauge, desto smalare nåldiameter. För de flesta arbeten i inert atmosfär bör du använda en nål med en "non-coring" eller "deflecting" spets (fig. 15), som säkerställer att en bit av septumet inte fastnar i nålen när du trycker igenom den.
Fig.
Kanyler är långa, flexibla, dubbeländade nålar av rostfritt stål eller inert plast, som används för att överföra stora volymer reagens eller lösningsmedel från ett kärl till ett annat under tryck av inert gas (fig. 16).
Sammanfattning
Många experimentella uppställningar är möjliga med trehalsade kolvar och glasvaror med en extra kran eller anslutning för att ge ett inlopp för den inerta gasen och tillgång till vakuumet för evakuerings- och påfyllningscykeln. Fasta ämnen, oavsett om de är luftkänsliga eller luftstabila, bör om möjligt tillsättas i början av reaktionen. Det är svårare att tillsätta fasta ämnen mitt i reaktionen, men det kan göras med en tratt eller ett rör för tillsats av fasta ämnen. Vätskor tillsätts med en spruta om mängden är mindre än 50 ml eller via en kanyl om mer än 50 ml krävs.
Dynamisk luftfri destillation
Dynamisk luftfri vakuumdestillation används rutinmässigt för att rena högkokande vätskor (>150 °C), luftkänsliga ämnen och vissa lågsmältande fasta ämnen. Denna metod är väl lämpad för kommersiellt tillgängliga reagenser eller föreningar som framställs i stor skala i laboratoriet där de (ofta kända) föroreningarna inte är flyktiga och därför blir kvar efter destillationen.
Fig. 18
Förfaranden steg för steg
Steg 1: Det orena materialet överförs till en lämplig Schlenk-kolv försedd med en magnetomrörare. För kommersiellt tillgängliga reagenser som ska renas i bulk kan detta tillsättas till en Schlenk-kolv (som redan har cyklats till inertgasledningen) under ett flöde av inertgas. För "internt" framställda föreningar kommer råmaterialet vanligtvis att finnas kvar i Schlenk-kolven efter avlägsnande av lösningsmedel och flyktiga ämnen i vakuum.
Steg 2: En Schlenk-kolv, destillationsbrygga och Schlenk-lock smörjs, monteras och cyklas in på inertgasledningen. Obs: Den typ av destillationsbrygga (i ett stycke) som illustreras är speciellt utformad för att rena högkokande vätskor under högt vakuum. Detta skiljer sig från en typisk destillationsuppställning med ett destillationshuvud, termometeradapter och vattenkyld kondensor.
Steg 3: När den mottagande Schlenk-kolven och destillationsbryggan har cyklats in på linjen och återfyllts med inert gas, ansluts den till Schlenk-kolven som innehåller råmaterialet. Detta kan kräva en kort hjälpande hand för att ta bort clips och proppar. Se till att inert gas strömmar in i båda kolvarna under denna process för att minimera exponering för atmosfärisk luft och fukt.
Steg 4: Stoppkranarna på båda Schlenk-kolvarna stängs och destillationskolven sänks ned i en lämplig värmemantel eller oljebad. Under omrörning öppnas stoppkranen på den mottagande Schlenk-kolven långsamt och försiktigt till vakuum. Detta tjänar till att avgasa råmaterialet och avlägsna eventuella rester av lösningsmedel eller flyktiga föroreningar. Anmärkning: Bulkmaterialet skall vara tillräckligt högkokande så att det inte avdunstar vid rumstemperatur under vakuum. En extern fällare för flytande kväve kan användas mellan mottagningskolven och inertgasledningen för att kondensera eventuella flyktiga föreningar.
Steg 5: När ett bra vakuum (dvs. lågt tryck) har etablerats i destillationsanordningen och råmaterialet är helt avgasat kan temperaturen på värmemanteln långsamt ökas. Eftersom råmaterialet inte avdunstar vid omgivningstemperatur räcker det i allmänhet med ett isbad för att kyla mottagningskolven och kondensera destillatet, men en dewar med flytande kväve kan också användas. Under destillationen kan det vara nödvändigt att isolera kolven och en del av bron med aluminiumfolie eller att kortvarigt värma glaset med en värmepistol.
Steg 6: När destillationen är klar stängs stoppkranen på mottagningskolven. Värmemanteln sänks så att destillationskolven kan svalna till omgivningstemperatur och kylbadet tas bort från mottagningskolven så att den kan tina eller värmas till omgivningstemperatur.
Steg 7: När destillationsapparaten har uppnått rumstemperatur fylls systemet långsamt på med inert gas. Om en extern fälla har använts måste denna först kopplas bort och mottagningskolven sedan åter anslutas till inertgasledningen.
ert gas
Steg 8: Under ett flöde av inert gas kan destillationsbryggan tas bort från mottagningskolven och ersättas med en ren, smord glaspropp. Det renade materialet kan nu överföras till en lämplig ampull för förvaring via kanylöverföring, eller användas direkt för ytterligare manipulationer.
Tips och råd.
- En ungefärlig destillationstemperatur kan beräknas med hjälp av den kända kokpunkten för föreningen (vid omgivande tryck) och trycket i inertgasledningen (om en manometer används).
- För komplexa blandningar av arter som ska separeras genom vakuumdestillation krävs i allmänhet en mer detaljerad installation som innehåller en Vigreux-kolonn, en termometeradapter och en "pig"-mottagare (spindel- eller ko-mottagare) för att samla in flera fraktioner.
Last edited by a moderator:
