Методы рефлюкса и нагревания

Мы в телеграмм:

💡 Получите все необходимое вместе с Macondo. Стать членом сообщества можно через Macondo Synthesis или Macondo Shop (ссылка в шапке профиля).

У нас вы найдете:

🟢 Рецепты синтеза:🔹Мефедрон🔹A-PVP🔹МДМА🔹Амфетамин🔹Метамфетамин🔸Рецепты других веществ

🟠 Товары:🔹Реактивы и прекурсоры🔹Лабораторная посуда и оборудование🔹Конструкторы почтой🔹Конструкторы кладом

🟡 Услуги:🔹Консультации для новичков🔹Консультации для магазинов🔸 Справочник WIKI

🟣 Прочее:🔹 Правила🔹 Контакты

Введение

Около 80% реакций в органической лаборатории включают стадию, называемую кипячением с обратным холодильником. Вы используете реакционный растворитель, чтобы поддерживать материалы в растворенном состоянии и при постоянной температуре, кипятя растворитель, конденсируя его и возвращая в колбу. Метод рефлюкса также широко используется в синтезе наркотиков, таких как амфетамин и метамфетамин и другие фенилэтиламины, ЛСД, некоторые синтетические каннабиноиды, изомеризация КБД, МДМА и во многих других случаях. Этот метод довольно прост, но вы не должны недооценивать его опасность и соблюдать все меры предосторожности.

Обзор рефлюкса

Установка с обратным холодильником (рис. 1) позволяет жидкости кипеть и конденсироваться, при этом сконденсированная жидкость возвращается в исходную колбу. Установка с обратным холодильником аналогична дистилляционной, с основным отличием в вертикальном расположении конденсатора. Жидкость остается при температуре кипения растворителя (или раствора) во время активного кипячения.

Аппарат с обратным холодильником позволяет легко нагревать раствор, но без потери растворителя, которая произошла бы при нагревании в открытом сосуде. В установке с обратным холодильником пары растворителя улавливаются конденсатором, а концентрация реагентов остается постоянной на протяжении всего процесса. Основная цель кипячения раствора с обратным холодильником состоит в том, чтобы нагреть раствор контролируемым образом при постоянной температуре. Например, представьте, что вы хотите нагреть раствор до 60 ℃ в течение одного часа, чтобы провести химическую реакцию. Было бы трудно поддерживать теплую водяную баню при температуре 60 ℃ без специального оборудования, и это требовало бы регулярного контроля. Однако, если бы растворителем был метанол, раствор можно было бы нагреть до температуры кипения с обратным холодильником, и он поддерживал бы свою температуру без регулярного поддержания температуры кипения метанола (65 ℃). Истинный, 65 ℃ — это не 60 ℃, и если бы конкретная температура имела решающее значение для реакции, то потребовалось бы специальное нагревательное оборудование. Но часто температура кипения растворителя выбирается в качестве температуры реакции из-за ее практичности.​

Пошаговые процедуры

1. Перелейте раствор, подлежащий кипячению, в круглодонную колбу и закрепите ее на кольцевой подставке или решетке с помощью удлинительного зажима и небольшой резиновой прокладки (рис. 2). Флакон должен быть заполнен не более чем наполовину. На фигах по неизвестным причинам нет резиновых прокладок. Если вы используете высокотемпературное кипячение (> 150 ℃) или нагрев пламенем, их нельзя использовать.

2. Добавьте мешалку или несколько кипящих камней, чтобы избежать ударов. Кипящие камни не следует использовать при кипячении концентрированных растворов серной или фосфорной кислоты, так как они окрашивают раствор. Например, при использовании мешалки для предотвращения ударов концентрированной серной кислотой раствор остается бесцветным (рис. 2 б).Когда ту же реакцию проводят с помощью кипящего камня, раствор темнеет при нагревании (рис. 2 в) и в конечном итоге окрашивает весь раствор в глубокий пурпурно-коричневый цвет (рис. 2 г).

3. Поместите резиновые шланги на холодильник (сначала смочите концы, чтобы они могли скользить), затем прикрепите холодильник вертикально к круглодонной колбе. При использовании высокого конденсатора закрепите его на кольцевой стойке или решетке (рис. 3 а). Убедитесь, что холодильник плотно прилегает к колбе. Указание по технике безопасности: если детали не соединены должным образом и происходит утечка легковоспламеняющихся паров, они могут воспламениться от источника тепла. Не соединяйте круглодонную колбу и холодильник пластиковым хомутом, как показано на рис.3 с. Пластмассовые зажимы иногда могут выходить из строя (особенно при их нагреве), и такая установка не позволяет надежно снять колбу с источника тепла по окончании дефлегмации.

Примечание:

Чем выше температура кипения вашего растворителя (смеси растворителей), тем короче вам нужен обратный холодильник. И наоборот, если ваш растворитель кипит при низких температурах (эфир), используйте самый длинный обратный холодильник Либиха.

4. Подсоедините шланг на нижнем плече конденсатора к водопроводному крану и дайте шлангу на верхнем плече стечь в раковину (Рис. 3 b). Важно, чтобы вода попадала в нижнюю часть конденсатора и вытекала из верхней части (чтобы вода текла против силы тяжести), иначе конденсатор будет неэффективным, так как он не будет заполняться полностью.

5. Если несколько растворов будут подвергаться кипячению одновременно (например, если несколько студентов выполняют кипячение бок о бок), шланги от каждой установки кипячения можно соединить последовательно (рис. 4). Для этого верхний рукав «Установки А», который обычно сливается в раковину, вместо этого соединяется с нижним рукавом «Установки Б». Верхний рукав установки B затем сливается в раковину. Последовательное соединение аппаратов сводит к минимуму использование воды, так как вода, выходящая из одного конденсатора, поступает в следующий. Несколько установок орошения могут быть соединены последовательно, и необходимо контролировать поток воды, чтобы обеспечить адекватное охлаждение всех установок.

6. Начните циркулировать через шланги устойчивым потоком воды (не настолько сильным, чтобы шланг болтался из-за высокого давления воды). Еще раз проверьте, чтобы кусочки стеклянной посуды плотно прилегали друг к другу, затем поместите источник тепла под колбу. Включите мешалку, если используете мешалку.

a) При использовании колбонагревателя зафиксируйте его с помощью регулируемой платформы (например, проволочной сетки/кольцевого зажима). Оставьте несколько дюймов ниже колбы, чтобы после завершения реакции колбу можно было опустить и охладить колбу. Если колбонагреватель не соответствует размеру круглодонной колбы, окружите колбу песком, чтобы создать лучший контакт (рис. 5 а).

б) При использовании песчаной бани закопайте колбу в песок так, чтобы уровень песка был не ниже уровня жидкости в колбе (рис. 5 б).

c) Если в конечном итоге установка будет оставлена без присмотра в течение длительного периода времени (например, на ночь), затяните медную проволоку на креплениях шлангов к конденсатору, чтобы предотвратить их выскакивание из-за изменения давления воды.

7. Если источник тепла был предварительно нагрет (необязательно), раствор должен закипеть в течение пяти минут. Если этого не происходит, увеличьте скорость нагрева. Соответствующая скорость нагрева достигается, когда раствор сильно кипит и «кольцо обратного потока» видно примерно на одной трети пути вверх по конденсатору. «Обратное кольцо» — это верхняя граница активной конденсации горячих паров. В некоторых растворах (например, в водном растворе) кольцо флегмы четко видно по хорошо видимым каплям в холодильнике (рис. 6 а+б ). В других растворах (например, во многих органических растворителях) кольцо флегмы более тонкое, но его можно увидеть при внимательном наблюдении (рис. 6 c). В конденсоре может быть видно легкое движение, когда жидкость стекает по стенкам конденсора, или фоновые объекты могут казаться искаженными из-за преломления света через конденсирующуюся жидкость (на рис. 6 d искажен полюс кольцевой подставки).

8. Если вы следуете процедуре, в которой вы должны кипятить с обратным холодильником в течение определенного периода времени (например, «кипятить в течение одного часа»), период времени должен начинаться, когда раствор не просто кипит, но активно кипит в нижней трети холодильника.9. Нагрев следует уменьшить, если флегмовое кольцо поднимается до середины холодильника или выше, иначе пары могут выйти из колбы.10. После завершения кипячения выключите источник тепла и снимите колбу с огня, либо подняв кипящий аппарат вверх, либо опустив источник тепла вниз (рис. 7 а).

Не выключайте воду, протекающую через конденсатор, пока раствор не станет только теплым на ощупь. После нескольких минут охлаждения на воздухе круглодонную колбу можно погрузить в баню с водопроводной водой, чтобы ускорить процесс охлаждения (рис. 7 б).

Сухой рефлюкс

Если вам необходимо предотвратить попадание атмосферного водяного пара в реакцию, вы должны использовать осушительную трубку и впускной адаптер в установке с обратным холодильником (рис. 8). Вы можете использовать их, если вам нужно предотвратить попадание водяного пара в какую-либо систему, а не только в установку обратного потока.​

1. При необходимости очистите и высушите сушильную трубку. Вам не нужно проводить тщательную очистку, если вы не подозреваете, что безводный осушитель больше не является безводным. Если вещество запеклось внутри трубки, вероятно, оно мертво. Вы должны очистить и перезарядить трубку в начале процедуры. Обязательно используйте безводный хлорид или сульфат кальция. Это должно оставаться в порядке в нескольких использованиях. Если вам повезет, указывающий на то, что дриерит, специально приготовленный безводный сульфат кальция, может быть смешан с белым дриеритом. Если цвет синий, осушитель хороший; если красный, осушитель больше не сухой, и от него следует избавиться (см. Осушители в разделе «Вакуумные эксикаторы»).

2. Вставьте свободную пробку из стекловаты или ваты, чтобы осушитель не попал в реакционную колбу.

3. Соберите аппарат, как показано на рисунке, с сушильной трубкой и адаптером над конденсатором.

4. В этот момент в колбу можно добавить реагенты и нагреть их с помощью прибора. Обычно аппарат нагревают в пустом состоянии, чтобы отогнать воду от стенок аппарата.

5. Нагрейте прибор, обычно пустой, на паровой бане, время от времени поворачивая всю установку на четверть оборота для равномерного нагрева. Горелку можно использовать, если нет опасности возгорания и если нагрев осуществляется осторожно. Швы из тяжелого матового стекла треснут при слишком сильном нагреве.

6. Дайте аппарату остыть до комнатной температуры. По мере охлаждения воздух проходит через сушильную трубку, прежде чем попадет в аппарат. Влага в воздухе улавливается осушителем.

7. Быстро добавьте сухие реагенты или растворители в реакционную колбу и снова соберите систему.

8. Проведите реакцию, как обычно, со стандартным обратным холодильником.

Добавление и рефлюкс

Посмотрите на рис.9 а. Это настоящий сеп. воронка. Вы наливаете сюда жидкости, встряхиваете и извлекаете их. Но могли бы вы использовать эту воронку для добавления материала в сетап? Нет. Нет шлифованного стекла на торце; и только стеклянные соединения подходят к стеклянным соединениям. Рис.9 впоказана капельная воронка с выравниванием давления. Помните, когда вас предупредили снять пробку с делительной воронки, чтобы не создавать вакуум внутри воронки, когда вы ее опорожняете? В любом случае, боковое плечо выравнивает давление с обеих сторон жидкости, которую вы добавляете в колбу, поэтому она будет течь свободно, без создания вакуума и без необходимости снимать пробку. Это оборудование очень хорошее, очень дорогое, очень ограниченное и очень редкое. И если вы попробуете экстрагировать в одном из них, вся жидкость вытечет из трубки на пол, когда вы встряхнете воронку. Итак, компромисс был достигнут (рис.9 б). Поскольку вы, вероятно, сделаете больше извлечений, чем добавлений, с обратным холодильником или без него, трубка для выравнивания давления вышла из строя, но соединение матового стекла осталось. Извлечения; без проблем. Характер стебля значения не имеет. Но во время добавления вам придется взять на себя ответственность следить за тем, чтобы не происходило неприятного образования вакуума. Вы можете время от времени снимать пробку или вместо пробки установить осушительную трубку и впускной адаптер. Последний удерживает влагу и предотвращает образование вакуума внутри воронки.

Как настроить.

Есть по крайней мере два способа настроить добавку и рефлюкс, используя либо трехгорлую колбу, либо переходник Клайзена. Я решил показать обе эти установки с сушильными трубками. Они удерживают влагу в воздухе от попадания в вашу реакцию. Если они вам не нужны, обойдитесь без них.

Кипящие камни (Кипящие чипсы)

Кипящие камни (или кипящая стружка) представляют собой небольшие кусочки черной пористой породы (часто карбида кремния), которые добавляют в растворитель или раствор. Они содержат захваченный воздух, который выходит пузырьками при нагревании жидкости, и имеют большую площадь поверхности, которая может выступать в качестве центров зародышеобразования для образования пузырьков растворителя. Их следует добавлять в прохладную жидкость, а не в жидкость, близкую к температуре кипения, иначе может произойти сильное извержение пузырьков. Когда жидкость доводят до кипения с помощью кипящих камней, пузырьки, как правило, возникают в основном из камней (рис. 11 б ). Кипящие камни нельзя использовать повторно, так как после одного использования их щели заполняются растворителем, и они больше не могут создавать пузыри.

Кипящие камни не следует использовать при нагревании концентрированных растворов серной или фосфорной кислоты, так как они могут разлагать раствор и загрязнять его. Например, на рис. 12 показана реакция этерификации по Фишеру, в которой используется концентрированная серная кислота. При использовании мешалки для предотвращения ударов раствор остается бесцветным (рис. 12а ) . Когда ту же реакцию проводят с помощью кипящего камня, раствор темнеет при нагревании (рис. 12 б ) и в конечном итоге окрашивает весь раствор в темно-фиолетово-коричневый цвет (рис. 12 в ). Помимо загрязнения раствора, темный цвет затрудняет манипуляции с материалом с помощью делительной воронки: на рис. 12 d присутствуют два слоя , хотя их очень трудно увидеть.

Методы нагрева и воспламеняемость:

• В некоторых случаях выбор источника тепла имеет решающее значение, в то время как в других контекстах несколько вариантов могут работать одинаково хорошо. Выбор источника тепла зависит от нескольких факторов:
• Доступность (владеет ли ваше учреждение оборудованием?)
• Скорость нагрева (вы хотите нагревать постепенно или быстро?)
• Гибкость нагрева (нужно ли нагревать аппарат?)
• Требуемая конечная температура (для низкокипящих жидкостей требуется иной подход, чем для высококипящих)
• Воспламеняемость содержимого

Поскольку безопасность является важным фактором при выборе лаборатории, важно учитывать воспламеняемость нагреваемой жидкости. Почти все органические жидкости считаются «горючими», что означает, что они способны воспламеняться и поддерживать горение (важным исключением является то, что галогенированные растворители, как правило, негорючие). Однако это не означает, что все органические жидкости немедленно воспламеняются, если их поместить рядом с источником тепла. Многим жидкостям требуется источник воспламенения (искра, спичка или пламя), чтобы их пары загорелись, свойство, часто описываемое температурой воспламенения жидкости. Температура вспышки – это температура, при которой пары могут воспламениться от источника воспламенения. Например, температура вспышки 70% этанола составляет 16,6 ℃, что означает, что он может загореться при комнатной температуре от спички.

Еще одним важным свойством при обсуждении воспламеняемости является температура самовоспламенения жидкости: температура, при которой вещество самовозгорается при нормальном давлении и без присутствия источника возгорания. Это свойство особенно полезно, потому что для него не требуется пламя (которого часто избегают в органической лаборатории), а требуется только горячая область. Поверхность конфорки, вывернутая на «высокий», может достигать температуры до 350 ℃. Указание по технике безопасности: диэтиловый эфир, пентан, гексан и низкокипящий петролейный эфир имеют температуру самовоспламенения ниже этого значения (рис. 14), кипятить эти растворители на плитке опасно, так как пары могут выплеснуться из емкости и воспламениться. при контакте с поверхностью плиты. В общем, следует соблюдать осторожность при использовании конфорки для нагрева любых летучих, легковоспламеняющейся жидкостью в открытом сосуде, так как возможно, что пары могут выйти за пределы керамического покрытия конфорки и вступить в контакт с расположенным под ним нагревательным элементом, температура которого может превышать 350°C. Именно по этой причине конфорки не являются оптимальным выбором при нагревании открытых сосудов с летучими органическими жидкостями, хотя в некоторых случаях их можно использовать с осторожностью, когда они установлены на «низкий уровень» и используются в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу.

Поскольку горение является реакцией в паровой фазе, жидкости с низкой температурой кипения (< 40 ℃), как правило, имеют низкие температуры вспышки и температуры самовоспламенения, поскольку они имеют значительное давление паров (рис. 12). Со всеми низкокипящими жидкостями следует обращаться более осторожно, чем с жидкостями с умеренными температурами кипения (> 60 ℃).​