Синтез и дистилляция в инертной атмосфере. Часть 1

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:

При использовании реагентов, вступающих в реакцию с водой или кислородом воздуха, иногда необходимы тщательно сухие или бескислородные условия. Чтобы безопасно и эффективно использовать эти реагенты, стеклянную посуду следует высушить в печи или пламени, а затем вытеснить воздух сухим инертным газом (часто азотом или аргоном). Это создает «инертную атмосферу» внутри аппарата, которая не вступает в реакцию с реагентами.

Настройка реакции:

Каждая реакция требует добавления нескольких реагентов, часто в запрещенном порядке. При проведении реакции, чувствительной к воздуху, добавление реагентов без попадания воздуха или влаги в систему требует осторожности и навыков. Способ добавления каждого реагента зависит от характера реакции. Реакции могут быть чувствительными к воздуху с точки зрения реагентов, таких как n-BuLi или реактивы Гриньяра, или может быть так, что только продукт реакции чувствителен к воздуху, например, металлоорганический комплекс.

Если реакцию необходимо проводить в инертной атмосфере, сначала заполните пустой аппарат инертным газом. Затем добавляют (быстро!) растворители и реагенты, продувают колбу инертным газом, охлаждая (если необходимо). Реакцию проводят при минимальном буферном избыточном давлении инертного газа. Избыточное давление создается коротким (несколько мм) столбом инертной жидкости, залитой в жидкостный затвор на выходе из этого устройства. Синтез проводят при тщательном соблюдении методики, соблюдении режима охлаждения (нагревания) и скорости добавления реагентов. На рис.1 изображен аппарат для проведения синтеза в инертной атмосфере с охлаждением и контролем температуры. Полученная смесь обрабатывается в строгом соответствии с процедурой окончания синтеза. Простейшим методом выделения целевого соединения является фильтрация. В некоторых случаях чистый продукт удается выделить перегонкой (перегонкой с водяным паром) непосредственно из реакционной смеси. В других случаях первым этапом обработки реакционных смесей является гашение реакционноспособных реагентов и полупродуктов (воды, растворов кислот или оснований), нейтрализация кислотных или щелочных катализаторов, отделение нерастворимых соединений фильтрованием, экстракция продукта из неорганическая или водная фаза и ее концентрация. В этом случае в основном используется экстракция.

Экспериментальные установки:

Реакции проводятся так же, как и реакции, не чувствительные к воздуху, но с использованием трехгорлой колбы или колбы Шленка вместо традиционной круглодонной колбы. Колбы Шленка имеют кран для подключения аппарата к линии инертного газа и контроля доступа инертного газа, а трехгорлая колба для этого требует дополнительного переходника. Самый простой способ организовать реакцию — сначала собрать всю стеклянную посуду, а затем применить цикл вакуумирования и наполнения, чтобы обеспечить инертную атмосферу перед добавлением реагентов. Однако можно заполнить каждый предмет оборудования отдельно и собрать комплект с положительным потоком инертного газа, исходящим от каждого предмета стеклянной посуды, т. е. в аппарате имеется достаточный поток газа, чтобы при закрытии пробки выделялся устойчивый поток. удалили, например. Это отнимает больше времени, но может оказаться полезным, если вам нужно добавить или убрать кусок стеклянной посуды в середине эксперимента (см. ниже). Типичные схемы реакций показаны на рис.2

Еще одно отличие от устойчивых на воздухе химикатов заключается в том, что все соединения матового стекла должны быть смазаны, чтобы обеспечить герметичность и предотвратить загрязнение, например, кислородом. В лабораториях органической химии часто рекомендуют оставлять соединения несмазанными, так как жир может попасть в реакционную смесь и загрязнить реакцию и спектры. По тем же причинам не следует чрезмерно смазывать соединения при работе с химическими веществами, чувствительными к воздуху. Тонкий слой смазки, нанесенный равномерно, лучше, чем толстый слой, просачивающийся сверху и снизу соединения. Для получения тонкого слоя нанесите две полоски смазки на противоположные стороны охватываемого соединения любой стеклянной посуды, вставьте в горлышко или охватывающее соединение и аккуратно поверните обе части, чтобы равномерно распределить смазку (рис.3). Между поверхностями шва должна быть четкая сплошная пленка.

Иногда в ходе реакции необходимо добавлять или удалять какую-либо стеклянную посуду, например капельную воронку. Чтобы добавить стеклянную посуду, убедитесь, что она чистая и сухая от чистящих растворителей или воды, а все соединения смазаны. Подсоедините его к линии инертного газа и заполните. Убедитесь, что есть два положительных потока инертного газа, т. е. газ вытекает из сосуда: один поток исходит из реакционного сосуда, а другой - из прикрепляемой стеклянной посуды. Как только из каждой части аппарата появится устойчивый поток инертного газа, пробку из реакционного сосуда можно снять и поставить на ее место стеклянную посуду. Чтобы удалить стеклянную посуду во время реакции, просто убедитесь, что из реакционного сосуда идет положительный поток инертного газа, прежде чем снимать стеклянную посуду и заменять ее пробкой или крышкой.​

Смазка соединений:

Соединения матового стекла изготовлены таким образом, чтобы хорошо прилегать друг к другу, но при этом они не являются абсолютно воздухонепроницаемыми. В некоторых ситуациях (например, при использовании пониженного давления внутри аппарата или инертной атмосферы) необходимо нанести смазку на каждое соединение, чтобы обеспечить хорошее уплотнение. Смазка также используется всякий раз, когда соединение может контактировать с сильноосновным раствором, поскольку основные растворы могут образовывать силикаты натрия и травить стекло.Смазку можно наносить с помощью шприца, наполненного смазкой (рис.4а), деревянной шпажки или зубочистки. Смазку следует наносить небольшими порциями вокруг охватываемого соединения, ближе к стеклянному концу, чем к тому концу, который будет контактировать с реагентами (рис. 4 a). Если смазка присутствует вблизи конца, контактирующего с реагентами, существует вероятность того, что реагент растворит смазку и станет загрязненным. Затем следует соединить охватывающее соединение и закрутить соединения, чтобы распределить смазку тонким слоем. Шов должен стать прозрачным по всему периметру шва, но на глубину лишь от одной трети до половины шва (рис.4 b). Если все соединение становится прозрачным или видно, что смазка выливается из соединения, это означает, что было использовано слишком много смазки (рис. 4 c). Излишки смазки следует удалить с помощью KimWipe (на рис. 5).

A) Нанесение смазки шприцем;

B) Соединение смазано должным образом;

C) Слишком много смазки в соединении, как указано стрелкой.

Чтобы удалить жир с соединения после завершения процесса, вытрите большую часть жира бумажным полотенцем или салфеткой KimWipe. Затем смочите KimWipe небольшим количеством углеводородного растворителя и протрите смоченным KimWipe сустав, чтобы растворить смазку (рис. 5). Углеводородные растворители (например, гексаны) растворяют остатки жира гораздо лучше, чем ацетон.

Добавление устойчивых на воздухе твердых веществ в начале реакции:

Твердое вещество можно добавлять на любой стадии реакции, однако, если есть возможность, сначала добавьте все твердые вещества в реакционную колбу, так как после добавления жидкости манипуляции усложняются. Если твердое вещество стабильно на воздухе, его можно добавить непосредственно в колбу в начале реакции, как описано ниже.Чтобы добавить устойчивые на воздухе твердые вещества в начале реакции:​

1. Взвесьте твердое вещество и добавьте его в чистую и сухую колбу Шленка или трехгорлую круглодонную колбу, в зависимости от проводимой реакции.​
2. Пробка колбы со смазанной притертой пробкой.​
3. Подсоедините колбу к линии инертного газа.​
4. Осторожно откройте колбу до линии, следя за тем, чтобы твердое вещество/порошок не вылетело. Это приведет к тому, что в реакции будет меньше реагента, чем первоначально рассчитывалось.​
5. Прежде чем добавлять что-либо еще, убедитесь, что колба заполнена инертным газом и открыта к линии, чтобы поток газа был положительным.​

Добавление чувствительного к воздуху твердого вещества в начале реакции:

Лучший способ добавить в качестве первого реагента чувствительное к воздуху твердое вещество — использовать весы в перчаточном боксе, чтобы взвесить твердое вещество и поместить его в колбу, и все это в инертной атмосфере. Многие чувствительные к воздуху твердые вещества постоянно хранятся в перчаточном боксе.​

Добавление твердых веществ в середине реакции:

Чтобы добавить устойчивое на воздухе твердое вещество:​

1. Взвесьте необходимое количество твердого вещества во флаконе или лодочке для взвешивания.​
2. Убедитесь, что в реакционный сосуд поступает положительный поток инертного газа. Убедитесь, что сосуд открыт для линии инертного газа и что через барботер проходит 2–3 пузырька в секунду.​
3. Снимите пробку реакционного сосуда.​
4. Поместите воронку для порошка в открытую горловину. Это предотвратит прилипание твердого вещества к смазанной смазкой шейке во время добавления. Если у вас нет воронки для порошка, то подойдет и кусок бумаги, согнутый в форме конуса — просто убедитесь, что его конец находится ниже основания шеи.​
5. Осторожно вылейте твердое вещество в реакцию через воронку. Положительный поток инертного газа из колбы может привести к потере части твердого вещества, особенно если это порошок, если отверстие заблокировано, поэтому добавляйте твердое вещество медленно и небольшими порциями, если вы добавляете много порошка. Будьте осторожны, чтобы не вдыхать аэрозольный порошок. Альтернативно, держите воронку так, чтобы стык находился внутри горлышка колбы, но между стыком и горлышком оставался зазор. Это позволит инертному газу выйти наружу, не продувая воронку и не разбрасывая порошок повсюду. Проблема этого метода в том, что порошок с большей вероятностью прилипнет к смазанному горлышку колбы.​
6. Снимите воронку и закройте пробку, как только будет добавлено все твердое вещество.​

Чтобы добавить чувствительное к воздуху твердое тело:

Чувствительные к воздуху твердые вещества следует добавлять в перчаточный бокс, как описано выше. Однако некоторые реакции не позволяют переместить весь аппарат или реакционный сосуд в перчаточный бокс, например, добавление с переменной температурой. В этом случае есть два возможных подхода: А) использование трубки для добавления твердого вещества и Б) растворение твердого вещества для добавления в виде раствора.

А - Пробирка для добавления твердого вещества:

Пробирка для добавления твердого вещества представляет собой простую стеклянную посуду, похожую на пробирку, но с изгибом и притертым соединением, пригодную для размещения внутри горлышка реакционного сосуда (рис. 13). Некоторые из них имеют кран Шленка или Янга, позволяющий контролировать внутреннюю атмосферу и поток газа. Воздухочувствительный компаунд помещают в тубу в перчаточном боксе (см. выше) и тубу закупоривают колпачком или пробкой в зависимости от типа соединения (рис. 6, А). После выхода из перчаточного бокса трубка присоединяется к линии инертного газа с использованием стандартной процедуры. Под положительным потоком инертного газа крышку снимают и трубку вставляют в горлышко колбы также под положительным потоком инертного газа (рис. 6, b). Затем трубку можно повернуть или слегка постучать, чтобы твердое вещество упало в реакционный сосуд. Если вы используете трубку для добавления твердых частиц без крана, то вторичный поток инертного газа можно ввести с помощью установки, показанной на рис. 6, b. Это обеспечивает подушку инертного газа во время открытия и прикрепления трубки к колбе. Этот метод также полезен, если вам нужно открыть ампулу с чувствительным к воздуху твердым веществом.

Б - Добавление в качестве раствора твердого вещества, чувствительного к воздуху:

Возможно, самый простой и эффективный способ добавления чувствительного к воздуху твердого вещества — это взвесить его в отдельной чистой сухой колбе Шленка в инертной атмосфере и растворить в подходящем растворителе. Полученный раствор затем можно добавить к реакционной смеси через канюлю (см. ниже).

Добавление растворителей и жидкостей:

Жидкости можно легко переносить в сосуды или из сосудов, подключенных к линии инертного газа и в инертной атмосфере, с помощью шприца или двусторонней иглы из нержавеющей стали, называемой канюлей. Какой из них вы используете, будет зависеть от количества и реакционной способности перекачиваемой жидкости и, в определенной степени, от конструкции контейнера, из которого перекачивается жидкость. Как правило, с помощью шприца можно перекачивать до 50 мл, тогда как большие объемы обычно переносят с помощью канюли.

Шприцевая техника.

Многие чувствительные к воздуху химикаты поставляются в виде растворов в заполненных азотом бутылях, укупоренных пробкой, а небольшие объемы (до 25 мл) этих растворов лучше всего переносить в аппарат с помощью стеклянных шприцев. Аналогично, чувствительные к воздуху жидкости можно добавлять в реакцию с помощью шприца.

*Примечание: При удалении чувствительных к воздуху реагентов из бутылей, наполненных азотом, необходимо заменить объем удаленной жидкости инертным газом (азотом) из газового баллона или баллона через иглу, в противном случае воздух (вода, кислород и углекислый газ) будет удален. втягивается в бутылку в результате созданного вами вакуума.

Шприцы.

Стеклянные газонепроницаемые шприцы с замком Люэра являются наиболее универсальным типом шприцев и бывают различных размеров. Замок Люэра позволяет зафиксировать иглу из нержавеющей стали на конце шприца, чтобы исключить опасность выпадения иглы из шприца во время процесса переноса (рис. 13). В число разновидностей шприцев входят шприцы с поршнями (плунжерами) с тефлоновыми наконечниками, которые несколько дороже. Перед использованием шприца всегда проверяйте его работоспособность, всасывая немного используемого растворителя, следя за тем, чтобы воздух не всасывался в шприц ни через замок Люэра, ни в зазор между шприцем и поршнем. Если все правильно, разберите шприц и иглу, высушите в духовке при температуре 120 °C (не с наконечником из тефлона) и дайте остыть в эксикаторе. После переноса реагента, чувствительного к воздуху, необходимо немедленно очистить шприц и иглу соответствующим методом, так как воздух попадет в иглу и шприц и разложит реагент, что приведет к заклиниванию шприца или блокировке иглы.

Пошаговые процедуры:

Методы, показанные в этом разделе, используют баллоны с газообразным азотом для создания инертных атмосферных условий в круглодонной колбе и шприцы для перекачивания жидкостей из бутылей с сухими реагентами. Эти методы можно легко адаптировать для использования с газовым коллектором, если таковой имеется.

Подготовьте баллон с инертным газом.

1. Подготовьте иглу для баллона: отрежьте конец пластикового шприца емкостью 1 мл и вставьте цилиндр в кусок толстой резиновой трубки. Прикрепите гелиевый баллон к резиновой трубке и заклейте все стыки парафильмом. Альтернативно прикрепите баллон непосредственно к пластиковому шприцу объемом 2–3 мл.

2. Заполнить баллон, подключив к шлангу на регуляторе баллон с инертным газом (азотом или аргоном, рис. 7, a). Откройте газовый регулятор и наполните баллон до диаметра 7–8 дюймов (рис. 7, b). [При использовании с очень чувствительными реагентами газ следует сначала пропустить через колонку с осушителем.]

3. Держа баллон близко к телу, поверните баллон, чтобы предотвратить выход газа. Затем надежно присоедините к концу шприца зеленую иглу (калибр № 21, 0,8×25 мм, указание по технике безопасности: очень острая!) (рис. 7, c).

4. Чтобы предотвратить выход газа при раскручивании баллона, вставьте иглу в резиновую пробку (рис. 7, d). Теперь воздушный шар можно отложить в сторону, пока подготавливаются другие части установки.

Подготовьте колбу для реагента.

5. Удалите поверхностную воду из колбы для реагента (с помощью мешалки, если применимо), либо высушив колбу пламенем, либо поместив ее в горячую печь на несколько часов. Примечание по безопасности: колба будет очень горячей! Для работы с горячим стеклом используйте толстые перчатки.

6. Сразу же вставьте резиновую перегородку (рис. 8, а) в стык притертого стекла. Загните одну сторону перегородки над горлышком колбы и, удерживая ее, загните также противоположные стороны (рис. 8, b-d). Это может быть сложно сделать в толстых перчатках. Альтернативный вариант — прижать колбу к телу в толстых перчатках и загнуть клапаны перегородки голыми руками (или в более тонких перчатках, рис. 9, a+b).

7. Немедленно закрепите реакционную колбу на кольцевой подставке или решетчатой конструкции с помощью удлинительного зажима и вставьте иглу баллона с инертным газом во внутренний круг на перегородке (рис. 9 b, см. рис. 8 d для круга на перегородке).

8. Вставьте одну иглу в круг на перегородке (называемый «выходной иглой»), чтобы «выпустить» воздух из реакционной колбы (рис. 9 d). Цель состоит в том, чтобы использовать давление баллона для подачи инертного газа в реакционную колбу и вытеснения воздуха из колбы через выходную иглу.

9. Дайте системе промыть не менее 5 минут при использовании газообразного азота и, возможно, 1-2 минуты при использовании газообразного аргона (аргон плотнее воздуха, поэтому вытесняет воздух легче, чем азот). Затем снимите выходную иглу и дайте колбе полностью остыть под баллоном инертного газа.

10. Если требуется масса пустой колбы, извлеките баллон с инертным газом (вставьте иглу в резиновую пробку) и получите массу прохладной пустой колбы с мембраной.

Подготовьте шприц для переноса реагента.

11. Выньте длинную гибкую иглу из горячей печи и сразу же ввинтите ее в корпус только что открытого из упаковки пластикового шприца (рис. 10 a). Стеклянные шприцы часто используются с чувствительными к воздуху реагентами, растворенными в неполярных растворителях (например, гексанах), и требуют некоторых дополнительных соображений, не описанных в этом разделе. Проконсультируйтесь с вашим инструктором для получения дальнейших инструкций, если вы собираетесь использовать стеклянный шприц.

12. Оберните место соединения иглы и шприца тефлоновой лентой или парафильмом (рис.10 b).13. Продуйте иглу инертным газом: Вставьте иглу в перегородку пустой сухой колбы, прикрепленной к баллону с инертным газом (рис.10 c), отберите полный объем инертного газа (рис.10 d), затем выбросить его в воздух.14. Немедленно вставьте промытый шприц в перегородку колбы с реагентами, если она находится рядом, или в резиновую пробку до тех пор, пока шприц не будет использован.

Отобрать реагент.

15. В бутыль с реагентом необходимо вставить баллон с инертным газом, чтобы выровнять давления при отборе жидкости. Под бутылью с реагентом, если она расположена над столом, также следует использовать платформу (например, кольцевой зажим/проволочную сетку), чтобы обеспечить поддержку в случае, если бутылка выскользнет из захвата зажима.

16. Вставьте иглу промываемого шприца в перегородку воздухочувствительного реагента и в жидкость (рис.11 а).

17. Медленно наберите в шприц немного жидкости. Если поршень оттянут назад слишком быстро, низкое давление внутри шприца может привести к просачиванию воздуха через соединение между иглой и шприцем (через или вокруг тефлоновой ленты или парафильма).

18. В шприце неизбежно образуется пузырь. Удерживая шприц вверх дном и вертикально (рис. 11 b), нажмите на поршень, чтобы вытолкнуть газовый карман обратно в бутылку.

19. Медленно отберите жидкость до уровня, превышающего желаемый объем на 1–2 мл (рис. 11 c), затем, держа шприц вертикально, выкачайте жидкость обратно до желаемого объема (на рис. 11 d показано 2,0 мл жидкости). Отбор объема, превышающего желаемый, на первых порах позволит вам быть уверенным, что в игле нет пузырьков газа и что вы измерили точный объем.

20. В этот момент игла должна быть заполнена чувствительным к воздуху реагентом, и если ее вынуть из флакона, реагент вступит в контакт с атмосферой на кончике иглы. Это может иметь катастрофические последствия, если реагент достаточно реактивен (дымит или потенциально возгорается). Примечание по технике безопасности: поэтому перед извлечением иглы необходимо поместить «буфер» из инертного газа (рис. 13) между чувствительным к воздуху реагентом и атмосферой.

Синтез и дистилляция в инертной атмосфере. Часть 2