催化氢化反应是有机合成非常常见的一类反应,如硝基加氢还原为胺,腈还原制备胺,苄基醚氢化脱保护,苄基保护氨基氢化脱保护,双键的还原等等。其应用非常广泛,但是又非常引起起火事故,因此操作中要详尽考虑各种危险因素。
氢化反应中常用的几种金属催化剂有Pd/C、Pd(OH)2,Raney Ni、Pt/C、PtO2。这类金属催化剂和空气摩擦很容易出现火星,如果有有机溶剂存在很可能会起火。为了避免起火,可以从以下几点考虑:一、降低催化剂的活性,常见的操作方法就加水,由于大部分催化氢化反应对水不敏感,实验室中常用的钯碳一般都是湿钯碳(含50%左右水),湿钯碳操作相对安全,但称量或加料过程中也可能会起火;二、与氧气隔绝,有机溶剂燃烧需要氧气,因此利用惰性气体置换反应容器后,再加入催化剂,可以有效避免起火;三、避免摩擦,催化剂活性较高,摩擦很容易起火星,进而引起火灾,因此在称量,加料,取样,抽滤过程中尽量避免催化剂和气体或称量纸摩擦的情况发生。
操作步骤:一、加料,如果对于加料顺序没有要求,惰性气体置换反应瓶后,先将催化剂加入到反应瓶中,再加入溶剂和底物。如果必须要先加入反应溶剂和底物,在惰性气体保护下,将催化剂一勺一勺的加入,切不可在称量纸上直接滑入,否则很容易摩擦起火。量较小的常压氢化反应可以用氢气球投反应,量大的用专门的氢气袋,接口用玻璃三通就可以。加料完毕,抽真空,通入氢气,重复三次,夹好反应瓶,并用橡皮筋固定三通和瓶口,防止压力过大,三通阀弹出。此类氢化反应在反应器下面最好加一个水浴,因为万一搅拌子将瓶子打破后,很可能起火。二、取样,中间取样过程中,如果用三口瓶投反应,直接用长针头取样即可。如果单口瓶投反应,先将三通阀封闭气球,再缓慢打开,取样,取样后,重新换气。三、结束反应,反应结束后,停止反应也是相似操作,先将三通阀封闭气球端,切记不可直接直接拿起三通阀!如果不封闭氢气球,氢气会从三通阀的下方磨口端中持续放出,如果反应搅拌过程中有催化剂搅拌飞起到接口处,此时的催化剂由于被溶剂洗去了水分,活性极高,上面氢气摩擦,下方有空气,催化剂直接点火,你马上就收获了一个爆鸣的火箭。如果你有幸拿到了这个火箭,迅速把它放到通风橱中,并拉下通风橱玻璃,然后躲开,因为三通阀被氢气焰(1430℃)加热后,会爆裂,炸出的碎玻璃很可能会伤人。四、抽滤,布氏漏斗的滤纸可以先用粉状无水硫酸钠或硅藻土压住,润湿,倒反应液过滤,若产品在硅藻土上的吸附性较强的话建议用无水硫酸钠。抽滤时一定不能抽干,催化剂快要漏出液面时,要及时补加相应的溶剂或拔除橡皮管解除真空,以免催化剂和空气摩擦起火。抽滤过程也是非常容易起火的步骤,主要原因是抽干,保持不抽干可以有效避免起火。即使起火也不要慌张,用灭火毯盖上就可以了,不要慌不择路,拿起手边的溶剂瓶灭火。
其他注意事项:
1、使用过的废弃的Raney Ni、Pt、Pd/C、Pd(OH)2等易燃催化剂要分别放入实验室中专门的催化剂回收瓶中,沾有催化剂的滤纸,擦纸绝对不能扔进垃圾桶,要先用水浸泡再倒入专门的回收桶中,沾有催化剂的橡皮管瓶子都要用水冲洗干净后再使用。
2、对于高压氢化反应要充分冷却,泄压,并用惰性气体置换后,才能打开反应釜,操作人员要做好防护,高压反应釜的压力最高不要超过10MPa,以免泄压阀弹开导致反应液喷出,着火。
3、氢化反应的投料过程,反应进行过程和后处理过程中,都要把灭火毯或黄沙等灭火装备放在随手可以拿到的地方,把危险消灭在萌芽阶段。
来自有机合成