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空气敏感反应中溶剂的处理方法

(2023-10-08 19:32:42) 下一个
化学经纬 2023-10-08 20:31

对于许多有机反应而言,氧的存在比微量水的存在的危害性更大。如果一个反应没有按预想结果发生,那么应该确认一下体系中的氧是否已经除净,包括溶剂中溶解的氧气。对于某些特定的反应而言,溶剂除氧是非常必要的:

 

1. 超过120度的反应或者在80度以上长时间加热的反应。这些反应通常在密封管中进行,并且通常加热温度在溶剂的沸点以上,尤其是对于分子内的反应而言,如果反应期间颜色变黄或者变棕通常认为是由于氧的存在。高温的反应对氧十分敏感,甚至于在打开反应对样品进行TLC取样时带入的氧气也有可能破坏反应。

 

2. 有机金属反应。对于许多有机金属反应而言,需要提供一个无氧的环境(有时需要无氮的环境)。对于使用某些敏感的催化剂而言,进行10次冻干-抽泵-解冻的循环并不少见。

 

3. 自由基反应以及光化学反应:自由基物种往往能够与氧气发生反应,显而易见必须除氧。 

 

4. 底物中含有硫醇、硫醚、磷化氢、富含电子的芳香族化合物等。加热溶剂通常会导致这类底物发生氧化反应,尽管在通常情况下这类化合物是稳定的。

 

3种常用溶剂除氧的方法

 

1. 鼓气(purging)

 

这是最简单但脱气效果最差的一种方法,适用于粗略的大批量溶剂脱气。该方法顾名思义,在溶剂中持续鼓入惰性气体(氮气或氩气)30min-1h。

 

惰性气一般通过一根干净的长针管通入溶剂。针管接在一个适配器或者尾部截断的空针筒上,这样便可配上Schlenk line的伸缩性橡胶或塑料导管。针管穿过橡胶塞插入装有溶剂的容器中,针头必须伸至溶剂底部。另外还要插入一根短的针管用以压力释放。

注意,气体流速不能太快以免溶剂过多蒸发。一般2-3个气泡每秒就足够了,而对于低沸点溶剂可以适当减缓。在使用这种方法的时候,需要注意的是要注意防止溶剂的挥发以及溶剂内水的浓缩。

2. 超声

 

这个方法比鼓泡法效果好,适用于为高效液相色谱(HLPC)和一些快速反应提供脱气溶剂。它包括在微真空环境(如室内真空)下溶剂的声波降解和惰性气氛再填充。这个过程须重复5-10次,每次溶剂的声波降解时间约为1分钟。

 

3.冰冻-抽气-解冻法

 

这是效果最好的脱气方法。它适用于小体积的溶剂(通常用于标准大小反应烧瓶的溶剂),包括冰冻、抽真空和解冻三个过程。将密封的Schlenk管中或者厚壁的密封试管浸入液氮中。当溶剂完全冷却后,打开活塞,对于对于瓶内抽真空2-3min(反应瓶依然浸入在液氮中)。关闭反应瓶,解冻直至溶剂完全融化。重复该过程,通常三次。最后一次过程中将体系内充满惰性气体。在Schlenk瓶中去除氧气的溶剂通常能保存1-2天。

使用冰冻-抽气-解冻法进行脱气的具体操作步骤:

1)     将需要脱气的溶剂放入Schlenk管/瓶或厚壁的烧瓶(能承受真空)中,可加搅拌子。

2)      把Schlenk管/瓶连在Schlenk line上,确保开关H是关着的,即瓶子是密封的。

3)      打开双斜阀门B将导管与真空管连通,但烧瓶仍对之是关闭的。

4)      把烧瓶置于液氮杜瓦瓶中直至所有溶剂完全冰冻。

5)      把阀门H打开抽真空2-3分钟。

6)      关闭阀门H将容器与真空管隔离。

7)      将烧瓶从液氮中移出让溶剂解冻。在搅拌板上温水加热可以加速这个过程。真空下的解冻可以让所有溶解在溶剂中的气体逸出到烧瓶顶部空间。

8)      溶剂解冻完后重复步骤4-7。这个冰冻-抽气-解冻循环要重复三次。

9)      第三次循环后再通过Schlenk line填充入惰性气氛。之前提过的,缓慢打开阀门B和H接通惰性气管以免让外部大气抽入Schlenkline。

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