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用于做無水無氧反應的原料如何除去其中殘留的水分?

嘉峪檢測網        2024-10-10 08:43

有機合成中很多反應必須在無水條件下進行,這就要求所用的原料、溶劑和儀器都要干燥,并且實驗過程中還要防止空氣中的水氣進入反應器, 否則將影響產品的質量和產率。下面簡單的介紹一下,實驗過程中原料或產物干燥方法。常用的干燥方法分為化學方法和物理方法兩種。化學方法是用干燥劑來進行脫水。干燥劑按其脫水作用可分為兩類:第一類能與水生成水合物,如氯化鈣、硫酸鎂、硫酸鈉等;第二類與水反應后生成新的化合物,如金屬鈉、五氧化二磷等。應用較廣的是第一類干燥劑,最常用的就是硫酸鎂、硫酸鈉。物理方法有自然晾干、烘干、真空干燥、共沸蒸餾及凍干等。此外,離子交換樹脂,硅藻土和分子篩也常用于脫水干燥。

 

一、化學方法

干燥前處理:反應后處理過程中通常會涉及水洗,最后一定要至少用飽和食鹽水洗滌一次,因為飽和食鹽水可以使有機相和水相完全分層,高效地除去有機相的水分。有機相剩余的少量的水可以繼續利用干燥劑進行除水。

無水硫酸鎂:除水速度快,中性,應用范圍廣,可用以干燥酯、烷烴、醚、醛、酮、腈、酰胺等大部分溶劑和化合物。

無水硫酸鈉:可以方便的用于小量有機相的干燥,由于其吸水后會結塊,非常容易過濾,有時甚至不用過濾,將上層的有機直接倒出即可。但其干燥速率慢于無水硫酸鎂,二氯甲烷需要干燥15分鐘,乙酸乙酯需要干燥30分鐘,對于乙醚的干燥效果不佳。

對于固體含水產物或原料,如果想快速除水,可以用有機溶劑溶解后,在加入干燥劑進行干燥。原料能用強干燥劑(金屬鈉、氫化鈉,氫化鈣,五氧化二磷等)干燥的情況較少見。但是有時也會用到,比如制備LDA前,干燥二異丙胺,就可以用氫化鈉或氫化鈣除水制備得到重氮甲烷乙醚溶液,需要用片狀KOH干燥后使用;實驗室制備的酸性氣體,如HCl氣體,二氧化碳氣體或二氧化硫氣體,在用于反應前,需要用通入濃硫酸干燥。

 

二、物理方法

硅藻土,離子交換樹脂或分子篩過濾:將上述填料加入到玻璃砂芯漏斗中,對于有機相少量的水,可以通過上述填料過濾除水。由于硅膠可能會吸附產物,對于一些大極性的化合物可能不適用。

高真空除水:對于純的固體或油狀物產物,液體產物確定不會被油泵抽走,直接用油泵拉真空幾個小時或過夜,可以除去大部分水。如果產物穩定的話可以用吹風機稍微加熱,加速除水。

凍干:直接將產物水溶液在凍干機上凍干,其實也是利用高真空除水,凍干機的真空度明顯高于普通油泵,除水效果更佳。凍干機除了可以除水,還可以用于除去高沸點的溶劑殘留(如,DMSO,NMP, DMF等),對于少量的高沸點溶劑殘留,可以加入水直接凍干,將高沸點溶劑帶走。如果溶劑較多的話,可以先用凍干機拉掉大部分溶劑后,再加水凍干除去少量殘留。

共沸:常用的共沸除水溶劑是甲苯和苯(毒性大,勿用),對于一些對水敏感的反應,原料可以溶于甲苯后旋干,如果甲苯溶劑度不好,可以加少量其他溶劑促溶,一般重復用甲苯共沸濃縮三次即可。此共沸除水方法也可以用于除去有機化合物水合物中的水,甲苯帶水三次后,再置于真空干燥箱中干燥。

共沸法還可以用于除去,產物中殘留的吡啶,lutidine等較高沸點的殘余物。吡啶可以用正庚烷,環己烷或甲苯共沸除去。lutidine可以用甲苯共沸除去。

烘干和真空干燥需要較長時間才能完全干燥。

 

常用干燥劑的性能和應用范圍

干燥劑
吸水作用
吸水容量
干燥
效能
干燥速度
應用范圍
氯化鈣
形成CaCl2·nH2O
n=1,2,4,6
0.97
(以CaCl2·6H2O計)
中等
較快,但吸水后表面為薄層液體所蓋,故放置時間要長些為宜。
能與醇、酚、酰胺及某些醛、酮形成絡合物。工業品中可能含氫氧化鈣,故不能用來干燥酸類。
硫酸鎂
形成MgSO4·nH2O
n=1,2,4,5,6,7
1.05
(以MgSO4·7H2O計)
較弱
較快
中性,應用范圍廣,可代替CaCl2,并可用以干燥酯、醛、酮、腈、酰胺等不能用CaCl2干燥的化合物。
硫酸鈉
Na2SO4·10H2O
1.25
緩慢
中性,一般用于有機液體的初步干燥。
硫酸鈣
2CaSO4·H2O
0.06
中性,常與硫酸鎂(鈉)配合,作最后干燥之用。
碳酸鉀
K2CO3·1/2H2O
0.2
較弱
弱堿性,用于干燥醇、酯、酮、胺及雜環等堿性化合物,不能用于干燥酸、酚及其他酸性化合物。
氫氧化鉀(鈉)
溶于水
中等
強堿性,用于干燥胺、雜環等堿性化合物,不能用于干燥醇、酯、醛、酮、酸、酚等。
金屬鈉
Na+ H2O= NaOH+1/2H2
限于干燥醚、烴類中痕量水分。用時切成小塊或壓成鈉絲使用。
氧化鈣
CaO+H2O=Ca(OH)2
較快
適于干燥低級醇類。
五氧化二磷
P2O5+ 3H2O= 2H3PO4
快,但吸水后表面為粘漿覆蓋,操作不便。
適于干燥醚、烴、鹵代烴、腈等中的痕量水分。不適用于醇、酸、胺、酮等。
分子篩
物理吸附
約0.25
適用于各類有機化合物的干燥。

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來源:Internet

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