无水无氧操作的建议与心得(2)-实验操作需要注意的一些小细节

上一篇主要从装置设计和搭建的角度探讨了无水无氧反应中的常见操作和常见的污染源,这一篇则分享一下在反应过程中容易犯的错误,由于作者才疏学浅,总会有没做过的反应和没get到的要点,希望各位读者能拾遗补漏,在评论区或者私信补充指正。

1.低温下的冰晶和水珠

常见于需要在低温下打开烧瓶的时候。由于成本的原因,在进行反应的过程中常碰到需要打开塞子(甚至拔出温度计)加入固体的情况(因为实验室最常见的是三口烧瓶,往往一个口接冷凝管,另一个接滴液漏斗),另外在蒸馏产物的接收中也常常出现需要更换接收瓶,而将转接头的管尖暴露在大气中的情况。在类似这样的情况下,由于玻璃仪器处在低温下,空气中的水汽容易在表面上凝结,如果不加处置直接把塞子或者烧瓶塞回去的话就会导致水进入反应/蒸馏的内部。

对于这样的现象,最根本的解决办法是避免低温表面与空气的接触。在条件允许的时候,可以通过选择合适的仪器搭建,比如一个低温反应本来需要拔出温度计来加入固体,我们可以在温度计和瓶口之间加接一个蒸馏头,用蒸馏头的侧管作为储存、加入固体的加料口,这样就避免了低温的温度计表面和空气的直接接触。除此之外,对于仪器细节的注意经常也能帮上大忙。许多减压蒸馏接收头的滴液管都是被通往真空接头的管线环绕的,这样设计的原因有两个。一是防止液体被直接抽走,另外一个原因就是如果从真空接头处通入保护气,在滴液管的四周就会形成一股保护气流,使得接头的内壁不会与空气发生接触。因此在接收瓶温度较低时,选一个滴液管较短的转接头可以减少换瓶时空气在转接头末端凝结的几率。

在条件不佳时,解决的办法也只能是因陋就简,在保证安全的前提下,可以适当调大保护气的气流,在把拿下的部件放回去前最好能允许其回暖到室温,并且擦去其表面的水珠,这样可以比较好的避免水汽的进入。

2.装置的压力和空气的灌入

在装置压力低于大气的时候,密封不佳的装置常常发生空气倒灌的现象。装置上常见的倒灌点有磨口,温度计套管的接口,橡皮塞的针眼(尤其是薄壁塞和大针头同时使用的时候)。除此之外,装置外的部分,比如胶皮管的接口和双排管的阀门、双排管的其他管线和气路的尾端(尤其是关闭真空泵后气体甚至油泵的泵油可能倒灌)也是空气倒灌经常发生的地方。

对于装置以内的,一个比较好的检查办法是在反应开始前充入少量的正压(双排管鼓氮气),然后关闭阀门,进行气密检测。如果装置的气压能够维持(观察鼓泡球液面变化),说明不漏,否则就需要检漏。而对于双排管和气路的其他部分,主要则靠细心检查阀门、接口的情况和设置。另外在开启真空泵后,如果装置是漏的,由于气体源源不断的进入,泵的声音会一直很大。而如果没有漏气,在抽去管路中原有的气体后,泵的负荷会明显减小,声音 也会比原来变轻。

如果在检漏中发现漏气,则需要进行修补。对于一般磨口和接头处的漏气,可以使用真空硅脂涂抹磨口或密封圈。对于橡皮塞则可直接更换。在无法更换的情况下,在漏掉的针眼上先抹一层硅脂再贴个胶布也是一个可以临时凑合的办法。

另外,在某些本来应该是正压或者常压的反应中,也会由于诸如气体反应过快,反应装置冷却,氮气流不足等情况出现空气倒灌。因此在反应进行的时候应该实时关注气路的压力。在反应冷却或者通入反应气体的过程中需要多加小心,随时注意装置内气体的流动方向。在鼓泡器等处出现倒吸迹象时及时抢救。

3.减压蒸馏

减压蒸馏是敏感产物死的最多的一步。因为装置搭建的比较复杂,又是负压比较容易出现漏气。因此这里给大家提供一个比较好的搭建顺序。首先进行装置的搭建,把精馏柱,蒸馏头,温度计,冷凝管,燕尾管和接收瓶等都搭好并且用夹子固定各个接头(防止松脱),接口处都用真空脂封好。在待蒸馏样品处先接上一个空烧瓶用双排管进行抽充氮气的烘烤干燥并检查气密(检查气密的常用方法:在装置内加正压或负压,然后关闭气路使装置完全气密,最后)。在干燥好后再保持装置内氮气正压的情况下冷却并在氮气流下换下空烧瓶,装上待蒸馏的样品。如果产物极度敏感,用一个三口烧瓶或者两口烧瓶作为蒸馏底物沸腾的瓶子,从没有被冷凝管占据的口通过导管加入样品也许是一个更好的选择。

在加完样品后就是抽真空。除了小心操作保证在样品瓶接口处的密封性能外,在蒸馏的过程中需要注意各个接口的状态。如果某个接口处不断有气泡产生则说明此处有漏气,需要对接口重新涂真空脂或者尝试一下旋转接口,看漏气是否消失。

4.无水无氧条件下的过滤

相较于常态下的各种抽滤,无水无氧条件下的过滤装置一般都是加压过滤以避免外面空气和水的渗入。在使用带正压的装置并且经常还得颠来倒去的使液体通过过滤砂芯的时候需要注意安全,避免接口的渗漏。另外市售的过滤装置一般容量比较有限(大的也有就是太贵)。如果做一些大的反应,可以考虑先使用静置,离心,絮凝或者陈化固体等方法使固体坐底,使用导管导出上清液进行过滤分离。这样可以在一定程度上减小过滤装置的负担,使之可以处理更多的产物。

5.你的无水无氧条件要保持到哪一步?

许多反应中只是中间体不稳定,而最终的产物是稳定的,因此仔细思考可以有效减少实验的操作负担。

发布于 2019-05-05

文章被以下专栏收录

    专注于有机化学的机理与实验技巧。欢迎分享你的经验和你看到的好文章,以及实验中的各种亮点槽点