출처: 타마라 M. 파워스, 텍사스 A&M 대학교 화학학과
무기 화학자는 종종 공기와 물에 민감한 화합물과 함께 작동합니다. 공기없는 합성을위한 두 가지 가장 일반적이고 실용적인 방법은 슐렌크 라인이나 글러브 박스를 활용합니다. 이 실험은 용매 준비 및 전송에 중점을 둔 슐렌크 라인에서 간단한 조작을 수행하는 방법을 보여줍니다. 반응성 Ti(III) 메탈로센 복합체의 합성을 통해 용매를 탈가스하는 새롭고 간단한 방법뿐만 아니라 캐뉼라와 슐렌크 라인의 주사기로 용매를 전달하는 방법을 시연할 것입니다.
Ti(III) 메탈로센 화합물 3의 합성은 도 1에도시된다. 1 화합물 3은 O2로반응성이 높고(도 1에도시된 화합물 3 ~Ti(IV) 메탈로센 4의 산화를 참조하십시오.). 따라서 혐기성 조건하에서 합성을 실행하는 것이 중요합니다. 대상 화합물 3의 합성은 시각적으로 모니터링할 수 있으며 원하는 제품에 도착하기 전에 하나의 추가 색상 변화를 통해 진행되며, 이는 파란색입니다. 실험 중에 파란색에서 노란색(또는 녹색 = 파란색 + 노란색)으로 관찰된 색상 변화가 있는 경우, 이는O2가 플라스크에 들어갔고, 이는 Ti(IV) 아날로그(compound 4)에 화합물 3의 바람직하지 않은 산화가 발생했다는 표시이다.
그림 1. Ti(III) 메탈로센 화합물 3의 합성및O2와반응한다.
Schlenk 라인 기술은 공기 및 수질 에 민감한 시약을 처리할 때 불활성 가스의 양압을 사용하여 시스템에서 공기를 방지합니다. 슐렌크 라인 기술에 대한 소개는 유기 화학 시리즈의 "솔벤트의 슐렌크 라인 전송" 비디오에서 찾을 수 있습니다. 이 모듈에서는 슐렌크 라인을 사용하는 두 가지 실험 기술을 탐구합니다: 용매 탈기 및 공기 가없는 용매 전송.
혐기성 합성은 반응 용매(즉,용매를 탈가스)에 용해되는 공기의 제거를 필요로한다. 액체내의 가스의 용해도는 가스 및 용매의 정체성뿐만 아니라 시스템의 온도와 액체 위의 가스의 부분 압력에 따라 달라집니다. 헨리의 법에 따르면 특정 온도에서 특정 액체 부피에 용해된 가스의 양은 시스템의 가스의 부분 압력에 직접적으로 비례한다고 명시되어 있습니다. 용매를 탈가스하기 위해 액체 위의 공기가 N2 또는 Ar과 같은 불활성 가스로 제거되거나 대체됩니다. 액체 위의 공기 압력을 줄이거나 제거하면 해당 액체에 용해된 공기의 양이 감소합니다. 궁극적으로 탈기 공정으로 용매에 용해된 모든 공기를 제거하게 됩니다.
용매(p촉구하고)를 통해 동결 펌프 해동 및 버블링 불활성 가스를 포함하여 용매를 탈가스하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 동결 펌프 해동 방법은 용존 O2를 제거하기위한 두 가지 방법의 더 엄격한 동안 (유기 화학 시리즈의 필수에서 "탈가싱 액체"비디오를 참조), 정화는 액체의 작은 볼륨을 사용할 때 및 / 또는 제품이 물에 민감하지 않을 때 유용합니다. 여기서 우리는 제거하여 용매를 탈가스하는 방법을 보여줍니다. 탈가스 용매가 물을 제거하지 않는다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
슐렌크 라인을 사용하여 반응에 용매를 추가하는 가장 일반적인 방법은 주사기 또는 캐뉼라에 의한 전송을 포함한다(긴 이중 뾰족한 바늘, 도 2). 주사기는반응(즉,액체 시약을 추가)에 액체의 특정 부피를 첨가해야 할 때 사용됩니다. 캐뉼라 전송은 정확한 부피를 낙하 깔때기로 전송하는 데 사용할 수 있으며, 용매를 반응으로 옮기는 경우 대략적인 부피입니다. 캐뉼라 전송은 한 용기 (기증자 플라스크)에서 다른(도 3수신)로 용매를 전송하는 두 플라스크 사이의 압력 차이에 의존하며 압력 차동은 진공 또는 압력의 적용에 의해 달성 될 수 있습니다. 진공 기반 캐뉼러 전송은 수신 플라스크를 정적 또는 동적 진공 아래에 두어 실시하며, 기증자 플라스크는 양포N2 압력에 연결됩니다. 압력 기반 캐뉼라 전송에서 수신 플라스크는 통풍이 되며 양수N2 압력은 기증자 플라스크에 공급됩니다. 두 경우 모두, 수신 플라스크의 낮은 압력은 기증자 플라스크에서 수신 플라스크로 캐뉼러를 통해 흐르는 용매의 결과를 낳는다. 여기에서 는 캐뉼라 전송을 위한 압력 방법을 사용하는 방법을 보여줍니다.
그림 2. 정 맥.
그림 3. 캐뉼라 전송의 기본. 슐렌크 플라스크 A(수신 플라스크, 왼쪽)에는 고체 반응제가 포함되어 있으며 슐렌크 플라스크 B(기증자 플라스크, 오른쪽)에는 탈가스가 함유된 아세토닐이 포함되어 있습니다.
1. 슐렌크 라인의 설정
보다 자세한 절차는 유기 화학 시리즈의 "솔벤트 의 슐렌크 라인 전송" 비디오를 검토하십시오. 이 실험을 수행하기 전에 Schlenk 라인 안전을 검토해야 합니다. 유리 웨어는 사용하기 전에 별 균열에 대한 검사해야합니다. 액체N2를 사용하는 경우 O2가 슐렌크 라인 트랩에 응축되지 않도록주의해야 한다. 액체 N2 온도에서 O2는 응축되며 유기 용매가 있는 경우 폭발성입니다. O2가 응축되었거나 차가운 트랩에서 파란색 액체가 관찰된 것으로 의심되는 경우, 트랩을 동적 진공 상태에서 차갑게 둡니다. 액체 N2 트랩을 제거하거나 진공 펌프를 끄지 마십시오. 시간이 지남에 따라 액체 O2 펌프에 숭고합니다 - O2의 모든 승화되면 액체 N2 트랩을 제거하는 것이 안전합니다.
2. 고체 반응제 준비
3. 용매의 준비
참고: 반응에 민감하지 않기 때문에 유리 제품 및 용매를 건조할 필요가 없습니다. 그러나, 준비가 글러브박스에 사용하기 위한 것이라면, 모든 유리제품 및 용매는 적절히 건조되어야 한다.
4. 칸눌라를 통한 용매 추가(그림 3)
5. 티 (III) 메탈로센의 합성 (화합물 3)
6. 주사기를 통한 용매 추가
4단계에서 아세토나이트를 추가하면 용액이 주황색에서 녹색으로, 파란색(그림4)으로변경되어야 합니다. 파란색을 얻지 못하면 시스템의 누출이 표시됩니다. 6단계에서 주사기에 의한 아세토나이트를 첨가하면 혐기성 조건이 유지되는 경우 색이 바뀌지 않아야 합니다. 산소가 존재하는 경우 용액이 파란색에서 녹색으로 주황색으로 바뀝니다.
그림 4. Ti(III) 메탈로센 화합물 3의 합성 시 3개의 색상 단계.
여기서, 우리는 공기에 민감한 Ti (III) 메탈로센 복합체를 합성하는 표준 슐렌크 라인 기술을 시연했다. 용매는 Schlenk 플라스크에서 액체를 통해 N2를 버블링하여 탈유했다. 우리는 또한 Schlenk 라인에 혐기성 조건 하에서 반응을 설정하고 주사기뿐만 아니라 캐뉼라 전송에 의해 혐기성 용매를 전송하는 방법을 보여 주었다.
무기 화학자는 공기 와 물에 민감한 화합물의 합성에 Schlenk 라인 기술을 사용합니다. 반응성이 높은 물질의 합성에 사용되는 용매는 슐렌크 라인을 사용하여 제조될 수 있다. 공기에 민감한 반응도 슐렌크 라인을 사용하여 설정하고 작업할 수 있습니다. Schlenk 라인 기술은 합성, 정화(즉, 증류, 승화 및 결정화), 촉매 및 가스 반응에 사용되는 공기 없는 조작을 위한 강력한 방법입니다. 다음 모듈에서는 공기 가 없는 합성을 위해 글러브박스를 사용하는 방법을 시연할 것입니다. 일부 공기 가없는 조작은 글러브 박스에서 수행하기가 더 쉬우지만 글러브 박스를 사용할 수 없으며 Schlenk 라인 기술 (예 : 반응 가열)에 의존해야하는 특정 상황이 있습니다. 일부 금속 로센 복합체 (일반적으로 두 사이클 펜타디엔닐 이온을 특징으로하는 금속 화합물 (Cp, C5H5-)은촉매 특성을 나타낸다. 예를 들어, 티타노센은 올레핀 메타염에 사용되는 촉매이다.
본 명세서에서 합성된 Ti(III) 메탈로센은 슐렌크 라인이나 장갑 박스에서 대기 시험으로서 사용될 수 있다. Ti(III) 메탈로센을 슐렌크 라인이나 글러브박스에 Oxidation하면 색상이 변경되고 대기에 O 2가 포함되어 있음을 시각적으로 나타낼 수있습니다.
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