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無水厭氧運行技術的運行方法

稱重和研磨等復雜操作通常在手套箱中進行。手套箱壹般有兩種:(1)有機玻璃外殼。(2)不銹鋼外殼。

有機玻璃外殼的手套箱比較便宜,但是不能真空通風,不能滿足低氧分壓和低水壓的要求。只能用在壹些要求較低的場合。

不銹鋼外殼的手套箱價格昂貴,由氯丁橡膠手套、吸氣口、進氣口、密封良好的玻璃窗組成。可以進行真空通風,因此可以滿足高惰性氣體比、低氧分壓和低水壓的要求。可以用在壹些高標準的反應操作中。

此外,手套箱價格昂貴,使用手套箱會消耗大量惰性氣體。壹些小實驗室沒有配備手套箱。對於對空氣和水高度敏感的化合物(如正丁基鋰)的制備和處理,通常使用Schlenk技術。

無水厭氧操作線,也稱為Schlenk線,是壹套惰性氣體凈化和操作系統。通過該系統,可以向反應系統中引入無水無氧的惰性氣體,從而使反應可以在無水無氧的氣氛中順利進行。無水厭氧操作線主要由除氧柱、幹燥柱、鈉鉀合金管、截流管、雙排管和真空計組成。

惰性氣體在壹定壓力下從鼓泡器通入安全管,通過幹燥柱初步除水,然後除氧,再除去除氧產生的微量水分,再通過鈉鉀合金管除去殘留的水和氧。如果氮氣不能引入系統,氣體會被引入鋰片或熱鎂片,最後通過斷油管進入雙排管。

在幹燥塔中,常裝填脫水能力和再生能力強的幹燥劑,如5A分子篩;在除氧塔中,選擇除氧效果好、再生性好的除氧劑,如銀分子篩。通過這種脫水和脫氧系統處理的惰性氣體可以被引入反應系統或其他操作系統。

提前準備:

應啟動幹燥塔和脫氧塔。

如果選擇5A分子篩作為幹燥劑,將5A分子篩放入長60cm、內徑3cm的玻璃柱中。從柱上端插入量程為400℃的溫度計,在柱上纏繞500 W的電熱絲,在柱外套壹個長60 cm、內徑6 cm的玻璃套管。柱體的下端連接有三通,三通分別連接真空泵和惰性氣體。分子篩柱在65438±0.33 kPa(65438±00 mmhg)、320 ~ 350℃下活化65438±00h。然後旋轉三通,通入惰性氣體,停止加熱,自然冷卻至室溫,關閉旋塞,連接系統。

如果選擇銀分子篩除氧,將銀分子篩放入長60 cm、內徑3 cm的玻璃柱中,在柱上端插入量程為400℃的溫度計,在柱周圍纏繞300 W電熱絲,在柱外套壹根長60 cm、內徑6cm的外管。在活化過程中,氫氣從塔的下端側管引入,尾氣從塔的上端側管引入外部。加熱至90 ~ 110℃,活化約10 h,活化過程中產生的少量水可通過柱下端的導管釋放。當銀分子篩變黑時,停止加熱,繼續通入氫氣,自然冷卻至室溫,關閉所有旋塞,接通系統。鈉鉀合金管上端長50厘米,內徑2厘米,下端長15厘米,內徑5厘米。上端側管與三通連接,並分別與真空泵和惰性氣體連接。首先抽真空,用吹風機或煤氣燈烘烤,然後自然冷卻至室溫,充入惰性氣體,抽三次。在充入惰性氣體的條件下,從上部開口加入切碎的鈉(15 g)和鉀(45 g),並用適量石蠟油覆蓋。然後加熱下端使鈉和鉀熔化,冷卻後得到鈉鉀合金。插入通風內胎,關閉旋塞並連接系統。

以上各柱經過處理後,可串聯除去水分和氧氣。

需要除水除氧的儀器通過帶旋塞的導管連接到無水厭氧操作線上的雙排管上進行通氣。儀器的分支應與不透液體的管子相連,以便排氣。同時保持儀器內的惰性氣體為正壓,使空氣無法進入。關閉分支處的液密管,旋轉雙排管的雙斜旋塞,使系統與真空管連接。抽真空,用吹風機或煤氣燈烘烤待處理的系統各部分,除去系統中的空氣和內壁附著的水分。烘烤後,打開惰性氣體閥門,待儀器冷卻後,旋轉雙排管上的雙斜三通,使待處理系統與惰性氣體管道連通。如此重復處理3次,即通氣完成。

註意事項:

(1)如果要求氧含量在2 ml/m3的範圍內,鈉鉀合金管可以不用於松弛作業線。

(2)用5A分子篩幹燥惰性氣體(如氬氣)容量大,再生容易,水的平衡蒸氣壓小於0.13 Pa。

(3)銀分子篩除氧容易,容量大,可再生。壹般情況下,惰性氣體經銀分子篩除氧後,含氧量可降至2 ml/m3以下。

(4)無水無氧作業線應使用厚壁橡膠管,防止通風時空氣滲入。

(5)如果在反應過程中要添加藥物或更換儀器,需要打開反應瓶時,應在較大的惰性氣體流量下操作。

(6)如果反應體系需要攪拌,應使用磁力攪拌。如果使用機械攪拌器,應增加惰性氣體的流速。

(7)如果用鈉精制的溶劑,如乙醚、四氫呋喃等,經過嚴格的無水無氧處理,含有鹵代烴的反應體系不能接在同壹個雙排管內,因為可以發生伍茲反應,反應劇烈放熱易爆炸!

(8)使用後,用取樣管塞住真空管,並保持真空橡膠管無水。

(9)在無水和厭氧操作線中,起泡器充滿石蠟油和水銀。通過鼓泡器,壹方面便於觀察系統中惰性氣體的流動;另壹方面,當系統中的壓力或溫度稍有變化而產生負壓時,可以將內部與外部隔離,防止空氣進入。水銀安全管的作用主要是防止反應體系內壓過高,導致瓶塞被沖開。它不僅能保持系統中壹定的壓力,而且當系統壓力過高時,還能讓惰性氣體從中排出。截油瓶的作用是收集從起泡器中帶出的石蠟油。在燃料切斷管中裝有活化分子篩,在惰性氣體流速過快時從鈉鉀合金管中吸收少量石蠟油,使其不進入反應器。

(10)在常壓反應中,如果對無水和厭氧條件要求不是很高,可以只用壹個除氧柱和兩個幹燥柱。

(11)抽真空和換氮氣時,要看雙排管道上是否有其他與氮氣相連的反應系統。如果有,需要暫時關閉,真空系統換成氮氣後再打開密閉反應系統的氮氣。

(12)找出雙斜三通活塞方向對應的氣流方向(抽真空和向系統內充惰性氣體互不影響)。如果活塞不用於標記氣流方向,有必要在活塞上粘貼壹條帶有箭頭的膠帶。

(13)壹般接油泵的真空管和雙排管之間要接冷聯氨。

(14)如果用於通風的物質是很輕的粉塵,需要在吸頭或施倫克管與真空管的連接處塞壹個小棉球,防止粉塵被抽入雙排管。棉花不要塞得太緊,不方便拿出來,塞得太松也不防止灰塵被抽進雙排管。(15)確保泵所泵送的物質中沒有溶劑殘留,不要泵送溶劑,否則會嚴重影響泵的壓力和使用壽命。

雙排管道的清洗:

(1)拆下活塞時標記相應的編號,不要搞混了,否則重裝時可能會漏。

(2)洗滌管中的油酯可浸泡在堿缸中,然後用水洗滌。如果洗不掉,可以加壹個活塞,封閉,在管中加入二氯甲烷,然後進行超聲波處理。有無機鹽的時候可以在酸槽裏洗,或者在試管裏加入濃硫酸浸泡。

(3)清洗核磁管的小刷子可以用來清洗細管,小刷子可以折疊成L形來清洗後面的細管。

(4)安裝時,應將真空管用丙酮清洗並幹燥。

(5)安裝活塞時,用橡皮筋固定,防止開得太大氣體彈出破裂。

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