室温蒸除DMSO、DMF高沸点溶剂的方法

分子科学 2024-01-19 07:49

 

想必做有机合成的朋友都知道,用旋转蒸发仪蒸DMF(常压沸点153℃)、DMSO(常压189℃)、水实在太TM难了!!一方面普通隔膜泵往往很难达到特别低的真空度(DMF,4.5mmHg 时沸点30℃),另一方面许多化合物往往又怕热,这足实让许多合成工作者伤透了脑筋。虽然有有一些技术方法可以解决高沸点溶剂蒸发问题,比如冷冻干燥,但它也需要专门的冷冻干燥机和真空泵设备,使用起来也不是特别方便。

 

近日,泽维尔大学研究人员在美国化学会Organic Process Research & Development上发表了一篇研究性论文,描述了一种在室温或低温下从真空封闭系统中去除DMSO,NMP等高沸点溶剂的简单方法,整个系统无需使用旋转蒸发仪,此外,还可以有效蒸发包含挥发性腐蚀性成分(例如卤化氢)的溶液,而不会损坏硬件,因为这种方法是在全玻璃设备中实现的。作者将这种溶剂去除的方法命名为“ cryovap”

“ cryovap”的原理是:溶剂蒸发的驱动力来源于蒸馏瓶和冷却的接收器之间的压力梯度,一旦冷凝器/接收器冷却,辅助溶剂蒸气就会冷凝,从而使内部真空度达到主要溶剂的蒸气压。由于冷冻接收器中的溶剂蒸气压低于蒸馏瓶中的溶剂蒸气压,因此达到了传质条件并发生了蒸馏。蒸馏的条件是周围的介质(空气或水浴)能够向蒸发溶液提供热能。

 

基于它的原理,蒸发的设备形式可以多种多样:

左: 带有圆柱形冷凝器/接收器的蒸馏设备,接收器装有低温溶剂。右:带有桥式冷凝器/接收器的蒸馏设备。

作者分别选择了四种溶剂进行蒸馏来评估所述方法的性能:水(100°C),DMF(153°C),DMSO(189°C),和N-甲基吡咯烷酮NMP(202℃)。使用下图(一)的方法,将接收器用液氮冷却,水浴温度为18–28°C,作者从200 mL Schlenk烧瓶中蒸馏出了三种高沸点溶剂DMF,DMSO和NMP(各50 mL),蒸馏时间从90至140分钟不等。使用下图(二)的方法,接收器用冰冷却,水浴(21–22°C),花费3小时完成了50mL水的蒸馏。

图(一)接收器用液氮冷却水浴为18–28°C

图(二)接收器用冰冷却,水浴(21–22°C)

 

根据原理,设备各部分的压力必须等于被蒸馏溶剂的蒸汽压。如果在设置过程中烧瓶中装有溶液但接收器是空的,则抽真空将导致溶剂蒸气仅从蒸馏烧瓶中排出不可冷凝气体。因此必须在抽空之前向接收器中加入少量的相同或辅助助溶剂,以便从设备的两侧去除不可冷凝的气体。

实例1:在200 mL Schlenk烧瓶中装入10 mm搅拌棒,50 mL DMSO和0.5 mL异辛烷,接收器中装入0.5 mL异辛烷。将设备抽空2-3分钟。在泵送期间,异辛烷蒸发,其蒸气排出设备内的残留空气。关闭旋塞阀,将系统与真空管线断开。并按上图(一)所示进行布置。将水浴装满水,并预热至28°C(以提供用于蒸发的热能并防止DMSO冻结),并将磁力搅拌器设置为高rpm。搅拌约5分钟后,假定水浴和溶剂之间的温度达到平衡。将装有液氮(约占其体积的三分之一)的杜瓦瓶调整到适当的位置,以便仅将接收器的底部浸入冷冻剂中。在蒸发过程中,水浴温度保持在27至28°C之间,然后将接收器逐渐浸入杜瓦瓶中。蒸馏瓶中的溶剂始终保持液态,并在105分钟内完成蒸馏。

 

成功的关键:

 

(1)保证密封。所有毛玻璃接头和旋塞阀必须使用高真空油脂进行润滑,并确保每个接头和旋塞完全透明;每个注油接头的旋转测试应平稳,且无污迹。

 

(2)快速搅拌。高转速搅拌主要在于防止因溶剂剧烈沸腾而引起的爆沸。另外,快速搅拌能够增加蒸发液体的表面积,这又加速了蒸发。

 

(3)液氮是最有效的冷冻剂。大多数溶剂会在液氮温度下冻结在接收器中。当处理较大体积的溶剂时,溶剂倾向于在接收器的上部冻结,阻碍进一步的蒸发。可通过在杜瓦瓶中装入四分之一至三分之一的冷冻剂来解决此问题。随着蒸馏的进行,可以添加更多的冷冻剂,或者可以将杜瓦瓶重新放置到更高的位置,以便将接收器的更多表面积浸入冷冻剂中。

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