Lucrul în atmosferă inertă este denumirea generală pentru o serie de tehnici și metode utilizate în laboratoarele chimice pentru a lucra cu substanțe care sunt sensibile la acțiunea aerului. Lucrul în atmosferă inertă previne distrugerea substanţelor de către componentele aerului , cel mai adesea apă şi oxigen ; mai rar - dioxid de carbon şi azot . Caracteristicile comune ale tuturor metodelor de lucru într-o atmosferă inertă sunt îndepărtarea aerului din spațiul de reacție folosind un vid, precum și utilizarea gazelor inerte, cum ar fi argonul sau azotul .
Cele mai comune metode de lucru în atmosferă inertă sunt utilizarea glavbox-urilor și a liniilor Schlenk . În ambele cazuri, toate articolele din sticlă (cel mai adesea tuburile Schlenk ) trebuie să fie bine uscate înainte de utilizare. O flacără a arzătorului cu gaz este uneori folosită pentru a îndepărta apa adsorbită. Cea mai des folosită tehnică pentru uscarea vaselor se numește purge-and- reumple . Vasul se pune sub vid (pentru a îndepărta gazele atmosferice și urmele de apă) și apoi se umple cu gaz inert uscat. Acest ciclu se repetă de mai multe ori. Una dintre diferențele în utilizarea glavbox-urilor și a liniilor Schlenk este modul în care se aplică ștergerea-reumplere . La utilizarea glavbox-urilor, vasele și echipamentele sunt uscate în așa-numita lacăt - un spațiu special conectat atât la interiorul glavbox-ului, cât și la mediul exterior. Atunci când se utilizează linia Schlenk, operația de îndepărtare-reumplere se aplică numai la interiorul vasului și al echipamentului în care se va desfășura reacția chimică. [unu]
Cea mai simplă metodă de lucru în atmosferă inertă este utilizarea glavbox -urilor . Când lucrați în cutia principală, este posibil să utilizați aproape întregul arsenal de metode și tehnici de laborator. Principalele dezavantaje sunt costul ridicat al glavbox-ului în sine, precum și o serie de inconveniente care apar atunci când lucrați cu dispozitive subțiri și fragile în mănuși groase.
Când se lucrează în cutia principală, se poate folosi echipament standard de laborator. Deoarece glavbox are o atmosferă de circulație închisă, trebuie luate câteva precauții suplimentare atunci când lucrați cu acesta. Deci, de exemplu, există o posibilitate de contaminare încrucișată a probelor în interiorul glavbox-ului atunci când acesta este partajat de mai mulți chimiști pentru lucrul simultan cu reactivi volatili de diferite tipuri.
Există două aplicații principale ale glavbox în chimia preparativă. Într-o metodă mai conservatoare, este utilizat exclusiv pentru cântărirea și manipularea deschisă a reactivilor sensibili. Reacțiile chimice în sine sunt efectuate în afara glavbox-ului folosind tehnica Schlenk. Astfel, glavbox-ul este folosit doar în cele mai nesigure etape ale experimentului în ceea ce privește menținerea ermeticității. Într-o metodă mai liberală, glavbox este utilizat pentru toate etapele experimentului, inclusiv manipularea solventului, reacția directă , manipularea și izolarea produsului și pregătirea probelor pentru analiză.
Unii reactivi și solvenți nu sunt de dorit să fie utilizați direct în glavbox, deși acest lucru depinde în cele din urmă de sarcinile și stilul de lucru al echipei științifice. Atmosfera internă a instrumentului este dezoxigenată continuu folosind un catalizator de cupru . Prin urmare, unii reactanți volatili , cum ar fi halogenurile, precum și substanțele cu putere de coordonare puternică, cum ar fi fosfinele și tiolii , pot provoca otrăvirea ireversibilă a catalizatorului de cupru . Pentru experimente cu astfel de substanțe, este mult de preferat să folosiți tehnica Schlenk.
Reacția cu fosfine și tioli este în principiu posibilă, deși catalizatorul de cupru va trebui înlocuit mai frecvent. Ultima opțiune este mai acceptabilă în ceea ce privește impactul asupra mediului.
Utilizarea liniei Schlenk permite cercetătorului să efectueze multe experimente într-o atmosferă de gaz inert. Principalele caracteristici ale metodei:
Diferite părți ale dispozitivelor sunt conectate între ele cu ajutorul unor secțiuni sigilate. Utilizarea echipamentelor speciale din sticlă, cum ar fi tuburile Schlenk și baloanele Schlenk , oferă cercetătorului posibilitatea de a utiliza multe metode standard pentru procesarea amestecurilor de reacție și purificarea produselor de reacție.
Gazele inerte purificate disponibile comercial ( argon și azot ) sunt utilizate în practica de laborator fără prelucrare ulterioară. Cu toate acestea, înainte de a fi utilizate în manipulări cu reactivi sensibili la apă și aer, gazele trebuie supuse unei purificări și uscări suplimentare. Astfel, prin trecerea unui gaz inert printr-o coloană încălzită cu un catalizator de cupru, gazul poate fi purificat din urme de oxigen prin legarea acestuia din urmă sub formă de oxid de cupru. Urmele de apă pot fi îndepărtate prin suflarea gazului printr-o coloană umplută cu un desicant, cum ar fi pentoxid de fosfor sau site moleculare.
Un aspect important al lucrului într-o atmosferă inertă este utilizarea solvenților curați, uscați, fără oxigen . Unii solvenți disponibili comercial îndeplinesc aceste cerințe. Recipientele cu astfel de solvenți sunt etichetate corespunzător. Acestea pot fi plasate direct în glavbox și utilizate fără curățare suplimentară. Când se utilizează solvenți uscați disponibili comercial în experimente cu linia Schlenk, este de dorit să se efectueze o degazare și uscare suplimentare.
Există două metode generale de degazare a solventului.
Prima, caracterizată prin succesiunea de acțiuni răcire-pompare-încălzire ( îngheț-pompă-dezgheț ) este următoarea. Solventul este răcit cu azot lichid, după care recipientul care îl conține este evacuat. Apoi, vasul este separat de linia de vid (de obicei prin închiderea unui robinet special pe tubul Schlenk) și pus în apă caldă pentru dezghețare. În acest caz, se eliberează bule de aer, captate în timpul cristalizării solventului [3] . După dezghețarea completă, vasul este purjat cu un gaz inert.
A doua metodă de uscare este de a amesteca solventul și de a-l sonica. În acest caz, recipientul cu solventul este evacuat. Bulele de gaz dizolvate sunt eliberate mai întâi. De îndată ce solventul începe să se evapore, vasul este umplut cu un gaz inert. Operația se repetă de trei ori.
De obicei, solvenții sunt uscați prin distilare peste un agent de uscare adecvat sub atmosferă inertă.
Un agent de uscare important pentru acest tip de distilare este tandemul sodiu-benzofenonă. Pe lângă viteza mare de uscare, utilizarea sa face posibilă controlul vizual progresului procesului. Schimbarea culorii de la galben murdar, la verde la albastru intens, din cauza radicalului anion cetil, este un indicator al absenței apei și a urmelor de oxigen în soluție. [4] [5]
Cu toate acestea, deoarece astfel de distilare sunt inflamabile, ele sunt din ce în ce mai mult înlocuite cu metode de uscare mai sigure. În special, este obișnuită să se filtreze solventul degazat printr-o coloană umplută cu aluminiu activat . [6]
Ambele metode de desfășurare a reacției într-o atmosferă inertă necesită echipamente speciale, uneori costisitoare. În cazurile în care absența oxigenului în atmosfera de reacție nu este o condiție strictă, este posibil să se utilizeze alte metode și tehnici. De exemplu, pentru a obține reactivii Grignard , care sunt hidrolizați de apă, este suficient să izolați atmosfera de reacție de mediul extern cu un tub umplut cu clorură de calciu („tub de clorură de calciu”).
Uneori se folosește uscare in situ , cum ar fi prin site moleculare sau prin distilarea azeotropă a apei din amestecul de reacție.
Triunghiul lui Perkin : distilarea lichidelor fără acces la aer
Filtrare în atmosferă inertă
Sublimare în atmosferă inertă
Transfuzie: supapă seringă
Duză de teflon pentru probe RMN sensibile la aer