「技」室温下移除溶剂的方法——高沸点溶剂也可以轻松除去

 在有机合成中,对于热敏性产物,往往需要在室温或者低温条件下除去溶剂。因此,开发在室温或者低温条件下有效地除去溶剂,尤其是高沸点溶剂的方法,具有重要意义。物理化学家们给出了一个简便可行的方案

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简介

在物理化学中,我们知道,在一个密闭体系中,体系总的压力等于蒸汽压力,这个原理简单易懂。据此,物理化学家开发了一个非常简便的装置,即可在室温或者低温环境下移除体系中的溶剂。
采用全玻璃装置,从装有50毫升二甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)的蒸馏瓶中蒸发溶剂样品。蒸馏瓶悬浮在18-28℃的水浴中,蒸发溶剂收集在液氮冷却的容器中,整个过程在90-140分钟内完成。通过重量法和核磁共振氢谱法监测从苯甲酮溶液中去除溶剂DMSO和NMP,进一步说明了该方法在实验化学尺度上的实用性。对演示的模拟冷冻干燥条件的方法进行修改(通过减少到蒸馏瓶的热流),可用于回收水溶性化合物,包括聚合物和生物聚合物。我们建议将这种溶剂去除方法命名为“cryovap”。

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结果与讨论

如下图1 (Fig. 1)所示,装置非常简单,分别由蒸馏瓶、接收瓶、连接管道组成,蒸馏瓶中为产物与高沸点溶剂的混合物,接收瓶用于接收分离出的溶剂。
实际的装置图则如图2(Fig. 2)和图3(Fig. 3)所示,图2的装置有可能需要定做(当然也可以用冷井装置加连接管代替),图3装置则是非常常规的实验仪器,可以方便购买获得。
为了评估蒸馏装置的性能,选择四种溶剂(正常沸点标注在括号中):水(100ºC),N,N-二甲基甲酰胺(153ºC),二甲亚砜(DMSO(189ºC)和N-甲基吡咯烷酮NMP(202ºC)。三个非水溶剂DMF,DMSO和NMP(每种50毫升)置于200毫升Schlenk蒸馏烧瓶内,放置在水浴中(温度控制在18-28 ºC),接收瓶使用液态氮冷冻(Fig. 4,例子1-3),蒸发时间从90分钟到140分钟不等。水(50毫升)置于200毫升Schlenk蒸馏烧瓶,随后放置于水浴(21-22 ºC)(Fig. 5,例4),在这种情况下,接收瓶使用冰冷冻,耗时3小时完成蒸馏。

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一般程序

组装后装置后,使用油泵将体系抽至真空状态,随后密闭体系,将蒸馏瓶置于水浴中(控制适宜温度),接收瓶置于液氮或者冰浴中。保持该状态一段时间,即可完成。

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总结

在本文中,作者描述了真空、封闭系统在环境或低温条件下除去溶剂的简单方法。该方法适用于多种溶剂,溶剂沸点可以高达202 ºC (高沸点溶剂可以通过更长的时间移除),该方法基本上说只受限于所用玻璃仪器的大小。此外,含有挥发性腐蚀性成分(如卤化氢)的溶液可以有效蒸发,对硬件的损害风险最小,因为这种方法是在全玻璃设备中实现的,不使用旋转蒸发仪或其任何组件,而真空泵仅在初始的、相对较短的时间使用。该方法适用于有机化学、有机金属化学、生物化学和配位化学等领域的基础研究和应用研究。

参考:

DOI: 10.1021/acs.oprd.9b00368


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