合成中的封管反應(yīng)
適用反應(yīng)類型
(1)反應(yīng)溫度比所用溶劑和反應(yīng)原料沸點(diǎn)稍低或稍高,在反應(yīng)中不產(chǎn)生大量氣體的反應(yīng)。
(2)反應(yīng)物中有氣體的溶液,反應(yīng)需要加熱才能進(jìn)行。
反應(yīng)器
Aldrich的Ace pressure tube與ChemGlass公司的封管,設(shè)計(jì)最高壓力可以承受150 psi(≈10 atm)。
常用的反應(yīng)壓力和溫度
不同的溶劑對應(yīng)不同的溫度,關(guān)于溶劑的蒸汽壓和溫度的關(guān)系可以參考《溶劑手冊》第三版,化學(xué)工業(yè)出版社出版。
幾種常用溶劑的高于沸點(diǎn)的蒸汽壓:
甲醇在140℃時(shí), 蒸汽壓為1077.08 kPa,常壓沸點(diǎn)64.5℃;乙醇在150℃時(shí),蒸汽壓為 982.85 kPa,常壓沸點(diǎn)78℃;
甲苯在136℃時(shí),蒸汽壓為 200 kPa,常壓沸點(diǎn) 110℃;
苯在103.92℃時(shí), 蒸汽壓為 199.98 kPa,常壓沸點(diǎn)80℃。
溶劑手冊上的數(shù)據(jù)不太全,很多有機(jī)溶劑高于沸點(diǎn)的蒸汽壓都查不到,比較一些可以查到的數(shù)據(jù),我們也可以判斷自己所用的條件是否在安全范圍之內(nèi)。苯類和鹵代烴類化合物對密封圈的溶脹比較嚴(yán)重,不建議使用太高的溫度。由于我們使用的封管類型不一,建議內(nèi)壓不要超過6atm,這時(shí)甲醇在120℃左右,乙醇在130℃左右。
在使用氣體的溶液進(jìn)行封管反應(yīng)時(shí),由于在高溫下氣體揮發(fā)嚴(yán)重,應(yīng)當(dāng)考慮到在該溫度下除去溶劑超過沸點(diǎn)產(chǎn)生壓力外,還有氣體高溫下?lián)]發(fā)產(chǎn)生的壓力。如果使用氨的甲醇溶液進(jìn)行氨解時(shí),由于在高溫下氨揮發(fā)嚴(yán)重,當(dāng)溫度為120℃時(shí),壓力可能超過10atm。
微波反應(yīng)器在加熱的同時(shí)可以測定反應(yīng)的內(nèi)部壓力,建議對沒有把握的反應(yīng)先用微波反應(yīng)器在目標(biāo)溫度反應(yīng)10分鐘,了解壓力可能達(dá)到多少。在反應(yīng)時(shí)一定要控制油浴溫度,防止反應(yīng)過熱。劃痕和撞擊將影響封管的耐壓能力,在使用和清洗封管時(shí)要小心。
正常使用時(shí)可能發(fā)生的問題
密封圈損壞:密封圈是整個(gè)反應(yīng)器上最容易損壞的部件,如有損壞要及時(shí)更換。公司曾經(jīng)發(fā)生的事故:曾經(jīng)在用氨的乙醇溶液120℃氨解反應(yīng)時(shí),Ace pressure tube的密封圈損壞,反應(yīng)液沖出。
四氟乙烯蓋子把玻璃頂破:公司曾經(jīng)發(fā)生的事故:使用國產(chǎn)的封管,把當(dāng)時(shí)的氣溫很低,在加熱以前把蓋子旋得過緊,加熱到120℃以后,由于四氟乙烯膨脹得比玻璃快,把封管口上的玻璃脹破,反應(yīng)液沖出。建議以后不可以使用國產(chǎn)的封管,因其質(zhì)量未經(jīng)過權(quán)威部門檢測。
封管爆炸:公司曾經(jīng)發(fā)生的事故:國產(chǎn)封管,反應(yīng)正在進(jìn)行中封管爆炸。經(jīng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)中可以產(chǎn)生3倍的氣體。100℃下,2倍量CH3OH,1倍量CO2。進(jìn)口封管在公司內(nèi)也有爆炸先例,所以不要有僥幸心理,要保證安全的前提下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
封管使用時(shí)注意事項(xiàng)
密封圈損壞:密封圈是整個(gè)反應(yīng)器上最容易損壞的
1.1 進(jìn)口封管質(zhì)量較好,新封管最高可以承受10atm,但使用過多次后,最高承受的壓力會(huì)下降;而國產(chǎn)封管未經(jīng)過嚴(yán)格測試,盡可能不再使用,或者在有氣體的溶液參與反應(yīng),溫度不超過溶劑沸點(diǎn),并且在確保壓力不超過2atm時(shí),才可采用;
1.2?在使用氣體的溶液進(jìn)行封管反應(yīng)時(shí),由于在高溫下氣體揮發(fā)嚴(yán)重,估算壓力時(shí)除去考慮到在該溫度下溶劑超過沸點(diǎn)產(chǎn)生壓力外,還有該溶液中氣體高溫下?lián)]發(fā)產(chǎn)生的壓力。如果使用氨的甲醇溶液進(jìn)行氨解時(shí),由于在高溫下氨揮發(fā)嚴(yán)重,當(dāng)溫度達(dá)到120℃時(shí),壓力可能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10atm;
1.3??必須實(shí)現(xiàn)估算到反應(yīng)可能產(chǎn)生的氣體,包括主反應(yīng)、副反應(yīng)等可能產(chǎn)生的氣體的壓力要考慮進(jìn)去;
1.4?對于反應(yīng)溫度超過溶劑沸點(diǎn)20℃以上的反應(yīng),推薦使用高壓反應(yīng)釜;
1.5?對于沒有把握的反應(yīng),推薦先使用微波反應(yīng)器進(jìn)行小試,反應(yīng)速度快,而且相對安全;
1.6?封管屬于壓力儀器,嚴(yán)禁碰撞、劃痕等可能導(dǎo)致內(nèi)傷的操作;
1.7封管的密封圈有兩種,一般的褐色的Viton密封圈,耐油和酸;若反應(yīng)中用到強(qiáng)堿時(shí)請使用白色的全氟密封圈;
1.8??蓋上塞子時(shí)請不要旋轉(zhuǎn)得太緊或太松,絕不可緊到不能再緊的程度,這樣反而容易泄漏產(chǎn)生危險(xiǎn)甚至封管頂破,松緊適宜即可;
1.9?體系中試劑和溶劑體積嚴(yán)格控制在封管容積的1/3以下,推薦在1/5以下;
1.10?洗滌封管時(shí)不要泡在堿缸中,也不要使用超聲洗滌,應(yīng)根據(jù)反應(yīng)情況使用合適的溶劑漂洗干凈,可以使用試管刷洗滌,不可使用刮刀;
1.11封管反應(yīng)結(jié)束時(shí),要將反應(yīng)降至室溫才可打開封管塞子,不能在封管還是高溫的狀態(tài)下打開;
1.12?進(jìn)行封管反應(yīng)時(shí)必須在正面及可能傷到人的側(cè)面加防護(hù)擋板,觀察封管反應(yīng)進(jìn)行情況時(shí),不要直接觀察,要在防護(hù)玻璃或擋板后面觀察。