常用試劑的性質(zhì)與制備純化(續(xù)2)
瀏覽次數(shù):3033 發(fā)布日期:2014-4-28
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17.高碘酸
商品的高碘酸一般有95%和50%兩種規(guī)格。高碘酸可對相鄰碳原子上有兩個羥基或一個羥基和一個氨基的化合物進(jìn)行選擇性氧化。即:C-C鍵斷裂。
RCH(OH)CH(OH)R'+ HIO4 → RCHO + R'CHO + HIO3 + H2O
RCH(OH)CH(NH2)R' + HIO4 → RCHO + R'CHO + HIO3 + NH3
只有兩個羥基或一個羥基和一個氨基在相鄰碳上時才能發(fā)生氧化反應(yīng),因此該反應(yīng)可用來檢驗是否存在相鄰的羥基(例如1,2-二醇)和相鄰的羥基、氨基。羥基和羰基相鄰或羰基和羰基相鄰的化合物也可被氧化,如:
RCH(OH)COR' + HIO4 → RCHO + R'CO2H + HIO3
RCOCOR' + HIO4 + H2O → RCO2H + R'CO2H + HIO3
pH在3~5之間進(jìn)行的氧化反應(yīng)用NaIO4和KIO4。高碘酸鈉在水中的溶解度為:0.07 g?mL-1,加入堿會形成難溶的Na2H3IO6沉淀。(Na2H3IO6水中溶解度0.2%)。如果反應(yīng)物不溶于水,氧化反應(yīng)就應(yīng)該在用水稀釋的乙醇、甲醇或乙酸中進(jìn)行。氧化劑應(yīng)稍過量,否則所得的氧化產(chǎn)物為部分氧化產(chǎn)物。
18.過氧化苯甲酰
過氧化苯甲酰是一種危險物質(zhì),很容易爆炸。商業(yè)產(chǎn)品很便宜,一般含水25%。在實驗中少量的過氧化苯甲酰可在強(qiáng)堿存在的條件下由苯甲酰氯和過氧化氫反應(yīng)制備
在通風(fēng)櫥中,向浸沒于冰浴中的600 mL的燒杯中加入50 mL(0.175 mol)12%(40體積)的過氧化氫,同時裝上機(jī)械攪拌,將30 mL 4 mol?L-1的氫氧化鈉溶液和30g(25 mL,0.214 mol)新蒸餾的苯甲酰氯(有催淚性,注意防護(hù))分別裝入兩個滴液漏斗,將漏斗頸浸沒于燒杯中,攪拌下同時滴入燒杯中。滴加的過程中要注意溶液保持弱減性,溫度不超過5~8℃。全部加完后,繼續(xù)攪拌半小時,此時不再有苯甲酰氯的氣味,抽濾絮狀沉淀,用少量冷水洗滌,然后放在濾紙上風(fēng)干,得到12 g 純度為46%的過氧化苯甲酰?扇苡谝惑w積的氯仿,再加入兩體積的甲醇析出沉淀的方法來提純。在熱的氯仿中過氧化苯甲酰不能重結(jié)晶,因為會產(chǎn)生非常劇烈的爆炸。過氧化苯甲酰在160℃時熔化并分解,與所有的有機(jī)過氧化物一樣,過氧化苯甲酰應(yīng)在防護(hù)屏后小心處理,而且應(yīng)使用角勺或聚乙烯勺處理。
為了確定過氧化苯甲酰的含量(含有其它有機(jī)過氧化物),可用下面的步驟:準(zhǔn)確稱取0.5 g過氧化苯甲酰,溶于裝有15 mL氯仿的350 mL的錐形瓶中,冷卻到-5℃,加入25 mL 0.1 mol?L-1的甲醇—甲醇鈉溶液,冷卻,震蕩5 min。在溶液為-5℃時,劇烈攪拌,依次加入100 mL冰水,5 mL 10%的硫酸和2 g溶于20mL 10%的硫酸的碘化鉀,然后用0.10 mol?L-1的標(biāo)準(zhǔn)亞硫酸鈉滴定析出的碘
1 mL 0.10 mol?L-1 Na2S2O3→0.0121 g 過氧化苯甲酰
19.過氧化氫
市售過氧化氫的濃度一般為28%和70%。也有高濃度的過氧化氫,如濃度為86%。濃過氧化氫與有機(jī)物或過渡金屬接觸會發(fā)生爆炸,因此必須小心。
只要采用一定的安全防范,即使是高濃度的過氧化氫(大于50%),也可以進(jìn)行處理。首先,最好戴上防護(hù)鏡和橡膠或塑料手套,因為高濃度的溶液會使紡織品燃燒,而且必須穿上橡膠或塑料圍裙。所有涉及到該溶液的操作均應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,并且反應(yīng)裝置應(yīng)安裝在裝有水的塑料盤中,以防止過氧化氫溢出。
吸入高濃度的過氧化氫的蒸氣會使鼻子和喉嚨疼痛,眼睛接觸后會使角膜潰爛。皮膚上濺到過氧化氫溶液,應(yīng)立即用自來水沖洗。操作前應(yīng)準(zhǔn)備好水,用于沖洗濺出和泄露的過氧化氫。
可以根據(jù)含氧量粗略測得過氧化氫溶液的濃度,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1 mL 30%的過氧化氫溶液加熱完全分解會得到100 mL氧。過氧化氫水溶液用酸性碘化鉀處理釋放出碘,再用標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉滴定,這種方法也可測得過氧化氫水溶液的濃度。
20.光氣(碳酰氯)
有市售裝在鋼瓶中的光氣或裝在安瓿中的光氣甲苯溶液(12.5%),由于光氣毒性強(qiáng),所有操作都應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,多余光氣必須用20%的氫氧化鈉溶液吸收完。一般不在實驗室中制備光氣,但少量的光氣可通過下面的步驟制備:實驗裝置如圖1所示,一個圓底燒瓶上裝一小的回流冷凝管,回流冷凝管上端安一“T”形接頭,再安一滴液漏斗,“T”形接頭與一系列的洗氣瓶相連,A和C作為安全瓶,B中所裝的甲苯吸收光氣。D中所裝的20%氫氧化鈉水溶液吸收HCl和微量的光氣。圓底燒瓶中裝有濃硫酸,再加入濃硫酸質(zhì)量2%的硅藻土(經(jīng)過灼燒干燥)。將四氯化碳置于滴液漏斗中,用油浴將濃硫酸加熱到120~130℃,慢慢滴加四氯化碳,所產(chǎn)生的光氣由甲苯(B)吸收,氯化氫留在D中。
3 CCl4 + 2 H2SO4 → 3 COCl2 + 4 HCl + S2O5Cl2
圖1 制備光氣裝置
21.鉀
在處理鉀時必須非常小心,要在裝有石油醚的研缽中切金屬鉀,不要用易碎的燒杯或培養(yǎng)皿。切開外面的氧化層,然后用鑷子將碎屑放入另一裝有石油醚的研缽中。用鑷子將剛切的鉀夾到濾紙上,快速吸干,然后加到已知質(zhì)量的裝有石油醚的燒杯中,稱量。將稱量后的鉀加到反應(yīng)物中。鉀碎屑不應(yīng)久置,應(yīng)立即分解掉,可將裝有鉀碎屑的研缽轉(zhuǎn)移到通風(fēng)櫥內(nèi),用移液管分批加入少量叔丁醇(不能用甲醇或乙醇),控制滴加速度使反應(yīng)不是很劇烈。準(zhǔn)備一個防熱擋板,如果溶液著火,可用擋板蓋住熄滅。粘在刀上和研缽中的鉀屑也要在通風(fēng)櫥中用叔丁醇小心處理。
22.甲醛
商品福爾馬林是含37~40% 甲醛的水溶液(每毫升含甲醛0.37~0.40 g),加入12%的甲醇作穩(wěn)定劑。當(dāng)需要干燥的氣態(tài)甲醛時,可通過180~200℃多聚甲醛的解聚得到。
23.金屬氫化物
金屬氫化物應(yīng)用廣泛,處理簡單,常被選作很多有機(jī)官能團(tuán)的還原劑。下面幾種金屬氫化物的氘代物可以通過商業(yè)途徑得到,它們能在有機(jī)化合物的已知位置引入一個氘原子,因而這類化合物在推測反應(yīng)途徑和反應(yīng)機(jī)理上是非常有用的。
氫化鋁鋰(LiALH4)是一種很強(qiáng)的還原劑,能迅速還原許多官能團(tuán)。一個典型的例子就是把酯還原成醇。這種試劑通常以粉末形式密封在塑料袋里,置于金屬筒中。也可以以溶液形式溶于乙醚、二甲醚、四氫呋喃或者甲苯中。氫化鋁鋰與水劇烈反應(yīng),放出氫氣,也必須避免與痕量的水蒸氣接觸,因為隨即產(chǎn)生的熱量能引燃?xì)浠X鋰。因此在處理該試劑時要特別小心。剩余的粉末試劑要安全銷毀,方法是在安全隔板后放一容器,內(nèi)置石油醚(b.p.60~80℃)。將氫化鋁鋰粉末懸浮其中,小心攪拌滴加乙酸乙酯直到明顯的反應(yīng)停止,然后將混合物靜置過夜,用乙醇,再用水重復(fù)上述步驟。最后水層倒入下水道,有機(jī)層回收。
氫化鋁鋰的還原通常在醚的溶劑中進(jìn)行,如嚴(yán)格干燥過的乙醚或四氫呋喃,它在這兩種溶劑中的溶解度分別是25~30g/kg和13g/kg。這些溶液中常含有大量的不溶物,可能是操作過程中氫化物與水氣反應(yīng)生成的雜質(zhì)所致,但這些成分不到1%,不會影響下一步的還原反應(yīng)。
硼氫化鈉(NaBH4)相對于氫化鋁鋰來說是一種溫和的還原劑。在羰基化合物中,它一般只還原醛類和酮類,而且硼氫化鈉比氫化鋁鋰的選擇性要好,可以買到固體的NaBH4或者溶于乙二醇二甲醚、丙三醇三甲醚中的溶液。與氫化鋁鋰不同,硼氫化鈉不溶于乙醚(但可溶于二氧六環(huán)),作還原劑時,一般溶于水或乙醇溶液中。
24.磷酸
市售磷酸的含量為85%,d=1.75;每毫升含磷酸1.57 g,相當(dāng)于65% P2O5。同樣也可以買到100%的磷酸(無水磷酸,相當(dāng)于72% P2O5),將90%的磷酸與P2O5按質(zhì)量比4﹕1混合也可制備100%的磷酸。
多聚磷酸(近似分子式2P2O5.3H2O)含82~84%的磷酸,為粘稠液體,取用時可用蒸氣浴加熱形成流動的液體。也可將P2O5溶于88~90%的磷酸(質(zhì)量比為1.8﹕1)來制備,相當(dāng)于含87% 的P2O5。
25.硫化氫
硫化氫有毒,應(yīng)在通風(fēng)良好的通風(fēng)櫥中進(jìn)行反應(yīng)和制備,一般采用硫化亞鐵與稀鹽酸(1﹕3)在啟普發(fā)生器中制備,用水洗除去少量酸氣,因市售硫化亞鐵含有少量單質(zhì)鐵,所以制得的硫化氫含有少量氫氣。也有高純度的鋼瓶氣,純度一般為99.6%。
26.硫酸二烷基酯
硫酸二甲酯為液體,沸點(diǎn)188.5℃,幾乎沒有氣味。氣態(tài)和液態(tài)的硫酸二甲酯均有劇毒,應(yīng)在通風(fēng)櫥中使用,并戴上膠皮手套。吸入氣態(tài)的硫酸二甲酯會導(dǎo)致頭暈,甚至中毒,液態(tài)的硫酸二甲酯會滲透皮膚導(dǎo)致中毒。如果不小心將液態(tài)硫酸二甲酯灑在手上,應(yīng)立即用濃氨水沖洗,將它在未滲透皮膚之前分解,然后用浸有氨水的棉團(tuán)輕輕擦拭。
硫酸二乙酯的毒性比硫酸二甲酯的弱,但在使用和處理時同樣要采取相應(yīng)的預(yù)防措施,所有的操作都應(yīng)戴上膠皮手套在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。如果硫酸二乙酯為黑色,應(yīng)該放在分液漏斗中用冰水洗滌,再用碳酸氫鈉洗滌,直到不顯酸性,最后用氧化鈣干燥,分餾,收集93℃/1.7 kPa的餾分。
27.氯氣
氯是具有劇毒的刺激性氣體,制備和使用必須在通風(fēng)良好的通風(fēng)櫥中進(jìn)行操作。對于使用大量的氯,可用市售的鋼瓶氯氣。氣體可通過兩個裝有濃硫酸的洗氣瓶進(jìn)行干燥,然后通過一個裝有玻璃棉的洗氣瓶以除去酸霧。少量的氯可在如圖2所示的裝置中由濃鹽酸和高錳酸鉀反應(yīng)制得。根據(jù)所需氯氣的質(zhì)量計算出高錳酸鉀的量(1 g Cl2約需0.9 g KMnO4),加入圓底燒瓶。將稍過量的濃鹽酸置于恒壓滴液漏斗中(1 g KMnO 4需6.2 mL濃鹽酸)然后將恒壓漏斗塞上,活塞用橡皮筋套上。將氯通過一裝有水的洗氣瓶以除去HCl,然后通過另一裝有濃硫酸的洗氣瓶進(jìn)行干燥,最好在反應(yīng)器和干燥裝置之間裝一安全瓶。鹽酸應(yīng)慢慢地滴加到高錳酸鹽晶體上,并不斷震蕩燒瓶。當(dāng)酸加入一半時,氣體的揮發(fā)速度逐漸降低,此時應(yīng)稍微加熱燒瓶,酸加完后將混合物加熱到微沸,將氯全部揮發(fā)出來。
圖2 氯氣制備裝置
28.氯仿
氯仿的沸點(diǎn)61.2℃,密度d=1.4916,不溶于水,在日光下易分解為Cl2、HCl、CO2和光氣(劇毒),故應(yīng)保存在棕色瓶中,市場上供應(yīng)的氯仿多加有1%的乙醇以消除光氣,氯仿中的乙醇的檢驗可用碘仿反應(yīng),游離氯化氫的檢驗可用AgNO3的醇溶液。
氯仿的純化:先用濃硫酸除去乙醇,再用無水氯化鈣干燥,最后進(jìn)行蒸餾。氯仿遇金屬鈉會發(fā)生爆炸,不可用金屬鈉干燥。
29.氯磺酸(ClSO3H)
處理氯磺酸時必須非常小心,它對皮膚和衣服的腐蝕性很強(qiáng),與水發(fā)生劇烈反應(yīng)。如果試劑不純,可以在全玻璃的裝置中進(jìn)行蒸餾,收集沸點(diǎn)在148~150℃/100kPa的餾分,應(yīng)對餾分采取防潮措施。
30.氯化亞錫
無水氯化亞錫易溶于丙酮和1-戊醇,溶于無水甲醇和無水乙醇;不溶于苯,甲苯,二甲苯和氯仿。只要有微量的水就立即水解,形成一種乳狀沉淀。
用油浴在195~200℃對結(jié)晶氯化亞錫(SnCl2?2H2O)加熱1小時,熔融物冷卻后變?yōu)榉勰,可保存在干燥器或塞緊的瓶中,所得產(chǎn)物在許多實驗中都可滿足要求。
用下面的步驟可得到更好的無水氯化亞錫:在400 mL的燒杯中加入102 g(89.5 mL,1 mol)新蒸的乙酸酐,123 g分析純的SnCl2?2H2O(0.5 mol),結(jié)晶立即脫水,放熱,乙酐沸騰。1小時后,用布氏漏斗或磨砂玻璃漏斗過濾無水氯化亞錫,用兩份30 mL的無水醚洗滌除去乙酐,然后在干燥器中干燥過夜?杀4嬖诟稍锲髦谢蛉o的瓶中。