Trabajar en atmósfera inerte es el nombre general de una serie de técnicas y métodos utilizados en los laboratorios químicos para trabajar con sustancias sensibles a la acción del aire. Trabajar en una atmósfera inerte evita la destrucción de sustancias por los componentes del aire , más a menudo agua y oxígeno ; con menos frecuencia, dióxido de carbono y nitrógeno . Las características comunes de todos los métodos de trabajo en atmósfera inerte son la eliminación del aire del espacio de reacción mediante vacío, así como el uso de gases inertes como el argón o el nitrógeno .
Los métodos más comunes de trabajo en atmósfera inerte son el uso de cajas de vidrio y líneas Schlenk . En ambos casos, todo el material de vidrio (la mayoría de las veces, los tubos Schlenk ) debe secarse completamente antes de su uso. A veces se utiliza la llama de un quemador de gas para eliminar el agua adsorbida. La técnica más utilizada para secar los platos se llama purgar y rellenar . El recipiente se coloca al vacío (para eliminar los gases atmosféricos y las trazas de agua) y luego se llena con gas inerte seco. Este ciclo se repite varias veces. Una de las diferencias en el uso de glavboxes y líneas Schlenk es la forma en que se aplica eliminar-rellenar . Cuando se usan glavboxes, los platos y el equipo se secan en la llamada cerradura , un espacio especial conectado tanto al interior del glavbox como al entorno externo. Cuando se utiliza la línea Schlenk, la operación de extracción-relleno se aplica únicamente al interior del recipiente y equipo en el que se realizará la reacción química. [una]
El método más simple de trabajar en una atmósfera inerte es el uso de glavboxes . Cuando se trabaja en la caja principal, es posible utilizar casi todo el arsenal de métodos y técnicas de laboratorio. Las principales desventajas son el alto costo del glavbox en sí, así como una serie de inconvenientes que surgen cuando se trabaja con dispositivos delgados y frágiles en guantes gruesos.
Cuando se trabaja en la caja principal, se puede utilizar equipo de laboratorio estándar. Dado que el glavbox tiene una atmósfera circulante cerrada, se deben tomar algunas precauciones adicionales al trabajar con él. Entonces, por ejemplo, existe la posibilidad de contaminación cruzada de muestras dentro de la glavbox cuando varios químicos la comparten para trabajar simultáneamente con reactivos volátiles de diferentes tipos.
Hay dos aplicaciones principales de glavbox en química preparativa. En un método más conservador, se utiliza exclusivamente para pesaje y manipulación abierta de reactivos sensibles. Las reacciones químicas en sí se llevan a cabo fuera de la glavbox utilizando la técnica de Schlenk. Por lo tanto, el glavbox se usa solo en las etapas menos confiables del experimento en términos de mantener la hermeticidad. En un método más liberal, el glavbox se usa para todas las etapas del experimento, incluido el manejo de solventes, la reacción directa , el manejo y aislamiento del producto y la preparación de muestras para el análisis.
Algunos reactivos y solventes no son deseables para usar directamente en la glavbox, aunque esto depende en última instancia de las tareas y el estilo de trabajo del equipo científico. La atmósfera interna del instrumento se desoxigena continuamente utilizando un catalizador de cobre . Para experimentos con tales sustancias, es mucho más preferible utilizar la técnica de Schlenk.
La reacción con fosfinas y tioles es posible en principio, aunque el catalizador de cobre deberá ser reemplazado con mayor frecuencia. La última opción es más aceptable en términos de impacto ambiental.
El uso de la línea Schlenk permite al investigador realizar muchos experimentos en una atmósfera de gas inerte. Las principales características del método:
Las diferentes partes de los dispositivos están conectadas entre sí con la ayuda de secciones selladas. El uso de equipos de vidrio especiales, como tubos Schlenk y matraces Schlenk , brinda al investigador la oportunidad de utilizar muchos métodos estándar para procesar mezclas de reacción y purificar productos de reacción.
Los gases inertes purificados disponibles comercialmente ( argón y nitrógeno ) se utilizan en la práctica de laboratorio sin procesamiento adicional. Sin embargo, antes de ser utilizados en manipulaciones con reactivos sensibles al agua y al aire, los gases deben someterse a una purificación y secado adicionales. Así, pasando un gas inerte a través de una columna calentada con un catalizador de cobre, el gas puede ser purificado de trazas de oxígeno uniendo este último en forma de óxido de cobre. Los rastros de agua se pueden eliminar soplando gas a través de una columna llena con un desecante como pentóxido de fósforo o tamices moleculares.
Un aspecto importante de trabajar en una atmósfera inerte es el uso de solventes limpios, secos y libres de oxígeno . Algunos disolventes disponibles comercialmente cumplen estos requisitos. Los contenedores con tales solventes están etiquetados en consecuencia. Pueden colocarse directamente en la glavbox y usarse sin necesidad de limpieza adicional. Cuando se utilizan disolventes secos disponibles comercialmente en experimentos con la línea Schlenk, es deseable llevar a cabo una desgasificación y un secado adicionales.
Hay dos métodos generales para desgasificar el solvente.
La primera, caracterizada por la secuencia de acciones refrigeración-bombeo-calentamiento ( congelación-bomba-descongelación ) es la siguiente. El disolvente se enfría con nitrógeno líquido, después de lo cual se vacía el recipiente que lo contiene. Luego, el recipiente se separa de la línea de vacío (generalmente cerrando un grifo especial en el tubo Schlenk) y se coloca en agua tibia para descongelarlo. En este caso, se liberan burbujas de aire, capturadas durante la cristalización del solvente [3] . Después de la descongelación completa, el recipiente se purga con un gas inerte.
El segundo método de secado es mezclar el solvente y sonicarlo. En este caso, se vacía el recipiente con el disolvente. Las burbujas de gas disueltas se liberan primero. Tan pronto como el solvente comienza a evaporarse, el recipiente se llena con un gas inerte. La operación se repite tres veces.
Normalmente, los disolventes se secan por destilación sobre un agente desecante adecuado en una atmósfera inerte.
Un agente secante importante para este tipo de destilación es el tándem sodio-benzofenona. Además de la alta velocidad de secado, su uso permite controlar visualmente el progreso del proceso. El cambio de color de amarillo sucio, pasando por verde a azul intenso, debido al radical anión cetilo, es un indicador de la ausencia de agua y trazas de oxígeno en la solución. [4] [5]
Sin embargo, dado que tales destilaciones son inflamables, se reemplazan cada vez más por métodos de secado más seguros. En particular, es común filtrar el solvente desgasificado a través de una columna llena de aluminio activado . [6]
Ambos métodos de llevar a cabo la reacción en una atmósfera inerte requieren un equipo especial, a veces costoso. En los casos en que la ausencia de oxígeno en la atmósfera de reacción no sea una condición estricta, es posible utilizar otros métodos y técnicas. Por ejemplo, para obtener los reactivos de Grignard , que se hidrolizan con agua, es suficiente aislar la atmósfera de reacción del ambiente externo con un tubo lleno de cloruro de calcio ("tubo de cloruro de calcio").
A veces se utiliza el secado in situ , como por tamices moleculares o por destilación azeotrópica del agua de la mezcla de reacción.
Triángulo de Perkin : destilación de líquidos sin acceso al aire
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Boquilla de teflón para muestras de RMN sensibles al aire