叠氮磷酸二苯酯用什么淬灭
叠氮磷酸二苯酯用甲苯和水作溶剂加入二苯氧基磷酰氯与1:1叠氮化钠,用0.1当量的四丁基溴化胺催化,于25℃下反应1.5min连续反应,连续淬灭。与传统釜式反应器相比,使用连续流微反应器来制备叠氮磷酸二苯酯,优势可总结如下:
1、对于危险化学试剂参与或者生成反应,使用连续流微反器可实现:连续自动进料,连续反应、连续分离、连续检测以及连续淬灭,避免危险试剂的直接接触,使化学反应过程本质安全;
2、对于有不稳定中间体生成或产品稳定性不高的反应,连续流反应器能实现即时的分离,提高产品的收率与选择性。
应当是“闪烁计数瓶”。
用途主要是放射性物质的检测。具体操作如下:
液体闪烁计数所用的闪烁体是液态,即将闪烁体溶解在适当的溶液中,配制成为闪烁液,并将待测放射性物质放在闪烁液中进行测量。应用液体闪烁计数可达到4π立体角的优越几何测量条件,而且源的自吸收也可以忽略,对于能量低,射程短、易被空气和其它物质吸收的α射线和低能β射线(如3H和14C),有较高的探测效率,液体闪烁计数器是α射线和低能β射线的首选测量仪器。
1.探测机理
闪烁液产生光子的过程是,从放射源发出的射线能理,首先被溶剂分子吸收,使溶剂分子激发。这种激发能量在溶剂内传播时,即传递给闪烁体(溶质),引起闪烁体分子的激发,当闪烁体分子回到基态时就发射出光子,该光子透过透明的闪闪烁液及样品的瓶壁,被光电倍增管的光阴极接收,继而产生光电子并通过光电倍增管的倍增管的位增极放大,然后被阳极接收形成电脉冲,完成了放射能→光能→电能的转换。
2.闪烁液
液体闪烁计数系统作用的闪烁溶液,是指闪烁瓶中除放射性被测样品之外的其它组分,主要是有机溶剂和溶质(闪烁体),有时为了样品的制备或提高计数效率的需要,还加入其它添加剂。 ⑴溶剂:从β源放射β射线到发射能被肖阴极接收的光妇的这一系列能量转移环节中,能量转移效率是很低的,只有少部分放射能量被利用来发射光子,其中放射源与溶剂之间,能量转移效率大约为5 ̄10%。对溶剂的选择,主要视其对闪烁体的溶介度和将放射能转移给闪烁体的效率而定。如果以一定浓度的闪烁体在甲苯溶液中产生的脉冲高度为100%,那么,凡能产生80%以上的脉冲高度的都定为溶剂,能使脉冲高度随其浓度上升而逐渐减小的称为稀释液,而在浓度很低时就能引起脉冲高度显著下降的叫淬灭剂。在液体闪烁计数系统中,一个好的溶剂应满足下列条件:①对闪烁体的溶介度高;②对放射源的转移效率高;③对闪烁发射的光子透明度高;④在无论有无助溶剂的帮助下都可以溶介放射性样品;⑤在计数器的工作温度下来结冰;⑥能够形成均相的测量溶液。一般认为,烷基苯是最好的溶剂,如甲苯,二甲苯。此外,苯甲醚也是比较好的溶剂。另外,对于含水量较多的样品,采用1,4-二氧不作为溶剂,因为该有机化合物的极性较大,既能很好地溶介闪烁体又可溶介含水量较多的样品,能改善计数效率,缺点是价格昂贵,冰点高,久放后产生淬灭作用很强的过氧化物,必须经纯化才能使用,并应加入 0.001%的二乙基二硫代氨基甲酸钠或丁基氢氧基甲苯(BHT),
以抑制纯化的二氧六环变质。溶剂在闪烁溶液中约占99%,因此,它的纯度对闪烁液的品质是很大的影响因素。溶剂中不发光的杂质、氧和水的含量多少,都关系到淬灭程度。原则上讲,溶剂应具有闪烁纯,即不含或很少含有影响闪烁计数的淬灭成分。实际证明,“分析纯”试剂可以不经纯化而直接使用。
⑵闪烁液:在液体闪烁计数系统中,闪烁体又称荧光体,是闪烁液的溶质,它的很多,根据其荧光特性及作用,可分为两类,即第一闪烁和第二闪烁体。
①第一闪烁体:(初级闪烁体):常用的第一闪烁体:对联三苯(TP):化学结构 它是最早使用的闪烁体之一。它的计数率高,价格比较便宜,但是,在低温或含水溶液介度不高。2,5-二苯恶唑(PPO):化学结构 它是目前普遍使用的闪烁体,能很好地溶介在常用的溶剂中,在含水的情况下也是如此,在甲苯中的溶介度达200克/升以上。它的化学性质稳定,价格也较便宜。但是,它的最大缺点是有明显的浓度淬灭(自身淬灭),即随着PPO在溶剂中的浓度升高,计数效率下降。2-苯基-5-(4-二苯基)-1,3,4恶唑(PBD):化学结构为 它是已知的最有效的闪烁体之一。比PPO能耐受浓度淬灭,但是,它的溶介度低,尤其是在低温和含水样品存在时,溶介度下降更快,而且用量比PPO多两倍,价格昂贵。2-(4-t-丁基苯基)-5-(4-二苯基)-1,3,4,恶二唑(丁基-PBD):化学结构为 它的溶介度比PBD高,其最大优点对化学淬灭和颜色淬灭不敏感,因此,可以获得较高的计数效率。 ②第二闪烁体(次级闪烁体):第二闪烁体的主要功能是吸收第一闪烁体发射的光子后,再在较长的波段上重新发射出荧光来,并能增加光子的产额。在高浓度下第二闪烁体起着一部分与第一闪烁体相同的作用(即接受激发溶剂分子的的退激能量,并发出荧光),此外,它还能与淬灭因子竞争,从而减少了第一闪烁被淬灭的程度。在下列一种或一种以上的情况下,必须在闪烁液中加入第二闪烁体:a. 样品中含有直接淬灭第一闪烁体的化合物;b. 第一闪烁体浓度太高而引起强烈的自身淬灭,且发射的光谱范围与光电倍增管光阴及不匹配;c. 计数器的光电倍增管光阴极对于较长波长的光谱响应比较好;d. 测量的样品在近紫外区有明显的吸收。
常用的第二闪烁体有:1,4,双2(5苯基恶唑)苯(POPOP)它的溶介度小,在甲苯系统为1.2克/升,在二氧六环中为1.5克/升。溶介速度慢,通常需加热促其溶介,它是目前普遍使用的第二闪烁体。1,4双2(4-甲基-5-苯基恶唑基)-苯(DMPOPOP):它的溶介度比POPOP大,在甲苯系列内为2.3克/升,在二氧六环内是0.8克/升,溶介速度也快,但没有POPOP的计数效率高,且需要较高的使用浓度。 此外,还有对-双(0-甲基苯乙稀基)苯,(双-MSB)和2-(4'-二联苯基)-6-苯基苯并恶唑(PBBO),几种常用的初级闪烁体的荧光波长在3460-3800埃之间,而Cs-sb型光阴极的最大光谱响应波长为4000埃左右。因此,对于Cs-Sb材料的光阴极,仅用初级闪烁体不能很好地进行能量转移,计数效率很低,加入次级闪烁体后发射光谱波长增加到4180-4300埃,使其与Cs-Sb型光阴的光谱响应得到改善,能量转移较好,计数效率提高。Cs-K-Sb型是双碱型光电倍增管,它的最大光谱响应波长比Cs-Sb型短。因此,不用次级闪烁体也可以有较好的计数效率。但是,考虑到次级体和其它功用,通常在实际工作中,往往都要使用次级闪烁体。
闪烁液中除了溶剂,闪烁体之外,有时还添加一些其它成分。为了增加闪烁液对含水样品的溶解能力,需加入助溶剂;为了改善计数效率,则加入抗淬灭剂。甲苯、二甲苯等有机溶剂极性很小,对水的溶介能力较差。当样品含水较多时,即使样品体积不大,也很难和甲苯中二甲苯互溶为透明的均相学府。有时样品的含水量虽然不大,但它的放射性水平很低,为了在较短的测量时间获得符合统计误差要求的计数往往需要增加样品的体积,这就等于增加了含水量,这样的样品也不能很好地和甲苯或二甲苯互溶,为此,要加入一定量的极性较大的有机溶剂,如甲醇,乙醇,乙二醇乙醚等,这些溶剂在非极性溶剂和水分子之间起着桥梁作用,既能和甲苯、二甲苯互溶,又能和水互溶,达到增加含水样品在闪烁液内的溶解度的目的,所以称之为助溶剂。\par 助溶剂的淬灭作用较大要限制其用量,因而,可容纳的含水量也是有限的。其中乙二醇乙醚的极性大且学淬灭作用小,是常用的助溶剂。抗淬灭剂通常用在对含水量很大的样品测量或采用二氧六环作溶剂时,因为这种闪烁液淬灭作用大,为改善计数效率,加入抗淬灭剂萘是十分重要的。萘也是一种荧光物质,它可以抵消一部分淬灭作用,但是萘不能和对联三苯合用,尤其是在甲苯、二甲苯溶剂中,否则计数效率很低。液体闪烁计数器中,闪烁液的最佳体积可以在一定范围内有所变化,吸要能获得较高的计数效率,就应该采用较少的体积,尤其对于3H样品来说,较小体积的闪烁液还可以减少本底计数(大约0.5cpm/ml闪烁液),减少样品的自吸收。如果当样品中含有淬灭剂成分时,增加闪烁液的体积,可以经稀释作用来减少淬灭。
3.探测装置
在液体闪烁计数中引用非常灵敏的光电倍增管,对于探测穿透力低的α射线和低能量的β射线(如3H,14C等)是极为重要的。使用一个光电倍增管的单光电倍增管液体闪烁计数器,由于电倍增管的热噪声及样品受光照射后发出的磷光,会有较高的本底计数,探测效率也较低。使用两个性能指标大致相同的光电倍增管,并和符合电路相连接,做成双管符合型液体闪烁计数器,符合电路只能通过由两只倍增管同时产生的信号,因而只有当两只光电倍增管在符合电路分辩时间内同时观察到的信号才被记录下来,而由热噪声或磷光产生的随机脉冲则被扣除掉,有效地降低仪器本底,提高了探测效率,系统探测效率可在50%以上。在液体闪烁计数系统中,光电倍增管阳极形成脉冲电压的大小,与阳极一次收集的电子数成线性关系。在光电倍增管放大倍数不变的情况下(取决于高压的稳定性),光阴极产生的光电子越多,最后到达阳极的电子数也越多,而光电子数取决于光子数。在正常情况下,闪烁剂分子释放的光子数与放射性同位素衰变时产生的β射线能量成正比关系。由于放射能在传递和能量转换途中,或多或少地要发生能量消耗,因此,放射能和发射的光子数之间近似地成线性关系。这说明液体闪烁计能够作能谱研究,以分析不同能量的放射性同位素,达到定性目的。例如,3H、14C
双标记样品,可通过双道液体闪烁计数器同时测定。阳极在单位时间内产生脉冲电压的数量,与闪烁瓶内放射性同位素的多少以及同位素衰变率成线性关系,与样品内的放射性强度成正比,这是液体闪烁测量的定量基础。例如,在知道液体闪烁计数器探测效率的前提下,通过对某种放射性样品进行测定,可以求得该样品中的放射性强度为多少微居里或多少贝柯勒尔。
4.双标记同位素测量的应用
液体闪烁计数器特点之一是能作双同位素分析,配备两个或三个以上独立的脉冲高度分析器的多道装置,并具有脉冲相加和线性门装置,在每种同位素的最佳计数条件下同时测量它们,就能区分发射不同能量的同位素,假定有一个含有3H和14C的样品,我们将仪器中脉冲高度分析器多道装置中的道1调3H的平衡点(最佳工作条件),道2调在14c的平衡点。3H和14C标准样品溶解的在同样的溶剂中,并采用与实验样品相同的闪烁体,首先测量空白样品,然后对实验样品和标准样品进行计数 。
为了使双标记测量获得成功,两种放射性同位素的β谱必须要有足够的差异来满足脉冲高度分析所要求的分离。在两种同位素能谱过于接近的情况下,例如14C和35S,必须首先对它们进行同位素的化学分离,然后再分别计数。在双标记测量中,较常用的成对同位素有3H和14C、3H和35S、3H和32P及14C和32P等。总之,在双同位素标记的测量中,要满足下述两个条件:第一,较高能量的同位素尽量能够在不受较低能量同位素干扰的条件下进行计数;第二,选择一个最佳条件,以对双标记样品中较低能量的同位素能进行计数。
5.液体闪烁计数样品的制备
流体闪烁测量的榈制备是很重要的操作,操作的成功与否,直接影响到计数效率。样品制备方法的选择要考虑以下四个因素:⑴所测样品的物理和化学特性,决定所用闪烁液类型和决定是否需要将样品转化为更适于测量的形式;⑵样品所含的同位素的种类,对于含3H的样品要更加注意;⑶预计的放射性水平,在样品的放射性强度低时,要求的制备方法比较严格;⑷制备过程的经济和方便,尤其在样品数量多的更为重要。其一般原则是必须使所制备的样品的放射性,能在一个短的测量时间达到适当的统计学准度,最关键的是要求样品制备过程中,尽可能地减少“淬灭”因素。
⑴均相样品的制备
脂溶性样品可直接加入甲苯、二甲苯系统的闪烁液,含水量小于3%的样品,仍应用甲苯、二甲苯系统的闪烁液,但需加入乙醇或甲醇或乙二醇乙醚等极性溶剂助溶,助溶剂与甲苯的比例通常为3:7。必需时加抵消部分淬灭作用,提高计数效率,含水量再大时,最好采用100毫升乙二醇乙醚。20毫升乙二醇,8克PPO,500毫克POPOP,150克萘,最后用二氧六环加到1升的闪烁液配方,此配方容纳水量大,效率好相当高,但需注意二氧六环易形成过氧化物,会导致化学发光的进行,所以应在避光条件下贮存,或者在贮存期间加入锌粒或其它抗氧化剂以清除过氧化物。
⑵非均相样品的制备
①乳状液计数:表面活化合物Triton X-100是广泛应用的乳化剂,其化学结构式: 它的亲水端吸引水和其它极性分子,疏水端吸引甲苯等非极性分子。乳状液的物理性能随着水分的增加而改变。当甲苯闪烁液与Triton X-100按2:1(v/v)组成的配方时,样品水分在15%以下的乳状液是透明的;随着水分的增加,就会出现两个不同的相,分相的乳状液不稳定,不能用于测量;水分继续增加,就形成稳定的乳状液,此时液体是透明的或不透明的。乳状液的分相与温度有关,在温度由17℃开始下降时,计数效率线性地增加约10%,到4-0℃之间为最大值,温度再低,计数效率不再增加,通常把乳状液首先加热到40℃,然后在无振荡的情况下冷却,在4℃保持2-4小时。溶质在有机相和水相之间的不同分布是决定乳状测量计数效率的关键,乳状液测量的效率有时会比均相测量更高,这是因为淬灭物质主要保留在水相中而不影响在有机相中发生的能量转移过程。在均相溶液中,系统中所有的成人的成份都密切地相互接触,所以任何一个淬灭作用都能表现出来。
②悬浮液测量:对于在甲苯等为基础的闪烁液中溶解度极低的无机盐等样品,可采用凝胶技术成悬浮测量液。样品经初步处理后,制成相同大小的颗粒,然后在含有凝胶剂的系统中做成悬浮液。对于悬浮液测量,下列要求是必须的:①固体物质要很好地粉碎,并要求是白色或无色的均匀粉状颗粒,以避免光的吸收;②要求样品确实不溶于闪烁液,否则溶解的与不溶解的部分有不同的计数效率,造成计数不稳定,结果不易重复。悬浮液测量的优点是样品不溶解在溶剂中,所以样品淬灭极小。在悬浮测量中作为聚胶剂 的物质有硬脂酸铝、蓖麻油的衍生物(thixin)
及二氧化硅的细颗粒(Cab-o-sil)。含3.5 ̄4.0% Cab-o-sil的悬浮液,要以得到很高计数效率,Cab-o-sil还可以减少计数瓶壁对放射性吸附作用,一般制样时,往往先加Cab-o-sil,再加入放射性样品,使放射性更多地吸附在悬浮颗粒上而提高计数效率。悬浮液测量法除应用于固体无机盐的测定外,也可用于水溶液和组织匀浆,还可用来测量薄层层析的放射性,应用时只要将层析物粉碎,简单地与凝胶混合即可,如果待测物能部分地从层析支持物上被洗脱而溶于闪烁液,则此法不可使用。
③支持物测量:与悬浮液测量相似,凡不溶于闪烁液的样品,可将它放置在支持物上再浸入闪烁液中进行计数。支持物的种类很多,如纸条、滤纸、玻璃纤维滤纸及醋酸纤维素膜片等。支持物在计数瓶内的位置对计数有直接影响,通常都采用平放瓶底测量,且膜片不超出闪烁液面,保持支持物和测量杯的干燥,都能获得较高的计数效率和测量重复性。支持物测量除淬灭作用小外,还有一个突出的优越性,即一次测量可以党纲较多的样品。因在同一测量瓶内,随膜片叠加数目的增加(10片之内),计数率线性增加而计数效率保持不变,这对于放射性水平低的含水样品测量非常适用。\par 在上述几种支持物中,以醋酸纤维素薄膜、玻璃纤维滤纸的效果优于普通滤纸,因为普通滤纸对光子传播几乎是不透明的,所以计数效率很低。
6.液体闪烁计数中的淬灭作用
放射能量在测量瓶内的传递和转换过程越顺利,测量效率越高。但事实上,影响能量传递过程顺序进行的因素很多,它的每一环节都存在着对能量的争夺过程,使得放射能减少,甚至发生能量传递的中断,导致测量效率下降,这种现象称为液体闪烁计数的淬灭。造成淬灭的因素很多,按淬灭性质归纳起来,有下列三种类型。
⑴化学淬灭
化学淬灭的产生,是由于被放射能激发的少量溶剂分子在分子运动中,与非激发的杂质、溶剂、溶质分子碰撞而将激发能发热能形式消耗。化学淬灭的严重程度取决于淬灭物质的化学结构和浓度。化学淬灭与淬灭物浓度的关系是淬灭物质的浓度越大,淬灭作用越严重。例如,氧和水都是强淬灭剂,在常温压下,闪烁液都能溶介空气中的氧,当氧的溶解量达到2×10-3M时,淬灭作用比无氧情况下大20%,而且闪烁液中的含水量(来自含水样品和溶剂中的少量水分以及其它的添加剂)在可能的条件下,应越少越好,闪烁液不能放在冰箱中。
⑵颜色淬灭
由于颜色对光量子的吸收作用,使得带颜色的闪烁液削弱了光子的亮度,也缩短了光量子的自由程,导致到达光阴极的光子数减少,造成计数效率下降。不同的颜色,淬灭作用程度不同,闪烁液荧光波长接近于紫外光,所以,颜色淬灭程度的顺序为:兰色〉黄色〉红色。一些生物样品,如血、尿等在制样过程中,要进行脱色处理,如果支持物测量中,滤膜干燥时被烤黄,也会造成计数效率的严重下降。
⑶光子淬灭(又称局部淬灭)
在非均相测量中,由于样品本身的自吸收而使β射线能量在没有传递给溶剂分子之前就消耗掉了,这种淬灭在均相测定中,因样品处理不好,也会发生,谓之光子淬灭。 前已述及,不同能量的放射性核素,在液体闪烁计数时,闪烁体给出的光子数不同,产生的电脉冲高度亦不同。如果由接近平均能量的14C1的β粒子产生400个光子,在一个符合型液体闪烁器中,每个光电倍管将接收200个光子,又因为光电倍增管的最子效率大约是25%,因此200个光子打到光阴极上产生大约50个光子,而淬灭作用使得到达光阴极光子数减少,这种减少只要能让每次衰变记录下来,否则就被计数器漏记,因此,将这些考虑应用到能量较低的3H时,如果按平均能量(0.018MeV)计算,3H的β粒子在甲苯闪烁液中,大约产生40个光子,按25%的量子效率计算,则每个光电倍增管光阴极大约产生5个光子,与14C相比,光电子产额为1:10,所以,在3H测定中,中等程度的淬灭就会产生不能挽回的计数损失。
可以用甲苯稀释,装上冷凝管,小心滴加异丙醇,最后可滴加乙醇。
千万别图快!engledd2004(站内联系TA)大家一般都是怎么处理的?用的什么方法?forwhat(站内联系TA)冰浴下滴加到正丁醇里taoqibaobei(站内联系TA)我们在正空线上处理的,依次加入了正己醇,无水乙醇,95%乙醇,最后是水,友情提示一定要慢,很慢很慢的那种,而且开始的反应很慢,但是不要大意,我们上次弄得时候那个小瓶子的很快就没事了,但是有个500ml的大瓶子的,加入无水乙醇以为没事了,结果剧烈反应,在桌子上都蹦了十分钟,我们都是一身汗呀。所以一定不要认为没有什么反应了就都是变质的KOH,不是的,同志们一定要小心!!!!四分心(站内联系TA)变质的厉害都成固体了吗?量小就找空地,放好,泼水解决。呵呵,我就这样处理一些易燃品。wyb150(站内联系TA)丁基锂悬浮在THF里,缓慢的加入冰水wjj_00(站内联系TA)偷偷来到小河边,打开瓶盖,使劲摔进去,GAME OVER。此法仅供人品指数90以上者用
氮气保护,双头针引入大量冰水中即可,最好在通风柜中操作! 可能会害人的。 一次500ml 瓶2.2mol 正丁基锂剩一点,约10mL,都成白浊了。我以为没事,双针头加了一点点水,就狂喷气体。吓人的。
我建议少量少量的话就用注射器抽出来缓慢加入冷的水了,应该没事。
不必管它,在反应完了之后,淬灭到冰水中后,这个颜色会自然消失。然后正常处理就可以了,最终产物最好是用减压分馏的方法精制。
主要的杂质是没有反应完全的对硝基甲苯、氧化剂产生的无机物以及一些色素等。将体系用水淬灭。加入稀氢氧化钠溶液直到体系pH>8,将体系用乙酸乙酯多次萃取,分液,合并有机相,弃去。
对人体的危害与硝基苯类似。可引起贫血,但比硝基苯少。在这三种异构体中,对硝基甲苯的毒性最小。工作场所空气中硝基甲苯的最大允许浓度为5ppm。生产设备应密闭,防止运转、运转、滴落和泄漏。房间通风良好。操作人员应穿戴防护用品,避免直接接触。工作前后不要喝酒。
扩展资料:
贮存注意事项:贮存于阴凉、通风的仓库。远离火源和热源。贮存温度不应超过30℃,相对湿度不应超过70%。应与氧化剂、酸、碱分开存放,不得混装。严格执行“五对”极端有毒物质管制制度。
规章:《危险化学品安全管理条例》(2011年2月16日国务院行令第591号,自2011年12月1日起施行)、《工作场所化学品安全使用条例》(劳动部发〔1996〕423号)等规定。
对危险化学品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等作出了有关规定。《危险货物分类与品名编码》(GB6944-2005)将该物质划分为6.1类毒物。
参考资料来源:百度百科-对硝基甲苯
5.1 引言
溶剂的类别:
a. 质子性溶剂,或氢键供体类溶剂(路易斯酸),例如,水、乙醇、乙酸和氨;
b. 氢键受体类溶剂(路易斯碱),例如,水、三乙胺、乙酸乙酯、丙酮和DMF;
c. 极性非质子溶剂,或称为“非羟基溶剂”,例如,DMSO、DMF和二甲基乙酰胺DMAc;
d. 氯代烷烃类溶剂,例如,二氯甲烷、氯仿和四氯化碳;
e. 氟碳类溶剂,例如,六氟异丙醇;
f. 烃类溶剂,例如,己烷、异辛烷和甲苯;
g. 离子液体;
h. 超临界气体,例如,超临界二氧化碳。
溶质被溶剂所包围的过程叫做溶剂化,水的溶剂化则被称为水合。溶剂化值指的是包围一个离子的溶剂分子数。一般来说,溶剂化程度随着电荷数的增加和离子半径的减小而增大。一个物种的反应活性随着溶剂化程度减小而提高,因为溶剂化的分子屏蔽了反应物,分散了电荷。某分子的其中一个部位可能更易于被另一种溶剂所溶剂化。比如,偶极性的非质子溶剂,例如DMSO,溶剂化阳离子,从而使另一部分的阴离子更容易反应。冠醚,常用作相转移催化剂(PTC),也类似地和阳离子形成配合物而使阴离子部位更具有活性。在溶剂混合物中两种溶剂可溶剂化分子的不同部分,使得组成混合溶剂后溶解性能比各自任何一种单一溶剂好。有个明显的例子,氢氧化钠的溶剂化程度的降低是如何影响其反应活性的:固体氢氧化钠(三分子水合物)的碱性比15%氢氧化钠(11分子水合物)碱性增强50000倍。(PTC据说能产生“裸露的阴离子”,但是少量的水是必须的,特别是对于固-液相转移反应。在研发相转移催化过程中,水分的含量是一个关键的参数。)溶剂化是选择溶剂要考虑的众多重要因素之一。
谨慎选择溶剂的重要性:
a. 给设备和操作人员提供安全、无害的大规模生产条件;
b. 溶剂的理化性质,如极性、沸点、水混溶性,影响反应的速率、两相的分离、结晶的效果及通过共沸或干燥固体除去挥发性组分;
c. 其他理化性质,如混合物的黏度影响传质和传热、副产物的形成和物理运输;
d. 回收和套用溶剂的难易程度,极大地影响产品成本(CoG)。
最好的溶剂应该能使产物从反应中直接结晶析出来。
为快速工艺放大选择溶剂的最关键原则是均相反应通常比非均相反应快得多,也容易放大。如果必须是非均相的条件,必须选择溶剂和反应条件使反应混合物是液态而易混匀的。(对于传统的氢化反应,由于是液-固-气分散体系,有效的搅拌是相当重要的。)许多情况下,产物的分离能驱动反应持续进行。最好是能结晶而不是形成沉淀或油状物,这种情况下会卷入原料。
对于有些反应过程,非均相的条件是有利的。非均相的条件可以加速反应或者减少产物在反应条件下的降解。
相转移催化剂通常用在两种不混溶的溶剂中,反应发生在有机相或界面。有时固-液相转移催化反应也用到碱类,诸如碳酸钾悬浮在反应体系中。
在某些已开发的非均相的反应中原料会随着反应的进行而溶解。某些反应全程都是悬浊液。选择对组分有一定溶解性的溶剂可提高反应效率,如往水相中的反应添加乙醇或者DMSO。某些反应,非均相的条件也可能增加副反应。
酰胺的大规模制备通常用到Schotten-Baumann反应,具体来说,将胺与酰氯或酸酐缩合,再用碱溶液中和生成的酸。如果不加碱,等摩尔量的胺和酰氯反应的理论收率只有50%。如果不加有机溶剂,产物酰胺会析出来并且夹杂原料,所以一般都用有机溶剂。用与水不混溶的有机溶剂可以减少易水解的试剂和产物的降解。
【二氯甲烷中制备酰氯,需要更加仔细的操作(Vilsmeier试剂能溶于二氯甲烷,但反应放热厉害,且产物容易消旋)。DMF不适合制备酰氯,DMF和氯化试剂能形成二甲氨基甲酰氯(DMCC),在μg/mg水平就有动物致癌性】
在pH 8以上进行Schotten-Baumann偶联反应,酰氯容易水解,并可见吖内酯的形成及消旋;而pH<7时,由于胺被质子化了,偶联反应进行得很慢。反应最好的条件是用缓冲剂调pH到8,加酰氯的同时滴加1 M氢氧化钠以维持pH在7~8之间。
一些学术研究使用的溶剂在工业生产中也许并不受欢迎。
具有较低闪点(在该温度下,蒸气能够被引燃)的溶剂会因安全问题而避免使用。易燃溶剂及溶在这些溶剂里面的试剂,如甲基锂的乙醚溶液,会被限制在地面运输。
极性是溶剂的一个关键参数。介电常数能衡量溶剂传导电荷的能力。Gutmann供体数从本质上衡量溶剂分子的路易斯碱的碱性。Hansen溶解度参数考虑了范德华力、偶极作用和氢键,Hildebrand参数则发展了它。Reichardt的π-π*吸收位置漂移的溶剂化显色。
强极性溶剂能稳定极性染料基态的能量,导致更大的π-π*越前。在溶剂中的染料颜色能指示溶解它的单一溶剂或混合溶剂的极性。
选择溶剂的时候,溶剂的沸点很重要。高沸点的溶剂,例如二甲苯,因为将溶剂残留去除到可接受的水平存在潜在的困难,所以很少选择它来分离原料药。高沸点、水溶性溶剂更容易通过萃取除去。
产物富集萃取时,乙酸乙酯被认为是一种比乙酸异丙酯更具反应活性的溶剂。实验室存在的乙酸乙酯含有过氧化物,可以氧化亚砜、胺类和酮类,后者可以得到Beayer-Villiger氧化产物【酮在过氧化物(如过氧化氢、过氧化羧酸等)氧化下得到相应的酯的化学反应。醛可以进行同样的反应,氧化的产物是相应的羧酸】;氧化剂最有可能是过氧乙酸,由乙酸乙酯水解得到的乙醇和空气生成。
乙酸异丙酯比乙酸乙酯更稳定,可与氢氧化钠水溶液共同作用将盐酸盐游离出来。当用乙酸乙酯和2M氢氧化钠处理时,使用碳酸氢钠水溶液就不会发生上述情况。制备硫酸盐时,要将乙酸乙酯改成乙酸异丙酯,因为后者在酸性条件下更难水解。用乙酸乙酯萃取伯胺,形成了一种乙酰胺,产物能萃取到二氯甲烷中。(后面一种情况,反应产物是一种甲氧基乙酰胺,在Sukuzi偶联的碱性条件下,甲氧基乙酰胺会发生部分水解。通过重结晶除去乙酰胺杂质很难。)氨、正丁胺和乙酸乙酯发生乙酰化的速度快于乙酸异丙酯,而萃取时水的存在能加速胺类的乙酰化。一般来说,用乙酸异丙酯萃取比用乙酸乙酯得到的杂质少。
NMP被认为环境友好,但因生殖毒性被重新划入二类溶剂。
2-甲基四氢呋喃在有机金属反应中很有用。购买的2-甲基四氢呋喃含有高达400 μg/mL的BHT作为稳定剂添加的,另外一种则不含添加剂;2-甲基四氢呋喃暴露在空气中生成过氧化合物的速度比四氢呋喃稍快。2-甲基四氢呋喃和HCl反应比四氢呋喃慢。3M的甲基锂溶液,溶剂可以是2-甲基四氢呋喃,也可以是二乙氧基甲烷(DEM)。
甲基乙基酮(MEK)会形成活性过氧化物,引发聚合和其他反应。在氧气存在下,MEK可用于氧化Co(II)到Co(III),是一种很有用的氧化剂。尽管MEK有合适的沸点,能与水形成共沸,也要考虑到它生成过氧化物的能力。
甲基异丁基酮(MIBK)对底层大气中臭氧的形成来说是一种高容量的溶剂,被认为生成大气臭氧的能力比乙酸异丙酯强,因此要避免使用MIBK。
5.2 使用共沸物时选择的溶剂
共沸物是恒定沸点的混合物,有着固定的摩尔组成。共沸物由两种、三种或者更多组分组成,可以是均相或非均相的。重要的共沸物是沸点降低的共沸物,即混合物的沸点比任意组分的沸点都要低。(熟悉的共沸物中,浓盐酸是个例外,形成沸点升高的共沸物。)所有非均相的共沸物的沸点都降低。不同的液体如果沸点接近就可以形成共沸物。许多有机溶剂可以与水形成共沸物,可利用这一性质除水。
共沸物的主要价值在于能有效去除反应混合物中易挥发的组分。共沸除去易挥发组分可以促进反应进行。共沸物有益于分离后处理。六甲基二硅烷(酸催化脱三甲基硅烷保护基的副产物)能和醚类、醇类、乙腈及三甲基硅醇形成共沸物。即使共沸物不能完全除去杂质组分,也能降低沸点。共沸物如果能够回收套用,也是较为经济的溶剂。
当一对共沸物的组成接近1:1时,从其中一种溶剂中分离出另一种溶剂更容易。
通常减压蒸馏时会进一步减少馏出物中较少组分的比例,如乙酸乙酯-水共沸物减压蒸馏过程,这也被称为“破坏型共沸物”。在异丙醇-水共沸物中,没有发现该现象。
5.3 选择溶剂以增加反应速率,减少杂质生成
一般来说,增加溶剂极性的效果取决于原料或中间体中是否有高浓度电荷(电荷/体积)。(有时描述为电荷局部定域较大,而电荷局部定域较小有时称为电荷分散。)极性溶剂优先溶解离子或电荷浓度高的中间体。如果中间体中电荷浓度比原料高,极性溶剂能够稳定中间体和促进其生成,因而加快反应速率。如果中间体的电荷比原料的电荷分散,极性溶剂会稳定原料,降低反应速率。自由基诱导的反应受溶剂极性的影响很小。定量的电荷局部定域/离域模型没有考虑溶剂的其他影响,例如氢键、螯合作用、温度以及反应的浓度。有时,改变溶剂也可改变反应机理。
5.4 溶剂中的杂质和反应溶剂
分子筛是最普遍有效的除水处理方法。规模化生产中,溶剂和设备一般是共沸除水,或填充过量的吸水试剂。
过氧化物可在实验室和放大常见的溶剂中生成,如异丙醇和乙酸乙酯。溶剂暴露在空气和光线中会产生氢过氧化物和其他过氧化物。一般来说,含有氢原子的化合物在自由基反应中易生成过氧化合物,例如叔碳、苄基型碳、烯丙基型碳、醚氧的α-碳、醛和醇。生成过氧化物后,问题就来了。例如过氧化异丙醚会在溶剂瓶口附近析出,或浓缩溶剂时过氧化物会富集。
检查溶剂中过氧化合物的简便检测方法:用水润湿过氧化检测试纸,然后滴一滴溶剂。碘量法滴定是一种定量的方法。BHT(大约250 μg/mL)通常添加到市售的四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃中作为安全措施。放大时,浓缩四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃会添加BHT作为安全措施。蒸出溶剂时,可能会使作为稳定剂的BHT富集,干扰HPLC和其他分析。BHT经氧化可生成黄色的二聚物。
过氧化物除了可能引发安全问题,还能影响反应进程。
放大时还要注意静电的蓄积,带电荷的烃类溶剂通常是很麻烦的。非金属添加剂,例如Statsafe,已经被开发用来减少溶剂的导电性,减少静电释放的风险。一般来说,烃类静电释放的风险比较大,例如庚烷。使用多聚物和胺类的混合物作为添加剂的溶剂生产原料药,添加剂可能会被认为是原料药中的杂质。当加入少量极性溶剂时,例如异丙醇,能减少静电释放的风险。
二氯甲烷的反应活性通常会被忽略。桥头胺类,例如士的宁、奎宁及三乙烯二胺,尤其易与二氯甲烷发生反应,其次是甲基叔胺和仲胺。脯氨酸和二氯甲烷可以制备缩醛胺。由于氯的第二次取代比第一次快得多,吡啶很快形成缩醛胺。类似地,吡啶和二氯甲烷反应形成二吡啶盐,第二次取代比第一次快得多。4-二甲氨基吡啶(DMAP)反应速度是吡啶的7倍。1-羟基苯并三唑(HOBt)是多肽偶联时常用的一种催化剂,能和二氯甲烷反应。硫醇和二氯甲烷反应的活性在相转移催化反应中被忽略。格氏试剂在无水氯化铁和其他离子盐的存在下,能与二氯甲烷发生反应。镍-甜菜碱复合物和二氯甲烷发生二次反应生成手性4-氨基谷氨酸。二氯甲烷甚至能与奥氮平、氯氮平和氧氟沙星反应,他们都有一个N-甲基哌嗪基团。也许二氯甲烷是许多化合物中都包含对称亚甲基二胺的源头。应该充分考虑二氯甲烷与亲核试剂的反应活性。低沸点的二氯甲烷易挥发,不易储存,在使用过程中难以达到挥发性有机化合物排放标准,使其在生产中没有吸引力。
不要长时间储存胺类的二氯甲烷萃取液。亲核性的胺,尤其是奎宁,易和二氯甲烷反应。
四氢呋喃在酸性条件下会反应,生成开环和多聚的副产物。实验室中用甲磺酸代替硫酸就不会生成该副产物,但20 kg规模时,发现有开环副产物。在这个条件下,二甲氧基乙烷优于四氢呋喃。四氢呋喃能和酰氯、酰溴反应。四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃在酸性水溶液下水解速率很慢,可作萃取相。四氢呋喃和二甲氧基乙烷在氯气存在下会聚合放热。反应中使用2 M硼烷-四氢呋喃复合物发生过工业事故。10~50 ℃下,溶于四氢呋喃的硼烷-四氢呋喃复合物产生氢气和硼酸三丁酯,50℃以上降解生成乙硼烷。该试剂推荐在0~5 ℃下储存,在低于35 ℃下反应。
DMF可被酸或碱催化,歧化生成一氧化碳和二甲胺。N-甲基吡咯烷酮和NaH在热力学上是不稳定的。二乙氧基甲烷(DEM)在pH 2时会水解,推荐的反应条件中pH不应低于4.甲基叔丁基醚(MTBE)可在酸催化下加入叔丁醇和异丙烯生成,看起来在酸性条件下足够稳定,可以用于后处理萃取,但40 ℃下能和浓盐酸反应,更高温度下能和硫酸反应。MTBE与亚硫酰胺和溴反应放热。回流MTBE-乙醇制备某乙酯的甲磺酸盐时,叔丁酯从MTBE和乙酯的反应中沉淀出来。若之前的萃取液残留MTBE,酯类的氨甲基化就很慢;副产物是异戊烯胺,由MTBE分解产物产生。硫酸介导的腈水合时,产物常常磺化。加入甲苯利于搅拌,则伯酰胺产率高;该反应条件下部分甲苯会磺化,表现为一种代替牺牲的溶剂。在仲胺存在下,使用甲基异丁基酮(MIBK)保护伯胺。
在无水的酸性条件下使用四氢呋喃时,要考虑开环形成的副产物,生产胺盐最好用其他溶剂。
5.5 水作为溶剂
水中氢甲酰化(加氧合成过程):产物从水相中分离,只需将反应器再充满气体原料。溶于磺酸盐配体的铑催化剂被束缚在水相中,损失的那部分催化剂只有十亿分之一的范围。两相工艺使金属试剂在水相中溶解度很高。基于联苯二酚和邻二氮杂菲的磺化配体也被用于水相偶联反应。
水加速反应
在水面上的Diels-Alder反应及芳香Claisen重排相对于无溶剂反应稍有加速,比使用其他溶剂时快。加速的原因可能是因为氢键,增加了极性、疏水作用和其他性质。非均相条件下,反应自始至终是悬浊液,放大时需要额外小心。预期困难时原料、产物和杂质混在一起,如果放大转化需要加大搅拌,那么得到的是小颗粒,使得过滤和分离更加困难。水作溶剂的条件下,Click反应,水中非酸性条件下生成四氮唑。水可加速Baylis-Hillman反应,加倍4,6-二烯酮的消除。加入少量乙醇或者DMSO可加速水中的反应,这可能是由于它们起到了与表面活性剂类似的作用。
往水中加入各种表面活性剂,可形成微乳液或胶束以促进反应。羟醛反应的表面活性剂,三甲基硅基可作为保护基防止水解。水中的Sukuzi偶联用到聚乙二醇:聚乙二醇可作为表面活性剂或相转移催化剂溶解金属活性组分。表面活性剂可应用于温和的烯烃复分解反应、Sonogashira反应、Heck反应、Suzuki反应、Negishi反应以及胺化反应。
该物质一般认为是安全的(GRAS),无毒,无需处理原料药中残留的相转移催化剂。水中用相转移催化剂催化反应后,产物可萃取到有机相,含相转移催化剂的水相可在下次反应时套用。
水最佳的应用之一是催化极性物质的反应而无需保护基。酶通常能耐受分子中的各种官能团,许多酶能发挥最好活性的前提是介质中至少部分含有水。
水既不是万能的,也不是完美的理想溶剂,即使不需要后处理且廉价。负责任地处理水蒸气和回收套用的费用很大。这些后处理包括反萃挥发性溶剂、活性炭吸附及生物除污,然后再排向城市用水处理装置。此外,如果同时使用有机溶剂后处理,会丧失水中操作的优势。
5.6 溶剂的替代
被认为是廉价“绿色”溶剂
2-甲基四氢呋喃:有机金属试剂的反应、萃取及相转移催化反应
二乙氧基甲烷(DEM)
1,3-丙二醇
1,2-丙二醇:可代替2-甲氧基乙醇,食品级的已用于原料药到药物成品。
甘油:氮杂-Michael反应,作为转移氢化的溶剂和试剂,也可作为还原羰基的溶剂。
当亲脂性的产物单独形成一相时,甘油和丙二醇则显示出其优点。
当反应需要高沸点溶剂时,从产物中分离溶剂就变成一个问题。DW-therm是沸点240℃的三乙氧基硅烷的混合物,用于热环化,该溶剂可蒸馏回收;其他高沸点溶剂(DMSO、1,3,5-三异丙基苯、矿物油及四甲基亚乙基砜)效果不能满意。高沸点、水溶性溶剂便于萃取到水中除去。丙二醇被认为是合理的溶剂,ICH没有对它设置限制。聚乙二醇低毒,可作为轻度泻药,环氧乙烷的小分子衍生物,例如1,4-二氧六环,已知是有毒的。乙二醇和它的代谢产物羟基乙酸和草酸对中枢神经系统、心脏及肾脏有毒性。
二甘醇和丙二醇物理性质相似,二甘醇毒性更大。甲氧基乙醇(或称乙二醇单甲基醚)被禁止或限制使用。[甲氧基乙酸是甲氧基乙醇毒性最大的代谢物。最广泛用来代替甲氧基乙醇的溶剂是1-甲氧基-2-丙醇(PGME)及1-丁氧基-2-乙醇(EGBE)。]
EPA要求生产、进口货使用14种聚乙烯醚类用于“重要的新应用”必须提前90天通知EPA。聚乙烯醚类的清单包括乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲基醚、三甘醇二甲醚及四乙醇二甲醚(都是二甲基醚),避免使用乙二醇衍生物作为溶剂生产原料药的倒数第二步中间体是明智的。
安全性:二乙二醇二甲醚加热时能和金属钠或金属铝剧烈反应。NaOH介导的二甘醇在200℃下降解酿成过工业事故,估计1,2-二醇的脱水是放热的。源于乙二醇和丙三醇溶剂中的高温反应,应该在反应前先做个实验室危害评估。
碳氟化合物在水中和常规有机溶剂中溶解性都不好,这一性质使其在分离和合成中得到应用。氟化的反向硅胶色谱可以用来纯化氟化原料药。全氟类烃类价格高于传统溶剂,氟化溶剂在合成领域尚未大规模应用。三氟甲苯可以用来替代二氯甲烷,它会和强还原剂发生反应,很少应用于大规模反应。
离子液体因为其沸点较高,能够很好地减少挥发造成的损失,被认为是一种“绿色”溶剂。在合成原料药的最终步骤前好几步的地方使用这些化合物,或许可以避免毒理方面的担忧。
超临界二氧化碳(scCO2)溶解性与正己烷相似。氢气在scCO2中的溶解性要比在传统溶剂中好很多,此外还证实了用于多相催化剂催化的连续非对称氢化的可能性。原料药中痕量的钌可以用scCO2除去,残留的钌会被吸附在反应釜的壁上。scCO2色谱无论是用在分析分离还是制备分离中,都是非常快速和有效的。将晶体暴露在二氧化碳中,会导致晶型转变。限制scCO2应用的主要原因是用于控制压缩和释放二氧化碳的设备的耗费。
5.7 无溶剂反应
在无溶剂反应中,稍过量的液体反应物作溶剂,而产物往往是非晶态的。由于反应过程中不加溶剂,反应的总量很大,这种反应在淬灭的时候,容易产生高温。通过无溶剂反应来优化设计反应时非常有效的,特别是试图提升反应速率,而其他方法效果都不好时。
5.8 总结与展望
溶剂的选择需要综合考虑各种因素,而首要的一点是保证安全。在实验条件下,各组分的理化性质可能比溶剂的极性对反应的影响驱动力更大。当一个溶剂可以与一个比较难以除去的杂质共沸时,可用此溶剂除去这种难除的杂质。一般情况下,需要经过很多筛选实验才能决定哪个溶剂才是某种生产过程中最理想的溶剂。
叔丁醇钾中插入二氧化碳。
叔丁醇钾中插入二氧化碳是什么碱叔丁醇钾(英语:Potassium tert-butoxide)是一种常用的醇盐,这种无色固体是有机合成中常用的强碱,其共轭酸叔丁醇的pKa大约为17,固态时它以四聚的类立方烷原子簇形式存在。
主要用于制造邻苯二甲酸,脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯类增塑剂,它们广泛用于各种塑料和橡胶制品中,也是有机合成中制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等的原料。
Sky飞鹤(站内联系TA)叔丁醇,或无活性H的溶剂斜风(站内联系TA)14-二氧六环不错吕昌辉(站内联系TA)水是弱酸性质子溶剂,能使叔丁醇钾失活,失去碱性所以,有叔丁醇钾存在的体系,不要用质子性溶剂一般用无水THF对水要求比较严格。
不建议用甲醇和DMSOsupperperson(站内联系TA)建议用苯、甲苯、THF、异丙醇.chem.cn(站内联系TA)无水THF应该没问题,而且很好用Sky飞鹤(站内联系TA)叔丁醇,或无活性H的溶剂斜风(站内联系。
二氧六环不错吕昌辉(站内联系TA)水是弱酸性质子溶剂,能使叔丁醇钾失活,失去碱性所以有叔丁醇钾存在的体系,不要用质子性溶剂一般用无水THF对水要求比较严格。