不久前,X-MOL报道了日本北海道大学的研究者使用球磨技术在空气中进行镁基碳亲核试剂(糊状格氏试剂)的机械化学合成(点击阅读详细),本君看完之后的第一反应就是担心实验操作中的安全风险。随后看到评论区的留言(下图),不少读者也有类似的忧虑。由此,本君联想到此前看过的一篇论文,介绍了格氏反应改进实验安全的一个小妙招,在此分享给诸位。
格氏反应是个经典反应,大家在基础有机化学中都曾学到过,有的院校可能还会开过相关实验。做过格氏反应的同学估计对无水操作有着深刻体会。做格氏反应前往往都要对溶剂进行干燥处理。这个反应常用乙醚或四氢呋喃这类醚类溶剂,干燥的时候需要用到金属钠。没错,就是第一主族元素金属钠,也是遇水反应释放出氢气甚至会爆炸的那个金属钠。不知道这反应威力的同学可以自行搜索金属钠打水漂的视频。易燃易爆易挥发的乙醚加上遇水剧烈反应的金属钠,制备无水乙醚的过程绝对够提心吊胆,对不少人来说真的有点“玩命做实验”的字面意思了。来自菲律宾雅典耀大学(Ateneo de Manila University)的Gilbert U. Yu等人近日在美国化学会期刊ACS Chemical Health & Safety 上发表文章“Facile Grignard Reaction Demonstration Using Molecular Sieved Dried Solvent”,解决的就是替代金属钠的溶剂干燥问题。
他们的方法也非常简单,一句话概括就是用3Å分子筛代替金属钠干燥乙醚。使用分子筛之前,首先用马弗炉在450 ℃烘烤分子筛至少3小时,对其进行活化。这是因为分子筛的干燥能力取决于其结构之间存在的空腔。这些空腔能够吸收水分或一些小分子。充分的烘烤可以让其空腔中的水分完全释放,这更有利于后期对溶剂的干燥效果。烘烤完成后将分子筛置于干燥器中冷却10-15分钟,然后转移到盛有乙醚的玻璃瓶中,盖紧,储存2天后使用。使用卡尔费休滴定仪对其含水量进行测量发现,经此法“干燥”的乙醚样品的水分含量为0.01%(比刚开瓶时少100倍)。
分子筛(真的不是黄豆,也不是某仔小馒头)。图片来自网络
这个含水量对于格氏反应来说能否满足要求呢?作者以茴香醛和丁醛为原料对他们干燥后的乙醚进行了格氏反应测试。这里还有一个小技巧,作者为了获得更好的反应效果,反应前对镁条进行了打磨以露出更新鲜的表面。其余操作都是格氏反应的经典操作,比如对反应体系的控温操作等。作者用1H-NMR对该反应的转化情况进行了监测可以看到醛氢的减少,通过红外光谱可以明显看到羟基的生成。据此,可以推断使用分子筛干燥过的乙醚可以让格氏反应顺利进行。
图片来源:ACS Chem. Health Saf.
在操作层面上,作者也提到如果装置过多接触空气,反应转化率可能会低于20%。这也跟我们学到的知识相吻合。作者在文中还提供了一些TLC监测该反应的方法,这些都是常规操作,本君也就不再赘述啦。
有的同学可能觉得用分子筛干燥溶剂的操作,这么通俗简单,甚至自己早就用了多年,没想到还能在美国化学会的期刊上发表一篇文章。实验安全无小事,毕竟还有很多新手对分子筛干燥溶剂的操作不那么了解。越多人看到这样的经验分享,发生实验事故的可能性就会进一步降低。同时欢迎各位热心读者把你们“组”传多年的各种实验小妙招拿出来分享给大家。就一个目的,远离危险,安全实验。
Facile Grignard Reaction Demonstration Using Molecular Sieved Dried Solvent
Jude M. Reyes, John Vincent M. Tumaneng, and Gilbert U. Yu*
ACS Chem. Health Saf., 2021, DOI: 10.1021/acs.chas.1c00015
(本文由乐只君子供稿)