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遇湿易燃有机化合物多为有机金属化合物。
有机金属化合物又称金属有机化合物,是甲基、乙基、丙基、丁基等烃基和芳香基的碳原子与金属原子直接结合形成的化合物,也可以是有机胺的氮原子或有机硅的硅原子直接与金属成键的化合物。金属原子为锂、钠、镁、钙、锌、镉、汞、铍、铝、锡、铅等。常用的有机锂、有机镁、有机锌、有机铝、有机锡等有机金属化合物,基本上都是易氧化的高活性易燃品,即使为了降低危险性便于使用而稀释在非质子的有机溶剂中,也同样可燃,存在安全隐患,所以几乎所有的有机金属试剂参与的反应都需要在氮气或氩气惰性气体保护下进行。在许多反应中,有机金属化合物最好现制现用,即使是商业级市售品,也不能存放太久,并需低温和避光保存。
一个大包装瓶,如500mL,经过多次针扎取样,有机金属化合物会由于遇氧或水汽加速分解变质。多次取样、保存不当或长期放置,有机金属化合物就会变色、浑浊、沉淀、分层,成为废弃危险品,需要及时妥善销毁处理。反应后多余的有机金属化合物也要做安全淬灭处理。
1.有机锂化合物
有机锂化合物中的锂与碳直接成键,如n-BuLi、s-BuLi、t-BuLi、MeLi、PhLi等,锂也可以直接与有机胺的氮原子直接成键,如LDA和LiHMDS。有机锂是一类极强的碱类亲核试剂。锂原子具有天然的电正性,因此有机锂化合物的大部分电荷密度被推向了化学键上的碳或氮原子一端,从而易形成碳或氮的负离子,然而碳锂键或氮锂键却具有相当大的共价键特性,这从它们良好的脂溶性可表现出来。
最常用的有机锂试剂为甲基锂、丁基锂、苯基锂,另两种常用的大位阻有机钾强碱为二异丙基氨基锂(LDA)与六甲基二硅基氨基锂(LiHMDS)。其中叔丁基钽是月前市售有机锂试剂中碱性最强的烷基锂试剂,其pKa超过53。
有机锂可在醚类(乙醚、THF)和烃类(戊烷、庚烷、己烷、环己烷)等介质中用金属锂和相应卤代烷反应来制备,制备操作方法不下十种。
LDA和LiHMDS(包括NaHMDS、KHMDS)是实验室中的常用试剂,有商品供应,但通常在使用前临时用丁基锂夺取胺上的质子来制备:
R2NH+C2H9Li=R2NLi+C4H10
式中,R=(CH3)2CH、(CH3)3Si。
有机锂和格氏试剂具有许多相似之处,凡格氏试剂能发生的反应,有机锂基本都可以,但由于有机锂的反应活性一般比格氏试剂强,有些格氏试剂不能起反应,有机锂则能进行。有机锂还能通过锂氢交换或锂卤交换而生成新的有机锂化合物。有机锂的化学反应活性很高,与空气接触会立即着火。为了降低取样和使用中的危险性,市售品一般都预先稀释成1~2mol/L的低浓度溶液,即使这样低的浓度,与空气、水、酸类、卤素类、醇类和胺类直接接触,仍可能会发生剧烈反应,甚至燃烧爆炸。所以取样和使用等都要在有氮气或氩气存在下的惰性环境中进行,而且反应一般控制在-78℃(干冰的丙酮饱和溶液)的低温。
废弃有机锂化合物的淬灭处理:将废弃的有机钾化合物溶于5~10倍暈的无水THF中进行稀释,加少量干冰冷却全-20~-10℃,慢慢加入用THF稀释的乙醇中,淬火剂的反应摩尔数要过量一倍,边加边搅拌,然后加水做彻底淬灭,最后用稀HCI调至中性;也可以加水直接淬灭THF稀释的废充有机锂化合物,但要缓慢,并保持在0~5℃,如果将稀释的废弃有机锂化合物的THF溶液加到淬灭剂溶液中,要预先将淬灭剂溶液冷到0~5℃。取样用的注射针头、注射筒内有残留的有机锂化合物,在空气中可能会冒火星而引发事故,所以应先在干冰中放置,然后用EtOAc或醇洗涤,这样清理后才能丢入锐器等的专门收集桶中。
淬灭反应结束后多余的有机锂化合物,可将反应液自然升至室温,再加合适pH的水溶液淬灭,依反应产物对酸碱的要求而采用相应pH的水溶液。若对pH没有特别要求,一般用饱和氯化铵水溶液。
2.格氏试剂
格氏试剂是有机镁化合物的代称。
废弃的格氏试剂和反应结束后多余格氏试剂的销毁方法可参照上述有机锂化合物的淬灭方法。3.有机锌化合物
实验室最常用的有机锌化合物二乙基锌是由Edward Frankland于1849年发现的,是第一种被发现和制备的有机锌化合物,也是第一种被发现的具有金属-碳c键的化合物。常用的有双烷基锌、有机锌卤化合物(R-Zn-X)、锌酸锂盐或锌酸镁盐(M+R3Zn-,其中M代表锂或镁)。
废弃的有机锌试剂和反应结束后多余的有机锌试剂的销毁方法可参照上述有机锂化合物的淬灭方法。
4.有机铝化合物
铝与羟基中的碳以α键结合形成的化合物,反应性较高,常用的有三烷基铝、二烷基氧化铝、二烷基氯化铝、一烷基二氯化铝、三烷基三氯化二铝等,如DIBAL-H;也有与氧结合的谜烃类铝氢化合物等,如红铝。
例如,二异丁基氢化铝(DIBAL-H)是四氢铝锂的大位阻衍生物,不适宜用四氢呋喃做DIBAL-H的溶剂,因为两者反应生成配位化合物。一般是以1.0mol/L的浓度保存在甲苯或者正己烷溶液中,遇水发生剧烈反应生成氧气。
废弃DIBAL-H和反应后多余DIBAL-H的淬灭方法可参考四氢铝锂,特别是淬灭反应后多余的DIBAL-H,要充分考虑防止乳化的发生。
包括红铝(如甲苯溶液)等其他废弃的有机铝试剂和反应结束后多余有机铝试剂的销毁方法可参照上述有机锂化合物的淬灭方法。
5.有机锡化合物
实验室常用的有机锡试剂有二烷基二卤化锡(如二丁基二氯化锡)、三烷基锡氢(如三正丁基锡氢)、三烷基卤化锡(如三正丁基碘化锡)、四烷基锡(如烯丙基三正丁基锡)、六烷基锡(如六甲基二锡烷)等。废弃的有机锡试剂和反应结束后多余有机锡试剂的销毁方法可参照上述有机锂的淬灭方法。对于剧毒或高毒的有机锡,可加KF的饱和水溶液或Py-HF溶液,强力搅拌30min以上,再按照常规方法进行后处理及纯化。
总之,反应结束后多余的有机镁、有机锌、有机铝和有机锡试剂的淬灭方法需要慎重考虑。碱金属锂、钠或钾,在酸性、中性或碱性水环境中进行淬灭都可以,也容易操作,反应后处理的pH只要符合产物要求就行;而镁、锌、铝、锡在pH较大情况下可能会乳化,难以过滤又影响收率。需要考虑三点:一是如果产物对pH无特殊要求,后处理的pH尽可能控制在弱酸性,如用氯化铵等盐类饱和水溶液淬灭:二是水淬灭后的镁、锌、铝、锡的盐或相应化合物要成颗粒状,便于过滤除去,或溶于水相中分层弃去;三是能通过KF与硅藻土的混合物过滤,或通过硅胶短柱。
相关链接:遇湿易燃无机化合物
文章来源:《有机合成安全学》
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