氢化铝锂是有机化学中一个非常常用的还原试剂,具有很强的氢转移能力,能够将醛、酮、酯、内酯、羧酸、酸酐和环氧化物还原为醇,将酰胺、亚胺离子、腈和脂肪族硝基化合物转换为对应的胺。此外,氢化铝锂超强的还原能力使得可以作用于其它官能团,如将卤代烷烃还原为烷烃。氢化铝锂与水、醇等质子性溶剂会发生剧烈反应,释放易燃易爆的氢气。若氢化铝锂的取用、淬灭操作不当,极易引发火灾与爆炸。
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氢化铝锂反应淬灭后,如果加入大量水,会生成氢氧化铝胶体,整个反应体系呈现为果冻状,很难用常规的后处理方法进行后处理。实验室中常用的氢化铝锂反应 后处理常用的有三种:
1、15%NaOH水溶液后处理, 该方法是行业内应用最广泛、可靠性极高的氢化铝锂淬灭方案。 原理是将氢氧化铝胶体和过量氢氧化钠反应生成水溶性的偏铝酸钠,然后加入干燥剂吸水将偏铝酸钠一起沉降在容易过滤的固体状态,过滤得到产物。此方法适用于对碱稳定的小规模 反应。
2、十水硫酸钠法,由于十水硫酸钠可以缓慢的放出水用于淬灭氢化铝锂, 相比直接滴水淬灭,过程更加可控,反应更温和、剧烈程度更低。此方法没有引入过量水,不会大量生成氢氧化铝胶体,直接过滤就可得到产物溶液,操作方便。
3、 酒石酸钾钠法, 酒石酸根可与铝离子螯合,形成分层清晰的两相体系, 高效破除铝盐形成的乳化层,四氢呋喃溶剂体系效果尤为突出,更适合放大规模反应。
下面小编介绍一下上述三种方法的具体操作。
一、15%NaOH水溶液后处理具体操作(此方法也常用于DIBAL-H后处理):
冷却:反应结束后,用冰水浴将反应烧瓶降温至 0℃。
稀释:向冷却后的反应混合液中加入等体积乙醚或原反应溶剂进行稀释。
加水:强力搅拌下,每投入 X 克氢化铝锂,缓慢逐滴加入 X 毫升纯水;过程中会大量释放氢气,需严格控制滴加速率,抑制体系剧烈放热,加毕, 混合液会逐渐变粘稠 。
加入氢氧化钠溶液:加水步骤完成后,继续缓慢滴加 X 毫升质量体积分数 15% 的氢氧化钠水溶液(对应每 X 克氢化铝锂)。
补加水:每 X 克氢化铝锂,再补加 3X 毫升纯水。
强力搅拌:移去冰水浴,体系自然升至室温,持续强力搅拌 15~30 分钟,体系会析出颗粒状白色铝盐沉淀。
干燥:加入足量干燥剂(无水硫酸镁或无水硫酸钠),继续搅拌 15 分钟,进一步固化固体沉淀。
过滤:将混合液通过硅藻土垫层过滤,或使用砂芯漏斗过滤。
滤饼洗涤:用合适的有机溶剂充分洗涤固体滤饼,保证产物完全洗脱回收。
浓缩:合并全部滤液与洗涤液,减压浓缩得到产物。
二、十水硫酸钠法
冷却:反应结束后,冰水浴将反应烧瓶冷却至 0℃。
淬灭投料:强力搅拌下,用药勺分批投入固体十水合硫酸钠(至少是加入氢化铝锂重量的5倍);投料过程放热,同时持续产生氢气。
终点判定:持续添加 十水合硫酸钠 固体,直至体系不再产生氢气气泡;建议少量过量,确保全部氢化铝锂完全淬灭。
强力搅拌:移去冰水浴,升温至室温,搅拌至少 15~30 分钟。
过滤:通过硅藻土垫层或砂芯漏斗过滤混合液,除去无机固体残渣。
滤饼洗涤:选用适配的有机溶剂冲洗滤饼。
产物分离:合并滤液与洗涤液,减压浓缩,得到粗产物。
三、酒石酸钾钠法
冷却:冰水浴将反应完成后的混合液冷却至 0℃。
非质子溶剂预淬灭:缓慢逐滴加入乙酸乙酯等非质子淬灭试剂;相比直接加水,该方式与过量氢化铝锂的反应更平稳。持续滴加,直至氢气释放大幅减弱。
加入酒石酸钾钠 水溶液:移去冰水浴,向反应液中加入饱和酒石酸钾钠水溶液;常规操作添加体积至少与原反应液体积相等。
强力搅拌分层:剧烈搅拌两相混合液;酒石酸根与铝离子形成水溶性螯合物,凝胶状铝盐会逐步溶解进入水相,此过程耗时 30 分钟至数小时不等。
分液:待两相界面清晰分明后,将混合液转移至分液漏斗,分离有机相与水相。
水相反萃取:使用乙醚、乙酸乙酯等合适有机溶剂,对水相萃取 1 次或多次,回收溶解在水层的产物。
干燥浓缩:合并全部有机相,用无水硫酸钠或无水硫酸镁干燥、过滤,减压浓缩后得到粗产物。
以上是有机合成中常用的三种氢化铝锂淬灭方法,上述方法也同样适用于DIBAL-H等其他会产生铝盐胶体的试剂的后处理。如果小伙伴们有更好的方法欢迎留言,大家共同学习交流。
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