有机化合物的干燥

有机化合物的干燥 有机化学实验中，为除去原料和粗产品中的少量水分，常需要干燥。干燥是指除去固体、液体或气体内少量水分的操作，是有机化学实验室中既普通又重要的一项操作。 干燥方法可分为物理方法与化学方法两种。物理方法有吸附、共沸蒸馏、分馏、冷冻干燥、加热和真空干燥等。化学方法按去水作用的方式又可分为两类：一类与水能可逆地结合生成水合物，如氯化钙、硫酸钠等；一类与水会发生剧烈的化学反应，如金属钠、五氧化二磷等。 一、固体的干燥 为了进行产率计算、结构表征、物理鉴定，固体产物中的水分和有机溶剂必须除尽。 1. 晾干  将待干燥的固体放在表面皿上或培养皿中，尽量平铺成一薄层、再用滤纸或培养皿覆盖上，以免灰尘沾污，然后在室温下放置直到干燥为止，适用于除去低沸点溶剂。 2. 红外灯干燥  热稳定性好又不易升华的固体中如含有不易挥发的溶剂时，为了加速干燥，常用红外灯干燥。 3. 烘箱烘干  烘箱用来干燥无腐蚀、无挥发性、加热不分解的物质。严禁将易燃、易爆物放在烘箱内烘烤，以免发生危险。采用红外灯和烘箱干燥有机化合物，要慎之又慎，必须清楚了解化合物的性质，特别是热稳定性。否则会造成有机化合物分解、氧化、转化等严重问题。 4. 真空加热干燥  对高温下易分解、聚合和变质以及加热时对氧气敏感有机化合物，可采用专门的真空加热干燥箱进行干燥。将干燥物料处在真空条件下加热干燥，并利用真空泵进行抽气、抽湿，加快干燥速率。如果没有特别要求，尽量采用循环水真空泵而不用油泵进行抽湿。 5. 真空冷冻干燥  对于受热时不稳定物质，可利用特殊的真空冷冻干燥设备，在水的三相点以下，即在低温低压条件下，使物质中的水分冻结后升华而脱去。但是该方法设备昂贵、运行成本高，普通实验室很少采用。 二、液体的干燥 从水溶液中分离出的液体有机物，常含有许多水分，如不干燥脱水，直接蒸馏将会增加前馏分造成损失，另外产品也可能与水形成共沸混合物而无法提纯，影响产品纯度。有机液体的干燥，一般是直接将干燥剂加入到液体中，除去水分。干燥后的有机液体，需蒸馏纯化。 1. 液体干燥剂的类型  按脱水方式不同可分为三类 (1) 硅胶、分子筛等物理吸附干燥剂。 (2) 氯化钙、硫酸镁、碳酸镁等通过可逆的与水结合，形成水合物而达到干燥目的。 (3) 金属钠、P2O5、CaO等通过与水发生化学反应，生成新化合物而起到干燥除水的作用。 前两类干燥剂干燥的有机液体，蒸馏前须滤除干燥剂，否则吸附或结合的水加热又会放出而影响干燥效果；第三类干燥剂在蒸馏时不用滤除。 2. 常用干燥剂及选择原则 常用干燥剂的性能与应用范围见表2-3。选用干燥剂的原则是： (1) 干燥剂不能与待干燥的液体发生化学反应。如无水氯化钙与醇、胺类易形成配合物，因而不能用来干燥这两类化合物；又如碱性干燥剂不能干燥酸性有机化合物。 (2) 干燥剂不能溶解于所干燥的液体。 (3) 充分考虑干燥剂的干燥能力，即吸水容量、干燥效能和干燥速度。吸水容量是指单位质量干燥剂所吸收的水量，而干燥效能是指达到平衡时仍旧留在溶液中的水量。常先用吸水容量大的干燥剂除去大部分水分，然后再用干燥效能强的干燥剂。 表1 常用干燥剂的性能与应用范围 干燥剂 吸水作用 酸碱性 效能 干燥速度 应用范围 氯化钙 CaCl2·nH2O n=1,2,4,6 中性 中等 较快，但吸水后表面为薄层液体所覆盖，应放置时间较长 能与醇、酚胺、酰胺及某些醛、酮、酯形成配合物，因而不能用于干燥这些化合物 硫酸镁 MgSO4·nH2O n=1,2,4,5,6,7 中性 较弱 较快 应用范围广，可代替CaCl2，并可用于干燥酯、醛、酮、腈、酰胺等不能用CaCl2干燥的化合物 硫酸钠 Na2SO4·10H2O 中性 弱 缓慢 一般用于有机液体的初步干燥 硫酸钙 2CaSO4·H2O 中性 强 快 中性，常与硫酸镁(钠)配合，作最后干燥之用 碳酸钾 K2CO3·H2O 弱碱性 较弱 慢 干燥醇、酮、醋、胺及杂环等碱性化合物；不适于酸、酚及其他酸性化合物的干燥 氢氧化钾(钠) 溶于水 强碱性 中等 快 用于干燥胺、杂环等碱性化合物； 不能用于干燥醇、醇、醛、酮、酸、酚等 金属钠 Na+H2O→ NaOH+H2O 碱性 强 快 限于干燥醚、烃类中的痕量水分。用时切成小块或压成钠丝 氧化钙 CaO+H2O→ Ca(OH)2 碱性 强 较快 适于干燥低级醇类 五氧化二磷 P2O5+3H2O →2H3PO4 酸性 强 快，但吸水后表面为粘浆液覆盖，操作不便 适于干燥醚、烃、卤代烃、腈等化合物中的痕量水分；不适用于干燥醇、酸、胺、酮等 分子筛 物理吸附 中性 强 快 适用于各类有机化合物干燥 3. 液体干燥操作 加入干燥剂前必须尽可能将待干燥液体中的水分分离干净，不应有任何可见的水层及悬浮的水珠，并置于锥形瓶中。干燥剂研细大小合适的颗粒。干燥剂不能用量不能太多，否则将吸附液体，引起更大的损失。采取干燥剂分批少量加入，每次加入后须不断旋摇观察一段时间，如此操作直到液体由混浊变澄清，干燥剂也不载粘附于瓶壁，振摇时可自由移动，说明水分已基本除去，此时再加入过量10~20％的干燥剂，盖上瓶盖静置即可。静置干燥时间应根据液体量及含水情况而定，一般约需0.5 h左右。 干燥时如出现下列情况，要进行相应处理： (1) 干燥剂互相粘结，附于器壁上，说明干燥剂用量过少，干燥不充分，需补加干燥剂。 (2) 容器下面出现白色浑浊层，说明有机液体含水太多，干燥剂已大量溶于水。此时须将水层分出后再加入新的干燥剂。 (3) 粘稠液体的干燥应先用溶剂稀释后再加干燥剂。 (4) 未知物溶液的干燥，常用中性干燥剂干燥，例如，硫酸钠或硫酸镁。