30/06/2022
LÀM THẾ NÀO ĐỂ LÀM KHAN DUNG MÔI HỮU CƠ?
Khi thực hiện nghiên cứu tổng hợp hữu cơ, nhiều trường hợp chúng ta cần phải loại nước khỏi dung môi. Những tác chất làm khan (hay làm khô) thông dụng nhất thường gặp là MgSO4 hay Na2SO4, chúng có thể loại nhanh những giọt nước nhìn thấy được bằng mắt thường, thích hợp để làm khô nhanh trong bước "tiền tinh chế", ví dụ như sau khi chiết qua phễu chiết, hoặc làm khô tương đối hỗn hợp trước khi cho lên cột. Thế nhưng, đối với những phản ứng đòi hỏi dung môi có độ khan cao hơn, vì các tác chất phản ứng rất nhạy với nước, thì những chất làm khan nhanh như MgSO4 và Na2SO4 không đủ tốt.
Mọi dung môi hữu cơ, trong quá trình tiếp xúc với không khí ẩm, tất nhiên sẽ hấp thu một lượng nước nhất định. Các dung môi phân cực hấp thu rất nhiều nước, như các loại alcol, THF, DMSO, DMF... Các dung môi không phân cực, không trộn lẫn được với nước, cũng hấp thụ một lượng nước nhỏ hơn.
Bài báo dưới đây (doi.org/10.1021/jo101589h) đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng việc sử dụng rây phân tử (molecular sieves) và silica gel có tác dụng làm khan rất tốt nhiều dung môi hữu cơ thông dụng. Đây được gọi là cách làm khan vật lý. Trong nhiều trường hợp, phương pháp này còn khiến dung môi khan hơn phương pháp làm khan kiểu hóa học (ví dụ như dùng kim loại Mg, Na tác dụng với nước, rồi chưng cất).
Rây phân tử là những vật liệu zeolite (dạng như gốm), ở vĩ mô thì chúng thường có dạng viên tròn, hoặc dạng bột, nhưng ở cấp độ vi mô thì chúng là cấu trúc vi xốp, với những khoang nhỏ, có kích thước cố định. Rây phân tử 3Å (Molsieve 3Å) là loại làm khô nước tốt nhất, vì kích thước khoang 3 Å thích hợp để bẫy phân tử nước. Rây phân tử 4Å cũng có thể dùng để loại nước được, ngoài ra, khoang kích cỡ 4 Å cũng có thể bẫy được các phân tử lớn hơn như methanol hay ethanol.
- CÁCH LÀM KHAN BẰNG RÂY PHÂN TỬ: (1) Lấy một lượng rây phân tử bằng khoảng 10–20% khối lượng của dung môi cần làm khô. Cần kích hoạt rây phân tử bằng cách nung nóng nó ở nhiệt độ khoảng hơn 200 °C hoặc theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Ở BM HHC thì có thể để trong lò qua đêm, nếu lò nung có chân không thì có thể để thời gian ngắn hơn. Sau đó, lấy rây phân tử ra khỏi lò, đậy kín và để nguội. (2) Chuẩn bị 1 bình thủy tinh, làm khô bằng cách nung trong lò qua đêm hoặc nung bằng đèn khò kết hợp hút chân không. (3) Cho rây phân tử vào bình, rồi cho dung môi cần làm khan vào bình, để cho quá trình làm khô diễn ra trong khoảng 2 đến 3 ngày. Đối với một số dung môi phân cực, hút nhiều nước, sau khoảng 1 ngày, ta cần chiết dung môi sang rây phân tử mới, làm khoảng 2 đến 3 lần (xem thêm: doi.org/10.1021/jo00414a038)
- CÁCH LÀM KHAN BẰNG SILICA GEL: (1) Chuẩn bị 1 bình thủy tinh, làm khô bằng cách nung trong lò qua đêm hoặc nung bằng đèn khò kết hợp hút chân không để sẵn sàng hứng dung môi. (2) Nạp silica gel lên cột (lượng bằng khoảng 10% theo khối lượng dung môi cần làm khan, và cho chạy dung môi qua cột silica. Tốt nhất nên làm 3 lần. Không nên ngâm silica gel trong dung môi.
Quá trình làm khan có thể thực hiện ở môi trường khí quyển, tuy nhiên cần hạn chế tối đa tiếp xúc giữa dung môi đang làm khan với không khí, bằng cách đậy nút bình thủy tinh, hoặc bịt bằng septum. Đối với các dung môi dùng trong phản ứng đòi hỏi độ khan cao, như phản ứng cơ kim, thì quá trình này cần được thực hiện trong glovebox hoặc ít nhất là sử dụng septum để đậy bình chứa và không khí bên trong phải được thay bằng nitơ hoặc argon.
Nếu đậy bằng septum, có thể giữ rây phân tử ngâm trong dung môi khô một thời gian dài (khoảng vài tháng) mà dung dịch vẫn khan (tương đối). Có thể dùng kim và syringe kết hợp b**g bóng N2 để lấy dung dịch. Nếu đây bằng nút thường thì nên sử dụng hết dung môi trong vòng 1, 2 tuần.