有机化合物的干燥及干燥剂的使用

有机化合物的干燥及干燥剂的使用干燥的目的是除去附在固体、或混杂在液体或气体中的少量水分，也包括除去少量溶剂。进行物质结构鉴定前必须进行干燥处理。干燥方法有物理方法和化学方法两种。物理方法如冷冻、分子筛和离子交换脱水等。在实验室中常用化学方法，如向液态化合物中加入干燥剂，第一类干燥剂是与水结合生成水合物，第二类干燥剂是与水起化学反应，从而除去液态有机化合物中所含的水分。例如：CaCl2+6H2OCaCl2·6H2O（第一类）2Na＋2H2O→2NaOH＋2H2（第二类）一、液态有机化合物的干燥1.干燥剂的选择常用干燥剂的种类很多，选用时必须注意下列几点：(1)液态有机化合物的干燥，通常是将干燥剂加入液态有机化合物中，所用的干燥剂必须不与该有机化合物发生化学或催化作用。(2)干燥剂应不溶于该液态有机化合物中。(3)当选用与水结合生成水合物的干燥剂时，必须考虑干燥剂的吸水容量和干燥效能。吸水容量是指单位重量干燥剂吸水量的多少，干燥效能指达到平衡时液体被干燥的程度。例如，无水硫酸钠可形成Na2SO4·10H2O，即1gNa2SO4昀多能吸1.27g水，其吸水容量为1.27，但其水合物的水蒸气压也较大（25℃时为255.98Pa），故干燥效能差。氯化钙能形成CaCl2·6H2O，其吸水容量为0.97，此水化物在25℃水蒸气压为39.99Pa，故无水氯化钙的吸水容量虽然较小，但干燥效能强。所以干燥操作时应根据除去水分的具体要求而选择合适的干燥剂。有时对含水较多的体系，常先用吸水量大的干燥剂干燥，然后再用干燥效能强的干燥剂。通常这类干燥剂形成水化物需要一定的平衡时间，所以，加入干燥剂后必须放置一段时间才能达到脱水效果。已吸水的干燥剂受热后又会脱水，其蒸气压随着温度的升高而增加，所以，对已干燥的液体在蒸馏之前必须把干燥剂滤去。2.干燥剂的用量掌握好干燥剂的用量是很重要的。若用量不足，则不可能达到干燥的目的；若用量太多，东北师范大学化学学院综合化学实验学习资料则由于干燥剂的吸附而造成液体的损失。以乙醚为例，水在乙醚中的溶解度在室温时为1~1.5%，若用无水氯化钙来干燥100mL含水的乙醚时，全部转变成CaCl2·6H2O，其吸水容量为0.97，也就是说1g无水氯化钙大约可吸收0.97g水，这样，无水氯化钙的理论用量至少要1g，而实际上远远超过1g，这是因为醚层中还有悬浮的微细水滴，其次形成高水化物的时间需要很长，往往不可能达到应有的吸水容量，故实际投入的无水氯化钙的量是大大过量的，常需用7~10g无水氯化钙。操作时，一般投入少量干燥剂到液体中，进行振摇，如出现干燥剂附着器壁或相互粘结时，则说明干燥剂用量不够，应再添加干燥剂；如投入干燥剂后出现水相，必须用吸管把水吸出，然后再添加新的干燥剂。干燥前，液体呈浑浊状，经干燥后变成澄清，这可简单地作为水分基本除去的标志。一般干燥剂的用量为每10mL液体约需0.5~1g。由于含水量不等，干燥剂质量的差异，干燥剂的颗粒大小和干燥时的温度不同等因素，较难规定具体数量，上述数量仅供参考。3.常用的干燥剂(1)无水氯化钙吸水后形成CaCl2·nH2O，n＝1，2，4，6。吸水容量0.97(按CaCl2·6H2O计算)，干燥效能中等，因为作用不快，平衡速度慢，所以，用无水氯化钙干燥液体时需放置一段时间，并要间歇振荡。氯化钙适用于烃类、醚类化合物干燥；不适用于醇、酚、胺、酰胺、某些醛、酮以及酯有机物的干燥，因为能与它们形成络合物。工业品可能含有氢氧化钙或氧化钙，故不能用来干燥酸类化合物。表1温度对氯化钙水合物蒸气压影响温度／℃压力／Pa（mmHg）*固相-5529.229.8380.0759.9（5.7）922.8（6.8）1053.5（7.9）冰-CaC12·6H2OCaCl2·6H2O-CaCl2·4H2OCaC12·6H2O-CaCl2·4H2OCaC12·4H2O-CaCl2·2H2O*760mmH＝101325Pa，1mmHg＝133.32Pa。(2)无水硫酸镁中性，不与有机物和酸性物质起作用，吸水形成MgSO4·nH2O，n=1，2，4，5，6，7。当温度在48℃以下时形成MgSO4·7H2O，吸水容量为1.05，干燥效能中等，可代替氯化钙，还可干燥许多不能用氯化钙干燥的有机化合物，应用范围广，是一种很好的中性干燥剂。东北师范大学化学学院综合化学实验学习资料(3)无水硫酸钠为中性干燥剂，价廉，吸水容量为1.25，但干燥速度缓慢，干燥效能差，一般用于有机液体的初步干燥，然后再用效能高的干燥剂干燥。(4)无水硫酸钙与有机化合物不起化学反应，不溶于有机溶剂中，与水形成相当稳定的水化物，25℃时蒸气压为0.532Pa，是一种作用快，效能高的干燥剂，唯一的缺点是吸水容量小，常用于第二次干燥（即在无水硫酸镁、无水硫酸钠干燥后作昀后干燥之用）。(5)无水碳酸钾与水形成K2CO3·2H2O,干燥速度慢，吸水容量为0.2，干燥效能较弱，一般用于水溶性醇和酮的初步干燥，或代替无水硫酸镁，有时代替氢氧化钠干燥胺类化合物，但不适用于酸性物质。(6)金属钠醚、烷烃、芳烃和叔胺类有机物用无水氯化钙或硫酸镁等处理后，若仍含有微量的水分时，可加入金属钠（切成薄片或压成丝）除去。但不宜用作醇、酯、酸、卤代烃、酮、醛及某些胺等能与钠起反应或易被还原的有机物的干燥剂。有机化合物常用干燥剂列于表2。表2各类有机化合物的常用干燥剂液态有机化合物适用的干燥剂醚类、烷烃、芳烃醇类醛类酮类酸类酯类卤代烃有机碱类（胺类）CaC12、Na、P2O5K2CO3、MgSO4、Na2SO4、CaOMgSO4、Na2SO4MgSO4、Na2SO4、K2CO3MgSO4、Na2SO4MgSO4、Na2SO4、K2CO3CaC12、MgSO4、Na2S04、P2O5NaOH、KOH(7)分子筛应用昀广的分子筛是沸石分子筛,它是一种含铝硅酸盐的结晶,具有高效能选择性吸附能东北师范大学化学学院综合化学实验学习资料力,常用A型分子筛有3A型、4A型和5A型三种。分子筛具有高度选择性吸附性能，是由于其结构形成许多与外部相通的均一微孔，凡是比此孔径小的分子均进入孔道中，而较大者留在孔外，借此以筛分各种分子大小不同的混合醚、乙醇和氯仿等有机溶剂中的少量水分；此外，还用于吸附有机反应中生成的水分，效果较好。在使用分子筛干燥时应注意以下几点：①分子筛使用前应活化脱水，温度为350℃，在常压下烘干8h；活化温度不超过600℃。活化后的分子筛待冷至200℃左右，应立即取出存于干燥器备用；②使用后的分子筛其活性会降低，须再经活化方可使用，活化前须用水蒸气或惰气把分子筛中的其它物质替代出来，然后再按①进行处理。③使用分子筛时，介质的pH值应控制在5~12。④分子筛宜除去微量水分，倘若水分过多，应先用其它干燥剂去水，然后再用分子筛干燥。分子筛的吸附性能列于表3。表3分子筛的吸附性能类型孔径(Å)能吸附不能吸附3Å4Å5Å3.2∼3.34.2∼4.74.9∼5.5氮气、氧气、氢气、水、甲醇、乙醇、乙腈三氯甲烷以及可被3Å吸附的分子C3∼C14正构烷烃及可被3Å、4Å吸附的物质乙烯、二氧化碳乙炔等更大的分子(n-C4H9)2NH及更大的分子4.有机化合物的干燥操作在实验中，液态有机化合物的干燥操作一般在干燥的三角烧瓶内进行。待水分去后，按照条件选择适当适量的干燥剂投入液体里，塞紧（用金属钠作干燥剂时则例外，此时塞中应插入一个无水氯化钙管，使氢气放空而水气不致进入），振荡片刻，静置，使所有的水分全被吸去。若干燥剂用量太少，致使部分干燥剂溶解于水时，用吸管吸出水层，再加入新的干燥剂，放置一定时间，至澄清为止，过滤后，进行蒸馏精制。二、固体物质的常用干燥方法1.晾干。若固体不吸水，这是昀简便的干燥方法。被干燥的固体应用抽滤尽量除净水分或溶剂，然后在一张滤纸上面薄薄地摊开，用另一张滤纸覆盖起来，在空气中慢慢地晾干。2.加热干燥。对于热稳定的固体化合物，可以利用烘箱在适宜的温度下干燥，也可在真空恒温干燥箱中干燥。如果固体样品量较少且熔点在100℃以上，可放在干净的表皿上用水蒸气浴炒干3.红外线干燥。将固体样品放在红外灯下烤干。红外线干燥特点是穿透性强，干燥快。东北师范大学化学学院综合化学实验学习资料4.干燥器干燥。对易吸湿或在较高温度干燥时会分解或变色的固体化合物可用干燥器干燥。干燥器如图1所示，是一种具有磨口盖子的厚质玻璃器皿，又称之为保干器，磨口上涂有一薄层凡士林，使其更好地密合。底部放置适量干燥剂，如变色硅胶、无水氯化钙等，中间隔一个多孔瓷板，把待干燥的物质放在瓷板上。开启干燥器时，左手按住干燥器下部，右手按住盖上的圆顶，柔力推开器盖，如图2-a所示；加盖时也应拿住盖上圆顶推着盖好。挪动干燥器时，不应只端下部，而应按住盖子挪动，以防盖子滑落，如图2-b所示；当挪动较大的干燥器时，如图2-c所示，用双手抓紧上下部磨口处的边沿，端起干燥器并靠紧身体，小心挪动。除普通干燥器外，还有一种真空干燥器，在盖子的中心部位装有带活塞的玻璃导气管，可连接抽气泵使干燥器内压力降低，从而提高干燥效率。使用真空干燥器前必须试压．试压时用网罩或防爆布盖住干燥器，然后抽真空，关闭活塞放置过夜；解除器内真空时，要缓慢开动活塞放入空气，以免吹散被干燥的物质。图1   干燥器   （a）                 （b）                 （c） 图2 干燥器的开启与挪动 东北师范大学化学学院综合化学实验学习资料