近日,澤維爾大學研究人員在美國化學會Organic Process Research & Development上發表了一篇研究性論文,描述了一種在室溫或低溫下從真空封閉係統中去除DMSO,NMP等高沸點溶劑的簡單方法,整個係統無需使用旋轉蒸發儀,此外,還可以有效蒸發包含揮發性腐蝕性成分(例如鹵化氫)的溶液,而不會損壞硬件,因為這種方法是在全玻璃設備中實現的。作者將這種溶劑去除的方法命名為“ cryovap”。
“ cryovap”的原理是:溶劑蒸發的驅動力來源於蒸餾瓶和冷卻的接收器之間的壓力梯度,一旦冷凝器/接收器冷卻,輔助溶劑蒸氣就會冷凝,從而使內部真空度達到主要溶劑的蒸氣壓。由於冷凍接收器中的溶劑蒸氣壓低於蒸餾瓶中的溶劑蒸氣壓,因此達到了傳質條件並發生了蒸餾。蒸餾的條件是周圍的介質(空氣或水浴)能夠向蒸發溶液提供熱能。
基於它的原理,蒸發的設備形式可以多種多樣:
左: 帶有圓柱形冷凝器/接收器的蒸餾設備,接收器裝有低溫溶劑。右:帶有橋式冷凝器/接收器的蒸餾設備。
作者分別選擇了四種溶劑進行蒸餾來評估所述方法的性能:水(100°C),DMF(153°C),DMSO(189°C),和N-甲基吡咯烷酮NMP(202℃)。使用下圖(一)的方法,將接收器用液氮冷卻,水浴溫度為18–28°C,作者從200 mL Schlenk燒瓶中蒸餾出了三種高沸點溶劑DMF,DMSO和NMP(各50 mL),蒸餾時間從90至140分鍾不等。使用下圖(二)的方法,接收器用冰冷卻,水浴(21–22°C),花費3小時完成了50mL水的蒸餾。
圖(一)接收器用液氮冷卻水浴為18–28°C。
根據原理,設備各部分的壓力必須等於被蒸餾溶劑的蒸汽壓。如果在設置過程中燒瓶中裝有溶液但接收器是空的,則抽真空將導致溶劑蒸氣僅從蒸餾燒瓶中排出不可冷凝氣體。因此必須在抽空之前向接收器中加入少量的相同或輔助助溶劑,以便從設備的兩側去除不可冷凝的氣體。
實例1:在200 mL Schlenk燒瓶中裝入10 mm攪拌棒,50 mL DMSO和0.5 mL異辛烷,接收器中裝入0.5 mL異辛烷。將設備抽空2-3分鍾。在泵送期間,異辛烷蒸發,其蒸氣排出設備內的殘留空氣。關閉旋塞閥,將係統與真空管線斷開。並按上圖(一)所示進行布置。將水浴裝滿水,並預熱至28°C(以提供用於蒸發的熱能並防止DMSO凍結),並將磁力攪拌器設置為高rpm。攪拌約5分鍾後,假定水浴和溶劑之間的溫度達到平衡。將裝有液氮(約占其體積的三分之一)的杜瓦瓶調整到適當的位置,以便僅將接收器的底部浸入冷凍劑中。在蒸發過程中,水浴溫度保持在27至28°C之間,然後將接收器逐漸浸入杜瓦瓶中。蒸餾瓶中的溶劑始終保持液態,並在105分鍾內完成蒸餾。
成功的關鍵:
(1)保證密封。所有毛玻璃接頭和旋塞閥必須使用高真空油脂進行潤滑,並確保每個接頭和旋塞完全透明;每個注油接頭的旋轉測試應平穩,且無汙跡。
(2)快速攪拌。高轉速攪拌主要在於防止因溶劑劇烈沸騰而引起的爆沸。另外,快速攪拌能夠增加蒸發液體的表麵積,這又加速了蒸發。
(3)液氮是最有效的冷凍劑。大多數溶劑會在液氮溫度下凍結在接收器中。當處理較大體積的溶劑時,溶劑傾向於在接收器的上部凍結,阻礙進一步的蒸發。可通過在杜瓦瓶中裝入四分之一至三分之一的冷凍劑來解決此問題。隨著蒸餾的進行,可以添加更多的冷凍劑,或者可以將杜瓦瓶重新放置到更高的位置,以便將接收器的更多表麵積浸入冷凍劑中。