注意!使用過期乙醚、四氫呋喃引發(fā)爆炸!
2006年,加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)發(fā)生一起實(shí)驗(yàn)室爆炸事故。一名大學(xué)生在使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀從偶氮苯中蒸除有機(jī)溶劑時發(fā)生爆炸,玻璃碎片飛濺到她的臉部和上半身,所幸?guī)Я俗o(hù)目鏡,但眼睛上方還是被玻璃劃傷并縫了針。據(jù)她回憶,她剛調(diào)整了底部的燒瓶,然后燒瓶就爆炸了。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),爆炸最可能是由溶劑中的過氧化物污染物引起的。反應(yīng)中同時使用了四氫呋喃(THF)和二乙醚,并且隨著時間的流逝,這兩種溶劑都會形成過氧化物。隨后用簡單的測試分析了THF瓶中的樣品,發(fā)現(xiàn)其中含有過量的過氧化物(超過100 mg/L)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)將過氧化物集中在玻璃反應(yīng)容器的底部,并且容器的任何移動都可能導(dǎo)致現(xiàn)在干燥且對震動敏感的過氧化物晶體爆炸。
過氧化物的危險性
四氫呋喃、乙醚長期存放容易產(chǎn)生過氧化物,過氧化物有強(qiáng)氧化性,屬于易燃、易爆的化合物。 過氧化物都含有過氧基(-O-O-),由于過氧鍵結(jié)合力弱,斷裂時所需的能量不大,過氧基是極不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),對熱、振動、沖擊或摩擦都極為敏感,當(dāng)受到輕微外力作用時即分解。如果反應(yīng)放熱速度超過了周圍環(huán)境的散熱速度,在分解反應(yīng)熱的作用下溫度升高,反應(yīng)加速并發(fā)展到爆炸。
有機(jī)過氧化物穩(wěn)定性的變化次序?yàn)椋和倪^氧化物< 二乙酰過氧化物<過醚<二烴基過氧化物。各類過氧化物的低級同系物比高級同系物對機(jī)械作用更敏感,爆炸危險性更大。 過氧化物與有機(jī)物質(zhì)作用在一定條件下會形成爆炸性混合物。在變價金屬鹽、胺類作用下,濃過氧化物與強(qiáng)酸混合時會迅速分解,引起爆炸。過氧化氫和甲醛作用曾引起過爆炸事故。蒸餾釜?dú)埩粑镏蟹e聚了丙酮過氧化衍生物,在酸存在下即發(fā)生爆炸。含聚酯樹脂的丙酮過氧化衍生物與環(huán)烷酸鈷的溶液混合時發(fā)生過多次爆炸和著火事故。固體無機(jī)過氧化物與有機(jī)物接觸時也會引起氧化并著火,如過氧化鋇與麻袋接觸而發(fā)生過自燃事故。
四氫呋喃中過氧化物檢測和去除
久置或過期四氫呋喃、乙醚使用時務(wù)必小心,一定要先檢測溶液中的過氧化物含量。如果有超過0.05%過氧化物存在, 在蒸餾之前過氧化物必須被除去。如果過氧化物含量是1% 或更高, THF必須通過焚燒法來處理掉,不能再使用。
過氧化物檢測:
一、定性檢測
方法一. 配制10%KI(碘化鉀)水溶液,加少量淀粉,再把10 毫升四氫呋喃加入,振蕩,放置約3~5min, 變成黃色的,則說明有過氧化物存在,顏色越深過氧化物越多,否則無過氧化物,可放心使用。
方法二. 用淀粉- 碘化鉀試紙是否變色確定。
方法三. 用5mL四氫呋喃加1mL 10%碘化鉀溶液,振搖1min,如有過氧化物則放出游離碘,水層呈黃棕色或加4 滴0.5%淀粉液,水層呈藍(lán)色。
方法四. 在干凈和試管中放入2~3滴濃硫酸,1mL2%碘化鉀溶液(若碘化鉀溶液已被空氣氧化,可用稀亞硫酸鈉溶液滴到黃色消失)和1~2滴淀粉溶液,混合均勻后加入四氫呋喃,出現(xiàn)藍(lán)色或紫色即表示有過氧化物存在。
二、定量檢測:
6毫升醋酸+4毫升氯仿+1克碘化鉀加到50毫升四氫呋喃中,暗處放置5分鐘,用0. 1 N硫代硫酸鈉溶液滴定至無色,過氧化物百分率為:NXVX0.7/G其中,N,V分別是硫代硫酸鈉的當(dāng)量濃度和體積(毫升),G為四氫呋喃的重量(克)。
溶液中形成的過氧化物
四氫呋喃中過氧化物的清除
1、四氫呋喃過氧化物可以用氫氧化鈉與四氫呋喃混合攪拌除去,如果使用片堿, 每100 克THF 用5 克片堿。如果用73% 的氫氧化鈉溶液,每100 克THF 用15 克。但是, 如果過氧化物含量大于0.5%, 氫氧化鈉應(yīng)該慢慢地加入,防止劇烈反應(yīng)和溫度突升。用氫氧化鈉破壞過氧化物己成功應(yīng)用于實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)室用少量的沒有過氧化物的四氫呋喃,可以通過加入氯化亞酮,硫酸亞鐵或其它還原劑,隨后在氫化鋁鋰下蒸餾制得。
過氧化物在堿的存在下會迅速分解。該過程是一種消除反應(yīng),取決于在 α- 碳原子處是否存在氫原子。
2. 除去過氧化物可用新配制的硫酸亞鐵稀溶液(配制方法是FeSO4 H2O60g,100mL水 和6mL濃硫酸)。將100mL四氫呋喃和10mL新配制的硫酸亞鐵溶液放在分液漏斗中洗數(shù)次,至無過氧化物為止。(用量為四氫呋喃體積20%)。
3.將THF通過活性氧化鋁以除去過氧化物。
4. 用適量10%亞硫酸鈉中和還原。
5. 桶裝四氫呋喃一旦開桶, 貯藏期限將縮短, 即使重新充氮保護(hù)。因此, 留在桶內(nèi)的THF 應(yīng)盡快使用。
6.在四氫呋喃中加入抗氧劑如2,6一二叔丁基對甲酚能有效地抑制過氧化物的生成。其作用機(jī)理是這類抗氧劑能與活性基團(tuán)相結(jié)合,生成較穩(wěn)定的化合物,從而終止鏈反應(yīng)。
7.過氧化物用表面粗糙的容器盛裝會加速其分解。如38%過氧化氫在拋光的白金皿中加熱至60℃仍不分解,而在內(nèi)表面有多處擦傷的白金皿中室溫條件下就會分解。
以上就是幾種清除過氧化物的方法。
幾種實(shí)驗(yàn)室無水溶劑的制備方法
實(shí)驗(yàn)室制備無水溶劑的裝置
1.無水甲苯、 無水四氫呋喃、 無水二氧六環(huán)的制備
所需試劑:鈉( 除水)、二苯甲酮(指示劑, 它在絕對無水的條件下顯藍(lán)色)。
用量方面:1000ml 溶劑需要最多 10 克鈉, 二苯甲酮大約需要約 5 克。
操作:將需要的裝置(通常需要:1000ml 的圓底瓶, 球形冷凝管,直形冷凝管,尾接管,三角瓶,三通,玻璃塞), 烘干,冷卻,待用。在圓底瓶中加入甲苯、二苯甲酮,用鑷子加取鈉塊, 棉花擦去鈉塊表面的煤油,然后用剪刀將鈉剪成小塊,通過加料漏斗加入到甲苯中; 然后架好裝置,將裝置內(nèi)的空氣用氮?dú)庵脫Q了,包括接收瓶,加熱回流 2~3h 后 ,回流變藍(lán)后,稍冷(不回流了就可以), 改為蒸餾裝置,接少量前餾分,收集需要的部分。當(dāng)圓底燒瓶中液體剩余大約 50mL 時 停止加熱后處理:圓底燒瓶中剩余的鈉球, 加無水乙醇室溫攪拌, 至完全分解。 倒入廢液瓶。
注意:THF千萬不能蒸干,會產(chǎn)生過氧化物,易爆炸!
2. 無水 DMF (N, N- 二甲基甲酰胺)的制備:
DMF 提前一天用無水硫酸鎂干燥(25g/L);將需要的裝置(通常需要:1000ml 的圓底瓶, 直形冷凝管, 尾接管, 三角瓶, 三通, 玻璃塞, 水泵), 烘干, 冷卻, 待用。在圓底瓶中加入干燥過的 DMF, 然后架好裝置, 用氮?dú)馇驒z查裝置的氣密性。然后 60℃-70℃減壓蒸餾接少量前餾分,收集需要的部分。
3. 無水二氯甲烷的制備:
① 氫化鈣:除水;
用量:50g/L
操作:回流 3-4 小時后, 蒸餾, 4A 分子篩保存。
后處理:圓底燒瓶中剩余的 CaH2, 加無水乙醇室溫攪拌, 至完全分解。倒入廢液瓶。
② 無水氯化鈣, 分子篩;
操作:室溫攪拌過夜, 蒸餾出來用分子篩保存
4. 無水乙醚的制備:
鈉:干燥;
用量:7-8g /500mL
操作:將鈉剪成小塊狀干燥 24 小時后待用, 500mL 的試劑瓶用 19#的橡膠塞塞緊, 插上癟氣球。
備注:旋蒸乙醚時溫度不能太高, 不要超過 30℃;放置太久的乙醚不能加熱,因含過氧化物, 易于爆炸。
5. 無水甲醇、 乙醇制備:
小于 1%可以用 4A 分子篩干燥;
無水硫酸鈣加熱回流, 蒸餾。
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