有機(jī)化學(xué)博士實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)
有機(jī)化學(xué)博士實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)
當(dāng)我第一遍讀一本好書的時(shí)候,我仿佛覺(jué)得找到了一個(gè)朋友;當(dāng)我再一次讀這本書的時(shí)候,仿佛又和老朋友重逢。我們要把讀書當(dāng)作一種樂(lè)趣,并自覺(jué)把讀書和學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái),做到博覽、精思、熟讀,更好地指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí),讓自己不斷成長(zhǎng)。讓我們一起到學(xué)習(xí)啦一起學(xué)習(xí)吧!
三種有機(jī)化合物:
細(xì)數(shù)最讓人聞風(fēng)喪膽的三種化合物:三氟化氯、疊氮化碳、硫化丙酮。其中,三氟化氯讓納粹見(jiàn)了都掉頭跑。。
01
三氟化氯(ClF3)
真正可怕到了傳說(shuō)級(jí)的東西,你是不會(huì)輕易看到的——因?yàn)樗腥硕疾幌肱鏊?/p>
二戰(zhàn)時(shí)德國(guó)就曾試圖把它搞成燃燒武器,而美國(guó)人也測(cè)試過(guò)用它來(lái)做火箭燃料。當(dāng)然這些嘗試全都沒(méi)有成功:這貨燃燒起來(lái)當(dāng)然是足夠給勁了,但它燒得也太不分場(chǎng)合了,還沒(méi)發(fā)射出去自己人先掛了,這納粹都受不了……
三氟化氯平時(shí)是裝在金屬容器里面的,這幾乎算是唯一能暫時(shí)控制它的方法了,只要預(yù)先經(jīng)過(guò)處理形成了金屬氟化物保護(hù)層,它在一些常見(jiàn)金屬制成的容器里面還可以保持安穩(wěn)。而在這次事故中金屬容器還是翻了車:據(jù)資料記載,當(dāng)時(shí)人們把金屬容器放在干冰浴中降溫,這是為了讓三氟化氯在低溫下更穩(wěn)定一些。
然而低溫也讓金屬容器壁變脆了,結(jié)果人們迎來(lái)了災(zāi)難性的一幕:907kg冰涼的液態(tài)三氟化氯泄漏了出來(lái)。
這些三氟化氯不僅燒穿了30厘米厚的混凝土地板,而且還腐蝕了下方將近一米的礫石。當(dāng)然,這過(guò)程還伴隨著包括氯氣、氟化氫在內(nèi)的大量有毒蒸汽。一位目擊者驚呼:“混凝土都著火了!”(The concrete was on fire!)
“水泥在燃燒!”
這是當(dāng)時(shí)在場(chǎng)目擊事件的人的描述。如果哪天你聽(tīng)到了別人和你說(shuō)出水泥燒起來(lái)了,不要急著打賭,因?yàn)樗锌赡苷f(shuō)的是對(duì)的。
因?yàn)槿然顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì),任何接觸它的設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的清潔以及保證氣密性。不幸中的萬(wàn)幸,它會(huì)立刻和容器內(nèi)壁反應(yīng)生成不再參與反應(yīng)的氟化物,從而我們可以方便地貯存。
02
疊氮化碳(C2N14)
疊氮化碳,這是一種被稱為史上爆炸性最強(qiáng)的物質(zhì)。它還有一群“暴脾氣”的伙伴,被稱為高氮含能化合物。
它的秘密藏在它的結(jié)構(gòu)中。兩個(gè)氮原子能夠形成這個(gè)地球上最穩(wěn)定的分子之一,氮?dú)夥肿?,在自然情況下只有閃電可以打斷。人類為了把氮?dú)夂铣蔀榘睔鈴亩瞥傻收娴氖琴M(fèi)勁了九牛二虎之力。所以當(dāng)兩個(gè)氮原子結(jié)合在一起時(shí),將會(huì)釋放出巨大的能量。然而擁有 14 個(gè)氮原子的疊氮化碳,相互之間沒(méi)有一個(gè)是以三鍵連接。
一點(diǎn)微小的擾動(dòng)都能讓疊氮化碳爆炸。所以對(duì)于科學(xué)家們而言,這些物質(zhì)讓人敏感到如何測(cè)量它的敏感度都是一件讓人覺(jué)得很敏感的事情。
疊氮化碳對(duì)環(huán)境的敏感度超出了我們的測(cè)量極限,一點(diǎn)點(diǎn)的撞擊、摩擦測(cè)試都會(huì)導(dǎo)致其分解。
那么疊氮化碳在什么情況下會(huì)爆炸呢?
移動(dòng)一下、碰它一下、把它放在玻璃板上、被強(qiáng)光照一下、被 X 光照一下、放進(jìn)光譜儀、打開(kāi)光譜儀……
甚至你什么都不做,只要它心情不好,它也會(huì)炸??茖W(xué)家們把它放進(jìn)無(wú)光、恒溫的防震箱,盡管沒(méi)出意外,但它還是爆炸了。
合成的科學(xué)家 Klapötke 稱這個(gè)發(fā)現(xiàn)是“激動(dòng)人心的”。 從某個(gè)角度來(lái)講,合成出了疊氮化碳還健健康康,確實(shí)挺激動(dòng)人心的。想到這,我們不禁對(duì)這些擁有獻(xiàn)身精神的科學(xué)家們肅然起敬。
03
硫代丙酮(C3H6S)
這種物質(zhì)不會(huì)突然爆炸,不會(huì)讓你生病,也沒(méi)有那么夸張能夠讓水泥都燒起來(lái),但是它可能是這個(gè)世界上最臭的物質(zhì),硫代丙酮。
因?yàn)榇蟛糠值暮虻挠袡C(jī)氣體都是由腐肉散發(fā)出來(lái)的,不斷地進(jìn)化讓我們的身體對(duì)含硫的有機(jī)氣體惡臭氣味十分敏感。
德國(guó)弗萊堡市
下面這個(gè)例子可以展現(xiàn)硫代丙酮這份安靜但又恐怖的力量。1889 年,德國(guó)弗萊堡市肥皂廠的化學(xué)家們正在研究三丙硫酮用以調(diào)制香料,然而三丙硫酮不幸分解為硫代丙酮,由于它的氣味,在實(shí)驗(yàn)室周圍半徑為0.75公里(0.47英里)的地區(qū)居民發(fā)生嘔吐,惡心和神志不清的情況。
硫代丙酮因其極其惡臭和使人昏迷,誘發(fā)嘔吐并能夠被長(zhǎng)距離檢測(cè)的能力而被認(rèn)為是危險(xiǎn)化學(xué)品。
1967年,Esso 研究人員在英國(guó)牛津南部的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室重復(fù)了裂解硫代丙酮的實(shí)驗(yàn)。他們的報(bào)告如下:
最近我們發(fā)現(xiàn)自己身上的氣味問(wèn)題超出了我們所預(yù)想的最糟糕的情況。在早期的實(shí)驗(yàn)中,一個(gè)瓶塞從瓶子上蹦了出來(lái),盡管立即更換了瓶塞,但卻立即引起了 200 碼外的樓內(nèi)工作的同事的惡心和不適。我們的兩位化學(xué)家只是研究了微量三硫丙酮的裂解反應(yīng),他們卻發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)成了餐館的敵對(duì)目標(biāo),并遭受了被女服務(wù)員用除臭劑噴灑的羞辱。
為了讓大家有一點(diǎn)更加直觀的印象,讓我們來(lái)聞一聞硫代有機(jī)物家族另一位成員——乙硫醇的味道。乙硫醇通常作為天然氣中的警覺(jué)劑,用以警示天然氣泄漏,以具有強(qiáng)烈、持久且具刺激性的蒜臭味而聞名??諝庵袃H含五百億分之一的乙硫醇時(shí)(0.00019mg/L),其臭味就可嗅到。
雖然看起來(lái)硫醇都很臭,不過(guò)有趣的是,隨著分子量的增加,硫醇的臭味漸弱,九碳以上的硫醇則有令人愉快的氣味。
當(dāng)然,這個(gè)結(jié)論,是用人的鼻子聞出來(lái)的。
有機(jī)化學(xué)博士實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)
在酸性或堿性條件下做的反應(yīng),如果可能的話,產(chǎn)品后處理的時(shí)候,盡量中和一下。否則,產(chǎn)品放久之后可能會(huì)分解。
我們這兒用完重氮甲烷后,總會(huì)加點(diǎn)酸去破壞剩余的重氮甲烷。有位哥們膽子大直接用濃鹽酸(應(yīng)該用稀的鹽酸或醋酸),結(jié)果和殘余的堿劇烈放熱,重氮甲烷的乙醚溶液呀就這樣把他征服,爆炸了還有一位老師就是分液漏斗的塞子上沒(méi)涂真空脂,一摩擦就把乙醚給燒起來(lái)了,好恐怖呀!
大家用重氮甲烷時(shí)一定要千萬(wàn)注意,第一次最好有個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的人在旁指導(dǎo),不要自己隨便做,量也不要太大,亞硝基甲基脲最多25克。別貪多,要是需要量大就分幾批去做。
夏天用乙醚的時(shí)候一定要注意。我今年8月用乙醚萃取,只在分液漏斗里輕搖了一下,正要準(zhǔn)備放氣,炸了,還好沒(méi)傷到我。我的產(chǎn)品阿!!!
有一次我做分液萃取,先是用50ml HCl洗滌有機(jī)相(含產(chǎn)品),然后再用50ml 5% NaHCO3洗滌產(chǎn)品,結(jié)果振搖的時(shí)候,塞子被沖開(kāi)了,產(chǎn)品全部噴出來(lái)了。原因是沒(méi)有放氣。
大家洗滌產(chǎn)品的時(shí)候一定要小心,如果洗滌會(huì)生成氣體的話,一定要注意放氣。
就在本周,我們所一天內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩起重大安全事故。某博士生在使用過(guò)氧乙酸的時(shí)候,沒(méi)有帶防護(hù)眼鏡,結(jié)果過(guò)氧乙酸濺到眼睛,致使雙眼受傷,腫得到現(xiàn)在還不能睜開(kāi),還不知道以后會(huì)怎樣。另一個(gè)博士生在使用三乙基鋁的時(shí)候,不小心弄到了手上,由于沒(méi)有帶防護(hù)手套,出事后也沒(méi)有立刻用大量清水沖洗,結(jié)果左手皮膚嚴(yán)重,需要植皮。
兩起事故都有一個(gè)共同點(diǎn):麻痹大意,不按照安全規(guī)則操作。如果帶了防護(hù)眼鏡,手套的話,后果就不會(huì)這么嚴(yán)重。而且資料顯示,越是博士生,做實(shí)驗(yàn)越不謹(jǐn)慎??偙е鴥e幸心理,認(rèn)為不會(huì)出事,結(jié)果河里面淹死的就是那些會(huì)游泳的。
在有機(jī)所的五年,耳聞目睹了很多安全事故,深感多一份細(xì)心,多一份保障?,F(xiàn)將我所知道的實(shí)驗(yàn)室里面的潛在危險(xiǎn)總結(jié)如下:歡迎大家就自己知道的進(jìn)行補(bǔ)充。
一、 溶劑處理方面的潛在危險(xiǎn)。
A、溶劑無(wú)水處理前,一定要預(yù)處理
對(duì)于低沸點(diǎn)的溶劑,如乙醚,正戊烷等一定要先用干燥劑預(yù)先干燥,然后再加入鈉絲進(jìn)行回流,并且加熱不能過(guò)快過(guò)高。因?yàn)?,一旦溶劑里面的含水量過(guò)大,那么 生成氫氣很劇烈的話,溶劑極易沖出體系,然后遇見(jiàn)明火或正在加熱的電阻絲,發(fā)生爆炸。這一點(diǎn)在有機(jī)所是有先例的,當(dāng)時(shí)的慘狀是,爆炸的沖擊波從三樓沖到頂樓,把通風(fēng)裝置炸的粉碎。包括對(duì)面實(shí)驗(yàn)室的整扇窗都被推倒。
對(duì)于醚類溶劑,如果生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng),或者久置不用的話,一定不要震動(dòng),同時(shí)要加入還原劑,除掉生成的過(guò)氧化合物。也是一個(gè)博士生,在處理久置不用的處理THF的裝置的時(shí)候,剛一拔磨口活塞,就發(fā)生爆炸,滿臉血肉模糊。
用鈉處理的溶劑和鹵代烷溶劑處理裝置不能公用一個(gè)與大氣相連的裝置。有些同學(xué)為省事或節(jié)約空間,把所有溶劑處理裝置中保證與大氣相通的裝置相連,這樣做的危險(xiǎn)是很可能如果鹵代烷,特別是二氯甲烷,加熱的時(shí)候溫度較高,無(wú)法冷凝下來(lái),這樣,有可能密度較大的鹵代烷就會(huì)順著相同的管道,進(jìn)入用鈉絲干燥的溶劑的體系。一旦出現(xiàn)這樣的事情,肯定是爆炸。大家知道,鹵代烷在金屬鈉的作用下的偶聯(lián)反應(yīng)非常劇烈。
B、 廢溶劑的處理,絕對(duì)不要發(fā)生酸性液體和堿性液體,氧化性液體和還原性液體的混裝,這樣非常危險(xiǎn)。在有機(jī)所,廢液桶爆炸不是一次兩次。對(duì)于SOCl2, PCl5, PCl3絕對(duì)不能未經(jīng)處理就放入廢液桶,后果也很危險(xiǎn)。
二、 實(shí)驗(yàn)操作方面的潛在危險(xiǎn)。
1、 對(duì)于加熱、生成氣體的反應(yīng),一定要小心不要成了封閉體系。
2、 應(yīng)該小心滴加、冷卻的反應(yīng),一定要嚴(yán)格遵守,不要圖省事。
3、 反應(yīng)前,一定要檢查儀器有無(wú)裂痕。對(duì)于反應(yīng)體系氣壓變化大的反應(yīng),大家一般都會(huì)注意。但是,有些問(wèn)題就是在你想不到的時(shí)候出現(xiàn)。我在一次萃取的時(shí)候,量在2升左右,發(fā)現(xiàn)分液漏斗有一個(gè)裂痕,以為沒(méi)有問(wèn)題。結(jié)果,在手中剛一搖晃時(shí),就炸開(kāi)了。20%的KOH溶液噴了我一臉,更可怕的是,溶液順著桌面進(jìn)入插座,引起電源短路,然后引發(fā)火災(zāi)。
4、 對(duì)于容易爆炸的反應(yīng)物,如過(guò)氧化合物,疊氮化合物,重氮化合物,無(wú)水高人鹽,在使用的時(shí)候一定要小心,加熱小心,量取小心,處理小心。不要因?yàn)檎饎?dòng)引起爆炸。舉三個(gè)例子如下:
某副教授在有機(jī)所進(jìn)修時(shí),加壓蒸餾一容易分解的化合物,由于加熱沒(méi)有控制好,發(fā)生爆炸,場(chǎng)面極其血腥,胸口的洞縫了五十多針!
某研究生,在做關(guān)于過(guò)氧化合物的實(shí)驗(yàn)時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮含有過(guò)氧化合物的溶液,完畢,不是小心地把空氣放入,而是一下子就通氣,結(jié)果由于空氣的撞擊引發(fā)爆炸,甲級(jí)甲等殘廢。我們今天看到的現(xiàn)場(chǎng)的照片是:一截手指頭血淋淋地沾在玻璃上。(這也是加壓蒸餾通氣時(shí)為什么要慢慢來(lái)的原因)
某工作人員,在做疊氮化合物的實(shí)驗(yàn)室,反應(yīng)都處理好了,他覺(jué)得反應(yīng)容器要處理一下,結(jié)果在打開(kāi)瓶塞的時(shí)候,一用力,爆炸。
最后是一句忠告,不清楚的實(shí)驗(yàn),不了解化合物性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),精神狀態(tài)不好時(shí),一定要當(dāng)心。
配體的純度對(duì)于做不對(duì)稱催化的,以及利用配體來(lái)改進(jìn)某些金屬催化反應(yīng)的化學(xué)工作者來(lái)說(shuō),至關(guān)重要。但是,不同批次合成的配體,其純度由于采用原料的不同,或者純化 時(shí)所用的硅膠等材料的性能有所不同,就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)的結(jié)果不能重復(fù)。如果前后配體的 純度有差異,或者溶劑等使用的不同,導(dǎo)致反應(yīng)條件篩選前后不是在可比較的前提下進(jìn)行,有可能導(dǎo)致一些好結(jié)果的埋沒(méi)。
我們?cè)诎l(fā)表論文時(shí),詳細(xì)寫清楚試驗(yàn)的操作,試劑的純化方法,就是為保證別人按照相同的方法處理,可以重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果。因此,我們必須保證自己的實(shí)驗(yàn)方法是在同一條件下進(jìn)行。
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,確實(shí)也發(fā)現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較難重復(fù),這個(gè)問(wèn)題不少?gòu)氖虏粚?duì)稱研究的小組都曾碰到。分析其原因,可能有以下幾點(diǎn):
1)配體的純度不符合要求,所以反應(yīng)的活性和對(duì)映選擇性與以前的結(jié)果不相吻合,特別是分離純化時(shí)用的溶劑和硅膠質(zhì)量得不到保證,導(dǎo)致按照以前純化條件得不到符合研究工作的要求純度的配體;
2)反應(yīng)的操作存在誤差:這突出表現(xiàn)在稱量這一環(huán)節(jié)。由于配體和金屬鹽的量均只有幾毫克,靜電的干擾在天氣干燥的時(shí)候尤為突出;
3)反應(yīng)的溶劑多為丙酮,CH3CN和鹵代烷等難以檢測(cè)其含水量的溶劑,不同批次處理的溶劑,可能含水量不同,從而導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果不能重復(fù)。
為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性,我們摸索并建立一套配體純度檢驗(yàn)的方法和標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)條件。特別是配體30a在幾個(gè)反應(yīng)中展示了優(yōu)異的性質(zhì)后,這一要求對(duì)于開(kāi)展其他研究尤為關(guān)鍵。
經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐,我們總結(jié)得到以下經(jīng)驗(yàn)供參考:
A、標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件的建立
1、配體合成所用的CH3CN、三乙胺和四氯化碳按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理,再經(jīng)小量反應(yīng)證明合格后(能合成出配體),保存在活化后的分子篩中供使用。
2、條件實(shí)驗(yàn)中所用的溶劑,如果不能通過(guò)指示劑顯色來(lái)確保其無(wú)水,則嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理后,再經(jīng)活化后的分子篩進(jìn)一步處理后,蒸出使用;對(duì)于已經(jīng)篩選出的最佳溶劑,每次新處理后,均用標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)檢驗(yàn),ee值與以前的實(shí)驗(yàn)符合后才能使用。
3、稱量過(guò)程中,盡可能避免靜電的干擾。
B、配體純度方法的建立
1、對(duì)于合成的新配體,在用磁氫譜和碳譜定初步純度后,先用于某一反應(yīng)得到一個(gè)關(guān)于反應(yīng)速率和ee值的數(shù)據(jù);然后,用不同的展開(kāi)劑再次純化配體后并取其最純的部分,在相同的條件下重復(fù)與前相同的反應(yīng)。如果反應(yīng)情況(包括速率和ee值)變化不大,表明配體的純度已經(jīng)合格;如果反應(yīng)結(jié)果有明顯改善,這表明配體純度有了提高,這需要再次純化配體,直至反應(yīng)結(jié)果的不同在誤差范圍內(nèi),才表明配體純度已經(jīng)合格。舉例如下:對(duì)于配體30a, 先用石油醚和丙酮(4:1, v/v)的展開(kāi)劑經(jīng)柱層析得到一淡黃色的油狀液體,雖然此液體經(jīng)核磁鑒定,純度已經(jīng)很好,但是用囘f 啉配體最常用的模型反應(yīng)-DA反應(yīng)(eq 1)一檢驗(yàn), 在以Cu(OTf)2 為L(zhǎng)ewis 酸, CH2Cl2為溶劑,-30℃的反應(yīng)條件下,卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)幾乎不進(jìn)行。再用石油醚和乙酸乙酯(1:1, v/v)的展開(kāi)劑進(jìn)一步純化后,再在相同的條件下一試,反應(yīng)在一小時(shí)內(nèi)結(jié)束,ee值為36%。將配體再次純化后,重試反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)的ee值不變。于是認(rèn)為配體已經(jīng)很純,可以用于反應(yīng)的條件篩選。每次重新合成出來(lái)的配體,都在此反應(yīng)條件下反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間和ee值均與上述結(jié)果相符,表明配體純度合格后,才能將配體用于條件反應(yīng)。
關(guān)于DMF的無(wú)水處理方法引起這么多爭(zhēng)議,實(shí)在出乎我的意料。不可否認(rèn),不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)試劑、溶劑的純度等各方面的要求不同。不需要嚴(yán)格無(wú)水的反應(yīng),你去進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)水處理就是浪費(fèi)時(shí)間;反之亦然。我也承認(rèn),有時(shí)候試劑中的一些微量雜質(zhì)的存在,往往會(huì)使反應(yīng)有出人意料的結(jié)果。在我所知道的范圍(上海有機(jī)所)內(nèi),就有兩個(gè)這樣的例子:李安虎博士(戴立信小組)在首例通過(guò)葉立德途徑實(shí)現(xiàn)的高立體選擇性的氮雜環(huán)丙烷的反應(yīng)中,使用的是未處理的國(guó)產(chǎn)分析純CH3CN溶劑。文章在Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表后,引起了一位法國(guó)科學(xué)家的注意,但是他在重復(fù)該試驗(yàn)的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)直接使用商業(yè)化的分析純CH3CN溶劑不能重復(fù)反應(yīng)結(jié)果,只有在反應(yīng)體系添加一定量的水后才能重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果,于是專門撰文指正。我們分析原因,認(rèn)為是國(guó)產(chǎn)試劑的含水量比進(jìn)口試劑的要高;第二個(gè)例子是:袁宇博士在雜DA反應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果不能重復(fù),而且所用的苯甲醛越純,反應(yīng)結(jié)果越差。從而想到了最初使用的苯甲醛可能有部分被氧化成苯甲酸,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)使用酸為添加劑可以大大改善反應(yīng)的結(jié)果(文章發(fā)表在Chem. Eur. J)。
但是,這并不意味著我們的試驗(yàn)不需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法。特別是當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行未知領(lǐng)域的探索時(shí),需要對(duì)反應(yīng)成功(或者失敗)的原因進(jìn)行總結(jié)。如果我們反應(yīng)所使用的試劑或溶劑含有少量的雜質(zhì),那我們?nèi)绾伪WC試驗(yàn)的可重復(fù)性?我們又如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析,設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案,改進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果?
按照一套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作,對(duì)于新進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)更為重要。因?yàn)槭∈切率謧兊某J拢绻覀儾荒鼙WC我們?cè)囼?yàn)試劑的純度以及無(wú)水要求是否滿足等等,那么一旦實(shí)驗(yàn)失敗了,我們?nèi)绾螌ふ以?到底是操作失誤還是其他?
作為一名即將畢業(yè)的同學(xué),在幾年試驗(yàn)生涯中,深感按照標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn)的重要性。
可能是因?yàn)槲覐氖碌牟粚?duì)稱催化對(duì)雜質(zhì)的敏感程度較高,所以我在幾年中,曾經(jīng)花了很 多時(shí)間來(lái)重復(fù),尋找原因。
我很慶幸我剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí),接受了一位師姐的忠告,即一切溶劑、試劑嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理,哪怕他再繁瑣。這個(gè)方法就是我推薦給大家的書《Purification of Laboratory Chemicals》,Edited by W. L. F. Armarego and D. D. Perrin, 4th Edition,這也是我們上海有機(jī)所每個(gè)課題組的導(dǎo)師要求學(xué)生嚴(yán)格執(zhí)行的。因?yàn)檫@本書是不斷綜合文獻(xiàn)中的最新處理方法,和對(duì)各種方法的不足之處的最新發(fā)現(xiàn)而修訂的。
在我的第一篇文章(J. Am. Chem. Soc)發(fā)表半年后,有位韓國(guó)化學(xué)家到我們所交流的時(shí)候,專門提到在他們花了半年的時(shí)間合成了一個(gè)和我合成的一模一樣的配體的時(shí)候,卻非常失望發(fā)現(xiàn)我們的文章都已經(jīng)發(fā)表了。我為什么感謝那位師姐?因?yàn)槲医邮芩闹腋婧螅鞣N溶劑嚴(yán)格處理,所以只花了兩個(gè)星期就合成了該配體。而事實(shí)上,在我文章發(fā)表后,還有國(guó)內(nèi)同行不能重復(fù)合成該配體,我們課題組的其他同學(xué)一開(kāi)始的時(shí)候也不能重復(fù)合成,原因無(wú)他,他們的溶劑處理都有問(wèn)題。
有同學(xué)提到,他們的處理方法是參照某某文獻(xiàn)的,事實(shí)上,很多文獻(xiàn)的處理方法是不完善的,也在不斷變化的。所以才會(huì)有專門的叢書來(lái)總結(jié)。我想進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)間較長(zhǎng)的人,都會(huì)發(fā)現(xiàn)有些文獻(xiàn)的結(jié)果是很難重復(fù)的,仔細(xì)研究他們的實(shí)驗(yàn)方法,你會(huì)發(fā)現(xiàn)有些操作是完全沒(méi)有必要的,有些是錯(cuò)誤的,當(dāng)然也有可能作者有所保留。
提高我們的化學(xué)素養(yǎng),其中之一就在于根據(jù)自己的知識(shí),去判斷文獻(xiàn)的正確與否,而不是盲從。
說(shuō)一個(gè)減壓蒸餾的問(wèn)題吧。
我在對(duì)一個(gè)取代的苯乙腈產(chǎn)品進(jìn)行減壓蒸餾時(shí),由于粗品中有一定的NaBr沒(méi)有能夠完全除去,所以在蒸餾的過(guò)程中可能是由于NaBr的升華,造成了在進(jìn)行了一段時(shí)間后真空度急劇下降,我當(dāng)時(shí)沒(méi)有注意到是這個(gè)問(wèn)題。所以,我將近1kg的產(chǎn)品就那樣KO了!悲慘!
因此,提請(qǐng)大家在進(jìn)行減壓蒸餾的時(shí)候一定要多加小心。最重要的一點(diǎn)是:在減壓蒸餾過(guò)程中不要離開(kāi)~!要時(shí)刻關(guān)注壓力的變化,以便采取積極措施!
我做實(shí)驗(yàn)總是嫌麻煩,不喜歡戴膠皮手套。因?yàn)榻?jīng)常使用濃硝酸和雙氧水,已弄到皮膚上就很痛,皮膚不是變白就是變黃。尤其最近關(guān)于巨能鈣雙氧水的報(bào)道,我真的好害怕那天也因?yàn)殡p氧水。希望不要嫌麻煩,一定要愛(ài)護(hù)自己。
還有在使用高錳酸鉀的時(shí)候也要注意類似問(wèn)題。在醫(yī)院的皮膚外科經(jīng)常會(huì)開(kāi)一些高錳酸鉀作為外用洗滌用藥,醫(yī)學(xué)名叫pp粉。由此一個(gè)PPMM托男朋友從化學(xué)系弄了一點(diǎn)回去洗。結(jié)果弄到全部變黃了而且很痛,主要是她把濃度配的太大了。引以為戒啊!!!
用鋁鎳合金滴加濃堿加氫還原,注意滴加速度一定要慢!因?yàn)榉磻?yīng)強(qiáng)烈放熱,可能會(huì)導(dǎo)致暴沸乃至爆炸事故!
另實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)燒瓶里添加物料一定不要超過(guò)燒瓶溶劑的2/3.有一次我加多了,結(jié)果反應(yīng)過(guò)程中加熱后物料體積增大的有點(diǎn)厲害,全部溢了出來(lái),我的油浴鍋廢了.....
除掉反應(yīng)后剩余的鈉需要將鈉用無(wú)水乙醇處理,以免發(fā)生爆炸。
還有一個(gè)實(shí)驗(yàn)教訓(xùn),DMF不要用Na進(jìn)行去水干燥。有一次我們實(shí)驗(yàn)室有同事將5升的燒瓶進(jìn)行這個(gè)操作,結(jié)果得到一鍋“粥”,估計(jì)兩者發(fā)生了反應(yīng)!
用硫酸鎂干燥聚乙二醇,結(jié)果會(huì)是一鍋粥!!!
催化加氫用的催化劑一定要防止著火!!!
不知道大家的攪拌套管安裝膠皮的時(shí)候有沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)失誤,我親眼看見(jiàn)一個(gè)同事由于用力過(guò)猛被玻璃套管把手扎破,最狠的是一個(gè)同事在給冷凝管接皮管時(shí)居然把手腕的筋都扎斷了,決不是危言聳聽(tīng),這都時(shí)血淋淋的現(xiàn)實(shí)!
不知道各位是否經(jīng)常用高壓釜反應(yīng),個(gè)人覺(jué)得這家伙的危險(xiǎn)系數(shù)比較大,應(yīng)該時(shí)刻注意壓力的變化,有一個(gè)我做了很久的氨解實(shí)驗(yàn),一直都是好好的,就放松了警惕,結(jié)果有一次壓力突變到120kg,還好沒(méi)爆炸,不然我就完了。
高壓沒(méi)感覺(jué)有什么危險(xiǎn),我們單位的高壓釜120kg的是個(gè)500l的,沒(méi)什么問(wèn)題,說(shuō)到突變的情況,什么事情都有可能,搞化工8年,大火爆炸目睹的不少于8次。
我的同事用玻璃針筒過(guò)濾器過(guò)濾時(shí)玻璃針筒破裂,劃破手掌,差點(diǎn)短掉神經(jīng)。
烘滴液漏斗、分液漏斗的時(shí)候,最好取下活塞之后烘,否則,由于膨脹系數(shù)不一樣,活塞會(huì)把漏斗脹破。
我就烘壞了好幾個(gè)恒壓漏斗,結(jié)果浪費(fèi)了老板很多money.一個(gè)1000ml恒壓漏斗要40元,心都碎了。
化學(xué)的危險(xiǎn)性特別的大啊,前些天我們實(shí)驗(yàn)室樓上一個(gè)兄弟做的疊氮化物,那時(shí)是夏天,他一直在室溫下做,也沒(méi)什么問(wèn)題,可是不知道那天怎么了,只是輕輕晃一下就炸的血肉模糊了還幸好他帶了護(hù)目鏡,鏡子都碎了,但還好沒(méi)有傷到眼睛。
所以大家作實(shí)驗(yàn)一定不要報(bào)僥幸心理,一定要錯(cuò)殺一千也不能放過(guò)一個(gè)啊呵呵千萬(wàn)要小心,還有最不能讓我理解的是竟有很多研究生能把沒(méi)有任何處理的鈉扔到垃圾桶里,我對(duì)面那組的實(shí)驗(yàn)室具我老師將已經(jīng)發(fā)生過(guò)兩次火了,都是剛著了我們組的老師看到了,幫他們滅了(他們實(shí)驗(yàn)室竟沒(méi)有人)這種低級(jí)錯(cuò)誤可能是很少有人犯吧。
實(shí)驗(yàn)中如果要用酸度計(jì),務(wù)必遵守酸度計(jì)的使用條件如溫度/濕度等。
我記得我就在實(shí)驗(yàn)中吃了虧,分析結(jié)果不對(duì),我從緩沖液—試劑一路找來(lái),最后竟發(fā)現(xiàn)只是天氣變冷了而已。
一定要牢記溫度的概念,每一步反應(yīng)的溫度都要準(zhǔn)確記錄,不要記錄籠統(tǒng)性的室溫,甚至后處理的溫度都要記錄。許多技術(shù)交到工廠之后,重復(fù)不出來(lái),就有可能是溫度的原因。
我有一個(gè)項(xiàng)目,夏天做的好好的,到了冬天,突然就不行了。后來(lái)我改了反應(yīng)條件和重結(jié)晶條件,才搞出來(lái)了。嚇人啊,100萬(wàn)的項(xiàng)目,如果出問(wèn)題,偶就只有下課了。
高壓反應(yīng)釜一定要安裝防爆片;
易燃爆氣體,試漏一定要嚴(yán)格(用‘電子筆’);
用電設(shè)備不要自己檢修(我們單位就有人差點(diǎn)送命);
有毒的實(shí)驗(yàn)環(huán)境一定要通風(fēng)良好,戴防毒用具;
實(shí)驗(yàn)室要有良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,嚴(yán)格的操作規(guī)程,問(wèn)責(zé)制度。
大家在蒸餾或精餾過(guò)程中不要忘了開(kāi)冷凝水,是嚴(yán)重一些不起眼的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致不可挽回的損失!
我見(jiàn)過(guò)有人在做無(wú)水乙醇與金屬鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)之后,把殘余物隨手倒到水槽中,結(jié)果沒(méi)有反應(yīng)完全的金屬鈉正好碰到水槽中殘余的酸,發(fā)生爆炸性的反應(yīng),一個(gè)火球飛出來(lái),幸好沒(méi)有傷到人!!!
用CaCl2干燥管之前,務(wù)必檢查一下干燥管是否是通的。
我就是因?yàn)闆](méi)有檢查,好幾次回流,溫度上去后,干燥管被上升的熱空氣頂飛,炸裂。
我一個(gè)師弟出力高氯酸銀的時(shí)候,瓶口殘留的一點(diǎn),塞子一磨就爆炸了,還好瓶子里面幾克的東西沒(méi)炸,不然他就飛了。
大家使用三氯化鋁的時(shí)候一定要小心,遇水會(huì)強(qiáng)烈反應(yīng),甚至爆炸!
做NaH的時(shí)候,攪拌不小心,瓶子破了,臺(tái)面上又有水,一下子就爆炸了,真的是很危險(xiǎn)。
用雙氧水、間氯過(guò)氧苯甲酸等氧化劑的時(shí)候,后處理一定要加還原劑處理徹底,然后是非常容易爆炸的。
一次做實(shí)驗(yàn)時(shí)不小心沾到苯酚,燒掉一層皮,教訓(xùn)啊!當(dāng)時(shí)還用稀NaOH洗來(lái)著。另一次忘了關(guān)水,結(jié)果第二天發(fā)水了。
說(shuō)起來(lái)很慚愧,我也經(jīng)歷一個(gè)差點(diǎn)出事的實(shí)驗(yàn).我有一次借用別人的懸掛式酒精噴燈時(shí),由于用的時(shí)間較長(zhǎng),輸酒精的塑料管(應(yīng)該是橡膠管的)與噴燈的接口處著火,好在酒精不多了,一邊在管的一端夾死(不讓酒精流出),一邊用一塊大的濕抹布按滅著火處.盡管事故被及時(shí)排除,我仍然被嚇出一身冷汗。
做高壓反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,一定不能夠帶壓操作!在動(dòng)閥門和螺釘時(shí)一定檢查放空管是否開(kāi)啟,不然,可能會(huì)飛起來(lái)的,十分危險(xiǎn)!
大家做實(shí)驗(yàn)一定要仔細(xì),不可麻痹,有次我做減壓蒸餾,沒(méi)把冷凝系統(tǒng)固定牢,結(jié)果哦,溶劑從瓶口噴了出來(lái),嗚嗚,產(chǎn)品也被噴出去了!
做過(guò)貯氫試驗(yàn)的LaNi5粉末不要直接倒到垃圾桶,因?yàn)轭w粒極細(xì)容易氧化燃燒,我們?cè)囼?yàn)室我就見(jiàn)過(guò)幾回,還好有人在,不然后果不堪設(shè)想,最好用濕紙包住。
需要控制PH的時(shí)候,一定要用酸度計(jì),不要用試紙,我做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn),兩者差了3-4,哈哈,結(jié)果可想而知。
格式反應(yīng)需無(wú)水四氫呋喃,用金屬鈉去水。蒸出來(lái)后把燒瓶放置了幾天,誤以為鈉已經(jīng)全反應(yīng),就沒(méi)加醇直接加水進(jìn)去,開(kāi)始也沒(méi)什么異常,過(guò)一會(huì),開(kāi)始冒煙......爆了!幸好只小傷。心有余悸啊!
過(guò)氧化鈉與水反應(yīng),用帶火星木條檢驗(yàn)。由于平時(shí)個(gè)人的化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)不怎么樣。都是貪多!我取了三藥匙的過(guò)氧化鈉,但是只加入幾滴的水,用帶火星木條檢驗(yàn),成功。后來(lái)好奇新心起作用,我把帶火星木條伸到試管底部,結(jié)果——爆炸!幸好我取試管的時(shí)候取的是硬質(zhì)大試管。否則小命都沒(méi)了!原因是:試管底部還有大量的過(guò)氧化鈉和少量的氧氣。把帶火星木條伸到試管底部,首先生成二氧化碳,而二氧化碳又與過(guò)氧化鈉反應(yīng)生成氧氣,帶火星木條再與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳……這樣一下子產(chǎn)生大量氣體就爆炸。
所以我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候,一定要嚴(yán)格按照用量去做。
本來(lái)是非常簡(jiǎn)單的中學(xué)實(shí)驗(yàn),但是由于用量問(wèn)題,幾乎要了一個(gè)大學(xué)生的命!
新的砂芯漏斗使用前必須處理好,否則你就等著聽(tīng)響吧!
我來(lái)說(shuō)說(shuō)把,反應(yīng)液用酸洗以后,如用NaHCO3中和,應(yīng)先用水洗,不然分液時(shí)產(chǎn)生大量的氣體。
在處理干燥劑時(shí)一定要小心,不要忙目的通過(guò)外觀下結(jié)論,一定要弄清楚具體是什么,有一次我處理時(shí)看見(jiàn)是失效的氧化鈣,結(jié)果里面有鈉,乖乖,差點(diǎn)把小命給賠了。小心,小心,尤其是別人留下的。
丙烯酸也挺危險(xiǎn),上次一個(gè)師妹用磨口瓶裝了半瓶,放在了陽(yáng)光比較強(qiáng)的地方,爆了,差點(diǎn)毀容。
緩慢升溫時(shí)切記不要離人,不知?dú)Я宋叶嗌賹?shí)驗(yàn)!分液漏斗分離熱液旋塞很容易卡死,上個(gè)月我捏碎一只,只得在手上貼上多處創(chuàng)口貼,再奮斗三天!
我也獻(xiàn)丑說(shuō)上幾句吧,在做有機(jī)合成時(shí),有時(shí)候最后季銨化階段,總是做不成,因?yàn)樗釅A中和迅速放熱,產(chǎn)生泡沫,后來(lái)中和初期加入消泡劑,效果良好。
加壓過(guò)柱時(shí),要注意防止因壓力過(guò)大淋洗劑沖出來(lái)。尤其是添加淋洗劑時(shí)、
加氫還原是,鈀炭或雷尼鎳一定要當(dāng)心,不要放在空氣中,我有一次做辛弗林合成時(shí),鈀碳用乙醇保護(hù)時(shí)有部分鈀碳露在空氣中造成燃燒,爆炸。多虧當(dāng)時(shí)救的及時(shí),否則一噸多的乙醇就在旁邊釜中,后果將不堪設(shè)想。各位一定要小心
減壓蒸餾結(jié)束后,最好冷卻后去真空。
有個(gè)廠就是因?yàn)闆](méi)冷卻發(fā)生爆炸,我也有次著火。
硝化處理食品樣品也要注意,一般用硫酸、硝酸、高氯酸混合酸法消化,消化時(shí)一定不要求快,不然處理大量的淀粉類樣品時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。
以無(wú)水三氯化鋁作催化劑進(jìn)行付-克反應(yīng),使用回流水吸收放出的氯化氫.一次,反應(yīng)完成后進(jìn)行冷卻,溫度從80度降到40度,由于沒(méi)有及時(shí)排空,水倒流到物料中,結(jié)果物料都沖到天花板上了,好嚇人!想起來(lái)就害怕.各位要注意產(chǎn)生負(fù)壓的情況。
最近我做合成實(shí)驗(yàn)兩個(gè)星期了,照著文獻(xiàn)上做的,可是文獻(xiàn)上在產(chǎn)物后處理上只用了四個(gè)字(乙醇沉析)解釋就完了,將業(yè)產(chǎn)物從ph14以上和NaCl除去,我只好先做上一次試驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)了,開(kāi)始的時(shí)候以為只用乙醇就可以了,所以拼命去加乙醇,累死了,浪費(fèi)了5-6瓶無(wú)水乙醇,還是不能把PH值降下來(lái),當(dāng)然到后來(lái)NACL也是不能的了,后來(lái)我想了想呀,不是用乙醇沉析嗎,沉就是沉下來(lái)的意思,用什么析呢,當(dāng)然是無(wú)水乙醇了,那得在溶解在什么溶液當(dāng)中才能起沉析作用呀?所以我一下想到了,還得不斷地加水然后再加乙醇呀,這樣才能得到最后的結(jié)果呀,對(duì)可溶性B-環(huán)糊精產(chǎn)物在水中有強(qiáng)溶解性在乙醇中馬上會(huì)析出來(lái)變得很粘,可是再加點(diǎn)乙醇時(shí)再攪拌上一會(huì)就會(huì)不粘了,再攪拌時(shí)還會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)粘性也沒(méi)有的顆粒,正好可以抽濾出來(lái)得到產(chǎn)物。所以得要點(diǎn)兒耐心重復(fù)文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn),和反復(fù)推敲其中包涵或隱藏的一些細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)及條件,這樣的話你才能把你的實(shí)驗(yàn)做好呀。
今天我見(jiàn)到了氨基鈉,手冊(cè)上說(shuō)是綠的,可見(jiàn)到的是白的(表面吸潮變成了氫氧化鈉,又跟二氧化碳反應(yīng)生成了碳酸鈉),硬得跟石頭一樣,我用鐵架臺(tái)砸了半天才砸碎。由于表面積變大,又跟空氣里的水分反應(yīng),燙死我了。一開(kāi)始我沒(méi)帶手套,手上沾了不少,不過(guò)馬上撥下去,沒(méi)什么事。即使如此也夠嚇人的,那可是強(qiáng)堿!!!!
三氯化鋁(無(wú)水)后處理的時(shí)候,遇水生成的氣體是HCL,大家要注意啊 ,我那一次急著回去,加水加急了,好在在通風(fēng)櫥里,噴的防護(hù)玻璃上全是粘呼呼的.
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里,安全是非常重要的,它常常潛藏著諸如發(fā)生爆炸、著火、中毒、灼傷、割傷、觸電等事故的危險(xiǎn)性,如何來(lái)防止這些事故的發(fā)生以及萬(wàn)一發(fā)生又如何來(lái)急救。
1.安全用電常識(shí)
違章用電常常可能造成人身傷亡,火災(zāi),損壞儀器設(shè)備等嚴(yán)重事故。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用電器較多,特別要注意安全用電。下表列出了50Hz交流電通過(guò)人體的反應(yīng)情況。
為了保障人身安全,一定要遵守實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)則。
(1)防止觸電
1)不用潮濕的手接觸電器。
2)電源裸露部分應(yīng)有絕緣裝置(例如電線接頭處應(yīng)裹上絕緣膠布)。
3)所有電器的金屬外殼都應(yīng)保護(hù)接地。
4)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先連接好電路后才接通電源。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),先切斷電源再拆線路。
5)修理或安裝電器時(shí),應(yīng)先切斷電源。
6)不能用試電筆去試高壓電。使用高壓電源應(yīng)有專門的防護(hù)措施。
7)如有人觸電,應(yīng)迅速切斷電源,然后進(jìn)行搶救。
(2)防止引起火災(zāi)
1)使用的保險(xiǎn)絲要與實(shí)驗(yàn)室允許的用電量相符。
2)電線的安全通電量應(yīng)大于用電功率。
3)室內(nèi)若有氫氣、煤氣等易燃易爆氣體,應(yīng)避免產(chǎn)生電火花。繼電器工作和開(kāi)關(guān)電閘時(shí),易產(chǎn)生電火花,要特別小心。電器接觸點(diǎn)(如電插頭)接觸不良時(shí),應(yīng)及時(shí)修理或更換。
4)如遇電線起火,立即切斷電源,用沙或二氧化碳、四氯化碳滅火器滅火,禁止用水或泡沫滅火器等導(dǎo)電液體滅火。
(3)防止短路
1)線路中各接點(diǎn)應(yīng)牢固,電路元件兩端接頭不要互相結(jié)觸,以防短路。
2)電線、電器不要被水淋濕或浸在導(dǎo)電液體中,例如實(shí)驗(yàn)室加熱用的燈泡接口不要浸在水中。
(4)電器儀表的安全使用
1)在使用前,先了解電器儀表要求使用的電源是交流電還是直流電;是三相電還是單相電以及電壓的大小(380V、220V、110V或6V)。須弄清電器功率是否符合要求及直流電器儀表的正、負(fù)極。
2)儀表量程應(yīng)大于待測(cè)量。若待測(cè)量大小不明時(shí),應(yīng)從最大量程開(kāi)始測(cè)量。
3)實(shí)驗(yàn)之前要檢查線路連接是否正確。經(jīng)教師檢查同意后方可接通電源。
4)在電器儀表使用過(guò)程中,如發(fā)現(xiàn)有不正常聲響,局部溫升或嗅到絕緣漆過(guò)熱產(chǎn)生的焦味,應(yīng)立即切斷電源,并報(bào)告教師進(jìn)行檢查。