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【试剂与耗材】安全地蒸发含有三氟乙酸的溶液

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2018-05-15 10:43
来源:实验与分析
Dr. Induka Abeysena
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  三氟乙酸(TFA)在有机合成中是多功能的。他们最有用的特性包括挥发性,在有机溶液中的溶解度和高酸度。然而,例如,由于其“爬行”特性,去除TFA残留物可能是危险的。

图1:由于其多功能性,三氟乙酸(TFA)广泛用于有机合成

图1:由于其多功能性,三氟乙酸(TFA)广泛用于有机合成

  用TFA作为溶剂或酸催化剂进行许多化学转化,包括重排,官能团脱保护,还原,缩合,氢化芳基化,三氟甲基化和溶剂分解反应。但是,使TFA成为一种有用的工具的一些功能在去除不需要的残留物时会成为问题。由于该有机酸的其他试剂去除方法受损,大部分TFA被蒸发。本文涵盖了一些常见的TFA反应和使用蒸发器去除TFA残留物时必须采取的预防措施。

  用TFA去除保护基团

图2:用TFA去除保护基团

图2:用TFA去除保护基团

  TFA可用于在含水或无水条件下通过溶剂分解来溶解氮和氧的保护基团。图2显示了用TFA裂解O-和N-保护基团的一些方法:

  N-叔丁氧基羰基(N-Boc)基团的去保护:这种类型的N-Boc去保护已用于合成瓢虫属生物碱。用TFA和二氯甲烷去保护N-Boc后,胺可以与酮反应生成烯胺的亚胺离子(见图2/1)。

  用TFA对叔丁基醚(O-t Bu -O-Tr)进行脱保护:叔丁基醚基团(三苯甲基醚)对大多数试剂不敏感。例外的是强酸如TFA。O-三苯甲基可以在0至20℃的温度下用无水TFA分解 在合成短赤霉素A期间,用TFA进行叔丁基醚脱保护(参见图2/2)以产生BCDE环结构。

  用TFA重排和氧化

  TFA是许多酸催化剂反应的首选催化剂,如Claisen重排,Wagner-Meerwein重排,Curtius重排等等。其在这些应用中受欢迎的原因是由于蒸发反应完成时的低沸点和易除去性。图3/1所示的反应是用TFA作为催化剂的2-酰基-1,5-二烯的Cope重排。

图3:用TFA重排和氧化

图3:用TFA重排和氧化

  在图3/2所示的Baeyer-Villiger氧化反应中,使用过碳酸钠和TFA将二苯甲酮氧化生成相应的酯。

  TFA的多功能性的进一步证据是研究人员还使用低浓度的酸作为工具来产生用于反相色谱的离子对以分离肽和蛋白质。此外,TFA也被广泛用作反相HPLC的流动相,因为通过消除它们的扩大和延迟,酸有助于形成更清晰的峰。

  TFA具有“爬行”的烦人特性,

  在上述程序中,大多数化学家然后问自己如何去除剩余的TFA,然后再进入合成的下一步。

图4A:TFA由于其低表面张力而“爬”到容器壁上。

图4A:TFA由于其低表面张力而“爬”到容器壁上。

  与水相比,TFA具有更低的表面张力 - 在25℃时,TFA是72达因/厘米(爱荷华大学,2018年)。这是由TFA中的三个氟基团引起的,它们相互排斥。你几乎可以说TFA在某种程度上讨厌自己。如果没有稳定溶剂如水添加,“爬行”液体容器壁沿向上到电平到达TFA蒸气,并导致了溶解的物质与(一个或多个。图4)。如果多个样品同时蒸发,例如使用微量滴定板时,这种情况会导致材料泄漏或交叉污染。

图4B:TFA由于其低表面张力而“爬”到容器壁上。

图4B:TFA由于其低表面张力而“爬”到容器壁上。

  因此,在从样品制备到放置以及蒸发后的所有阶段使用高浓度的TFA时,必须小心。TFA的蠕变通常可以通过用水稀释(40%v / v)来限制。

  由于非常低的表面张力,TFA也可以通过劣质实验室设备中的最小孔隙逸出。因此,样品材料不仅会丢失,还会意外释放可能对准备不足的实验室人员造成危害的物质。

  蒸发去除TFA

  当选择汽化装置去除TFA时,还必须考虑酸的腐蚀行为。例如,应该避免吹扫蒸发器,因为产生的TFA蒸汽可能会攻击排气系统并因此损坏它们。

图5:来自Genevac的蒸发器EZ-2

图5:来自Genevac的蒸发器EZ-2

  另外,所使用的蒸发器必须由能够承受反应性TFA的合适材料制成。在去除TFA的真空蒸发器,确保什么类型的真空泵在系统中使用,并且是在收集的陷阱溶剂蒸气。干式无油真空泵(如耐化学腐蚀隔膜泵或干式涡旋泵)最适合处理TFA。由于TFA的挥发性,甚至几毫巴足以有效蒸发。因此,不需要深度真空,例如由油润滑旋转叶片泵产生的真空,这可能使冷阱中溶剂蒸汽的收集更加复杂。

  选择冷阱时,以下特性是最重要的:它的内壁必须非常冷(即使在操作过程中),以便TFA蒸汽可以有效地冷凝。其次,它必须由TFA无法攻击的材料制成,严重限制了选择。Genevac的EZ-2蒸发器就是一个很好的例子。当除冰冷阱时,确保用户受到保护,溶剂蒸汽不会流回蒸发器,损坏系统和样品。这里的良好做法决定了解冻前从蒸发器中取出样品。

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