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有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的潛在危險(xiǎn)
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的潛在危險(xiǎn)
一、 溶劑處理方面的潛在危險(xiǎn)。
A、溶劑無水處理前，一定要預(yù)處理
對于低沸點(diǎn)的溶劑，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，并且加熱不能過快過高。因?yàn)?，一旦溶劑里面的含水量過大，那么生成氫氣很劇烈的話，溶劑極易沖出體系，然后遇見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。包括對面實(shí)驗(yàn)室的整扇窗都被推倒。
對于醚類溶劑，如果生產(chǎn)時(shí)間較長，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)衛(wèi)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，無法冷凝下來，這樣，有可能密度較大的鹵代烷就會順著相同的管道，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，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。對于SOCl2, PCl5, PCl3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)方面的潛在危險(xiǎn)。
1、 對于加熱、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裂痕。對于反應(yīng)體系氣壓變化大的反應(yīng)，大家一般都會注意。但是，有些問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，以為沒有問題。結(jié)果，在手中剛一搖晃時(shí)，就炸開了。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、 對于容易爆炸的反應(yīng)物，如過氧化合物，疊氮化合物，重氮化合物，無水高 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，由于加熱沒有控制好，發(fā)生爆炸，場面極其血腥。胸口的洞縫了五十多針！
某研究生，在做關(guān)于過氧化合物的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮含有過氧化合物的溶液，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，甲等殘廢。我們今天看到的現(xiàn)場的照片是：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，他覺得反應(yīng)容器要處理一下，結(jié)果在打開瓶塞的時(shí)候，一用力，爆炸。
zui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。
（2）配體的純度對于做不對稱催化的，以及利用配體來改進(jìn)某些金屬催化反應(yīng)的化學(xué)工作者來說，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。
我們在發(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。
我們在實(shí)驗(yàn)過程中，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)問題不少從事不對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，這一要求對于開展其他研究尤為關(guān)鍵。
經(jīng)過較長時(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，如果不能通過指示劑顯色來確保其無水，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；對于已經(jīng)篩選出的*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、稱量過程中，盡可能避免靜電的干擾。
B、配體純度方法的建立
1、對于合成的新配體，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，用不同的展開劑再次純化配體后并取其zui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：對于配體30a, 先用石油醚和丙酮（4:1, v/v）的展開劑經(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zui常用的模型反應(yīng)-DA反應(yīng)（eq 1）一檢驗(yàn), 在以Cu(OTf)2 為Lewis 酸， CH2Cl2為溶劑，-30oC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)。
（3）首先，你從現(xiàn)在起，有時(shí)間就泡在實(shí)驗(yàn)室，觀察你的師兄們是如何作的，每一個(gè)細(xì)節(jié)都不要放過。仔細(xì)想一想，為什么要這樣做，不懂就問，直到你弄清楚了為什么要這樣做。你也可以想清楚原因后，再去和其他師兄交換意見，看看別人的想法。當(dāng)然，剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，你肯定要當(dāng)當(dāng)下手，多跑跑腿，這樣才能和師兄們套近乎，他們也才愿意和你多交流。
其次，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，失敗是經(jīng)常的，但是你一定要弄清楚失敗的原因。不要在沒有弄清楚原因的情況下，盲目再進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。記住，分析好原因后，再做試驗(yàn)，做一次試驗(yàn)，就要排除一個(gè)可能的因素。不要因?yàn)榕聦?dǎo)師說你反應(yīng)開得少，就開一大堆試驗(yàn)。這樣的結(jié)果是讓你陷于大量的體力勞動(dòng)，沒有時(shí)間思考，總結(jié)提高。
在做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，不要查到一篇文獻(xiàn)，就馬上按照文獻(xiàn)方法去試。反復(fù)調(diào)研文獻(xiàn)，看一看，要得到目標(biāo)產(chǎn)物，有哪些方法，每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么，經(jīng)過反復(fù)比較，選擇zui方便的開始。這不但是提高工作效率的捷徑，而且是在培養(yǎng)你的判斷能力，也是在積累你的經(jīng)驗(yàn)和知識。你想，一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)憔涂梢苑e累一系列資料，一個(gè)學(xué)期下來，你將有多大的收獲？這種方法累，但是有效。我相信，只要堅(jiān)持，畢業(yè)的時(shí)候，你會脫胎換骨。
對于你所采用方法的文獻(xiàn)，實(shí)驗(yàn)步驟的每一個(gè)細(xì)節(jié)，要問問什么這么做？如果不這樣做，后果是什么？能不能用其他方法代替？參考其他合成相同產(chǎn)物的文獻(xiàn)，看看別人的實(shí)驗(yàn)步驟又是如何？他們做了什么改動(dòng)？為什么要這樣改動(dòng)？因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是相通的，這些問題你一旦掌握了，堅(jiān)持一個(gè)月的時(shí)間，其他問題也就迎刃而解了。
在我的周圍，有很多人一直到要博士畢業(yè)了，這些問題都沒有解決，吾未見其明也。
（4） 關(guān)于DMF的無水處理方法引起這么多爭議，實(shí)在出乎我的意料。不可否認(rèn)，不同的實(shí)驗(yàn)對試劑、溶劑的純度等各方面的要求不同。不需要嚴(yán)格無水的反應(yīng)，你去進(jìn)行嚴(yán)格的無水處理就是浪費(fèi)時(shí)間；反之亦然。