Jei kada nors užsimanėte organinės chemijos, tikriausiai apie tai girdėjoteličio aliuminio hidridas(LAH). Šis galingas reduktorius yra pagrindinis daugelio pažangių chemijos laboratorijų komponentas, tačiau retai jį rasite bakalauro studijų laboratorijose. Ar kada susimąstėte, kodėl? Pasinerkime į žavų LAH pasaulį ir išsiaiškinkime jo nebuvimo švietimo įstaigose priežastis.
ličio aliuminio hidrido galia ir potencialas
Prieš tyrinėdami, kodėl LAH nėra dažnai naudojamas mokymo laboratorijose, supraskime, kuo šis junginys toks ypatingas. Ličio aliuminio hidridas, kurio cheminė formulė LiAlH4, yra neorganinis junginys, kuris chemijos pasaulyje yra labai svarbus.
Žinomas dėl savo išskirtinių redukuojančių savybių, LAH yra daugelio organinių chemikų tinkamas reagentas. Tai ypač naudinga redukuojant karbonilo junginius, tokius kaip aldehidai ir ketonai, į alkoholius. Jis taip pat gali redukuoti karboksirūgštis, esterius ir net kai kuriuos amidus į atitinkamus alkoholius ar aminus.
Ličio aliuminio hidrido universalumas apima ne tik paprastus sumažinimus. Jis taip pat naudojamas įvairių vaistų, smulkių cheminių medžiagų ir pažangių medžiagų sintezei. Dėl savo gebėjimo selektyviai sumažinti tam tikras funkcines grupes, o kitas nepaliesti, jis yra vertingas įrankis sudėtingose organinėse sintezėse.
Tačiau su didele galia ateina ir didelė atsakomybė. Tos pačios savybės, dėl kurių LAH yra tokia naudinga, taip pat prisideda prie jo nebuvimo mokymo laboratorijose. Panagrinėkime kodėl.
pirmiausia sauga: lAH reaktyvioji prigimtis
Pagrindinė priežastis, dėl kurios ličio aliuminio hidridas nenaudojamas mokymo laboratorijose, yra didelis jo reaktyvumas. LAH yra tai, ką chemikai vadina piroforine medžiaga – ji gali savaime užsidegti, kai yra veikiama oro. Dėl šios savybės jį labai pavojinga tvarkyti, ypač nepatyrusiems studentams.
Štai keletas pagrindinių saugos problemų, susijusių su LAH:
Jautrumas drėgmei
LAH smarkiai reaguoja su vandeniu, gamindamas vandenilio dujas. Netgi oro drėgmė gali sukelti šią reakciją.
Gaisro pavojus
Dėl savo piroforinio pobūdžio LAH gali sukelti gaisrą, jei su jomis elgiamasi netinkamai.
Sprogimo potencialas
Tam tikromis sąlygomis vandenilio dujos, susidarančios LAH reakcijai su vandeniu, gali sudaryti sprogų mišinį su oru.
Koroziškumas
LAH yra labai ėsdinantis ir, patekęs ant odos ar į akis, gali smarkiai nudeginti.
Dėl šių saugumo problemų ličio aliuminio hidridas netinkamas naudoti mokymo aplinkoje, kur studentai vis dar mokosi tinkamų laboratorinių metodų ir saugos protokolų. Nelaimingų atsitikimų rizika tiesiog per didelė.
Vietoj to, mokymo laboratorijose dažnai naudojami švelnesni reduktorius, pvz., natrio borohidridas (NaBH4). Nors ir ne toks galingas kaip LAH, natrio borohidridas yra daug saugesnis ir vis tiek gali parodyti svarbias redukcijos reakcijas studentams.
praktiniai aspektai: saugojimas, tvarkymas ir kaina
Be saugumo problemų, yra keletas praktinių priežasčiųličio aliuminio hidridaspaprastai nerandama mokymo laboratorijose:
Sandėliavimo reikalavimai
LAH reikia laikyti griežtai bevandenėmis sąlygomis, paprastai inertinėje atmosferoje, pavyzdžiui, azoto ar argono. Tam reikalinga specializuota įranga, kurios daugelis mokymo laboratorijų gali neturėti.
01
Valdymo sunkumai
Darbas su LAH reikalauja pažangių metodų, pvz., chemijos be oro, kurios paprastai viršija bakalauro studijų studentų įgūdžių lygį. Šie metodai apima Schlenk linijų arba pirštinių dėžučių naudojimą, kurie nėra įprasti pagrindinėse mokymo laboratorijose.
02
Išlaidų svarstymai
Didelio grynumo ličio aliuminio hidridas gali būti gana brangus. Atsižvelgiant į jo reaktyvumą, jis dažnai suyra laikui bėgant, net ir tinkamai laikomas. Dėl to daugeliui ugdymo įstaigų tai nekainuoja, ypač atsižvelgiant į reikalingus kiekius didelėms klasėms.
03
Atliekų šalinimas
Šalutiniai LAH reakcijų produktai gali būti pavojingi ir reikalauja specialių šalinimo procedūrų. Tai prideda dar vieną sudėtingumo ir išlaidų sluoksnį, kurių daugelis mokymo laboratorijų nori vengti.
04
Dėl šių praktinių iššūkių ir saugos problemų ličio aliuminio hidrido naudoti daugelyje mokymo laboratorijų yra nepraktiška.
aAlternatyvos klasėje: redukcinių reakcijų mokymas
Nors ličio aliuminio hidridas gali būti nepriimtinas mokymo laboratorijose, tai nereiškia, kad studentai netenka žinių apie redukcijos reakcijas. Pedagogai turi keletą saugesnių alternatyvų:
Natrio borohidridas (NaBH4): Kaip minėta anksčiau, tai yra populiarus pasirinkimas mokymo laboratorijoms. Jis yra mažiau reaktyvus nei LAH, bet vis tiek gali sumažinti aldehidus ir ketonus į alkoholius.
Vandenilio dujos su metaliniu katalizatoriumi: Šis metodas, žinomas kaip katalizinis hidrinimas, yra dar vienas būdas parodyti redukcijos reakcijas.
Cinkas ir druskos rūgštis: šis derinys gali būti naudojamas nitro junginiams redukuoti į aminus, o tai yra dar vienas redukcijos reakcijos pavyzdys.
Kompiuterinis modeliavimas ir virtualios laboratorijos: tobulėjant švietimo technologijoms, kai kurios institucijos naudoja virtualius modeliavimus, kad parodytų reakcijas, kurios yra pernelyg pavojingos atlikti mokymo laboratorijoje.
Šios alternatyvos leidžia mokiniams išmokti redukcijos reakcijų principų be rizikos, susijusios su ličio aliuminio hidridu.
lAH ateitis švietime
Nors ličio aliuminio hidridas gali neturėti vietos bakalauro mokymo laboratorijose, jis išlieka svarbia chemijos mokymo tema. Studentai paprastai sužino apie jo savybes, naudojimą ir tvarkymo procedūras išplėstiniuose kursuose, paruošdami juos galimiems susitikimams su LAH mokslinių tyrimų aplinkoje ar pramonėje.
Saugos įrangai ir protokolams toliau tobulėjant, gali ateiti laikas, kai LAH bus galima saugiai įdiegti mokymo laboratorijose. Iki tol jis išlieka galingu įrankiu, kurį geriausia palikti patyrusių chemikų rankose gerai įrengtose tyrimų laboratorijose.
Supratimas, kodėl tam tikros cheminės medžiagos patinkaličio aliuminio hidridasnenaudojami mokymo laboratorijose yra svarbi chemijos mokymo dalis. Jame pabrėžiama pusiausvyra tarp mokslinių galimybių ir saugos aspektų – esminio atsakingos mokslinės praktikos aspekto.
Nesvarbu, ar esate studentas, besidomintis pažangiais reagentais, ar patyręs chemikas, prisimenantis savo pirmuosius susitikimus su LAH, istorija apie ličio aliuminio hidridą švietime primena galią ir atsakomybę, kuri atsiranda peržengiant cheminės sintezės ribas.
nuorodos
1. Seyden-Penne, J. (1997). Aliuminio ir borohidridų redukcija organinėje sintezėje. Wiley-VCH.
2. Soundararajan, R. (2001). Ličio aliuminio hidridas. Synlett, 2001(11), 1812-1813.
3. Amerikos chemijos draugija. (2015). Pavojų nustatymas ir įvertinimas tyrimų laboratorijose.
4. Lutz, J. ir Andersson, PG (2008). Aliuminio hidridai. Organinės sintezės reagentų vadovas: organinės sintezės su siliciu reagentai, 17-19.
5. Nacionalinė mokslinių tyrimų taryba. (2011). Apdairi praktika laboratorijoje: cheminių pavojų valdymas ir valdymas, atnaujinta versija. Nacionalinių akademijų spauda.