Kui olete kunagi orgaanilise keemiaga tegelenud, olete sellest tõenäoliselt kuulnudliitiumalumiiniumhüdriid(LAH). See võimas redutseerija on paljudes kõrgtehnoloogilistes keemialaborites põhikomponent, kuid bakalaureuseõppe laborites leiate seda harva. Kas olete kunagi mõelnud, miks? Sukeldume LAHi põnevasse maailma ja avastame selle puudumise põhjused haridusasutustes.
liitiumalumiiniumhüdriidi võimsus ja potentsiaal
Enne kui uurime, miks LAH-i õppelaborites tavaliselt ei kasutata, mõistame, mis teeb selle ühendi nii eriliseks. Liitiumalumiiniumhüdriid keemilise valemiga LiAlH4 on anorgaaniline ühend, mis on keemiamaailmas üsna tugev.
Oma erakordsete redutseerivate omaduste poolest tuntud LAH on paljude orgaaniliste keemikute jaoks sobiv reagent. See on eriti kasulik karbonüülühendite, nagu aldehüüdid ja ketoonid, redutseerimiseks alkoholideks. Samuti võib see redutseerida karboksüülhapped, estrid ja isegi mõned amiidid vastavateks alkoholideks või amiinideks.
Liitiumalumiiniumhüdriidi mitmekülgsus ulatub kaugemale lihtsast redutseerimisest. Seda kasutatakse ka erinevate ravimite, peenkemikaalide ja täiustatud materjalide sünteesil. Selle võime selektiivselt redutseerida teatud funktsionaalrühmi, jättes teised puutumata, muudab selle väärtuslikuks vahendiks keerukates orgaanilistes sünteesides.
Suure jõuga kaasneb aga suur vastutus. Samad omadused, mis teevad LAH-i nii kasulikuks, aitavad kaasa ka selle puudumisele õppelaborites. Uurime, miks.
ohutus kõigepealt: lAH reaktiivne olemus
Peamine põhjus, miks liitiumalumiiniumhüdriidi õppelaborites ei kasutata, on selle kõrge reaktsioonivõime. LAH on see, mida keemikud nimetavad pürofoorseks aineks – see võib õhuga kokkupuutel spontaanselt süttida. See omadus muudab selle käsitsemise äärmiselt ohtlikuks, eriti kogenematute õpilaste jaoks.
Siin on mõned LAH-iga seotud peamised ohutusprobleemid:
Niiskuse tundlikkus
LAH reageerib ägedalt veega, tekitades gaasilist vesinikku. Isegi õhuniiskus võib selle reaktsiooni esile kutsuda.
Tuleoht
Oma pürofoorse iseloomu tõttu võib LAH põhjustada tulekahjusid, kui seda ei käsitleta õigesti.
Plahvatusohtlik potentsiaal
Teatud tingimustes võib LAH-i reaktsioonil veega tekkiv vesinikgaas moodustada õhuga plahvatusohtliku segu.
Söövitavus
LAH on väga söövitav ja võib nahale või silma sattudes põhjustada tõsiseid põletusi.
Need ohutusprobleemid muudavad liitiumalumiiniumhüdriidi sobimatuks kasutamiseks õppekeskkonnas, kus õpilased alles õpivad õigeid laboritehnikaid ja ohutusprotokolle. Õnnetuste oht on lihtsalt liiga suur.
Selle asemel kasutavad õppelaborid sageli leebemaid redutseerivaid aineid, nagu naatriumboorhüdriid (NaBH4). Kuigi naatriumboorhüdriid pole nii võimas kui LAH, on seda palju ohutum käsitseda ja see võib siiski näidata õpilastele olulisi redutseerimisreaktsioone.
praktilised kaalutlused: ladustamine, käsitsemine ja maksumus
Lisaks ohutusprobleemidele on sellel mitmeid praktilisi põhjuseidliitiumalumiiniumhüdriidei leidu tavaliselt õppelaborites:
Ladustamise nõuded
LAH-d tuleb säilitada rangelt veevabades tingimustes, tavaliselt inertses atmosfääris, nagu lämmastik või argoon. Selleks on vaja spetsiaalseid seadmeid, mida paljudel õppelaboritel ei pruugi olla.
01
Käsitsemisraskused
LAH-iga töötamine nõuab täiustatud tehnikaid, nagu õhuvaba keemia, mis on tavaliselt bakalaureuseõppe üliõpilaste oskuste tasemest kõrgemad. Need meetodid hõlmavad Schlenki liinide või kindalaeka kasutamist, mis pole tavalistes õppelaborites.
02
Kulude kaalutlused
Kõrge puhtusastmega liitiumalumiiniumhüdriid võib olla üsna kallis. Arvestades selle reaktsioonivõimet, laguneb see sageli aja jooksul, isegi kui seda õigesti säilitada. See muudab selle paljude õppeasutuste jaoks kulukaks, eriti kui arvestada suurte klasside jaoks vajalikke koguseid.
03
Jäätmete kõrvaldamine
LAH-reaktsioonide kõrvalsaadused võivad olla ohtlikud ja nõuavad erilisi kõrvaldamisprotseduure. See lisab veel ühe keerukuse ja kulude kihi, mida paljud õppelaborid eelistavad vältida.
04
Need praktilised väljakutsed koos ohutusprobleemidega muudavad liitiumalumiiniumhüdriidi kasutamise enamikus õppelaborites ebapraktiliseks.
aalternatiivid klassiruumis: reduktsioonireaktsioonide õpetamine
Kuigi liitiumalumiiniumhüdriid ei pruugi laborite õpetamise jaoks sobida, ei tähenda see, et õpilased jätaksid redutseerimisreaktsioonide tundmaõppimisest ilma. Õpetajate käsutuses on mitu ohutumat alternatiivi:
Naatriumboorhüdriid (NaBH4): Nagu varem mainitud, on see laborite õpetamiseks populaarne valik. See on vähem reaktiivne kui LAH, kuid võib siiski redutseerida aldehüüdid ja ketoonid alkoholideks.
Gaasiline vesinik metallkatalüsaatoriga: see meetod, mida nimetatakse katalüütiliseks hüdrogeenimiseks, on veel üks viis redutseerimisreaktsioonide demonstreerimiseks.
Tsink ja vesinikkloriidhape: seda kombinatsiooni saab kasutada nitroühendite redutseerimiseks amiinideks, mis on veel üks näide redutseerimisreaktsioonist.
Arvutisimulatsioonid ja virtuaallaborid. Haridustehnoloogia edusammude tõttu kasutavad mõned asutused virtuaalseid simulatsioone, et näidata reaktsioone, mis on õppelaboris liiga ohtlikud.
Need alternatiivid võimaldavad õpilastel õppida redutseerimisreaktsioonide põhimõtteid ilma liitiumalumiiniumhüdriidiga seotud riskideta.
lAH tulevik hariduses
Kuigi liitiumalumiiniumhüdriidil ei pruugi olla kohta bakalaureuseõppe laborites, on see keemiahariduses endiselt oluline teema. Õpilased õpivad tavaliselt selle omadusi, kasutusalasid ja käsitsemisprotseduure edasijõudnute kursustel, valmistades neid ette võimalikeks kohtumisteks LAH-iga teadusasutustes või tööstuses.
Kuna turvavarustus ja -protokollid arenevad edasi, võib saabuda aeg, mil LAH-i saab ohutult õppelaborites kasutusele võtta. Kuni selle ajani on see võimas tööriist, mida on kõige parem jätta kogenud keemikute kätte hästi varustatud uurimislaborites.
Mõistmine, miks teatud kemikaalid meeldivadliitiumalumiiniumhüdriidei kasutata laborite õpetamisel, on keemiaõppe oluline osa. See tõstab esile tasakaalu teadusliku võimekuse ja ohutuskaalutluste vahel – vastutustundliku teadusliku praktika üliolulist aspekti.
Olenemata sellest, kas olete üliõpilane, kes tunneb huvi täiustatud reaktiivide vastu, või kogenud keemik, kes meenutab oma esimesi kohtumisi LAH-iga, tuletab lugu liitiumalumiiniumhüdriidist hariduses meelde keemilise sünteesi piiride nihutamisega kaasnevat jõudu ja vastutust.
viited
1. Seyden-Penne, J. (1997). Redutseerimine alumiinium- ja boorhüdriidide poolt orgaanilises sünteesis. Wiley-VCH.
2. Soundararajan, R. (2001). Liitium-alumiiniumhüdriid. Synlett, 2001(11), 1812-1813.
3. American Chemical Society. (2015). Ohtude tuvastamine ja hindamine uurimislaborites.
4. Lutz, J. ja Andersson, PG (2008). Alumiiniumhüdriidid. Orgaanilise sünteesi reaktiivide käsiraamat: räni vahendatud orgaanilise sünteesi reaktiivid, 17-19.
5. Riiklik Teadusnõukogu. (2011). Ettevaatlikud praktikad laboris: keemiliste ohtude käsitlemine ja juhtimine, uuendatud versioon. National Academies Press.