Mida polaarsus tähendab lahusti nagu DMF jaoks
N,N-dimetüülformamiid (DMF, CAS 68-12-2) on väike molekul, millel on väga polaarne amiidrühm ja puudub happeline vesinik. See kombinatsioon muudab selle dipolaarseks aprotoonseks: molekulil on suur püsiv dipoolmoment ja kõrge suhteline läbitavus, kuid see ei saa loovutada vesiniksidemeid nii, nagu vesi või alkohol. DMF-i polaarsus ei ole seega mitte üks arv, vaid profiil, mida praktikas kirjeldavad dipoolmoment, suhteline läbitavus, Gutmanni doonorarv ja Hanseni lahustuvuse parameetrid. Igaüks kirjeldab erinevat aspekti, kuidas lahusti interakteerub lahustunud ainetega, ja igaüks ennustab erinevat tööstuslikku käitumist.
DMF-i polaarsuse parameetrid
| Parameeter | DMF väärtus | Praktiline tähendus |
|---|---|---|
| Suhteline läbitavus 25 kraadi juures | umbes. 37 | Toetab laengu eraldamist ja ioonide lahustumist |
| Dipoolmoment | umbes . 3.8 D | Polaarsete funktsionaalrühmade tugev solvatatsioon |
| Gutmanni doonori number | umbes. 26.6 | Hea elektronidoonor; koordineerib katioone ja Lewise happeid |
| Dispergeeriv komponent (Hansen) | ligikaudu . 17.4 MPa½ | Tavaline van der Waalsi koostoime polümeeridega |
| Polaarkomponent (Hansen) | ligikaudu . 13.7 MPa½ | Tugev sobivus polaarsete polümeeride segmentidega |
| Vesiniksiduv komponent (Hansen) | ligikaudu . 11.3 MPa½ | iseloomu aktsepteerimine; ei mingit annetavat tegelast |
Lahustuv jõud ja segunemise tagajärjed
Suur läbilaskvus ja doonoriarv muudavad DMF-i suurepäraseks lahustiks polaarsete polümeeride jaoks: polüakrüülnitriil, polüuretaan, polüimiidi prekursorid, polüvinülideenfluoriid ja paljud tselluloosi derivaadid lahustuvad kergesti, mistõttu domineerib lahusti akrüülkiudude ketramisel ja katmisel. Samad omadused reguleerivad segunemist. DMF seguneb kõigis vahekordades vee, alkoholide, ketoonide, estrite, eetrite, klooritud süsivesinike ja aromaatsete süsivesinikega, kuid see ei segune alifaatsete ja tsükloalifaatsete süsivesinikega, nagu heksaan ja petrooleum. Seda jaotust kasutatakse protsessi kavandamisel teadlikult: alifaatne antisolvent sadestab lahustunud polümeeri puhta pulbrina ja heksaanpesu eemaldab DMF-i jäägid ilma toodet eemaldamata.
Polaarsus määrab ka faasi käitumise pesemisel ja ekstraheerimisel. DMF on vees hästi lahustuv, nii et vesipesu viib selle pigem vesifaasi kui orgaanilisse kihti ja tavaline vedelik-vedelik ekstraheerimine alkaanlahustiga seda ei taasta. Kui DMF tuleb lahjendatud vesivoolust eemaldada, kasutatakse selle asemel eemaldamist, destilleerimist või pervaporatsiooni. Ioonilised liigid käituvad samas suunas: paljud anorgaanilised soolad lahustuvad DMF-is märgatavalt, kuna kõrge läbilaskvus stabiliseerib eraldunud ioone, mis on kasulik reaktsioonides, mis nõuavad lahustunud soola, kuid tähendab ka seda, et kasutatud lahusti kannab sooli ja seda tuleb enne taaskasutamist puhastada.
Mõju reaktsioonikiirusele ja selektiivsusele
Kuna DMF solveerib katioone tugevalt, kuid jätab anioonid suhteliselt lahustumata ja seetõttu väga reaktiivseks, kiirendab see nukleofiilset asendust ja muid anioonide poolt vahendatud reaktsioone. Alkoholides või vees aeglased reaktsioonid kulgevad sageli puhtalt DMF-is madalamal temperatuuril, mis vähendab kõrvalsaaduste teket estrite, amiidide, nitriilide ja heterotsüklite sünteesil. DMF-i kasutatakse kontrollitud tingimustes ka formüüliva ainena ja dimetüülamiini allikana. Kompromiss seisneb selles, et reaktiivsed anioonid võivad rünnata lahustit ka kõrgendatud temperatuuril ning tugeva aluse või vee juuresolekul lahusti ise laguneb, mistõttu temperatuur ja veesisaldus on protsessi kriitilised muutujad, mitte kvaliteedi järelarvamused.
Mõjud tehase kavandamisele
Polaarsuse otsused levivad läbi kogu taime. Kõrge keemistemperatuur ja täielik veega segunevus tähendavad, et lahusti taaskasutamine destilleerimisel on energiamahukas ning kuivatusahjud peavad olema sobiva suurusega lahusti jaoks, mis ei eraldu kiiresti. Ehitusmaterjalid on tavaliselt roostevaba teras, kuna märg DMF hüdrolüüsib dimetüülamiiniks ja sipelghappeks ning tekkiv aluseline või happeline kondensaat ründab tavalist süsinikterast. Heitkoguste kontrollimisel tuleb arvestada lahustiga, millel on tugev lõhnalävi ja mis on töökohal Euroopa Liidus reproduktiivtoksiliseks aineks klassifitseeritud, mis juhib kiu-, kile- ja farmaatsiatehastes suletud käitlemist ja ventilatsiooni.
Korduma kippuvad küsimused
Q:Kas DMF on polaarsem kui vesi?
V: Ei. DMF-i suhteline läbitavus on umbes 37 ja umbes 80 vee puhul, kuid DMF on tugevam elektronide doonor ja ei saa loovutada vesiniksidemeid, seega on selle lahustumiskäitumine erinev, kuigi selle läbitavus on madalam.
Q:Miks on DMF polüakrüülnitriili jaoks hea lahusti?
V: Polaarne amiidrühm solveerib nitriildipoolid ning Hanseni polaarsed ja vesiniksiduvad komponendid ühtivad täpselt polümeeri omadega, nii et ahelad eralduvad ilma kõrget temperatuuri nõudmata.
Q:Kas heksaani saab kasutada DMF-i ekstraheerimiseks veest?
V: Ei. DMF seguneb täielikult veega ja ei segune alifaatsete süsivesinikega, seega ekstraheerimine heksaaniga ei toimi. Selle asemel kasutatakse destilleerimist või eemaldamist.
Q:Kas DMF-i polaarsus mõjutab protsessiseadmete filtreerimist ja puhastamist?
V: Jah. Kuna see niisutab ja tungib kergesti polaarsete jääkide sisse, puhastatakse DMF torusid ja anumaid tavaliselt vee või alkoholiga loputusvahenditega ning kuivatatakse seejärel enne järgmist partiid madala veesisalduseni.
Q:Kuidas mõõdetakse DMF-i jääkprodukti valmistootes?
V: Pearuumi gaasikromatograafia on rutiinne meetod ja piirangud kehtestab tootekategooria jaoks kohaldatav lahusti jääkjuhis, mitte lahusti tarnija.
Q:Kas DMF-i polaarsus muutub temperatuuriga?
V: Suhteline läbitavus langeb temperatuuri tõustes, mis vähendab ioonide lahustumist ning võib muuta reaktsioonikiirust ja lahustuvust, nii et protsessid valideeritakse tavaliselt kogu töötemperatuuri aknas.
