Dry solvent 만들기, 결국은 Molecular Sieves가 짱이구나!

많은 화학반응, 특히 무기화학은 산소, 물에 반응이 영향을 받는 경우가 많다. 그래서 글러브 박스에서 많은 활동을 수행하고, 여기에서 사용할 용매를 집어 넣을 때도 갖은 노력을 다해서 산소와 물을 제거해 주어야 한다.

여러가지 방법으로 용매에 남아있는 산소와 물을 제거할 수 있는데, 우선 SPS (Solvent Purification System)을 사용하면 가장 편하다. 여기서 대부분의 물이 제거된 dry solvent를 만들 수 있는데, 보통 여러 단계의 컬럼을 거치게끔 만들어서 용매가 건조되고 산소가 제거된다.

하지만 이 시스템이 실험실 급에서는 5-6종류의 용매만 집어넣을 수 있는데, 그럼 여기에 해당되지 않는 용매는 어떻게 산소와 물을 제거해야 하는지가 관건이다. 

대체로 distillation을 많이 이용하는데, sodium benzophenone ketyl radical을 생성시킨채로 부글부글 용매를 끓이는데, 이 ketyl radical이 물을 만나면 색이 보라색에서 주황색으로 변하는 indicator 역할을 해서 쉽게 알 수 있다. 그래서 전체 용액 색이 보라색까지 변하면 끓여서 pure한 용매만 다른 schlenk flask로 옮겨서 글러브박스로 넣으면 된다. 주로 THF에 많이 사용하는 방법이라고 한다.

그 와중에 최근에 본 논문중에 흥미로웠던 것은 이런 'wet' solvent를 dry하는 여러 방법중에 molecular sieves가 최고라는 연구 결과였다. 연구진은 일반적으로 얻을 수 있는 다양한 용매들에 대해서 (THF, MeCN, DCM, Toluene 등) 여러 방법으로 dry한 후에 ppm 단위로 water content를 정량하는 실험을 진행했다. 여기에 sodium benzophenone 방법도 조사 대상에 포함되어 있었는데, 결국엔 가장 쉬운 방법이 가장 효과적인 방법이었다는 결과를 보여서 나름 충격적이었다.

결국엔 Sieves를 이용하지 않고 고생고생해서 얻은 나름의 dry solvent라고 해도 sieves 넣고 3일 내비둔 solvent만큼 dry 하지 않았다는 것이다. 

실제로 논문의 introduction에서도 많은 연구자들이 제대로 정량하지 않고 그냥 하던 대로 distillation하고 dry 하겠거니 한다음 사용하곤 했다는 것이다. 하긴 누가 저거 얼만큼 dry한지 다 하나하나 titration 해가면서 정량하고 쓰겠는가. 그 수고스러움을 감당하면서까지 확인하는 연구자는 많지 않을 것이다.

어쨌거나 sieves를 넣는 것이 습관적으로 넣더라도 굉장히 효율적으로 solvent에서 물을 제거하는 방법이라는 것은 다행스러운 일이다. 딱 물만 가둬주는 sieves의 사이즈 덕분에 다른 연구들 효과적으로 진행할 수 있는 것이 아닐까 하는 새삼 고마운 마음이 든다. 참고로 Sieve를 바깥에서 (글러브박스 바깥) 사용할 때는 높은 온도 (최소 100 도 이상)의 오븐에 항상 넣어두고 건조한 상태로 보관하다가 필요한 만큼만 덜어쓰고 글러브 박스에 넣을때는 sand bath에서 200도로 가열한 Schlenk flask에 sieves를 넣은 후 베큠에 오버나잇 한다음에 넣어서 쓰면 된다!