TRZYLETNIE STUDIA STACJONARNE I STOPNIA. specjalność CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW ZESTAW ĆWICZENIOWY NR 2

Transkrypt

1 TRZYLETNIE STUDIA STACJONARNE I STOPNIA specjalność CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW ZESTAW ĆWICZENIOWY NR 2

2 SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 1 Synteza kwasu acetylosalicylowego z kwasu salicylowego COOH COOH HO Ac 2 O O O H 2 SO 4, Kwas salicylowy Kwas acetylosalicylowy bezwodny kwas salicylowy bezwodnik octowy stężony kwas siarkowy metanol węgiel aktywny 3 g (0.022 mmola) 4.2 ml (0.044 mmola, 4.5 ml) 4-5 ml 10 ml W kolbie okrągłodennej o poj. 100 ml umieszczono 3 g bezwodnego kwasu salicylowego, 4.2 ml bezwodnika octowego i 2 krople stężonego kwasu salicylowego. Po zamontowaniu chłodnicy zwrotnej z płaszczem wodnym kolbę ogrzewano przez 20 min na łaźni wodnej o temp. ok o C, po czym jej zawartość ochłodzono, dodano 45 ml zimnej wody i dokładnie wymieszano. Po wytrąceniu kryształy kwasu acetylosalicylowego odsączono pod zmniejszonym ciśnieniem, wysuszono i zważono. Surowy produkt przeniesiono do kolby okrągłodennej o poj. 100 ml, dodano 10 ml metanolu i ogrzewano na łaźni wodnej do całkowitego rozpuszczenia białego osadu. Tak otrzymany roztwór pozostawiono do ochłodzenia i krystalizacji. Otrzymane kryształy odsączono pod zmniejszonym ciśnieniem otrzymując 3.5 g kwasu acetylosalicylowego (90%) o t.t 135 o C. 1H NMR (CDCl3) δ = 2.25 (s, 3H, Me), (m, 1H), (m, 1H), (m, 1H), (m, 1H) Lit.:

3 SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 2 Synteza kwasu cynamonowego z aldehydu benzoesowego C(O)H O Ac 2 O AcOK, OH aldehyd benzoesowy bezwodnik octowy octan potasu kwas solny stężony węglan sodu etanol 10.5 g (0.1 mola, 10 ml) 15 g (0.15 mola, 14 ml) 6 g (0.061 mola) 25 ml g 30 ml W suchej kolbie okrągłodennej (250 ml) umieszcza się10 ml aldehydu benzoesowego, 14 ml bezwodnika octowego i 5g bezwodnego octanu potasu. Po wymieszaniu substratów do kolby montuje się chłodnicę zwrotną zabezpieczoną rurką z chlorkiem wapnia i ogrzewa się do wrzenia za pomocą czaszy grzejnej przez ok. 4 godz. co jakiś czas mieszając. Po tym czasie mieszaninę reakcyjną przelewa się na gorąco do kolby Erlenmayera (1000 ml) zawierającej 100 ml wody. Zawartość kolby zobojętnia się nasyconym roztworem weglanu sodu do odczynu alkalicznego. Po zobojętnieniu kolbę łączy się z zestawem do destylacji z parą wodną i oddestylowuje nieprzereagowany aldehyd benzoesowy do momentu, aż destylat będzie klarowny. Pozostały w kolbie roztwór, po ochłodzeniu sączy się pod zmniejszonym ciśnieniem w celu usunięcia smolistych produktów ubocznych. Energicznie mieszając przesącz zakwasza się kwasem solnym do uzyskania odczynu kwaśnego. Kwas dodaje się powoli ze względu na energiczne wydzielanie się dwutlenku węgla. Po ochłodzeniu mieszaniny odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem wydzielone kryształy kwasu cynamonowego, przemywa zimną wodą i dobrze odciska. Produkt krystalizuje z etanolu (30 ml), sączy i suszy. Wydajność kwasu cynamonowego 8.1 g (55%), t.t. 133 o C. 1 H NMR (CDCl 3 ) d = 6.40 (d, 1H), (m, 3H), (m, 2H), 7.81 (d, 1H), 12.7 (bs, 1H, OH)

4 SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 3 Synteza oranżu β-naftolu z β-naftolu SO 3 H 1. Na 2 CO 3 2. HCl 3. Na SO 3 H β-naftol NaOH Na 2 CO 3 N N SO 3 Na NH 2 N 2 + Cl - OH Etap 1 kwas sulfanilowy węglan sodu bezwodny kwas solny stężony Etap 2 Azotan(III) sodu Etap 3 β-naftol węglan sodu bezwodny wodorotlenek sodu 5.2 g (0.03 mola) 1.8 g (0.017 mola) 10 g (8.4 ml) 2.1 g (0.03 mola) 4.3 g (0.03 mola) 7 g (0.066 mola) 1.3 g (0.032 mola) W zlewce 1 o poj. 250 ml przygotowuje się roztwór 1.8 g bezwodnego węglanu sodu w 50 ml wody, a następnie dodaje się 5.2 g kwasu sulfanilowego. Zawartość zlewki ogrzewa się do całkowitego rozpuszczenia osadu, po czym chłodzi się w łaźni lodowej. Do oziębionego roztworu powoli dodaje się, mieszając zawartość zlewki bagietką, kwas solny z wodą w stosunku 1:1 (10 ml kwasu : 10 ml wody). Temperaturę drobnokrystalicznej zawiesiny kwasu sulfanilowego powinna być utrzymywana poniżej 5 o C. W zlewce o poj ml sporządza się roztwór 4.3 g β-naftolu, 1.3 g wodorotlenku sodu oraz 7 g bezwodnego węglanu sodu w 70 ml wody. W razie konieczności ogrzewa się zlewkę na palniku. Zlewkę umieszcza się w łaźni lodowej i chłodzi się do temperatury poniżej 5 o C. W zlewce o poj. 50 ml rozpuszcza się 2.1 g azotanu(iii) sodu w 10 ml wody, po czym zawartość zlewki chłodzi się w łaźni lodowej poniżej 5 o C. Tak schłodzony roztwór dodaje się powoli mieszając do zlewki zawierającej kwas sulfanilowy. Temperatura roztworu kwasu sulfanilowego nie powinna przekroczyć 5-7 o C. Tak otrzymaną zawiesinę soli diazoniowej dodaje się cienkim strumieniem do roztworu β-naftolu, mieszając zawartość bagietką. Otrzymaną pomarańczową zawiesinę umieszcza się w łaźni lodowej na 1 godz. Po upływie tego czasu zlewkę umieszcza się na palniku i ogrzewa

5 do rozpuszczenia osadu. Tak otrzymany roztwór pozostawia do ochłodzenia, po czym sączy się pod zmniejszonym ciśnieniem, osad odciska, przenosi na szalkę Petriego i zostawia do wyschnięcia. Wydajność oranżu β-naftolu 9.5 g (90%).

6 Synteza aniliny z nitrobenzenu SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 4 NH 2 Fe lub Sn H nitrobenzen 10 g (0.08 mola, 8.5 ml) opiłki żelaza 16 g (0.27 mola) kwas solny stężony 48 g (40 ml) wodorotlenek sodu 25 g eter dietylowy 100 ml siarczan magnezu bezwodny 5 g W kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną umieszcza się 8.5 ml nitrobenzenu i 16 g opiłek żelaza. Następnie dodaje się przez chłodnicę zwrotną 40 ml kwasu solnego w porcjach nie większych niż 5 ml, jednocześnie stale wstrząsając zawartością kolby. Po dodaniu pierwszej porcji kwasu mieszaninę reakcyjną ogrzewa się; po niedługim czasie reakcja powinna przebiegać egzotermicznie, a więc wyłączamy ogrzewanie. Uwaga! Jeśli mieszanina wrze zbyt gwałtownie, szybkość reakcji należy nieco zmniejszyć przez chwilowe zanurzenie kolby w zimnej wodzie. Kiedy początkowa szybkość reakcji zaczyna samoczynnie maleć, dodaje się przez chłodnicę dalsze 5 ml kwasu solnego, wytrząsając kolbę w celu dokładnego wymieszania, a w razie zbyt gwałtownego przebiegu reakcji znów chłodzi się kolbę. Nie należy jednak chłodzić bardziej niż to konieczne dla zapewnienia spokojnego przebiegu reakcji, natomiast mieszaninę należy stale energicznie wstrząsać. Postępuje się w ten sposób aż do chwili dodania całej ilości 40 ml kwasu. Następnie mieszaninę reakcyjną ogrzewa się na wrzącej łaźni wodnej przez min, tj. aż do zaniku zapachu nitrobenzenu i do chwili, gdy próbka mieszaniny rozcieńczona wodą tworzy całkowicie przezroczysty roztwór. Po zakończeniu ogrzewania mieszaninę chłodzi się do temp. pokojowej, po czym stopniowo dodaje się roztwór 25 g wodorotlenku sodu w 40 ml wody. Jeśli podczas dodawania wodorotlenku mieszanina zaczyna wrzeć, należy ją znów ochłodzić. Po dodaniu całości zasady kolbę zaopatruje się w urządzenie do destylacji z parą wodną i do gorącej mieszaniny wprowadza się parę wodną. Kiedy przestanie destylować mętna ciecz, zbiera się jeszcze 100 ml klarownego destylatu. Następnie destylat nasyca się chlorkiem sodu (ok. 20 g NaCl na 100 ml destylatu) i ekstrahuje 3*30 ml eteru dietylowego. Połączone ekstrakty eterowe suszy się bezwodnym siarczanem magnezu, sączy, eter dietylowy odparowuje się, a pozostałość

7 destyluje, zbierając frakcję wrzącą w temp o C. Wydajność aniliny wynosi 7.3 g (97%); n D = H NMR (CDCl 3 ) = 3.35 (s, NH 2, 2H), (m, aromatyczne, 5H) Lit: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wydanie II, WNT, Warszawa 1984, str. 562.

8 SYNTEZA TRZYETAPOWA Synteza m-nitrobenzamidu z kwasu benzoesowego COOH COOMe COOMe CONH 2 CH 3 OH HNO 3 NH 3 H 2 SO 4 H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 CO 3 Kwas benzoesowy Benzoesan metylu m-nitrobenzoesan metylu m-nitrobenzamid Benzoesan metylu z kwasu benzoesowego COOH COOMe CH 3 OH H 2 SO 4 Kwas benzoesowy Metanol bezwodny Eter dietylowy Kwas siarkowy stężony Wodorowęglan sodu Siarczan magnezu bezwodny 10 g (0.082 mol) 30 ml 90 ml 4.6g (2.5mL) 4 g W kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną zabezpieczoną przed wilgocią, umieszcza się 10 g kwasu benzoesowego, 30 ml bezw. metanolu oraz 2.5 ml stężonego kwasu siarkowego. Całość ogrzewa się przez 3.5 godz. do wrzenia, a następnie oddestylowuje się nadmiar metanolu. Pozostałość przenosi się do rozdzielacza zawierającego 40 ml wody i ekstrahuje się trzy razy porcjami po 20 ml eteru dietylowego. Połączone wyciągi eterowe przemywa się 25 ml r-ru Na 2 CO 3 do odczynu zasadowego, a następnie 25 ml wody i suszy bezwodnym siarczanem magnezu. Po odsączeniu środka suszącego przesącz umieszcza się w kolbce okrągłodennej oraz oddestylowuje się eter dietylowy używając zestawu do destylacji atmosferycznej. Pozostałość destyluje się zbierając frakcję wrzącą w temp o C. Wydajność 8.8 g (79%) benzoesanu metylu, n D = H NMR (CDCl 3 ) δ = 3.9 (s, OMe, 3H), (m, 3H), (m, 2H) Lit.: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wyd. II, WNT, Warszawa 1984, 719.

9 m-nitrobenzoesan metylu z benzoesanu metylu COOMe COOMe HNO 3 H 2 SO 4 benzoesan metylu kwas siarkowy stężony kwas azotowy stężony etanol 8.8 2g (0.066 mola, 7.9 ml) 44.4 g (0.453 mola, 24.2 ml) 9.7 g (0.154 mola, 6.6 ml) 30 ml W kolbce Erlenmeyera o poj. 100 ml umieszcza się 7.9 ml benzoesanu metylu, a następnie, chłodząc w lodzie, dodaje się intensywnie mieszając i wstrząsając 17.6 ml kwasu siarkowego. W drugiej kolbce Erlenmeyera umieszcza się 6.6 ml kwasu azotowego i ostrożnie dodaje się 6.6 ml kwasu siarkowego, podobnie jak poprzednio intensywnie mieszając i chłodząc w lodzie. Następnie, używając pipety, dodaje się mieszaninę nitrującą do roztworu benzoesanu metylu w kwasie siarkowym, utrzymując przy tym temperaturę mieszaniny w przedziale 0-5 o C (ok. 30 min). Po wkropleniu mieszaniny nitrującej całość pozostawia się na 10 min w temp. pokojowej, a następnie wylewa się, intensywnie mieszając do pełnej krystalizacji produktu. Osad nitrobenzoesanu metylu sączy się, przemywa na sączku wodą i krystalizuje z etanolu (30 ml). Otrzymuje się 9.8 g (84%) m-nitrobenzoesanu metylu o t.t o C. 1 H NMR (CCl 4 ) δ = 4.0 (s, OMe, 3H), (m, 1H), (m, 2H), (m, 1H) Lit.: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wyd. II, WNT, Warszawa 1984, 714. m-nitrobenzamid z m-nitrobenzoesanu metylu COOMe CONH 2 NH 3 (NH 4 ) 2 CO 3 m-nitrobenzoesan metylu węglan amonu woda amoniakalna, 25% 9.8 g (0.054 mola) 21.7 g (0.217 mola) 110 ml W kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w sprawną chłodnicę zwrotną, umieszcza się 9.8 g m-nitrobenzoesanu metylu, 21.7 g węglanu amonu i 110 ml wody amoniakalnej. Zawartość kolby ogrzewa się do wrzenia przez 5 godz. (do zaniku oleju stopionego estru), a następnie zagęszcza do połowy objętości na parownicy. Otrzymany roztwór przenosi się do zlewki, dodaje kwasu solnego do odczynu obojętnego lub lekko kwaśnego, chłodzi w łaźni

10 lodowej, sączy na lejku sitowym i przemywa zimną wodą. Surowy produkt krystalizuje się z wody, otrzymując 7.2 g (80%) m-nitrobenzamidu o t.t o C. 1 H NMR (CDCl 3 ) δ = (m, 1H), (m, 4H), (m, 1) Lit.: J. Chancel, Justus Liebigs Ann. Chem., 1849, 72, 275.