SYNTEZA I CHEMIA ORGANICZNA ZWIĄZKÓW CHIRALNYCH

Transkrypt

1 SKRYPT D LABRATRIUM SYNTEZA I CHEMIA RGANICZNA ZWIĄZKÓW CHIRALNYCH (wybór preparatów) Dla kierunku Chemia Środków Bioaktywnych i Kosmetyków pracowanie: Katarzna Szwaczko oraz Anna Szmigielska Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 1

2 SPIS TREŚCI 1. Polarymetryczne oznaczanie skręcalności właściwej 2. Izolacja związków chiralnych z materiału roślinnego 2.1. trzymywanie olejku z kocimiętki właściwej oraz przeprowadzenie izomeryzacji zawartego w nim nepetalaktonu 2.2. Ekstrakcja nasion kminku w aparacie Soxhleta 3. Rozdział mieszanin racemicznych z udziałem chiralnych odczynników rozszczepiających 3.1. Rozdział trans-1,2-diaminocykloheksanu na enancjomery 3.2. Rozdział racemicznego kwasu fenylobursztynowego przy pomocy (-) proliny 4. Reakcje chemoselektywne i diastereoselektywne 4.1. Redukcja benzoiny borowodorkiem sodu 4.2. trzymywanie 2-hydroksy-pinan-3-onu 4.3. trzymywanie octanu benzoiny 4.4. Redukcja octanu benzoiny 4.5. Redukcja acetooctanu etylu 4.6. Redukcja kamfory borowodorkiem sodu 4.7. Utlenienie borneolu do kamfory 4.8. Izomeryzacja karwonu 4.9. Epoksydowanie karwonu 5. Stereochemia reakcji węglowodanów 5.1. trzymywanie N-glukopiranozydu-p-nitroaniliny 5.2. trzymywanie 1,2,3,4,6-penta--acetylo-α-D-glukopiranozy 5.3. trzymywanie 2-deoksy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-D-glukopiranozy 5.4. trzymywanie 1,3,4,6-tetra--acetylo-2-deoksy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-β- D-glukopiranozy 6. Reakcje z chiralnym pomocnikiem 6.1. Redukcja acetooctanu etylu z wykorzystaniem drożdzy spożywczych 6.2. Redukcja acetooctanu etylu z udziałem pomocnika chiralnego Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 2

3 Zestaw I: 1. trzymywanie olejku z kocimiętki właściwej oraz przeprowadzenie izomeryzacji zawartego w nim nepetalaktonu 2. Rozdział trans-1,2-diaminocykloheksanu na enancjomery 3. Epoksydowanie karwonu 4. trzymywanie octanu benzoiny 5. Redukcja octanu benzoiny 6. Utlenienie borneolu do kamfory 7. trzymywanie N-glukopiranozydu-p-nitroaniliny 8. trzymywanie 1,2,3,4,6-penta--acetylo-α-D-glukopiranozy 9. Redukcja acetooctanu etylu z wykorzystaniem drożdzy spożywczych Zestaw II: 1. Ekstrakcja nasion kminku w aparacie Soxhleta 2. Rozdział racemicznego kwasu fenylobursztynowego przy pomocy (-) proliny 3. trzymywanie 2-hydroksy-pinan-3-onu 4. Redukcja acetooctanu etylu 5. Izomeryzacja karwonu 6. trzymywanie 2-deoxy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-D-glukopiranozy 7. trzymywanie 1,3,4,6-tetra--acetylo-2-deoksy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-β-Dglucopiranozy 8. Utlenienie borneolu do kamfory 9. Redukcja acetooctanu etylu z udziałem pomocnika chiralnego Zestaw III: 1 Ekstrakcja nasion kminku w aparacie Soxhleta 2. trzymywanie 2-deoxy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-D-glukopiranozy 3. trzymywanie 1,3,4,6-tetra--acetylo-2-deoksy-2-[p-metoksybenzylideno(amino)]-β-Dglucopiranozy 4. Rozdział trans-1,2-diaminocykloheksanu na enancjomery 5. Redukcja benzoiny borowodorkiem sodu 6. Utlenienie borneolu do kamfory 7. Izomeryzacja karwonu 8. trzymywanie octanu benzoiny 9. Redukcja octanu benzoiny Zestaw IV: 1. trzymywanie olejku z kocimiętki właściwej oraz przeprowadzenie izomeryzacji zawartego w nim nepetalaktonu 2. Rozdział racemicznego kwasu fenylobursztynowego przy pomocy (-) proliny 3. Redukcja benzoiny borowodorkiem sodu 4. trzymywanie octanu benzoiny 5. Redukcja octanu benzoiny 6. Utlenienie borneolu do kamfory 7. Epoksydowanie karwonu 8. trzymywanie 1,2,3,4,6-penta--acetylo-α-D-glukopiranozy 9. Redukcja acetooctanu etylu z wykorzystaniem drożdzy spożywczych Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 3

4 1. Polarymetryczne oznaczanie skręcalności właściwej Badanie skręcalności właściwej roztworów sacharozy oraz mentolu w zależności od stężenia roztworu. Wartością charakteryzującą związek optycznie czynny jest jego skręcalność właściwa [α] 20 D wyrażona wzorem: 0 D α [α] 20 D to skręcalność właściwa rozpuszczonej substancji wyrażona w stopniach 20 oznacza temperaturę pomiaru D światło monochromatyczne, linia D lampy sodowej (589nm) α - to zmierzony kąt skręcenia płaszczyzny światła wyrażony w stopniach c - stężenie roztworu wyrażone w g/ml l - długość warstwy roztworu przez którą przechodzi światło spolaryzowane wyrażona w decymetrach Wykonanie ćwiczenia Celem ćwiczenia jest oznaczenie skręcalności właściwej roztworów mentolu oraz sukrozy. 1. Przygotowanie roztworów sukrozy i L-mentolu. Proszę przygotować roztwór sukrozy w wodzie destylowanej o stężeniu c=1 oraz c=5 oraz roztwór L- mentolu w etanolu o stężeniu c=1 oraz c=5. W tym celu odważyć odpowiednią ilość związku do naczynka miarowego i uzupełnić naczynko rozpuszczalnikiem (dostępne są naczynka o pojemnośći 10ml oraz 13 ml). Dobrze rozpuścić związki. Następnie pipetką przepłukać niewielką ilością przygotowanych roztworów rurkę polarymetryczną i napełnić rurkę roztworem tak aby nie było w nim pęcherzyków z powietrzem. Dostępne są rurki polarymetryczne o długości 5cm, 1cm oraz 0.5cm. 2.Pomiar kąta skręcenia Rurkę polarymetryczną umieszczamy w polarymetrze i odczytujemy kąt skręcenia α trzykrotnie podająć później średnią. 3. Proszę obliczyć skręcalność właściwą dla roztworów sukrozy oraz mentolu. Pytanie: Czy skręcalność właściwa związków optycznie czynnych zależy od stężenia roztworów oraz rodzaju rozpuszczalnika? Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 4

5 2. Izolacja związków chiralnych z materiału roślinnego 2.1. trzymywanie olejku z kocimiętki właściwej oraz przeprowadzenie izomeryzacji zawartego w nim nepetalaktonu Celem ćwiczenia jest otrzymanie aromatycznego olejku z kocimiętki właściwej oraz epimeryzacja zawartego w nim nepetalaktonu. H 3 C H H 3 C H K 2 C 3, toluen, reflux H H CH 3 CH 3 Kocimiętka właściwa (Nepeta cataria) * to roślina miododajna, która znalazła zastosowanie w ziołolecznictwie oraz jako dekoracyjna roślina ogrodowa. Zapach rośliny dosyć skutecznie odstrasza niektóre muchy żywiące się krwią zwierząt gospodarskich (krowy i konie), muchy domowe oraz karaczany. Główny składnik olejku z kocimiętki - nepetalakton, prawdopodobnie jest kocim feromonem. Nepetalaktony to monoterpeny z grupy irydoidów. W olejku z kocimiętki występują w postaci dwóch diastereoizomerów cis-trans (75%) oraz trans-cis (25%). *ziele kocimiętki pozyskane dzięki uprzejmości grodu Botanicznego UMCS dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) Kocimiętka właściwa (susz roślinny) g Woda destylowana CH 2 Cl ml K 2 C ekw toluen ml W kolbie okrągłodennej (500 ml) należy umieścić dobrze roztarte w moździerzu ziele kocimiętki oraz 150 ml wody. Następnie zmontować zestaw do destylacji z parą wodną składający się z zestawu do destylacji prostej oraz kociołka grzewczego ustawionego nad palnikiem gazowym. Kociołek uzupełniamy do 2/3 jego objętości wodą i ogrzewamy na palniku (to nasze źródło pary). Kiedy w kociołku powstaje para PRCEDURA [a] wodna należy go podłączyć za pomocą rurki szklanej i wężyka do kolby okrągłodennej. Destylację z para Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 5

6 wodną prowadzić do momentu zebrania co najmniej 500 ml destylatu. W miarę potrzeby kolbę okrągłodenną z suszem roślinnym można dodatkowo ogrzewać koszyczkiem grzewczym. Destylat następnie przenieść do rozdzielacza i ekstrahować warstwę wodną chlorkiem metylenu (3x50 ml). Połączone warstwy organiczne wysuszyć siarczanem magnezu, odsączyć środek suszący pod zmniejszonym ciśnieniem i odparować rozpuszczalnik na wyparce próżniowej. Zważyć pozostałość w kolbie. Pozostawić kilka miligramów olejku w celu wykonania płytki TLC (próbkę rozpuścić w buteleczce w 2 ml chlorku metylenu). lejek z kocimiętki należy w dalszej kolejności przenieść do kolbki 100 ml zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną. W kolbie umieścić 1.1 ekwiwalenta K 2 C 3 (proszę przeliczyć samodzielnie w zależności od ilości otrzymanego olejku) oraz 25 ml toluenu. Zawartość kolby ogrzewać przez 1 godzinę. Po doprowadzeniu kolby do temperatury pokojowej odparować toluen. Wykonać analizę TLC w układzie rozpuszczalników heksan/octan etylu (10:1) nanosząc na płytkę związek przed izomeryzacją i po izomeryzacji w celu porównania wielkości współczynnika Rf. Związki na płytce TLC widoczne są pod lampą UV oraz można je wywołać parami jodu. Proszę obliczyć wydajność procesu destylacji z parą wodną (z 5 gramów suszu otrzymuje się mg olejku). [a] procedura na podstawie J.Chem.Edu., 2013, 90, 646. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników przed przystąpieniem do wykonywania preparatu. 2. Proszę zachować szczególną ostrożność podczas używania palników gazowych. Kolor i stan skupienia: aromatyczny olej WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) olejku po destylacji z parą wodną. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 6

7 Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) olejku po izomeryzacji. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 7

8 SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Siarczan magnezu Brak Brak Toluen Produkt wysoce łatwopalny. Działa drażniąco na skórę. Działa szkodliwie na drogi oddechowe. Pary mogą powodować senność i zawroty głowy. Dichlorometan Działa drażniąco na skórę Działa drażniąco na oczy Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Podejrzewa się, że powoduje raka Może powodować uszkodzenie narządów (Wątroba, Krew) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą pokarmową Może powodować uszkodzenie narządów (Centralny układ nerwowy) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane Węglan potasu drogą oddechową Drażniące na skórę Działanie drażniące na oczy Działanie toksyczne na narządy docelowe Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. W przypadku pożaru: Użyć suchy proszek lub suchy piasek do gaszenia. Stosować rękawice ochronne, odzież ochronną, ochronę oczu. Nie wdychać par rozpylonej cieczy. W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z lekarzem. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeżeli osoba poszkodowana nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 8

9 lekarzem. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 9

10 2.2. Ekstrakcja nasion kminku w aparacie Soxhleta Celem ćwiczenia jest otrzymanie (S)(+) karwonu z nasion kminku metodą ekstrakcji ciągłej w aparacie Soxhleta. CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 Kminek zwyczajny (nazwa ludowa karolek, karulek) to dwuletnia roślina przyprawowa z rodziny selerowatych. Jadalne są części podziemne kminku tj. korzeń, który wykszałcany jest w pierwszym roku przez roślinę, może być gotowany i spożywany jak marchew. W drugim roku roślina kwitnie i wytwarza owoce. Ziele, kwiaty i owoce kminku zawierają lotne olejki, flawonoidy (kwercetynę i kemfenol), kumaryny, garbniki, białka i cukry. Nasiona kminku ułatwiają trawienie, łagodzą skurcze żołądka i skurcze mięśni gładkich, mają działanie wykrztuśne (są składnikiem ziołowych syropów na kaszel, ból gardła i zapalenie oskrzeli) oraz stymulują laktację u kobiet. Nasiona kminku znaleziono podczas wykopalisk w epoce kamiennej a jego lecznicze właściwości opisywane były w starożytnym Egipcie i Grecji. lejek z nasion kminku zawiera głównie (S)-(+)karwon oraz (R)-limonen. Można go otrzymac na drodzę ekstrakcji ciągłej lub przez destylacje z parą wodną nasion kminku. dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) Kminek nasiona g Woda destylowana CH 2 Cl ml PRCEDURA [a] W kolbie okrągłodennej (250 ml) umieszczonej nad koszyczkiem grzewczym należy umieścić 150 ml wody oraz porcelanki. Następnie zmontować zestaw do ekstrakcji ciągłej składający się z gilzy ekstrakcyjne oraz chłodnicy zwrotnej. Na dnie gilzy należy umieścić nieduży luźny kłębek waty bawełnianej oraz rozgniecione w moździerzu nasiona kminku. Gilza powinna być wypełniona materiałem roślinnym maksymalnie do 2/3 wysokości. Ekstrakcję ciągłą w aparacie Soxhleta prowadzić co najmniej przez 3 godziny. Po tym czasie przenieść wodny ekstrakt do rozdzielacza i ekstrahować karwon chlorkiem metylenu (3x50ml). Warstwy organiczne połączyć i wysuszyć siarczanem magnezu. dsączyć środek suszący pod zmniejszonym ciśnieniem i odparować rozpuszczalnik na wyparce próżniowej. Zważyć pozostałość w kolbie. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 10

11 Proszę wykonać analizę TLC otrzymanego olejku i porównać go ze wzorcem (S) karwonu. W tym celu kilka miligramów olejku/karwonu rozpuścić w buteleczce w 2 ml chlorku metylenu i nanieść na płytkę TLC z żelem krzemionkowym. Płytkę rozwijać w układzie rozpuszczalników heksan/octan etylu (10:1). Związki są widoczne pod lampą UV, można je wywołać parami jodu. Proszę obliczyć wydajność procesu ekstrakcji (z 20 gramów suszu otrzymuje się około 600 mg olejku). [a] Procedura na podstawie J. Agric. Food Chem., 2010, 58, PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników przed przystąpieniem do wykonywania preparatu. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: aromatyczny olej Skręcalność właściwa (S)-(+) karwonu: [α] 20 D (c=1.0; EtH) Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) (S) karwonu Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 11

12 SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Siarczan magnezu Brak Brak Dichlorometan Działa drażniąco na Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy skórę Działa drażniąco na Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu oczy Może powodować strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć podrażnienie dróg oddechowych usunąć. Nadal płukać. Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Podejrzewa się, że powoduje raka Może powodować uszkodzenie narządów (Wątroba, Krew) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą pokarmową Może powodować uszkodzenie narządów (Centralny układ nerwowy) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą oddechową (+)Karwon Działanie uczulające na skórę. Stosować rękawice ochronne. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 12

13 3. Rozdział mieszanin racemicznych z udziałem chiralnych czynników rozszczepiających 3.1. Rozdział trans-1,2-diaminocykloheksanu na enancjomery Celem ćwiczenia jest otrzymanie enancjomerycznie czystej diaminy z wykorzystaniem optycznie czynnego kwasu winowego. NH 2 + HC H H 2 (R) (R) NH 3 C (R) (R) H NH 2 HC H NH 3 C H Ta diastereomeryczna sól łatwo krystalizuje z wody, druga sól pozostaje w przesączu. (R) NH 3 C (R) H 10% NaH (R) NH 2 (R) (R) (R) NH 3 C H NH 2 Rozdział racematu przez diastereomeryczne sole zapoczątkował L.Pasteur, który rozdzielił mieszaninę racemicznego kwasu winowego za pomocą chiralnej zasady cynchoniny. W czasie tworzenia diastereomerycznych soli wiązania między kwasem i zasadą powstają bardzo szybko i ilościowo a sam proces wydzielenia docelowych enancjomerów jest często bardzo wydajny. Kwas winowy oraz inne kwasy diacylowinowe służą przede wszystkim do rozdziału na enancjomery związków posiadających więcej niż jedną grupę aminową, a także soli fosfoniowych, arsenowych, sulfonowych oraz α-aminokwasów. dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) Kwas winowy g 1,2-diaminocykloheksan (cis/trans) ml Kwas octowy lodowaty ml Metanol ml Woda destylowana ml+20 ml CH 2 Cl ml NaCl g 10% NaH ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W 3-szyjnej kolbie okrągłodennej (250 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz należy rozpuścić 7.5 g kwasu winowego w 20 ml wody destylowanej. Roztwór ogrzać do wrzenia i powoli wkroplić 12 ml diaminocykloheksanu. Po dodaniu aminy zmniejszyć temperaturę mieszaniny do 80 C i pozostawić w tej temperaturze przez 15 minut. Następnie dodać bardzo powoli lodowaty kwas octowy. Zakończyć ogrzewanie roztworu, mieszaninę doprowadzić do temperatury pokojowej i schłodzić Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 13

14 w łaźni lodowej na godzin. Powstały osad soli odsączyć pod zmniejszonym ciśnienie, przemyć zimną wodą (2x10 ml) oraz metanolem (5x10 ml). sad wysuszyć na powietrzu i pozostawić do następnych zajęć. Proszę oznaczyć masę otrzymanej soli. Aby uwolnić aminę z kompleksu diastereomerycznej soli należy umieścić sól w kolbie okragłodennej (100 ml) i wkroplić do niej 10% roztwór NaH a następnie dodać 1.5 g NaCl. Mieszaninę mieszać na mieszadle magnetycznym przez 30 minut. Po tym czasie zawartość kolby przenieść do rozdzielacza i ekstrahować chlorkiem metylenu (3x30 ml). Połączone warstwy organiczne wysuszyć siarczanem magnezu, odsączyć środek suszący i odparować rozpuszczalnik. Proszę obliczyć wydajność diaminocykloheksanu. Wydajność studencka to około 2.5 g aminy; 24%. [a] Procedura syntezy na podstawie Acta Chem. Scand. 1972, 26, 9. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1.Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników 2.Proszę zwrócić szczególną uwagę na temperaturę reakcji. 3.dpowiednie roztwory kwasu i zasady proszę przygotować bezpośrednio przed wykonaniem ćwiczenia. 4. Proszę zachować szczególną ostrożność podczas pracy ze stężonymi kwasami oraz zasadami. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: ciecz, bezbarwna. Skręcalność właściwa: [α] 20 D (c 5, 1N HCl). Nadmiar enancjomeryczny aminy otrzymanej na pracowni studenckiej to około 80% ee. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Kwas solny stężony Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu za skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 14

15 Kwas octowy Łatwopalna ciecz i pary Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Dichlorometan Działa drażniąco na skórę Działa drażniąco na oczy Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Podejrzewa się, że powoduje raka Może powodować uszkodzenie narządów (Wątroba, Krew) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą pokarmową Może powodować uszkodzenie narządów (Centralny układ nerwowy) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą oddechową Siarczan magnezu Brak Brak Metanol Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie ze skórą lub w następstwie wdychania Powoduje uszkodzenie narządów Chlorek sodu Brak Brak się z ośrodkiem zatruć/lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku połknięcia Wypłukać usta. NIE wywoływać wymiotów. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku narażenia lub styczności Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 15

16 Wodorotlenek sodu Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Kwas winowy Działa drażniąco na skórę. Działa drażniąco na oczy. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem Stosować rękawice ochronne. Nosić okulary ochronne. Dokładnie umyć ręce po użyciu. ostrożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. 1,2- diaminocykloheksan Działanie żrące na skórę Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu/ ochronę twarzy. ostrożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 16

17 3.2. Rozdział racemicznego kwasu fenylobursztynowego przy pomocy L-proliny Celem ćwiczenia jest uzyskanie enancjomerycznie czystego kwasu fenylobursztynowego na drodze rozdziału diastereomerycznej soli tego kwasu i L-proliny. H H Ph H NH 2 Ph + H NH H 2 N H Powstająca sól L-proliny i kwasu (R)-fenylobursztynowego nie rozpuszcza się w propanolu. Drugi diastereoizomer soli pozostaje w przesączu. L-Prolina jest naturalnie występującym aminokwasem endogennym. Bardzo często wykorzystywana jest jako asymetryczny katalizator w syntezie stereoselektywnej (organokatalizator) oraz przy rozdziale mieszanin racemicznych z utworzeniem diastereomerycznych soli lub kompleksów. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość L-prolina (rac) kwas fenylobursztynowy g 2-Propanol ml Aceton ml Woda destylowana ml 6M HCl ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy rozpuścić 1.8 g racemicznego kwasu fenylobursztynowego w 50 ml 2-propanolu. Dodać L-prolinę (1.0 g) i ogrzewać roztwór przez 30 minut. W tym czasie prolina rozpuści się w alkoholu i pojawi się osad diastereomerycznej jednej soli. Kolbę należy schłodzić do temperatury pokojowej i pozostawić w tej temperaturze na około pół godziny. sad odsączyć i przemyć zimnym acetonem (3x20 ml). Pozostawić na powietrzu do wyschnięcia. Proszę oznaczyć masę kryształów oraz temperaturę topnienia. W celu izolacji (+)-kwasu fenylobursztynowego sól należy zhydrolizować. Sól umieścić w kolbie okragłodennej (100 ml) i dodać 10 ml schłodzonego roztworu 6M HCl. Mieszaninę mieszać na mieszadle Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 17

18 magnetycznym przez 30 minut. dsączyć powstały osad oraz przemyć zimną wodą (3x20 ml). sad suszyć na powietrzu co najmniej przez 24 godziny. Proszę obliczyć wydajność (R)(+)-kwasu fenylobursztynowego oraz oznaczyć temperaturę topnienia. Wydajność studencka to około 0.39 g kwasu; 40%. [a] Procedura syntezy na podstawie J. Chem. Edu. 1997, 10, PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1.Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2.dpowiednie roztwory kwasu proszę przygotować bezpośrednio przed wykonaniem ćwiczenia. 3. Proszę zachować szczególną ostrożność podczas pracy ze stężonymi kwasami. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: biały kryształ. Temperatura topnienia: C Skręcalność właściwa: [α] 20 D (c 4, aceton). SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Kwas solny stężony Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Aceton Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa drażniąco na oczy Może wywoływać uczucie senności lub Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu za skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć/lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła/ iskrzenia/otwartego ognia/gorących powierzchni. Palenie wzbronione. Unikać wdychania pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 18

19 zawroty głowy. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Powtarzające się narażenie może powodować wysuszanie lub pękanie skóry L-Prolina Brak Brak Kwas fenylobursztynowy (rac) Brak Brak Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 19

20 4. Reakcje chemoselektywne i diastereoselektywne 4.1. Redukcja benzoiny borowodorkiem sodu Celem ćwiczenia jest redukcja benzoiny do odpowiedniego 1,2-difenylo-1,2-etanodiolu. H 1. NaBH 4 H H Ph H Ph (rac) benzoina 2. H 2 H H Ph Ph (R,S)-hydrobenzoina izomer (R,R) oraz (S,S) nie powstaje Redukcja benzoiny borowodorkiem sodu jest procesem wysoce chemoselektywnym oraz diastereoselektywnym. Przyczyną takiego przebiegu reakcji jest odpowiednie ułożenie podstawników na węglu α (grupa Ph o dużym zatłoczeniu sterycznym, grupa H średnie zatłoczenie i mała grupa H). To z kolei powoduje, ze dwie strony grupy karbonylowej w cząsteczce są wysoce diastereotopowe. Strona si i re benzoiny jest szybciej atakowana przez nukleofil dając (R,S)-hydrobenzoinę jako wyłączny diastereoizomer. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość Benzoina g NaBH g Etanol ml 6M HCl ml Woda destylowana PRCEDURA SYNTEZY [a] W 2-szyjnej kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy umieścić benzoinę oraz etanol. Do mieszaniny dodawać w przeciągu 10 minut małymi porcjami NaBH 4 a następnie mieszać całość przez pół godziny na mieszadle magnetycznym. Zawartość kolby przenieść do zlewki umieszczonej w łaźni lodowej. Do schłodzonego roztworu dodać 60 ml zimnej wody oraz wkroplić powoli 1.5 ml 6M kwasu solnego (roztwór kwasu proszę przygotować na pracowni). Usunąć łaźnie lodową i mieszać reakcję przez 30 minut. Powstały biały osad należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem, przemyć kilka razy zimną wodą oraz wysuszyć na powietrzu pozostawiając w szafce studenckiej do następnych zajęć. Proszę obliczyć wydajność reakcji i oznaczyć temperaturę topnienia produktu. Wydajność literaturowa to 82%. [a] Procedura syntezy na podstawie Tetrahedron 1997, 53, Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 20

21 Normalized Intensity PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas dodawania borowodorku sodowego i roztworu kwasu solnego (reakcje są egzotermiczne). 3. 6M roztwór kwasu solnego proszę przygotować na pracowni. Kolor i stan skupienia: białe ciało stałe. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Literaturowa temperatura topnienia: o C (Tetrahedron Lett. 2017, 8, 732). Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) związku otrzymanego na pracowni studenckiej. Ksz-lab-exp-1a.001.esp Chemical Shift (ppm) Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) związku z Tetrahedron Lett. 2012, 53, Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 21

22 SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Benzoina Brak Brak Kwas solny stężony Może powodować Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy korozję metali Powoduje poważne Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu W przypadku kontaktu za skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Może powodować Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem podrażnienie dróg W przypadku dostania się do dróg oddechowych oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć/lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Etanol Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa drażniąco na oczy Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Stosować ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku utrzymywania się działania drażniącego na oczy: Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza. Przechowywać w dobrze wentylowanym miejscu. Przechowywać w chłodnym miejscu. Siarczan magnezu Brak Brak Borowodorek sodu W kontakcie z wodą uwalniają łatwopalne gazy, które mogą ulegać samozapaleniu Działa toksycznie po połknięciu Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może działać szkodliwie na płodność Używać w atmosferze obojętnego gazu. Chronić przed wilgocią. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku narażenia lub styczności Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza W przypadku pożaru Użyć suchy proszek lub suchy piasek do gaszenia Przechowywać w suchym miejscu. Przechowywać w zamkniętym pojemniku. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 22

23 4.2. trzymywanie 2-hydroksy-pinan-3-onu Celem ćwiczenia jest utlenienie wiązania nienasyconego enancjomerycznie czystego pinenu prowadzące do otrzymania 2-hydroksy-pinanonu. KMn 4 woda/aceton H α-pinen to cykliczny monoterpen występujący w przyrodzie jako główny składnik żywicy sosnowej. Wykorzystywany jest w kosmetyce jako składnik kompozycji zapachowych lub związek wyjściowy do syntezy innych aromatycznych związków organicznych. α-pinen jest również cennym lekiem; działa przeciwzapalnie, rozszerza oskrzela i wspomaga pamięć jako inhibitor acetylocholinoesterazy. Ma zdolność podobnie jak borneol i werbenol, modulowania receptorów GABA-A w komórkach. Chemicznie cząsteczka pinenu jest bardzo reaktywna. Z łatwością ulega w obecności stężonego kwasu siarkowego w etanolu przegrupowaniu do terpineolu i jego estru metylowego natomiast reakcje z jodem lub PCl 3 prowadzą do aromatyzacji pinenu z otrzymaniem p-cymenu. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość α-pinen g KMn g Aceton ml Woda ml Eter dietylowy ml Pirosiarczyn sodu mg NaCl roztwór nasycony ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie dwuszyjnej (100 ml) umieszczonej na mieszadle magnetycznym i zaopatrzonej w termometr należy umieścić pinen, aceton (40 ml) oraz wodę (10 ml). Do kolby należy dodawać KMn 4 (7 g) w takim tempie aby utrzymać temperaturę C. Jeżeli reakcja jest silnie egzotermiczna proszę chłodzić kolbę wodą z lodem. Po dodaniu nadmanganianu potasu reakcję mieszamy jeszcze w temperaturze pokojowej przez godzinę. Dodajemy niewielką ilość pirosiarczynu sodu do momentu trwałego odbarwienia reakcji. Powstający w reakcji tlenek manganu należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i przemyć osad 10 ml acetonu. Przesącz przenieść do kolby okragłodennej i oparować aceton na wyparce próżniowej lub przez destylację prostą. Po odparowaniu acetonu pozostałość przenieść do rozdzielacza i ekstrahować produkt z warstwy wodnej za pomocą eteru dietylowego (2x20 ml). Na konieć połączone wartwy eterowe przemyć nasyconym roztworem NaCl (1x20 ml). Warstwę organiczną należy suszyć siarczanem magnezu, po jego odsączeniu pozostałość zatężyć na wyparce próżniowej. trzymany Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 23

24 produkt jest cieczą która po dłuższym czasie zestala się w lodówce. Produkt jest jednak nietrwały i w razie konieczności należy go przechowywac w niskiej temperaturze. Proszę policzyć wydajność reakcji. Wydajność literaturowa to około 56%. [a] Procedura syntezy na podstawie: Indones. J. Chem., 2016, 16, 59. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas dodawania KMn dpowiednią ilość nasyconego roztworu NaCl proszę przygotować bezpośrednio przed wykonaniem ćwiczenia. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: olej. Literaturowa temperatura topnienia: o C (rg.biomol.chem. 2004, 2, 1116). Skręcalność właściwa: [α] 20 D (c=0.5; CHCl 3 ) (rg.biomol.chem. 2004, 2, 1116). Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) surowej mieszaniny poreakcyjnej. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 24

25 Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) substratu Pytania do ćwiczeń: 1. Proszę narysować izomery konstytucyjne pinenu. 2. Proszę podać przykłady innych cyklicznych monoterpenów. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Aceton Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa drażniąco na oczy Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Siarczan magnezu Brak Brak Eter dietylowy Skrajnie łatwopalna ciecz i pary Działa szkodliwie po połknięciu Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Przechowywać z dala od źródeł ciepła/ iskrzenia/otwartego ognia/gorących powierzchni. Palenie wzbronione. Unikać wdychania pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Powtarzające się narażenie może powodować wysuszanie lub pękanie skóry Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Unikać wdychania par Może tworzyć wybuchowe nadtlenki Powtarzające się narażenie może powodować wysuszanie lub pękanie skóry Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 25

26 Chlorek sodu Brak Brak Pinen Łatwopalna ciecz i pary. Działa drażniąco na skórę. W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Działa drażniąco na Przemywać dokładnie dużą ilością wody oczy. Może powodować przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. podrażnienie dróg dpowiednie środki gaśnicze oddechowych. Stosować zraszanie wodą, piany alkoholoodporne, KMn 4 Pirosiarczyn sodu Może intensyfikować pożar; utleniacz. Działa szkodliwie po połknięciu. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki. Działa szkodliwie po połknięciu. Powoduje poważne uszkodzenie oczu. W kontakcie z kwasami uwalnia toksyczne gazy. suche chemikalia lub dwutlenek węgla. dpowiednie środki gaśnicze Stosować zraszanie wodą, piany alkoholoodporne, suche chemikalia lub dwutlenek węgla. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Nosić okulary ochronne lub ochronę twarzy. Nie jeść, nie pić i nie palić podczas używania produktu. Dokładnie umyć ręce po użyciu. W przypadku złego samopoczucia skontaktować się z lekarzem. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 26

27 4.3. trzymanie octanu benzoiny Celem ćwiczenia jest otrzymanie z racemicznej benzoiny octanu benzoiny, która z kolejnym etapie zostanie zredukowana do odpowiedniego alkoholu. H H Ph H Ph H (R) (S) Ph Ph + H 2 S 4 H Ph Ph H Ph Ph Benzoina jest ketoalkoholem występującym w postaci dwóch enancjomerów R i S. trzymywana jest z benzaldehydu w wyniku kondensacji benzoinowej. Ma zastosowanie m.in. w kosmetyce jako wzmacniacz i utrwalacz zapachu. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość Benzoina g Lodowaty kwas octowy ml Bezwodnik kwasu octowego ml Stężony H 2 S 4 2 krople PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy umieścić benzoinę, lodowaty kwas octowy oraz bezwodnik kwasu octowego. Mieszaninę mieszać przez 5 minut a natępnie dodać 2 krople steżonego kwasu siarkowego (znika osad w kolbie a roztwór zaczyna być blado zółty). Reakcję należy dalej ogrzewać przez pół godziny na łaźni wodnej. Po ochłodzeniu kolby do temperatury pokojowej wylać powoli jej zawartość do dużej zlewki zawierającej 50 ml zimnej wody i pozostawić mieszając przez 15 minut na mieszadle magnetycznym. Powstały osad należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem, przemyć kilka razy zimną wodą i wysuszyć na powietrzu. Proszę policzyć wydajność reakcji i oznaczyć temperaturę topnienia produktu. Wydajność reakcji około 89%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 2015, 543. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas pracy ze stężonym kwasem siarkowym. 3. Proszę zwrócić uwagę aby kolba do reakcji była sucha. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 27

28 WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: białe ciało stałe. Literaturowa temperatura topnienia: o C Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) octanu benzoiny otrzymanego na pracowni studenckiej. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Benzoina Brak Brak Kwas siarkowy Może powodować Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ korozję metali Powoduje poważne ochronę oczu/ ochronę twarzy W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem. W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 28

29 Kwas octowy Łatwopalna ciecz i pary Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Siarczan magnezu Brak Brak Bezwodnik octowy Łatwopalna ciecz i pary Działa szkodliwie po połknięciu Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Działa toksycznie w następstwie wdychania Przechowywać z dala od źródeł ciepła Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku połknięcia Wypłukać usta. NIE wywoływać wymiotów. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku narażenia lub styczności Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Unikać wdychania pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 29

30 4.4. Redukcja octanu benzoiny Celem eksperymentu jest zbadanie chemoselektywności oraz diastereoselektywności reakcji redukcji octanu benzoiny borowodorkiem sodu. H H H Ph Ph 1. NaBH 4 2. H 2 H Ph Ph H H + H Ph H H Ph Ph H Ph (rac) octan benzoiny Ph H Ph Ph H H erythro threo Ph H W porównaniu z benzoiną (patrz preparat 4.1.) w octanie benzoiny średniej wielkości grupa hydroksylowa zostaje zastąpiona dużą grupą acetylową. Zwiększa się zatłoczenie steryczne na węglu α do grupy karbonylowej. W reakcji obserwujemy tworzenie się dwóch diastereoizomerów: erythro i threo w stosunku odpowiednio około 80:10 (co daje nadmiar diastereoselektywny procesu de ~60%). dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) ctan benzoiny g Etanol 95% ml NaBH g Woda destylowana ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) należy umieścić octan benzoiny oraz etanol. Do mieszaniny dodać w jednej porcji borowodorek sodu i reakcję pozostawić na mieszadle magnetycznym przez pół godziny w temperaturze pokojowej. Po tym czasie kolbę schłodzić mieszaniną wody z lodem, dodać 30 ml wody destylowanej i kontynuować mieszanie przez kolejne 15 minut. W schłodzonej kolbie pojawia się osad w postaci piany, którą daje się dobrze sączyc pod zmniejszonym ciśnieniem. sad należy przemyć kilka razy małą ilością zimnej wody i pozostawić do wyschnięcia do następnych zajęć. Proszę policzyć wydajność reakcji i oznaczyć temperaturę topnienia produktu. Wydajność literaturowa procesu to około 75%. [a] procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 2015, 92, 543. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 30

31 2. Proszę zwrócić uwagę aby kolba do reakcji była sucha. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: białe ciało stałe. Literaturowa temperatura topnienia: o C Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) produktu reakcji otrzymanego na pracowni studenckiej. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Etanol Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa drażniąco na oczy Siarczan magnezu Brak Brak Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Stosować ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku utrzymywania się działania drażniącego na oczy: Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza. Przechowywać w dobrze wentylowanym miejscu. Przechowywać w chłodnym miejscu. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 31

32 Borowodorek sodu W kontakcie z wodą uwalniają łatwopalne gazy, które mogą ulegać samozapaleniu Działa toksycznie po połknięciu Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może działać szkodliwie na płodność Używać w atmosferze obojętnego gazu. Chronić przed wilgocią. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku narażenia lub styczności Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza W przypadku pożaru Użyć suchy proszek lub suchy piasek do gaszenia Przechowywać w suchym miejscu. Przechowywać w zamkniętym pojemniku. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 32

33 4.5. Redukcja acetooctanu etylu Celem doświadczenia jest przeprowadzenie reakcji redukcji acetooctanu etylu za pomocą borowodorku sodu. NaBH 4, EtH H Glinowodorek litu oraz borowodorek sodu to dwa najczęściej wykorzystywane odczynniki stosowane w procesach redukcji związków organicznych. LiAlH 4 jest silniejszym odczynnikiem redukującym i redukuje większość związków zawierających grupę karbonylową jak: aldehydy, ketony, estry i amidy. NaBH 4 z kolei ze względu na łagodniejszy charakter jest bardziej selektywnym odczynnikiem redukującym i reaguje tylko z aldehydami oraz ketonami. dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) Acetooctan etylu g Etanol 95% ml ml NaBH g CH 2 Cl ml + 50 ml 1 M HCl ml Woda destylowana ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) umieszczonej na mieszadle magnetycznym oraz zaopatrzonej w termometr i wkraplacz należy umieścić 25 ml etanolu oraz NaBH 4. Kolbę schłodzić mieszaniną wody z lodem i w temperaturze 0-5 C powoli wkroplić dion rozpuszczony w 15 ml etanolu (wkraplanie około 45 minut!). Po wkropleniu reakcję doprowadzić powoli do temperatury pokojowej i przenieść zawartość do kolby 250 ml. dparować pozpuszczalnik na wyparce próżniowej i dodać 30 ml chlorku metylenu. Następnie powoli wkroplić 30 ml roztworu 1M kwasu solnego (reakcja egzotermiczna). Reakcję przenieść do rozdzielacza i ekstrahować warstwę wodną dwukrotnie chlorkiem metylenu (2x25 ml). Połączone frakcje organiczne wysuszyć siarczanem magnezu, odsączyć środek suszący i odparować rozpuszczalnik. Proszę policzyć wydajność reakcji. Wydajność literaturowa procesu to około 70%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 2002, 79, 727. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić uwagę na temperaturę reakcji w trakcie wkraplania substratu. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 33

34 3. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas dodawania roztworu kwasu solnego. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: olej bezbarwny Analiza TLC: Rf=0.3 (octan etylu/heksan 3:7), pary jodu jako wywoływacz. Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) produktu reakcji otrzymanego na pracowni studenckiej. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Acetylooctan etylu Działa drażniąco na oczy. Kwas solny stężony Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może powodować strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu za skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 34

35 Etanol podrażnienie oddechowych Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa drażniąco na oczy dróg Siarczan magnezu Brak Brak Borowodorek sodu W kontakcie z wodą uwalniają łatwopalne gazy, które mogą ulegać samozapaleniu Działa toksycznie po połknięciu Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może działać szkodliwie na płodność Dichlorometan Działa drażniąco na skórę Działa drażniąco na oczy Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Podejrzewa się, że powoduje raka Może powodować uszkodzenie narządów (Wątroba, Krew) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą pokarmową Może powodować uszkodzenie narządów W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć/lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Stosować ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku utrzymywania się działania drażniącego na oczy: Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza. Przechowywać w dobrze wentylowanym miejscu. Przechowywać w chłodnym miejscu. Używać w atmosferze obojętnego gazu. Chronić przed wilgocią. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku narażenia lub styczności Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza W przypadku pożaru Użyć suchy proszek lub suchy piasek do gaszenia Przechowywać w suchym miejscu. Przechowywać w zamkniętym pojemniku. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 35

36 (Centralny układ nerwowy) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą oddechową Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 36

37 4.6. Redukcja kamfory borowodorkiem sodu Celem doświadczenia jest poznanie przez studentów stereochemii bicyklicznych chiralnych alkoholi powstających w reakcji redukcji kamfory borowodorkiem sodu. NaBH 4 MeH H + H H H izoborneol borneol Kamfora jest naturalnie występującym ketonem z grupy terpenów. To podstawiony bicyklo[2.2.1]heptan. Podczas redukcji odczynnik redukujący ma możliwość podejścia od strony egzo oraz endo grupy karbonylowej. Z tego względu w reakcji powstają dwa epimeryczne alkohole izoborneol oraz borneol. Stosunek powstających w reakcji izomerów można np. określić techniką chromatografii gazowej. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość Kamfora g NaBH g MeH ml Woda ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W 2-szyjnej kolbie okrągłodennej (100 ml) umieszczonej na mieszadle magnetycznym i zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy rozpuścic kamforę w metanolu. Dodawać porcjami (w przeciągu 15 minut) borowodorek sodu a następnie kolbę łagodnie ogrzewać przez 30 minut (powstaje biała piana, która zestali się później w temperaturze pokojowej). Po tym czasie kolbę ochłodzić i powoli wkroplić zimną wodę destylowaną (17.5 ml). Kolbe umieścić na pół godziny w łaźni lodowej. trzymany osad przesączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i dobrze odcisnąć pomiędzy warstwami bibuły w celu pozbycia sie wody, oznaczyć jego masę. Zarówno borneol jak i izoborneol bardzo łatwo sublimują. W celu wykonania sublimacji osad należy umieścić w zlewce, na której umieszczamy kolbę okrągłodenną zawierajacą pokruszony lód. Zlewkę z osadem umieszczamy nad źródłem ciepła (koszyczek grzewczy z transformatorem) i po krótkim czasie obserwujemy pojawianie się kryształów na dnie kolby okrągłodennej. Proszę oznaczyć masę związków po sublimacji i policzyć wydajność reakcji. Wydajność literaturowa procesu to około 65%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 1985, 62, 519. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 37

38 PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: biały aromatyczny osad Temperatura topnienia: borneol C; izoborneol C (subl.) Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) produktu po sublimacji SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Kamfora Działa szkodliwie po połknięciu lub w następstwie wdychania Może powodować uszkodzenie narządów (Płuca) przy wdychaniu. W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeżeli osoba poszkodowana nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 38

39 Metanol Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie ze skórą lub w następstwie wdychania Powoduje uszkodzenie narządów Siarczan magnezu Brak Brak medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Zapobiegawczo przemyć oczy wodą. W przypadku połknięcia NIE prowokować wymiotów. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Borowodorek sodu W kontakcie z wodą uwalniają łatwopalne gazy, które mogą ulegać samozapaleniu Działa toksycznie po połknięciu Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może działać szkodliwie na płodność Używać w atmosferze obojętnego gazu. Chronić przed wilgocią. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku narażenia lub styczności Zasięgnąć porady/ zgłosić się pod opiekę lekarza W przypadku pożaru Użyć suchy proszek lub suchy piasek do gaszenia Przechowywać w suchym miejscu. Przechowywać w zamkniętym pojemniku. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 39

40 4.7. Utlenienie (S)-borneolu do kamfory Celem doświadczenia jest przeprowadzenie reakcji utlenienia (1S)-borneolu do (1S)-kamfory w sposób spełniający zasady zielonej chemii (ang. green chemistry reaction). H H xone NaCl, woda Koncepcja Zielonej Chemii to takie podejście do syntezy organicznej polegające na ograniczeniu w procesie chemicznym użycia i powstawania substancji szkodliwych zarówno dla człowieka jak i środowiska. Utlenienie optycznie czystego (S)-borneolu przy użyciu xonu jest jedną z takich reakcji. xone to peroksymonosiarczan potasu, potrójna sól 2KHS 5 xkhs 4 xk2s 4 o wszechstronnym zastosowaniu w chemii jako utleniacz. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość (S)-Borneol g xone g MeH ml Woda ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W 2-szyjnej kolbie okrągłodennej (100 ml) umieszczonej na mieszadle magnetycznym i zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy rozpuścic borneol w metanolu. Dodawać porcjami (w przeciągu 15 minut) xone a następnie kolbę łagodnie ogrzewać przez 30 minut (powstaje biała piana, która zestali się później w temperaturze pokojowej). Po tym czasie kolbę ochłodzić i powoli wkroplić zimną wodę destylowaną (17.5 ml). Kolbę umieścić na pół godziny w łaźni lodowej. trzymany osad przesączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i dobrze odcisnąć pomiędzy warstwami bibuły w celu pozbycia sie wody, oznaczyć jego masę. Kamfora bardzo łatwo sublimuje. W celu wykonania sublimacji osad należy umieścić w zlewce, na której umieszczamy kolbę okrągłodenną zawierajacą pokruszony lód. Zlewkę z osadem umieszczamy nad źródłem ciepła (palnik gazowy, koszyczek grzewczy z transformatorem) i po krótkim czasie obserwujemy pojawianie się kryształów na dnie kolby okrągłodennej. Proszę oznaczyć masę związków po sublimacji i policzyć wydajność reakcji. Wydajność literaturowa reakcji po sublimacji to około 58%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 1985, 62, 519. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 40

41 PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zachować szczególną ostrożność podczas pracy z silnym utleniaczem xone WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: biały aromatyczny osad Skręcalność właściwa: [α] 20 D (c 10, EtH) Temperatura topnienia: C (subl.) SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Borneol Brak danych Brak danych Metanol Wysoce łatwopalna Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących ciecz i pary powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy ze skórą lub w Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną następstwie wdychania Powoduje uszkodzenie narządów W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Siarczan magnezu Brak Brak xone Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu. Nie wdychać pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy W przypadku kontaktu ze skórą (lub z włosami): Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem. W przypadku dostania sie do dróg oddechowych wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z lekarzem. W przypadku dostania sie do oczu: strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 41

42 4.8. Izomeryzacja (S)-(+)karwonu Celem doświadczenia jest przeprowadzenie reakcji izomeryzacji optycznie czystego (S)-(+) karwonu do karwakrolu. H 6M H 2 S 4 reflux Karwakrol jest głównym składnikiem olejku pochodzącego z oregano. Dobrze znany jest jego izomer tymol (związki różnią się położeniem grupy hydroksylowej w pierścieniu), który jest aktywnym składnikiem płynów do płukania jamy ustnej. Karwakrol i tymol to również składniki olejku z tymianku, macierzanki czy lebiody. ba związki mają długą historię zastosowania w medycynie i ziołolecznictwie. dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) (S)-(+) Karwon ml 6M H 2 S ml Eter dietylowy ml Nas. roztwór NaHC ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy rozpuścic karwon (w zależności od dostępności enancjomer R lub S) w roztworze 6M H 2 S 4 (10 ml). Reakcję ogrzewać przez 40 minut. Po doprowadzeniu kolby do temperatury pokojowej zawartość kolby przenieść do rozdzielacza. Ekstrahować warstwę wodną eterem dietylowym (2x20 ml). Połączone warstwy organiczne przemyć nasyconym roztworem NaHC 3. Warstwę organiczną wysuszyć siarczanem magnezu, odsączyć środek suszący do kolby okrągłodennej i odparować rozpuszczalnik. Proszę wykonać analizę TLC otrzymanego otrzymanego produktu i porównać go z (S) karwonem. W tym celu kilka miligramów produktu/karwonu rozpuścić w buteleczce w 2 ml chlorku metylenu i nanieść na płytkę z żele krzemionkowym. Płytkę rozwijać w układzie rozpuszczalników heksan/octan etylu (10:1). Związki są widoczne pod lampą UV, można je wywołać parami jodu. Proszę podać masę otrzymanego związku. Wydajność literaturowa reakcji to 68%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 2005, 82, Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 42

43 PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas pracy ze stężonym kwasem siarkowym. 3. Roztwór kwasu siarkowego oraz wodorowęglanu sodu proszę przygotować przed rozpoczęciem ćwiczenia. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: aromatyczny olej Analiza TLC: heksan/octan etylu (10:1) Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) surowego produktu otrzymanego na pracowni studenckiej. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 43

44 SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Karwakrol (S) lub (R)Karwon Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na skórę. Powoduje poważne uszkodzenie oczu. Działa szkodliwie po połknięciu. Kwas siarkowy Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Wodorowęglan sodu Brak Brak Siarczan magnezu Brak Brak Eter dietylowy Skrajnie łatwopalna ciecz i pary Działa szkodliwie po połknięciu Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Stosować ochronę oczu/ ochronę twarzy. W przypadku złego samopoczucia skontaktować się z lekarzem. W przypadku połknięcia wypłukać usta. W przypadku dostania się do oczu ostrożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć soczewki kontaktowe, jeżeli są i można je łatwo usunąć. Nadal płukać. Natychmiast skontaktować się lekarzem. W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu/ ochronę twarzy W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem. W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Unikać wdychania par Może tworzyć wybuchowe nadtlenki Powtarzające się narażenie może powodować wysuszanie lub pękanie skóry Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 44

45 4.9. Epoksydowanie (S)-(+)karwonu Celem doświadczenia jest przeprowadzenie reakcji epoksydowania optycznie czystego karwonu za pomocą wody utlenionej. 30% H 2 2 6N NaH, MeH Karwon to monocykliczny terpen posiadający tylko jedno centrum chiralne. Enancjomery karwonu różnią się znacznie zapachem; (S)-karwon ma zapach kminku i występuje wraz z (R) limonenem w olejku kminkowym, natomiast (R)-karwon ma zapach ostry, miętowy i obecny jest obok mentolu i mentonu w olejku z mięty pieprzowej.. Karwon posiada dwa nienasycone wiązania C=C, jedno zlokalizowane w grupie izopropenylowej a drugie stanowi nienasycony keton ze szkieletem cykloheksenonu. Pierwsze wiązanie bogate jest w elektrony podczas gdy drugie ma deficyt elektronów. bie grupy alkenowe ulegają reakcji epoksydowania, ale wymagają różnych odczynników i warunków reakcji. dczynniki: Związek Masa molowa Gęstość (g/ml) Ilość (g/mol) (S)-(+) Karwon ml 30% H ml Metanol ml 6 N NaH ml CH 2 Cl ml Nas. roztwór NaCl ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) umieszczonej na mieszadle magnetycznym i zaopatrzonej we wkraplacz umieścić karwon (w zależności od dostępności na pracowni enancjomer R lub S) i metanol. Kolbę schłodzić mieszaniną wody z lodem. Do reakcji wkroplić roztwór wody utlenionej (1.5 ml) a następnie w przeciągu co najmniej 5 minut roztwór wodorotlenku sodu (1.0 ml). Mieszać reakcję w łaźni lodowej przez dodatkowe 15 minut. Po tym czasie kolbę doprowadzić do temperatury pokojowej i mieszać w tej temperaturze przez pół godziny. Dodać chlorek metylenu (10 ml) i przenieść zawartość kolby do rozdzielacza, przemyć warstwę organiczną wodą (1x10 ml) i nasyconym roztworem NaCl (1x10 ml). Wysuszyć warstwę organiczną siarczanem magnezu, odsączyć środek suszący i odparować rozpuszczalnik na wyparce próżniowej. Proszę wykonać analizę TLC otrzymanego otrzymanego produktu i porównać go z (S) karwonem. W tym celu kilka miligramów produktu/karwonu rozpuścić w buteleczce w 2 ml chlorku metylenu i nanieść Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 45

46 na płytkę z żele krzemionkowym. Płytkę rozwijać w układzie rozpuszczalników heksan/octan etylu (10:1). Związki są widoczne pod lampą UV, można je wywołać parami jodu. Proszę podać masę otrzymanego związku. Wydajność literaturowa reakcji to 72%. [a] Procedura syntezy na podstawie: J.Chem.Edu., 2006, 83, 158. PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas pracy z wodą utlenioną oraz wodorotlenkiem sodu. 3. Roztwór NaCl oraz 6N NaH proszę przygotować samodzielnie na pracowni. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: aromatyczny olej Analiza TLC: heksan/octan etylu (10:1) Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) surowej mieszaniny po reakcji: Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 46

47 Widma 1 H NMR (CDCl 3 ) czystych laktonów powstających w reakcji (źródło: J.Chem.Edu., 2006, 83, 158). SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Wodorotlenek sodu Może powodować Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ korozję metali Powoduje poważne ochronę oczu oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem Metanol Wysoce łatwopalna Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 47

48 ciecz i pary Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie ze skórą lub w następstwie wdychania Powoduje uszkodzenie narządów Siarczan magnezu Brak Brak Dichlorometan Działa drażniąco na skórę Działa drażniąco na oczy Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Może wywoływać uczucie senności lub zawroty głowy Podejrzewa się, że powoduje raka Może powodować uszkodzenie narządów (Wątroba, Krew) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą pokarmową Może powodować uszkodzenie narządów (Centralny układ nerwowy) poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane drogą oddechową Chlorek sodu Brak Brak (S) lub (R)Karwon Działa szkodliwie po połknięciu. Roztwór utlenionej wody Działa szkodliwie po połknięciu. Powoduje poważne uszkodzenie oczu. Działa szkodliwie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki. powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Stosować ochronę oczu/ ochronę twarzy. W przypadku połknięcia nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 48

49 5. Stereochemia reakcji węglowodanów 5.1. trzymywanie N-glukopiranozydu-p-nitroaniliny Celem ćwiczenia jest poznanie stereochemii cukrów oraz otrzymanie optycznie czynnej pochodnej D- glukozy. Proces jest wysoce chemo- i stereoselektywny; reakcji ulega tylko grupa hydroksylowa przy C- 1 z utworzeniem wyłącznie α-anomeru. H NH 2 H H H H H + N 2 HCl, MeH ogrzewanie H H H NH N 2 Glukoza jest naturalnym optycznie czynnym związkiem występującym w postaci dwóch enancjomerów L i D. W stanie krystalicznym ma formę cykliczną a enancjomery mogą różnić się położeniem grupy hydroksylowej przy C-1, mówimy wtedy o anomerach α lub β. Glukoza jest łatwo dostępna, tania i nietoksyczna, posiada wiele centrów chiralnych w swojej strukturze co czyni ją atrakcyjnym związkiem do syntezy innych optycznie czynnych pochodnych. Dodatkowo obecność grup hydroksylowych w cząsteczce daje szerokie możliwości ich chemicznej funkcjonalizacji. dczynniki: Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość α-d-glukoza g p-nitroanilina g Metanol ml HCl stężony krople Eter dietylowy ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy umieścić glukozę, p- nitroanilinę, metanol (30 ml) oraz dwie krople stężonego kwasu solnego. Reakcję prowadzimy w temperaturze wrzenia metanolu ogrzewając kolbę w łaźni wodnej przez 1 godzinę. Po ochłodzeniu reakcji do temperatury pokojowej odsączamy żółty osad produktu pod zmniejszonym ciśnieniem. sad przemywamy eterem dietylowym i suszymy na powietrzu. Surowy produkt można krystalizować z metanolu (na 1g związku 120 ml metanolu; w krótkim czasie pojawiają się ładne, długie kryształy), jednak z uwagi na dużą ilość potrzebnego do krystalizacji rozpuszczalnika proszę krystalizacji poddać g związku. Proszę policzyć wydajność reakcji i oznaczyć temperaturę topnienia przekrystalizowanego produktu. Wydajnośc literaturowa to 89%. [a] Procedura syntezy na podstawie: Carbohydrate Res. 2001, 415. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 49

50 PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną ostrożność podczas pracy ze stężonym kwasem solny oraz metanolem. WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: żółte ciało stałe. Literaturowa temperatura topnienia: o C (J.Chem.Soc. 1965, 4492). TLC: R f =0.4 (CHCl 3 /MeH 5:1). Skręcalność właściwa: [α] 20 D +342 (c=1.0; MeH) (J.Chem.Soc. 1965, 4492). Widmo 1 H NMR (MeD) czystego związku otrzymanego na pracowni studenckiej. Pytania do ćwiczeń: 1. Co to jest mutarotacja 2. Proszę wyjaśnić co to są anomery alfa i beta D-glukozy. 3. Jakim reakcjom mogą ulegać grupy hydroksylowe w cząsteczce glukozy? 4. Dlaczego w przeprowadzonej syntezie glukozy z p-nitroaniliną reakcji ulega tylko grupa H przy węglu C-1? Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 50

51 SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE Kwas solny stężony Może powodować korozję metali Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu Może powodować podrażnienie dróg oddechowych Metanol Wysoce łatwopalna ciecz i pary Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie ze skórą lub w następstwie wdychania Powoduje uszkodzenie narządów Siarczan magnezu Brak Brak p-nitroanilina Działa toksycznie po połknięciu, w kontakcie ze skórą lub w następstwie Wdychania może powodować uszkodzenie narządów poprzez długotrwałe lub narażenie powtarzane. Działa szkodliwie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu za skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć/lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. Przechowywać z dala od źródeł ciepła, gorących powierzchni, iskrzenia, otwartego ognia i innych źródeł zapłonu. Palenie wzbronione. Nie wdychać mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną W przypadku połknięcia Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. Unikać wdychania pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem, zmyć mydłem. W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na świeże powietrze i zapewnić mu warunki do swobodnego oddychania. Natychmiast skontaktować się z ośrodkiem zatruć lub z lekarzem. strożnie płukać wodą przez kilka minut. Wyjąć usunąć. Nadal płukać. α-d-glukoza Brak Brak Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 51

52 5.2. trzymywanie 1,2,3,4,6-penta--acetylo-α-D-glukopiranozy Celem ćwiczenia jest funkcjonalizacja grup hydroksylowych α-d-glukozy prowadząca do otrzymania pentaoctanowej pochodnej. Proces jest wysoce stereoselektywny i prowadzi do utworzenia wyłącznie α- anomeru. H Ac dczynniki: H H H H (CH 3 C) 2 ZnCl 2 Ac Ac Ac Ac Związek Masa molowa (g/mol) Gęstość (g/ml) Ilość α-d-glukoza g Chlorek cynku bezwodny g Bezwodnik kwasu octowego g Etanol ml PRCEDURA SYNTEZY [a] W trójszyjnej kolbie okrągłodennej (100 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i termometr należy umieścić bezwodny chlorek cynku oraz bezwodnik octowy. Mieszaninę ogrzewać łagodnie przez około 15 minut do rozpuszczenia ZnCl 2 (70-90 C). Po doprowadzeniu kolby do temperatury pokojowej umieścić ją na mieszadle magnetycznym i dodawać porcjami glukozę (reakcja może być egzotermiczna), następnie ogrzewać przez 1.5 godziny w temperaturze 90 C. Po tym czasie reakcję należy wylać do zlewki z wodą i lodem (około 50 ml) i pozostawić mieszając przez 15 minut na mieszadle magnetycznym. Powstały osad należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem, przemyć kilka razy zimną wodą i wysuszyć na powietrzu. Jeżeli osad nie wypadnie należy zdekantować wodę znad oleju i zolejony produkt schłodzić przez minimum 40 minut wodą z lodem lub pozostawić w lodówce. Produkt krystalizować z etanolu (około 50 ml). Proszę policzyć wydajność reakcji i oznaczyć temperaturę topnienia przekrystalizowanego produktu. Wydajność literaturowa to 82%. [a] Procedura syntezy na podstawie: A.I.Vogel, Preparatyka organiczna, PWN, Warszawa PUNKTY KRYTYCZNE SYNTEZY 1. Przed przystąpieniem do wykonywania preparatu proszę zapoznać się ze skróconymi kartami charakterystyki stosowanych odczynników. 2. Proszę zwrócić szczególną uwagę na łatwopalny etanol oraz chlorek cynku. Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 52

53 WŁAŚCIWŚCI FIZYKCHEMICZNE PRDUKTU Kolor i stan skupienia: białe ciało stałe. Literaturowa temperatura topnienia: o C (Carbohydrate Res. 2010, 1649). Skręcalność właściwa: [α] 20 D +104 (c=0.5; CHCl3) (Carbohydrate Res. 1994, 1). Widmo 1 H NMR (CDCl 3 ) czystego związku otrzymywanego na pracowni studenckiej. SKRÓCNA KARTA CHARAKTERYSTYKI DCZYNNIKÓW STSWANYCH W SYNTEZIE DCZYNNIK ZAGRŻENIE ZAPBIEGANIE α-d-glukoza Brak Brak 1,2,3,4,6-penta-acetylo-α-Dglukopiranoza Chlorek cynku Brak Działa szkodliwie po połknięciu. Powoduje poważne oparzenia skóry oraz uszkodzenia oczu.działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki Brak Unikać wdychania pyłu/ dymu/ gazu/ mgły/ par/ rozpylonej cieczy Stosować rękawice ochronne/ odzież ochronną/ ochronę oczu W przypadku kontaktu ze skórą lub włosami Natychmiast zdjąć całą zanieczyszczoną odzież. Spłukać skórę pod strumieniem wody/prysznicem W przypadku dostania się do dróg oddechowych Wyprowadzić lub wynieść poszkodowanego na Zakład Chemii rganicznej UMCS Strona 53