TRZYLETNIE STUDIA STACJONARNE I STOPNIA specjalność CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW ZESTAW ĆWICZENIOWY NR 1
SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 1 Synteza kwasu benzoesowego z chlorku benzylu Cl COOH KMnO 4 chlorek benzylu nadmanganian potasu bezwodny węglan sodu kwas solny stężony siarczan(iv) sodu lub wodorosiarczyn sodu, 40% r-r 5 g (0.039 mola, 4.5 ml) 9 g (0.057 mola) 4 g (0.039 mola) 10 ml W kolbie kulistej o poj. 500 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną umieszcza się 5 g chlorku benzylu, 4 g węglanu sodu, 9 g nadmanganianu potasu i 200 ml wody. Mieszaninę tę ogrzewa się do wrzenia przez 2-3 godziny. Po zakończeniu reakcji roztwór powinien być bezbarwny. Jeśli jest zabarwiony, odbarwia się go przez dodanie małej ilości siarczynu sodowego (lub 40% wodorosiarczynu sodu). Gorący roztwór sączy się przez lejek sitowy, a osad dwutlenku manganu przemywa dwukrotnie po 25 ml gorącej wody, po czym do oziębionego roztworu dodaje się ostrożnie 10 ml stężonego kwasu solnego. Wytrącony osad odsącza się na lejku sitowym i przemywa kilkakrotnie małą ilością zimnej wody. Otrzymuje się 10 g surowego produktu o t.t. 115-120 o C. Surowy produkt krystalizuje się z wody, otrzymując 3.6 g (75%) produktu o t.t. 120-121 o C. 1 H NMR (CDCl 3 ) δ = 7.2-7.8 (m, aromatyczne, 3H), 8.0-8.3 (m, aromatyczne, 2H), 10 (bs, COOH, 1H) Lit.:
SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 2 Synteza p-metylobenzofenonu z chlorku benzoilu COCl Toluen AlCl 3 O toluen chlorek benzoilu chlorek glinu bezwodny kwas solny stężony wodorotlenek sodu siarczan magnezu bezwodny 25 g (0.27 mola, 24 ml)) 7.5 g (0.05 mola, 5.8 ml) 7.5 g (0.06 mola) 15 ml 1.5 g W kolbie kulistej o poj. 100 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną z zamontowanym u wylotu chłodnicy wężem, którego drugi koniec jest zanurzony w naczyniu z wodą (ma to na celu pochłonięcie tworzącego się chlorowodoru przez wodę) umieszczono 24 ml bezwodnego toluenu i 5.8 ml chlorku benzoilu. Do tak przygotowanego roztworu dodano porcjami w ciągu 10 min 7.5 g starannie utartego bezwodnego chlorku glinu, wstrząsając przy tym kolbą. Po dodaniu chlorku glinu natychmiast zachodzi energiczna reakcja, którą w razie konieczności się chłodzi. Po zakończeniu energicznej reakcji mieszaninę ogrzewano do łagodnego wrzenia przez ok. 3 godz., aż do zakończenia wydzielania się chlorowodoru. Jeszcze ciepłą zawartość kolby wylano do mieszaniny 50 g potłuczonego lodu i 15 ml stężonego kwasu solnego. Górną warstwę toluenową oddzielono i przemyto najpierw 25 ml 5%-r-rem wodorotlenku sodu, a potem 2*50 ml wody. Roztwór suszono bezw. siarczanem magnezu, sączono na sączku karbowanym i oddestylowano rozpuszczalnik. Pozostałość wylano na płytkę Petriego. p-metylobenzofenon po ostygnięciu zestala się. Surowy produkt oczyszcza się poprzez krystalizację z heksanu. Otrzymuje się 5.9 g (60%) produktu o t.t. 59-60 o C. 1 H NMR (CDCl 3 ) δ = 2.44 (s, CH 3, 3H), 7.29 (d, J = 8.8 Hz, aromatyczne, 2H), 7.42-7.60 (m, aromatyczne, 3H), 7.72-7.82 (m, aromatyczne, 4H) Lit.: Ghiaci M., Asghari J. Synth. Commun., 1998, 28, 2213.
SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 3 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 15 17 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 ) δ = 6.40 (d, 1H), 7.40-7.50 (m, 3H), 7.52-7.64 (m, 2H), 7.81 (d, 1H), 12.7 (bs, 1H, OH)
SYNTEZA JEDNOETAPOWA Nr 4 Synteza oranżu β-naftolu z β-naftolu SO 3 H 1. Na 2 CO 3 2. HCl 3. NaNO 2 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. 1000 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 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%).
SYNTEZA TRZYETAPOWA Synteza 1,3,5-tribromobenzenu z nitrobenzenu NH 2 NH 2 NO 2 Fe lub Sn 2 NaNO 2, H 2 SO 4 H AcOH EtOH, Nitrobenzen Anilina 2,4,6-Tribromoanilina 1,3,5-Tribromobenzen Synteza aniliny z nitrobenzenu NO 2 NH 2 Fe lub Sn 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 H 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 30-60 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 destyluje, zbierając frakcję wrzącą w temp. 180-184 o C. Wydajność aniliny wynosi 7.3 g (97%); n D = 1.5860. 1 H NMR (CDCl 3 ) δ = 3.35 (s, NH 2, 2H), 6.25-7.30 (m, aromatyczne, 5H) Lit: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wydanie II, WNT, Warszawa 1984, str. 562. Synteza 2,4,6-tribromoaniliny z aniliny NH 2 NH 2 2 AcOH anilina brom kwas octowy lodowaty etanol 7.3 g (0.079 mola, 7 ml) 34.5 g (0.24 mola, 12.6 ml) 100 ml W kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono 7 ml aniliny i 50 ml lodowatego kwasu octowego. Kolbę chłodzi się w łaźni lodowej i dodaje się kroplami z wkraplacza roztwór 12.6 ml bromu w 50 ml lodowatego kwasu octowego. Po zakończeniu dodawania bromu całość miesza się przez 15 min i wylewa do zlewki z 300 ml wody z lodem. Powstały osad sączy się na lejku sitowym, przemywa 60 ml wody i krystalizuje z etanolu. Wydajność 2,4,6-tribromoaniliny o t.t 119-120 o C wynosi 24.6 g (95%). 1 H NMR (DMSO-d 6 /CDCl 3 ) δ = 4.5 (s, NH 2, 2H), 7.5 (s, aromatyczne, 2H). Lit: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wydanie II, WNT, Warszawa 1984, str. 576. Synteza 1,3,5-tribromobenzenu z 2,4,6-tribromoaniliny NH 2 NaNO 2, H 2 SO 4 EtOH, 2,4,6-tribromoanilina Azotyn sodu Kwas siarkowy stężony Etanol 24.6 g (0.075 mola) 9 g (0.075 mola) 9 ml 100 ml
Toluen 25 ml W dwuszyjnej kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i mieszadło magnetyczne, rozpuszcza się na gorąco 24.6 g 2,4,6-tribromoaniliny w 100 ml etanolu i 25 ml toluenu. Następnie, za pomocą pipety, dodaje się 9 ml stężonego kwasu siarkowego przez boczną szyję kolby. Po doprowadzeniu mieszaniny do wrzenia usuwa się łaźnię wodną i chłodzi się mieszaninę do temp. 0-5 o C. Po ochłodzeniu mieszaniny wkrapla się w temp. 0-5 o C roztwór 9 g NaNO 2 w 25 ml wody. Po zakończeniu dodawania azotynu, gdy reakcja przebiega spokojnie, ponownie ogrzewa się mieszaninę reakcyjną do wrzenia, do chwili zaniku wydzielania się gazów. Otrzymany roztwór pozostawia się do ochłodzenia, a następnie oziębia się w łaźni lodowej. Powstały osad sączy się na lejku sitowym i przemywa 10 ml etanolu oraz 100 ml wody. Surowy 1,3,5-tribromobenzen krystalizuje się z etanolu (100 ml) otrzymując 16 g (68%) produktu o t.t. 121-122 o C. Lit.: A. Vogel, Preparatyka organiczna, wyd. II., WNT, Warszawa 1984, str. 605.