Zakład Chemii rganicznej UMCS SKRYPT D LABRATRIUM \\\ CHEMIA RGANICZNA \\\ dla specjalności CHEMIA SRDKÓW BIAKTYWNYCH I KSMETYKÓW ZESTAW ĆWICZENIWY NR 5
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 1 Procesy ekstrakcji, destylacji i krystalizacji w praktyce dczynniki: mieszanina kwasu benzoesowego i p-toluidyny chloroform 2M HCl 2M NaH 2g 40ml 50ml 50ml W kolbie Erlenmayera (100ml) należy rozpuścić 2g mieszaniny rozdzielanej w 40ml chloroformu. Roztwór przenosimy do rozdzielacza, dodajemy 20ml 2M HCl i wytrząsamy. Warstwę wodna zbieramy w kolbie stożkowej a organiczną wytrząsamy ponownie z 20ml roztwory kwasu solnego. Wodne ekstrakty łączymy i wytrącamy z nich p-toluidynę dodając roztwór 2M NaH aż do zobojętnienia roztworu. H 3 C NH 2 + HCl H 3 C NH 3 + Cl - Proces ten przeprowadzamy bardzo powoli, chłodząc kolbę w łaźni lodowej (p-toluidyna ma niska temperaturę topnienia - 44ºC - nie należy dopuścić do jej stopienia). Wytrącony osad należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem, przemyć dwukrotnie wodą destylowaną i wysuszyć na powietrzu. Następnie zważyć i zmierzyć temp. topnenia. H + NaH - Na + Pozostający w warstwie chloroformowej kwas benzoesowy należy wyekstrahować używając roztworu zasady (postępować analogicznie jak w przypadku ekstrakcji p-toluidyny) Kwas benzoesowy wytrąca się z warstwy wodnej dodając 2M HCl do odczynu kwaśnego. sad odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem i przemywa wodą destylowaną.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Kwas benzoesowy następnie należy poddać oczyszczaniu na drodze krystalizacji z wody. W tym celu zważyć kwas i obliczyć optymalną ilość rozpuszczalnika niezbędnego do przekrystalizowania związku. W tym celu skorzystać z tabeli poniżej. Rozpuszczalność g/100g H 2 20ºC 95ºC 0.28 6.9 Krystalizację należy wykonać w kolbie okrągłodennej, w której umieścić kwas benzoesowy, kamyczki wrzenne i dwukrotną ilość wody w stosunku do obliczonej. Mieszaninę ogrzewać łagodnie na koszyczku grzejnym (z transformatorem!) pod chłodnicą zwrotna do momentu rozpuszczenia kwasu. Gorący roztwór przesączyć przez sączek karbowany na lejku szklanym uprzednio ogrzanym w suszarce. Sączek przemyć małą ilością gorącej wody, przesącz odstawić w chłodne miejsce do krystalizacji. Kryształy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i wysuszyć na powietrzu. Porównać temp. topnienia kwasu przed i po krystalizacji. Pozostały po procesie ekstrakcji chloroform poddać destylacji prostej. Przedgon i pogon destylacji wylać do zlewek organicznych, natomiast frakcje właściwą oddać prowadzącemu.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 2 Synteza chlorku tert-butylu CH 3 H 3 C C H CH 3 37%HCl -H 2 CH 3 H 3 C C Cl CH 3 dczynniki: alkohol tert-butylowy 14.8g (d 0.78g/cm 3 ) Stęż kwas solny 50ml CaCl 2 (bezw) 6g 5% roztwór NaHC 3 40ml W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną umieścić alkohol, CaCl 2 i kwas solny. Mieszaninę należy mieszać przez 30 minut na mieszadle magnetycznym. Następnie całość przenieść do rozdzielacza, rozdzielenie warstw może potrwać do 15 minut. Warstwę kwasową odrzucić (wylać do zlewek kwaśnych) a organiczną przemyć bardzo ostrożnie roztworem 5% NaHC 3 (2x20ml) a następnie wodą. Warstwę organiczną wysuszyć chlorkiem wapnia, środek suszący odsączyć na sączku karbowanym z bibuły. Produkt poddać destylacji prostej. Zbierać frakcję właściwą w zakresie 49-51ºC.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 3 Synteza octanu 2-naftylu H 1. NaH 2. (CH 3 C) 2 CH 3 dczynniki: 2-naftol bezwodnik octowy 10% roztwór NaH metanol lub etanol 5g 5,7ml 25ml W kolbie okrągłodennej należy umieścić 2-naftol i 25ml roztworu wodorotlenku sodu. Kolbę należy mieszać na mieszadle magnetycznym przez 15minut, pojawiający się osad odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i przemyć wodą. sad krystalizować z etanolu lub metanolu, kryształy wysuszyć na powietrzu, zważyć, zmierzyć temp. topnienia (67-70ºC)i obliczyć wydajność reakcji.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 4 trzymanie pochodnej 3,4-dihydropirymidyn-2-onu H + H 2 N NH 2 Et NH dczynniki: N H benzaldehyd acetylooctan etylu mocznik etanol stęż HCl 0.260ml 0.484ml 150mg 15ml 2 krople W kolbce okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy umieścić benzaldehyd, acetylooctan etylu, mocznik, kwas solny oraz 10ml etanolu. Mieszaninę ogrzewać w temperaturze wrzenia przez 1.5-2 godzin. Kolbę schłodzić a powstały osad odsączyć pod zmniejszonym ciśnienie i przemyć zimnym etanolem (5ml). bliczyć wydajność reakcji, zrobić płytkę TLC w układzie chloroform/metanol (15:1) oraz zmierzyć temp. topnienia (198-200ºC).
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 5 Synteza acetyloglicyny H 2 C CH + (CH 3 C) 2 H 2 C CH NH 2 NHCCH 3 dczynniki: glicyna 7.3g bezwodnik octowy 10ml woda destylowana W kolbie stożkowej ze szlifem należy umieścić glicynę i 20ml wody destylowanej. Mieszać zawiesinę na mieszadle magnetycznym aż do niemal całkowitego rozpuszczenia się osadu. Następnie dodać całą ilość bezwodnika octowego i pozostawić mieszanie na 30 minut, reakcja jest egzotermiczna. Zawartość kolby można umieścić w łaźni lodowej lub pozostawić w lodówce do następnych zajęć. Wytrącone kryształy należy odsączyć, przemyć lodowatą wodą i najlepiej wysuszyć w 100ºC. Zmierzyć temp. topnienia (207-208ºC) i obliczyć wydajność reakcji.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 6 Synteza benzoesanu 2-naftylu CCl + Na dczynniki: 2-naftol 1.8g Chlorek benzoilu 1.5ml (d 1.21g/cm 3 ) 5% roztwór NaH 10ml etanol Dobrze rozdrobniony 2-naftol należy rozpuścić w kolbce okrągłodennej w przygotowanym wcześniej roztworze wodorotlenku sodu (jeśli źle się rozpuszcza należy dodać więcej wody lub delikatnie ogrzać mieszaninę) wykorzystując mieszadło magnetyczne. Następnie wkroplić chlorek benzoilu i pozostawić reakcję na 30 minut w temp. pokojowej. sad przesączyć pod zmniejszonym ciśnieniem (pod wyciągiem!), przemyć kilka razy zimną wodą. Ester należy krystalizować z etanolu, wysuszyć, oznaczyć temp. topnienia i obliczyć wydajność procesu.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 7 Synteza octanu izoamylu CH 3 CH + (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 H H 2 S 4 CH 3 CCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 + H 2 dczynniki: Kwas octowy lodowaty Alkohol izoamylowy 98% kwas siarkowy (VI) 5% roztwór NaHC 3 Siarczan magnezu bezw. 17ml 16.3ml (d 0.81g/cm 3 ) 0.5ml 50ml W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną należy umieścić kwas octowy, alkohol izoamylowy i kwas siarkowy. Zawartość kolby wymieszać i refluxować przez godzinę. Następnie kolbę schłodzić i przenieść zawartość do rozdzielacza, dodać 50ml wody i wytrząsać. Rozdzielić frakcje, warstwę organiczna przemyć ostrożnie roztworem NaHC 3 dwa razy oraz wodą. Warstwę organiczna wysuszyć siarczanem magnezu. Produkt destylować zbierając frakcję w temperaturze 136-141ºC (do destylacji zaleca się użycie krótkiej kolumny Vigreux. Gęstość octanu izoamylu d=0.876g/cm 3.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 8 (preparat dwuetapowy) Acetanilid (I etap) NH 2 H N CH3 + (CH 3 C) 2 dczynniki: Anilina Bezwodnik octowy Kwas octowy lodowaty Pył cynkowy 5ml 5ml 5ml 100mg W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnice zwrotną należy umieścić anilinę, bezwodnik octowy, kwas octowy i pył cynkowy. Mieszaninę łagodnie ogrzewać przez 30 minut, a po ochłodzeniu wylać do zlewki ze 150ml zimnej wody (energicznie wytrząsać w czasie tego procesu). Zlewkę umieścić w łaźni lodowej, wytrącony osad odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i krystalizować z wody. Kryształy wysuszyć na powietrzu, oznaczyć temp. topnienia (114ºC) i obliczyć wydajność reakcji.
Zakład Chemii rganicznej UMCS p-nitoacetanilid (II etap) NH NH NH + HN 3 H 2 S 4 + N 2 N 2 dczynniki: Acetanilid Kwas siarkowy stęż. Kwas octowy lodowaty Kwas azotowy stęż. Etanol NaCl 5g 11ml 5ml 3.6ml 60ml W kolbie trójszyjnej zaopatrzonej w termometr, wkraplacz i chłodnicę powietrzną należy umieścić kwas solny. Kolbe umieścić nad mieszadłem magnetycznym i chłodzić w łaźni lodowej. W kolbie stożkowej rozpuścić acetanilid w kwasie octowym, w razie potrzeby kolbę ogrzać. Rozpuszczony acetalilid po schłodzeniu przenieść do kolby trójszyjnej z kwasem siarkowym i schłodzić mieszaninę do 5ºC. Następnie wkraplać bardzo powoli kwas azotowy utrzymując temperaturę 15-20ºC. Po wkropleniu mieszać w tej temperaturze jeszcze przez 30 minut. Po tym czasie zawartość kolby wylać do zlewki zawierającej ok. 60ml wody z lodem. Powstały osad odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i przemyć lodowatą wodą do odczynu obojętnego. Produkt krystalizować z ok. 60ml etanolu 96%. Izomer para t.t. 214-216ºC, izomer orto t.t. 93-94ºC.
Zakład Chemii rganicznej UMCS Ćwiczenie 9 (preparat dwuetapowy) Kwas sulfanilowy (I etap) NH 2 NH.S 3 H NH 2 H 2 S 4 przegrupowanie dczynniki: S 3 H Anilina Stęż. kwas siarkowy 3M NaH Węgiel aktywny 14ml 20ml 2g W kolbie dwuszyjnej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną i wkraplacz należy umieścić anilinę. Następnie chłodząc kolbę zimna wodą wkraplać powoli kwas siarkowy. Po wkropleniu kwasu usunąć wkraplacz a na jego miejsce zamontować termometr. Kolbe umieścić nad koszykiem grzewczym (transformator!) i ogrzewać w temperaturze 180-190ºC przez 4 godziny. Sulfonowanie jest zakończone kiedy pobrana w reakcji próbka (2 krople) rozpuszcza się całkowicie bez mętnienia w 4ml 3M NaH. Mieszaninę chłodzimy i wylewamy do zlewki z 400 ml zimnej wody i lodu. Pozostawiamy na około 15 minut i odsączamy produkt pod zmniejszonym ciśnieniem. trzymany kwas sulfanilowy rozpuszczamy w gorącej wodzie (około 400ml), jeśli roztwór jest kolorowy należy dodać 2g węgla aktywnego i ogrzewać mieszaninę przez 15 minut. Po odsączeniu węgla aktywnego odstawić roztwór do krystalizacji. Związek krystalizuje jako dwuwodny kwas sulfanilowy, kryształy wietrzeją na powietrzu! Kwas sulfanilowy ogrzewany powyżej 200ºC ciemnieje i zwęgla się, temperatura rozkładu to około 288ºC, nie należy określać temperatury topienia.
Zakład Chemii rganicznej UMCS ranż metylowy (II etap) NH 2 NH 2 N 2 NaH HCl, NaN 2 C 6 H 5 N(CH 3 ) 2 NaH Na 2 S N N N(CH 3 ) 2 S 3 H S 3 Na S 3 dczynniki: Kwas sulfanilowy Stęż. kwas solny NaH NaN 2 C 6 H 5 N(CH 3 ) 2 NaCl 6g 5ml + 2.5ml 1g 2.1g 3ml (d = 0.96g/cm 3 ) 5g DIAZWANIE etap I W zlewce 100ml umieścić należy 6g kwasu sulfanilowego, 1g NaH oraz 40ml wody, całość ogrzewać na łaźni wodnej do rozpuszczenia roztworu. Następnie roztwór schłodzić i zbadać odczyn papierkiem lakmusowym, kolejno dodajemy 2.1 g azotanu sodu rozpuszczonego wcześniej w 10ml wody i całą mieszaninę umieszczamy we wkraplaczu. W zlewce 250ml umieszczamy 30g pokruszonego lodu oraz 5ml kwasu solnego, chłodząc zlewkę lodem wkraplamy do niej powoli zawartość ze wkraplacza (temperatura nie może przekroczyć 5ºC). Po wkropleniu mieszaninę chłodzimy jeszcze przez 15 minut 9wypadaja kryształy sulfonianu benzenodiazeniowego). SPRZĘGANIE N,N-DIMETYLANILINĄ etap II W zlewce należy umieścić N,N-dimetyloanilinę, kwas solny (5ml) rozcieńczony 1/1wodą. Roztwór ten wlewamy do soli diazoniowej, powstaje czerwony osad (kwasowa forma barwnika). Zawartość zlewki mieszamy przez 10 minut a następnie dodajemy roztwór 3M NaH do momentu uzyskania zmiany zabarwienia osadu na pomarańczowy. Krystalizacja barwnika: Zawartość zlewki po sprzęganiu ogrzewamy na łaźni wodnej z 5g chlorku sodu aż do momentu całkowitego rozpuszczenia soli i barwnika. dstawiamy do krystalizacji, osad sączymy pod zmniejszonym ciśnieniem.