Органическая химия: Учебно-методическое пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Учебно-методическое пособие для вузов

Воронеж 2007

Утверждено Научно–методическим советом химического факультета ВГУ, протокол № 1 от 04 сентября 2006 г.

Составители: Н.И. Коптева, Л.В. Моисеева, С.М. Медведева, Х.С. Шихалиев

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре органической химии химического факультета Воронежского государственного университета. Рекомендуется для студентов 3 и 4 курсов дневного и вечернего отделений химического факультета.

Для специальности: 020101 (011000) – Химия

3 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА Основные правила работы в лаборатории органического синтеза. Меры предосторожности при работе с органическими веществами. Работа с ядовитыми веществами, первая помощь при отравлении, при попадании на кожу. Правила работы с кислотами, щелочами, металлическим натрием, галогенами. Техника безопасности при работе с органическими растворителями. Ликвидация пожаров в лаборатории, средства тушения пожаров. Первая помощь при термических ожогах. Меры предосторожности при работе с вакуумными установками. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Работы проводятся только с разрешения преподавателя и в его присутствии, запрещается присутствие посторонних в лаборатории. Cтудент должен иметь хлопчато-бумажный халат. Запрещается хранить в лаборатории верхнюю одежду. На рабочем месте не должно быть лишней посуды и реактивов. Запрещается оставлять без присмотра зажженные горелки. Запрещается бросать в раковину бумагу, песок и другие твердые остатки. По окончании работы необходимо выключить газ, закрыть водопроводный кран, охладить установку, разобрать ее, помыть посуду, убрать рабочее место. Качество уборки рабочих мест проверяет дежурный по группе, который уходит из лаборатории последним с разрешения лаборанта. РАБОТА С ПОСУДОЙ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Перед использованием стеклянной посуды её осматривают на наличие трещин. При нагревании высококипящих жидкостей пользуются только круглодонными колбами, заполненными не более чем на 2/3 объёма. Стеклянную посуду нагревают на асбестовой сетке; пламя горелки не должно выбиваться из-под сетки. Стеклянную посуду закрепляют только в обрезиненные лапки. Посуду, в которой находились концентрированные кислоты или щёлочи, моют немедленно. Вставляя стеклянную трубку в пробку, нужно держать её близко к вставляемому концу и слегка ввинчивать, предварительно смазав глицерином. Пробка должна входить в отверстие на 1/3-1/2 своей высоты.

4 РАБОТА С ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКТИВАМИ 1.

На всех склянках с реактивами должны быть этикетки. Промежуточные продукты хранят в лабораторном шкафу в закрытой посуде с чёткой надписью. 2. При взвешивании сухих реактивов на чашу весов обязательно кладут бумагу. Просыпавшееся на стол вещество нельзя высыпать в банку, где оно хранилось. 3. При смешивании жидкостей жидкость с большей плотностью (концентрированные кислоты) приливают при перемешивании к жидкости с меньшей плотностью (вода). 4. Твёрдые щёлочи растворяют в воде небольшими порциями при перемешивании в термостойкой посуде. 5. Разлитые кислоты и щёлочи засыпают песком, нейтрализуют, после чего проводят уборку. 6. Огнеопасные жидкости нагревают только на банях в колбах с обратным водяным холодильником. 7. Приборы всегда должны иметь сообщение с атмосферой. 8. Запрещается вносить пористые вещества (в том числе кипелки) в нагретые жидкости и перегонять жидкости досуха. 9. Опыты с токсичными веществами проводят в вытяжном шкафу. 10. Нюхать вещества нужно, направляя к себе пары движением руки. 11. Остатки реактивов сливают в специальную посуду с соответствующей этикеткой, находящуюся в вытяжном шкафу. ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ 1. При мелких порезах стеклом – извлечь осколки из раны, смазать её раствором c массовой долей йода 3 % , перевязать. При глубоких порезах – наложить жгут, туго перевязать, обратиться к врачу. 2. При лёгких термических ожогах смочить ожог спиртом, смазать сульфидиновой эмульсией. При сильном ожоге – покрыть рану стерильной повязкой, обратиться к врачу. 3. При ожогах кислотой ожог хорошо промыть водой, затем раствором c массовой долей бикарбоната натрия 3%. 4. При ожогах щёлочью – ожог промыть водой, затем раствором c массовой долей уксусной кислоты 1 %. 5. При попадании кислоты или щёлочи в глаз – промыть водой, затем раствором борной кислоты c массовой долей 2 %, если в глаз попала щёлочь, или раствором соды c массовой долей 3 %, если в глаз попала кислота; затем закапать одну каплю касторового масла и отправить к врачу.

5 ТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Методы работы с органическими веществами. Нагревание, охлаждение, растворение, фильтрование высушивание. Посуда и оборудование. Основные стадии органического синтеза. Проведение реакции. Приборы. Методы выделения и очистки органических продуктов. Перегонка при атмосферном давлении, с водяным паром, в вакууме. Дробная перегонка. Ректификация. Приборы. Экстракция. Перекристаллизация. Сублимация. Методы сушки твердых, жидких, газообразных веществ. Идентификация органических соединений. Определение важнейших констант органических соединений: температуры плавления, кипения, плотности, Использование тонкослойной хроматографии для идентификации и определения степени чистоты вещества. ОСНОВНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА

1

2

3

4

5

6

Рис. 1. Колбы 1,2- круглодонные; 3,4- плоскодонные; 5-Вюрца; 6- Бунзена

1

2

3

4

Рис. 2.Воронки 1 - обычные; 2,3-делительные (капельные); 4 - воронка Бюхнера

6

1

2

3

4

Рис. 3. Холодильники 1 - воздушный; 2 – 4 - водяные: Либиха ( 2 ), шариковый ( 3 ), змеевиковый ( 4 )

1

2

3

4

5

Рис. 4. Насадки 1 - алонж; 2 - водоотделитель; 3, 4- дефлегматоры; 5- хлоркальциевая трубка

7 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ РАЗДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИОННЫХ СМЕСЕЙ Способы разделения реакционных смесей должны соответствовать физико–химическим и химическим свойствам ожидаемых продуктов реакции. При этом следует принимать во внимание следующие факторы: летучесть (при выпаривании растворителя); полярность (при экстракции из водной фазы); устойчивость по отношению к воде, кислотам, основаниям, если по окончании реакции добавляются эти вещества; устойчивость к воздействию тепла, кислорода воздуха, света. I. Разбавление реакционной массы водой или льдом Разбавление реакционной массы проводят выливанием реакционной массы при перемешивании в воду или на лед с последующим фильтрованием или экстракцией продукта реакции. II. Фильтрование Фильтрование проводят через складчатый фильтр с целью очистки от твердых примесей, если целевой продукт остается в растворе (далее осуществляют отгонку растворителя). Более эффективным является фильтрование под вакуумом (как правило, вакуумом водоструйного – насоса). Этот способ применяют как для очистки раствора от примесей, так и для выделения твердого целевого продукта. Кристаллы отделяют от маточного раствора с помощью воронки Бюхнера и присоединённой к насосу колбы Бунзена. Фильтр должен закрывать все отверстия дна воронки и не прилегать к её стенкам. Перед фильтрованием фильтр смачивают растворителем, включают насос, чтобы фильтр придавило к воронке, а затем начинают фильтрование. Когда капли маточного раствора перестанут появляться на конце воронки Бюхнера, кристаллы промывают 5 см3 растворителя, предварительно отсоединив колбу Бунзена от насоса, а затем снова подключают к насосу и отжимают осадок стеклянной пробкой.

к водоструйному насосу

Рис. 5. Схема прибора для фильтрования при уменьшенном давлении: 1 — воронка Бюхнера; 2 — осадок; 3 — бумажный фильтр; 4 — колба Бунзена; 5 — фильтрат; 6 — склянка Вульфа

8 При фильтровании в присутствии сильных щелочей, кислот и окислителей, которые разрушают обычную фильтровальную бумагу, применяют пористые стеклянные фильтры Шотта с различным диаметром пор. III. Перегонка 1. Простая перегонка. Применяют если разность температур кипения компонентов составляет более 60 0С, или необходимо отогнать растворитель из реакционной массы.

Рис. 6. Прибор для простой перегонки: 1 – колба Вюрца; 2 – термометр; 3 – нисходящий холодильник; 4 – аллонж; 5 – приемная колба. 2 Фракционная (дробная) перегонка. Если температуры кипения компонентов достаточно близки, то необходимо использование дефлегматоров. Для веществ с высокими температурами кипения при нормальном давлении фракционную перегонку следует проводить в вакууме водоструйного или масляного насоса.

Рис. 7. Прибор для фракционной перегонки: 1 – перегонная колба; 2 – дефлегматор; 3 – термометр; 4 – холодильник; 5 – аллонж; 6 – приемная колба.

9 3. Перегонка при пониженном давлении (вакуумная перегонка) применяется для некоторых органических веществ, которые нельзя перегонять при атмосферном давлении, так как они частично или полностью разлагаются при температуре кипения. Перегонка при пониженном давлении понижает температуру кипения жидкости. При работе под вакуумом следует соблюдать ряд правил техники безопасности. Колбу Кляйзена заполняют после того, как прибор проверен на герметичность. Нагревание жидкости начинают после достижения необходимого вакуума. Перегонку проводят в защитных очках. Во избежание взрыва нельзя перегонять вещество досуха. После окончания перегонки систему следует охладить, а затем медленно впустить воздух.

Рис. 8. Прибор для перегонки при пониженном давлении: 1 – колба Кляйзена; 2 – капилляр, соединенная с резиновым шлангом с зажимом; 3 – термометр; 4 – холодильник; 5 – аллонж (паук); 6 – приемные колбы; 7 – предохранительная склянка; 8- манометр. 4 Перегонка с водяным паром применяется для выделения высококипящих веществ, несмешивающихся и невзаимодействующих с водой, осуществляется посредством пропускания водяного пара через смесь. Преимущество метода - возможность перегонки соединений при температуре около 100 0С, что гораздо ниже их температур кипения.

Рис. 9. Прибор для перегонки с водяным паром: 1 – парообразователь; 2 – тройник с зажимом; 3 – перегонная колба; 4 – холодильник; 5 – аллонж; 6 – приемная колба.

10 IV. Кристаллизация Кристаллизацию осуществляют из пересыщенных растворов следующими методами: а) медленное охлаждение насыщенного и профильтрованного горячего раствора до комнатной температуры и ниже (холодильник); б) медленное добавление по каплям второго растворителя, в котором кристаллизуемое вещество плохо растворяется, к насыщенному при комнатной температуре раствору данного вещества. Добавление ведут до появления устойчивого помутнения, при этом не должно образовываться две фазы. Затем раствор охлаждают. Для инициирования кристаллизации используют следующие приемы: внесение затравочного кристалла в раствор, трением стеклянной палочкой, погруженной в раствор, о стенку сосуда, переохлаждение с последующим медленным нагреванием при трении стеклянной палочкой по стенке сосуда. Температура эффективного образования центров кристаллизации должна быть примерно на 100 0С ниже, а температура максимального роста кристаллов – на 50 0С ниже температуры плавления. Очень сильное охлаждение в большинстве случаев не приводит к кристаллизации чистого вещества. Температура приготовления насыщенного раствора должна быть примерно на 30 0С выше температуры плавления кристаллизующегося вещества; в противном случае вещество выпадает в виде масла. При кристаллизации неописанных в литературе веществ следует проверить несколько растворителей. Фильтрование продукта после кристаллизации лучше всего проводить под вакуумом. V. Экстракция Экстракция применяется для извлечения из водной фазы продуктов реакции с помощью растворителя, не смешивающегося с водой. Выбор последнего определяется полярностью экстрагируемого соединения. Разделение органической и водной фазы проводят с помощью делительных воронок с учетом плотностей экстрагента и водного раствора. Ни одну из полученных фаз не выбрасывают, пока продукт не будет выделен с ожидаемым выходом. Для выделения полярных веществ водную фазу перед экстракцией необходимо насыщать хлоридом натрия. Наиболее целесообразно проведение экстракции в несколько приемов небольшими порциями экстрагента. Объединенные вытяжки промывают водой или предварительно, если необходимо, раствором кислоты или основания (чаще всего карбоната или гидрокарбоната натрия) для удаления примесей оснований или кислот, соответственно. После этого экстракт сушат над подходящим осушителем: безводные сульфаты

11 натрия или магния, хлорид кальция и т.п. При этом экстрагируемое вещество и осушитель не должны взаимодействовать друг с другом. В дальнейшем проводят либо дробную перегонку для жидких веществ, либо частичную отгонку (упаривание) растворителя с последующей кристаллизацией твердого вещества. Экстракция твердых веществ. Для экстракции твердых веществ из твердой смеси, содержащей другие вещества, которые нерастворимы ни в органических растворителях, ни в воде, часто пользуются методом непрерывной экстракции в экстракторе Сокслета.

Рис. 10. Экстрагирование жидкостей в делительной воронке: а– распределение вещества между двумя не смешивающимися растворителями: 1 – верхнее отверстие с пробкой; 2 – растворитель; 3 – экстрагируемое вещество в другом растворителе; 4 – кран; б – положение делительной воронки при стравливании избыточного давления.

Рис. 11. Прибор Сокслета: 1– экстрагируемое вещество; 2 – пористая гильза; 3 – трубка сифона; 4 – растворитель.

12 ОЧИСТКА ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ Из перечисленных выше способов выделения продуктов реакции для их очистки чаще всего используют фракционную перегонку и кристаллизацию (перекристаллизацию). В последнем случае желательно, чтобы вещество хорошо растворялось в выбранном растворителе при нагревании и хуже – при охлаждении. Очистку можно проводить также другими способами. I. Возгонка (сублимация). Применяется для очистки веществ, имеющих более высокое, чем примеси, давление насыщенного пара. При возгонке вещество испаряется в вакууме при повышенной температуре (но ниже температуры плавления) с последующей конденсацией на охлаждаемой поверхности также в виде твердого вещества.

Рис. 12. Возгонка веществ на часовых стеклах (а) и в фарфоровой чашке с воронкой (б): 1 – фильтр с отверстиями; 2 – воронка с ватным тампоном; 3 – фарфоровая чашка; 4 – часовые стекла. II. Высушивание жидкостей. Одной из нежелательных и наиболее распространённых примесей в органическом веществе является вода. Очистка вещества от примеси воды называется высушиванием (сушкой). Для этого применяют неорганические осушители, которые эффективно связывают воду в результате химического взаимодействия с ней или образования кристаллогидратов. Осушитель не должен химически взаимодействовать с высушиваемым веществом или растворяться в нём.Осушители отличаются степенью универсальности и эффективностью удаления примеси воды. Наиболее универсальными являются хлорид кальция CaCl2, сульфат натрия Na2SO4, сульфат магния MgSO4, применяемых в виде плавленых или свежепрокалённых гранул. Жидкость, которую нужно высушить, наливают в плоскодонную колбу, насыпают туда тонким слоем осушитель, закрывают сосуд пробкой и периодически встряхивают. Чтобы снизить потери вещества от

13 адсорбции на осушителе, его массовая доля в растворе не должна превышать 3 %.В процессе высушивания часть осушителя, поглощая воду, расплывается, а мутная органическая жидкость становится прозрачной. Сушка продолжается от нескольких минут до нескольких часов. Высушенную жидкость сливают с осушителя декантацией или фильтруют через складчатый фильтр в сухую перегонную колбу и перегоняют. Если осушитель не будет отфильтрован, то большая часть воды при нагревании снова окажется в полученном при перегонке дистилляте. III. Хроматография. В практике органического синтеза широко применяют различные варианты жидкостной и газовой хроматографии. Наиболее часто используют колоночную и тонкослойную (ТСХ) хроматографию, вследствие простоты их проведения. ТСХ применяется как для аналитических (проверка идентичности и чистоты реагентов и продуктов, см. выше), так и для препаративных (разделение смеси веществ) целей. Однако в последнем случае метод имеет ограничения по массе разделяемой смеси. Анализ с помощью ТСХ обычно проводят на пластинках с закрепленным слоем сорбента (чаще всего силикагеля с размером зерен 0,2 мм с нанесенным флуоресцентным индикатором (λ = 254 нм) для проявления хроматограммы). Разбавленные растворы исследуемых соединений или реакционной смеси, а также веществ сравнения (свидетелей) наносят тонкими капиллярами на линию старта после чего проводят элюирование восходящим методом. Элюент необходимо подбирать таким образом, чтобы пятна компонентов реакционной смеси имели Rf в интервале 0,2 – 0,8. Элюирование осуществляют либо чистым растворителем, либо смесью последних. Результаты ТСХ реакционной смеси служат основой для препаративного разделения последней с помощью колоночной хроматографии. Оптимальным элюентом является тот, в котором Rf целевого продукта имеет значение 0,2 – 0,3. Иногда данный метод применяют для конечной очистки технического продукта. КРИТЕРИИ И КОНТРОЛЬ ЧИСТОТЫ ПРОДУКТОВ Каждое органическое соединение характеризуется постоянными физическими свойствами, которые чаще всего зависят от давления и температуры. Из этих физических свойств наиболее легко определяются температура плавления, температура кипения, показатель преломления и плотность; поэтому в химической литературе, в учебниках, справочниках и специальных таблицах при описании отдельных соединений всегда приводятся эти характерные физические свойства.

14 Наиболее простой способ доказательства чистоты данного вещества состоит в определении его физических констант и сравнении их с литературными данными. Чаще всего для выяснения степени чистоты кристаллического вещества достаточно определить температуру его плавления, а для жидкости — определить плотность, температуру кипения и показатель преломления. Для вновь синтезированных веществ дополнительным критерием чистоты являются результаты элементного анализа, соответствующие теоретическим расчетам. В обоих случаях индивидуальность соединения подтверждается данными ТСХ. Для точного определения температуры плавления вещество помещают в стеклянный капилляр, запаянный с одного конца, так, чтобы его плотный слой занимал около 4 мм. Колбу прибора Ротта заполняют глицерином, концентрированной серной кислотой или высококипящим силиконовым маслом. Термометр закрепляют в резиновой пробке, которую вставляют в специальную пробирку, присоединяемую на шлифах к горлу колбы. Два приготовленных капилляра закрепляют посредством резинового кольца по обе стороны термометра на уровне шарика так, чтобы было видно одновременно и шкалу термометра, и содержимое капилляра на просвет. Нагрев осуществляют сначала быстро, а когда показания термометра достигнут величины на 10 – 15° ниже температуры плавления, нагревание регулируют так, чтобы столбик ртути поднимался со скоростью не более 1–2 °/мин. Рис. 12. Прибор Рота Началом плавления считают изменение для определения внешнего вида вещества (уплотнение, температуры появление пузырьков воздуха между плавления: кусочками и т.п.). Отмечают температуру, при которой все вещество превратится в 1 –колба; жидкость. Интервал температур между 2 – теплоноситель; началом и концом плавления тем меньше, 3 – капилляр; чем чище вещество. На практике считается 4 – пробирка; допустимым, если вещество плавится в 5 – термометр. пределах 1 – 2 °. Для получения более точных результатов проводят повторное определение.

15 РАБОТА С ХИМИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ Система химической литературы: источники первичной информации (журнальные статьи, патенты), учебники и учебные пособия, препаративные руководства и сборники методик, обобщающие монографии, обзоры. Система справочной литературы. Реферативные журналы и указатели к ним: предметный, формульный, авторский, патентный. Основные химические журналы на русском, немецком, английском языках. Этапы подбора литературных данных. Способы ведения записей. Научная картотека. ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 1. Сдача теоретического коллоквиума по теме. 2. Проверка преподавателем оформленной части отчета, расчетов, схем установок, знания хода выполняемой работы 3. Синтез вещества, его очистка, определение констант и выхода. 4. Сдача отчёта и полученного вещества. ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Название метода синтеза. Название синтезируемого вещества. Уравнения реакций. Схемы установок. Методика синтеза. Расчет количества исходных веществ. Исходные вещества

Название, бруттоформула

Количество m V, ω, (р-ра), мл % г

Ткип Тпл., ρ, М, °С г/мл г/мол °С

m ν, соотн. 100%, моль моль г

7. Характеристика продукта реакции. Название, бруттоформула

М, г/моль

Т кип. (°С) лит.

найд.

ρ

m (г) или v (мл) расчет.

практ.

Выход, (%)

16 ВОПРОСЫ КОЛЛОКВИУМОВ И ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ОСНОВНЫМ МЕТОДАМ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ Методы введения галогенов в органические соединения. Галогенирующие агенты. Получение алифатических галогенпроизводных. Замещение в алканах. Присоединение по кратным углерод-углеродным связям галогенов, галогенводородов, гипогалоидных кислот. Правило Марковникова. Перекисный эффект Караша. Получение галогенпроизводных из спиртов, простых эфиров, оксосоединений, карбоновых кислот. Галогенирование аренов, механизм замещения. Условия галогенирования в ядро и боковую цепь. Галогенирование фенола, анилина. Особенности ориентирующего действия галогенов. Реакции нуклеофильного замещения галогена. Механизм SN1 и SN2. Сравнительная подвижность галогенов у sp3- , sp2- и spгибридизированных атомов углерода.

Иодоформ

H3C - CO - CH3 + 3I2 CI3 - CO - CH3 + NaOH

CI3 - CO - CH3 + 3HI CHI3 + CH3COONa

В стакан помещают 4 г иодида калия, приливают 7,5 мл дистиллированной воды и после растворения соли добавляют 2 г иода. К полученному раствору приливают 17,5 мл воды. Затем в реакционную массу вводят 5 мл ацетона и при перемешивании по каплям добавляют из капельной воронки 10%-ный раствор гидроксида натрия до исчезновения красноватой окраски раствора (приблизительно 4,5 мл). Иодоформ при этом выпадает в виде жёлтого кристаллического осадка, через 30 мин его отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством воды и высушивают на воздухе. Выход 0,93 г (90% от теоретического); т. пл. 119°С.

17 Бромистый бутил

KBr + H2SO4 C4H9OH + HBr

HBr + KHSO4 C4H9Br + H2O

В круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, вносят 30 мл воды, 20 мл 1-бутанола и 31 г бромистого калия. Колбу охлаждают и медленно добавляют 23 мл концентрированной серной кислоты, хорошо перемешивают покачиванием колбы. Затем содержимое колбы нагревают до кипения и на небольшом пламени кипятят 2 часа. Меняют обратный холодильник на нисходящий и с уголком отгоняют бромистый бутил, содержащий примеси воды, бутилового эфира, бутилового спирта, бутилена, брома. Дистиллят переносят в делительную воронку, промывают 20 мл воды с небольшим количеством бисульфита натрия для устранения окраски, вызванной присутствием следов брома, сливают нижний слой бромистого бутила в чистую колбу. Промывают бромистый бутил 20 мл 10%-ного раствора едкого натра (для удаления следов серной кислоты). Мутный бромистый бутил сушат 5 г безводного хлористого кальция. После того как содержимое колбы станет прозрачным, сливают высушенный бромистый бутил в колбу Вюрца емкостью 50 мл и перегоняют, собирая фракцию, кипящую в пределах 99 – 1030С. Выход бромистого бутила около 23 г. 2,4,6-Трибромфенол

OH

OH

Br

Br + 3 Br2

+ 3 HBr Br

В стакане растворяют 1,2 г фенола в 70 мл воды и к раствору при размешивании стеклянной палочкой приливают из капельной воронки насыщенный раствор 2 мл брома в воде до тех пор, пока жидкость в стакане не примет желтой неисчезающей окраски. Выпавший белый хлопьевидный осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из 50%-ного водного раствора изопропилового спирта. т.пл. 95-96 ОС.

18

трет-Бутилхлорид

(CH3)3C - OH + HCl

(CH3)3C - Cl + H2O

Смесь 74,1 г (1,0 моль) трет-бутанола и 250 мл (~ 3,0 моль) концентрированной соляной кислоты энергично встряхивают в делительной воронке в течение 5 мин. Образовавшиеся фазы разделяют, органическую фазу промывают насыщенными растворами NaHCO3 и NaCl и высушивают над CaCl2. Последующая перегонка дает 74,1 г трет-бутилхлорида в виде бесцветной жидкости с т. кип. 510С. Выход 80%.

α – Бромнафталин

Br

+

Br2

+

HBr

Работу проводят в вытяжном шкафу! В стакан на 200 мл помещают 25,6 г тонко растертого нафталина, 40 мл воды и при помешивании, нагревая смесь на водяной бане до 40 – 500C, добавляют по каплям 10 мл брома из капельной воронки с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 500С. После прибавления всего количества брома перемешивание продолжают до исчезновения желтой окраски реакционной массы. Затем содержимое стакана переносят в делительную воронку и отделяют нижний масляный слой от водного. Переносят масло в колбу на 250 мл и перегоняют с перегретым до 1300С водяным паром для удаления от α – бромнафталина неизменного нафталина и других примесей, при этом должно отогнаться около 70 – 80 мл жидкости. Перегонку с паром продолжают до исчезновения в холодильнике кристаллов нафталина. Оставшееся в реакционной колбе масло отделяют и сушат хлористым кальцием и перегоняют в вакууме из колбы Кляйзена, собирая фракцию, кипящую при 145 – 1480С (20 мм рт. ст.) или 132 – 1350С (12 мм рт.ст.). Выход α – бромнафталина около 20 г.

19 п-Броманилин

NHCOCH3

NHCOCH3

NH2

Br

Br

Br2

Работу проводят в вытяжном шкафу! В колбу емкостью 200 мл вносят 13,5 г (0,1 моля) ацетанилида и 50 мл ледяной уксусной кислоты и слегка нагревают для завершения растворения. Затем при температуре, не превышающей 400С, медленно при перемешивании добавляют раствор 16 г (0,1 моля) брома в 20 мл ледяной уксусной кислоты. Через 8 – 10 мин. реакция заканчивается и реакционную смесь вместе с выпавшим п-бромацетанилидом выливают в 300 мл воды, содержащей немного льда. Затем туда же добавляют раствор бисульфита натрия до обесцвечивания раствора и осадка. Белый осадок отсасывают, переносят с фильтра в колбу на 500 мл, добавляют 150 мл воды и 50 мл концентрированной соляной кислоты и кипятят с обратным холодильником 30 мин. (тяга!). Затем дают остыть, добавляют 20%-ный раствор едкого натра до щелочной реакции и отгоняют полученный пброманилин с водяным паром. п-Броманилин застывает в холодильнике, поэтому время от времени из рубашки холодильника приходится выливать воду. Отсасывают собравшийся в приемнике п-броманилин и высушивают. Выход около 10 г (60% от теоретического); т. пл. 64 – 650С.

СУЛЬФИРОВАНИЕ Процесс сульфирования, сульфирующие агенты. Сульфирование алканов. Механизмы сульфохлорирования и сульфоокисления. Сульфирование ароматических углеводородов. Влияние различных факторов на ход сульфирования (строение исходного соединения, температура, сульфирующий агент, катализатор). Сульфирование фенола, анилина, нафталина. Получение производных сульфокислот: сульфохлоридов, амидов, эфиров. Обмен сульфогруппы на водород, гидроксил, другие группы. Сульфирование фурана, пиррола, тиофена, пиридина. Реакция Терентьева.

20 Бензолсульфонат натрия

SO3H

+

HO SO3H

SO3Na NaCl

+

- H2O

HCl

Работу проводят в вытяжном шкафу! В стакане готовят насыщенный раствор чистого хлорида натрия (10 г соли в 35 – 40 мл воды) и охлаждают его ледяной водой. В колбу наливают 10 мл серной кислоты (моногидрат) и прибавляют осторожно маленькими порциями 5 мл бензола, встряхивая колбу после каждого приливания бензола. Новую порцию добавляют после растворения предыдущей добавки. Если реакция идет слишком быстро, то нужно колбу охлаждать снаружи ледяной водой. После растворения всего внесенного бензола и охлаждения раствора его приливают маленькими порциями к насыщенному холодному раствору хлорида натрия. Через некоторое время, особенно при легком потирании стенок стакана стеклянной палочкой и при охлаждении, выпадает натриевая соль бензолсульфокислоты в виде блестящих листочков, которую отсасывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством насыщенного раствора хлористого натрия. Сушат натриевую соль бензолсульфокислоты сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при 1100С. Выход натриевой соли бензолсульфокислоты 8 – 9 г. п-Толуолсульфонат натрия

CH3

CH3

+

HO SO3H

CH3 NaCl

- H2O SO3H

+

HCl

SO3Na

В круглодонную колбу (желательно с длинным горлом) емкостью 200 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 28 г толуола, и 19 мл серной кислоты, добавляют несколько кипелок и нагревают смесь до

21 кипения на асбестовой сетке. Содержимое колбы необходимо все время перемешивать. Как только толуол закипит, нагревание уменьшают, регулируя его так, чтобы толуол лишь слабо кипел. Каждые 2 – 3 мин слои жидкости перемешивают. Через 1 час слой толуола почти исчезает, реакция заканчивается. Еще теплую реакционную смесь выливают в стакан с 100 мл воды. Кислый раствор частично нейтрализуют, прибавляя малыми порциями 15 г бикарбоната натрия. Затем прибавляют 40 г хлористого натрия, нагревают смесь до кипения. Раствор фильтруют, охлаждают водой со льдом и отсасывают выпавшие кристаллы толуолсульфокислого натрия, смывая порцией фильтрата кристаллы, оставшиеся на стенках сосуда. Осадок отжимают и промывают 20 мл насыщенного раствора хлористого натрия. Выход 17 г соли с примесью хлористого натрия. Сульфаниловая кислота

NH2

NH2*H2SO4

+

H2SO4

NH2

180 0

+

H2O

SO3H Работу проводят в вытяжном шкафу! В фарфоровой ступке осторожно, малыми порциями смешивают и тщательно растирают анилин с концентрированной серной кислотой. Полученную сернокислую соль анилина помещают в фарфоровый тигель, накрывают куском асбестового картона и нагревают на песчаной бане при 175 – 1800С (не перегревать) до тех пор, пока масса не сделается твердой, и проба при растворении ее в щелочи не будет выделять анилин. Обычно реакция заканчивается в течение 3 – 4 часов. Полученную сульфаниловую кислоту еще горячей измельчают и растворяют при нагревании в растворе 10 г едкого натра. Раствор обесцвечивают кипячением с активированным углем, фильтруют и выделяют сульфаниловую кислоту, прибавляя соляную кислоту до кислой реакции (рН = 3 – 4). По охлаждении выпавшие кристаллы отсасывают и перекристаллизовывают из воды. Выход около 24 г двухводной сульфаниловой кислоты.

22 НИТРОВАНИЕ Нитрование алканов по методу Коновалова. Косвенное введение нитрогруппы в алифатические соединения. Механизмы реакций. Отношение нитроалкановк щелочам и азотистой кислоте. Нитрование ароматических соединений. Условия нитрования, механизм. Влияние заместителей на легкость нитрования в ароматическое ядро. Правила ориентации при замещении в аренах. Согласованная и несогласованная ориентации. Получение полинитросоединений. Их свойства. Галогеннитросоединения. Влияние нитрогруппы на подвижность галогена в ароматическом цикле. Получение нитрофенолов. Их отношение к действию щелочей. Нитрование гетероциклических соединений. Нитробензол

C6H6 + HO NO2

H2SO4

C6H5 NO2 + H2O

В колбе емкостью 250 мл осторожно, при охлаждении, смешивают 20 мл концентрированной азотной и 25 мл концентрированной серной кислоты. К охлажденной до комнатной температуры смеси постепенно, небольшими порциями прибавляют бензол (18 мл), каждый раз хорошо перемешивая содержимое колбы и наблюдая за тем, чтобы температура смеси не превышала 50 – 600С. В случае необходимости колбу охлаждают водой. (Для уменьшения потерь бензола за счет испарения к колбе присоединяют воздушный холодильник). Когда весь бензол прибавлен, колбу помещают на водяную баню, нагретую до 600С, и нагревают в течение получаса, часто и энергично помешивая жидкость. Затем реакционную смесь переливают в литровую колбу, содержащую 300 мл воды, перемешивают жидкость, охлаждают и при помощи делительной воронки отделяют находящийся в нижнем слое нитробензол. Его промывают сначала разбавленным раствором углекислого натрия, а затем чистой водой. Промытый нитробензол переливают в небольшую колбу и прибавляют прокаленный хлористый кальций. Колбу закрывают пробкой с воздушным холодильником и нагревают на водяной бане. Когда жидкость станет прозрачной, переливают нитробензол в колбу Вюрца и перегоняют с воздушным холодильником. После отгонки небольшого количества непрореагировавшего бензола перегоняется нитробензол при температуре 204 – 2070С. Отгонять досуха продукт нельзя во избежание разложения оставшегося в колбе динитробензола.

23 о-, п-Нитротолуолы

CH3

CH3

CH3

NO2

+

HNO3

H2SO4

+ NO2

Работу проводят в вытяжном шкафу! В колбе емкостью 250 мл осторожно, при охлаждении, смешивают 18 мл концентрированной азотной и 21,1 мл концентрированной серной кислоты. К охлажденной до комнатной температуры смеси постепенно, небольшими порциями прибавляют толуол (27 мл), каждый раз хорошо перемешивая содержимое колбы и наблюдая за тем, чтобы температура смеси не превышала 50 – 600С. Если же температура поднимется выше 600С, то коблу охлаждают холодной водой, чтобы избежать образования побочных продуктов - полинитропроизводных. (Для уменьшения потерь толуола за счет испарения к колбе присоединяют воздушный холодильник). Когда весь толуол прибавлен, колбу помещают на водяную баню, нагретую до 600С, и нагревают в течение получаса, часто и энергично помешивая жидкость. Затем реакционную смесь охлаждают и переносят в делительную воронку. Дают жидкости расслоиться и отделяют нижний слой. Верхний слой промывают водой. После отстаивания нижний маслянистый слой сливают в сухую коническую колбу и сушат гранулированным хлористым кальцием до тех пор, пока жидкость не станет прозрачной. Переливают жидкость в колбу Вюрца и перегоняют жидкость, нагревая ее на сетке до 1500С; при этом отгоняется непрореагировавший толуол. Остаток после перегонки переносят в стакан на 100 мл и выдерживают 10-12 ч в охладительной смеси (лед + соль); при этом выделяются кристаллы п-нитротолуола, которые отсасывают на воронке Бюхнера и перегоняют в интервале 232-2380С. (Нитротолуол нельзя перегонять досуха, иначе может произойти взрыв!) Масляный слой перегоняют (прибор тот же) в пределах 216-2220С. Тщательное разделение о- и п-нитротолуолов лучше всего достигается фракционной перегонкой в вакууме. Выход 30-31 г. Наряду с о- и п-нитротолуолами образуется около 4% м-нитротолуола.

24 о-, п-Нитрофенолы OH

OH

OH HNO3 (разб.)

NO2

+ NO2

Работу проводят в вытяжном шкафу! В круглодонную колбу емкостью 500 мл помещают 185 мл 20% азотной кислоты и в течение 1,5 – 2 часов маленькими порциями при непрерывном встряхивании и охлаждении холодной водой вносят раствор 28,2 г фенола в 15 – 20 мл воды. Реакционная масса при этом становится темно-коричневой. После введения всего раствора фенола смесь ставят на 1 – 2 часа в холодную воду и время от времени взбалтывают. Затем водный раствор кислоты сливают, темное тяжелое масло, иногда с крупинками твердого продукта, несколько раз промывают водой (декантацией) и, не перенося в другую колбу, подвергают перегонке с водяным паром. Отгоняющийся при этом о-нитрофенол затвердевает в форштоссе холодильника, откуда его целесообразно периодически, не изменяя режима перегонки, извлекать при помощи проволоки. По окончании отгонки о-нитрофенол отфильтровывают на воронке Бюхнера и высушивают на воздухе. Выход около 10 г; т. пл. 450С. Для выделения п-нитрофенола в перегонную колбу добавляют 170 мл 10%-ного раствора едкого натра, переносят полученный раствор в фарфоровую чашку и упаривают на водяной бане до тех пор, пока капля раствора при охлаждении на часовом стекле не будет закристаллизовываться. Раствор охлаждают, выделившийся п-нитрофенол отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно отжимают и два раза промывают небольшими порциями 40%-ного раствора едкого натра. Посветлевшую кристаллическую массу растворяют при нагревании в 10%ном растворе соляной кислоты. Жидкость кипятят с активированным углем до обесцвечивания; раствор при этом должен оставаться кислым по конго. Из отфильтрованного от угля раствора при охлаждении выпадает п-нитрофенол в виде бесцветных игл. Выход 2,5 г; т.пл. 1140С.

25 п-Нитроацетанилид

NHCOCH3

NHCOCH3

+

HNO3

+

H2SO4

H2O

NO2 В круглодонной длинногорлой колбе растворяют 33,7 г ацетанилида в 183 мл концентрированной серной кислоты. Если на холоду растворение идет медленно, можно нагреть смесь до 40 – 500С. Полученный раствор охлаждают снаружи льдом с солью до 0 – 20С. Колбу закрывают пробкой с термометром, доходящим до дна. Открывая время от времени колбу, в смесь добавляют постепенно, в течение получаса, 28 мл концентрированной азотной кислоты. После каждого прибавления азотной кислоты содержимое колбы хорошо перемешивают и охлаждают. Температура не должна превышать 5 – 60С. По окончании прибавления азотной кислоты колбу вынимают из ледяной бани и оставляют на один час при комнатной температуре, часто перемешивая содержимое. Затем реакционную смесь тонкой струей при хорошем перемешивании выливают в воду с мелкотолченым льдом (в вытяжном шкафу!). Количество льда и воды берется примерно в 10 раз больше объема реакционной смеси. Выпавший светло-желтый п-нитроацетанилид отфильтровывают на воронке Бюхнера и промывают небольшими порциями холодной воды для удаления избытка минеральных кислот. Затем переносят вещество в стакан, приливают 75 мл воды, прибавляют соду до щелочной реакции и нагревают до кипения для гидролиза примеси о-нитроацетанилида. Охлаждают раствор до 500С, отфильтровывают п-нитроацетанилид на воронке Бюхнера, хорошо промывая водой. Для перекристаллизации всей массы вещества берут спирт с избытком (25%). Работу ведут в конической колбе, снабженной воздушным холодильником. Колбу нагревают на водяной бане. При растворении горячий раствор быстро фильтруют через складчатый фильтр. В горячий спиртовой раствор понемногу прибавляют подогретой дистиллированной воды, до появления неисчезающей мути, и охлаждают при перемешивании. После полного выделения кристаллов (через 20 – 30 мин.) отфильтровывают их на воронке Бюхнера. Чистый п-нитроацетанилид высушивают в сушильном шкафу. Выход 23 г.; т.пл. 2070С.

26 м-Нитробензойная кислота

COOH

COOH

+ KNO3 + H2SO4

+ KHSO4 + H2O NO2

В стакан помещают 50 мл концентрированной серной кислоты, нагревают до 700С и, отставив горелку, вносят при размешивании смесь из 20 г порошкообразной бензойной кислоты и 40 г азотнокислого калия, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 800С. Затем, продолжая перемешивание, нагревают смесь до 800С и поддерживают эту температуру до тех пор, пока нитробензойная кислота не выделится на поверхности смеси в виде маслообразного слоя. При охлаждении этот слой застывает. Его отделяют от нижнего, также затвердевшего слоя, состоящего из бисульфита калия и серной кислоты. Полученную таким путем сырую м-нитробензойную кислоту промывают несколько раз водой, переносят в колбу для перегонки с водяным паром и отгоняют с паром неизмененную бензойную кислоту. Когда начнет перегоняться чистая вода, перегонку прекращают и прибавляют к горячему остатку в перегонной колбе почти кипящий раствор 50 г гидроокиси бария до появления слабощелочной реакции. Прибавив 1л воды, нагревают смесь пропусканием в нее водяного пара, пока все не растворится, и фильтруют горячей через воронку для горячего фильтрования. При охлаждении выделяются игольчатые кристаллы бариевой соли м-нитробензойной кислоты. Их отсасывают и выделяют мнитробензойную кислоту из соли кипячением с разбавленной соляной кислотой. Выделившуюся после охлаждения м-нитробензойную кислоту отсасывают, промывают водой и перекристаллизовывают из воды. Выход 15 г; т. пл. 1410С. α-Нитронафталин

NO2

+ HNO3 Работу проводят в вытяжном шкафу!

+

H2O

27 В коническую колбу на 500 мл помещают 100 мл концентрированной азотной кислоты и при механическом перемешивании вносят в нее 20 г тонко растертого нафталина. После часового перемешивания оставляют реакционную смесь стоять в течение трех дней при комнатной температуре, после чего разбавляют 200 мл воды, отсасывают осадок на воронке Бюхнера, хорошо промывают водой, отжимают и высушивают на воздухе. Для очистки перекристаллизовывают остаток из 20 мл метанола и получают α-нитронафталин в виде желтых иголок. Выход 20 г; т. пл. 60 – 610С

АЛКИЛИРОВАНИЕ Алкилирующие агенты: алкены, галогеналканы, спирты, диалкилсульфаты. Алкилирование алканов алкенами. Механизм реакции. Алкилирование аренов и их производных.Реакция ФриделяКрафтса, условия ее проведения и механизм, катализаторы. Алкилирование аминов, спиртов, фенолов. Их сравнительная реакционная способность. Восстановительное алкилирование. Простые эфиры, оксониевые соединения. 4-трет-Бутил-1,2-диметилбензол H3C H3C

+ (CH3)3C-Cl

FeCl3

H3C

C(CH3)3

+

HCl

H3C

Работу проводят в вытяжном шкафу! К раствору 53,1 г (0,5 моль) о-ксилола и 46,3 г (0,5 моль) третбутилхлорида в течение 30 мин при перемешивании прибавляют 1 г безводного хлорида железа (III). Как только интенсивное выделение хлороводорода заметно снизится, прибавляют еще 9,26 г (0,1 моль) третбутилхлорида, реакционную смесь перемешивают 1 ч при комнатной температуре и кипятят с обратным холодильником 15 мин. Реакционную смесь промывают насыщенными растворами NaHCO3 и NaCl, высушивают над CaCl2 и перегоняют, получая 56,8 г продукта в виде бесцветной жидкости с т. кип. 2090С. Выход 70%.

28 втор-Бутилбензол

+

CH CH2 CH3

C4H9OH

CH3

+

H2O

В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 500 мл, снабженную обратным холодильником, капельной воронкой и механической мешалкой, помещают 75 мл 85% серной кислоты и, из капельной воронки в течение 1 часа, при энергичном перемешивании и нагревании на водяной бане при 70 – 800С, по каплям вносят смесь, состоящую из 29,25 г бензола и 11,1 г бутилового спирта. Необходимо поддерживать строго определенную концентрацию кислоты, т.к. это сильно влияет на выход продукта. Опыт ведется при интенсивном перемешивании, чтобы реакционная смесь не разделялась на два слоя несмешивающихся серной кислоты и спирта. Необходимо строго следить за температурным режимом, т.к. при 550С реакция идет очень медленно, а при повышении температуры до 950С продукты начинают сульфироваться. После внесения смеси перемешивание продолжают еще 5 часов при той же температуре. После окончания реакции переливают содержимое реакционной колбы в делительную воронку, отделяют верхний углеводородный слой, два раза промывают его водой, высушивают над хлористым кальцием, а затем переносят в круглодонную колбу и проводят фракционную разгонку, отбирая две фракции: до 1720С и 172 – 172,50С. Последняя фракция представляет собой чистый втор-бутилбензол. Выход продукта 9 г; т. кип. 170 – 1740С. N-Оксиметилфталимид

CO NH CO

CH2O

CO N CH2OH CO

В круглодонной колбе с обратным холодильником кипятят смесь 5,1 г фталимида, 3 мл 40%-го формалина и 18 мл воды до получения прозрачного раствора (5-10 мин. при температуре кипения). Смесь оставляют охлаждаться на ночь и получают 6 г N-оксиметилфталимида с т. пл. 137-141 0С.

29 Изоамиловый эфир

(CH3)2CHCH2CH2-OH

- H2O H2SO4

(CH3)2CHCH2CH2-O-CH2CH2CH(CH3)2

В круглодонную колбу емкостью 200 мл, снабженную насадкой Дина–Старка с обратным холодильником, помещают 50 мл свежеперегнанного изоамилового спирта и 2 мл концентрированной серной кислоты. Образующуюся смесь слабо кипятят в течение нескольких часов до тех пор, пока в водоотделителе не соберется 4 мл воды. Содержимое колбы охлаждают до 1000С и перегоняют с водяным паром. Перегонку ведут до тех пор, пока в дистиллят не перестанут переходить маслянистые капли. Дистиллят переносят в делительную воронку, отделяют эфир от водного слоя в сухую склянку и сушат его небольшим количеством прокаленного углекислого калия. Высушенный эфир помещают в колбу Вюрца на 100 мл, соединяют с воздушным холодильником; начинают медленно нагревать колбу. При 210С отгоняется немного амилена, при 1280С начинает отгоняться не вступивший в реакцию изоамиловый спирт, а в пределах 165 – 1720С отгоняется изоамиловый эфир. Изоамиловый эфир получается с примесями. Для получения чистого продукта его кипятят с 1 г амида натрия, отгоняют, встряхивают в делительной воронке с разбавленной серной кислотой, сушат над хлористым кальцием и перегоняют над металлическим натрием. Выход изоамилового эфира около 25 г; т. кип. 1720С. N-Этаноланилин

C6H5NH2

+

ClCH2CH2OH

C6H5NHCH2CH2OH

+ HCl

В круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником, нагревают при кипении в течение 3 час. смесь 9,3 г анилина, 4 г этиленхлогидрина и 10 мл воды. По окончании нагревания смесь подщелачивают карбонатом натрия или раствором щелочи и избыток анилина отгоняют с водяным паром. Остаток насыщают поваренной солью и несколько раз экстрагируют эфиром. Объединенные экстракты сушат едким кали, эфир отгоняют, а продукт перегоняют в вакууме, собирая фракцию, кипящую при температуре 161-163 0С (16 мм). Выход N-этаноланилина составляет 70%.

30 Дибутиловый эфир

2 C4H9OH

H2SO4

(C4H9)2O

+

H2O

В круглодонную колбу на 100 мл с ловушкой и обратным водяным холодильником наливают 20 г н-бутилового спирта и при перемешивании прибавляют 2,8 мл концентрированной серной кислоты. Затем вносят «кипелки» и смесь осторожно кипятят в течение нескольких (3-4 час.) нагревание прекращают, когда выделится количество воды, примерно равное рассчитанному по уравнению. Содержимое колбы охлаждают, приливают при помешивании и охлаждении 12 мл 3 н. раствора едкого натра и переносят в делительную воронку. Промывают раствором щелочи (до щелочной реакции промывных вод), затем 15 мл воды и 12 мл насыщенного раствора хлористого кальция. Полученный продукт сушат безводным хлористым кальцием и переносят в перегонную колбу, фильтруя его через небольшой складчатый фильтр. Перегоняют с высоким дефлегматором и отбирают фракцию, кипящую до 1350С, охлаждают и меняют дефлегматор на более низкий. Собирают фракцию дибутилового эфира, кипящую при 140-1420С. Выход около 10 г. Чистый дибутиловый эфир кипит при 142,40С.

АЦИЛИРОВАНИЕ Ацилирующие агенты: кислоты минеральные и органические, их ангидриды, галогенангидриды, кетены. Сравнительная характеристика ацилирующих агентов. О-ацилирование. Механизм реакции этерификации, её обратимость реакции этерификации и способы смещения равновесия. Катализ при этерификации. Азеотропная этерификация. Получение производных карбоновых кислот: солей, ангидридов, галогенангидридов, амидов, нитрилов. Жиры. Сложные эфиры оксикислот: лактиды, лактоны. N-ацилирование первичных и вторичных аминов, условия, механизм. Внутримолекулярное и межмолекулярное ацилирование в аминокислотах. Лактамы и дикетопиперазины, полипептиды. S-ацилирование аренов. Механизм ацилирования по ФриделюКрафтсу. Ацилирование малонового, ацетоуксусного эфиров, β-дикетонов.

31 Этиловый эфир муравьиной кислоты

O

O H

+

C

C2H5OH

H

C OC2H5

OH

+ H2O

В круглодонной колбе емкостью 100 мл смешивают 20 г муравьиной кислоты и 22 г этилового спирта и прибавляют 5 г безводного хлористого кальция. Смесь нагревают с дефлегматором, соединенным с нисходящим холодильником, на водяной бане; при этом этилформиат отгоняется и собирается в приемнике, охлаждаемом водой. Полученный эфир промывают водой, раствором соды и затем снова водой. Эфир высушивают безводным сульфатом магния. Высушенный этилформиат перегоняют в колбе с высоким дефлегматором на водяной бане. Выход 26 г. (84% от теоретического); т. кип. 550С. Этиловый эфир уксусной кислоты

O H3C

C OH

O

+

C2H5OH

H3C

C

+ H2O OC2H5

В круглодонную колбу емкостью 100 мл помещают 15 мл спирта и затем осторожно при помешивании приливают такой же объем концентрированной серной кислоты. Колбу закрывают пробкой, в которую вставлены термометр, доходящий до дна колбы, капельная воронка, нижний конец которой погружен в жидкость и согнутая трубка, соединенная с длинным холодильником и нагревают на сетке. В нагретую до 1400С смесь из капельной воронки постепенно приливают смесь 30 мл спирта и 30 мл ледяной уксусной кислоты. Приливание ведут с такой же скоростью, с какой отгоняется образующийся эфир. По окончании реакции дистиллят взбалтывают с насыщенным раствором углекислого натрия (для удаления уксусной кислоты) до тех пор, пока синяя лакмусовая бумажка, опущенная в верхний слой эфира, не перестанет краснеть. Смесь переливают в делительную воронку, отделяют эфир от нижнего водного слоя и для освобождения от примеси спирта взбалтывают его с 15 мл 50% раствора хлористого кальция. Отделив эфир, его сушат безводным сернокислым натрием и перегоняют на водяной бане. Выход около 30 г; т. кип. 770С

32 Изоамиловый эфир уксусной кислоты

В круглодонную колбу на 100 мл помещают смесь 20 мл ледяной уксусной кислоты и 30 г изоамилового спирта, затем прибавляют 2 мл концентрированной серной кислоты. Смесь взбалтывают (осторожно). Колбу соединяют с насадкой Дина–Старка и обратным холодильником. Смесь кипятят до тех пор, пока в ловушке не соберется ~ 6 мл воды, охлаждают, переносят в делительную воронку и промывают водой (2 раза по 20 мл), 5% раствором карбоната натрия, затем снова водой ( 2 раза по 20 мл). Эфирный слой отделяют, переносят в сухую колбу и сушат над сульфатом натрия. Продукт перегоняют из колбы с дефлегматором, собирая основную фракцию 138 – 1420С. Выход – 30 г (70%); т. кип. 1420С. Этиловый эфир бензойной кислоты C OH O

+

C2H5OH

C O C2H5

+

H2O

O

В круглодонную колбу емкостью 150 мл, снабженную обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, помещают 12,2 г бензойной кислоты, 100 мл этилового спирта и 3 мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают в течение 6 ч. По окончании реакции основную массу спирта отгоняют, к остатку добавляют 100 мл воды и извлекают продукт эфиром. Эфирную вытяжку встряхивают с раствором соды (для удаления кислоты), промывают водой и сушат в течение ночи безводным сернокислым натрием. После отгонки эфира остаток перегоняют. Выход – 10-12 г (67-80%); т. кип. 212,9 0С.

33 Ацетанилид

C6H5NH2 + (CH3CO)2O

C6H5NHCOCH3 + CH3COOH

В стакан с 60 мл воды приливают 2 мл концентрированной соляной кислоты и при помешивании прибавляют 2,3 г свежеперегнанного анилина. Если раствор получается окрашенным, то прибавляют 0,5 г активированного угля, перемешивают в течение 5 мин. и фильтруют. Бесцветный раствор нагревают до 500С, приливают 3 мл уксусного ангидрида и перемешивают до полного его растворения. Затем немедленно приливают раствор, содержащий 3,8 г углекислого натрия в 12 мл воды, хорошо перемешивают и охлаждают льдом. Выпавшие кристаллы ацетанилида отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством ледяной воды. Можно перекристаллизовывать продукт из воды. Выход – 2,7 г (80%); т. пл. чистого ацетанилида 1140С. Бензанилид

Круглодонную колбу емкостью 150 мл соединяют с нисходящим холодильником с алонжем, конец которого опускают в приемник. В колбу помещают 13 г анилина, 16,7 г бензойной кислоты, в смесь опускают термометр и нагревают при 180 – 1900С до тех пор, пока не перестанут отгоняться анилин и вода. Затем доводят температуру до 2250С и поддерживают ее на этом уровне до прекращения перегонки. Дают колбе немного охладиться добавляют еще 5,6 г анилина и повторяют нагревание. После прекращения отгонки анилина и воды содержимое колбы выливают в фарфоровую чашку. Остывший и затвердевший продукт растирают в ступке, переносят в стакан, где смешивают со 125 мл 1н раствора соляной кислоты. С осадка сливают жидкость и снова повторяют эту операцию, чтобы удалить не вступивший в реакцию анилин. Затем таким же образом промывают продукт водой, два раза 1н раствором едкого натра для удаления непрореагировавшей бензойной кислоты и, наконец, еще несколько раз водой. После промывки осадок отсасывают на воронке Бюхнера и сушат. Выход сырого бензанилида примерно 16 г. Сырой бензанилид можно очистить кристаллизацией из этилового спирта с добавкой активированного угля.

34 Бензонафтол

OH NaOH, C6H5COCl

OCOC6H5

-NaCl

В пробирку помещают 0,36 г β-нафтола, добавляют 5 мл 10%-го раствора едкого натра и затем постепенно при энергичном встряхивании приливают 0,4 мл хлористого бензоила. После этого реакционную смесь осторожно нагревают над пламенем горелки (следует избегать нагревания до кипения), встряхивая до полного исчезновения слоя хлористого бензоила, на что требуется 5 – 10 мин. После охлаждают водой, отсасывают выделившийся бензонафтол, промывают его сначала 5% раствором едкого натра, а затем водой, высушивают. Перекристаллизовывают бензонафтол из этилового спирта. Выход – примерно 0.6 г. т. пл. бензонафтола 1070С.

ОКИСЛЕНИЕ Окисляющие агенты: кислород, азотная кислота, перекись водорода, пероксиды металлов, неорганические и органические надкислоты, соединения хрома и марганца, тетраацетат свинца, галогены. Окисление алкенов.Окисление алкенов по месту двойной связи и в α-положение к ней. Реакция Прилежаева, Вагнера. Озонирование. Оксиды алкенов. Окисление аренов и их производных. Защита амино- и оксигрупп. Получение хинонов. Действие окислителей на первичные, вторичные и третичные спирты. Окисление карбонильных соединений. Правило Попова. Реакции Канниццаро и Тищенко. Автоокисление органических соединений. Механизм окисления. Катализ и ингибирование окислительных процессов.

35 Бензойная кислота

CH3

COOK

COOH

KMnO4

HCl

-MnO2

-KCl

В литровой колбе, снабженной обратным холодильником, кипятят в течение 4 часов на песчаной бане 10 г толуола с 700 мл воды и 34 г мелкорастертого перманганата калия. Для равномерного кипения реакционной смеси в колу бросают несколько кипелок. После окончания реакции смесь охлаждают, выпавшую двуокись марганца отфильтровывают и дважды промывают теплой водой (по 15 – 20 мл). Если фильтрат остается окрашенным, обесцвечивания достигают прибавлением 3 – 5 мл спирта или 1 г щавелевой кислоты при нагревании, снова отфильтровывают двуокись марганца и промывают, как указано выше. Фильтрат упаривают до объема 100 – 150 мл и подкисляют концентрированной соляной кислотой до кислой реакции (рН = 4). При этом осаждается бензойная кислота, ее отфильтровывают, промывают небольшим количеством холодной воды и сушат. Выход 70 – 80% от теоретического; т. пл. 120 – 1220С. Адипиновая кислота

OH

+2

O2

CH2 COOH H2C H2C

COOH CH2

+

H2O

В колбе емкостью 200 мл растворяют 20 г кристаллического углекислого натрия в 100 мл воды, прибавляют циклогексанол и небольшими порциями при энергичном перемешивании вносят растертый в тонкий порошок марганцевокислый калий. Нужно следить, чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше 300С и время от времени охлаждать колбу водой. По окончании реакции отфильтровывают двуокись марганца и прибавляют к фильтрату 20 мл концентрированной серной кислоты. Выпавшую адипиновую кислоту отсасывают и высушивают в эксикаторе над твердым едким кали. Выход около 10 г; т. пл. 151 -1530С.

36 п-Бензохинон OH

O [O]

OH

O

Способ 1 В колбу емкостью 200 мл вносят 100 мл воды, 5,5 г бромноватокислого калия и 5 мл 5н серной кислоты (которая является катализатором), перемешивают, прибавляют 10 г гидрохинона и, поместив в смесь термометр, нагревают до 600С. Твердые вещества растворяются и мгновенно начинается реакция с образованием в качестве промежуточного соединения почти черного кристаллического хингидрона. Без дальнейшего подогревания температура самопроизвольно поднимается до 750С. Через 10 – 15 минут окисление заканчивается, причем черный цвет реакционной смеси изменяется до ярко-желтого цвета хинона. Реакционную массу нагревают до 800С до полного растворения хинона, затем охлаждают до 00С, отфильтровывают хинон, промывают небольшим количеством ледяной воды и сушат. При получении хинона по этому способу никаких побочных продуктов не образуется. Хинон получается чистым с т. пл. 1160С. Выход – около 9,5 г. Способ 2 В колбе емкостью 500 мл, снабженной механической мешалкой и термометром, приготовляют раствор 10 г гидрохинона в 200 мл воды, нагретой до 500С. Когда гидрохинон полностью растворится, раствор охлаждают до 200С и медленно прибавляют к нему 10 г концентрированной серной кислоты, после чего смесь снова охлаждают до 200С. Приготовляют раствор 28 г двухромовокислого натрия в 13 мл воды, и медленно приливают его к раствору гидрохинона. Температура внутри колбы должна быть не выше 300С. Сначала образуется почти черный осадок гидрохинона, который по мере прибавления бихромата становится желтовато-зеленым (хинон). Как только цвет осадка перестанет изменяться, прекращают приливание раствора бихромата (обычно на окисление расходуется 10 – 12 мл раствора бихромата натрия). Смесь охлаждают до 100С, выпавший осадок отсасывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством воды и тщательно отжимают. Фильтрат дважды экстрагируют бензолом (порциями по 15 мл). Полученный осадок обрабатывают бензолом (взяв 50 мл бензола, включая сюда и 30 мл бензола, полученного

37 при извлечении фильтрата) при перемешивании и нагревании на водяной бане. Бензол извлекает при этом большую часть хинона. Горячий бензольный раствор сливают в другую колбу, высушивают в горячем состоянии, перемешивая в течение короткого времени с небольшим количеством хлористого кальция, и фильтруют через обыкновенную воронку в перегонную колбу, не дожидаясь охлаждения раствора. Обработку остатка повторяют еще раз с 20 мл бензола. Во время экстракции бензол нельзя нагревать до кипения, т.к. хинон чрезвычайно летуч. Бензол медленно отгоняют из перегонной колбы, соединив ее с прямым холодильником ( при быстрой отгонке часть хинона уносится с парами бензола). При появлении в жидкости первых кристаллов содержимое колбы выливают в стакан и охлаждают его в ледяной воде. Выпавшие кристаллы отсасывают и в течение непродолжительного времени сушат на воздухе. Полученный хинон желтого цвета. Выход – 8 г (80%). Очень чистый хинон можно получить возгонкой или перекристаллизацией из кипящего лигроина (90 – 1200С). Т. пл. 1160С. Пропионовый альдегид

CH3CH2CH2OH

[O]

O CH3CH2 C

H

В круглодонную трехгорлую колбу снабжают мешалкой, капельной воронкой и шариковым обратным холодильником, через который пропускают нагретую до 600С воду. К верхнему концу шарикового холодильника присоединяют нисходящий холодильник, через который циркулирует холодная вода. Конец второго холодильника снабжают аллонжем, который погружают в приемник, охлаждаемый ледяной водой. В колбу помещают 31 мл пропилового спирта и нагревают его до кипения. Затем через капельную воронку медленно в течение 15 – 20 мин. вносят хромовую смесь из 19 г двухромовокислого калия, 36 мл концентрированной серной кислоты и 300 мл воды. Во время приливания содержимое колбы перемешивают и поддерживают сильное кипение. После внесения всего количества хромовой смеси содержимое колбы кипятят 10 – 15 мин, чтобы отогнать следы пропионового альдегида. Затем альдегид сушат безводным сернокислым натрием. Высушенный пропионовый альдегид перегоняют при 50 – 550С на водяной бане. Выход пропионового альдегида – около 10 г.

38 Пирослизевая кислота

O O

C H

KMnO4

O O

C OH

В двухлитровый стакан, снабженный механической мешалкой и термометром, вливают раствор 50 г едкого натра в 500 мл воды, прибавляют 25 г свежеперегнанного фурфурола и начинают перемешивание. Затем постепенно из капельной воронки при сильном перемешивании приливают раствор 34 г перманганата калия в 600 мл воды. Температура в реакционной массе должна быть 10-150С, для чего время от времени прибавляют кусочки льда. Введя весь раствор перманганата калия, перемешивание продолжают еще минут пять, а затем впускают водяной пар и нагревают им содержимое стакана почти до кипения. После этого отсасывают осадок двуокиси марганца, прибавляют к фильтрату соляную кислоту до нейтральной или слабощелочной реакции и выпаривают его в фарфоровой чашке, сначала довольно быстро (на сетке) – до 500 мл, а затем на водяной бане – до 250 мл. Раствор охлаждают и прибавлением концентрированной соляной кислоты выделяют пирослизевую кислоту. Ее отсасывают, промывают 50 мл ледяной воды и высушивают. Из фильтрата экстракцией эфиром и последующим испарением может быть очищена перекристаллизацией из горячей воды. Пирослизевая кислота плавится при 133-1340С. Выход 20 г.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ Восстанавливающие агенты. Восстановление соединений с кратными связями. Восстановление карбонильных соединений до спиртов и углеводородов. Образование пинаконов. Пинаколиновая перегруппировка. Реакции одновременного окисления – восстановления альдегидов (реакции Тищенко, Канниццаро). Восстановление спиртов, фенолов, хинонов, галогенпроизводных. Восстановление нитросоединений. Реакция Зинина. Восстанавливающие агенты, роль кислотности среды. Промежуточные продукты восстановления нитроаренов: нитрозо-, арилгидроксиламино-, азокси-, азо-, гидразосоединения. Бензидиновая и семидиновая перегруппировки.

39 Анилин

C6H5NO2

Sn, HCl - SnCl4, - H2O

+

[C6H5NH3] Cl

NaOH

-

- NaCl, - H2O

C6H5NH2

В круглодонную колбу емкостью 500 мл, снабженную воздушным холодильником, вносят 36 г олова и 18,5 г нитробензола, прибавляют 10 мл соляной кислоты. Содержимое колбы хорошо перемешивают. Через некоторое время начинается энергичная реакция, сопровождающаяся сильным разогревом смеси. Если реакция пройдет слишком бурно, то следует на некоторое время погрузить колбу в холодную воду. Постепенно вносят в колбу остальное количество (70 мл) соляной кислоты, поддерживая все время энергичное течение реакции. После того, как вся кислота прибавлена, колбу нагревают 1 час на водяной бане. К еще теплому раствору прибавляют 30 мл воды и постепенно приливают (до сильно щелочной реакции) раствор 45 г едкого натра в 60 мл воды. Из горячей жидкости отгоняют анилин с водяным паром. В приемнике собирается водная эмульсия анилина, которая постепенно расслаивается. После того как из холодильника начнет стекать прозрачный дистиллят, отгоняют еще около 100 мл жидкости. Анилин заметно растворим в воде и поэтому для более полного выделения его из водного раствора полученный погон насыщают хлористым натрием. На каждые 100 мл погона прибавляют 20 -25 г измельченного хлористого натрия. Соль растворяют при перемешивании и извлекают анилин эфиром, вэбалтывая раствор в делительной воронке. Эфирную вытяжку сушат едким кали, отгоняют эфир на водяной бане и перегоняют анилин с воздушным холодильником. Выход около 12 г; т. кип. 184,40С.

α-Нафтиламин NH2

NO2

+ 3 Fe + 6 HCl

+

3 FCl3+ 2 H2O

40 В толстостенный стакан емкостью 500 мл помещают 20 г обезжиренных железных опилок и наливают нагретый до температуры 500 раствор 2 мл концентрированный соляной кислоты в 75 мл воды. При энергичном перемешивании к раствору в течение приблизительно 60 минут из капельной воронки приливают предварительно приготовленный раствор 17,3 г (0,1 моля) α-нитронафталина в минимальном (около 50 мл) количестве этилового спирта. Температура реакционной смеси не должна превышать 750. По окончании реакции отобранная проба должна полностью растворяться в разбавленной соляной кислоте. Смесь нагревают еще в течение 15 минут, подщелачивают карбонатом натрия, разбавляют равным объемом воды и перегоняют с перегретым паром. Из дистиллята при охлаждении выпадают кристаллы α-нафтиламина, которые отфильтровывают на воронке Бюхнера. Для дальнейшей очистки сырой продукт перегоняют в вакууме; чистый α-нафтиламин кристаллизуется в виде бесцветных кристаллов с т. пл. 500. Выход составляет 10,5-11 г (75% от теоретического). В случае трудности выполнения операции перегонки с перегретым водяным паром α-нафтиламин можно легко выделить из нейтрального раствора, разбавляя его водой. Выделившийся α-нафтиламин отсасывают вместе с оставшимися железными опилками и осадок сушат на воздухе; высушенный продукт перегоняют в вакууме. Бензиловый спирт

O C H

+

CH2OH

O H C H

NaOH

+

HCOONa

В колбу емкостью 200 мл, снабженную механической мешалкой и обратным холодильником, наливают 25 г свежеперегнанного бензойного альдегида, 60 мл воды и 60 мл 35-40%-го формалина. При постоянном перемешивании к реакционной смеси добавляют 60 мл 40%-го раствора едкого натра (температура смеси при этом поднимается до 70 0С). Затем реакционную массу оставляют стоять в течение 10 ч; при этом жидкость разделяется на два слоя. Бензиловый спирт, находящийся в верхнем слое, отделяют, промывают раствором бисульфита натрия и водой, высушивают безводным сернокислым натрием и перегоняют. Выход – 15 г (60%); т. кип. чистого бензилового спирта 206 0С.

41 АМИНИРОВАНИЕ Аминирующие средства: аммиак, амиды металлов, гидроксиламин, первичные и вторичные амины. Сравнительная характеристика аминирующего действия аммиака и аминов. Введение остатка аммиака вместо галогена, гидрокси -, алкокси-, оксогрупп. Механизм нуклеофильного замещения на примере реакции Гофмана. Синтез Габриэля. Присоединение аммиака и аминов по кратным связям. Введение аминогруппы в ароматические системы. Нуклеофильное замещение в производных бензола и гетероциклах. Превращение различных азотсодержащих функциональных групп в аминную. Реакции восстановления. Получение первичных аминов из амидов и азидов кислот, оксимов. Механизм перегруппировки Бекмана, бензидиновой и семидиновой. Методы разделения смесей аминов. Свойства ароматических и алифатических аминов. Гиппуровая кислота

C6H5 C

Cl

+

H2N-CH2-COOH

O C6H5 C NH CH2 COONa O

HCl - NaCl

NaOH -NaCl,-H2O C6H5 C

NH CH2 COOH

O

К насыщенному водному раствору, содержащему 1,87 г гликоколя, прибавляют 1,3 г едкого натра, растворенного в минимальном количестве воды, затем по каплям при взбалтывании – 3,9 г хлористого бензоила. Нужно следить за тем, чтобы среда все время была щелочной. Когда исчезнет запах хлористого бензоила, жидкость подкисляют соляной кислотой до рН 3 - 4. Через 2 ч кристаллы отсасывают, высушивают на воздухе и промывают на воронке эфиром (для удаления примеси бензойной кислоты). Промывая кристаллы эфиром на воронке, выключают предварительно насос, хорошо перемешивают кристаллы палочкой и тогда отсасывают. Гиппуровую кислоту перекристаллизовывают из горячей воды. Выход – 3 г (60%); т. пл. 187 0С.

42 Антраниловая кислота O NH O

Br2 KOH

COOK NH2

HCl

COOH NH2

В толстостенный стакан емкостью 250 мл, снабженный механической мешалкой и капельной воронкой, помещают 36 мл 50%-го раствора едкого кали и при размешивании добавляют порциями ~ 100 г измельченного льда. Температура понижается до – 15 0С. Затем, охлаждая стакан льдом с солью, приливают по каплям 3,2 мл (10 г) брома с такой скоростью, чтобы температура не превышала 10 0С. После растворения всего брома добавляют небольшими порциями 10 г (0,07 моля) тонкоизмельченного фталимида, следя за тем, чтобы температура не превышала 0 0С. Прозрачный раствор охлаждают до – 5 0С, добавляют 10 г порошкообразного едкого кали и перемешивают содержимое стакана еще в течение получаса. Процесс следует поводить по температуре ниже 0 0С, так как при более высоких температурах образуются загрязнения, содержащие бром, и трудно удаляемые смолистые вещества, придающие продукту темную окраску, причем его выход значительно снижается. Раствор постепенно нагревают до 70 0С, добавляют 2,5 мл 36%-го раствора бисульфита натрия (для разложения избытка КОВг), охлаждают и фильтруют. Раствор должен быть светлым и прозрачным. К нему добавляют 15-20 мл концентрированной соляной кислоты, следя за тем, чтобы реакция среды оставалась щелочной (в случае избытка кислоты антраниловая кислота растворяется), и осаждают антраниловую кислоту, добавляя около 12 мл ледяной уксусной кислоты. Раствору дают отстояться и отфильтровывают продукт, который должен быть почти бесцветным, промывают его небольшим количеством холодной воды и сушат на бумаге. Выход антраниловой кислоты – 8 г (86%); т. пл. 143,5–144 0С. Кислота имеет вид бесцветных пластинок; мало растворима в холодной воде, но растворяется в горячей воде, спирте и эфире. Растворы антраниловой кислоты обладают голубой флуоресценцией и сладким вкусом. После перекристаллизации из горячей воды т. пл. антраниловой кислоты 144–145 0С.

43 Сукцинимид

O CH2CO2H CH2CO2H

NH4OH

CH2CO2NH4 CH2CO2NH4

- H2O, - NH3

H2C H2C

C NH C O

В литровую колбу Вюрца с боковым отводом длиною 40 см и внутренним диаметром не менее 10 мм помещают 236 г янтарной кислоты и при охлаждении и взбалтывании медленно приливают 270 мл 28% водного аммиака (уд. в. 0,90). При этом большая часть кислоты растворяется, образуя прозрачный раствор. Колбу устанавливают для перегонки и к боковому отводу ее присоединяют в качестве приемника колбу Вюрца емкостью 500 мл, которую охлаждают водой. Можно принять также меры для улавливания аммиака, выделяющегося через боковой отвод приемника. Смесь осторожно негревают голым пламенем, причем быстро наступает растворение, и небольшое количество не вступившего в реакцию аммиака переходит вместе с первыми порциями дистиллята. Температура паров повышается до 1000С и остается постоянной до тех пор, пока не отгонится около 200 мл воды. Пламя увеличивают, аммонийная соль янтарной кислоты начинает разлагаться с выделением аммиака; при перегонке следующих 30 мл температура паров падает до 970С. После того, как температура вновь поднимется до 1020С, меняют приемник и собирают промежуточную фракцию до 2750С. Затем собирают сукцинимид в пределах 275 – 2890С. При разложении в незначительной степени образуется черная смола; перегонку прекращают, как только осмолившийся остаток начнет разлагаться с выделением желтых паров. Количество полностью затвердевшего сырого сукцинимида составляет около 168 г. Промежуточную фракцию вновь подвергают перегонке из меньшей колбы, причем в пределах 275 – 2890С собирают еще около 10 г продукта. Обе порции перекристаллизовывают из этилового спирта (на 1 г продукта берется 1 мл растворителя). Если раствор охлаждать до 00С в течение нескольких часов до фильтрования и затем для промывки взять около 25 мл холодного спирта, то вес первой порции составляет 163 – 164 г. Если маточный раствор упарить до одной трети объема, то можно выделить еще 4 – 5 г сукцинимида. Т. пл. – 124 – 1260С.

44 Фталимид

O

O

C O C O

+

H2N H2N

C C O

NH C

+

NH3

+

CO2

O

В круглодонную колбу помещают 15 г фталевого ангидрида, 6 г карбамида, приливают 30 мл уксусной кислоты, соединяют её с обратным холодильником и кипятят содержимое на воздушной бане в течение 2-3 часов, пока закончится образование осадка. Реакционную смесь охлаждают, выпавший фталимид переносят на воронку Бюхнера, отфильтровавыют, промывают один раз небольшим количеством (не более 20 - 30 мл) воды и высушивают. Т. пл. 238 0С

МАГНИЙОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ Получение органических соединений магния. Условия проведения реакции. Роль растворителя. Побочные процессы при образовании магнийорганических соединений. Строение магнийорганических соединений. Реакции магнийорганических соединений: а) с соединениями, содержащими активный водород (спиртами, меркаптанами, фенолами, тиофенолами, аминами, кислотами, углеводородами). Комплекс Иоцича. Определение активного водорода по методу Чугаева-Церевитинова. Синтез углеводородов; б) с соединениями, содержащими кратные связи (альдегидами, кетонами, производными карбоновых кислот, двуокисью углерода). Синтез спиртов, оксосоединений, карбоновых кислот; в) синтезы соединений других элементов с помощью магнийорганических соединений: металлоорганических соединений, производных кремния и фосфора.

45 Фенилуксусная кислота O

O CH2 MgCl

CH2 C

CH2 C CO2

OMgCl

HCl

OH

- MgCl2

В круглодонную колбу емкостью 250 мл, снабженную двурогим форштосом с вставленными в него капельной воронкой и обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, помещают 2,4 г стружек магния, приливают 30 мл абсолютного эфира и 3-4 мл раствора, содержащего 12,7 г хлористого бензила в 50 мл абсолютного эфира. После того как реакция начнется, эфир помутнеет и закипит (в случае необходимости для начала реакции колбу погружают в баню с теплой водой), прибавляют по каплям эфирный раствор хлористого бензила с такой скоростью, чтобы эфир все время спокойно и равномерно кипел. После введения всего хлористого бензила смесь нагревают на водяной бане в течение 1-1,5 ч до полного растворения магния. Сильно охлаждают колбу смесью льда и соли, заменяют капельную воронку газоприводной трубкой и пропускают в течение 3-4 ч не слишком сильный ток сухого углекислого газа из баллона или аппарата Кипа, высушивая газ пропусканием через две склянки Тищенко с концентрированной серной кислотой. Затем заменяют газоприводную трубку капельной воронкой и при сильном охлаждении и размешивании прибавляют по каплям раствор 10 г концентрированной соляной кислоты (d = 1,19) в 20 мл воды. Разложение заканчивают, когда реакционная смесь разделится на два прозрачных слоя. Содержимое колбы переносят в делительную воронку, хорошо встряхивают и после отстаивания отделяют водный слой. Последний дважды экстрагируют эфиром (порциями по 20 мл). Соединенные эфирные растворы фенилуксусной кислоты повторно встряхивают с разбавленным раствором едкого натра, щелочной раствор отделяют, подкисляют его 10%-ной соляной кислотой и охлаждают. Выделившуюся фенилуксусную кислоту отсасывают, промывают холодной водой, хорошо отжимают и перекристаллизовывают из горячей воды. Выход – 8 г (60%); т. пл. 75 0С.

46 Трифенилкарбинол

O C6H5

C

C6H5MgBr C6H5

OMgBr C6H5

C

C6H5

C6H5

HCl - MgClBr

OH C6H5

C

C6H5

C6H5

Трехгорлую круглодонную колбу емкостью 300 мл, помещенную на водяную баню, снабжают механической мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой. В колбу вносят 3 г стружек магния и несколько кристалликов йода. Туда же приливают 15 мл абсолютного эфира и третью часть раствора 13,5 мл бромбензола в 40 мл абсолютного эфира. Через несколько минут начинается самопроизвольная реакция и эфир закипает. Задержка начала реакции свидетельствует о недостаточной чистоте реактивов. После начала реакции в колбу через капельную воронку постепенно приливают остаток эфирного раствора бромбензола, таким образом регулируя его подачу, чтобы эфир кипел интенсивно, но не слишком бурно. После введения всего эфирного раствора бромбензола реакционную смесь нагревают на водяной бане, поддерживая легкое кипение в течение 30 мин. Реакция считается законченной, когда остается только несколько меленьких кусочков магния и раствор становится мутным или коричневым. Затем колбу с полученным магнийбромбензолом охлаждают холодной водой со льдом и медленно приливают охлажденный раствор 18 г бензофенона. Затем колбу нагревают на водяной бане 30 мин. Далее колбу охлаждают водой со льдом и при постоянном перемешивании, не разбирая прибора гидролизуют продукт реакции охлажденной водой, после чего приливают минимальное количество наполовину разбавленной концентрированной соляной кислоты, необходимое для полного растворения осадка основной соли магния. Получившийся водный и эфирный слои разделяют в делительной воронке и из водного слоя делают одну эфирную вытяжку 20 мл эфира. Эфирную вытяжку промывают раствором бикарбоната натрия для удаления желтой окраски, затем отгоняют эфир на водяной бане, после чего подвергают смесь перегонке с водяным паром для удаления непрореагировавшего бромбензола и побочно образовавшегося дифенила. Оставшийся в колбе в виде кристаллической массы трифенилкарбинол отсасывают на воронке Бюхнера и сушат. Выход около 13 г; т. пл. 1620С.

47

Дифенилкарбинол

C6H5

C

O C6H5MgBr H

OMgBr C6H5 CH C6H5

HCl - MgClBr

OH C6H5 CH C6H5

В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, помещают 3,6 г магниевых стружек, приливают 20 мл абсолютного эфира, прибавляют кристаллик йода. Из капельной воронки приливают третью часть раствора, содержащего 16 мл бромбензола в 50 мл абсолютного эфира, и ждут или легким нагреванием вызывают самопроизвольную реакцию. Затем из капельной воронки приливают оставшийся эфирный раствор бромбензола с такой скоростью, чтобы эфир умеренно кипел. После прибавления всего раствора бромбензола колбу нагревают на водяной бане в течение 1,5 – 1 часа. К концу реакции в колбе остаются только незначительные остатки магния. К полученному охлажденному раствору магнийбромфенила постепенно из капельной воронки при перемешивании и наружном охлаждении приливают раствор 11,9 г свежеперегнанного бензальдегида в 30 мл абсолютного эфира. После прибавления всего бензальдегида колбу нагревают на водяной бане в течение 30 мин., чтобы довести реакцию до конца. Снова охлаждают колбу снаружи водой со льдом, прибавляют к реакционной смеси 40 г льда и полученное соединение разлагают раствором 12 мл соляной кислоты в 12 мл воды. Получившиеся два слоя разделяют в делительной воронке, из водного слоя делают две эфирные вытяжки – по 20 мл каждая. Объединенные эфирные вытяжки промывают 10 мл 40% раствора бисульфита натрия для удаления непрореагировавшего бензальдегида, затем раствором бикарбоната натрия для удаления следов кислоты и сушат безводным хлористым кальцием, после чего эфир отгоняют на водяной бане. Небольшой остаток эфирного раствора переносят в фарфоровую чашку; после испарения эфира образуется твердая масса дифенилкарбинола. Если дифенилкарбинол из-за примесей не затвердевает, остается в виде густого мыла, то его следует поместить в колбу и отогнать примеси с водяным паром. Оставшийся в перегонной колбе дифенилкарбинол после охлаждения выделяется в твердом виде. Его отфильтровывают и перекристаллизовывают из лигроина или смеси бензина с петролейным эфиром (1 : 1 по объему). Выход дифенилкарбинола примерно 15 г.

48 КОНДЕНСАЦИЯ Конденсация алифатических оксосоединений. Механизм альдольной и кротоновой конденсации. Реакционная способность αводородных атомов альдегидов и кетонов. Особенности альдегидов, не содержащих α-водородных атомов, ацилоиновая и бензоиновая конденсации. Конденсация альдегидов с соединениями, содержащими подвижные атомы водорода. Конденсация сложных эфиров. Компоненты данной конденсации, условия протекания. Ацетоуксусный эфир. Механизм его образования. Кетоенольная таутомерия. Кетонные и енольные реакции ацетоуксусного эфира. Реакции с перенесением реакционного центра. Кислотное и кетонное расщепление ацетоуксусного эфира. Синтезы с помощью ацетоуксусного эфира. 1,3-дикетоны, их получение, таутомерия. Фенолфталеин

HO

O C O C O

+

2

OH

H2SO4 C

O

C

O

HO

Работу проводят в вытяжном шкафу! В широкую пробирку помещают смесь 2,5 г фталевого ангидрида, 5 г фенола и 1 мл серной кислоты. Нагревают в течение 3 ч на масляной бане при 125-130° (температура не должна подниматься выше 130 °). Жидкость в пробирке периодически перемешивают погруженным в нее термометром. По окончании реакции еще горячую смесь выливают в стакан с 50 мл воды и кипятят до исчезновения запаха фенола. Раствор охлаждают, после чего фильтруют на воронке Бюхнера или на фильтре Шотта, стараясь по возможности не переносить осадка на фильтр. Осадок, находящийся в стакане, промывают холодной водой, растворяют в небольшом количестве теплого 5 % -ного раствора едкого натра и фильтруют. Темно-красный фильтрат подкисляют уксусной кислотой, прибавляют 1-2 капли соляной кислоты и оставляют стоять в течение ночи. Выпавший осадок отфильтровывают и высушивают. т. пл. 261 °С.

49 Натриевая соль этилового эфира 1,3-индандион-2карбоновой кислоты O COOC2H5

+

CH3COOC2H5 + Na

COOC2H5

C

- 1/2 H2 - 2 C2H5OH

COOC2H5

C ONa

В круглодонной колбе с обратным холодильником нагревают 5 г натрия в 100 мл ксилола до кипения растворителя. После этого колбу осторожно встряхивают, при этом натрий переходит в порошкообразное состояние. По охлаждении ксилол сливают, в колбу добавляют 10 мл предварительно приготовленной смеси из 30 г диэтлфталата и 45 г этилацетата. Реакционную смесь нагревают 10 мин. при слабим кипении, после чего начинают постепенно прибавлять через холодильник остальную смесь. Реакция продолжается 4-5 часов. Желтый енолят начинает выделяться через 1 – 1,5 часа, постепенно реакционная смесь густеет. По окончании реакции продукт осторожно измельчают шпателем, прибавляют 10 – 15 мл спирта для погашения непрореагировавшего натрия, затем 30 – 40 мл воды и отсасывыют на воронке Бюхнера. Высушивают на воздухе. Бензальанилин

O C6H5

C H

+

H2N

C6H5

-H2O

C6H5 CH N

C6H5

В круглодонную колбу емкостью 100 мл, снабженную механической мешалкой, вносят 10,6 г свежеперегнонного бензойного альдегида, затем при энергичном перемешивании прибавляют 9,3 г свежеперегнанного анилина. Через несколько секунд начинается реакция, протекающая с выделением тепла и воды. Массе дают отстояться в течение 15 мин, затем при хорошем перемешивании ее выливают в стакан, в котором находится 25 мл 95% спирта. Раствор сначала оставляют на 10 мин при комнатной температуре, а затем в течение 30 мин охлаждают ледяной водой. Полученную кристаллическую массу отсасывают на воронке Бюхнера и сушат на воздухе. Вещество перекристаллизовывают их 85% спирта. Выход 15 г (83%); т. пл. чистого бензальанилина 520С.

50 Бензальацетофенон

C6H5CHO

+

CH3COC6H5

-H2O

C6H5CH

CHCOC6H5

В открытую широкогорлую круглодонную колбу, снабженную мешалкой и погруженную в баню со льдом, помещают раствор 2,18 г едкого натра в смеси 19,6 г воды и 10 г (12,25 мл) 95% спирта. В щелочной раствор добавляют 5 г бензальдегида. Во время реакции температуру смеси поддерживают строго между 15 и 300С и перемешивают очень энергично. Через 2 – 3 часа смесь загустевает и размешивание делается невозможным. Тогда вынимают мешалку и ставят смесь в холодное место на 8 часов или на ночь. Затем охлаждают реакционную смесь льдом с солью, отсасывают в холодном состоянии выпавший бензальацетофенон; промывают его на фильтре 3 мл охлажденного до 00С этанола и высушивают на воздухе до постоянного веса. Выход около 8г (90% от теоретического); т. пл.50 – 540С. После перекристаллизации из 95% этанола получают 7 г с т. пл. 55 – 570С. Бензоилацетон

C6H5COCH3

Na

ONa C6H5 C

CH2

CH3COOC2H5

ONa C6H5 C CH2COCH3

C6H5COCH2COCH3

+

C2H5ONa

OC2H5

В круглодонную колбу емкостью 250 мл приливают 10 г ацетофенона, 18 г уксусноэтиловаго эфира, 60 мл абсолютного эфира и прибавляют 2 г тонко нарезанного металлического натрия. Через некоторое время эфир закипает. После того как кипение эфира уменьшается, колбу нагревают на водяной бане в течение 45 мин. После окончания реакции охлаждают реакционную смесь и отсасывают на воронке Бюхнера выделившийся натрийбензоилацетон, который промывают сухим эфиром и отжимают между листами фильтровальной бумаги. Затем его растворяют в 100 мл воды, фильтруют и, подкисляя уксусной кислотой при одновременном охлаждении льдом, осаждают бензоилацетон. Выделившиеся кристаллы отсасывают, промывают водой и сушат в эксикаторе. Выход примерно 8 г.

51 Ацетоуксусный эфир

O 2 H 3C

C O C2H5

O Na

H 3C

O

C CH2 C O C2H5

+

C2H5OH

В сухую круглодонную колбу на 250 мл с форштоссом помещают 56 мл уксусноэтилового эфира и через второе отверстие форштосса, приоткрывая пробку, вносят 5 г мелко нарезанного металлического натрия. Постепенно начинается слабое выделение водорода и спустя некоторое время жидкость умеренно закипает. После того, как течение реакции замедлится, колбу нагревают в течение 2 – 3 часов, поддерживая слабое кипение смеси. Если в колбе осталось немного кусочков натрия, то следует перевести их в этилат, добавив 2 – 3 мл спирта (если в уксусноэтиловом эфире было много влаги, то получается желатинообразная масса (едкий натр)). Образовавшийся окрашеный прозрачный раствор при перемешивании подкисляют 30 мл 50% уксусной кислотой до кислой реакции. Затем для расслаивания добавляют насыщенный раствор хлористого натрия в количестве, равном объему реакционной смеси. Если при этом выпадает осадок, его растворяют небольшим количеством воды при перемешивании. После этого в делительной воронке отделяют верхний слой, состоящий из ацетоуксусного и уксусноэтилового эфиров, встряхивают этот слой с небольшим количеством насыщенного на холоду бикарбоната натрия. Отделенный органический слой сушат над хлористым кальцием, а затем отгоняют избыток уксусноэтилового эфира. Остаток в колбе перегоняют в вакууме, собирая фракцию с т. кип. 0 86 – 90 С при 30 мм рт. ст. или 69 – 730С при 12 мм рт. ст. В колбе после отгонки остается кристаллизующаяся при охлаждении дегидроацетовая кислота. Выход ацетоуксусного эфира примерно 11 г. ДИАЗОТИРОВАНИЕ Ароматические диазосоединения. Условия диазотирования, контроль за ходом реакции, определение конца диазотирования. Соли диазония, диазотаты, их строение, условия существования, взаимные переходы. Реакции диазосоединений с выделением азота. Обмен диазогруппы на другие функциональные группы. Реакция Несмеянова. Реакция азосочетания. Азокрасители, их строение, переходы окраски. Гелиантин, п-нитроанилиновый красный, нафтолоранж. Особенности алифатических диазосоединений.

52 п-Аминоазобензол +

-

N2 Cl H

+ H2N

N

N

NH

+

N N

NH2

В стакан емкостью 500 мл помещают 9,3 г анилина, 10 мл конц. соляной кислоты и 50 мл воды. Охлаждают раствор добавлением 50 – 75 г льда до 0 – 50С и осторожно приливают раствор 3,5 г нитрита натрия в небольшом количестве воды. Реакционную смесь оставляют на 15 мин. и затем добавляют к ней раствор 25 г кристаллического ацетата натрия в 100 мл воды. Выпавший объемистый осадок диазоаминобензола перемешивают, чтобы он полнее коагулировал, отсасывают, дважды промывают небольшими порциями воды и тщательно отжимают. Перегруппировку полученного диазоаминобензола в п-аминоазобензол осуществляют нагреванием с солянокислым анилином. Полученный диазоаминобензол без дальнейшей очистки вносят в круглодонную колбу 250 мл и добавляют туда весь кристаллический солянокислый анилин (заранее приготовленный)* и 10 – 15 мл анилина. Смесь при тщательном перемешивании нагревают на водяной бане 30 мин. Когда реакционная масса охладится до 40 – 500, к ней добавляют 25 мл ледяной уксусной кислоты и выливают энергично перемешиваемый раствор в 200 мл холодной воды. Для лучшей коагуляции выпавшего паминоазобензола смесь перемешивают до тех пор, пока осадок при прекращении перемешивания не будет быстро и полно осаждаться на дно. Осадок отсасывают и тщательно отжимают на фильтре, переносят в круглодонную колбу емкостью 250 мл и прибавляют 100 мл лигроина. Горячий лигроин сливают с темного осадка в стакан емкостью 250 мл, отсасывают выпавший при охлаждении п-аминоазобензол, а фильтрат повторно используют для экстрагирования п-аминоазобензола из темного осадка. Экстракцию проводят до тех пор, пока из лигроина не перестанет выпадать продукт. Весь выпавший п-аминоазобензол объединяют и сушат на воздухе. Выход 5 – 6 г (25 – 30% от теоретического); т. пл. 125 – 1270С. * В стакан емкостью 100 мл помещают 10 мл анилина и постепенно при перемешивании добавляют 25 мл конц. HCl. Охлаждают смесь в бане со льдом до образования густой пасты, приливают 10 – 15 мл эфира, размешивают и отсасывают солянокислый анилин, промывают его 10 мл эфира и сушат на воздухе.

53 Гелиантин (метиловый оранжевый, метилоранж)

NH2

NaO3S

C6H5N(CH3)2 - N2, - HCl

NaNO2 HCl

NaO3S

N2Cl

NaO3S

N

N

N(CH3)2

Растворяют 2 г едкого натра в 25 мл воды и при нагревании в полученный раствор вносят 10,5 г сульфаниловой кислоты. После растворения всей кислоты жидкость должна иметь щелочную реакцию. К полученному раствору прибавляют 4 г азотистокислого натрия, охлаждают до 100С и приливают его при перемешивании к смеси 6 мл концентрированной соляной кислоты, 40 мл воды и 50 г толченого льда. Растворяют свежеперегнанный диметиланилин в 5 мл 1н соляной кислоты, охлаждают льдом и к полученному раствору приливают раствор диазобензолсульфокислоты. К смеси прибавляют до ясно щелочной реакции раствор 4 г едкого натра а 40 мл воды. Через несколько часов выделившуюся в виде красивых оранжево-красных листочков натриевую соль красителя отфильтровывают на воронке Бюхнера и перекристаллизовывают из небольшого количества воды. Выход 14 г. Иодбензол +

NH2

N2 Cl HCl+NaNO2

-

I KI -N2,-KCl

В стакан, охлаждаемый снаружи льдом, помещают 25 мл (0,3 моля) концентрированной соляной кислоты, 50 мл воды и 9,3 г (0,1 моля) анилина, охлаждают до 5 – 100С и по каплям, при перемешивании, приливают 8 г (0,12 моль) азотистокислого натрия в 40 мл воды, следя за тем, чтобы не было интенсивного выделения азота. По окончании введения нитрита натрия смесь перемешивают 1 час; реакция на нитрит-ион по йодкрахмальной бумажке должна оставаться положительной.

54 Для удаления избытка азотистой кислоты в раствор добавляют сухую мочевину до прекращения выделения газов и постепенно вливают его в раствор 20 г йодистого калия в 25 мл воды и оставляют стоять 1 час. После этого к реакционной смеси добавляют концентрированный раствор щелочи до щелочной реакции, помещают в колбу емкостью 1 л и отгоняют йодбензол с водяным паром. Во избежание бурного вспенивания первые порции водяного пара следует пропускать в реакционную смесь осторожно. Иодбензол (нижний слой) отделяют от воды в делительной воронке, экстрагируют эфиром, сушат хлористым кальцием и, предварительно отогнав эфир на водяной бане, перегоняют из колбы Вюрца, добавив 1 г порошкообразного цинка. Выход около18 г (90% от теоретического); т. кип. 1880С. п-Иодтолуол +

NH2

-

I

N2 Cl HCl+NaNO2

KI -N2,-KCl

CH3

CH3

CH3

В стакане емкостью 100 мл смешивают 12,5 мл концентрированной соляной кислоты , 25 мл воды и 4,7 г п-толуидина. Смесь охлаждают в ледяной бане до 2 – 30С и затем, добавив в стакан 3 – 4 кусочка льда, приливают осторожно при помешивании раствор 3,2 г нитрита натрия в 20 мл воды, следя за тем, чтобы температура реакционной смеси не превышала 50С. Полученный раствор соли диазония оставляют на 15 мин. Далее избыток нитрита натрия разлагают сухой мочевиной до прекращения выделения азота и вносят туда охлажденный раствор 10 г йодистого калия в 15 мл воды. Реакционную массу нагревают 15 мин. с обратным холодильником, обрабатывают 15 мл концентрированного раствора едкого натра, переносят в колбу емкостью 500 мл и перегоняют йодтолуол с водяным паром. Дистиллят 2 – 3 раза экстрагируют эфиром, высушивают эфирные вытяжки прокаленным хлористым кальцием, отгоняют растворитель и перегоняют остаток из колбы Вюрца. Выход около 9 г (95% от теоретического); т. кип. 207 – 2100С; т. пл. 36 – 370С.

55 ГИДРОЛИЗ Гидролиз связи С-HaI. Реакции SN1 и SN2. Сравнительная подвижность галогена в галогеналканах, галогеналкенах, галогенаренах. Гидролиз галогеналлилов и галогенбензолов. Гидролиз ди- и тригалогенидов. Гидролиз С-О связи в сложных и простых эфирах, ангидридах, ацеталях. Механизм кислотного и основного катализа при гидролизе сложных эфиров. Условия гидролиза простых эфиров. Гидролиз жиров, мыла. Гидролиз полисахаридов, пентозанов. Гидролиз С-N связи. Расщепление водой амидной связи. Механизм кислотного и основного гидролиза амидов и нитрилов карбоновых кислот. Гидролиз белков. Гидролиз азометинов, оксимов, гидразонов. Омыление жиров CH2

OCOR

CH2

OH

CH

OCOR` + 3 NaOH

CH

OH

CH2 OCOR``

+ 3 RCOONa,

CH2 OH

RCO – радикал пальметиновой, стеариновой или олеиновой кислоты В небольшую фарфоровую чашку помещают 3 г жира и 6 – 7 мл концентрированного раствора щелочи. Нагревают смесь на сетке или песочной бане до слабого кипения при перемешивании палочкой в течение 20 - 30 мин. Время от времени в смесь подливают воду взамен выкипевшей для сохранения первоначального объема. Через 15 – 20 мин проверяют полноту омыления, для чего отливают несколько капель смесь в пробирку, добавляют 5 – 6 мл горячей дистиллированной воды и нагревают раствор при встряхивании. Если проба растворяется в воде нацело, не выделяя капель жира, омыление можно считать законченным, в противном случае продолжают нагревать смесь еще несколько минут, после чего повторяют проверку. Когда полнота омыления достигнута, добавляют в чашку, при перемешивании палочкой 10 – 15 мл горячего насыщенного раствора поваренной соли, после чего дают смеси отстояться и остыть. На поверхности водного раствора всплывает слой мыла, затвердевающий при охлаждении, который отделяют. Полученное мыло очищают от примесей (избытка щелочи). Для этого около 0,5 г твердого мыла растворяют при нагревании в 4 – 5 мл дистиллированной воды и повторно высаливают горячим раствором поваренной соли. Дав всплывшему мылу застыть, перекладывают его на фильтровальную бумагу и отжимают досуха.

56 Индандион-1,3

ONa

O

C C

C COOC2H5

HCl

C

- CO2; - C2H5OH - NaCl

C

O

CH2

O

0,1 моля натриевой соли этилового эфира индандион-1,3дикарбоновой кислоты растворяют в 0,5 – 0,6 л воды при 50-60˚С. Раствор фильтруют через ватный тампон. Фильтрат подкисляют концентрированной соляной кислотой до кислой реакции на универсальную индикаторную бумагу и нагревают до 70˚С для окончания декарбоксилирования. При охлаждении выпадает индандион-1,3, который отфильтровывают на воронке Бюхнера. Перекристаллизовывают из толуола. Т. п. – 127˚С.

Бензойная кислота

CONH2

COONa NaOH - NH3

COOH HCl - NaCl

В круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником, смешивают 2,4 г бензамида с 10 мл 20% раствора едкого натра и кипятят до прекращения выделения аммиака. Затем полученный раствор охлаждают и подкислением концентрированной соляной кислотой выделяют бензойную кислоту, которую отфильтровывают и сушат. Т. п. - 121-1220С.

57 ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом. Способы получения фурана, тиофена, пиррола и их взаимные переходы по Юрьеву. Получение индола. Строение и синтез индиго. Пятичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами: диазолы, оксазолы, тиазолы и их получение. Ароматический характер пятичленных гетероциклов, их реакционная способность и устойчивость. Шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом. Синтез пиридина и хинолина. Реакции нуклеофильного и электрофильного замещения в пиридиновом и хинольном циклах. Шестичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами. Диазины. Важнейшие производные пиримидин: урацил, барбитуровая кислота, барбитураты. 6-Метилурацил

H3C C CH2COOC2H5

+

H2N

C NH2

HCl

O

O H3C

C CHCOOC2H5 NH

CO

NH2

H3C C2H5OH

O

HN

NH O

В чашке Петри тщательно перемешивают 5 г ацетоуксусного эфира с 2,5 г мочевины, добавляют 4 мл абсолютного спирта и несколько капель концентрированной соляной кислоты. Чашку Петри неплотно прикрывают фильтровальной бумагой и ставят в эксикатор над осушителем (безводным хлористым кальцием) на 5 – 7 дней. При этом образуется неочищенный β-ураминокротоновый эфир. Сухой, тщательно 0 измельченный эфир вносят в стакан с нагретым до 80 С раствором КОН в 15 мл воды, помешивая до тех пор, пока масса не растворится. Полученный раствор охлаждают и нейтрализуют концентрированной соляной кислотой до рН = 6 – 7. Выпавший осадок отсасывают на воронке Бюхнера, промывают холодной водой, спиртом. Перекристаллизовывают из воды и сушат на воздухе. Выход 71 – 77%; т. пл. 3350С.

58 Хинолин CH2 CH

CH2

OH OH

OH

H2SO4

H2C CH C

O H

O H

C

+ NH2

CH CH2

CH

NH

CH CH2

NO2

N

В круглодонную колбу емкостью 1,5 – 1,0 л помещают 10 г нитробензола, 15,5 г анилина и 50 г глицерина. Глицерин предварительно обезвоживается нагреванием в фарфоровой чашке до 1800С (тяга!). В смесь постепенно при сильном встряхивании вводят 12 мл серной кислоты, причем образуется светло-желтая соль анилина и реакционная смесь темнеет. Колбу снабжают обратным холодильником и начинают осторожно нагревать на сетке. В этот период категорически запрещается отходить от прибора, т. к. при избыточном нагревании может произойти выброс смеси из колбы. Когда начнется кипение, горелку отставляют и дают пройти бурной стадии реакции, после чего реакционную смесь несколько раз снова доводят до кипения нагреванием горелкой. Затем через холодильник вводят небольшими порциями еще 12 мл концентрированной кислоты, нагревая смесь до кипения после внесения каждой порции. По окончании ведения всей порции серной кислоты реакционную массу кипятят еще три часа. Добавляют небольшое количество воды и отгоняют непрореагировавший нитробензол с водяным паром. Содержимое колбы охлаждают и добавляют 40%-ный раствор щелочи, а потом твердую щелочь до явно щелочной реакции. Хинолин и непрореагировавший анилин отгоняют с водяным паром, дистиллят экстрагируют несколько раз эфиром и после отгонки эфира сырые основания растворяют в смеси 25 мл концентрированной соляной кислоты и 100 мл воды. К теплому прозрачному раствору прибавляют раствор 15 г хлористого цинка (в расчете на безводный) в 25 мл 2н соляной кислоты. Выпавшую после охлаждения двойную соль хинолина отсасывают, тщательно отжимают и промывают на фильтре 2н соляной кислотой для удаления анилина. Соль разлагают концентрированным раствором едкого натра, перегоняют вторично с водяным паром, извлекают эфиром и сушат твердой щелочью. После отгонки эфира хинолин перегоняют в вакууме. Выход 12 – 13 г (55% от теоретического); т. кип. 105 – 1100С (10мм).

59 2-Метилбензимидазол NH2

N

+

CH3COOH

NH2

- H2O

N H

CH3

Смесь 54 г (0,5 моль) о-фенилендиамина, 45 мл (0,75 моль) ледяной уксусной кислоты и 1-2 мл конц. HCl, помещают в круглодонную колбу емкостью 250 мл, кипятят с обратным холодильником 1,5-2 ч, разбавляют 60 мл воды, добавляют 5 г активированного угля и кипятят еще 15-20 мин. Уголь отфильтровывают, а фильтрат осторожно подщелачивают при энергичном перемешивании и охлаждении 22%-ным NH4OH до появления в реакционной смеси слабого запаха аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают, тщательно промывают ледяной водой (4 раза по 25 мл) и сушат. Выход 49,5-53,0 г (75-80%), т. пл. 173-1740С 3,5-Дикарбоэтокси-2,6-диметил-4-фенил-1,4-дигидропиридин C6H5 O CH3 O C C H C + 6 5 2 H CH2COOC2H5

+ NH3

C2H5OOC H3C

COOC2H5 N H

CH3

Работу проводят в вытяжном шкафу! В коническую колбу емкостью 50 мл помещают 9 мл ацетоуксусного эфира и 6 г карбоната аммония, нагревают смесь, периодически перемешивая, до начала выделения аммиака. Для равномерного выделения газа смесь время от времени подогревают. После разложения всего карбоната аммония (исчезновение осадка) нагревание прекращают. Реакционная масса расслаивается; верхний водный слой отделяют с помощью пипетки. К нижнему слою прибавляют 3,5 мл свежеперегнанного бензальдегида и 3 г карбоната аммония, нагревают с обратным холодильником в течение 2 ч на водяной бане и оставляют на ночь при комнатной температуре. Затем прибавляют 30 мл метанола, нагревают до полного растворения твердого вещества и охлаждают в ледяной бане. Осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством холодного метанола и сушат. Выход 4,5 г (40% от теоретического); т. пл. 155-156 0С

60 о-Фениленмалонамид O NH2

+ NH2

O H N C

C2H5O C CH2 C2H5O

C O

CH2

+

2 C2H5OH

N C H O

В трехгорлую колбу емкостью 100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 10,8 г (0,1 моль) о-фенилендиамина, 8,0 г (0,05 моль) малонового эфира, 20 мл концентрированной соляной кислоты и 30 мл воды. Смесь нагревают до 103-1060С и при этой температуре размешивают в течение 2,5 часов. Затем реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, отфильтровывают осадок, промывают его водой и сушат при 700С. Получают 2,4 г. Препарат представляет собой бесцветные кристаллы, сублимируется при 3600С.

ПРИРОДНЫЕ ПРОДУКТЫ. ВЫДЕЛЕНИЕ И СИНТЕЗ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ НИХ

Углеводы. Классификация. Моносахариды, их строение, свойства, таутометия и стереохимия. Глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза. Аномеры и эпимеры. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Сахароза, мальтоза, лактоза. Гидролиз дисахаров. Полисахариды. Крахмал, целлюлоза. Гидролиз полисахаридов. Белки. Протеины и протеиды. Современные представления о строении белка. Получение аминокислот из белков. Незаменимые аминокислоты. Строение нуклеиновых кислот. Важнейшие азотистые основания НК: тимин, цитозин, аденин, гуанин.

61 Кофеин

O H3C O

CH3 N

N N

N

CH3 К тонко измельченному чаю (25 г) приливают взвесь окиси магния (12 г в 250 мл воды) и кипятят 10-15 мин. Реакционную смесь охлаждают, дают отстояться. Раствор декантируют через ватный тампон. Кипячение осадка повторяют еще 2 раза с новыми порциями воды по 75 мл. Объединенные водные вытяжки подкисляют 13 мл разбавленной серной кислоты (до кислой реакции по конго или универсальному индикатору) и концентрируют в выпарительной чашке до 1/3 объема. Горячий раствор фильтруют через складчатый фильтр, охлаждают и экстрагируют (5 раз по 15 мл) хлороформом. Объединенные хлороформные вытяжки промывают сначала 10-15 мл разбавленного раствора щелочи, а затем таким же количеством холодной воды. Растворитель отгоняют на водной бане. В остатке получают сырой кофеин, который перекристаллизовывают из 4-5 мл горячей воды. Определяют массовую долю выделенного и очищенного кофеина в чае. т. пл. 234 °С. Щавелевая кислота

C12H22O11 + 9O2

6 HOOC-COOH + 5H2O

Работу проводят в вытяжном шкафу! В конической колбе нагревают 5 г растёртого в порошок сахара с 29 мл концентрированной азотной кислоты. Как только начнётся выделение бурых паров оксидов азота, нагревание прекращают. Реакция окисления самопроизвольно протекает ещё некоторое время. Затем, когда выделение бурых паров заканчивается, жидкость выливают в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане до объёма 10 - 15 мл. При охлаждении из раствора выкристаллизовывается щавелевая кислота. Её отфильтровывают и перекристаллизовывают из воды. Выход 2 г, т. пл. 189,5°С с разл., т. пл. кристаллогидрата 101,5°С.

62 Сахарная кислота

O

C

O

H

OH

H C OH

H C OH HO C H

C

HNO3

HO C H

K2CO3

COOK

COOK

H C OH

H C OH

HO C H

HO C H

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

H C OH

COOK

COOH

H C OH H

O

C

OH

Работу проводят в вытяжном шкафу! В фарфоровой чашке смешивают 5,4 г глюкозы с 32 мл 25% азотной кислоты и нагревают раствор на слабокипящей водяной бане, непрерывно перемешивая жидкость стеклянной палочкой. Нагревание ведут до тех пор, пока не перестанут выделяться окислы азота, а жидкость, упаренная до консистенции сиропа, не начнет окрашиваться в желтый цвет. Полученную сиропообразную массу растворяют в небольшом количестве воды (8 – 10 мл) и, нагревая на водяной бане, постепенно нейтрализуют (до щелочной реакции по лакмусу) растертым в порошок углекислым калием. Полученную таким образом хорошо растворимую двукалиевую соль сахарной кислоты переводят в кислую соль при помощи уксусной кислоты. Для этого к охлажденному раствору при помешивании прибавляют по каплям ледяную уксусную кислоту до тех пор, пока раствор не начнет слабо пахнуть уксусной кислотой. Смесь оставляют стоять на ночь, а на следующий день отфильтровывают на воронке Бюхнера выпавшие кристаллы кислой калиевой соли сахарной кислоты. Кристаллы промывают несколькими каплями ледяной воды и перекристаллизовывают их из возможно малого количества горячей воды, предварительно прокипятив раствор с активированным углем и отфильтровав его на воронке Бюхнера. Из фильтрата по мере охлаждения выпадают чистые кристаллы кислого сахарнокислого калия. Их отсасывают и сушат между листами фильтровальной бумаги. Выход около 1 г.

63 ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1990г. – 750 с. 2. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1978. – 628 с. 3. Шабаров Ю.С. Органическая химия. М.: Химия, 1994г. - кн.1,2. 4. Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Дрофа, 2002г. – 672 с. 5. Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. М.: МГУ, ч.1-4, 1964, 1969. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир, 1974г., - 1185с. 2. Терней А. Современная органическая химия. т.1,2. М.: Мир, 1981. 3. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии, кн.1,2. М.: Химия, 1974. 4. Органикум. Практикум по органической химии. ч.1,2. М.: Мир, 1979. 5. Агрономов А.Б. Шабаров Ю.С. Лабораторные работы по органической химии. М.: Госхимиэдат, 1971. – 230 с. Учебное издание

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Учебно-методическое пособие для вузов

Составители:

Коптева Наталия Ивановна, Моисеева Людмила Викторовна, Медведева Светлана Михайловна, Шихалиев Хидмет Сафарович

Редактор:

Воронина А.П.