1010 Внутримолекулярное ацилирование 3- фенилпропионовой кислоты в 2,3-дигидроиндан-1-он (альфа-инданон)

NOP
1010
http://www.oc-praktikum.de
Внутримолекулярное ацилирование 3фенилпропионовой кислоты в 2,3-дигидроиндан-1-он
(альфа-инданон)
O
O
OH
полиортофосфорная
кислота
C9H10O2
(150.2)
C9H8O
(132.2)
Классификация
Типы реакций и классы соединений
Ароматическое электрофильное замещение, реакция циклизации, реакция
ацилирования Фриделя - Крафтса, реакция карбонильной группы в карбоновых
кислотах
Карбоновая кислота, ароматические соединения, кетоны
Методы работы
экстракция, взбалтывание, выпаривание на роторном испарителе, фильтрование,
ректификация, колоночная перегонка, перегонка при сниженном давлении, нагревание
на масляной бане, колоночная хроматография
Для размера загрузки 10 ммоль используют колоночную хроматографию вместо
перегонки
Методика (размер загрузки 100 ммоль)
Оборудование
500 мл широкогорлая плоскодонная колба (колба Эрленмейера), стеклянная палочка,
внутренний термометр, нагревательная плитка, 1 л делительная воронка, 20 см Vigreux
колонка, роторный испаритель, аппарат для перегонки или вакуумная насадка на
колонку, вакуумный насос, масляная баня
Реагенты
3-фенилпропионовая кислота (Тпл 47-49 °C)
Полиортофосфорная кислота (83% P2O5)
трет-бутил-метиловый эфир (Ткип 55 °C)
размолотый лед
водный раствор гидрооксида натрия (5%)
MgSO4 для осушки
1
15.0 г (100 ммоль)
110 г
150 мл
150 г
30 мл
около 3 г
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Реакция
Широкогорлую колбу Эрленмейера объемом 500 мл размещают с помощью зажима над
масляной баней, которая помещена на нагревательной плитке и регулируемой по
высоте подставке так, чтобы, регулируя высоту масляной бани, колбу можно было либо
нагревать, либо нет. В колбе нагревают 60 г полиортофосфорной кислоты до
температуры 90 °C (температура масляной бани примерно 100 °C), чтобы она
полностью расплавилась. 15.0 г (100 ммоль) 4-фенилпропиновой кислоты расплавляют
в лабораторном стакане, нагревая до температуры около 60 °C, а затем всю жидкость
сразу добавляют к полиортофосфоорной кислоте при постоянном перемешивании
стеклянной палочкой. Уровень масляной бани понижают так, чтобы колба больше не
была в нее погруженной. Реакционную смесь перемешивают стеклянной палочкой в
течение 3 минут, в течение которых температура поддерживается на уровне 90° C.
Затем добавляют 50 г полиортофосфорной кислоты, а колбу вновь погружают в
масляную баню (температура масляной бани 100°C), и интенсивно перемешивают
палочкой в течение следующих 4 минут. Уровень масляной бани снова снижают и
охлаждают реакционную смесь до 60°C, потом добавляют 150 г размолотого льда и
перемешивание продолжают до тех пор, пока полиортофосфорная кислота полностью
не гидролизуется и осаждается желтое масло.
Выделение продукта
Обработка реакционной смеси
Всю смесь переносят в 1 л делительную воронку и три раза проводят экстракцию
каждый раз по 50 мл трет-бутил-метиловым эфиром. Органические фазы соединяют и
промывают сначала 50 мл воды, потом 30 мл 5% водного раствора NaOH и, в конце,
50 мл воды. Если вода после промывания раствора не имеет нейтральный рН, то
промывание продолжают каждый раз по 30 мл воды до достижения нейтрального рН.
Полученную органическую фазу сушат над MgSO4. После фильтрования от осушителя
растворитель выпаривают на роторном испарителе. Оставшееся масло представляет
собой неочищенный продукт.
Выход неочищенного продукта: 10.2 g
Неочищенный продукт подвергают фракционной перегонке при пониженном давлении
на 20 см Vigreux колонке.
Выход: 9.32 г (70.5 ммоль, 71%); Ткип 84-85 °C (2 гПа); бесцветная жидкость, быстро
кристаллизуется; Тпл 40-41 °C .
Организация сбора и удаления отходов
Рециклизация
Выпаренный трет-бутил-метиловый эфир собирают и перегоняют.
2
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Управление отходами
Отход
Тип емкости для слива
нейтрализуют, потом:
Смеси растворителей с водой,
содержащие галогенов
Органические
растворители,
содержащие галогенов
Твердый отход, не содержит ртуть
Водные фазы
Остаток после перегонки
Сульфат магния
не
не
Время
3 часа
Перерыв
Перед выпариванием растворителя и перед перегонкой
Степень сложности
Легкая
Методика (размер загрузки 10 ммоль)
Оборудование
250 мл широкогорлая плоскодонная колба (колба Эрленмейера), стеклянная палочка,
внутренний термометр, нагревательная плитка, 250 мл делительная воронка, роторный
испаритель, хроматографическая колонка (длина 60 см, диаметр 4 см), масляная баня
Реагенты
3-фенилпропионовая кислота (Тпл 49-51 °C)
Полиортофосфорная кислота (83% P2O5)
трет-бутил-метиловый эфир (Ткип 55 °C)
размолотый лед
водный раствор гидрооксида натрия (5%)
MgSO4 для осушки
Силикагель 60 for column chromatography
н-гептан: ацетилэтиловый эфир = 9:1 (элюент)
1.50 г (10 ммоль)
11 г
30 мл
30 г
5 мл
about 1 г
около 5 л
Реакция
Широкогорлую колбу Эрленмейера объемом 250 мл размещают с помощью зажима над
масляной баней, которая помещена на нагревательной плитке и регулируемой по
высоте подставке так, чтобы регулируя высоту масляной бани колбу можно было либо
нагревать, либо нет. В колбе нагревают 6.0 г полиортофосфорной кислоты до
температуры 90 °C (температура масляной бани примерно 100 °C), чтобы она
полностью расплавилась. 1.50 г (10.0 ммоль) 4-фенилпропиновой кислоты расплавляют
в лабораторном стакане, нагревая до температуры около 60 °C, а затем всю жидкость
3
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
сразу добавляют к полиортофосфоорной кислоте при постоянном перемешивании
стеклянной палочкой. Уровень масляной бани понижают так, чтобы колба больше не
была в нее погруженной. Реакционную смесь перемешивают стеклянной палочкой в
течение 3 минут, в течение которых температура поддерживается на уровне 90° C.
Затем добавляют 5.0 г полиортофосфорной кислоты, а колбу вновь погружают в
масляную баню (температура масляной бани 100°C), и интенсивно перемешивают
палочкой в течение следующих 4 минут. Уровень масляной бани снова снижают и
охлаждают реакционную смесь до 60°C, потом добавляют 30 г размолотого льда и
перемешивание продолжают до тех пор, пока полиортофосфорная кислота полностью
не гидролизуется и осаждается желтое масло.
Выделение продукта
Обработка реакционной смеси
Всю смесь переносят в 250 мл делительную воронку и три раза проводят экстракцию
каждый раз по 10 мл трет-бутил-метиловым эфиром. Органические фазы соединяют и
промывают сначала 30 мл воды, потом 5 мл 5% водного раствора NaOH и, в конце,
50 мл воды. Если вода после промывания раствора не имеет нейтральный рН, то
промывание продолжают каждый раз по 20 мл воды до достижения нейтрального рН.
Полученную органическую фазу сушат над MgSO4. После фильтрования от осушителя
растворитель выпаривают на роторном испарителе. Оставшееся масло представляет
собой неочищенный продукт.
Выход неочищенного продукта: 1.15 г
Неочищенный продукт чистят на хроматографической колонке:
Колонку заполняют силикагелем. Продукт добавляют в колонку и элюируют примерно
5 л элюента (н-гептан: ацетилэтиловый эфир = 9 : 1). Состав фракций проверяют
методом тонкослойной хроматографии, значение Rf целевого продукта составляет 0.3.
Фракции, содержащие целевой продукт, соединяют, и растворитель выпаривают на
роторном испарителе. Продукт представляет собой бесцветную жидкость.
Выход: 1.04 г (7.87 ммоль, 79%); Тпл 40-41 °C
Организация сбора и удаления отходов
Рециклизация
Выпаренный трет-бутил-метиловый эфир собирают и перегоняют.
Выпаренный элюент собирают и перегоняют; после проверки чистоты методом ГЖХ
его используют для хроматографического разделения.
4
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Управление отходами
Отход
Тип емкости для слива
нейтрализуют, потом:
Смеси растворителей с водой,
содержащие галогенов
Твердый отход, не содержит ртуть
Твердый отход, не содержит ртуть
Водные фазы
Сульфат магния
Силикагель из колонки
Время
1 день
Перерыв
Перед выпариванием растворителя и перед хроматографическим разделением
Степень сложности
Легкая
5
Июль 2008
не
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Анализ
Тонкослойная хроматография (ТСХ)
Условия ТСХ:
адсорбент:
элюент:
Macherey и Nagel Polygram SilG/UV пластины, 0.2 мм
н-гептан: ацетилэтиловый эфир 9 : 1
Rf (3-фенилпропионовая
кислота)
Rf (α-инданон)
0.16
0.30
ГЖХ
Условия ГЖХ:
колонка:
ввод:
газ-носитель:
печь:
детектор:
интегратор:
5CB Low Blend/MS, длина 30 м, внутренний диаметр 0.32 мм, толщина пленки 0.25
мкм
Температура инжектора 210 °C, ввод с разделением потока, вводимый объем 1 мкл
H2, давление перед колонкой 50 кПа
60 °C (2 мин), скорость нагрева 10 °C/мин, изотерма 240 °C (30 мин)
ДИП, 310 °C
Shimadzu
Процентную концентрацию рассчитывают на основании площади пиков
ГЖХ неочищенного продукта
Время удерживания (мин)
12.1
Другие пики
ГЖХ чистого продукта
Вещество
Площадь пика %
98 (в ГЖХ чистого продукта)
продукт
не идентифицировано
6
2 (в ГЖХ чистого продукта)
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
1
H ЯМР спектр неочищенного продукта (400 MГц, CDCl3)
1
H ЯМР спектр чистого продукта (400 MГц, CDCl3)
δ (ppm)
2.66 - 2.69
3.12 – 3.15
7.34 – 7.38
7.46 - 7.48
7.56 - 7.60
7.73 – 7.76
Мультиплетность
m
m
m
m
m
m
Количество H
2
2
1
1
1
1
7
Отнесение
2-H
3-H
6-H
5-H
7-H
8-H
Июль 2008
NOP
13
http://www.oc-praktikum.de
C ЯМР спектр чистого продукта (100 MГц, CDCl3)
δ (ppm)
25.68
36.07
123.55
126.59
127.15
134.47
136.95
155.05
206.92
76.5-77.5
Отнесение
C-3
C-2
C-8
C-5
C-7
C-6
C-9
C-4
C-1
растворитель
8
7
6
5
O
9
4
1
2
3
ИК спектр чистого продукта (KBr)
(cм-1)
3065, 3050, 3010
2929, 2860
1702
1600
Отнесение
C-H- валентн., аром
C-H- валентн., алкан
C=O- валентн., кетон
C=C- валентн., аром
8
Июль 2008