1009 Внутримолекулярное ацилирование 4- фенилмасляной

NOP
1009
http://www.oc-praktikum.de
Внутримолекулярное ацилирование 4- фенилмасляной
кислоты в 1,2,3,4-терагидронафталин-1-он (альфатетралон)
O
OH
полиортофосфорная
кислота
O
C10H10O
C10H12O2
(164.2)
(146.2)
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, 1л делительная воронка, роторный
испаритель, 20 см Vigreux колонка, аппарат для перегонки или вакуумная насадка на
колонку, вакуумный насос, масляная баня
Реагенты
4-фенилмасляная 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
16.4 г (100 ммоль)
110 г
210 мл
150 г
30 мл
около 3 г
1
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. 16.4 г (100 ммоль) 4-фенилмасляной кислоты расплавляют в
лабораторном стакане, нагревая до температуры около 70 °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 70 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: 13.8 г
Неочищенный продукт подвергают фракционной перегонке при пониженном давлении
на 20 см Vigreux колонке.
Выход: 12.6 г (86.2 ммоль, 86%); Ткип 135-137 °C (20 гПа) или 105-107 °C (1.7 гПа);
бесцветная жидкость; nD20 = 1.5685
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
4-фенилмасляная 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 для колоночной хроматографии
н-гептан: ацетилэтиловый эфир = 9:1 (элюент)
1.64 г (10 ммоль)
11 г
30 мл
30 г
5 мл
около 1г
около 4 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. 1.64 г (10.0 ммоль) 4-фенилмасляной кислоты расплавляют в
лабораторном стакане, нагревая до температуры около 70 °C, а затем всю жидкость
сразу добавляют к полиортофосфоорной кислоте при постоянном перемешивании
3
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
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, 20
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: 1.21 г
Неочищенный продукт чистят на хроматографической колонке:
Колонку заполняют силикагелем. Продукт добавляют в колонку и элюируют примерно
4 л элюента (н-гептан: ацетилэтиловый эфир = 9 : 1). Состав фракций проверяют
методом тонкослойной хроматографии, значение Rf целевого продукта составляет 0.5.
Фракции, содержащие целевой продукт, соединяют, и растворитель выпаривают на
роторном испарителе. Продукт представляет собой бесцветную жидкость.
Выход: 1.14 г (7.80 ммоль, 78%); nD20 = 1.5685.
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.
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
4
Июль 2008
не
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Время
1 день
Перерыв
Перед выпариванием растворителя и перед хроматографическим разделением
Степень сложности
Легкая
5
Июль 2008
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 (4-фенилмасляная кислота)
Rf (α-тетралон)
0.20
0.53
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)
11.4
Другие пики
ГЖХ чистого продукта
Вещество
продукт
не идентифицировано
6
Площадь пика %
99 (в ГЖХ чистого продукта)
1 (в ГЖХ чистого продукта)
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
1
H ЯМР спектр неочищенного продукта (200 MГц, CDCl3)
1
H ЯМР спектр чистого продукта (400 MГц, CDCl3)
δ (ppm)
2.06 - 2.13
2.60 - 2.63
2.91 - 2.94
7.21 - 7.28
7.41 - 7.45
7.99 - 8.01
Мультиплетность
m
m
m
m
m
m
Количество H
2
2
2
1
2
1
7
Отнесение
3-H
2-H
4-H
6-H
7-H, 8-H
9-H
9 10
O
1
2
8
7
6 5
4
3
Июль 2008
NOP
13
http://www.oc-praktikum.de
C ЯМР спектр чистого продукта (100 MГц, CDCl3)
δ (ppm)
23.00
29.38
38.85
126.29
126.78
128.51
132.30
133.08
144.20
197.91
76.5-77.5
Отнесение
C-3
C-4
C-2
C-8
C-6
C-9
C-10
C-7
C-5
C-1
растворитель
9 10
O
1
2
8
7
6 5
8
4
3
Июль 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
ИК спектр чистого продукта (KBr)
(cм-1)
3025, 3070
2945, 2870, 2860
1685
1600
Отнесение
-CH- валентн., аром
C-H- валентн., алкан
C=O- валентн., кетон
C=C- валентн., аром
9
Июль 2008