Лабораторный практикум. Практикум по курсу химия гетероциклических соединений Лабораторная работа хгс 1 синтез пиррола по кнорру

• Название: Практикум по курсу химия гетероциклических соединений Лабораторная работа хгс 1 синтез пиррола по кнорру
• Анкор: Лабораторный практикум
• Дата: 23.02.2023
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: EV_Laboratorny_praktikum_2018.doc
• Тип: Практикум; #952278
• страница: 4 из 5

Лабораторная работа ХГС 9

СИНТЕЗ ХИНОКСАЛИНА

Теоретическая часть

К бензоаннелированным диазинам относятся циннолин, фталазин, хиназолин, хиноксалин. Хиноксалин представляет собой бензоаннелированный пиразин.



циннолин фталазин хиназолин хиноксалин
Важнейший метод получения хиноксалина − конденсация о-фенилендиамина с 1,2-дикарбонильным соединением при нагревании. Для получения хиноксалина, не замещенного по положениям 2 и 3 применяют глиоксаль или его бисульфитное производное.


Методика синтеза

Исходные вещества: глиоксаль (30%-ный водный раствор), метабисульфит натрия, о-фенилендиамин.

Для получения аддукта глиоксаля с гидросульфитом натрия 30%-ный водный раствор глиоксаля (18 мл) прибавляют к рас­твору метабисульфита натрия (20.9 г) в 100 мл воды. Смесь нагревают до 70° С, после чего ее приливают к раствору о-фенилендиамина (10.8 г) в 150 мл горячей воды, вы­держивают 15 мин, охлаждают до комнатной температуры и подще­лачивают раствором карбоната натрия (45 г в 100 мл воды). Продукт реакции экстрагируют эфиром (3×50 мл). Объединенные эфир­ные вытяжки сушат сульфатом магния и после отгонки эфира остаток (он иногда закристаллизовывается) перегоняют в вакууме. Хиноксалин гонится в виде почти бесцветной жидкости с т. кип. 109-111°С (12 мм рт. ст.), которая затвердевает при охлаждении с образованием напоминающих лед кристаллов.

Вопросы к коллоквиуму

Вопросы по теории:

1. 
   Строение пиридазина, пиримидина, пиразина и их бензоаннелированных производных.
   
2. 
   Методы получения циннолина, хиназолина и хиноксалина.
   
3. 
   Химические свойства хиноксалина и его изомеров (циннолина, хиназолина).
   
4. 
   Применение производных хиноксалина.
   

Вопросы по методике синтеза:

1. 
   Чем подщелачивают реакционную смесь перед экстракцией?
   
2. 
   Как проводят экстракцию хиноксалина?
   
3. 
   Какой осушитель используют для эфирного экстракта хиноксалина?
   
4. 
   Как проводят отгонку эксрагента?
   
5. 
   Как перегоняют хиноксалин при пониженном давлении?
   

Лабораторная работа ХГС 10

СИНТЕЗ ПИРАЗИН-2,3-ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Теоретическая часть

Хиноксалин легко вступает в реакции нуклеофильного присоединения и восстановления.



Электрофильное замещение протекает по бензольному кольцу хиноксалина в жестких условиях, например, нитрование смесью конц. HNO₃ и олеума при 90 °С (в течение суток) приводит к образованию смеси 1.5% 5-нитро- и 24% 5,6-динитрохиноксалина.



Хиноксалин инертен к окислению HNO₃ и К₂Сr₂О₇, однако окисление КМnО₄ в щелочном растворе сопровождается расщеплением бензольного кольца с образованием 2,3-пиразиндикарбоновой кислоты, окисление персульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈ дает 2,3-дигидроксихиноксалин (выход 30%).



Хиноксалин легко превращается в N-оксиды, например, окисление 1 эквивалентом надуксусной к-ты приводит к 1-оксиду, избытком к-ты - к 1,4-диоксиду. Дальнейшее восстановительное хлорирование моно- или ди-N-оксидов хиноксалина действием РОСl₃ идет с образованием соответственно 2-хлор- и 2,3-дихлорпроизводных хиноксалина. 



Методика синтеза

Исходные вещества: хиноксалин, перманганат калия.

В трехгорлой круглодонной литровой колбе, снабженной мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником, суспендируют хнноксалин (7.25 г) в 200 мл воды. Суспензию нагревают до 90 ⁰С и при хорошем перемешивании прикапывают теп­лый раствор перманганата калия (52.5 г) в 450 мл воды. Скорость добавления перманганата регулируют таким образом, чтобы смесь все время кипела. После прибавления окислителя, на что требуется около 45 мин, смесь перемешивают еще 15 мин, затем слегка охлаждают и фильтруют через воронку Бюхнера. Дву­окись марганца на фильтре тщательно промывают горячей водой (100 мл), объединенные водные фильтраты упаривают до объема 150 мл (при выпаривании фильтрата удобно пользоваться ротационным испарителем). Раствор осторожно подкисляют (при подкислении выделяется много углекислого газа и происходит значительное вспенивание) конц. НС1 (27,5 мл) и упаривают досуха. Остаток растирают и оставляют на ночь сушиться на воздухе.

Для отделения неорганических примесей полученный продукт кипятят 15 мин в колбе с обратным холодильником со 100 мл аце­тона и 8 мл воды. Охлаждают до комнатной температуры, фильтруют, осадок на фильтре промывают ацетоном (25 мл). Объединенные фильтраты досуха выпаривают, получая сырой продукт в виде ко­ричневой массы.

Пиразин-2,3-днкарбоновую кислоту очищают перекристаллиза­цией из воды (1,5 мл на 1 г технического продукта) с применением активированного угля. Полу­чают светло-коричневые кристаллы, которые сушат несколько часов при 110° С.

Вопросы к коллоквиуму

Вопросы по теории:

1. 
   Методы получения пиразина.
   
2. 
   Реакции нуклеофильного замещения в пиразине.
   
3. 
   Окисление хинолина, хиноксалина и других бензоаннелированных гетероциклов.
   

Вопросы по методике синтеза:

1. 
   Как отделяют продукт от неорганических примесей?
   
2. 
   Типы мешалок, прибор для органического синтеза с мешалкой.
   
3. 
   Как провести экстракцию пиразин-2,3-дикарбоновой кислоты из реакционной смеси?
   
4. 
   Техника безопасности при работе с перманганатом калия.
   
5. 
   Как провести перекристаллизацию пиразин-2,3-дикарбоновой кислоты?
   

Лабораторная работа ХГС 11

СИНТЕЗ 2-БРОМПИРИДИНА

Теоретическая часть

2-Галогенпиридины проявляют более слабые основные свойства по сравнению с пиридином.



Поскольку электрофильное бромирование пиридина протекает только в положение 3, причем с низким выходом, даже в это положение введение атома брома осуществляется путем замещения диазагруппы на бром. Подобную реакцию можно провести и в положения 2 и 4, поскольку аминопиридины – доступные реагенты.


Методика синтеза

Исходные вещества: 2-аминопиридин, бромистоводородная кислота (48%-ная), бром, нитрит натрия.

В трехгорлую полулитровую колбу, снабженную мешалкой, ка­пельной воронкой н термометром, помещают 79 мл 48%-ной бромистоводородной кислоты. Колбу охлаждают и бане со льдом и солью до 10 °С и в течение 10 мин прибавляют к ее содержимому 2-амннопиридин (15 г). Затем, поддерживая темпера­туру ниже 0 °С, прикапывают 24 мл брома (при прибавлении первой половины брома реакционная смесь густеет в ре­зультате образования желто-оранжевого пербромида; первую половину брома прибавляют в течение 20 мин, вторую — и течение 10 мин). После этого в течение 1 ч при той же температуре прибавляют раствор нитрита натрия (27.5 г) в 40 мл воды. По окончании добавления нитрита натрия содержимое колбы перемешивают еще 30 мин, затем прибавляют к нему раствор 60 г (1,5 моль) NaOH в 60 мл воды с такой скоростью, чтобы температура не поднималась выше 20—25° С (при прибавлении щелочи окраска смеси темнеет, затем становится светло-желтой). Почти бесцветную реакционную массу экстрагируют тремя порциями эфира по 30 мл. Вытяжку сушат 1 ч над 10 г твердого КОН, эфир отгоняют и продукт реак­ции перегоняют в вакууме, применяя елочный дефлегматор высотой 15 см.
Вопросы к коллоквиуму

Вопросы по теории:

1. Реакции нуклеофильного замещения в пиридине.

2. Диазотирование гетероароматических аминеов.

3. Какие меры предпринимают, чтобы свести к минимуму конкурирующую реакцию гидролиза катиона пиридил-2-диазония?

Вопросы по методике синтеза:

1. 
   Техника безопасности при работе с нитритом натрия и бромом.
   
2. 
   Как добавляют бром к реакционной массе.
   
3. 
   Как проводят экстракцию 2-бромпиридина?
   
4. 
   Как осуществляют сушку 2-бромпиридина?
   
5. 
   Как проводят перегонку продукта под вакуумом с применением елочного дефлегматора?
   

Лабораторная работа ХГС 12

СИНТЕЗ мезо-ТЕТРАФЕНИЛПОРФИРИНА

Теоретическая часть

Порфиринами называются замещенные порфины. Порфин − устойчивая ароматическая система, состоящия из четырех пиррольных колец, соединенных метиновыми мостиками. Плоский макроцикл представляет собой сопряженную систему из 26 -электронов (11 двойных связей и 2 неподеленных пары электронов атомов азота). Большая энергия сопряжения (840 кДж/моль) свидетельствует о высокой стабильности порфина, для которого характерно наличие двух таутомерных форм.



Порфин можно получить из пиррола. Реакция пиррола с формальдегидом в присутствии карбоната калия приводит к образованию продукта бис-гидроксиметилирования. Последний в разбавленной кислоте превращается в трипирран, реакция которого с бис(гидроксиметил)-пирролом приводит к образованию порфиногена, который может быть окислен до порфина. При взаимодействии пиррол-2-альдегида с муравьиной кислотой порфин образуется с крайне низким выходом.



Взаимодействием пиррола с ароматическими альдегидами получают тетраарилзамещенные порфирины.


методика синтеза

Исходные вещества: бензальдегид, пиррол, хлоранил.

В двухлитровую трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником и трубкой для подвода газа, помещают 1 л дихлорметана (промышленный днхлорме­тан следует предварительно очистить; для этого его последовательно промывают 10%-ной серной кислотой, 10%-ной щелочью, во­дой, сушат поташом и перего­няют, собирая фракцию с т. кип. 39.8−40.1 °С). Колбу в течение 10 мин проду­вают азотом, затем вносят 1.53 мл бензальдегида и 1.04 мл пиррола. Смесь перемешивают 10 мин магнитной мешалкой, пропуская через нее слабый ток азота, после чего прибав­ляют 0.4 мл (0.001 моль) 2,5 М раствора эфирата трехфторнстого бора в дихлорме­тане (для приготовления раствора эфирата трехфтористого бора такой концен­трации 1,23 мл свежеперегнанного BF₃∙Et₂O (т. кип. 125−126° С) разбавляют дихлорметаном до объема 4 мл). Окраска смеси сразу становится розовой и вскоре углубляется до красно-фиолетовой. Реакционную колбу закрывают от комнатного света плотной тканью и перемешивают при комнатной температуре 1 ч, продолжая пропускать азот. После этого в один прием прибавляют хлоранил (2.77 г) и нагревают смесь 1 ч на водяной бане (температура воды в бане 45−50 °С) без перемешивания, но с за­темнением и пропусканием азота. Затем реакционную смесь упари­вают на ротационном испарителе до объема 50 мл, и остаток выливают в фарфоровую чашку на тщательно переме­шанную смесь 10 г силикагеля (40/100 меш) и 2,5 г ВаСО₃ (тонко измельченный порошок). Полученную пасту оставляют на ночь сушиться на воздухе. После высушивания она представляет собой темно-серый порошок. Его помещают наверх хроматографической колонки, заполненной смесью, состоящей из 90% силикагеля (40/100 меш) и 10% тонкоизмельченного карбоната бария (тол­щина колонки 2,8 см, высота слоя наполнителя 40 см). Колонку элюируют смесью дихлорметан-гексан (3:1), вымы­вая всю фиолетовую зону (перед фиолетовой зоной следует собрать и отбросить небольшой (20 мл) бесцветный предгон). После полного вымывания мезо-тетрафенилпорфирина в хроматографической колонке остается весьма обширная травянисто-зеленая зона, а также небольшая черно-коричневая зона на старте, на что идет 800 мл элюента. Красно-фиолетовый элюат упаривают до объема 30−40 мл. Вы­павшие фиолетовые кристаллы отфильтровывают, промывают гексаном. Выход сырого продукта 1.22 г (52.5%). По данным тонко­слойной хроматографии (силикагель, CH₂Cl₂-петролейный эфир, 1:1) полученный продукт (R_f 0.29) содержит лишь незначитель­ную примесь с R_f 0.40. Ее можно отделить перекристаллизацией вещества из смеси дихлорметана с метанолом.

Вопросы к коллоквиуму

Вопросы по теории:

1. 
   Конденсация пиррола с альдегидами.
   
2. 
   Фенилпорфиногены и полипиррилметаны.
   
3. 
   Ароматические свойства порфиринов и методы их получения.
   

Вопросы по методике синтеза: