Методические материалы по органической химии. Практикум Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза
 Скачать 3.05 Mb.
|
|
Вопросы по методике синтеза. Для чего используется мочевина. Для чего реакционная масса промывается щелочью. Основные принципы перегонки с водяным паром. Техника безопасности при работе с солями диазония. Синтез изонитрозоацетоуксусного эфира/ изопропил нитрита Схема синтеза С и н тез изо нит роз о ацетоуксусного эфира и н тез изо пропил нитрита курса. Ретросинтетический подход, сложные углеродные органические соединения. Вопросы по теории. СН-кислотность органических соединений. Механизм реакции нитрозирования. Таутомерный статус получаемых соединений. Нитрозирующие агенты и область их применения. Степени окисления атомов азота на примере нитро-, нитрозосоединений, нитритов, аминов, а также реакции, ими обусловленные Методы работы нитрозирование, экстракция, перегонка. Методика синтеза Исходные соединения И зон и т роз о ацетоуксусный эфир Ацетоуксусный эфир моль Уксусная кислота мл Нитрит натрия моль И з оп ро пил нитрит Серная кислота (d = 1,84) 0,25 моль Изопропиловый спирт моль Нитрит натрия моль Синтез изонитрозоацетоуксусного эфира. В двухлитровый стакан, снабженный термометром и якорем магнитной мешалки, загружают I и 140 мл уксусной кислоты. Образовавшуюся смесь охлаждают на бане до 5 °С. Добавляют в реакционную массу 200—250 г льда и начинают добавлять порциями нитрит натрия таким образом, чтобы температура реакционной массы не превышала 20 С. По окончании прибавления реакционную массу выдерживают 15 мин на бане и 2 ч при комнатной температуре. Продукт дважды экстрагируют 100 мл этилацетата и упаривают, эфирную вытяжку еще раз промывают водой. Сушат сульфатом натрия и упаривают. Синтез изопропил нитрита. Смесь 0,25 моль концентрированной серной кислоты, 10 мл воды и 0,5 моль изопропилового спирта, предварительно охлажденную до 0 С, приливают к раствору 0,55 моль нитрита натрия в 170 мл воды. Скорость прибавления контролируют таким образом, чтобы температура реакционной массы поддерживалась в пределах С. Полученную массу перемешивают в течение 15 мин, затем оставляют стоять до тех пор, пока не произойдет расслоение. Делят массу на делительной воронке, органический слой сушат над сульфатом натрия, затем перегоняют на бане с дефлегматором и холодильником при температуре паров 39—40 °С. Вопросы по методике синтеза изонитрозоацетоуксусного эфира. Почему нитрит натрия добавляют порциями. Можно ли использовать минеральные кислоты. Каким образом фиксируется окончание реакции? Вопросы по методике синтеза изопропил нитрита. Чем обусловлен данный порядок прибавления реагентов. Что находится вводном и органическом слоях. Для чего применяется дефлегматор. Техника безопасности при работе с серной кислотой 102 9.3. Синтез этил-2-циано-3,3-диметилтиоакрилата Схема синтеза Разделы курса. Функциональные производные углеводородов, ретро- синтетический подход, сложные углеродные органические соединения. Вопросы по теории. Механизм реакции. Побочные продукты реакции. Применение продукта в качестве синтона. 4. Что такое гетерокумулены, какова их роль в органическом синтезе. Сравнение реакционной способности гетерокумуленов. Методы работы работа с сероуглеродом, высаживание из раствора, алкилирование, фильтрование. Методика синтеза Исходные соединения Цианоуксусный эфир моль Сероуглерод 0,05 моль Гидроксид калия моль Метил йодид моль Диметилформамид 40,0 мл В коническую колбу загружают I и растворяют в 40 мл диметилформамида. Добавляют II и при перемешивании охлаждают до С. Порциями прибавляют III таким образом, чтобы температура реакционной массы не превышала 0 С. Перемешивают 15 мини начинают порциями добавлять таким образом, чтобы температура реакционной массы не превышала С. Перемешивают 30 мин на бане и 30 мин при комнатной температуре. Полученную массу выливают в 85 мл насыщенного раствора хлорида натрия и смывают из колбы еще 40 мл воды. Фильтруют, осадок промывают мл воды, затем сушат. Возможно образование больших комков полупродукта, в этом случае рекомендуется добавить еще немного диметилформамида и растолочь комки вручную стеклянной палочкой. Вопросы по методике синтеза. Почему реакцию проводят при низких температурах. Каким образом можно контролировать ход реакции C S KOH + MeI DMF H 2 O NC OEt O S S II III IV V 103 3. Для чего реакционную массу выливают в насыщенный раствор NaCl? 4. Почему щелочь растворяют вводе, а не в диметилформамиде. Техника безопасности при работе с сероуглеродом. 1-Морфолино-2-цианоэтилен Схема синтеза HN O NC OH O EtO OEt OEt + + O CN N I II III IV Разделы курса Функциональные производные углеводородов, ретро- синтетический подход. Вопросы по теории. Механизм реакции тройной конденсации. Способы получения ортоэфиров. 3. Побочные продукты реакции. Понятие реакция конденсации. Роль ортоэфиров в органическом синтезе. СН-кислотность и т. д. Методы работы фильтрование, экстракция, кристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения Цианоуксусная кислота моль Морфолин 0,05 моль Этилортоформиат 0,05 моль В круглодонную колбу загружают I, II и III и образовавшуюся суспензию греют в течение 2 ч при температуре 110 С. За это время образуется раствор, который изменяет цвет с бесцветного на желтый, затем на красный. По окончании выдержки реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и упаривают на ротационном испарителе при 50—60 С. Далее вносят 35 мл воды и 15 мл М Na 2 CO 3 . Экстрагируют 25 и 10 мл хлороформа, экстракт сушат над сульфатом натрия. Фильтруют, фильтрат выливают в чашку Петри. Для выпадения осадка рекомендуется добавить затравку. Вопросы по методике синтеза. Для чего используется сода. Каким образом можно контролировать ход реакции. Можно ли сушить исходные вещества щелочью. Техника безопасности при работе с аминами 104 10. ОБЩИЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ХИМИИ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. 2-Фенилбутанол-2 (метилэтилфенилкарбинол) Схема синтеза Разделы курса. Методы получения спиртов. Магнийорганические со- единения. Вопросы по теории. Методы получения магнийорганических соединений. Реакционная способность и границы применимости магнийорганических производных. Способы получения спиртов. Механизмы реакции. Метод ЯМР для установления строения органических соединений. Методы работы перегонка высококипящих жидкостей, перегонка в вакууме. Методика работы Исходные соединения Этилбромид 12 г Магний 2,4 г Ацетофенон 9 г Эфир абс мл Эфир для экстракции мл В раствор реактива Гриньяра, полученного из 12 г этилбромида и 2,4 г магния в 60 мл абс. эфира, при перемешивании и сильном охлаждении ледяной водой по каплям в течение 15 мин прибавляют раствор 9 г ацетофенона в 20 мл абс. эфира. При этом выпадает бесцветный осадок. Затем колбу оставляют на 30 мин в охлаждающей смеси, после чего медленно прибавляют насыщенный раствор NH 4 C1, эфир при этом кипеть не должен. Содержимое колбы постепенно разжижается, и образуются два слоя. В делительной воронке слои разделяют, водный слой экстрагируют эфиром (3 20 мл Mg эфир эфир Объединенные эфирные фракции промывают водой (2 10 мл, 10 м раствором соды (2 10 мл) и сушат безводным О. Эфир отгоняют на роторном испарителе, а остаток перегоняют в вакууме. Выход 8 г (71 от теоретического, Т кип 93—94 С мм рт. ст n D 2 0 Вопросы по методике синтеза. Условия проведения реакций с магнийорганическими соединениями. Для чего в реакционную массу добавляют насыщенный раствор NH 4 C1? 3. Какой осадок выпадает в реакционной массе. Синтез трифенилметанола (трифенилкарбинола) Схема синтеза Э т ил бензоат вспомогательный си н те з) OH + O O OH O H 2 SO 4 Т рифе ни л метанол (три фенил карбинол эфир + эфир H -/H 2 O O H O O Br M Разделы курса. Методы получения спиртов, сложных эфиров. Магнийорганические соединения. Вопросы по теории. Методы получения магнийорганических соединений. Реакционная способность и границы применимости магнийорганических производных. Способы получения спиртов. Механизмы реакции. Метод ЯМР для установления строения органических соединений. Методы работы перегонка высококипящих жидкостей, перегонка в вакууме, перекристаллизация Методика работы Исходные соединения Э т ил бензоат вспомогательный си н те з) Бензойная кислота г Спирт этиловый абс мл 24 мл Т рифе ни л метанол (три фенил карбин о л) Бромбензол 23,5 г Магний 3,6 г Этилбензоат 9,5 г Эфир абс мл Н 2 SO 4 10 г Синтез этилбензоата. В круглодонную колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, помещают г бензойной кислоты и 100 мл абсолютного этилового спирта. Образовавший раствор охлаждают до 0 Си прибавляют к нему по каплям тионил- хлорид. Далее реакционную массу кипятят в течение 2 ч. После этого раствор оставляют на ночь. Реакционную массу выливают в лед, нейтрализуют карбонатом натрия. В раствор добавляют хлороформ и отделяют органический слой. Органический слой сушат безводным Na 2 SO 4 . После отгонки хлороформа остаток перегоняют. Выход (80 % от теоретического, Т кип 212 С мм рт. стили С мм рт. ст n D 2 0 Синтез трифенилметанола. К эфирному раствору фенилмагнийбро- мида, полученному из 3,6 г магния и 23,5 г бромбензола в 100 мл абс. эфира, при интенсивном перемешивании и охлаждении льдом прикапывают раствор г свежеперегнанного этилбензоата в 30 мл абс. эфира при этом выделяется белый осадок. Затем нагревают реакционную смесь на водяной бане, образуется густая реакционная масса. Снова охлаждают колбу льдом и постепенно вносят в нее 100 г льда и по каплям раствор 10 г концентрированной Н (d ° 1,84) в 20 мл воды. Затем из реакционной смеси отгоняют эфир, после чего подвергают смесь перегонке с водяным паром (для удаления непрореагировавшего бромбензола и побочно образовавшегося бифенила. Трифенилкарбинол, оставшийся в колбе в виде желтой кристаллической массы, охлаждают, отфильтровывают, промывают водой, хорошо отжимают и высушивают между листами фильтровальной бумаги. Выход 14,3 г (87 от теоретического. После перекристаллизации из спирта получают 13,7 г % от теоретического, Т пл 162 °С. Вопросы по методике синтеза. Условия проведения реакций с магнийорганическими соединениями. Для чего в реакционную массу добавляют насыщенный раствор Н. Какой осадок выпадает в реакционной массе 107 10.3. Ацетилферроцен Схема синтеза Разделы курса Металлоцены. Вопросы по теории. Механизм реакции. Сравнение реакционной способности ароматических и металлоорганических соединений в реакциях ацилирования. ЯМР для установления структуры металлоценов. Методы работы фильтрование, тонкослойная хроматография, колоночная хроматография. Методика работы Исходные соединения Ферроцен 9 г Уксусный ангидрид мл Н 3 РО 4 (конц мл СИНТЕЗ ПРОВОДЯТ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, помещают 50 мл уксусного ангидрида и 2 мл концентрированной фосфорной кислоты. Перемешивают эту смесь в течение 15 мин, затем добавляют в колбу 9 г ферроцена. Нагревают смесь на песчаной бане до 115—120 Си поддерживают эту температуру в течение 20 мин (термометр находится в реакционной смеси. После охлаждения до 20 С реакционную смесь выливают в 1 л воды и оставляют на несколько часов или на ночь, ноне дольше, так как ацетилферроцен разлагается в кислой среде. Выпавший коричневый осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера и тщательно промывают водой до нейтральной реакции. Осадок высушивают на воздухе. Получают смесь ферроцена и ацетил- ферроцена, суммарно около 12 г. Затем 3 г полученной смеси подвергают хроматографированию (предварительно методом ТСХ в бензоле проверяют соотношение ферроцена и ацетилферроцена) на колонке с Al 2 O 3 . Для этого колонка заполняется суспензией Al 2 O 3 в петролейном эфире, а затем на колонку наносится в сухом виде 3 г продукта, предварительно растертого с 5 г. Ферроцен элюируется петролейным эфиром (желтая зона на колонке, а затем ацетилферроцен (оранжевая зона) – смесью бензола и диэтилового эфира (1 : 2). Растворитель из обеих фракций удаляется в вакууме, определяется выход ферроцена и ацетилферроцена. Чистота продуктов контролируется методом ТСХ на пластинке «Силуфол». Обычно выделяют более 2 г аце- тилферроцена. Суммарный выход 8 г (73 % от теоретического, Т пл 85— 86 Сиз петролейного эфира). Разделение смеси ферроцена и ацетилферроцена. Для разделения смеси указанных веществ используют препаративную колоночную хроматографию. Хроматографическую колонку, снабженную краном или зажимом, закрепляют вертикально в лапке штатива и кладут на дно кусочек ваты. Придерживая вату стеклянной палочкой, вливают в колонку 10 мл петролейного эфира, вату отжимают палочкой для удаления воздуха. Затем приливают хорошо промешанную суспензию оксида алюминия г Al 2 O 3 в 50—60 мл петролейного эфира. Кран колонки приоткрывают и дают суспензии осесть, одновременно сливая избыток растворителя. Кран закрывают. Смесь ферроцена и ацетилферроцена (0,2 г) растирают в ступке с 2 г оксида алюминия и наносят на колонку всухую ровным слоем. Сверху кладут кусочек ватки, наливают петролейный эфир. Кран открывают и наблюдают за процессом разделения веществ, добавляя петролейный эфир и не допуская попадания воздуха в слой Al 2 O 3 . Неполярный ферроцен образует более подвижную окрашенную зону. По окончании элюирования ферроцена вторую окрашенную фракцию (полярный ацетилфер- роцен, малоподвижная окрашенная зона) смывают с колонки смесью бензола с диэтиловым эфиром (1 : 2). Собранные фракции упаривают, определяют массу выделенных веществ и их Т пл . Контроль за разделением веществ можно проводить при помощи ТСХ в петролейном эфире. Вопросы по методике синтеза. Проведение разделения реакционных смесей при помощи колоночной хроматографии. Для чего используют в реакции фосфорную кислоту. Почему разделение проводят на Al 2 O 3 ? 4. Почему элюирование проводят сначала петролейным эфиром, а затем смесью бензола с диэтиловым эфиром 109 10.4. (R,S)-2,2'-Дигидрокси-1,1'-бинафтил (Схема реакции Разделы курса Бинафтильные лиганды. Вопросы по теории. Механизм реакции. Методы получения бинафтильных и биарильных лигандов. Применение бинафтильных и биарильных лигандов. Способы получения хиральных бинафтильных лигандов. М е то д Ат в ер до фазный метод синтез а) Методы работы перекристаллизация. Методика работы Исходные соединения Нафтол-2 1 г 6H 2 O 3,8 г 20 мл Смесь 1 г нафтола и 3,8 г FeCl 3 6H 2 O тщательно измельчают вступ- ке агатовым пестиком, помещают в стеклянную пробирку и выдерживают ч при 50 С. Затем охлажденную до комнатной температуры реакционную смесь разлагают 10 мл 10 й НС, продукт экстрагируют СН 2 Cl 2 (2 10 мл). Органический слой отделяют, промывают дистиллированной водой и сушат О. Метиленхлорид упаривают досуха на роторном испарителе, твердый остаток перекристаллизовывают из толуола. Выход — 0,95 г (95 от теоретического, Т пл 215—217 СМ е то дБ твердофазный метод синтеза сак т ива ц и ей процесс а) Методика работы Исходные соединения Нафтол-2 1 г 6H 2 O 3,8 г СН 2 С1 2 20 мл Тщательно измельченную в ступке смесь 3,8 г FeCl 3 6H 2 O и 1 г нафтола переносят в пробирку из стекла пирекс диаметром 8 мм и помещают eCl 3 , H 2 O O H O H в бытовую микроволновую печь. Через 20 с реакционную смесь охлаждают и разлагают 10 мл 10 й НС, продукт экстрагируют СН 2 Сl 2 (2 10 мл. Органический слой отделяют, промывают дистиллированной водой и сушат MgSО 4 . Метиленхлорид упаривают досуха на роторном испарителе, твердый остаток перекристаллизовывают из толуола. Выход 0,76 г (76 % от теоретического, Т пл 215—217 СМ е то д B (гетер о фазный метод синтеза нафтол водный раствор Методика работы Исходные соединения Нафтол-2 1 г 6H 2 O 3,8 г В колбу Эрленмейера емкостью 50 мл помещают раствор 3,8 г 6H 2 O в 20 мл дистиллированной воды и присыпают 1 г нафтола-2, тщательно измельченного в ступке. Образовавшуюся суспензию интенсивно перемешивают с помощью магнитной мешалки в течение 1 ч при 50 °С, затем охлаждают до комнатной температуры. Осадок отфильтровывают, трижды промывают дистиллированной водой (3 10 мл) и высушивают в вакууме при комнатной температуре до постоянной массы. Остаток перекристаллизовывают из толуола. Выход 0,95 г (95 % от теоретического), Т пл 215—217 °С. Вопросы по методике синтеза. Проведение реакций в отсутствие растворителя. Для чего в реакционную массу добавляют 10 %-ую НС. Применение активации процесса в органическом синтезе БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Беккер Х Органикум : в 2 т. : перс нем. — е изд. / Х. Беккер, Р. Бек- керт, В. Бергер. — Москва : Мир, 2008. — Т. 1. — 504 с Т. 2. — 488 с. — ISBN 978-5-03-003806-3 (рус, ISBN 5-527-31148-3 (нем.). Белобородов В. Л Органическая химия Основной курс / В. Л. Белоборо- дов, С. Э. Зурабян, А. П. Лузин, НА. Тюкавкина. — Москва : Дрофа, 2008. — 638 с. — ISBN 978-5-358-01369-8. Бунев АС Химия гетероциклических соединений : лабораторный практикум АС. Бунев, В. Е. Стацюк. — Тольятти : Изд-во ТГУ, 2013. — 71 с. — ISBN 978-5-8259-0747-5. Грандберг И. И Органическая химия / И. И. Грандберг, Н. Л. Нам. — Москва Издательство Юрайт, 2017. — 608 с. — ISBN 978-5-534-03713-5. Джилкрист Т Химия гетероциклических соединений : перс англ. — Mоск- ва : Мир, 1996. — 464 с. — ISBN Джоуль Дж. Химия гетероциклических соединений : перс англ. / Дж. Джоуль, К. Миллс. — Москва : Мир, 2004. — 728 с. — ISBN 978-5-03-003461-4. Гитис С. С Практикум по органической химии. Органический синтез С. С. Гитис, АИ. Глаз, АИ. Иванов. — Москва : Высшая школа, 1991. — 153 с. — ISBN 5-06-000668-9. Кери Ф Углубленный курс органической химии : перс англ. / Ф. Кери, Р. Сандберг. — Москва : Химия, 1981. — Кн. 1. Марч Дж Органическая химия : Углубленный курс для университетов и химических вузов : в 4 т. / Дж. Марч. — Москва : Мир, 1987—1988. — Т. 1. — 381 с Т. 2. — 504 с Т. 3. — 459 с Т. 4. — 468 с. Нейланд О. Я Органическая химия / О. Я. Нейланд. — Москва : Высшая школа, 1990. — 751 с. — ISBN 5-06-001471-1. Реутов О. А Органическая химия : в 4 ч. / О. А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бу- тин. — Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2012. — Т. 1. — 567 с Т. 2. — 623 с Т. 3. — 544 с Т. 4. — 726 с. — ISBN Рубцов МВ Синтетические химико-фармацевтические препараты : справочник МВ. Рубцов, А. Г. Байчиков. — Москва : Медицина, 1971. — 328 с. Сайкс П Механизмы реакций в органической химии : перс англ. / П. Сайкс. Москва : Химия, 1991. — 448 с. — ISBN 5-7245-0191-0. Титце Л Препаративная органическая химия. Реакции и синтезы в практикуме органической химии и научно-исследовательской лаборатории : перс нем. Л. Титце, Т. Айхер. — Москва : Мир, 2004. — 704 с. — ISBN 5-03-003721-7. Травень В. Ф Органическая химия : в 3 т. — Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2013. — Т. 1. — 401 с Т. 2. — 517 с Т. 3. — 388 с. — ISBN 978-5- 9963-0357-1. Шарп Дж Практикум по органической химии : перс англ. / Дж. Шарп, И. Госни, А. Роули. — Москва : Мир, 1993. — 240 с. — ISBN 5-03-002126-4. Юровская МА Основы органической химии / МА. Юровская, А. В. Кур- кин. — Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2012. — 236 с. — ISBN 978-5- 9963-1134. Юровская МА Химия ароматических гетероциклических соединений МА. Юровская. — Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2015. — 208 с. — ISBN Яхонтов Л. Н Синтетические лекарственные средства / Л. Н. Яхонтов, Р. Г. Глушков. — Москва : Медицина, 1983. — 272 с ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ Практикум Заведующий редакцией МА. Овечкина Редактор ТА. Федорова Корректор ТА. Федорова Компьютерная верстка Г. Б. Головина Уломский Евгений Нарциссович Носова Эмилия Владимировна Утепова Ирина Александровна Деев Сергей Леонидович Чупахин Олег Николаевич Русинов Владимир Леонидович У ч е б но е издание Подписано в печать 25.12.2020. Формат Бумага офсетная. Цифровая печать. Уч.-изд. л. 7,7. Усл. печ. л. 9,35. Тираж 100 экз. Заказ Издательство Уральского университета. Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ 620083, Екатеринбург, ул. Тургенева, Тел +7 (343) 389-94-79, 350-43-28 E-mail: Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ 620083, Екатеринбург, ул. Тургенева, Тел +7 (343) 358-93-06, 350-58-20, Факс +7 (343) 358-93-06 http://print.urfu.ru ДЛЯ ЗАМЕТОК ДЛЯ ЗАМЕТОК |