Методические материалы по органической химии. Практикум Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза
 Скачать 3.05 Mb.
|
Вопросы по методике синтеза. Как провести синтез мезо-тетрафенилпорфирина в атмосфере азота. Как приготовить раствор эфирата трехфтористого бора. Как подготовить дихлорметан для синтеза мезо-тетрафенилпорфирина?После этого смеси дают охладиться до 100 С, переливают в большую колбу и отгоняют с паром непрореагировавший нитробензол. В колбу осторожно приливают 130 мл 30 го раствора едкого натра до щелочной реакции на фенолфталеин и продолжают перегонку с водяным паром. При этом перегоняется хинолин вместе с непрореагировавшим анилином. Дистиллят подкисляют 28 мл концентрированной серной кислоты, охлаждают до 5 Си приливают 10 й раствор нитрита натрия до синего пятна на йодкрахмаль- ную бумагу. Реакционную массу нагревают на водяной бане до прекращения выделения пузырьков. Раствор подщелачивают концентрированным раствором едкого натра и ведут перегонку с водяным паром. Дистиллят насыщают поваренной солью, экстрагируют эфиром и сушат эфирные вытяжки едким натром. Отгоняют эфир и перегоняют хинолин. Вопросы по методике синтеза. Почему исходные реагенты вносятся в указанном порядке. Почему при первой перегонке с водяным паром отгоняется только нитробензол. Для чего добавляется в перегонную колбу щелочь. Что происходит при добавлении к подкисленному дистилляту нитрита натрия и для чего это делается. Что представляет собой йодкрахмальная бумага Как она используется при определении конца реакции диазотирования. Пузырьки какого газа выделяются при нагревании колбы на водяной бане. Какой эфир применяется для экстракции и почему. Какова температура кипения чистого хинолина На какой установке проводится его перегонка. Техника безопасности при работе с диэтиловым эфиром 90 8. ОБЩИЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «ХИМИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ. Синтез стрептоцида Схема синтеза OSO 2 Cl HN O CH 3 S O O Cl NH 3 HN O CH 3 S O O NH 2 H 2 SO 4 20 Разделы курса. Сульфаниламидные препараты. Вопросы по теории. Схема синтеза сульфаниламидов, основанная на реакции сульфохлорирования и замещения атома хлора на амино- или гетериламиногруппу. 2. Другие подходы к синтезу сульфаниламидов (циклоконденсация интермедиатов, содержащих при SO 2 остаток тиомочевины или гуанидина с 1,2- или 1,3-диэлектрофильными реагентами нуклеофильное замещение галогена в гетероядре на сульфаниламидную группу. Почему нельзя проводить реакцию хлорсульфирования с анилином при получении стрептоцида. Механизм бактериостатического действия сульфаниламидов. Методы работы проведение реакции при нагревании, охлаждении, высаживание, перекристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения Ацетанилид 9 г Хлорсульфоновая кислота мл й водный раствор аммиака мл я серная кислота мл Стадия 1. Получение пара-ацетиламинобензолсульфохлорида. Хлор- сульфоновую кислоту (30 мл) осторожно выливают в сухой фарфоровый стакан с отогнутыми краями, закрепленный в кольце и опущенный в смесь воды со льдом. В хлорсульфоновую кислоту при помешивании стеклянной палочкой вносят небольшими порциями ацетанилид (9 г. Температура реакционной массы не должна превышать 20—25 С, ее регулируют скоростью прибавления ацетанилида. По окончании прибавления ацетанилида баню медленно нагревают до тех пор, пока температура реакционной массы станет равной 65—70 С. При этой температуре содержимое стакана выдерживают в течение 30 мин, после чего охлаждают до комнатной температуры и выливают осторожно, медленно, тонкой струйкой в фарфоровую чашку наг толченого льда. При этом необходимо энергично перемешивать лед, а в случае его исчезновения добавить еще. Выделившийся осадок отфильтровывают и промывают 3—4 раза холодной водой. На этой стадии работу прекращать нельзя, необходимо провести следующую. Стадия 2. Получение пара-ацетиламинобензолсульфамида. Полученную влажную пасту пара-ацетиламинобензолсульфохлорида вносят постепенно частями в стакан, содержащий 75 мл 25 го раствора аммиака, при перемешивании стеклянной палочкой. Затем смесь оставляют стоять в течение 30 мин, периодически перемешивают. Осадок отфильтровывают и промывают 2—3 раза холодной водой. Стадия 3. Получение пара-аминобензолсульфамида (стрептоцида). В круглодонной колбе емкостью 250 мл с обратным холодильником нагревают до слабого кипения 20 ю серную кислоту (80 мл. Затем убирают холодильники вносят частями п-ацетиламинобензолсульфамид в виде влажной (или сухой) пасты. После растворения осадка смесь кипятят с холодильником в течение 30 мин. Охлаждают до 10—15 Си при непрерывном помешивании и охлаждении нейтрализуют 25 м раствором аммиака до рН 6 (контроль по универсальному индикатору. Выделившийся стрептоцид отфильтровывают, промывают 1 раз очень небольшим количеством холодной воды и перекристаллизовывают из воды. Определяют температуру плавления стрептоцида (после его сушки). Вопросы по методике синтеза. Почему используется избыток хлорсульфоновой кислоты. Почему реакционная масса после нагревания ацетанилида с хлор- сульфоновой кислотой выливается осторожно на лед таким образом, чтобы температура была низкая. Почему нельзя оставлять влажный сульфохлорид до следующего дня работы. Почему избыток аммиака при выделении стрептоцида ведет к потере продукта. Какие меры предосторожности нужно предпринимать при работе с хлорсульфоновой кислотой, см раствором аммиака 92 8.2. Синтез изониазида Схема синтеза H 2 O N O NHN Разделы курса. Биологически активные вещества – производные пиридина. Вопросы по теории. Приведите примеры противотуберкулезных средств с различными механизмами действия. Амфотерность пиридинкарбоновых кислот. Механизм превращения хлорангидрида в сложный эфир, сложного эфира в гидразид. Методы работы проведение реакции при нагревании, перегонка при пониженном давлении, перекристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения Изоникотиновая кислота г Тионилхлорид 5 г Этанол б/в 2,8 г й раствор гидроксида натрия мл Гидразингидрат 1,791 г й раствор соды мл Стадия 1. Получение гидрохлорида изоникотиноилхлорида. Тионил- хлорид (5 г, 42 ммоль) в течение 30 мин приливают кг ммоль) изоникотиновой кислоты. Температура при этом повышается до 60—70 Си изоникотиновая кислота переходит в раствор. Реакционную массу нагревают ч при 74—76 С, затем избыток тионилхлорида отгоняют в вакууме мм рт. ст. Полученный гидрохлорид никотиноилхлорида без выделения используется наследующей стадии. Стадия 2. Получение этилового эфира изоникотиновой кислоты Безводный этанол (2,8 г) добавляют при температуре не выше 75—80 С к продукту, полученному на предыдущей стадии. Реакционную массу кипятят 1 ч, охлаждают до 15—20 С, добавляют 5 г льда и нейтрализуют 20 м раствором едкого натра ( 3 мл) до исчезновения кислой реакции (контроль по универсальному индикатору, при этом температуру реакционной массы поддерживают не выше 20 С. Затем прибавляют в течение 1 ч 8 мл 93 20 го раствора соды до рН 10—11, водно-щелочной раствор экстрагируют дихлорэтаном (3 15 мл. Экстракт сушат над сульфатом натрия, отгоняют растворитель, затем перегоняют этиловый эфир изоникотиновой кислоты в вакууме (120—122 С при 20 мм рт. ст.). Стадия 3. Получение гидразида изоникотиновой кислоты Кг ммоль) этилового эфира изоникотиновой кислоты в течение 10 мин при 15—20 Си перемешивании приливают 1,791 г (30,06 ммоль) 85 го гидразингидрата. Температура массы при этом повышается до 60—70 °С. Реакционную массу оставляют нач, добавляют 2 мл этанола, нагревают до разжижения и сливают для кристаллизации. Выпавший изониазид отфильтровывают, промывают 1,5 мл этанола и высушивают. Из спиртового раствора выделяют дополнительное количество продукта. Весь изониазид перекристаллизовывают из воды с применением активированного угля. Вопросы по методике синтеза. Установка для перегонки при пониженном давлении. Почему на второй стадии только вначале нейтрализации используют гидроксид натрия, а затем — соду. Перекристаллизация с применением активированного угля. Синтез фтивазида [(4-гидрокси-3-метоксибензилиден)- изоникотиновой кислоты гидразида] Схема синтеза N O NHNH 2 N H N O N OH OMe + O OH OMe Разделы курса. Биологически активные вещества – производные пиридина. Вопросы по теории. Механизм взаимодействия гидразида с карбонильными соединениями. Противотуберкулезные средства — производные изониазида. Методы работы проведение реакции при нагревании, перекристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения В ариан т 1 Изониазид 1,37 г Ванилин 1,52 г Этанол 30 мл Вариант 2 Изониазид 3,77 г Ванилин 4,17 г Вода 118 мл Вариант 1. Синтез в этаноле К раствору 1,37 г (10 ммоль) гидрази- да изоникотиновой кислоты в 30 мл этанола добавляют 1,52 г (10 ммоль) ванилина, кипятят с обратным холодильником в течение 3 ч, затем реакционную массу охлаждают, желтый осадок отфильтровывают и перекристал- лизовывают из этанола. Выход 1,84 г (68 %); Т пл 238—240 °С. Вариант 2. Синтез вводе. К нагретому до 50 С раствору 4,17 г ммоль) ванилина в 83 мл воды приливают в течение 15—20 мин нагретый до 50 С раствор 3,77 г (26,6 ммоль) изониазида в 20 мл воды. Реакционную массу выдерживают 3 ч при 60 С, затем охлаждают до 20 Сот- фильтровывают фтивазид, промывают 15 мл нагретой до 70 Своды и сушат при 60 °С. Вопросы по методике синтеза. Как отделить фтивазид от непрореагировавших изониазида и ванилина. Почему фтивазид имеет желтую окраску, в то время как изониазид бесцветный. Синтез барбитала Схема синтеза O O OEt EtO Et Et NH 2 H 2 N O HN N H Et Et O O O EtONa Разделы курса Биологически активные вещества – производные диа- зинов. Вопросы по теории. Механизм циклоконденсации малонового эфира с мочевиной при катализе этилатом натрия. Биологически активные вещества — производные пиримидина. Методы работы работа с металлическим натрием, проведение реакции при нагревании, отгонка, фильтрация, нейтрализация Методика синтеза Исходные соединения Диэтилмалоновый эфир мл Мочевина 4,4 г Металлический натрий г Абсолютный этанол мл Вода 53 мл Синтез проводится в трехгорлой колбе, снабженной термометром и обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, на магнитной мешалке. В колбу загружают 34,5 мл абсолютного этанола и 2,54 г металлического натрия (маленькими порциями, поддерживая равномерное кипение смеси при 73—80 С, до полного растворения металла. К охлажденному до 40 °С раствору прибавляют 11,9 мл диэтилмалонового эфира. Массу перемешивают в течение 30 мин при 40 С, прибавляют 4,4 г мочевины, смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч. Отгоняют этиловый спирт, остаток растворяют в 53 мл воды, раствор фильтруют, отстаивают 30 мин, отделяют от слоя органических примесей, охлаждают до 10—15 С, подкисляют концентрированной соляной кислотой до рН 4—4,5 и перемешивают ч. Осадок отфильтровывают, промывают водой до нейтральной реакции и высушивают. Вопросы по методике синтеза. Техника безопасности при работе с металлическим натрием. Почему важно поддерживать рН 4—4,5 при выделении продукта. Синтез фурацилина Схема синтеза Разделы курса Биологически активные вещества — производные фурана. Вопросы по теории. Лекарственные препараты нитрофуранового ряда. Механизм взаимодействия альдегида с семикарбазидом. Почему для нитрования фурфурола целесообразно использовать смесь азотной кислоты и уксусного ангидрида. Направления реакции электрофильного замещения в пятичленных гетероароматических соединениях с одним гетероатомом H 2 H 2 SO 4 Методы работы проведение реакции при нагревании, фильтрация с активированным углем. Методика синтеза Исходные соединения 5-Нитро-2-фуральдегида диацетат 1,55 г Семикарбазид 0,66 г Вода 24,2 мл я серная кислота г Стадия 1. Получение 5-нитрофурфурола. К нагретой до кипения смеси мл воды и 1,08 г (10,4 ммоль) 94 й серной кислоты добавляют г (5,7 ммоль) 5-нитро-2-фуральдегида диацетата. Кипятят 10 мин, добавляют мл воды и снова кипятят при 94—95 С до полного растворения образовавшегося 5-нитрофурфурола, раствор обрабатывают углем и фильтруют. Стадия 2. Получение семикарбазона 5-нитрофурфурола. К горячему отфильтрованному раствору, полученному на предыдущей стадии, при перемешивании тонкой струйкой в течение 45 мин добавляют профильтрованный раствор 0,66 г (5,86 ммоль) семикарбазида в 8 мл воды, при этом выпадают кристаллы фурацилина. Реакционную массу охлаждают до 18—20 Си через 2 ч отфильтровывают продукт, отмывают от сульфат-иона 13—15 мл воды и сушат при 60—70 °С. Вопросы по методике синтеза. От какого сульфата отмывают продукт в конце синтеза. Насколько различаются по растворимости вводе фурацилин и семикарбазид. Синтез дибазола Схема синтеза H 2 N Разделы курса. Биологически активные вещества — производные азолов. Вопросы по теории. Почему циклоконденсация о-фенилендиамина с карбоновой кислотой протекает при повышенной температуре. Биологически активные вещества — производные бензимидазола С Методы работы проведение реакции при нагревании, фильтрация, перекристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения о-Фенилендиамин 2,295 г Фенилуксусная кислота г я соляная кислота г Вода 5,6 мл Смешивают 2,295 г (20,8 ммоль) о-фенилендиамина и 2,89 г (20,8 ммоль) фенилуксусной кислоты и нагревают до 140 С, при этом смесь расплавляется. Температуру повышают до 190 Си перемешивают 3 ч с постепенным повышением температуры до 200 С. Массу охлаждают до 110—120 С, приливают мл воды и 3,2 г 27,5 й соляной кислоты. Смесь нагревают до 96 Си перемешивают до полного растворения плава (1 ч. Из водного раствора при перемешивании и охлаждении до 20 С выпадает гидрохлорид 2-бензил-бензимидазола, который отфильтровывают и перекристаллизовы- вают из воды. Вопросы по методике синтеза. На какой бане следует проводить синтез для поддержания необходимой температуры. Перекристаллизация принцип, этапы, выбор подходящего растворителя. Синтез меркаптопурина Схема синтеза HN N O N H N P 2 S 5 N N SH N H N C 5 H 5 N Разделы курса. Биологически активные вещества — производные пуринов. Вопросы по теории. Лекарственные препараты-антиметаболиты, применяемые в качестве противоопухолевых средств. Механизм реакции тионирования. 3. Реакционная способность 2,6,8-трихлорпурина, синтез аденина и гуанина. Построение пурина по Траубе и Фишеру. Методы работы проведение реакции при нагревании, перекристаллизация. Методика синтеза Исходные соединения Гипоксантин 0,29 г Пентасульфид фосфора г Пиридин б/в 5,7 г Соляная кислота мл Вода 35 мл Смесь 0,29 г (2,13 ммоль) гипоксантина, 5,7 г безводного пиридина и 0,696 г (3,13 ммоль) пентасульфида фосфора кипятят 3 ч. Затем отгоняют пиридин в вакууме (200—300 мм рт. ст) и при температуре 70—80 °С. К охлажденному до комнатной температуры остатку приливают 6 мл воды и после 10—12 ч нагревают 4 ч при 80 С. Отфильтровывают технический меркаптопурин, промывают водой, затем смешивают с нагретым до 90 °С раствором 0,87 мл соляной кислоты в 29 мл воды. Смесь кипятят до полного растворения продукта (40—60 мини мин после добавления активированного угля. После фильтрации раствор нейтрализуют аммиачной водой до рН 4, охлаждают до 10 Си повторно очищают перекристаллизацией с углем из 45 мл воды, подкисленной соляной кислотой до рН Вопросы по методике синтеза. Почему для очистки меркаптопурина используют кислую среду. Как очищают продукт от комплекса пиридина с пентасульфидом фосфора 99 9. ОБЩИЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «ТОНКИЙ ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ. Синтез йодбензола Схема синтеза+ NaNO 2 + H 2 SO 4 + Разделы курса Углеродные группы и функциональные производные, принципы создания углеродных структур. Вопросы по теории. Механизм образования диазосоединений. Основные реакции диазониевых солей сочетание, восстановление, реакции с выделением молекулы азота. Сини антидиазотаты. Устойчивость и применение. Относительная устойчивость диазониевых солей. Нитрозирующие агенты и сравнение нитрозирующих частиц. Побочные продукты реакции Зандмайера. Методы работы диазотирование, перегонка с паром, перегонка высоко- кипящих жидкостей. Методика синтеза Исходные соединения Серная кислота (d = 1,84) 11 мл Анилин 9,9 мл Нитрит натрия мл Йодид калия г Гидроксид натрия 10 % 32 мл Вода 110 мл В стакан, снабженный термометром и якорем магнитной мешалки, загружают мл анилина, 11 мл серной кислоты в 65 мл воды. При перемешивании смесь охлаждают до –2 Си добавляют порциями охлажденные во льду 7,7 г нитрита натрия в 30 мл воды таким образом, чтобы температура реакционной массы находилась в интервале –2...0 С. После добавления всего нитрита смесь перемешивают в течение 7 мини добавляют небольшие порции мочевины до прекращения выделения газа. Далее осторожно прибавляют раствор 29 г йодида калия в 45 мл воды и оставляют смесь при этой же температуре в течение 15 мин. Смесь переливают вкруг- лодонную колбу с обратным холодильником и нагревают на водяной бане до прекращения выделения азота. Смесь подщелачивают 32 мл 10 го раствора гидроксида натрия и отгоняют йодбензол из этой же колбы с водяным паром. Образовавшуюся смесь разделяют на делительной воронке, сушат хлоридом кальция и перегоняют при температуре паров 189—190 °С. |