Feniletiķskābes sintēzes

[G.Patton]

Ievads

Pastāv divi efektīvi ceļi, kā no benzola hlorīda iegūt fenilpentskābi. Pirmais veids, izmantojot benzilcianīdu, ļauj iegūt līdz 77 % iznākumu. Otrais veids no benzilhlorīda, izmantojot Grignarda reaģentu, apraksta līdz 60 % iznākumu no teorētiskā. Abiem veidiem ir dažas priekšrocības un trūkumi. Piemēram, benzilciānīda sintēze prasa lielu ķīmiķa pieredzi, jo viņam jāstrādā ar nātrija cianīdu, kas ir ļoti toksisks. No otras puses, benzilhlorīda sintēzei, izmantojot Grignarda reaģentu, ir vajadzīgi mazāk toksiski reaģenti, bet ķīmiķim ir jāstrādā ar cieto oglekļa dioksīdu vai Kipa aparātu. Turklāt šī metode dod mazāku iznākumu nekā pirmā metode. Mūsu forumā var atrast arī citus fenilpienskābes sintēzes veidus, piemēram, ceļu no mandeļskābes vai benzilcianīda, izmantojot sārmainu hidrolīzi.

Turklāt šajā tēmā var atrast detalizētu benzilhlorīda sintēzi no benzola. Nobeigumā vēlos brīdināt visus ķīmiķus, kuri vēlas atkārtot šo sintēzi, ka ir jālieto visi drošības līdzekļi, piemēram, ķīmiskais stikls, cimdi, ķīmiskais apmetnis un elpošanas maska. Veikt eksperimentus zem izvelkamās zondes vai zem izplūdes gatera labi vēdināmās telpās.

Izskats: balta cieta viela ar spēcīgu medum līdzīgu smaržu.

Viršanas temperatūra: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Kušanas temperatūra: 76-77 °C;
Molekulmasa: 136,15 g/mol;
Blīvums: 1,091 g/ml (20 °C).

Benzilhlorīds no benzola

Iekārtas un stikla trauki.

• 1 L kolba ar trīs kakliņiem;
• Laboratorijas termometrs (no 0 °C līdz 200 °C) ar kolbas adapteri;
• Atpakaļplūsmas (ar dubulto virsmu) kondensators;
• Mehāniskais maisītājs;
• Gāzes ievadīšanas caurule;
• Ūdens vanna;
• sildīšanas plate;
• HCl laboratorijas ģenerators;
• 1 L dalāmā piltuve;
• Destilācijas aparāts;
• Retorta statīvs un skava aparāta nostiprināšanai;
• Ūdens strūklas aspirators;
• Laboratorijas svari (piemēroti no 1 līdz 200 g);
• 100 ml x2 un 200 ml x2 Erlenmeijera kolbas ar vāciņu;
• 500 ml mērcilindrs.

Reaģenti.

• 200 g (227 ml) benzola;
• 38 g 40 % formalīna vai 20 g paraformaldehīda;
• 50 g bezūdens cinka hlorīda (ZnCl2);
• 100 g nātrija bikarbonāta (NaHCO3);
• 1 L destilēta ūdens;
• 100 g bezūdens kalcija hlorīds (CaCl2)/magnija sulfāts (MgSO4).

1 litra kolbā ar trim kakliņiem, kas aprīkota ar atgaitas (divvirsmu) dzesētāju, mehānisko maisītāju (vēlams Heršberga tipa) un gāzes ievadīšanas caurulīti, kas stiepjas līdz kolbas apakšai, ielej 200 g (227 ml) sausa benzola, 20 g paraformaldehīda (var izmantot arī 40 % formalīnu; tad proporcijas ir šādas: 200 g benzola, 38 g 40 % formalīna un 50 g pulverveida cinka hlorīda) un 20 g smalki saberzta bezūdens cinka hlorīda. Kolbu novieto uz ūdens vannas tā, lai ūdens līmenis tajā būtu aptuveni tādā pašā augstumā kā reakcija. Uzkarsē vannu līdz 60 °C un caur tukšu mazgāšanas pudeli strauji ievada ūdeņraža hlorīda plūsmu, līdz gāze vairs netiek absorbēta (apmēram 20 minūtes): ļauj atdzist. Pārnes reakcijas maisījumu uz dalāmo piltuvi, mazgā to secīgi ar divām 50 ml auksta ūdens porcijām, divām 50 ml piesātināta nātrija bikarbonāta šķīduma porcijām (ir svarīgi mazgāšanas procesā noņemt visus cinka sāļus, citādi produkts destilācijas laikā lielā mērā sveķojas) un visbeidzot ar 20 ml ūdens. Žāvē ar bezūdens kalcija hlorīdu vai magnija sulfātu un destilē zem normāla spiediena no Claisen kolbas ar frakcionēšanas sānu atzaru, līdz temperatūra paaugstinās līdz 100-110 °C. Pēc nelielas atdzesēšanas destilē zem pazemināta spiediena un savāc benzilhlorīdu 63-65 °C temperatūrā pie 12 mmHg. Atlikumā kolbā ir nedaudz (apmēram 4 g) p-ksilēndihlorīda, masa 100 °C, un neliels daudzums difenilmetāna.

Benzilciānīds no benzilhlorīda

Iekārtas un stikla trauki.

• 5 l kolba ar apaļo dibenu;
• laboratorijas termometrs (no 0 °C līdz 200 °C) ar kolbas adapteri;
• Atpakaļplūsmas kondensators;
• Ūdens vanna;
• Uzkarsēšanas plate;
• 2 L pilienveida piltuve;
• 2 L Buknera kolba un piltuve Ø 25 cm (vai Šota filtrs);
• Destilācijas aparāts;
• Retorta statīvs un skava aparāta nostiprināšanai;
• Filtrpapīrs;
• Parastā piltuve;
• Ūdens strūklas aspirators;
• Laboratorijas svari (piemēroti no 1 līdz 1000 g);
• Magnētiskais maisītājs;
• 1 L mērcilindrs;
• 2 L x2; 500 ml x2 mucas.

Reaģenti.

• 500 g (10 molu) nātrija cianīds (NaCN);
• 450 ml destilēta ūdens;
• 1000 g (8 moli) benzilhlorīds;
• 1300 g 95 % spirta (EtOH);
• 775 ml 50 % sērskābes (H2SO4);
• 100 g nātrija bikarbonāts (NaHCO3);
• 100 g nātrija hlorīda (NaCl).

Kolbā ar apaļu dibenu un 5000 ml tilpumu, kas aprīkota ar aizbāzni, kurā atrodas atgaitas dzesinātājs un dalāmā piltuve, ievieto 500 g (10 molu) pulverveida nātrija cianīda (96-98 % tīrības) un 450 ml ūdens. Maisījumu uzsilda uz ūdens vannas, lai izšķīdinātu lielāko daļu nātrija cianīda, un tad 30-45 minūšu laikā caur piltuvi ievada 1000 g (8 molus) benzilhlorīda (bp 170-180 °C), kas sajaukts ar 1000 g 95 % alkohola. Pēc tam maisījumu četras stundas karsē zem atgaitas dzesētāja uz tvaika vannas, atdzesē un filtrē ar sūknēšanu, lai atdalītu lielāko daļu nātrija hlorīda. Ir labi izmazgāt filtrēto sāli ar nelielu spirta porciju, lai atdalītu benzilciānīdu, kas varētu būt mehāniski noturējies.

Kolbu aprīko ar kondensatoru, un cik vien iespējams, destilē spirtu tvaika vannā. Atlikušo šķidrumu atdzesē, vajadzības gadījumā filtrē un atdala benzilciānīda slāni. Šo neapstrādāto benzilcianīdu ievieto Klaizena destilācijas kolbā un destilē zem pazemināta spiediena, vispirms pārlejot ūdeni un spirtu, un visbeidzot cianīdu (vēlams pēdējo šķīdinātāju daļu un benzilcianīdu destilēt vakuumā). Ir vēlams izmantot frakcionēšanas kolonnu. Materiālu savāc 135-140 °C temperatūrā pie 38 mm Hg (115-120 °C pie 10 mm Hg). Iegūst 740-830 g (80-90 % no teorētiskā daudzuma). Galaproduktu vēlams mazgāt, lai atdalītu nepatīkami smakojošu benzilizocianīdu un ievērojami pagarinātu produkta glabāšanas laiku. Vienu reizi destilēto benzilciānīdu piecas minūtes enerģiski krata ar tādu pašu daudzumu siltas (60 °C) 50 % sērskābes, ko pagatavo, pievienojot 275 ml koncentrētas sērskābes 500 ml ūdens. Benzilciānīdu atdala un mazgā ar vienādu tilpumu piesātināta nātrija bikarbonāta šķīduma, kam seko vienāds tilpums puslīdz piesātināta nātrija hlorīda šķīduma. Pēc tam to žāvē un destilē zem pazemināta spiediena. Izskalošanas zudumi ir nenozīmīgi.

Feniletiķskābe no benzilciānīda

Iekārtas un stikla trauki.

• 5 L kolba ar apaļu dibenu un trīs kaklu;
• Mehāniskais maisītājs;
• Atpakaļplūsmas dzesinātājs;
• Ūdens vanna;
• Uzkarsēšanas plate;
• 2 l Bihnera kolba un piltuve Ø 25 cm (vai Šota filtrs);
• Parastā piltuve;
• filtrpapīrs;
• Destilācijas aparāts;
• Retorta statīvs un skava aparāta nostiprināšanai;
• 1 l mērcilindrs;
• 2 L x2; 500 ml x2 mucas;
• Ūdens strūklas aspirators;
• Laboratorijas svari (piemēroti no 1 līdz 1000 g);
• laboratorijas termometrs (no 0 °C līdz 200 °C) ar kolbas adapteri;
• 2 l x2; 500 ml x2 mucas.

Reaģenti.

• 3500 ml destilēta ūdens;
• 840 ml sērskābes (H2SO4);
• 700 g (6 mol) benzilciānīds.

Pieclitrā kolbā ar trim kakliem, kas aprīkota ar mehānisko maisītāju, sajauc 1150 ml ūdens, 840 ml tehniskās sērskābes un 700 g (6 mol) benzilcianīda. Kolbu savieno ar atgaitas dzesētāju un karsē 3 stundas, maisītājam darbojoties. Pēc tam kolbas saturu atdzesē līdz r.t. un pārlej 2 litros auksta ūdens. Šajā gadījumā masa ir jāsamaisa, lai novērstu cietā kūka veidošanos. Iegūto feniletiķskābi filtrē uz Buknera piltuves. Reakcijas produktu izkausē zem ūdens un vairākas reizes dekantējot izskalo ar karstu ūdeni. Pēc skalošanas atdzesēšanas iegūst nelielu daudzumu fenilpentskābes, ko nofiltrē un pievieno galvenajai vielas daļai. Karsto ūdeni no pēdējās skalošanas notecina, kamēr produkts vēl ir izkusis. Šķidro skābi ielej 2 litru Claisen kolbā un destilē vakuumā. Vispirms destilē nelielu daudzumu ūdens un to izvada. Pēc tam apmēram 20 ml nogriež ar ievērojamu benzilciānīda daudzumu. Šo frakciju izmanto nākamajai sintēzei. Nākamo (trešo) frakciju destilē 176-189 °C temperatūrā (50 mm Hg); to savāc atsevišķi. Pēc zināma stāvēšanas laika frakcija sacietē.

Tādējādi iegūtais produkts ir diezgan tīra feniletiķskābe ar temperatūru 76-76,5 °C; iznākums ir 630 g (77,5 % no teorijas). Tā kā otrā frakcija, ko izmanto turpmākajā sintēzē, satur ievērojamu daudzumu fenilletiķskābes, kopējais produkta iznākums ir vismaz 80 % no teorētiskā. Feniletiķskābei ir nepatīkama smaka.

Fenilskābes iegūšana no benzilhlorīda, izmantojot Grignarda reaģentu

Iekārtas un stikla trauki.

• 250 ml kolba ar apaļu dibenu un trīs kakliņiem;
• Retorta statīvs un skava aparāta nostiprināšanai;
• Mehāniskais maisītājs ar savienojumu;
• 500 ml piltuve ar apvedceļu;
• Atpakaļplūsmas kondensators;
• Kalcija hlorīda caurulīte;
• sildīšanas plate;
• Ūdens vanna;
• Ledus sāls vanna (-10 °C);
• Volfa kolba x2;
• Kipa aparāts vai ciets oglekļa dioksīds;
• 500 ml dalāmā piltuve
• Ūdens strūklas aspirators;
• laboratorijas svari (piemēroti 1 - 100 g);
• filtrpapīrs;
• 100 ml mērcilindrs;
• 500 ml x2; 100 ml x2 mērglāzes;
• 1 L Buknera kolba un piltuve (vai Šota filtrs).

Reaģenti.

• 2,4 g magnija skaidu (Mg).
• 120 ml dietilētera.
• 12,7 g benzilhlorīda.
• 200 ml sērskābes (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) 20 ml destilēta ūdens un 100 ml 10 % sālsskābes.
• 1 L destilēts ūdens.

Trīskameru apaļdibena 250 ml kolbā ar apaļu dibenu, kas aprīkota ar mehānisko maisītāju ar savienotāju, piltuvi un atgaitas dzesētāju ar kalcija hlorīda caurulīti, ievieto 2,4 g magnija skaidu, pievieno 30 ml absolūtā ētera un pievieno 3-4 ml 12,7 g benzilhlorīda šķīduma 50 ml absolūtā ētera. Kad reakcija sākas, ēteris kļūst duļķains un vārās (ja nepieciešams, lai uzsāktu reakciju, kolbu iegremdē vannā ar siltu ūdeni), pilienveidīgi pievieno benzilhlorīda ēterisko šķīdumu ar tādu ātrumu, lai ēteris visu laiku mierīgi un vienmērīgi vārītos. Pēc visa benzilhlorīda pievienošanas maisījumu karsē ūdens vannā 1-1,5 h, līdz magnijs pilnībā izšķīst.

Kolbu spēcīgi atdzesē ar ledus un sāls maisījumu (-10 °C), piltuvi aizstāj ar gāzes caurulīti un 3-4 stundas padod ne pārāk spēcīgu sausa oglekļa dioksīda plūsmu no balona vai Kippa aparāta, žāvējot gāzi caur divām Volfa kolbām ar koncentrētu sērskābi (augstāku fenilskābes iznākumu var iegūt, ievadot reakcijā cietu oglekļa dioksīdu).

Pēc tam gāzes cauruli aizstāj ar piltuvi un, spēcīgi atdzesējot un maisot, pilienveidīgi pievieno 10 g HCl (d 1,19) šķīduma 20 ml ūdens. Kad reakcijas maisījums ir sadalījies divos caurspīdīgos slāņos, kolbas saturu pārnes uz dalāmo piltuvi, labi sakrata un pēc nostādināšanas atdala ūdens slāni. Pēdējo divas reizes ekstrahē ar ēteri (20 ml porcijās). Apvienotos feniletiķskābes ētera šķīdumus vēlreiz sakrata ar atšķaidītu nātrija hidroksīda šķīdumu, sārmainu šķīdumu atdala, paskābina ar 10 % sālsskābi un atdzesē. Iegūto fenilletiķskābi filtrē vakuumā, mazgā ar aukstu ūdeni, labi izspiež un pārkristalizē no karsta ūdens. m.p. 75 °C, iznākums 8 g (60 % teorētiskais).