Синтезы фенилуксусной кислоты

[G.Patton]

Введение

Существует два эффективных способа получения фенилуксусной кислоты из хлористого бензола. Первый способ через бензилцианид позволяет получить до 77 % выхода. Второй способ из хлористого бензила через реактив Гриньяра описывает выход до 60% от теоретического. Оба способа имеют ряд преимуществ и недостатков. Например, синтез бензилцианида требует от химика большого опыта, поскольку ему приходится работать с цианидом натрия, который очень токсичен. С другой стороны, способ получения бензилхлорида с помощью реактива Гриньяра требует меньше токсичных реагентов, но химику приходится работать с твердым диоксидом углерода или аппаратом Киппа. Кроме того, этот метод дает меньший выход, чем первый. На нашем форуме вы можете найти и другие способы синтеза фенилуксусной кислоты, например, путь из манделовой кислоты или бензилцианида путем щелочного гидролиза.

Кроме того, в этой теме вы можете найти подробный синтез бензилхлорида из бензола. В заключение хочу предупредить всех химиков, которые захотят повторить этот синтез, что вы должны использовать все средства безопасности, такие как химический стакан, перчатки, химический халат и респираторную маску. Проводите эксперименты под выдвижным зондом или под вытяжкой в хорошо проветриваемом помещении.

Внешний вид: белое твердое вещество с сильным медовым запахом.

Температура кипения: 265,5 °C/760 мм рт. ст.; 144,2-144,8 °C/12 мм рт. ст.;
Температура плавления: 76-77 °C;
Молекулярная масса: 136,15 г/моль;
Плотность: 1,091 г/мл (20 °C).

Получение бензилхлорида из бензола

Оборудование и стеклянная посуда.

• Трехгорлая колба емкостью 1 л;
• Лабораторный термометр (от 0 °C до 200 °C) с адаптером для колбы;
• Рефлюксный (двухповерхностный) конденсатор;
• Механическая мешалка;
• Трубка для ввода газа;
• Водяная баня;
• Нагревательная пластина;
• Лабораторный генераторHCl;
• Сепарационная воронка объемом 1 л;
• Аппарат для дистилляции;
• Подставка для реторты и зажим для крепления аппарата;
• Водоструйный аспиратор;
• Лабораторные весы (подходят 1 - 200 г);
• Колбы Эрленмейера на 100 мл x2 и 200 мл x2 с крышкой;
• Мерный цилиндр 500 мл.

Реактивы.

• 200 г (227 мл) бензола;
• 38 г 40 %-ного формалина или 20 г параформальдегида;
• 50 г хлорида цинка безводного (ZnCl2);
• 100 г бикарбоната натрия (NaHCO3);
• 1 л дистиллированной воды;
• 100 г безводного хлорида кальция (CaCl2)/сульфата магния (MgSO4).

В трехгорлую колбу объемом 1 л, снабженную рефлюксным (двухповерхностным) конденсатором, механической мешалкой (предпочтительно типа Гершберга) и трубкой для ввода газа, доходящей почти до дна колбы, помещают 200 г (227 мл) сухого бензола, 20 г параформальдегида (можно также использовать 40% формалин; Пропорции: 200 г бензола, 38 г 40%-ного формалина и 50 г измельченного хлорида цинка) и 20 г тонко растертого в порошок безводного хлорида цинка. Поставьте колбу на водяную баню так, чтобы уровень воды в ней был примерно на одной высоте с реактивом. Нагрейте баню до 60 °C и пропускайте (через промежуточную пустую бутылку для промывания) быструю струю хлористого водорода до тех пор, пока газ не перестанет поглощаться (около 20 минут): дайте остыть. Перенесите реакционную смесь в делительную воронку, промойте ее последовательно двумя порциями холодной воды по 50 мл, двумя порциями насыщенного раствора бикарбоната натрия по 50 мл (очень важно удалить все соли цинка в процессе промывки, иначе продукт в значительной степени смолится во время дистилляции) и, наконец, 20 мл воды. Высушите безводным хлоридом кальция или сульфатом магния и перегоните под нормальным давлением из колбы Клайзена с фракционирующим боковым рычагом до повышения температуры до 100-110 °C. После некоторого охлаждения перегоните под пониженным давлением и соберите бензилхлорид при 63-65 °C при давлении 12 мм рт. ст. Выход составляет 70 г. В остатке в колбе присутствует некоторое количество (около 4 г) п-ксилилендихлорида, м.п. 100 °C, и небольшое количество дифенилметана.

Получение цианида бензила из хлорида бензила

Оборудование и стеклянная посуда.

• Круглодонная колба объемом 5 л;
• Лабораторный термометр (от 0 °C до 200 °C) с адаптером для колбы;
• Рефлюкс-конденсатор;
• Водяная баня;
• Нагревательная плита;
• Капельная воронка 2 л;
• Колба Бюхнера на 2 л и воронка Ø 25 см (или фильтр Шотта);
• Аппарат для дистилляции;
• Подставка для реторты и зажим для крепления аппарата;
• Фильтровальная бумага;
• Обычная воронка;
• Водоструйный аспиратор;
• Лабораторные весы (подходят 1 - 1000 г);
• Магнитная мешалка;
• Мерный цилиндр 1 л;
• 2 л x2; 500 мл x2 мензурки.

Реактивы.

• 500 г (10 моль) цианида натрия (NaCN);
• 450 мл Дистиллированная вода;
• 1000 г (8 моль) Бензилхлорида;
• 1300 г Спирт 95 % (EtOH);
• 775 мл Серная кислота 50% (H2SO4);
• 100 г бикарбоната натрия (NaHCO3);
• 100 г хлорида натрия (NaCl).

В круглодонную колбу емкостью 5000 мл, снабженную пробкой с обратным холодильником и делительной воронкой, помещают 500 г (10 моль) порошкообразного цианида натрия (чистота 96-98%) и 450 мл воды. Смесь нагревают на водяной бане, чтобы растворить большую часть цианида натрия, а затем в течение 30-45 минут через капельную воронку приливают 1000 г (8 молей) бензилхлорида (т.пл. 170-180 °C), смешанного с 1000 г 95% спирта. Затем смесь нагревают под рефлюкс-конденсатором на паровой бане в течение четырех часов, охлаждают и фильтруют с отсасыванием для удаления большей части хлорида натрия. Хорошо промыть отфильтрованную соль небольшой порцией спирта, чтобы удалить бензилцианид, который мог удерживаться механически.

Колбу оснащают конденсатором и отгоняют на паровой бане максимально возможное количество спирта. Оставшуюся жидкость охлаждают, при необходимости фильтруют и отделяют слой бензилцианида. Этот сырой бензилцианид помещают в перегонную колбу Клайзена и перегоняют при пониженном давлении, причем сначала отгоняют воду и спирт, а затем цианид (предпочтительно перегонять последнюю часть растворителей и бензилцианид в вакууме). Выгодно использовать фракционирующую колонну. Материал собирают при 135-140 °C при 38 мм рт. ст. (115-120 °C при 10 мм рт. ст.). Выход составляет 740-830 г (80-90% от теоретического количества). Предпочтительно промывать конечный продукт, чтобы удалить дурно пахнущий бензил изоцианид и значительно продлить срок годности продукта. Однократно перегнанный бензилцианид энергично встряхивают в течение пяти минут с равным объемом теплой (60 °C) 50%-ной серной кислоты, приготовленной путем добавления 275 мл концентрированной серной кислоты к 500 мл воды. Бензилцианид отделяют и промывают равным объемом насыщенного раствора бикарбоната натрия, а затем равным объемом полунасыщенного раствора хлорида натрия. Затем его сушат и перегоняют при пониженном давлении. Потери при промывке незначительны.

Получение фенилуксусной кислоты из бензилцианида

Оборудование и стеклянная посуда.

• Трехгорлая круглодонная колба объемом 5 л;
• Механическая мешалка;
• Рефлюкс-конденсатор;
• Водяная баня;
• Нагревательная пластина;
• Колба Бюхнера на 2 л и воронка Ø 25 см (или фильтр Шотта);
• Обычная воронка;
• Фильтровальная бумага;
• Аппарат для дистилляции;
• Подставка для реторты и зажим для крепления аппарата;
• 1 л Мерный цилиндр;
• 2 л x2; 500 мл x2 мензурки;
• Водоструйный аспиратор;
• Лабораторные весы (1 - 1000 г);
• Лабораторный термометр (от 0 °C до 200 °C) с адаптером для колбы;
• 2 л x2; 500 мл x2 мензурки.

Реактивы.

• 3500 мл Дистиллированная вода;
• 840 мл Концентрат серной кислоты (H2SO4);
• 700 г (6 моль) бензилцианида.

1150 мл воды, 840 мл технической серной кислоты и 700 г (6 моль) бензилцианида смешивают в 5-литровой трехгорлой колбе, снабженной механической мешалкой. Колбу соединяют с рефлюкс-конденсатором и нагревают в течение 3 часов при работающей мешалке. После этого содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры, а затем выливают в 2 л холодной воды. При этом массу необходимо перемешивать, чтобы предотвратить образование твердого кека. Полученную фенилуксусную кислоту отфильтровывают на воронке Бюхнера. Продукт реакции плавят под водой и промывают декантацией несколько раз горячей водой. После охлаждения промывок получают небольшое количество фенилуксусной кислоты, которую отфильтровывают и добавляют к основной порции вещества. Горячую воду из последней промывки сливают, пока продукт еще расплавлен. Жидкую кислоту переливают в двухлитровую колбу Клайзена и перегоняют под вакуумом. Сначала отгоняют небольшое количество воды и отбрасывают. Затем отгоняется около 20 мл отгона с заметным количеством бензилцианида. Эта фракция используется для следующего синтеза. Следующую (третью) фракцию перегоняют при температуре 176-189 °C (50 мм рт. ст.); ее собирают отдельно. После некоторого времени стояния фракция застывает.

Таким образом, получается достаточно чистая фенилуксусная кислота с м.п. 76-76,5 °C; выход 630 г (77,5% от теории). Поскольку вторая фракция, используемая в последующем синтезе, содержит значительное количество фенилуксусной кислоты, общий выход продукта составляет не менее 80% от теоретического. Фенилуксусная кислота обладает неприятным запахом.

Получение фенилуксусной кислоты из бензилхлорида с помощью реактива Гриньяра

Оборудование и стеклянная посуда.

• Трехгорлая круглодонная колба объемом 250 мл;
• Подставка для реторты и зажим для крепления аппарата;
• Механическая мешалка с шарниром;
• Капельная воронка 500 мл с обводным каналом;
• Рефлюкс-конденсатор;
• Пробирка с хлористым кальцием;
• Нагревательная пластина;
• Водяная баня;
• Соляная баня со льдом (-10 °C);
• Колба Вульфа x2;
• Аппарат Киппа или твердый диоксид углерода;
• Сепарационная воронка на 500 мл
• Водоструйный аспиратор;
• Лабораторные весы (1 - 100 г);
• Фильтровальная бумага;
• 100 мл Мерный цилиндр;
• 500 мл x2; 100 мл x2 мензурки;
• Колба Бюхнера объемом 1 л и воронка (или фильтр Шотта).

Реактивы.

• 2,4 г магниевых опилок (Mg).
• 120 мл диэтилового эфира.
• 12,7 г бензилхлорида.
• 200 мл конц. серной кислоты (H2SO4).
• 10 г HCl (d 1,19) в 20 мл дистиллированной воды и 100 мл 10% соляной кислоты.
• 1 л дистиллированной воды.

В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 250 мл, снабженную механической мешалкой с шарниром, капельной воронкой и обратным холодильником с трубкой для хлористого кальция, помещают 2,4 г магниевых опилок, добавляют 30 мл абсолютного эфира и приливают 3-4 мл раствора 12,7 г бензилхлорида в 50 мл абсолютного эфира. После того как реакция начнется, эфир помутнеет и закипит (при необходимости для начала реакции колбу погружают в баню с теплой водой), эфирный раствор бензилхлорида добавляют по каплям с такой скоростью, чтобы эфир все время кипел спокойно и равномерно. После добавления всего бензилхлорида смесь нагревают на водяной бане в течение 1-1,5 ч до полного растворения магния.

Колбу сильно охлаждают смесью льда и соли (-10 °C), заменяют капельную воронку газоотводной трубкой и пропускают в течение 3-4 ч не слишком сильный ток сухой углекислоты из баллона или аппарата Киппа, осушая газ пропусканием через две колбы Вольфа с концентрированной серной кислотой (можно получить более высокий выход фенилуксусной кислоты, введя в реакцию твердую углекислоту).

Затем замените газоотводную трубку капельной воронкой и при сильном охлаждении и перемешивании добавьте по каплям раствор 10 г HCl (d 1,19) в 20 мл воды. Когда реакционная смесь разделится на два прозрачных слоя, содержимое колбы переносят в делительную воронку, хорошо встряхивают и, после отстаивания, отделяют водный слой. Последний дважды экстрагируют эфиром (порциями по 20 мл). Объединенные эфирные растворы фенилуксусной кислоты снова взбалтывают с разбавленным раствором гидроксида натрия, щелочной раствор отделяют, подкисляют 10%-ной соляной кислотой и охлаждают. Полученную фенилуксусную кислоту отфильтровывают под вакуумом, промывают холодной водой, хорошо отжимают и перекристаллизовывают из горячей воды. м.п. 75 °C, выход 8 г (теоретический60 % ).