Gyakorlati előkészítő előadások. II. félév

Átírás

1 Gyakorlati előkészítő előadások II. félév

2 Acetilszalicilsav -Acilezés 2 S 4, 3 80, 30 perc ( 3 ) 2 M r : 138,07 M r : 180,09 p.: 159 p.: szalicilsav 2-hidroxibenzoesav acetilszalicilsav 2-acetoxibenzoesav

3 S N Ac reakciók áttekintése Acilezőszerek 2 3 l ketén savklorid savanhidrid észter S 3 S 3 3 N 2 3 N 3 S E Ar acilezési reakció Friedl-rafts acilezés (savklorid, savanhidrid, All 3 ) 3

4 Mi befolyásolja az acilezőszerek reaktivitását? Két ellentétes hatás: 1. Minél nagyobb X -I effektusa, annál nagyobb a karbonil szénatom elektrofilitása δ- X > 2δ+ δ- 2. X nemkötő elektronpárja és a = π-kötés közötti delokalizáció X Ez csökkenti a reaktivitást, mert jobban stabilizálja az alapállapotot, mint az átmeneti állapotot.

5 a) Savhalogenidek A halogénatom -I effektusa dominál b) Savak, észterek és amidok Delokalizáció csökkenti a reaktivitásukat Acilezési reakciók -atomot (alkoholban, fenolban, tiolban, aminban, aromás gyűrűn) acilcsoportra cserélünk ki acilezőszer -Z Z, S, N, acilezés Acilezőszerek reaktivitási sora: ketén > savhalogenid > savanhidrid > észter > nitril > sav > amid

6 Acilezés: adott molekula egy hidrogénjének acilcsoportra való kicserélése (-, N-, S- és -acilezés) Z Z karbonsav acilcsoport acetilcsoport ecetsav (acetic acid) = 2 3 : propionsav propionil = fenil : 3 benzoesav benzoil

7 Acilezőszerek: - lehetnek alifásak és aromásak - legreaktívabb a ketén, ezt követik a savhalogenidek - laboratóriumi munkákban savhalogenidek és anhidridek a leggyakoribbak - gyakran alkalmazunk bázis (pl. piridin) vagy Lewis-sav (pl. All 3 ) katalizátorokat 2 X ' savhalogenid (X = l, Br) pl. acetil-klorid benzoil-klorid savanhidrid pl. ecetsavanhidrid aktív karbonsavészter ketén

8 Fajtái: -acilezés (S N Ac): alkohol/fenol észter 3 karbonsav Bu 3 3 ' észter (' = ) 3 Na butil-acetát acetátion nátrium-acetát S-acilezés (S N Ac): tiol/ariltiol tioészter S S 3 S' tioészter (' = )

9 N-acilezés (S N Ac): ammónia/amin karbonsavamid N N 3 1 N 2 3 karbonsav amid 1-3 :, alkil, aril -acilezés (Friedel-rafts acilezés): aromás vegyületek esetében S E Ar reakció, melynek során oxovegyület keletkezik l All 3 oxovegyület

10 1 Gömblombikba bemérjük az ecetsav-anhidridet, a tömény ecetsavat és a kénsavat. Kevertetés közben hozzáadjuk a szalicilsavat. Utána 80 o -on 30 percen át kevertetjük. 2 Erlenmeyer lombikba vízre öntjük az elegyet, jól elkeverjük. ideg vizes fürdővel hűtjük. sapadék válik le.

11 3 szűrés, kevés vízzel mosás Vízsugár szivattyúhoz 4 átkristályosítás: 3-szoros térfogatú 50%-os ecetsavban forrón oldjuk, majd jeges vizes fürdőn kristályosítjuk

12 5 szűrés, kevés vízzel mosás Vízsugár szivattyúhoz Veszélyforrások Az ecetsav-anhidid, a tömény ecetsav, valamint a kénsav egyaránt marószerek. Védőfelszerelés használata kötelező. Felhasználás őcsökkentő fájdalomcsillapító (analgetikus, antipiretikus és antiflogisztikus hatás) Antikoaguláns

13 SZALIILSAV %T M-1 ν assz. ν assz. (=), ν ar. - Date: Version ID: eport Builder, ev Szalicilsav szilárd, standardizált ν ar. = ν sav = Data operations: Flat, Abex, Smooth Instrument modell: Perkin-Elmer FTI-1600 esolution: 4 cm -1 dr. Tétényi Péter Time: Intézet neve: SZVI

14 AETIL- SZALIILSAV %T M-1 ν assz. (=), ν ar. - ν észter = Date: Version ID: eport Builder, ev ν sav = ν ar. = Acetil-szalicilsav szilárd, standardizált Data operations: Blank, Flat, Abex, Smooth Time: Instrument modell: Perkin-Elmer FTI-1600 esolution: 4 cm -1 dr. Tétényi Péter Intézet neve: SZVI ν -

15 %T M-1 szalicilsav acetil-szalicilsav

16 2 szalicilsav A 0 acetil-szalicilsav M szalicilsav acetil-szalicilsav

17 Szalicilsav 1 dd 7, 99 1 td 6, 99 6, 88 1 dd 7, 41 1 td 2 m (együtt)

18 Acetilszalicilsav 1 dd 8, , 3 7, 31 1 td 7, 56 7, 19 1 dd 3 s 1 td

19 4-Nitrobenzoesav xidáció 3 KMn 4 Na N 2 N 2 M r : 137,14 M r : 158,03 (KMn 4 ) M r : 167,12 p.: 51 M r : 40,00 (Na) p.: nitrotoluol 4-nitrobenzoesav

20 xidáció edukció e - leadás felvétel felvétel leadás leadás felvétel Tipikus oxidálószerek: KMn 4 ; s 4 ; r 3 ; 2 2 ; persavak KMn 4 Na N 2 N 2 sak az aromás maghoz kapcsolódó szénatom oxidálódik karboxilcsoporttá Feltételezhetően gyökös mechanizmus szerint (magasabb rendű gyök stabilabb) Feltétel: minimum egy hidrogénatom az aromás maghoz kapcsolódó szénatomon

21 1 Összemérjük a reagenseket (Na, KMn 4, 4-nitrotoluol, víz), majd 1 órán át olajfürdőn forraljuk (a forralás vége felé a 4-nitrotoluol szublimál a hűtőben kivált anyagot a hűtő faláról a lombikba visszalökjük). 2 A reakcióidő letelte után az elegyet lehűtjük, majd a szilárd anyagot (szervetlen só) Büchner tölcséren szűrjük. 3 Az anyalúgot Erlenmeyer lombikban sósavoldattal savanyítva termékkiválás észlelhető. 4 Jeges vízben történő kevertetést követően a kristályokat szűrjük, anyalúggal, majd kevés vízzel mossuk, következő gyakorlatig szobahőmérsékleten szárítjuk. Veszélyforrás: A nátrium-hidroxid, valamint a kiszűrt mangán-dioxid erős marószer!

22

23

24

25

26 4-Nitrotoluol ppm ppm (s, 3) 7.32 (dm, J = 8.6 z, 2) 8.12 (dm, J = 8.6 z, 2) N

27 4-Nitrotoluol * * N ppm

28 4-Nitrobenzoesav ppm ppm (13.5) 8.17 (dm, J = 8.8 z, 2) 8.31 (dm, J = 8.8 z, 2) N

29 4-Nitrobenzoesav N ppm

30 Metil-4-nitrobenzoát Észteresítés 3 3 / 2 S N 2 N 2 Mr: 167,12 M r : 181,15 p.: p.: nitrobenzoesav metil-4-nitrobenzoát 30

31 Észter előállítása direkt észteresítéssel: karbonsav alkohol

32 Direkt észteresítés: egyensúlyi folyamat Egyensúly eltolása: komponensek koncentrációjának változtatása termékek (észter vagy víz) eltávolítása Sav katalizátor

33 S N Ac reakciók áttekintése Acilezőszerek 2 3 l ketén savklorid savanhidrid észter S 3 S 3 3 N 2 3 N 3 S E Ar acilezési reakció Friedl-rafts acilezés (savklorid, savanhidrid, All 3 ) 3

34 Mi befolyásolja az acilezőszerek reaktivitását? Két ellentétes hatás: 1. Minél nagyobb X -I effektusa, annál nagyobb a karbonil szénatom elektrofilitása δ- X > 2δ+ δ- 2. X nemkötő elektronpárja és a = π-kötés közötti delokalizáció X Ez csökkenti a reaktivitást, mert jobban stabilizálja az alapállapotot, mint az átmeneti állapotot.

35 a) Savhalogenidek A halogénatom -I effektusa dominál b) Savak, észterek és amidok Delokalizáció csökkenti a reaktivitásukat Acilezési reakciók -atomot (alkoholban, fenolban, tiolban, aminban, aromás gyűrűn) acilcsoportra cserélünk ki acilezőszer -Z Z, S, N, acilezés Acilezőszerek reaktivitási sora: ketén > savhalogenid > savanhidrid > észter > nitril > sav > amid

36 Acilezés: adott molekula egy hidrogénjének acilcsoportra való kicserélése (-, N-, S- és -acilezés) Z Z karbonsav acilcsoport acetilcsoport ecetsav (acetic acid) = 2 3 : propionsav propionil = fenil : 3 benzoesav benzoil 36

37 Acilezőszerek: - lehetnek alifásak és aromásak - legreaktívabb a ketén, ezt követik a savhalogenidek - laboratóriumi munkákban savhalogenidek és anhidridek a leggyakoribbak - gyakran alkalmazunk bázis (pl. piridin) vagy Lewis-sav (pl. All 3 ) katalizátorokat 2 X ' savhalogenid (X = l, Br) pl. acetil-klorid benzoil-klorid savanhidrid pl. ecetsavanhidrid aktív karbonsavészter ketén 37

38 Fajtái: -acilezés (S N Ac): alkohol/fenol észter 3 karbonsav Bu 3 3 ' észter (' = ) 3 Na butil-acetát acetátion nátrium-acetát S-acilezés (S N Ac): tiol/ariltiol tioészter S S 3 S' tioészter (' = ) 38

39 N-acilezés (S N Ac): ammónia/amin karbonsavamid N N 3 1 N 2 3 karbonsav amid 1-3 :, alkil, aril -acilezés (Friedel-rafts acilezés): aromás vegyületek esetében S E Ar reakció, melynek során oxovegyület keletkezik l All 3 oxovegyület 39

40 1 2 összemérjük a reagenseket a reakcióelegyet visszafolyatás közben 1 órán át forraljuk 3 a reakcióelegyet vízbe öntjük és 10 percen át kevertetjük 40

41 4 a kivált szilárd anyagot szűrjük Veszélyforrás: A kénsav erősen maró! 41

42 p-nitrobenzoesav N %T M -1 ν Assz. (=) ν ar - Version ID: eport Builder, ev ν acid sav = ν ar = ν as N 2 ν acid - ν s N 2 Inst. model: Perkin -Elmer FTI 1600 P-nitro benzoic acid solid, standardized Time: dr. P éter T étényi Data operations: Blank, Flat, Abex, Smooth esolution: 4 cm -1 D Date:

43 etil-p-nitrobenzoát 100,1 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 %T 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 ν arom - ν Alif. - ν eszter = N 3, Version ID: eport Builder, ev Time: 10:13:27 cm -1 ν asym N 2 ν sym N 2 ν eszter - γ para - Prepared by: dr. Péter Tétényi Date: Name of the organization: Dept of rg hem Data operations: blank, flat, smooth, abex esolution: 4 cm -1 SA etil-para-nitrobenzoát 43

44

45 4-Nitrobenzoesav ppm ppm (13.5) 8.17 (dm, J = 8.8 z, 2) 8.31 (dm, J = 8.8 z, 2) N

46 4-Nitrobenzoesav N ppm

47 Metil-4-nitrobenzoát (s, 3) (dm, J = 9.0 z, 2) 8.29 (dm, J = 9.0 z, 2) N ppm ppm

48 Metil-4-nitrobenzoát N ppm

49 (E,E)-1,5-Difenilpenta-1,4-dién-3-on Aldol-kondenzáció és elimináció Na Et M r : 106,12 Fp: o ρ: 1,044 M r : 58,08 Fp: o ρ: 0,797 M r : 234,30 p: 112 o benzaldehid aceton (E,E)-1,5-difenilpenta-1,4-dién-3-on (dibenzilidénaceton)

50 Aldol-kondenzáció -savkatalízissel vagy báziskatalízissel Aldehidek aldolreakciója: elimináció aldehid aldehid aldol (β-hidroxialdehid) α,β-telítetlen aldehid aktív hidrogének nukleofil enolát δ+ karbonil-addíció (szén-szén kötés kialakulása) β-elimináció (E1cB) (vízkilépés) elektrofil aldehid

51 Szimmetrikus ketonok (pl. aceton) 2 aldol (régi név: ketol) α,β-telítetlen keton Aszimmetrikus ketonok (pl. metil-etil-keton) ha kétféleképpen enolizálhatók (kétféle α-hidrogén) - általában keverék képzõdik, szintetikus jelentõsége korlátozott Q Q Q Q Q keverék Aszimmetrikus ketonok ha egyféleképpen enolizálhatók (egyféle α-hidrogén), egyik α-szénatom tercier Például 3 acetofenon vagy t-butil-metil-keton aldol (ketol) α,β-telítetlen keton

52 Keresztkondenzáció 1. Nukleofil partner: egyféleképpen enolizálható keton 2. Elekrofil partner: α-hidrogént nem tartalmazó, de az enolizálható partnernél elektrofilebb karbonil szénatomot tartalmazó oxovegyület 1. vagy Q vagy F 3 F 3 : aril vagy tercier alkil : aril, alkil, hidrogén Q: aril vagy tercier alkil 3 Q Q Q aldol (ketol) α,β-telítetlen oxovegyület

53 A végrehajtandó reakció mechanizmusa: δ- 2 δ+

54 E1cB

55 1 Lombikba bemérünk Na-ot, vizet adunk hozzá, oldódásig keverjük, majd metanolt és acetont adunk hozzá. 2 Jeges vízzel lehűtjük az oldatot. (10-20 º) 3 4 Az elegyet Az acetont és a benzaldehidet a csepegtetőtölcsérben elegyítjük, majd lassan hozzácsepegtetjük az elegyet. (A hőmérséklet ne emelkedjék 20 º fölé.) 20 percig keverjük.

56 5 űtés nélkül további 20 percig keverjük. 6 A kivált kristályokat Büchnertölcséren szűrjük, vízzel semlegesre mossuk, szárítjuk. Vízlégszi vatt yúhoz A nyers terméket metanolból átkristályosítjuk.

57 Veszélyforrások: 1. A nátrium-hidroxid maró hatású! (Védőkesztyű!) 2. A metanol gyúlékony oldószer. Az átkristályosítást vízfürdőről végezzük. Nyílt láng használata tilos! 3. Védőszemüveg használata minden műveletnél kötelező!

58 AM200; BENZALDEID; -1 DL3; I nt egr al Benzaldehid , 6-3, 4, ( ppm) AM200; 1,5-Difenil-1,4-pentadiÚn-3-on; -1 DL3; (E,E)-1,5-Difenilpenta-1,4-dién-3-on , 9-6, 7, 8-2 Integral (ppm)

59 AM200; BENZALDEID; -13 DL3; Benzaldehid , 3, 5, ( ppm) AM200; 1,5-Difenil-1,4-pentadiÚn-3-on; -13 DL3; (E,E)-1,5-Difenilpenta-1,4-dién-3-on , 6, 8, (ppm)

60 iklohexanon-oxim ximképzés + -N3 + 3 Na x 3 2 iklohexanon M r : 98,14 ρ: 0,9478 l - idroxilaminhidroklorid M r Nátrium-acetát N : 136,08 Mr: 69,49 iklohexanon-oxim Mr: 113,16 p: 90 o

61 Mechanizmus N N 2 _ N 2 N + _ + N + N _ 2 N _ + 2

62 1 Mágneses keverővel, gázelvezetővel, csepegtetőtölcsérrel, belső hőmérővel, Y-feltéttel és hideg vizes patendulával történő hűtéssel felszerelt háromnyakú lombikba bemérjük a hidroxilamin-hidrokloridot, a kristályvizes nátrium-acetátot és a vizet.

63 2 Az oldatot vízfürdőn 60 o -ra melegítjük és csepegtetőtölcsérből, keverés közben hozzácsepegtetjük a ciklohexanont. Ezután a reakcióelegyet 30 percig tovább kevertetjük 60 o -on.

64 3 Ezt követően a reakcióelegyet (a meleg vízfürdőt jeges vízfürdőre cserélve) jeges vízzel 0 o -ra hűtjük. Ekkor kristálykiválás indul meg.

65 4 vízsugárszivattyúhoz A kivált kristályokat 15 perc jeges vízfürdőn történő kevertetés után Büchner-tölcséren szűrjük, majd anyalúggal, végül vízzel mossuk. A kristályokat szobahőmérsékleten súlyállandóságig szárítjuk. Felhasználás: kaprolaktámmá történő átalakítás, majd polimerizálás (műszálak szintézise)

66 IKLEXANN %T M-1 ν keton = felhang cikhex6.sp Time: iklohexanon folyadék, standardizált ν alif. - Instrument modell: Perkin-Elmer FTI-1600 ν keton = β sz. 2 Data operations: Blank, Flat, Abex, Smooth Version ID: eport Builder, ev ν alif. - esolution: 4 cm -1 Intézet neve: SZVI Date: dr. Tétényi Péter

67 IKLEXANN-XIM N %T M-1 ν assz. ν alif. - ν alif. =N β sz. 2 ν alif. - ν N- iklohexanon-oxim szilárd, standardizált Data operations: Blank, Flat, Abex, Smooth Time: Date: cikoxa7.sp Instrument modell: Perkin-Elmer FTI-1600 Version ID: eport Builder, ev Intézet neve: SZVI dr. Tétényi Péter esolution: 4 cm -1

68 N %T M-1 ciklohexanon ciklohexanon-oxim

69 A M ciklohexanon ciklohexanon-oxim

70 iklohexanon

71 A *-gal jelölt adatok egymással felcserélhetők iklohexanon-oxim

72 Ftálimid Savimid képzés 2 N N 2 Karbamid N M r : 166,13 M r : 60,06 M r : 147,13 p.: 200 o p.: 133 o p.: 238 o Ftálsav Ftálimid

73 1 A gömblombikba bemérjük a ftálsavat, a karbamidot, majd az elegyet 160 o -ra melegítjük (olvadék fázisban). A reakcióelegy megolvad, pezseg, majd megszilárdul. A lehűlt reakcióelegyhez vizet adunk, a képződött kristályokat péppé keverjük. 2 Vízsugár szivattyúhoz A kristályokat Büchner tölcséren szűrjük, anyalúggal, majd vízzel mossuk. (A nyerstermék metanolból átkristályosítható.)

74 Ftálimid felhasználása N Na Na N 2 NaBr l N 2 antranilsav 2 l 2 K N 2 N 2 ömlesztés N N N oxidáció - 2 N indigó

75 N + N 2 N 2 N N + N 2 N-alkilftálimid ftalazinon primer amin

76

77

78

79 Ftálsav ppm ppm (br. s, 2) 7.59 (m, 2) 7.67 (m, 2)

80 Ftálsav ppm

81 Ftálimid ppm ppm (m, 4) N (s, 1)

82 Ftálimid N ppm