Пожарский А.Ф., Гулевская А.В.и др. Практикум по органической химии

Подождите немного. Документ загружается.

301

цвета, немного разогревается. Через 24 ч выдерживания при 25

раствор выпаривают на ротационном испарителе досуха. Пурпурно-

коричневый кристаллический остаток растворяют в 25 мл хлорофор-

ма, полученный раствор промывают 20 мл воды. Раствор тетраа-

цетата розеофлавина в CHCl

высушивают 1 г безводного MgSO

осушитель отфильтровывают и досуха упаривают фильтрат. К полу-

ченному красно-коричневому остатку приливают 18 мл абсолютного

этанола, отфильтровывают нерастворившиеся белые хлопья, филь-

трат охлаждают до –10

C в течение 6 ч и отфильтровывают пурпурно-

коричневые с металлическим блеском игольчатые кристаллы тетраа-

цетата розеофлавина. Масса продукта 2.1 г.

Н ЯМР (CDCl

, 40

C): δ

1.86, 2.10, 2.22 и 2.33 (все с, по 3 Н, COCH

), 2.53 (с, 3 Н, 7-Me), 3.23

(с, 6 Н, 8-NMe

), 4.28, 4.96 и 5.53 (м, 7 Н, C-CH

, N-CH

и (CH)

), 6.83

(c, 1 H, H-9), 7.87 (c, 1 Н, Н-6), 9.35 (уш. с, 1 Н, NH, исчезает при дей-

терировании).

Кристаллический тетраацетат розеофлавина (2.0 г) растворя-

ют при перемешивании в 40 мл 1 М раствора NaOH при 20

C, че-

рез 5 мин раствор нейтрализуют ледяной уксусной кислотой до рН =

= 4–5 и охлаждают до 0

C в течение часа. Отфильтровывают красно-

коричневые игольчатые кристаллы моногидрата розеофлавина, т. пл.

275–276

C. Выход 1.26 г.

Контрольные вопросы

Почему нитрование N,N-диметил-1. о-толуидина идет в мета-

положение по отношению к диметиламиногруппе в серной кис-

лоте? Какой продукт получится при нитровании того же вещества

раствором дымящей азотной кислоты в уксусном ангидриде?

Почему 2-диметиламино-4-аминотолуол в отличие от 2. п-нитро-

N,N-диметил-о-толуидина легко окисляется на воздухе?

Объясните, почему для нитрозирования барбитуровой кислоты 3.

не требуется прибавления минеральной кислоты?

Сколько хиральных центров имеется в молекулах D-рибозы и 4.

розеофлавина? Меняется ли их конфигурация при переходе от

розеофлавина к его тетраацетату и обратно?

Сольватохром из γ-пиколина

HO CHO

(CH

)

CHOH

–

KOH

пиперидин-EtOH

+ +

302

Синтез включает стадии нуклеофильного алифатического за-

мещения и катализируемой основанием альдольной конденсации.

Последующее депротонирование дает мероцианиновый краситель с

ярко выраженной сольватохромией. Окраска вещества сильно зави-

сит от полярности растворителя (табл. 17).

Таблица 17

Растворитель λ

макс

, нм Цвет раствора

Вода 442 Желтый

Метанол 480 Оранжевый

Этанол 510 Красный

Изопропанол 545 Фиолетовый

ДМСО 572 Сине-фиолетовый

Ацетон 577 Сине-фиолетовый

Пиридин 603 Синий

Реактивы: 4-метилпиридин – 6.2 г, йодметан – 4.2 мл, изопро-

панол – 20 мл, 4-гидроксибензальдегид – 7.25 г, безводный этанол –

75 мл, пиперидин – 5 мл, этанол – 20 мл, 0.2 М KOH – 350 мл, образцы

растворителей различной полярности.

Посуда и оборудование: круглодонные колбы на 25 и 250 мл, тер-

мометр, холодильник Либиха, коническая колба на 500 мл, колба для

фильтрования, воронка Бюхнера.

Продолжительность около 26 часов.

Внимание! Все стадии синтеза выполнять в вытяжном шкафу!

1,4-Диметилпиридиния йодид

В круглодонную колбу емкостью 25 мл, снабженную эффектив-

ным обратным холодильником, помещают 6.2 г 4-метилпиридина

(перегнан над твердым KOH при 142–143

C), 10 мл изопропанола и

4.2 мл йодметана. Через несколько минут начинается бурная экзотер-

мическая реакция, раствор закипает и мутнеет вследствие выделения

бесцветного кристаллического продукта алкилирования. После этого

реакционную смесь кипятят с обратным холодильником еще 2 ч.

По охлаждении смеси на ледяной бане осадок отфильтровывают,

промывают охлажденным до 0

C изопропанолом (2×5 мл) и после

высушивания в вакууме получают 14–15 г продукта в виде бесцветных

игл с т. пл. 143–145

ИК (KBr): 3020, 1640 см

–1

Н ЯМР (ДМСО-d

): δ 2.68 и 4.38 (оба с,

по 3 Н, CH

), 8.01 и 8.91 (оба д, по 2 Н, J 7 Гц, пиридил. Н).

303

1-Метил-4-[(4’-оксоциклогексадиенилиден-2’,5’)этилиден]-1,4-

дигидропиридин

В круглодонной колбе на 250 мл готовят раствор 14.2 г йодида

1,4-диметилпиридиния и 7.25 г 4-гидроксибензальдегида в 75 мл

сухого этанола и 5 мл пиперидина. Раствор кипятят с обратным хо-

лодильником в течение 22 ч. При этом образуется красный осадок.

По охлаждении до комнатной температуры осадок отфильтровыва-

ют и промывают этанолом (2×10 мл). Осадок суспендируют в 350 мл

0.2 М KOH и нагревают при перемешивании до 70–72

C. При этом

получается прозрачный темно-красный раствор, из которого при мед-

ленном охлаждении выпадает продукт в виде красных кристаллов. Его

отфильтровывают, промывают небольшим количеством ледяной воды

и после двукратной перекристаллизации из 300 мл воды получают в

виде хроматографически чистых (Al

, H

O) винно-красных красивых

пластинок с выходом 10.1 г; т. пл. 220–230

C (с разложением).

ИК (KBr): 1650 (С=С), 1620 см

–1

. УФ (H

O): λ

макс

(lgε) 251 (4.12), 257

(4.10), 262 (пл.), 375 (4.16), 442 (3.68) нм. Испытывают окраску раство-

ров вещества в выбранных растворителях.

Литература

Minch M. J., Sadiq Shah S., Chem J1. . Educ., 1977. V. 54. № 11, 709.

Титце Л., Айхер Т. Препаративная органическая химия, М.: Мир, 2.

1999. С. 426–427.

304

Приложение 1. Очистка растворителей

Применение описанных ниже методов позволяет готовить рас-

творители пригодные для большинства химических, прежде всего

синтетических, экспериментов. При этом предполага ется, что очистке

подвергают не технические, а выпускаемые промышленностью рас-

творители, уже прошедшие достаточно качественную ректификацию.

В то же время следует заметить, что большинство коммерческих рас-

творителей, продаваемых такими всемирно известными фирмами

как «Сигма-Алдрич» или «Ланкастер», в какой-либо дополнительной

очистке, как правило, не нуждаются (при условии, что они не слишком

долго хранились).

Помните, что большинство указанных растворителей являются

лег ковоспламеняющимися жидкостями, пары которых образуют с воз-

духом взрывчатые смеси! Используйте необходимые меры предосто-

рожности (см. разд. 1.2).

Ацетон СН

СОСН

Т. кип. 56.2 °С, n

1.3591, d = 0.792

Смешивается с водой, спиртом и эфиром в любых отношениях.

Не образует азеотропной смеси с водой.

Чистота продажного ацетона достаточна почти для любых целей.

Перегонка над небольшим количеством перманганата калия позво-

ляет разрушить следовые количества примесей, например, альдеги-

дов.

Для высушивания удобно использовать безводные хлорид каль-

ция или поташ, молекулярные сита 4А. После сушки всегда необходи-

ма пе регонка.

Очень чистый ацетон получают следующим образом: ацетон

насыща ют сухим иодидом натрия при 25–30 °С, полученный раствор

декантируют и охлаждают до –10 °С; отфильтровывают кристалличе-

ский комплекс иодида натрия и ацетона и нагревают его до 30 °С; об-

разующуюся жидкость перегоняют.

Ацетонитрил СН

СN

т. кип. 81.5 °С, n

1.3441, d = 0.783

Смешивается с водой, спиртом или эфиром в любых отношени-

ях. Азеотропная смесь с водой кипит при 76.7 °С и содержит 84.1 %

ацетонитрила.

Ацетонитрил предварительно перегоняют, от брасывая первую

фракцию (контроль по температуре кипения), содержащую воду и

возможные следы бензола и акрилонитрила. Затем ацетонитрил ки-

пятят с обратным холодильником с фосфорным ангидридом (≤ 5 г/л)

несколько раз до тех пор, пока ацетонитрил не перестанет окраши-

305

ваться. Растворитель отгоняют, перегоняют еще раз над поташом и

фракционируют на колонке с высоким флегмовым числом, отбрасы-

вая первые 5 % дистиллята.

Бензол С

т. кип. 80.1 °С, т.пл. 5.5 °С, n

1.5010, d = 0.879

При 20 °С бензол растворяет 0.06 % воды. Азеотропная смесь

с водой кипит при 69.25 °С и содержит 91.17 % бензола. О тройной

азеотропной смеси с водой и этанолом см. «Этанол».

При использовании традиционного метода очистки бензол встря-

хивают с концентрированной серной кислотой (100 мл кислоты на 1 л

бензола) с последующим удалением слоя кислоты. Опе рацию повто-

ряют до тех пор, пока слой кислоты не будет иметь очень слабой окра-

ски. Бензол декантируют и перегоняют. Очистка с использо ванием

серной кислоты позволяет удалить из бензола примеси тиофена, оле-

финов и воду.

Для более тщательного обезвоживания добавляют в перегнанный

бензол 0.5 г/л тонко нарезанных пластинок металлического натрия,

кипятят 1 час с обратным холодильником и перегоняют над натрием.

Аналогично очищают и обезвоживают толуол, о-, м- и п-ксилолы.

Внимание! Все работы с бензолом проводить только под тягой, так

как бензол является сильным кровяным ядом. Бензол может всасы-

ваться через кожу. Появление его запаха свидетельствует о превыше-

нии предельно допустимой концентрации паров бензола в воздухе.

Диметилсульфоксид СН

SOСН

т. кип. 189 °С (разл.) или 72 °С / 12 мм рт. ст., т.пл. 18.5 °С, n

1.4783, d = 1.1014

Диметилсульфоксид (ДМСО) смешивается с водой, спиртом или

эфиром в любых отношениях.

ДМСО может содержать воду, примеси диметилсульфида и ди-

метилсульфона. Для очистки его держат не менее 12 ч над свежей

активной окисью алюминия или над гранулами едкого натра. Затем

перегоняют под уменьшенным давлением (лучше воспользоваться

водоструйным насосом) в токе сухого чистого азота и хранят над мо-

лекулярными ситами 4А.

Внимание! ДМСО способствует переносу сквозь кожу многих орга-

нических соединений.

Диметилформамид (СН

)

N-СН=О

т. кип. 153.0 °С, n

1.4269, d = 0.950

Диметилформамид (ДМФА) смешивается с водой, спиртом или

эфиром в любых отношениях, растворяет многие соли.

306

ДМФА часто содержит амины, аммиак, формальде гид и воду.

Перегоняют смесь 250 мл ДМФА, 30 мл бензола и 18 мл во ды.

Сначала отгоняется бензол, вода, амины и аммиак, затем в ваку-

уме - очень чистый ДМФА; он имеет нейтральную реакцию, без за-

паха. Дополнительную сушку ДМФА производят кипячением над ВаО

с обратным холодильником в течение 3 ч с последующей вакуум-

перегонкой в токе сухого азота.

Внимание! ДМФА, как и ДМСО, способствует транспорту сквозь

кожу многих органических соединений.

Диоксан

т. кип. 101

С, т.пл. 12

С, n

1.4233, d = 1.034

Диоксан смешивается с водой, спиртом или эфиром в любых от-

ношениях. Диоксан может содержать воду, уксусную кислоту, этиле-

нацеталь ацетальдегида. Относительно образования перекисей см.

«Диэтиловый эфир».

Очистка. Смесь 100 мл воды, 15 мл концентрированной соля-

ной кислоты и 1 л диоксана кипятят с обратным холодильником в

течение 12 ч в медленном токе азота (для удаления ацетальдеги-

да, образующе гося при гидролизе ацеталя гликоля). Затем раствор

охлаждают и до бавляют гранулы КОН до тех пор, пока они не пере-

станут растворяться и не произойдет разделение сдоев. Слой диок-

сана (верхний) декантируют и сушат над свежей гидроокисью калия

в течение суток.

Cушка. Диоксан, предварительно высушенный гранулированным

КОН, кипятят над натрием до тех пор, пока свежие кусочки натрия не

будут сохранять блестящую поверхность. Затем диоксан перегоня ют

над натрием и хранят в темноте в атмосфере азота.

Внимание! Перед работой с диоксаном убедитесь в отсутствии

перекисей.

Диэтиловый эфир C

т. кип. 34.6

С, n

1.3527, d = 0.7193

При 15 °С эфир растворяет 1.2 % воды, а вода при 20 °С – 6.5 %

эфира. Азеотропная смесь с водой содержит 1.26 % воды и кипит при

34.15

C. Продажный продукт всегда содержит этанол и воду в качест-

ве примесей.

Очистка. На свету эфир образует взрывчатые перекиси, поэтому

эфир хранят над едким кали, который переводит гидроперекиси в не-

растворимые соли и одновременно служит хорошим осушителем. Для

определения перекисей к 1 мл эфира добавляют 1 мл 10 %-ного рас-

307

твора иодида калия в ледяной уксусной кислоте. Появление в тече ние

нескольких секунд желтой окраски раствора указывает на присутствие

низкой концентрации перекиси, коричневой окраски - высокой концен-

трации перекиси. Большие количества перекисей удаляют, пропуская

эфир через короткую колонку, заполненную окисью алюминия, или ки-

пячением эфира с обратным холодильником в присутствии 0.5 вес. %

Сu

с последующей перегонкой.

Сушка. Абсолютный эфир получают при многодневном выдер-

живании над хлоридом кальция. Затем осушитель отфильтровывают,

а эфир сушат над натриевой проволокой до прекращения выделения

водорода и перегоняют либо над свежим натрием, либо над алюмоги-

дридом лития (гидридом кальция).

Внимание! Перед работой с диэтиловым эфиром убедитесь в

отсут ствии перекисей. Эфир следует хранить в склянке темного стек-

ла в темном месте.

Ксилол С

(CH

)

о-Ксилол: т. кип.144.4 °С, n

1.5071, d = 0.881

м-Ксилол: т. кип. 139.1 °С, n

1.4972, d = 0.864

п-Ксилол: т. кип. 138.4 °С, n

1.5004, d = 0.861

Продажный ксилол представляет собой смесь трех изомеров,

тем пература кипения такой смеси 136–144 °С. Азеотропная смесь с

водой кипит при 92 °С и содержит 64.2 % ксилола.

Очистка и сушка см. «Бензол».

Метанол СН

ОН

т. кип. 64.7 °С, n

1.3286, d = 0.792

Метанол смешивается с водой в любых отношениях. Не образует

азеотропной смеси с водой.

Сушка. Большую часть воды удаляют фракционной перегонкой.

Затем 50 мл метанола, 5 г магния в виде стружек и 0.5 г кристалли-

ческого йода кипятят с обратным холодильником до обесцвечивания

раствора и прекращения выделения водорода. Прибавляют 1 л мета-

нола, кипятят с обратным холодильником 30 мин и осторожно пере-

гоняют.

Внимание! Вдыхание паров метанола вызывает приступы тош-

ноты, нарушает деятельность сердца и нервной системы, вызывает

слепоту. При приеме вовнутрь метанол является смертельным ядом!

Метиленхлорид

т. кип. 40 °С, n

1.4246, d = 1.3348

Азеотропная смесь с водой кипит при 38.1 °С и содержит 98.5 %

метиленхлорида.

308

Очистка. Промывают 1 л метиленхлорида 50 мл концентрирован-

ной серной кислоты, затем 50 мл 5 %-ного водного раствора карбона-

та нат рия, 100 мл воды и сушат хлоридом кальция в течение суток.

Для обыч ных целей достаточно отфильтровать осушитель и пере-

гнать раствори тель.

Сушка. Чистый сухой метиленхлорид получают после заключитель-

ной перегонки над Р

Внимание! Продолжительное вдыхание паров метиленхлорида

пора жает печень и почки, вызывает наркотический эффект. Как и дру-

гие галогеналканы, метиленхлорид категорически нельзя сушить ме-

таллическим натрием - возможен сильный взрыв!

Пиридин С

т. кип. 5.6 °С, n

1.5100, d = 0.982

Пиридин гигроскопичен, смешивается с водой, спиртом и эфиром

в любых отношениях. Азеотропная смесь с водой кипит при 94 °С и

содержит 57 % пиридина.

Пиридин высушивают в течение нескольких дней над гранулами

КОН, затем перегоняют над свежим оксидом бария на хо рошей колон-

ке, собирая фракцию с температурой кипения от 114 до 116

С.

Внимание! Попадая на кожу, пиридин вызывает экзему. Вдыхание

паров пиридина вызывает тошноту, боли в желудке, повреждение

нерв ной системы.

Тетрагидрофуран

т. кип. 65.4

С, n

1.4070, d = 0.888

Тетрагидрофуран (ТГФ) смешивается с водой в любых отношени-

ях. Азеотропная смесь с водой кипит при 63.2 °С и содержит 94.6 %

ТГФ.

Очистка. Следы перекисей удаляют кипячением 0.5 вес. %-ной

суспензии Cu

в ТГФ в течение 30 мин, после чего растворитель

перегоняют. Затем ТГФ выдерживают над гранулами КОН в течение

су ток и вновь перегоняют. ТГФ следует хранить над гранулами КОH.

Cушка. Перегнанный ТГФ кипятят с алюмогидридом лития или ги-

дридом кальция в течение 30 мин с обратным холодильником, затем

перегоняют. Такой метод позволяет получить очень сухой раствори-

тель.

Внимание! Образование перекисей у ТГФ происходит быстрее,

чем у диэтилового эфира, ТГФ, содержащий много перекисей (обнару-

309

жение перекисей см. «Диэтиловый эфир»), нельзя обрабатывать

КОН.

Толуол С

СН

т. кип.110.8°С, n

1.4969, d = 0.867

Азеотропная смесь c водой кипит при 84.1 °С и содержит 81.4 %

толуола.

Очистка, сушка и меры предосторожности: см. «Бензол».

Уксусная кислота (ледяная) СН

СООН

т. кип. 118 °С, т.пл. 16.6

С, n

1.3698, d = 1.049

Уксусная кислота смешивается с водой в любых отношениях.

Примеси. Следы уксусного альдегида и других карбонильных

соеди нений.

Очистка и сушка. В большинстве случаев достаточно выморо-

зить уксусную кислоту. Не следует охлаждать слишком сильно, так как

при этом могут перейти в твердое состояние вода и другие примеси.

Отсасывают кристаллы уксусной кислоты на охлаждаемой воронке,

хоро шо отжимают. Промывать не следует

Примеси карбонильных соединений удаляют кипячением с обрат-

ным холодильником в присутствии 2–5 вес.% перманганата калия или

хро мового ангидрида, после чего кислоту перегоняют. Следы воды

удаля ют сушкой над фосфорным ангидридом.

Внимание! Пары уксусной кислоты взрывоопасны, что часто недооце-

нивают. Сама кислота вызывает ожоги кожи (пораженное место

следует про-

мыть большим количеством воды, при поражении глаз промывать их водой

около 15 мин).

Уксусный ангидрид (CH

CO)

т. кип. 139.6 °С, n

1.3904, d = 1.082

Уксусный ангидрид гидролизуется водой.

Примеси. Уксусная кислота.

Очистка. Кипячение с обратным холодильником в течение 1 ч c

безводным ацетатом натрия и последующая перегонка.

Внимание! Уксусный ангидрид даже при кратковременном кон-

такте сильно поражает кожу. Меры первой помощи cм. «Уксусная кис-

лота».

Хлороформ СНСl

т. кип. 61.2 °С, n

1.4455, d = 1.4985

Азеотропная смесь хлороформ – вода – этанол содержит 3.5 %

воды и 4 % спирта, кипит при 55.5 °С. Продажный хлороформ содер-

310

жит спирт в качестве стабилизатора, предохраняющего растворитель

от окисления кислородом воздуха в фосген.

Очистка. Рекомендуется один из следующих методов:

а) хлороформ встряхивают c концентрированной серной кисло-

той, промывают водой, сушат хлоридом кальция или поташом и пере-

гоняют;

б) хлороформ пропускают через колонку, заполненную

активирован ной окисью алюминия (I степень активности, около 25 г

на 500 мл хлороформа); сушат хлоридом кальция и перегоняют над

фосфорным ан гидридом;

в) хлороформ несколько раз встряхивают с водой (около полови-

ны объема растворителя), сушат хлоридом кальция и перегоняют над

фос форным ангидридом.

Хлороформ, очищенный любым из этих методов, хранят в тем-

ноте в атмосфере азота.

Внимание! Из-за опасности взрыва хлороформ нельзя приводить

в соприкосновение с натрием. Опасные свойства четыреххлористого

уг лерода присущи и хлороформу, однако, последний менее ядовит.

Четыреххлористый углерод ССl

т. кип. 76.8 °С, n

1.4603, d = 1.595

Азеотропная смесь с водой кипит при 66 °С и содержит 95.9 % че-

тыреххлористого углерода. Тройная смесь с водой (4.3 %) и этанолом

(9.7 %) кипит при 61.8 °С.

Очистка и сушка. Обычно достаточно перегонки. Вода при этом

удаляется в виде азеотропной смеси (первые части дистиллята отбра-

сывают). Возможную примесь сероуглерода удаляют перемешивани-

ем го рячего растворителя с 10 об. % концентрированного спиртового

раст вора КОН, после чего растворитель промывают водой, сушат хло-

ридом кальция и перегоняют.

Если к очистке и сушке предъявляют высокие требования, то

кипя тят растворитель 18 ч с фосфорным ангидридом с последующей

перегон кой на колонке.

Внимание! Четыреххлористый углерод обладает наркотическим

действием, вызывает головную боль, судороги и экзему, поражает

печень и почки. При тушении пожаров четыреххлористым углеродом

помните об опасности отравления образующимся фосгеном! Из-за

опасности взрыва недопустим контакт с натрием!

Этанол С

ОН

т. кип. 78.33 °С, n

1.3616, d = 0.789

Этанол смешивается с водой, эфиром, хлороформом, бензолом

в любых отношениях. Азеотропная смесь с водой кипит при 78.17 °С и

содержит 96 % этанола. Тройная азеотропная смесь c водой (7.4 %) и

бензолом (74.1 %) кипит при 64.85 °С.