Orgaanilise keemia lõputöö (0)

1-fenüületanool lähtudes atseetofenoonist
KIRJANDUSLIK OSA
Orgaanilise keemia lõputöö sünteesiks teostasin 1-fenüületanooli lähtudes atsetofenoonist. 1-fenüületanooli nimetatakse samuti ka alfa-fenüületanüül alkoholiks.
1-fenüületanooli sünteesiskeem
+ ( CH3CO )2O
NaBH4
Reaktsioonide iseloomustus, mehhanism (kirjanduse alusel)
Oma sünteesi alustasin benseeni aromaatse tuuma atsüleerimisega Friedel-Craftsi järgi.
Areenide atsüleerimisreaktsioonides on tugevaks elektrofiiliks atsüülkatioon, mis genereeritakse happe kloriidist tugeva Lewise happe AlCl3 mõjul.
Atsüülkatioon on piisavalt tugev elektrofiil, et reageerida areeni 𝝅-elektronidega. Atsüleerimisreaktsioonidega saadakse alküülarüül või diarüülketoone. Antud juhul atsetofenonooni, mis on diarüülketoon.
Atsetofenoon
Edasi toimus atsetofenooni taandamine naatriumboorhüdriidiga, mille tulemusena sain ma 1-fenüületanooli.
Taandamisena käsitletakse protsesse, kus süsiniku elektrontihedus kasvab. See toimub süsiniku ja temast väiksema elektronegatiivse elemendi vahelise sideme tekkel või süsiniku ja temast elektronegatiivsema elemendi sideme katkemisel. Taandamine on oksüdeerimise vastandprotsess.
Taandamine nukleofiilsete hübriididega, kus taandajaks on tugev nukleofiil -hüdriidioon :, on väga levinud taandamise meetod. Hüdriidiooni doonoriks on sageli metalli komplekshüdriid. Minu sünteesis see on NaB
1-fenüületanool
Reagentide ohtlikkus

• Benseen – Omapärase lõhnaga värvuseta kergestisüttiv vees lahustuv vedelik. On väga mürgine. Mitte sissehingata ja töö teostada tõmbekapi all.
  
• Äädikhappe anhüdriid – Tuleohtlik. Mitte sisse hingata ega peale ajada. Korduv või pikaajaline kokkupuude võib põhjustada dermatiiti. Üle 49˚ C võivad tekkivad plahvatusohtlikud aurusegud.
  
• Atsetofenoon – süttiv. Üle 82˚ võivad rekkida plahvatusohtlikud aurusegud. Ärritab silmi ning võib kahjustada kesknärvisüsteemi.
  
• Etanool – Tuleohtlik. Segunedes õhuga tekivad kergelt plahvatusohtlikud segud. Hoida eemal lahtisest tulest ning hoida ventilatsiooni all.
  

Füüsikaliste konstantide tabel
Aine
M (g/mol)
Tihedus (g/cm3)
Keemistemp. ()
Sulamistemp. ()
Veevaba C6H6
78
0,88
80,1
5,5
(CH3CO)2O
102
1,08
139
-73
Veevaba AlCl3
133.5
2.48
120
192.4
atsetofenoon
133,5
1,03
202
20
Etanool
46,07
0,789
78,4
-117
NaBH4
38
1,07
500
1-fenüületanool
122,16
1,0129
95-97
9–11
Töö käik
ATSETOFENOON (etanoüülbenseen)
Reaktiivid : veevaba benseen 55ml
Äädikhappe anhüdriid 12g
Veevaba AlCl3 32g
Aparatuur : 250 ml kahekaelaline kolb , magnetsegur, tilklehter, jahuti , lihtdestillatsiooni aparatuur, vaakumdestillatsiooni aparatuur
NB! Aparatuur peab olema täiesti veevaba. Töö teostatakse tõmbekapis.
Koostatakse aparatuur, jahuti atmosfääriga ühendatud toru külge kinnitatakse kummivoolik koos klaaslehtriga, mis juhitakse keeduklaasi NaOH lahuse kohale.
Kolbi valatakse benseen ja pannake AlCl3, käivitatakse segur ning lisatakse vähehaaval äädikhappe anhüdriid. Ägeda reaktsiooni puhul jahutatakse reaktsioonikolbi veevannis. Pärast äädikhappe anhüdriidi lisamist kuumutatakse kolbi veevannil seni, kuni HCl eraldumine lakkab. Reaktsioonisegu jahutatakse ja valatakse keeduklaasi umbes 100 ml jäävee segusse . Ettevaatust, äge reaktsioon !
Alumiiniumi aluseliste soolade lõhustamiseks lisatakse portsjon 10%-list soolhapet (valge tahke osa lahustub). Eraldatakse benseenikiht ja veekihti ekstraheeritakse kaks korda eetriga (2x20ml). Ühendatud benseeni ja eetriekstrakte pestakse veevaba naatriumsulfaadiga. Solvendid eraldatakse lihtdestillatsioonil ja jääk destilleeritakse vaakumis, kogudes fraktsiooni 85-90˚C/12 mmHg või 100-105˚C/30 mmHg.
Oodatav saagis on ligikaudu 80% teoreetilisest.
1-FENÜÜLETANOOL
Reaktiivid: etanool 25 ml
NaBH4 1,22ml
Atsetofenoon 12g
Aparatuur: 150 ml kolmekaelaline kolb, tilklehter, segur, termomeeter , lihtdestillatsiooni aparatuur, vaakumadestillatsiooni aparatuur
150 ml kolvis lahustatakse 1,22 g NaBH4 25 ml etanoolis. Pideval segamisel lisatakse tilklehtrist 12 g atsetofenooni nii, et segu temperatuur ei ületaks 50˚C. Vajadusel jahutatakse kolbi või vähendatakse atsetofenooni lisamise kiirust. Kui kogu atsetofenoon on lisatud, jäetakse reaktsioonisegu, mis sisaldab valget sadet, 15 minutiks toatemperatuurile seisma. Seejärel lisatakse segule tilklehtrist 10 ml 10% HCl lahust. Seejuures eraldub vesinik ( tuleoht !) ja enamik valgest sademest lahustub. Kolvi sisu valatakse lihtdestillatsioonikolbi ja koostatakse lihtdestillatsiooniseade. Etanooli liig destilleeritakse. Protsessi jätkatakse seni, kuni kolvis olev lahus kihistub. Pärast jahtumist valatakse mõlemad kihid jaotuslehtrisse ja lisatakse 20 ml eetrit. Eetrikiht eraldatakse ja veekihti ekstraheeritakse veel 10 ml eetriga. Eetrikihid ühendatakse, kuivatatakse veevaba KC. Vajadusel jahutatakse kolbi või vähendatakse atsetofenooni lisamise kiirust. Kui kogu atsetofenoon on lisatud, jäetakse reaktsioonisegu, mis sisaldab valget sadet, 15 minutiks toatemperatuurile seisma. Seejärel lisatakse segule tilklehtrist 10 ml 10% HCl lahust. Seejuures eraldub vesinik (tuleoht!) ja enamik valgest sademest lahustub. Kolvi sisu valatakse lihtdestillatsioonikolbi ja koostatakse lihtdestillatsiooniseade. Etanooli liig destilleeritakse. Protsessi jätkatakse seni, kuni kolvis olev lahus kihistub. Pärast jahtumist valatakse mõlemad kihid jaotuslehtrisse ja lisatakse 20 ml eetrit. Eetrikiht eraldatakse ja veekihti ekstraheeritakse veel 10 ml eetriga. Eetrikihid ühendatakse, kuivatatakse veevaba K2SO4 -ga. Eeter eraldatakse rotatsioonaurustiga, jääki destilleeritakse vaakumis. Kogutakse fraktsioon keemistemperatuuril 95-97˚C/13 mmHg. nD20=1,5254
Saagis on ligikaudu 72% teoreetilisest.
PRAKTILINE OSA
Reaktsiooni võrrandid
Aparatuuride skeemid
sünteesiseadmed
Vaakumdestillatsiooni seade
Lihtdestillatsiooniseade
Arvutused
Aine
Hulk moolides
Hulk grammides
Hulk ml
Veevaba benseen
0,621
48,32
55
Äädikhappe anhüdriid
0,118
12
11,1
Veevaba AlCl3
0,239
32
13
Etanool
0,43
19,7
25
NaBH4
0,03
1,22
1,12
Atsetofenoon
0,1
12
12,1
Atsetofenoon
Teoreetilise saagise arvutus reaktsiooni brutovõrrandi põhjal:
n((CH3CO)2O) = n (atsetofenoon)=0,118 mol
m (atsetofenoon) =0,118 mool * 120 g/mol=14,2 g
Oodatav saagis kirjanduse alusel (80% teoreetilisest)
14,2*0,8=11,36g
Sünteesi käigus saadud saagis: 4,6g, mis on
teoreetilisest
literatuursest
1-fenüületanool
Kuna sain 4,6 g atsetofenooni, aga 1-fenüületanooli sünteesiks on vaja 12 g, siis tegin vajalikud arvutused atsetofenooniga reageerivate ainete jaoks ning sain:
Etanool NaBH4
12g-25ml X=4,6*25/12=9,5 ml 12g-1,22 g Y=10,9*1,22/12=0,46g
4,6g- Xml 4,6g-Yg
Ja moolide hulk siisnatukene erineb literatuursest:
Etanool 0,16 mool
NaBH4 0,012 mool
Atsetofenoon 0,038 mool
Teoreetilise saagise arvutus reaktsiooni brutovõrrandi põhjal:
n (atsetofenoon)= n(1-fenüületanool)=0,038mool
m(1-fenüületanool)=0,038 mool *122 g/mol=4,64g
Oodatav saagis kirjanduse alusel (72% teoreetilisest)
4,6g*0,72=3,312
Minuga saadud saagis 2,76g, mis on
2,76/4,6*100%=60 % teoreetilisest
2,76/3,321*100%=83,1 % literatuursest.
Märkused töö käigus (kõrvalekalded eeskirjast)
ATSETOFENOON
Pärast seda, kui HCl-i eraldumine lakkas, hakkasin eemaldama potti, et reaktsioonisegu jahutada, aga kolb kukkus vastu poti äärt katki ning kogu reaktsioonisegu purskus potti ja tõmbekapi alusele laiali. Korjasin tahke materjali üles, panin katseklaasi ja lisasin 10% HCl-i. Ülejäänu vedeliku panin 500 ml jaotuslehtri. Ekstraheerisin seda eetriga, pesin vee ja NaOH-ga. Kuivatasin Na2SO4-ga. Filtrisin kolbi. Rotatooriga eraldasin eetri.
1-FENÜÜLETANOOL
Selle asemel, et teha viimane destilleerimine vaakumdestillatsioonis, teostasin selle rotaatori abil.
1-fenüületanooli murdumisnäitajaks sain nD20=1,525.
Saagis ja produkti iseloomustus
Esimene katse polnud edukas üksnes seetõttu, kuna juhtus õnnetus kolviga, ent edasine sünteesi protsess kulges edukalt.
Atsetofenooni sain kollaka vedeliku ning 1-fenüületanool oli kergelt kollakas vedelik teravaga lõhnaga.
Kokkuvõte
Orgaanilise keemia lõputöö eesmärgiks oli teha kaheastmeline süntees, rakendades praktikumis omandatud teadmisi ja oskusi, millega ma sain väga hästi hakkama.

4. KASUTATUD KIRJANDUS

1. Orgaanilise keemia praktikum . Laboritehnika. Tln.: TTÜ kirjastus, 2004.
2. Orgaanilise keemia praktikum. Laboratoorsed tööd I. Tln.: TTÜ kirjastus, 2004.
3. Orgaanilise keemia praktikum. Ohutustehnika ja laboris töötamise kord. Tln.: TTÜ kirjastus, 2005.
4. Lopp , M. Orgaanilise keemia praktikum. Orgaaniliste ühendite keemilised omadused ja reaktsioonid. Tln.: TTÜ kirjastus, 2005.