Синтези на фенилоцетна киселина

[G.Patton]

Въведение

Съществуват два ефективни начина за получаване на фенилоцетна киселина от бензолхлорид. Първият начин чрез бензилов цианид позволява получаването на до 77% добив. Вторият начин от бензилов хлорид чрез реагента на Гриняр описва до 60 % добив от теоретичния. И двата начина имат някои предимства и недостатъци. Например синтезът с бензилов цианид изисква много опит от химика, тъй като той трябва да работи с натриев цианид, който е много токсичен. От друга страна, начинът на синтез на бензилов хлорид чрез реагента на Гринярд изисква по-малко токсични реагенти, но химикът трябва да работи с твърд въглероден диоксид или с апарата на Кип. Освен това този метод дава по-малък добив от първия. В нашия форум можете да намерите и други начини за синтез на фенилоцетна киселина, като например пътя от манделова киселина или бензилов цианид чрез алкална хидролиза.

Освен това в тази тема можете да намерите подробен синтез на бензилов хлорид от бензен. Накрая искам да предупредя всички химици, които искат да повторят този синтез, че трябва да използват всички предпазни средства, като химическо стъкло, ръкавици, химическо палто и дихателна маска. Провеждайте експериментите под издърпваща се сонда или под аспиратор в добре проветрени помещения.

Външен вид: бяло твърдо вещество със силна миризма на мед.

Температура на кипене: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Температура на топене: 76-77 °C;
Молекулно тегло: 136,15 g/mol;
Плътност: 1,091 g/ml (20 °C).

Бензилов хлорид от бензен

Оборудване и стъклария.

• Колба с три гърла с обем 1 L;
• Лабораторен термометър (от 0 °C до 200 °C) с адаптер за колба;
• Кондензатор за обратен поток (с двойна повърхност);
• Механична бъркалка;
• тръба за подаване на газ;
• Водна баня;
• Нагревателна плоча;
• Лабораторен генератор на HCl;
• Разделителна фуния от 1 л;
• Апарат за дестилация;
• Стойка за реторта и скоба за закрепване на апарата;
• Аспиратор с водна струя;
• Лабораторна везна (подходяща е от 1 до 200 g);
• 100 ml x2 и 200 ml x2 колби "Ерленмайер" с капачка;
• 500 ml мерителен цилиндър.

Реактиви.

• 200 g (227 ml) бензол;
• 38 g 40 % формалин или 20 g параформалдехид;
• 50 g безводен цинков хлорид (ZnCl2);
• 100 g натриев бикарбонат (NaHCO3);
• 1 л дестилирана вода;
• 100 g безводен калциев хлорид (CaCl2)/магнезиев сулфат (MgSO4).

В еднолитрова колба с три гърла, снабдена с обратен хладник (с двойна повърхност), механична бъркалка (за предпочитане от типа на Хершберг) и тръба за отвеждане на газ, която се простира близо до дъното на колбата, се поставят 200 g (227 ml) сух бензол, 20 g параформалдехид (може да се използва и 40% формалин; съотношението тогава е 200 g бензол, 38 g 40% формалин и 50 g стрит на прах цинков хлорид) и 20 g фино стрит на прах безводен цинков хлорид. Колбата се поставя върху водна баня, така че нивото на водата в нея да е на същата височина като реакцията. Загрейте банята до 60 °C и пуснете (през междинна празна бутилка за миене) бърза струя хлороводород, докато не се абсорбира повече газ (около 20 минути): оставете да се охлади. Реакционната смес се прехвърля в делителна фуния, промива се последователно с две 50 ml порции студена вода, две 50 ml порции наситен разтвор на натриев бикарбонат (Важно е да се отстранят всички цинкови соли в процеса на промиване, в противен случай продуктът до голяма степен се смоли по време на дестилацията) и накрая с 20 ml вода. Изсушава се с безводен калциев хлорид или магнезиев сулфат и се дестилира под нормално налягане от Клайзенова колба с фракциониращо странично рамо, докато температурата се повиши до 100-110 °С. След известно охлаждане се дестилира под намалено налягане и се събира бензилхлоридът при 63-65 °C и 12 mmHg. Добивът е 70 g. Востатъка в колбата има известно количество (около 4 g) р-ксилилен дихлорид, с температура 100 °C, и малко количество дифенилметан.

Бензилов цианид от бензилов хлорид

Оборудване и стъклария.

• Кръглодънна колба от 5 л;
• Лабораторен термометър (от 0 °C до 200 °C) с адаптер за колба;
• обратен хладник;
• Водна баня;
• Нагревателна плоча;
• фуния за капково напояване от 2 л;
• Колба на Бюхнер с обем 2 L и фуния Ø 25 cm (или филтър на Шот);
• Апарат за дестилация;
• Стойка за реторта и скоба за закрепване на апаратурата;
• Филтърна хартия;
• Обикновена фуния;
• Аспиратор с водна струя;
• Лабораторна везна (подходяща е от 1 до 1000 g);
• Магнитна бъркалка;
• мерителен цилиндър от 1 л;
• 2 L x2; 500 ml x2 Чаши.

Реактиви.

• 500 g (10 мола) Натриев цианид (NaCN);
• 450 ml дестилирана вода;
• 1000 g (8 мола) бензилов хлорид;
• 1300 g 95 % алкохол (EtOH);
• 775 ml Сярна киселина, водно разтвор 50 % (H2SO4);
• 100 g Натриев бикарбонат (NaHCO3);
• 100 g Натриев хлорид (NaCl).

В кръглодънна колба от 5000 ml, снабдена със запушалка, държаща обратен хладник и делителна фуния, се поставят 500 g (10 мола) натриев цианид на прах (96-98 % чистота) и 450 ml вода. Сместа се загрява на водна баня, за да се разтвори по-голямата част от натриевия цианид, след което в продължение на 30-45 минути през капковата фуния се вкарват 1000 g (8 мола) бензилов хлорид (bp 170-180 °C), смесен с 1000 g 95% алкохол. След това сместа се нагрява под обратен хладник на парна баня в продължение на четири часа, охлажда се и се филтрира с изсмукване, за да се отстрани по-голямата част от натриевия хлорид. Добре е филтрираната сол да се промие с малка част алкохол, за да се отстрани евентуално механично задържаният бензилов цианид.

Колбата се оборудва с кондензатор и на парна баня се дестилира възможно най-голямо количество алкохол. Остатъчната течност се охлажда, филтрира се, ако е необходимо, и слоят бензилов цианид се отделя. Този суров бензилов цианид се поставя в дестилационна колба на Клайзен и се дестилира под намалено налягане, като първо се изхвърлят водата и алкохолът, а накрая цианидът (за предпочитане е последната част от разтворителите и бензиловият цианид да се дестилират във вакуум). За предпочитане е да се използва фракционираща колона. Материалът се събира при 135-140 °C при 38 mm Hg (115-120 °C при 10 mm Hg). Добивът е 740-830 g (80-90 % от теоретичното количество). За предпочитане е крайният продукт да се промие, за да се отстрани неприятно миришещият бензил изоцианид и да се удължи значително срокът на годност на продукта. Веднъж дестилираният бензилов цианид се разклаща енергично в продължение на пет минути с равен обем топла (60 °C) 50 % сярна киселина, приготвена чрез добавяне на 275 ml концентрирана сярна киселина към 500 ml вода. Бензиловият цианид се отделя и се промива с равен обем наситен разтвор на натриев бикарбонат, последван от равен обем наполовина наситен разтвор на натриев хлорид. След това се изсушава и дестилира под намалено налягане. Загубите при промиването са незначителни.

Фенилоцетна киселина от бензилов цианид

Оборудване и стъклария.

• 5 L Колба с кръгло дъно и три гърла;
• Механична бъркалка;
• обратен хладник;
• Водна баня;
• Нагревателна плоча;
• 2 л колба на Бюхнер и фуния Ø 25 см (или филтър на Шот);
• Обикновена фуния;
• Филтърна хартия;
• Апарат за дестилация;
• Стойка за реторта и скоба за закрепване на апарата;
• Измервателен цилиндър от 1 л;
• 2 L x2; 500 ml x2 Чаши;
• Аспиратор с водна струя;
• Лабораторна везна (подходяща е от 1 до 1000 g);
• Лабораторен термометър (от 0 °C до 200 °C) с адаптер за колба;
• 2 l x2; 500 ml x2 Чаши.

Реактиви.

• 3500 ml дестилирана вода;
• 840 ml Сярна киселина (H2SO4);
• 700 g (6 mol) бензилов цианид.

В 5-литрова колба с три гърла, снабдена с механична бъркалка, се смесват 1150 ml вода, 840 ml техническа сярна киселина и 700 g (6 mol) бензилов цианид. Колбата се свързва с рефлуксен кондензатор и се нагрява в продължение на 3 часа при работеща бъркалка. След това съдържанието на колбата се охлажда до температура r.t., след което се излива в 2 литра студена вода. В този случай масата трябва да се разбърква, за да се предотврати образуването на твърд кекс. Получената фенилоцетна киселина се филтрира на фуния на Бюхнер. Реакционният продукт се разтопява под вода и се промива чрез декантиране няколко пъти с гореща вода. След охлаждане на промивките се получава малко количество фенилоцетна киселина, която се филтрира и се добавя към основната част на веществото. Горещата вода от последното промиване се източва, докато продуктът е все още разтопен. Течната киселина се излива в двулитрова Клайзенова колба и се дестилира под вакуум. Първоначално се дестилира малко количество вода, което се изхвърля. След това преминават около 20 ml разрез със забележимо количество бензилов цианид. Тази фракция се използва за следващия синтез. Следващата (трета) фракция се дестилира при температура 176-189 °C (50 mm Hg); тя се събира отделно. След известно време престой фракцията се втвърдява.

Така полученият продукт е сравнително чиста фенилоцетна киселина с m.p. 76-76,5 °C; добивът е 630 g (77,5 % от теорията). Тъй като втората фракция, която се използва в последващия синтез, съдържа значително количество фенилоцетна киселина, общият добив на продукта е най-малко 80 % от теоретичния. Фенилоцетната киселина има неприятна миризма.

Получаване на фенилоцетна киселина от бензилхлорид чрез реактив на Гриняр

Оборудване и стъклария.

• 250 ml Колба с кръгло дъно и три гърла;
• Стойка за реторта и скоба за закрепване на апарата;
• Механична бъркалка с шарнир;
• 500 ml Капкова фуния с байпас;
• Възвратен кондензатор;
• Епруветка за калциев хлорид;
• Нагревателна плоча;
• Водна баня;
• Вана с ледена сол (-10 °C);
• Колба на Волф x2;
• Апарат на Кип или твърд въглероден диоксид;
• 500 ml Разделителна фуния
• Аспиратор с водна струя;
• Лабораторна везна (1 - 100 g е подходяща);
• Филтърна хартия;
• 100 ml Измервателен цилиндър;
• 500 ml x2; 100 ml x2 Чаши;
• колба на Бюхнер от 1 л и фуния (или филтър на Шот).

Реактиви.

• 2,4 g магнезиеви стърготини (Mg).
• 120 ml диетил етер.
• 12,7 g бензилов хлорид.
• 200 ml Сярна киселина (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) в 20 ml дестилирана вода и 100 ml 10% солна киселина.
• 1 л дестилирана вода.

В колба с кръгло дъно с три гърла и обем 250 ml, оборудвана с механична бъркалка с шарнир, капкова фуния и обратен хладник с тръбичка за калциев хлорид, се поставят 2,4 g магнезиеви стърготини, добавят се 30 ml абсолютен етер и се добавят 3-4 ml от разтвора на 12,7 g бензилов хлорид в 50 ml абсолютен етер. След като реакцията започне, етерът стане мътен и кипне (ако е необходимо, за да започне реакцията, колбата се потапя във вана с топла вода), етерният разтвор на бензилхлорид се добавя капково с такава скорост, че етерът да кипи спокойно и равномерно през цялото време. След добавянето на целия бензилхлорид сместа се нагрява на водна баня в продължение на 1-1,5 h до пълното разтваряне на магнезия.

Колбата се охлажда силно със смес от лед и сол (-10 °С), капковата фуния се заменя с газова тръба и в продължение на 3-4 часа се пропуска не много силен поток сух въглероден диоксид от цилиндър или апарат на Кип, като газът се изсушава чрез преминаване през две колби на Волф с концентрирана сярна киселина (може да се получи по-висок добив на фенилоцетна киселина чрез въвеждане на твърд въглероден диоксид в реакцията).

След това заменете газовата тръба с капкова фуния и при силно охлаждане и разбъркване добавете капково разтвор на 10 g HCl (d 1,19) в 20 ml вода. Когато реакционната смес се раздели на два прозрачни слоя, съдържанието на колбата се прехвърля в делителна фуния, разклаща се добре и след утаяване се отделя водният слой. Последният се екстрахира два пъти с етер (порции от 20 ml). Комбинираните етерни разтвори на фенилоцетната киселина се разклащат отново с разреден разтвор на натриев хидроксид, алкалният разтвор се отделя, подкиселява се с 10 % солна киселина и се охлажда. Получената фенилоцетна киселина се филтрира под вакуум, промива се със студена вода, изстисква се добре и се рекристализира от гореща вода. m.p. 75 °C, добив 8 g (60 % теоретично).