Συνθέσεις φαινυλακετικού οξέος

[G.Patton]

Εισαγωγή

Υπάρχουν δύο αποτελεσματικές διαδρομές για την παραλαβή φαινυλοξικού οξέος από χλωριούχο βενζόλιο. Ο πρώτος τρόπος μέσω του κυανιούχου βενζυλίου επιτρέπει την απόκτηση απόδοσης έως και 77%. Ο δεύτερος τρόπος από το χλωριούχο βενζυλο μέσω του αντιδραστηρίου Grignard περιγράφει απόδοση 60% από τη θεωρητική. Και οι δύο τρόποι έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Για παράδειγμα, η σύνθεση με βενζυλοκυανίδιο απαιτεί μεγάλη εμπειρία από έναν χημικό, επειδή πρέπει να εργαστεί με κυανιούχο νάτριο, το οποίο είναι πολύ τοξικό. Από την άλλη πλευρά, ο τρόπος σύνθεσης από χλωριούχο βενζύλιο μέσω του αντιδραστηρίου Grignard απαιτεί λιγότερο τοξικά αντιδραστήρια, αλλά ο χημικός πρέπει να εργαστεί με στερεό διοξείδιο του άνθρακα ή με τη συσκευή του Kipp. Επίσης, αυτή η μέθοδος δίνει μικρότερη απόδοση από την πρώτη. Στοφόρουμ μας μπορείτε να βρείτε και άλλους τρόπους σύνθεσης του φαινυλοξικού οξέος, όπως η διαδρομή από το Μανδελικό οξύ ή το κυανιούχο βενζύλιο μέσω αλκαλικής υδρόλυσης.

Επιπλέον, σε αυτό το θέμα μπορείτε να βρείτε λεπτομερή σύνθεση του χλωριούχου βενζύλιου από το βενζόλιο. Στο τέλος, θέλω να προειδοποιήσω όλους τους χημικούς, που θέλουν να επαναλάβουν αυτή τη σύνθεση, ότι θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε όλο τον εξοπλισμό ασφαλείας, όπως χημικό γυαλί, γάντια, χημικό παλτό και αναπνευστική μάσκα. Πραγματοποιήστε τα πειράματα κάτω από τραβηγμένο καθετήρα ή κάτω από απορροφητήρα σε καλά αεριζόμενους χώρους.

Εμφάνιση: λευκό στερεό με έντονη οσμή που μοιάζει με μέλι.

Σημείο βρασμού: 265,5 °C/760 mm Hg- 144,2-144,8 °C/12 mm Hg-
Σημείο τήξης: 76-77 °C-
Μοριακό βάρος: 136,15 g/mol-
Πυκνότητα: 1,091 g/ml (20 °C).

Χλωριούχο βενζύλιο από βενζόλιο

Εξοπλισμός και γυάλινα σκεύη.

• Φιάλη 1 L τρίλαιμη,
• Θερμόμετρο εργαστηριακής ποιότητας (0 °C έως 200 °C) με προσαρμογέα φιάλης,
• Συμπυκνωτής παλινδρόμησης (διπλής επιφάνειας),
• Μηχανικός αναδευτήρας,
• Σωλήνας εισαγωγής αερίου,
• Υδρόλουτρο,
• Πλάκα θέρμανσης,
• Εργαστηριακή γεννήτρια HCl,
• Χωνί διαχωρισμού 1 L,
• Συσκευή απόσταξης,
• Βάση ρετόρτ και σφιγκτήρας για τη στερέωση της συσκευής,
• Αναρροφητήρας νερού,
• Εργαστηριακή ζυγαριά (1 - 200 g είναι κατάλληλη),
• Φιάλες Erlenmeyer 100 ml x2 και 200 ml x2 με καπάκι,
• Κύλινδρος μέτρησης 500 ml.

Αντιδραστήρια.

• 200 g (227 ml) Βενζόλιο,
• 38 g 40 % φορμαλίνη ή 20 g παραφορμαλδεΰδη,
• 50 g χλωριούχου ψευδαργύρου άνυδρου (ZnCl2),
• 100 g διττανθρακικό νάτριο (NaHCO3),
• 1 L αποσταγμένο νερό,
• 100 g άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο (CaCl2)/ θειικό μαγνήσιο (MgSO4).

Σε τρίλαιμη φιάλη 1 λίτρου, εξοπλισμένη με ψυκτήρα παλινδρόμησης (διπλής επιφάνειας), μηχανικό αναδευτήρα (κατά προτίμηση τύπου Hershberg) και σωλήνα εισαγωγής αερίου που εκτείνεται κοντά στον πυθμένα της φιάλης, τοποθετούνται 200 g (227 ml) ξηρού βενζολίου, 20 g παραφορμαλδεΰδης (μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί 40% φορμαλίνη), οι αναλογίες είναι τότε 200 g βενζολίου, 38 g 40% φορμόλης και 50 g κονιορτοποιημένου χλωριούχου ψευδαργύρου) και 20 g λεπτόκοκκου άνυδρου χλωριούχου ψευδαργύρου. Στηρίξτε τη φιάλη πάνω σε υδατόλουτρο έτσι διατεταγμένο ώστε η στάθμη του νερού σε αυτήν να βρίσκεται περίπου στο ίδιο ύψος με την αντίδραση. Θερμαίνετε το λουτρό στους 60 °C και διοχετεύετε (μέσω μιας ενδιάμεσης κενής φιάλης πλύσης) ένα γρήγορο ρεύμα χλωριούχου υδρογόνου έως ότου δεν απορροφάται πλέον αέριο (περίπου 20 λεπτά): αφήστε να κρυώσει. Μεταφέρετε το μείγμα της αντίδρασης σε διαχωριστικό χωνί, πλύνετε το διαδοχικά με δύο μερίδες 50 ml κρύου νερού, δύο μερίδες 50 ml κορεσμένου διαλύματος διττανθρακικού νατρίου (είναι απαραίτητο να απομακρυνθούν όλα τα άλατα ψευδαργύρου κατά τη διαδικασία πλύσης, διαφορετικά το προϊόν ρητινοποιείται σε μεγάλο βαθμό κατά την απόσταξη) και τέλος με 20 ml νερού. Στεγνώνετε με άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο ή θειικό μαγνήσιο και αποστάζετε υπό κανονική πίεση από φιάλη Claisen με πλευρικό βραχίονα κλασματοποίησης έως ότου η θερμοκρασία ανέλθει στους 100-110 °C. Αφού ψυχθεί κάπως, αποστάξτε υπό μειωμένη πίεση και συλλέξτε το χλωριούχο βενζύλιο στους 63-65 °C σε 12 mmHg. Ηαπόδοση είναι 70 g. Στο υπόλειμμα της φιάλης υπάρχει λίγο (περίπου 4 g) διχλωριούχο p-ξυλυλένιο, m.p. 100 °C, και μικρή ποσότητα διφαινυλομεθανίου.

Κυανιούχο βενζύλιο από χλωριούχο βενζύλιο

Εξοπλισμός και γυάλινα σκεύη.

• Φιάλη στρογγυλού πυθμένα 5 L,
• Θερμόμετρο εργαστηριακής ποιότητας (0 °C έως 200 °C) με προσαρμογέα φιάλης,
• Συμπυκνωτής παλινδρόμησης,
• Υδρόλουτρο,
• Πλάκα θέρμανσης,
• Χωνί στάγδην 2 L,
• Φιάλη Buchner 2 L και χωνί Ø 25 cm (ή φίλτρο Shott),
• Συσκευή απόσταξης,
• Βάση ρετόρτ και σφιγκτήρας για τη στερέωση της συσκευής,
• Χαρτί φίλτρου,
• Συμβατικό χωνί,
• Αναρροφητήρας νερού,
• Εργαστηριακή ζυγαριά (1 - 1000 g είναι κατάλληλη),
• Μαγνητικός αναδευτήρας,
• Κύλινδρος μέτρησης 1 L,
• 2 L x2; Ποτήρια ζέσεως 500 ml x2.

Αντιδραστήρια.

• 500 g (10 mol) κυανιούχο νάτριο (NaCN),
• 450 ml αποσταγμένο νερό,
• 1000 g (8 mol) Χλωριούχο βενζύλιο,
• 1300 g Αλκοόλη 95 % (EtOH),
• 775 ml Θειικό οξύ aq. 50 % (H2SO4),
• 100 g διττανθρακικό νάτριο (NaHCO3),
• 100 g χλωριούχο νάτριο (NaCl).

Σε στρογγυλοκάθετη φιάλη των 5000 ml, εφοδιασμένη με πώμα που συγκρατεί ψυκτήρα παλινδρόμησης και διαχωριστικό χωνί, τοποθετούνται 500 g (10 mol) κυανιούχου νατρίου σε σκόνη (96-98 % καθαρό) και 450 ml νερού. Το μείγμα θερμαίνεται σε υδατόλουτρο προκειμένου να διαλυθεί το μεγαλύτερο μέρος του κυανιούχου νατρίου και στη συνέχεια 1000 g (8 moles) χλωριούχου βενζύλιου (bp 170-180 °C) αναμεμειγμένο με 1000 g αλκοόλης 95% διοχετεύονται μέσω του σταγονόμετρου σε διάστημα 30-45 λεπτών. Στη συνέχεια, το μείγμα θερμαίνεται υπό ψυκτήρα παλινδρόμησης στο ατμόλουτρο επί τέσσερις ώρες, ψύχεται και διηθείται με αναρρόφηση για να απομακρυνθεί το μεγαλύτερο μέρος του χλωριούχου νατρίου. Καλό είναι να πλένεται το διηθημένο αλάτι με μικρή ποσότητα αλκοόλης, ώστε να απομακρυνθεί τυχόν κυανιούχο βενζυλοκυάνιο που μπορεί να έχει συγκρατηθεί μηχανικά.

Η φιάλη εφοδιάζεται τώρα με συμπυκνωτή και αποστάζεται όσο το δυνατόν περισσότερη αλκοόλη στο ατμόλουτρο. Το υπολειπόμενο υγρό ψύχεται, διηθείται εάν είναι απαραίτητο και το στρώμα του κυανιούχου βενζυλίου διαχωρίζεται. Αυτό το ακατέργαστο βενζυλοκυανίδιο τοποθετείται τώρα σε μια φιάλη απόσταξης Claisen και αποστάζεται υπό μειωμένη πίεση, με πρώτο το νερό και την αλκοόλη και τέλος το κυανίδιο (είναι προτιμότερο το τελευταίο μέρος των διαλυτών και του βενζυλοκυανιδίου να αποστάζεται υπό κενό). Πλεονεκτεί η χρήση στήλης κλασματοποίησης. Το υλικό συλλέγεται στους 135-140 °C σε 38 mm Hg (115-120 °C σε 10 mm Hg). Η απόδοση είναι 740-830 g (80-90% της θεωρητικής ποσότητας). Είναι προτιμότερο να πλένεται το τελικό προϊόν για την απομάκρυνση του βρωμερού ισοκυανιούχου βενζυλίου και για τη σημαντική επιμήκυνση της διάρκειας ζωής του προϊόντος. Το βενζυλοκυανίδιο που έχει αποσταχθεί ανακινείται έντονα για πέντε λεπτά με ίσο όγκο θερμού (60 °C) 50% θειικού οξέος, το οποίο παρασκευάζεται με την προσθήκη 275 ml πυκνού θειικού οξέος σε 500 ml νερού. Το βενζυλοκυανίδιο διαχωρίζεται και πλένεται με ίσο όγκο κορεσμένου διαλύματος διττανθρακικού νατρίου και στη συνέχεια με ίσο όγκο μισοκορεσμένου διαλύματος χλωριούχου νατρίου. Στη συνέχεια ξηραίνεται και αποστάζεται υπό μειωμένη πίεση. Οιαπώλειες στα πλυσίματα είναι αμελητέες.

Φαινυλοξικό οξύ από βενζυλοκυανίδιο

Εξοπλισμός και γυάλινα σκεύη.

• 5 L Φιάλη στρογγυλού πυθμένα με τρεις λαιμούς,
• Μηχανικός αναδευτήρας,
• Συμπυκνωτής παλινδρόμησης,
• Υδρόλουτρο,
• Πλάκα θέρμανσης,
• Φιάλη Buchner 2 l και χωνί Ø 25 cm (ή φίλτρο Shott),
• Συμβατικό χωνί,
• Χαρτί φίλτρου,
• Συσκευή απόσταξης,
• Βάση ρετόρτ και σφιγκτήρας για τη στερέωση της συσκευής,
• Κύλινδρος μέτρησης 1 L,
• 2 L x2; Ποτήρια ζέσεως 500 ml x2,
• Αναρροφητήρας νερού,
• Εργαστηριακή ζυγαριά (1 - 1000 g είναι κατάλληλη),
• Θερμόμετρο εργαστηριακής ποιότητας (0 °C έως 200 °C) με προσαρμογέα φιάλης,
• Ποτήρια ζέσεως 2 l x2; 500 ml x2.

Αντιδραστήρια.

• 3500 ml αποσταγμένο νερό,
• 840 ml Θειικό οξύ (H2SO4),
• 700 g (6 mol) κυανιούχο βενζύλιο.

1150 ml νερού, 840 ml τεχνικού θειικού οξέος και 700 g (6 mol) κυανιούχου βενζυλίου αναμιγνύονται σε τρίλαιμη φιάλη 5 λίτρων εξοπλισμένη με μηχανικό αναδευτήρα. Η φιάλη συνδέεται με ψυκτήρα παλινδρόμησης και θερμαίνεται για 3 ώρες με τον αναδευτήρα σε λειτουργία. Στη συνέχεια, το περιεχόμενο της φιάλης ψύχεται σε θερμοκρασία r.t. και στη συνέχεια χύνεται σε 2 λίτρα κρύου νερού. Στην περίπτωση αυτή, η μάζα πρέπει να αναδεύεται για να αποφευχθεί ο σχηματισμός στερεού κέικ. Το λαμβανόμενο φαινυλοξικό οξύ διηθείται σε χωνί Buchner. Το προϊόν της αντίδρασης λιώνει κάτω από το νερό και πλένεται με μετάγγιση αρκετές φορές με ζεστό νερό. Μετά την ψύξη των πλύσεων, λαμβάνεται μικρή ποσότητα φαινυλοξικού οξέος, η οποία διηθείται και προστίθεται στο κύριο τμήμα της ουσίας. Το ζεστό νερό της τελευταίας έκπλυσης αποστραγγίζεται ενώ το προϊόν είναι ακόμη λιωμένο. Το υγρό οξύ χύνεται σε φιάλη Claisen 2 λίτρων και αποστάζεται υπό κενό. Αρχικά, μια μικρή ποσότητα νερού αποστάζεται και απορρίπτεται. Στη συνέχεια, περνούν περίπου 20 ml κοπής με αξιοσημείωτη ποσότητα κυανιούχου βενζυλίου. Αυτό το κλάσμα χρησιμοποιείται για την επόμενη σύνθεση. Το επόμενο (τρίτο) κλάσμα αποστάζεται σε θερμοκρασία 176-189 °C (50 mm Hg)- συλλέγεται χωριστά. Μετά από κάποιο χρόνο παραµονής, το κλάσµα στερεοποιείται.

Έτσι, το προϊόν που λαµβάνεται είναι ένα αρκετά καθαρό φαινυλοξικό οξύ µε m.p. 76-76,5 °C- η απόδοση είναι 630 g (77,5% της θεωρίας). Δεδομένου ότι το δεύτερο κλάσμα, το οποίο χρησιμοποιείται στη μετέπειτα σύνθεση, περιέχει σημαντική ποσότητα φαινυλακετικού οξέος, η συνολική απόδοση του προϊόντος είναι τουλάχιστον 80% της θεωρητικής. Τοφαινυλοξικό οξύ έχει δυσάρεστη οσμή.

Φαινυλοξικό οξύ από χλωριούχο βενζύλιο μέσω αντιδραστηρίου Grignard

Εξοπλισμός και γυάλινα σκεύη.

• 250 ml Φιάλη με στρογγυλό πυθμένα και τρεις λαιμούς,
• Βάση ρετόρτ και σφιγκτήρας για τη στερέωση της συσκευής,
• Μηχανικός αναδευτήρας με σύνδεσμο,
• Χωνί στάγδην 500 ml με παράκαμψη,
• Συμπυκνωτής παλινδρόμησης,
• Σωλήνας χλωριούχου ασβεστίου,
• Πλάκα θέρμανσης,
• Υδρόλουτρο,
• Αλατόλουτρο πάγου (-10 °C),
• Φιάλη Wolfe x2,
• Συσκευή Kipp ή στερεό διοξείδιο του άνθρακα,
• Χωνί διαχωρισμού 500 ml
• Αναρροφητήρας νερού,
• Εργαστηριακή ζυγαριά (1 - 100 g είναι κατάλληλη),
• Χαρτί φίλτρου,
• Κύλινδρος μέτρησης 100 ml,
• 500 ml x2; 100 ml x2 Ποτήρια ζέσεως,
• Φιάλη Buchner 1 L και χωνί (ή φίλτρο Shott).

Αντιδραστήρια.

• 2,4 g ροκανίδια μαγνησίου (Mg).
• 120 ml διαιθυλαιθέρας.
• 12,7 g χλωριούχο βενζύλιο.
• 200 ml Θειικό οξύ (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) σε 20 ml απεσταγμένο νερό και 100 ml υδροχλωρικό οξύ 10%.
• 1 L αποσταγμένο νερό.

Σε τρίλαιμη φιάλη στρογγυλού πυθμένα 250 ml, εφοδιασμένη με μηχανικό αναδευτήρα με σύνδεσμο, χωνί σταγονομετρίας και ψυκτήρα παλινδρόμησης με σωλήνα χλωριούχου ασβεστίου, τοποθετούνται 2,4 g ρινίσματα μαγνησίου, προστίθενται 30 ml απόλυτου αιθέρα και προστίθενται 3-4 ml διαλύματος 12,7 g χλωριούχου βενζύλιου σε 50 ml απόλυτου αιθέρα. Αφού αρχίσει η αντίδραση, ο αιθέρας θολώνει και βράζει (εάν είναι απαραίτητο, για να αρχίσει η αντίδραση, η φιάλη βυθίζεται σε λουτρό με ζεστό νερό), προστίθεται σταδιακά αιθερικό διάλυμα χλωριούχου βενζυλίου με τέτοιο ρυθμό ώστε ο αιθέρας να βράζει συνεχώς ήρεμα και ομοιόμορφα. Μετά την προσθήκη όλου του βενζυλοχλωριδίου, το μείγμα θερμαίνεται σε υδατόλουτρο για 1-1,5 ώρα έως ότου διαλυθεί πλήρως το μαγνήσιο.

Ηφιάλη ψύχεται έντονα με μείγμα πάγου και αλατιού (-10 °C), αντικαθίσταται το χωνί στάγδην με σωλήνα αερίου και διέρχεται επί 3-4 ώρες ένα όχι πολύ ισχυρό ρεύμα ξηρού διοξειδίου του άνθρακα από φιάλη ή συσκευή Kipp, ξηραίνοντας το αέριο περνώντας από δύο φιάλες Wolfe με πυκνό θειικό οξύ (μπορείτε να έχετε μεγαλύτερη απόδοση φαινυλοξικού οξέος εισάγοντας στερεό διοξείδιο του άνθρακα στην αντίδραση).

Στη συνέχεια, αντικαταστήστε τον αγωγό αερίου με ένα σταγονόμετρο και, με ισχυρή ψύξη και ανάδευση, προσθέστε σταδιακά διάλυμα 10 g HCl (d 1,19) σε 20 ml νερού. Όταν το μίγμα της αντίδρασης χωριστεί σε δύο διαφανή στρώματα, το περιεχόμενο της φιάλης μεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί, ανακινείται καλά και, μετά από καθίζηση, διαχωρίζεται το υδατικό στρώμα. Το τελευταίο εκχυλίζεται δύο φορές με αιθέρα (δόσεις των 20 ml). Τα συνδυασμένα διαλύματα αιθέρα του φαινυλοξικού οξέος ανακινείται εκ νέου με αραιό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, το αλκαλικό διάλυμα διαχωρίζεται, οξινίζεται με υδροχλωρικό οξύ 10% και ψύχεται. Το λαμβανόμενο φαινυλοξικό οξύ διηθείται υπό κενό, πλένεται με κρύο νερό, στύβεται καλά και ανακρυσταλλώνεται από ζεστό νερό. m.p. 75 °C, απόδοση 8 g (60% θεωρητικά).