Fenyylietikkahapon synteesit

[G.Patton]

Johdanto

Fenyylietikkahapon saamiseksi bentseenikloridista on kaksi tehokasta reittiä. Ensimmäinen tapa bentsyylisyanidin kautta mahdollistaa jopa 77 prosentin saannon. Toinen tapa bentsyylikloridista Grignard-reagenssin kautta kuvaa 60 prosentin saantoa teoreettisesta. Molemmilla tavoilla on joitakin etuja ja haittoja. Esimerkiksi bentsyylisyanidisynteesi vaatii kemistiltä paljon kokemusta, koska hänen on työskenneltävä natriumsyanidin kanssa, joka on hyvin myrkyllistä. Toisaalta bentsyylikloridista Grignard-reagenssin avulla tapahtuvaan synteesiin tarvitaan vähemmän myrkyllisiä reagensseja, mutta kemistin on työskenneltävä kiinteän hiilidioksidin tai Kippin lait***** kanssa. Myös tämän menetelmän saanto on pienempi kuin ensimmäisen menetelmän. Foorumiltamme löydät myös muita fenyylietikkahapon synteesitapoja, kuten reitin Mandelihaposta tai bentsyylisyanidista emäshydrolyysin kautta.

Lisäksi tästä aiheesta löydät yksityiskohtaisen bentsyylikloridin synteesin bentseenistä. Lopuksi haluan varoittaa kaikkia kemistejä, jotka haluavat toistaa tämän synteesin, että teidän on käytettävä kaikkia turvavarusteita, kuten kemikaalilasia, käsineitä, kemikaalitakkia ja hengityssuojainta. Suorittakaa kokeet ulosvedettävän koettimen alla tai liesituulettimen alla hyvin ilmastoidussa tilassa.

Ulkonäkö: valkoinen kiinteä aine, jolla on voimakas hunajamainen haju.

Kiehumispiste: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Sulamispiste: 76-77 °C;
Molekyylipaino: 136,15 g/mol;
Tiheys: 1,091 g/ml (20 °C).

Bentsyylikloridi bentseenistä

Laitteet ja lasitavarat.

• 1 litran kolmiokauluksinen pullo;
• laboratorioluokan lämpömittari (0 °C-200 °C) ja kolvisovitin;
• Refluksilauhdutin (kaksoispintainen);
• Mekaaninen sekoitin;
• Kaasun syöttöputki;
• Vesihaute;
• Lämmityslevy;
• HCl-laboratoriogeneraattori;
• 1 L:n erotussuppilo;
• Tislauslaite;
• Retorttijalusta ja kiinnitin lait***** kiinnittämistä varten;
• vesisuihkuimuri;
• Laboratoriovaaka (1 - 200 g sopii);
• 100 ml x2 ja 200 ml x2 Erlenmeyer-pullot, joissa on korkki;
• 500 ml:n mittalasi.

Reagenssit.

• 200 g (227 ml) Bentseeni;
• 38 g 40-prosenttista formaliinia tai 20 g paraformaldehydiä;
• 50 g vedetöntä sinkkikloridia (ZnCl2);
• 100 g natriumbikarbonaattia (NaHCO3);
• 1 l tislattua vettä;
• 100 g vedetöntä kalsiumkloridia (CaCl2)/magnesiumsulfaattia (MgSO4).

Laitetaan 1 litran kolmiokaulaiseen kolviin, joka on varustettu refluksilauhduttimella (kaksoispintainen), mekaanisella sekoittimella (mieluiten Hershberg-tyyppinen) ja kaasun sisäänjohtoputkella, joka ulottuu lähelle kolvin pohjaa, 200 g (227 ml) kuivaa bentseeniä, 20 g paraformaldehydiä (voidaan käyttää myös 40 %:sta formaliinia); tällöin suhteet ovat 200 g bentseeniä, 38 g 40 % formaliinia ja 50 g jauhettua sinkkikloridia) ja 20 g hienoksi jauhettua vedetöntä sinkkikloridia. Kannetaan pullo vesihauteelle siten, että siinä olevan veden pinta on suunnilleen samalla korkeudella kuin reaktio. Kuumennetaan kylpy 60 °C:seen ja johdetaan (tyhjän pesupullon läpi) nopea vetykloridivirta, kunnes kaasua ei enää imeydy (noin 20 minuuttia): annetaan jäähtyä. Siirretään reaktioseos erotussuppiloon, pestään se peräkkäin kahdella 50 ml:n annoksella kylmää vettä, kahdella 50 ml:n annoksella kyllästettyä natriumbikarbonaattiliuosta (on tärkeää poistaa kaikki sinkkisuolat pesussa, koska muuten tuote hartsautuu suurelta osin tislauksen aikana) ja lopuksi 20 ml:lla vettä. Kuivataan vedettömällä kalsiumkloridilla tai magnesiumsulfaatilla ja tislataan normaalipaineessa Claisenin kolvista, jossa on fraktioiva sivuvarsi, kunnes lämpötila nousee 100-110 °C:een. Jäähdytetään jonkin verran, tislataan alennetussa paineessa ja kerätään bentsyylikloridi 63-65 °C:n lämpötilassa 12 mmHg:n paineessa. Saanto on 70 g. Kolvissa olevassa jäännöksessä on jonkin verran (noin 4 g) p-ksylyylidikloridia, m.p. 100 °C, ja pieni määrä difenyylimetaania.

Bentsyylisyanidi bentsyylikloridista

Laitteet ja lasitavarat.

• 5 l:n pyöreäpohjainen pullo;
• laboratorioluokan lämpömittari (0 °C-200 °C) ja kolvisovitin;
• takaisinvirtauslauhdutin;
• Vesihaute;
• Lämmityslevy;
• 2 L tippusuppilo;
• 2 L Buchnerin kolvi ja suppilo Ø 25 cm (tai Shott-suodatin);
• Tislauslaite;
• Retorttijalusta ja kiinnitin lait***** kiinnittämistä varten;
• Suodatinpaperi;
• Tavallinen suppilo;
• Vesisuihkuimuri;
• Laboratoriovaaka (1-1000 g soveltuu);
• Magneettisekoitin;
• 1 litran mittapullo;
• 2 L x2; 500 ml x2 dekantterilasit.

Reagenssit.

• 500 g (10 moolia) natriumsyanidia (NaCN);
• 450 ml tislattua vettä;
• 1000 g (8 moolia) bentsyylikloridia;
• 1300 g 95-prosenttista alkoholia (EtOH);
• 775 ml Rikkihappoa, vesiliuos 50 % (H2SO4);
• 100 g natriumbikarbonaattia (NaHCO3);
• 100 g natriumkloridia (NaCl).

5000 ml:n pyöreäpohjaiseen kolviin, jossa on tulppa, jossa on takaisinvirtauskondensaattori ja erotussuppilo, pannaan 500 g (10 moolia) jauhettua natriumsyanidia (96-98 prosenttia puhdasta) ja 450 ml vettä. Seosta lämmitetään vesihauteessa, jotta suurin osa natriumsyanidista liukenee, ja sitten 1000 g (8 moolia) bentsyylikloridia (bp 170-180 °C), johon on sekoitettu 1000 g 95-prosenttista alkoholia, juoksutetaan tippusuppilon läpi 30-45 minuutin aikana. Tämän jälkeen seosta kuumennetaan höyrykylvyssä palautuskondensaattorin alla neljän tunnin ajan, jäähdytetään ja suodatetaan imulla suurimman osan natriumkloridin poistamiseksi. Suodatettu suola on hyvä pestä pienellä annoksella alkoholia, jotta mekaanisesti kiinni jäänyt bentsyylisyanidi saadaan poistettua.

Kolvi varustetaan nyt lauhduttimella, ja mahdollisimman paljon alkoholia tislataan pois höyrykylvyssä. Jäljelle jäänyt neste jäähdytetään, suodatetaan tarvittaessa ja bentsyylisyanidikerros erotetaan. Raaka bentsyylisyanidi pannaan nyt Claisenin tislauskolviin ja tislataan alennetussa paineessa siten, että vesi ja alkoholi tulevat ensin ja lopuksi syanidi (on parempi tislata viimeinen osa liuottimista ja bentsyylisyanidi tyhjiössä). On edullista käyttää fraktiointikolonnia. Aine kerätään 135-140 °C:ssa ja 38 mm Hg:n paineessa (115-120 °C:ssa ja 10 mm Hg:n paineessa). Saanto on 740-830 g (80-90 % teoreettisesta määrästä). Lopputuote on suositeltavaa pestä, jotta voidaan poistaa pahanhajuinen bentsyyli-isosyanidi ja pidentää tuot***** säilyvyysaikaa merkittävästi. Kerran tislattua bentsyylisyanidia ravistetaan voimakkaasti viiden minuutin ajan saman tilavuuden lämpimän (60 °C) 50-prosenttisen rikkihapon kanssa, joka valmistetaan lisäämällä 275 ml väkevää rikkihappoa 500 ml:aan vettä. Bentsyylisyanidi erotetaan ja pestään yhtä suurella määrällä kylläistä natriumbikarbonaattiliuosta ja sen jälkeen yhtä suurella määrällä puoliksi kylläistä natriumkloridiliuosta. Sitten se kuivataan ja tislataan alennetussa paineessa. Häviö pesuvesissä on vähäinen.

Fenyylietikkahappo bentsyylisyanidista

Laitteet ja lasitavarat.

• 5 L Kolmikaulainen pyöreäpohjainen pullo;
• Mekaaninen sekoitin;
• takaisinvirtauslauhdutin;
• Vesihaute;
• Lämmityslevy;
• 2 l Buchnerin pullo ja suppilo Ø 25 cm (tai Shott-suodatin);
• Tavallinen suppilo;
• Suodatinpaperi;
• Tislauslaite;
• Retorttijalusta ja kiinnitin lait***** kiinnittämistä varten;
• 1 l:n mittasylinteri;
• 2 L x2; 500 ml x2 dekantterilasit;
• vesisuihkuimuri;
• Laboratoriovaaka (1-1000 g soveltuu);
• Laboratoriolämpömittari (0 °C-200 °C) ja pullosovitin;
• 2 l x2; 500 ml x2 dekantterilasit.

Reagenssit.

• 3500 ml tislattua vettä;
• 840 ml rikkihappoa konsentroituna (H2SO4);
• 700 g (6 mol) bentsyylisyanidia.

1150 ml vettä, 840 ml teknistä rikkihappoa ja 700 g (6 mol) bentsyylisyanidia sekoitetaan 5 litran kolmikaulaisessa kolvissa, jossa on mekaaninen sekoitin. Pullo liitetään takaisinvirtauskondensaattoriin ja sitä kuumennetaan 3 tuntia sekoittimen ollessa käynnissä. Tämän jälkeen pullon sisältö jäähdytetään lämpötilaan ja kaadetaan sitten 2 litraan kylmää vettä. Tällöin massaa on sekoitettava kiinteän kakun muodostumisen estämiseksi. Saatu fenyylietikkahappo suodatetaan Buchnerin suppilolla. Reaktiotuote sulatetaan veden alla ja pestään dekantoimalla useita kertoja kuumalla vedellä. Pesujen jäähdyttämisen jälkeen saadaan pieni määrä fenyylietikkahappoa, joka suodatetaan pois ja lisätään aineen pääosaan. Viimeisen huuhtelun kuuma vesi valutetaan tuot***** ollessa vielä sulana. Nestemäinen happo kaadetaan 2 litran Claisen-pulloon ja tislataan tyhjiössä. Ensin pieni määrä vettä tislataan pois ja hävitetään. Sitten noin 20 ml leikkausta kulkee huomattavan määrän bentsyylisyanidia mukana. Tätä fraktiota käytetään seuraavassa synteesissä. Seuraava (kolmas) fraktio tislataan 176-189 °C:n lämpötilassa (50 mm Hg); se kerätään erikseen. Jonkin aikaa seisottuaan fraktio jähmettyy.

Näin saadaan melko puhdas fenyylietikkahappo, jonka m.p. on 76-76,5 °C; saanto on 630 g (77,5 % teoriasta). Koska toinen fraktio, jota käytetään myöhemmässä synteesissä, sisältää huomattavan määrän fenyylietikkahappoa, tuot***** kokonaistuotos on vähintään 80 % teoreettisesta. Fenyylietikkahapolla on epämiellyttävä haju.

Fenyylietikkahappo bentsyylikloridista Grignard-reagenssinavulla .

Laitteet ja lasitavarat.

• 250 ml Kolmikaulainen pyöreäpohjainen kolvi;
• Retorttijalusta ja puristin lait***** kiinnittämistä varten;
• mekaaninen sekoitin, jossa on nivel;
• 500 ml tippusuppilo, jossa on ohituskaivo;
• Refluksilauhdutin;
• Kalsiumkloridiputki;
• Lämmityslevy;
• Vesihaute;
• Jääsuolakylpy (-10 °C);
• Wolfen pullo x2;
• Kippin laite tai kiinteä hiilidioksidi;
• 500 ml:n erotussuppilo
• Vesisuihkuimuri;
• Laboratoriovaaka (1-100 g sopii);
• Suodatinpaperi;
• 100 ml:n mittalasi;
• 500 ml x2; 100 ml x2 dekantterilasit;
• 1 L Buchnerin pullo ja suppilo (tai Shott-suodatin).

Reagenssit.

• 2,4 g magnesiumlastuja (Mg).
• 120 ml Dietyylieetteriä.
• 12,7 g bentsyylikloridia.
• 200 ml konsentroitua rikkihappoa (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) 20 ml:ssa tislattua vettä ja 100 ml 10 % suolahappoa.
• 1 l tislattua vettä.

Kolmikaulaiseen 250 ml:n pyöreäpohjaiseen kolviin, joka on varustettu mekaanisella sekoittimella, jossa on nivel, tippusuppilolla ja kalsiumkloridiputkella varustetulla takaisinvirtauskondensaattorilla, pannaan 2,4 g magnesiumlastuja, lisätään 30 ml absoluuttista eetteriä ja lisätään 3-4 ml liuosta, jossa on 12,7 g bentsyylikloridia 50 ml:ssa absoluuttista eetteriä. Kun reaktio alkaa, eetteri samentuu ja kiehuu (tarvittaessa reaktion käynnistämiseksi pullo upotetaan lämpimässä vesihauteessa), bentsyylikloridin eetteriliuosta lisätään pisaroittain niin, että eetteri kiehuu koko ajan rauhallisesti ja tasaisesti. Kun kaikki bentsyylikloridi on lisätty, seosta kuumennetaan vesihauteessa 1-1,5 tuntia, kunnes magnesium on täysin liuennut.

Jäähdytetään kolvi voimakkaasti jään ja suolan seoksella (-10 °C), korvataan tippusuppilo kaasuputkella ja johdetaan 3-4 tunnin ajan sylinteristä tai Kippin laitteesta tuleva ei liian voimakas virta kuivaa hiilidioksidia, joka kuivataan johtamalla kaasu kahden väkevää rikkihappoa sisältävän Wolfen pullon läpi (fenyylietikkahapon saanto on suurempi, jos reaktioon lisätään kiinteää hiilidioksidia).

Korvaa sitten kaasuputki tippusuppilolla ja lisää voimakkaasti jäähdytettynä ja sekoittaen pisaroittain 10 g HCl-liuosta (d 1,19) 20 ml:aan vettä. Kun reaktioseos on jakautunut kahdeksi läpinäkyväksi kerrokseksi, pullon sisältö siirretään erotussuppiloon, ravistetaan hyvin ja vesikerros erotetaan laskeutumisen jälkeen. Jälkimmäinen uutetaan kahdesti eetterillä (20 ml:n annoksina). Yhdistettyjä fenyylietikkahapon eetteriliuoksia ravistetaan uudelleen laimealla natriumhydroksidiliuoksella, emäksinen liuos erotetaan, happamoitetaan 10 % suolahapolla ja jäähdytetään. Saatu fenyylietikkahappo suodatetaan tyhjiössä, pestään kylmällä vedellä, puristetaan hyvin ja kiteytetään uudelleen kuumasta vedestä. m.p. 75 °C, saanto 8 g (60 % teoreettisesti).