Fenilecetsav szintézisek

[G.Patton]

Bevezetés

A fenilecetsav benzol-kloridból történő kinyerésére két hatékony útvonal létezik. Az első út a benzilcianidon keresztül lehetővé teszi, hogy akár 77% -os hozamot kapjunk. A második út benzil-kloridból Grignard-reagenssel 60%-os elméleti hozamot ír le. Mindkét módszernek vannak előnyei és hátrányai. Például a benzil-cianid szintézis sok tapasztalatot igényel a vegyészektől, mivel nátrium-cianiddal kell dolgozniuk, amely nagyon mérgező. Másrészt, a benzil-kloridból a Grignard-reagens segítségével történő benzil-klorid szintézishez kevesebb mérgező reagensre van szükség, de a vegyésznek szilárd szén-dioxiddal vagy Kipp-készülékkel kell dolgoznia. Emellett ez a módszer kisebb hozamot ad, mint az első. Fórumunkon a fenil-ecetsav szintézisének más módjait is megtalálhatja, mint például aMandelinsavból vagy a benzilcianidból lúgos hidrolízis útján történő szintézis.

Ezen kívül ebben a témában részletes benzil-klorid szintézisét találja benzolból. Végezetül szeretném figyelmeztetni azokat a vegyészeket, akik meg akarják ismételni ezt a szintézist, hogy minden biztonsági felszerelést használni kell, mint például vegyszeres üveg, kesztyű, vegyszeres kabát és légzőmaszk. A kísérleteket kihúzható szonda vagy elszívó alatt, jól szellőző helyiségben végezzük.

Megjelenés: fehér szilárd anyag, erős mézszerű szaggal.

Forráspont: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Olvadáspont: 76-77 °C;
Molekulatömeg: 136,15 g/mol;
Sűrűség: 1,091 g/ml (20 °C).

Benzil-klorid benzolból

Berendezések és üvegeszközök.

• 1 literes háromnyakú lombik;
• Laboratóriumi hőmérő (0 °C-tól 200 °C-ig) lombikadapterrel;
• Reflux (kettős felületű) kondenzátor;
• Mechanikus keverő;
• Gázbevezető cső;
• Vízfürdő;
• Fűtőlemez;
• HCl laboratóriumi generátor;
• 1 literes elválasztótölcsér;
• Desztillációs készülék;
• Retortaállvány és bilincs a készülék rögzítéséhez;
• Vízsugaras aspirátor;
• Laboratóriumi mérleg (1-200 g alkalmas);
• 100 ml-es x2 és 200 ml-es x2 Erlenmeyer-lombik kupakkal;
• 500 ml-es mérőhenger.

Reagensek.

• 200 g (227 ml) benzol;
• 38 g 40 %-os formalin vagy 20 g paraformaldehid;
• 50 g cink-klorid vízmentes (ZnCl2);
• 100 g nátrium-hidrogénkarbonát (NaHCO3);
• 1 liter desztillált víz;
• 100 g vízmentes kalcium-klorid (CaCl2)/magnesium-szulfát (MgSO4).

Egy 1 literes háromnyakú lombikba, amely fel van szerelve egy reflux (kettős felületű) kondenzátorral, egy mechanikus keverővel (lehetőleg Hershberg-típusú) és egy, a lombik aljáig tartó gázbevezető csővel, tegyünk 200 g (227 ml) száraz benzolt, 20 g paraformaldehidet (40%-os formalin is használható); az arányok ekkor 200 g benzol, 38 g 40%-os formalin és 50 g porított cink-klorid) és 20 g finomra porított vízmentes cink-klorid. A lombikot egy vízfürdőre támasszuk úgy, hogy a benne lévő víz szintje körülbelül a reakció magasságában legyen. Melegítsük fel a fürdőt 60 °C-ra, és engedjünk be (egy közbeiktatott üres mosóflakon keresztül) egy gyors hidrogén-klorid-áramot, amíg nem szívódik fel több gáz (kb. 20 perc): hagyjuk kihűlni. A reakcióelegyet tegyük át egy elválasztótölcsérbe, mossuk át egymás után két 50 ml-es adag hideg vízzel, két 50 ml-es adag telített nátrium-hidrogénkarbonát-oldattal (a mosás során feltétlenül el kell távolítani az összes cink-sót, különben a termék a desztilláció során nagyrészt gyantásodik), végül 20 ml vízzel. Szárítsuk vízmentes kalcium-kloriddal vagy magnézium-szulfáttal, és normál nyomáson desztilláljunk frakcionáló oldalkarral ellátott Claisen-lombikból, amíg a hőmérséklet 100-110 °C-ra nem emelkedik. Miután kissé lehűlt, csökkentett nyomáson desztilláljuk, és a benzil-kloridot 63-65 °C-on, 12 mmHg nyomáson gyűjtjük. Ahozam 70 g. A lombikban lévő maradékban van némi (kb. 4 g) p-xililén-diklórid, m.p. 100 °C, és kis mennyiségű difenilmetán.

Benzil-cianid benzil-kloridból

Berendezés és üvegeszközök.

• 5 literes kerekfenekű lombik;
• Laboratóriumi hőmérő (0 °C-tól 200 °C-ig) lombikadapterrel;
• Visszafolyási hűtő;
• Vízfürdő;
• Fűtőlemez;
• 2 literes csepegtetőtölcsér;
• 2 literes Buchner-lombik és tölcsér Ø 25 cm (vagy Shott-szűrő);
• Desztillációs készülék;
• Retortatartó állvány és bilincs a készülék rögzítéséhez;
• Szűrőpapír;
• Hagyományos tölcsér;
• Vízsugaras aspirátor;
• Laboratóriumi mérleg (1-1000 g alkalmas);
• Mágneskeverő;
• 1 literes mérőhenger;
• 2 L x2; 500 ml x2 főzőpohár.

Reagensek.

• 500 g (10 mól) nátrium-cianid (NaCN);
• 450 ml desztillált víz;
• 1000 g (8 mól) benzil-klorid;
• 1300 g 95 %-os alkohol (EtOH);
• 775 ml 50 %-os kénsav (H2SO4);
• 100 g nátrium-hidrogénkarbonát (NaHCO3);
• 100 g nátrium-klorid (NaCl).

Egy 5000 ml-es kerekfenekű lombikba, amely egy visszaáramlási hűtővel és egy elválasztó tölcsérrel ellátott dugóval van ellátva, 500 g (10 mol) porított nátrium-cianidot (96-98 százalékos tisztaságú) és 450 ml vizet teszünk. Az elegyet vízfürdőn melegítjük, hogy a nátrium-cianid nagy része feloldódjon, majd 30-45 perc alatt 1000 g (8 mól) benzil-kloridot (bp 170-180 °C) 1000 g 95 %-os alkohollal keverve a csepegtető tölcséren keresztül bevezetjük. Az elegyet ezután négy órán át gőzfürdőn reflux kondenzátor alatt melegítjük, lehűtjük, majd a nátrium-klorid nagy részének eltávolítása érdekében szívással szűrjük. A leszűrt sót jó, ha kis mennyiségű alkohollal mossuk át, hogy eltávolítsuk az esetlegesen mechanikusan visszatartott benzil-cianidot.

A lombikot ezután kondenzátorral látjuk el, és a gőzfürdőn a lehető legtöbb alkoholt desztilláljuk le. A visszamaradt folyadékot lehűtjük, szükség esetén szűrjük, és a benzil-cianid réteget leválasztjuk. Ezt a nyers benzil-cianidot most egy Claisen-desztilláló lombikba helyezzük, és csökkentett nyomáson desztilláljuk, először a vizet és az alkoholt, végül a cianidot (az oldószerek és a benzil-cianid utolsó részét lehetőleg vákuumban desztilláljuk). Előnyös frakcionáló oszlopot használni. Az anyagot 135-140 °C-on, 38 mm Hg nyomáson (115-120 °C-on, 10 mm Hg nyomáson) gyűjtjük. A hozam 740-830 g (az elméleti mennyiség80-90%-a ). A végterméket célszerű kimosni a bűzös szagú benzil-izocianid eltávolítása és a termék eltarthatósági idejének jelentős meghosszabbítása érdekében. Az egyszer desztillált benzil-cianidot öt percig erőteljesen rázzuk ugyanolyan térfogatú (60 °C) meleg (50 %-os) kénsavval, amelyet 275 ml tömény kénsav 500 ml vízhez történő hozzáadásával állítunk elő. A benzil-cianidot elválasztjuk, és egy azonos térfogatú telített nátrium-bikarbonát-oldattal, majd egy azonos térfogatú, félig telített nátrium-klorid-oldattal mossuk. Ezután szárítjuk és csökkentett nyomáson desztilláljuk. A mosási veszteség elhanyagolható.

Fenil-ecetsav benzil-cianidból

Berendezés és üvegeszközök.

• 5 L Háromnyakú, kerekfenekű lombik;
• Mechanikus keverő;
• Visszafolyási hűtő;
• Vízfürdő;
• Fűtőlap;
• 2 l-es Buchner-lombik és Ø 25 cm-es tölcsér (vagy Shott-szűrő);
• Hagyományos tölcsér;
• Szűrőpapír;
• Desztillációs készülék;
• Retortatartó állvány és bilincs a készülék rögzítéséhez;
• 1 l-es mérőhenger;
• 2 L x2; 500 ml x2 főzőpohár;
• Vízsugaras aspirátor;
• Laboratóriumi mérleg (1-1000 g alkalmas);
• Laboratóriumi hőmérő (0 °C-tól 200 °C-ig) lombikadapterrel;
• 2 l x2; 500 ml x2 főzőpohár.

Reagensek.

• 3500 ml desztillált víz;
• 840 ml kénsav (H2SO4);
• 700 g (6 mol) benzil-cianid.

1150 ml vizet, 840 ml technikai kénsavat és 700 g (6 mol) benzil-cianidot keverünk össze egy 5 literes, háromnyakú, mechanikus keverővel ellátott lombikban. A lombikot reflux kondenzátorhoz csatlakoztatjuk, és 3 órán keresztül a keverő működtetésével melegítjük. Ezt követően a lombik tartalmát lehűtjük r.t.-re, majd 2 liter hideg vízbe öntjük. Ebben az esetben a masszát keverni kell, hogy megakadályozzuk a szilárd piskóta kialakulását. A kapott fenil-ecetsavat Buchner-tölcséren leszűrjük. A reakcióterméket víz alatt felolvasztjuk, és dekantálással többször forró vízzel mossuk. A mosások lehűtése után kis mennyiségű fenilecetsavat kapunk, amelyet leszűrünk és hozzáadunk az anyag fő részéhez. Az utolsó öblítésből származó forró vizet leengedjük, amíg a termék még olvadt. A folyékony savat 2 literes Claisen-lombikba öntjük és vákuum alatt desztilláljuk. Először kis mennyiségű vizet desztillálunk le és dobunk el. Ezután kb. 20 ml vágott átfolyik egy észrevehető mennyiségű benzil-cianiddal. Ezt a frakciót használjuk fel a következő szintézishez. A következő (harmadik) frakciót 176-189 °C-on (50 mm Hg) desztilláljuk; ezt külön gyűjtjük. Némi állásidő után a frakció megszilárdul.

Így a kapott termék egy meglehetősen tiszta fenil-ecetsav, amelynek m.p. 76-76,5 °C; a hozam 630 g (az elmélet77,5 %-a ). Mivel a második frakció, amelyet a későbbi szintézisben használunk fel, jelentős mennyiségű fenilecetsavat tartalmaz, a teljes termékhozam az elméleti érték legalább 80 %-a. Afenilecetsav kellemetlen szagú.

Fenilecetsav benzil-kloridból Grignard-reagenssegítségével

Berendezések és üvegeszközök.

• 250 ml-es háromnyakú, kerekfenekű lombik;
• Retortaállvány és bilincs a készülék rögzítéséhez;
• Mechanikus keverő csuklóval;
• 500 ml-es csepegtető tölcsér áthidalóval;
• Refluxkondenzátor;
• Kalcium-klorid cső;
• Fűtőlemez;
• Vízfürdő;
• Jeges sófürdő (-10 °C);
• Wolfe-lombik x2;
• Kipp-készülék vagy szilárd szén-dioxid;
• 500 ml-es elválasztótölcsér
• Vízsugaras aspirátor;
• Laboratóriumi mérleg (1-100 g alkalmas);
• Szűrőpapír;
• 100 ml-es mérőhenger;
• 500 ml x2; 100 ml x2 főzőpohár;
• 1 literes Buchner-lombik és tölcsér (vagy Shott-szűrő).

Reagensek.

• 2,4 g magnéziumforgács (Mg).
• 120 ml dietil-éter.
• 12,7 g benzil-klorid.
• 200 ml kénsav (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) 20 ml desztillált vízben és 100 ml 10%-os sósavban.
• 1 L desztillált víz.

Egy háromnyakú, 250 ml-es kerekfenekű lombikba, amely fel van szerelve egy mechanikus keverővel, egy csapteleppel, egy csepegtető tölcsérrel és egy kalcium-klorid csővel ellátott visszafolyó hűtővel, tegyünk 2,4 g magnéziumforgácsot, adjunk hozzá 30 ml abszolút étert és adjunk hozzá 3-4 ml 12,7 g benzil-klorid 50 ml abszolút éterben lévő oldatából. Miután a reakció megkezdődött, az éter zavarossá válik és forrni kezd (ha szükséges, a reakció beindításához a lombikot meleg vizes fürdőbe merítjük), cseppenként adagoljuk a benzil-klorid éteres oldatát olyan ütemben, hogy az éter végig nyugodtan és egyenletesen forrjon. Azösszes benzil-klorid hozzáadása után az elegyet vízfürdőben 1-1,5 órán át melegítjük, amíg a magnézium teljesen feloldódik.

A lombikot jég és só keverékével erősen lehűtjük (-10 °C), a csepptölcsért gázcsőre cseréljük, és 3-4 órán át palackból vagy Kipp-készülékből nem túl erős száraz szén-dioxid áramot vezetünk át, a gázt két Wolfe-lombikban tömény kénsavval átvezetve szárítjuk (nagyobb fenilecetsavhozamot kaphatunk, ha szilárd szén-dioxidot vezetünk a reakcióba).

Ezután a gázcsövet cseréljük le cseppentő tölcsérre, és erős hűtés és keverés mellett cseppenként adjunk hozzá 10 g HCl (d 1,19) 20 ml vízben oldott oldatát. Amikor a reakcióelegy két átlátszó rétegre oszlik, a lombik tartalmát egy elválasztótölcsérbe töltjük, jól felrázzuk, és ülepedés után a vizes réteget elválasztjuk. Ez utóbbit kétszer extraháljuk éterrel (20 ml-es adagokban). Az egyesített éteres fenil-ecetsav-oldatokat híg nátrium-hidroxid-oldattal ismét felrázzuk, a lúgos oldatot elválasztjuk, 10%-os sósavval savanyítjuk és hűtjük. A kapott fenilecetsavat vákuumban szűrjük, hideg vízzel mossuk, jól kicsavarjuk és forró vízből átkristályosítjuk. m.p. 75 °C, hozam 8 g (60% elméleti).