Sintesi dell'acido fenilacetico

[G.Patton]

Introduzione

Esistono due vie efficaci per ottenere l'acido fenilacetico dal cloruro di benzene. La prima via, attraverso il cianuro di benzile, consente di ottenere una resa del 77%. La seconda via dal cloruro di benzile tramite il reattivo di Grignard descrive una resa del 60% rispetto a quella teorica. Entrambe le vie presentano alcuni vantaggi e svantaggi. Ad esempio, la sintesi del cianuro di benzile richiede molta esperienza da parte del chimico perché deve lavorare con il cianuro di sodio, che è molto tossico. D'altra parte, la via del cloruro di benzile attraverso il reattivo di Grignard richiede reagenti meno tossici, ma il chimico deve lavorare con anidride carbonica solida o con l'apparato di Kipp. Inoltre, questo metodo fornisce una resa inferiore rispetto al primo. Nel nostro forum potete trovare altri metodi di sintesi dell'acido fenilacetico, come il percorso dall'acido mandelico o il cianuro di benzile tramite idrolisi alcalina.

Inoltre, in questo topic potete trovare una sintesi dettagliata del cloruro di benzile dal benzene. Infine, vorrei avvertire tutti i chimici che vogliono ripetere questa sintesi che è necessario utilizzare tutti i dispositivi di sicurezza come vetro chimico, guanti, camice chimiche e maschera respiratoria. Eseguite gli esperimenti sotto sonda estraibile o sotto cappa di aspirazione in locali ben ventilati.

Aspetto: solido bianco con un forte odore di miele.

Punto di ebollizione: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Punto di fusione: 76-77 °C;
Peso molecolare: 136,15 g/mol;
Densità: 1,091 g/ml (20 °C).

Cloruro di benzile da benzene

Apparecchiature e vetreria.

• Pallone a tre colli da 1 L;
• Termometro da laboratorio (da 0 °C a 200 °C) con adattatore per matraccio;
• Condensatore a ricaduta (a doppia superficie);
• Agitatore meccanico;
• Tubo di ingresso del gas;
• Bagno d'acqua;
• Piastra riscaldante;
• Generatore di HCl da laboratorio;
• Imbuto separatore da 1 L;
• Apparecchio di distillazione;
• Supporto per storta e morsetto per fissare l'apparecchio;
• Aspiratore a getto d'acqua;
• Bilancia da laboratorio (adatta a 1 - 200 g);
• Beute da 100 ml x2 e 200 ml x2 con tappo;
• Cilindro di misurazione da 500 ml.

Reagenti.

• 200 g (227 ml) di benzene;
• 38 g di formalina al 40% o 20 g di paraformaldeide;
• 50 g di cloruro di zinco anidro (ZnCl2);
• 100 g di bicarbonato di sodio (NaHCO3);
• 1 L di acqua distillata;
• 100 g di cloruro di calcio anidro (CaCl2)/solfato di magnesio (MgSO4).

In un pallone a tre colli da 1 litro, dotato di un condensatore a ricaduta (a doppia superficie), di un agitatore meccanico (preferibilmente del tipo Hershberg) e di un tubo di introduzione del gas che si estende fino al fondo del pallone, si introducono 200 g (227 ml) di benzene secco, 20 g di paraformaldeide (si può usare anche formalina al 40%); le proporzioni sono quindi 200 g di benzene, 38 g di formalina al 40% e 50 g di cloruro di zinco polverizzato) e 20 g di cloruro di zinco anidro finemente polverizzato. Appoggiare la beuta su un bagno d'acqua in modo che il livello dell'acqua in essa contenuta sia all'incirca alla stessa altezza della reazione. Riscaldare il bagno a 60 °C e farvi passare (attraverso una bottiglia di lavaggio vuota interposta) una rapida corrente di cloruro di idrogeno fino a quando non si assorbe più gas (circa 20 minuti): lasciare raffreddare. Trasferire la miscela di reazione in un imbuto separatore, lavarla successivamente con due porzioni da 50 ml di acqua fredda, due porzioni da 50 ml di soluzione satura di bicarbonato di sodio (è essenziale rimuovere tutti i sali di zinco nel processo di lavaggio, altrimenti il prodotto resinifica in gran parte durante la distillazione) e infine con 20 ml di acqua. Asciugare con cloruro di calcio anidro o solfato di magnesio e distillare a pressione normale da un pallone di Claisen con braccio laterale di frazionamento fino a quando la temperatura sale a 100-110 °C. Dopo un certo raffreddamento, distillare a pressione ridotta e raccogliere il cloruro di benzile a 63-65 °C a 12 mmHg. Laresa è di 70 g. Nel residuo nel pallone sono presenti alcuni (circa 4 g) di dicloruro di p-xylylene, m.p. 100 °C, e una piccola quantità di difenilmetano.

Cianuro di benzile da cloruro di benzile

Apparecchiature e vetreria.

• Pallone da 5 L a fondo tondo;
• Termometro da laboratorio (da 0 °C a 200 °C) con adattatore per matraccio;
• Condensatore a ricaduta;
• Bagnomaria;
• Piastra riscaldante;
• Imbuto a goccia da 2 L;
• Pallone Buchner da 2 L e imbuto Ø 25 cm (o filtro Shott);
• Apparecchio di distillazione;
• Supporto per storta e morsetto per fissare l'apparecchio;
• Carta da filtro;
• Imbuto convenzionale;
• Aspiratore a getto d'acqua;
• Bilancia da laboratorio (adatta da 1 a 1000 g);
• Agitatore magnetico;
• Cilindro di misura da 1 L;
• Becher da 2 L x2; Becher da 500 ml x2.

Reagenti.

• 500 g (10 moli) di cianuro di sodio (NaCN);
• 450 ml Acqua distillata;
• 1000 g (8 moli) Cloruro di benzile;
• 1300 g Alcool 95 % (EtOH);
• 775 ml Acido solforico al 50% (H2SO4);
• 100 g Bicarbonato di sodio (NaHCO3);
• 100 g Cloruro di sodio (NaCl).

In un pallone a fondo tondo da 5000 ml, dotato di tappo con condensatore a ricadere e imbuto separatore, vengono posti 500 g (10 moli) di cianuro di sodio in polvere (puro al 96-98%) e 450 ml di acqua. La miscela viene riscaldata a bagnomaria per sciogliere la maggior parte del cianuro di sodio, quindi 1000 g (8 moli) di cloruro di benzile (bp 170-180 °C) mescolati con 1000 g di alcol al 95% vengono fatti passare attraverso l'imbuto a goccia nel corso di 30-45 minuti. La miscela viene quindi riscaldata sotto un condensatore a riflusso sul bagno di vapore per quattro ore, raffreddata e filtrata con aspirazione per rimuovere la maggior parte del cloruro di sodio. È bene lavare il sale filtrato con una piccola porzione di alcol per eliminare il cianuro di benzile eventualmente trattenuto meccanicamente.

A questo punto il pallone viene dotato di un condensatore e la maggior quantità possibile di alcol viene distillata sul bagno di vapore. Il liquido residuo viene raffreddato, se necessario filtrato e lo strato di cianuro di benzile viene separato. Il cianuro di benzile grezzo viene ora posto in un pallone di distillazione di Claisen e distillato a pressione ridotta, facendo passare prima l'acqua e l'alcol e infine il cianuro (è preferibile distillare l'ultima parte dei solventi e il cianuro di benzile sotto vuoto). È preferibile utilizzare una colonna di frazionamento. Il materiale viene raccolto a 135-140 °C a 38 mm Hg (115-120 °C a 10 mm Hg). La resa è di 740-830 g (80-90% della quantità teorica). È preferibile lavare il prodotto finale per eliminare l'isocianuro di benzile maleodorante e per allungare notevolmente la durata di conservazione del prodotto. Il cianuro di benzile una volta distillato viene agitato vigorosamente per cinque minuti con un volume uguale di acido solforico al 50% caldo (60 °C), preparato aggiungendo 275 ml di acido solforico concentrato a 500 ml di acqua. Il cianuro di benzile viene separato e lavato con un volume uguale di soluzione satura di bicarbonato di sodio seguita da un volume uguale di soluzione semisatura di cloruro di sodio. Viene quindi essiccato e distillato a pressione ridotta. La perdita nei lavaggi è trascurabile.

Acido fenilacetico da cianuro di benzile

Apparecchiature e vetreria.

• Pallone a fondo tondo a tre colli da 5 L;
• Agitatore meccanico;
• Condensatore a ricaduta;
• Bagno d'acqua;
• Piastra riscaldante;
• Pallone Buchner da 2 l e imbuto Ø 25 cm (o filtro Shott);
• Imbuto convenzionale;
• Carta da filtro;
• Apparecchiatura di distillazione;
• Supporto per storta e morsetto per fissare l'apparecchio;
• 1 L Cilindro di misura;
• Becher da 2 L x2; Becher da 500 ml x2;
• Aspiratore a getto d'acqua;
• Bilancia da laboratorio (adatta da 1 a 1000 g);
• Termometro da laboratorio (da 0 °C a 200 °C) con adattatore per matraccio;
• 2 l x2; 500 ml x2 Becher.

Reagenti.

• 3500 ml Acqua distillata;
• 840 ml di acido solforico conc. (H2SO4);
• 700 g (6 mol) di cianuro di benzile.

1150 ml di acqua, 840 ml di acido solforico tecnico e 700 g (6 mol) di cianuro di benzile vengono mescolati in un pallone a tre colli da 5 litri dotato di agitatore meccanico. Il pallone viene collegato a un condensatore a riflusso e riscaldato per 3 ore con l'agitatore in funzione. Successivamente, il contenuto del matraccio viene raffreddato a temperatura ambiente e poi versato in 2 litri di acqua fredda. In questo caso, la massa deve essere agitata per evitare la formazione di un panetto solido. L'acido fenilacetico ottenuto viene filtrato su un imbuto Buchner. Il prodotto di reazione viene fuso in acqua e lavato per decantazione più volte con acqua calda. Dopo il raffreddamento dei lavaggi, si ottiene una piccola quantità di acido fenilacetico, che viene filtrata e aggiunta alla parte principale della sostanza. L'acqua calda dell'ultimo risciacquo viene scaricata quando il prodotto è ancora fuso. L'acido liquido viene versato in un pallone di Claisen da 2 litri e distillato sotto vuoto. Innanzitutto, una piccola quantità di acqua viene distillata e scartata. Successivamente, passano circa 20 ml di taglio con una notevole quantità di cianuro di benzile. Questa frazione viene utilizzata per la sintesi successiva. La successiva (terza) frazione viene distillata a una temperatura di 176-189 °C (50 mm Hg); viene raccolta separatamente. Dopo un certo tempo di permanenza, la frazione solidifica.

Così, il prodotto ottenuto è un acido fenilacetico abbastanza puro con m.p. 76-76,5 °C; la resa è di 630 g (77,5% della teoria). Poiché la seconda frazione, utilizzata nella sintesi successiva, contiene una quantità significativa di acido fenilacetico, la resa complessiva del prodotto è almeno l'80% di quella teorica. L'acido fenilacetico ha un odore sgradevole.

Acido fenilacetico da cloruro di benzile tramite reattivo di Grignard

Apparecchiature e vetreria.

• Pallone a fondo tondo a tre colli da 250 ml;
• Supporto per storta e morsetto per fissare l'apparecchiatura;
• Agitatore meccanico con giunto;
• Imbuto a goccia da 500 ml con bypass;
• Condensatore a ricaduta;
• Tubo per cloruro di calcio;
• Piastra di riscaldamento;
• Bagno d'acqua;
• Bagno di sale di ghiaccio (-10 °C);
• Pallone di Wolfe x2;
• Apparecchio di Kipp o anidride carbonica solida;
• Imbuto separatore da 500 ml
• Aspiratore a getto d'acqua;
• Bilancia da laboratorio (adatta da 1 a 100 g);
• Carta da filtro;
• 100 ml Cilindro di misura;
• 500 ml x2; 100 ml x2 Becher;
• Pallone Buchner da 1 L e imbuto (o filtro di Shott).

Reagenti.

• 2,4 g di trucioli di magnesio (Mg).
• 120 ml di etere dietilico.
• 12,7 g di cloruro di benzile.
• 200 ml di acido solforico conc. (H2SO4).
• 10 g di HCl (d 1,19) in 20 ml di acqua distillata e 100 ml di acido cloridrico al 10%.
• 1 L di acqua distillata.

In un pallone a tre colli a fondo tondo da 250 ml, dotato di agitatore meccanico con snodo, imbuto a goccia e condensatore a ricaduta con tubo per cloruro di calcio, porre 2,4 g di trucioli di magnesio, aggiungere 30 ml di etere assoluto e aggiungere 3-4 ml di una soluzione di 12,7 g di cloruro di benzile in 50 ml di etere assoluto. Dopo l'inizio della reazione, l'etere diventa torbido e bolle (se necessario, per avviare la reazione, si immerge il matraccio in un bagno con acqua calda), si aggiunge a goccia a goccia una soluzione eterea di cloruro di benzile, in modo che l'etere bolla in modo calmo e uniforme per tutto il tempo. Dopo l'aggiunta di tutto il cloruro di benzile, la miscela viene riscaldata a bagnomaria per 1-1,5 ore fino alla completa dissoluzione del magnesio.

Raffreddare fortemente il pallone con una miscela di ghiaccio e sale (-10 °C), sostituire l'imbuto gocciolatore con un tubo per gas e far passare per 3-4 ore una corrente non troppo forte di anidride carbonica secca da una bombola o dall'apparato di Kipp, asciugando il gas con un passaggio in due matracci di Wolfe con acido solforico concentrato (si può ottenere una resa maggiore di acido fenilacetico introducendo anidride carbonica solida nella reazione).

Quindi sostituire il tubo del gas con un imbuto a goccia e, con forte raffreddamento e agitazione, aggiungere goccia a goccia una soluzione di 10 g di HCl (d 1,19) in 20 ml di acqua. Quando la miscela di reazione è divisa in due strati trasparenti, il contenuto del matraccio viene trasferito in un imbuto separatore, agitato bene e, dopo la decantazione, viene separato lo strato acquoso. Quest'ultimo viene estratto due volte con etere (porzioni da 20 ml). Le soluzioni combinate di acido fenilacetico in etere vengono agitate nuovamente con una soluzione diluita di idrossido di sodio, la soluzione alcalina viene separata, acidificata con acido cloridrico al 10% e raffreddata. L'acido fenilacetico ottenuto viene filtrato sotto vuoto, lavato con acqua fredda, ben strizzato e ricristallizzato da acqua calda. m.p. 75 °C, resa 8 g (60% teorico).