Sinteze fenilocetne kisline

[G.Patton]

Uvod

Za pridobivanje fenilocetne kisline iz benzenovega klorida obstajata dve učinkoviti poti. Prvi način prek benzil cianida omogoča do 77-odstotni izkoristek. Drugi način iz benzilklorida z Grignardovim reagentom opisuje do 60 % teoretičnega izkoristka. Oba načina imata nekaj prednosti in slabosti. Sinteza z benzil cianidom na primer zahteva od kemika veliko izkušenj, saj mora delati z natrijevim cianidom, ki je zelo strupen. Po drugi strani pa je za sintezo benzilklorida z Grignardovim reagentom potrebnih manj strupenih reagentov, vendar mora kemik delati s trdnim ogljikovim dioksidom ali Kippovim aparatom. Ta metoda daje tudi manjši izkoristek kot prva metoda. Na našem forumu lahko najdete druge načine sinteze fenilocetne kisline, na primer pot iz mandljeve kisline ali benzil cianida z alkalno hidrolizo.

Poleg tega lahko v tej temi najdete podrobno sintezo benzil klorida iz benzena. Na koncu želim opozoriti vse kemike, ki želijo ponoviti to sintezo, da morajo uporabljati vso varnostno opremo, kot so kemično steklo, rokavice, kemični plašč in dihalna maska. Poskuse izvajajte pod izvlečno sondo ali pod izpušno napo v dobro prezračevanih prostorih.

Videz: bela trdna snov z močnim vonjem po medu.

Temperatura vrelišča: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Tališče: 76-77 °C;
Molekulska masa: 136,15 g/mol;
Gostota: 1,091 g/ml (20 °C).

Benzilklorid iz benzena

Oprema in steklovina.

• 1 L bučka s tremi grli;
• laboratorijski termometer (od 0 °C do 200 °C) z nastavkom za bučko;
• kondenzator za povratni tok (z dvojno površino);
• Mehansko mešalo;
• cev za dovod plina;
• Vodna kopel;
• grelna plošča;
• laboratorijski generator HCl;
• 1 L ločilni lij;
• aparat za destilacijo;
• Stojalo za retorto in objemka za pritrditev aparata;
• Aspirator z vodnim curkom;
• laboratorijska tehtnica (primerna za 1-200 g);
• 100 ml x2 in 200 ml x2 Erlenmeyerjeve bučke s pokrovčkom;
• 500 ml merilni valj.

Reagenti.

• 200 g (227 ml) benzena;
• 38 g 40 % formalina ali 20 g paraformaldehida;
• 50 g brezvodnega cinkovega klorida (ZnCl2);
• 100 g natrijevega bikarbonata (NaHCO3);
• 1 L destilirane vode;
• 100 g brezvodnega kalcijevega klorida (CaCl2)/magnezijevega sulfata (MgSO4).

V 1-litrsko bučko s tremi grli, opremljeno s povratnim hladilnikom (z dvojno površino), mehanskim mešalom (po možnosti tipa Hershberg) in cevjo za dovod plina, ki sega do dna bučke, dajte 200 g (227 ml) suhega benzena, 20 g paraformaldehida (lahko se uporabi tudi 40 % formalin); razmerje je potem 200 g benzena, 38 g 40-odstotnega formalina in 50 g v prah zmletega cinkovega klorida) in 20 g drobno zmletega brezvodnega cinkovega klorida. Bučko podstavite na vodno kopel tako, da je nivo vode v njej približno v isti višini kot reakcija. Kopel segrejemo na 60 °C in vanjo (skozi vmesno prazno pralno steklenico) spuščamo hiter tok vodikovega klorida, dokler se plin ne absorbira več (približno 20 minut): pustimo, da se ohladi. Reakcijsko zmes prenesemo v ločevalni lij, jo zaporedno speremo z dvema 50 ml odmerkoma hladne vode, dvema 50 ml odmerkoma nasičene raztopine natrijevega bikarbonata (pri pranju je treba odstraniti vse cinkove soli, sicer se izdelek med destilacijo v veliki meri smolji) in nazadnje z 20 ml vode. Posušite z brezvodnim kalcijevim kloridom ali magnezijevim sulfatom in destilirajte pod normalnim tlakom iz Claisenove bučke s stransko roko za frakcioniranje, dokler temperatura ne naraste na 100-110 °C. Ko se nekoliko ohladi, destiliramo pod znižanim tlakom in zberemo benzilklorid pri 63-65 °C in 12 mmHg. Izdelek je 70 g. V ostanku v bučki je nekaj (približno 4 g) p-ksilen diklorida, m.p. 100 °C, in majhna količina difenilmetana.

Benzil cianid iz benzil klorida

Oprema in steklovina.

• 5 L bučka z okroglim dnom;
• laboratorijski termometer (od 0 °C do 200 °C) z nastavkom za bučko;
• povratni hladilnik;
• Vodna kopel;
• grelna plošča;
• 2 L lijak za kapljanje;
• 2 L Buchnerjeva bučka in lijak Ø 25 cm (ali Shottov filter);
• aparat za destilacijo;
• Stojalo za retorto in objemka za pritrditev aparata;
• Filtrirni papir;
• Običajni lijak;
• Aspirator z vodnim curkom;
• laboratorijska tehtnica (primerna za 1-1000 g);
• magnetno mešalo;
• 1 L merilni valj;
• 2 L x2; 500 ml x2 čaše.

Reagenti.

• 500 g (10 mol) natrijevega cianida (NaCN);
• 450 ml destilirane vode;
• 1000 g (8 molov) benzilklorida;
• 1300 g 95 % alkohola (EtOH);
• 775 ml Žveplova kislina, vodni likvor 50 % (H2SO4);
• 100 g natrijev bikarbonat (NaHCO3);
• 100 g natrijevega klorida (NaCl).

V 5000 ml bučko z okroglim dnom, opremljeno z zamaškom, ki drži povratni hladilnik in ločilni lij, damo 500 g (10 mol) natrijevega cianida v prahu (96-98 % čistosti) in 450 ml vode. Mešanico segrevamo na vodni kopeli, da se večina natrijevega cianida raztopi, nato pa skozi kapljični lijak v 30-45 minutah vlijemo 1000 g (8 molov) benzilklorida (bp 170-180 °C), pomešanega s 1000 g 95-odstotnega alkohola. Mešanico nato štiri ure segrevamo pod povratnim hladilnikom na parni kopeli, ohladimo in filtriramo s sesanjem, da odstranimo večino natrijevega klorida. Filtrirano sol je dobro sprati z majhno količino alkohola, da se odstrani morebitni mehansko zadržani benzil cianid.

Kolba se opremi s kondenzatorjem in na parni kopeli se destilira čim več alkohola. Preostalo tekočino ohladimo, po potrebi filtriramo in ločimo plast benzil cianida. Ta surovi benzil cianid zdaj damo v Claisenovo destilacijsko bučko in destiliramo pod zmanjšanim tlakom, pri čemer najprej preideta voda in alkohol, nazadnje pa cianid (zadnji del topil in benzil cianid je bolje destilirati v vakuumu). Zaželeno je uporabiti frakcionirno kolono. Material se zbira pri 135-140 °C pri 38 mm Hg (115-120 °C pri 10 mm Hg). Izplen je 740-830 g (80-90 % teoretične količine). Priporočljivo je, da se končni izdelek izpere, da se odstrani benzil izocianid z neprijetnim vonjem in da se znatno podaljša rok uporabnosti izdelka. Enkrat destilirani benzil cianid se pet minut močno stresa z enakim volumnom tople (60 °C) 50-odstotne žveplove kisline, pripravljene z dodajanjem 275 ml koncentrirane žveplove kisline v 500 ml vode. Benzil cianid ločimo in speremo z enako prostornino nasičene raztopine natrijevega bikarbonata, ki ji sledi enaka prostornina napol nasičene raztopine natrijevega klorida. Nato ga posušimo in destiliramo pod znižanim tlakom. Izguba pri izpiranju je zanemarljiva.

Fenilocetna kislina iz benzil cianida

Oprema in steklovina.

• 5 L erlenmajerica z okroglim dnom s tremi vratovi;
• mehansko mešalo;
• povratni hladilnik;
• Vodna kopel;
• grelna plošča;
• 2 l Buchnerjeva bučka in lij Ø 25 cm (ali Shottov filter);
• Običajni lij;
• Filtrirni papir;
• aparat za destilacijo;
• Stojalo za retorto in objemka za pritrditev aparata;
• 1 l merilni valj;
• 2 L x2; 500 ml x2 čaše;
• Aspirator z vodnim curkom;
• Laboratorijska tehtnica (primerna od 1 do 1000 g);
• Laboratorijski termometer (od 0 °C do 200 °C) z nastavkom za bučko;
• 2 l x2; 500 ml x2 čaše.

Reagenti.

• 3500 ml destilirane vode;
• 840 ml žveplove kisline (H2SO4);
• 700 g (6 mol) benzil cianida.

V 5-litrski bučki s tremi grli, opremljeni z mehanskim mešalom, zmešamo 1150 ml vode, 840 ml tehnične žveplove kisline in 700 g (6 mol) benzil cianida. Bučko priključimo na povratni hladilnik in jo segrevamo 3 ure z delujočim mešalom. Nato se vsebina erlenmajerice ohladi na temperaturo, nato pa se prelije v 2 litra hladne vode. V tem primeru je treba maso mešati, da se prepreči nastanek trdne pogače. Dobljeno fenilocetno kislino filtriramo na Buchnerjevem lijaku. Reakcijski produkt se stopi pod vodo in z dekantiranjem večkrat spere z vročo vodo. Po ohladitvi izpiranja dobimo majhno količino fenilocetne kisline, ki jo filtriramo in dodamo glavnemu delu snovi. Vroča voda iz zadnjega izpiranja se odteče, ko je izdelek še staljen. Tekoča kislina se nalije v dvolitrsko Claisenovo bučko in destilira v vakuumu. Najprej se destilira majhna količina vode, ki se zavrže. Nato se izloči približno 20 ml reza z opazno količino benzil cianida. Ta frakcija se uporabi za naslednjo sintezo. Naslednja (tretja) frakcija se destilira pri temperaturi 176-189 °C (50 mm Hg); zbira se ločeno. Po določenem času mirovanja se frakcija strdi.

Tako dobljeni produkt je dokaj čista fenilocetna kislina z m.p. 76-76,5 °C; izkoristek je 630 g (77,5 % teorije). Ker druga frakcija, ki se uporablja v nadaljnji sintezi, vsebuje precejšnjo količino fenilocetne kisline, je skupni izkoristek produkta vsaj 80 % teoretičnega. Fenilocetna kislina ima neprijeten vonj.

Fenilocetna kislina iz benzilklorida z Grignardovim reagentom

Oprema in steklovina.

• 250 ml erlenmajerica z okroglim dnom s tremi vratovi;
• Stojalo za retorto in objemka za pritrditev aparature;
• Mehansko mešalo z nastavkom;
• 500 ml lijak za kapljanje z obtokom;
• povratni hladilnik;
• cev za kalcijev klorid;
• grelna plošča;
• vodna kopel;
• ledena solna kopel (-10 °C);
• Wolfejeva bučka x2;
• Kippov aparat ali trdni ogljikov dioksid;
• 500 ml ločilni lij
• Aspirator z vodnim curkom;
• laboratorijska tehtnica (primerna je od 1 do 100 g);
• Filtrirni papir;
• 100 ml merilni valj;
• 500 ml x2; 100 ml x2 čaše;
• 1 L Buchnerjeva bučka in lij (ali Shottov filter).

Reagenti.

• 2,4 g magnezijevih ostružkov (Mg).
• 120 ml dietiletra.
• 12,7 g benzilklorida.
• 200 ml žveplove kisline (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) v 20 ml destilirane vode in 100 ml 10 % klorovodikove kisline.
• 1 L destilirane vode.

V bučko z okroglim dnom s tremi grli in prostornino 250 ml, opremljeno z mehanskim mešalnikom s spojko, lijakom za kapljanje in povratnim hladilnikom s cevko za kalcijev klorid, damo 2,4 g magnezijevih ostružkov, dodamo 30 ml absolutnega etra in 3-4 ml raztopine 12,7 g benzilklorida v 50 ml absolutnega etra. Ko se reakcija začne, eter postane moten in zavre (po potrebi se erlenmajerica za začetek reakcije potopi v kopel s toplo vodo), se eterična raztopina benzilklorida dodaja po kapljicah tako hitro, da eter ves čas mirno in enakomerno vre. Po dodajanju vsega benzilklorida se zmes segreva na vodni kopeli 1-1,5 h, dokler se magnezij popolnoma ne raztopi.

Bučko močno ohladimo z mešanico ledu in soli (-10 °C), kapalni lijak nadomestimo s plinsko cevjo in 3-4 ure spuščamo ne premočan tok suhega ogljikovega dioksida iz jeklenke ali Kippovega aparata, pri čemer plin posušimo s prehodom skozi dve Wolfejevi bučki s koncentrirano žveplovo kislino (večji izkoristek fenilocetne kisline lahko dosežemo z vnosom trdnega ogljikovega dioksida v reakcijo).

Nato plinsko cev nadomestimo s kapalnim lijakom in ob močnem hlajenju in mešanju po kapljicah dodajamo raztopino 10 g HCl (d 1,19) v 20 ml vode. Ko se reakcijska zmes razdeli v dve prozorni plasti, se vsebina bučke prenese v ločilni lij, dobro pretrese in po usedanju loči vodno plast. Slednja se dvakrat ekstrahira z etrom (20 ml odmerki). Združene etrske raztopine fenilocetne kisline ponovno stresemo z razredčeno raztopino natrijevega hidroksida, alkalno raztopino ločimo, dokisamo z 10 % klorovodikovo kislino in ohladimo. Dobljeno fenilocetno kislino filtriramo v vakuumu, speremo s hladno vodo, dobro iztisnemo in rekristaliziramo iz vroče vode. m.p. 75 °C, izkoristek 8 g (60 % teoretično).