Synteser av fenylättiksyra

[G.Patton]

Inledning

Det finns två effektiva sätt att framställa fenylättiksyra från bensenklorid. Första vägen via bensylcyanid gör det möjligt att få upp till 77% utbyte. Det andra sättet från bensylklorid via Grignard-reagens beskriver till 60% utbyte från teoretiskt. Båda sätten har vissa fördelar och nackdelar. Till exempel tar bensylcyanidsyntesen mycket erfarenhet från en kemist eftersom han måste arbeta med natriumcyanid, vilket är mycket giftigt. Å andra sidan tar vägen från bensylklorid via Grignard-reagens mindre giftiga reagenser, men kemisten måste arbeta med fast koldioxid eller Kipps apparat. Dessutom ger denna metod mindre utbyte än den första. I vårt forum kan du hitta andra sätt att syntetisera fenylättiksyra, såsom väg från mandelsyra eller bensylcyanid via alkalisk hydrolys.

Dessutom kan du i detta ämne hitta detaljerad bensylkloridsyntes från bensen. I *****ändan vill jag varna alla kemister som vill upprepa denna syntes, att du måste använda all säkerhetsutrustning som kemiskt glas, handskar, kemisk rock och andningsmask. Utför experimenten under utdragbar sond eller under avgasfläkt i väl ventilerade lokaler.

Utseende: vitt fast ämne med en stark honungsliknande lukt.

Kokpunkt: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Smältpunkt: 76-77 °C;
Molekylvikt: 136,15 g/mol;
Densitet: 1,091 g/ml (20 °C).

Bensylklorid från bensen

Utrustning och glasvaror.

• 1 L trehalsad kolv;
• Laboratorietermometer (0 °C till 200 °C) med kolvadapter;
• Återflödeskylare (dubbel yta);
• Mekanisk omrörare;
• Inledningsrör för gas;
• Vattenbad;
• Värmeplatta;
• HCl laboratoriegenerator;
• 1 L separeringstratt;
• Destillationsapparat;
• Retortstativ och klämma för fastsättning av apparat;
• Vattenstråle aspirator;
• Laboratorieskala (1 - 200 g är lämpligt);
• 100 ml x2 och 200 ml x2 Erlenmeyerkolvar med lock;
• 500 ml mätcylinder.

Reagenser.

• 200 g (227 ml) bensen;
• 38 g 40 % Formalin eller 20 g paraformaldehyd;
• 50 g vattenfri zinkklorid (ZnCl2);
• 100 g natriumbikarbonat (NaHCO3);
• 1 l destillerat vatten;
• 100 g vattenfri kalciumklorid (CaCl2)/magnesiumsulfat (MgSO4).

I en 1 liters trehalsad kolv, utrustad med en återflödeskylare (dubbel yta), en mekanisk omrörare (helst av Hershberg-typ) och ett gasinledningsrör som sträcker sig till nära kolvens botten, placeras 200 g (227 ml) torr bensen, 20 g paraformaldehyd (40 % formalin kan också användas; Proportionerna är då 200 g bensen, 38 g 40 % formalin och 50 g pulveriserad zinkklorid) och 20 g finpulveriserad vattenfri zinkklorid. Ställ kolven på ett vattenbad så att vattennivån i kolven är ungefär lika hög som reaktionen. Värm upp badet till 60 °C och låt (genom en tom tvättflaska) en snabb ström av väteklorid passera tills ingen gas längre absorberas (ca 20 minuter): låt svalna. Överför reaktionsblandningen till en separeringstratt, skölj den i tur och ordning med två 50 ml portioner kallt vatten, två 50 ml portioner mättad natriumbikarbonatlösning (det är viktigt att avlägsna alla zinksalter under sköljningen, eftersom produkten annars till stor del hartsar under destillationen) och *****ligen med 20 ml vatten. Torka med vattenfri kalciumklorid eller magnesiumsulfat och destillera under normalt tryck från en Claisenkolv med fraktionerande sidoarm tills temperaturen stiger till 100-110 °C. Efter viss avkylning destilleras under reducerat tryck och bensylkloriden samlas upp vid 63-65 °C och 12 mmHg. Utbytet är 70 g. Endel (ca 4 g) p-xylylendiklorid, m.p. 100 °C, och en liten mängd difenylmetan finns i återstoden i kolven.

Bensylcyanid från bensylklorid

Utrustning och glasvaror.

• 5 L rundbottnad kolv;
• Laboratorietermometer (0 °C till 200 °C) med kolvadapter;
• Återflödeskylare;
• Vattenbad;
• Värmeplatta;
• 2 L dropptratt;
• 2 L Buchnerkolv och tratt Ø 25 cm (eller Shott-filter);
• Destillationsapparat;
• Retortstativ och klämma för fastsättning av apparat;
• Filterpapper;
• Konventionell tratt;
• Aspirator med vattenstråle;
• Laboratorievåg (1 - 1000 g är lämpligt);
• Magnetisk omrörare;
• 1 L mätcylinder;
• 2 L x2; 500 ml x2 bägare.

Reagenser.

• 500 g (10 mol) natriumcyanid (NaCN);
• 450 ml Destillerat vatten;
• 1000 g (8 mol) bensylklorid;
• 1300 g 95 % alkohol (EtOH)
• 775 ml Svavelsyra aq. 50 % (H2SO4)
• 100 g natriumbikarbonat (NaHCO3);
• 100 g natriumklorid (NaCl).

I en 5000 ml rundkolv, försedd med propp, återflödeskylare och separeringstratt, placeras 500 g (10 mol) pulveriserad natriumcyanid (96-98 % ren) och 450 ml vatten. Blandningen värms upp på ett vattenbad för att lösa upp det mesta av natriumcyaniden, och sedan rinner 1000 g (8 mol) bensylklorid (bp 170-180 °C) blandat med 1000 g 95-procentig alkohol in genom dropptratten under 30-45 minuter. Blandningen upphettas sedan under en återloppskylare på ångbadet i fyra timmar, kyls och filtreras med sug för att avlägsna det mesta av natriumkloriden. Det är bra att tvätta det filtrerade saltet med en liten mängd alkohol för att avlägsna eventuell bensylcyanid som kan ha fastnat mekaniskt.

Kolven förses nu med en kondensor och så mycket alkohol som möjligt destilleras bort på ångbadet. Den kvarvarande vätskan kyls, filtreras vid behov och skiktet med bensylcyanid separeras. Denna råa bensylcyanid placeras nu i en Claisenkolv och destilleras under reducerat tryck, varvid vattnet och alkoholen kommer över först och *****ligen cyaniden (det är att föredra att destillera den sista delen av lösningsmedlen och bensylcyaniden under vakuum). Det är fördelaktigt att använda en fraktioneringskolonn. Materialet samlas upp vid 135-140 °C vid 38 mm Hg (115-120 °C vid 10 mm Hg). Utbytet är 740-830 g (80-90 % av den teoretiska mängden). Det är att föredra att tvätta *****produkten för att avlägsna illaluktande bensylisocyanid och för att avsevärt förlänga produktens hållbarhetstid. Den destillerade bensylcyaniden skakas kraftigt i fem minuter med en lika stor volym varm (60 °C) 50 % svavelsyra, som framställts genom att tillsätta 275 ml koncentrerad svavelsyra till 500 ml vatten. Bensylcyaniden separeras och tvättas med en lika stor volym mättad natriumbikarbonatlösning följt av en lika stor volym halvmättad natriumkloridlösning. Därefter torkas den och destilleras under reducerat tryck. Förlusten i tvättvattnet är försumbar.

Fenylättiksyra från bensylcyanid

Utrustning och glasvaror.

• 5 L trehalsad kolv med rund botten;
• Mekanisk omrörare;
• Återflödeskondensor;
• Vattenbad;
• Värmeplatta;
• 2 l Buchnerkolv och tratt Ø 25 cm (eller Shott-filter);
• Konventionell tratt;
• Filterpapper;
• Destillationsapparat;
• Retortstativ och klämma för fastsättning av apparatur;
• 1 L mätcylinder;
• 2 L x2; 500 ml x2 bägare;
• Aspirator med vattenstråle;
• Laboratorievåg (1 - 1000 g är lämpligt);
• Laboratorietermometer (0 °C till 200 °C) med kolvadapter;
• 2 l x2; 500 ml x2 bägare.

Reagenser.

• 3500 ml Destillerat vatten;
• 840 ml svavelsyra, konc. (H2SO4);
• 700 g (6 mol) bensylcyanid.

1150 ml vatten, 840 ml teknisk svavelsyra och 700 g (6 mol) bensylcyanid blandas i en 5-liters trehalsad kolv försedd med en mekanisk omrörare. Kolven an*****s till en återflödeskylare och värms upp i 3 timmar med omröraren igång. Därefter kyls innehållet i kolven till r.t. och hälls sedan i 2 liter kallt vatten. I detta fall måste massan omröras för att förhindra bildandet av en fast kaka. Erhållen fenylättiksyra filtreras bort på Buchner-tratt. Reaktionsprodukten smälts under vattnet och tvättas genom dekantering flera gånger med varmt vatten. Efter kylning av tvättarna erhålls en liten mängd fenylättiksyra, som filtreras bort och tillsätts till huvuddelen av ämnet. Varmt vatten från den sista sköljningen dräneras medan produkten fortfarande är smält. Den flytande syran hälls i en 2 liters Claisenkolv och destilleras under vakuum. Först destilleras en liten mängd vatten bort och kasseras. Därefter passerar ca 20 ml snitt med en märkbar mängd bensylcyanid. Denna fraktion används för nästa syntes. Nästa (tredje) fraktion destilleras vid en temperatur av 176-189 °C (50 mm Hg); den samlas upp separat. Efter en stunds uppehåll stelnar fraktionen.

Den produkt som erhålls är således en tämligen ren fenylättiksyra med m.p. 76-76,5 °C; utbytet är 630 g (77,5% av teorin). Eftersom den andra fraktionen, som används i den efterföljande syntesen, innehåller en betydande mängd fenylättiksyra, är det totala produktutbytet minst 80% av det teoretiska. Fenylättiksyrahar en obehaglig lukt.

Fenylättiksyrafrån bensylklorid via Grignard-reagens

Utrustning och glasvaror.

• 250 ml trehalsad rundbottnad kolv;
• Retortstativ och klämma för att fästa apparaten;
• Mekanisk omrörare med led;
• 500 ml dropptratt med bypass;
• Återflödeskondensor;
• Rör för kalciumklorid;
• Värmeplatta;
• Vattenbad;
• Isbad med salt (-10 °C);
• Wolfe's flaska x2;
• Kipps apparat eller fast koldioxid;
• 500 ml separeringstratt
• Aspirator med vattenstråle;
• Laboratorieskala (1-100 g är lämpligt);
• Filterpapper;
• 100 ml Mätcylinder;
• 500 ml x2; 100 ml x2 bägare;
• 1 L Buchnerkolv och tratt (eller Shott-filter).

Reagenser.

• 2,4 g magnesiumspån (Mg).
• 120 ml dietyleter.
• 12,7 g bensylklorid.
• 200 ml svavelsyra, konc. (H2SO4)
• 10 g HCl (d 1,19) i 20 ml destillerat vatten och 100 ml 10% saltsyra.
• 1 l destillerat vatten.

I en trehalsad rundkolv 250 ml, försedd med en mekanisk omrörare med skarv, en dropptratt och en återloppskylare med kalciumkloridrör, placeras 2,4 g magnesiumspån, tillsätt 30 ml absolut eter och tillsätt 3-4 ml av en lösning av 12,7 g bensylklorid i 50 ml absolut eter. När reaktionen har börjat, etern blir grumlig och kokar (för att starta reaktionen sänks kolven vid behov ner i ett bad med varmt vatten), tillsätts en eterisk lösning av bensylklorid droppvis i en sådan takt att etern kokar lugnt och jämnt hela tiden. Efter tillsats av all bensylklorid upphettas blandningen i ett vattenbad under 1-1,5 h tills magnesiumet är fullständigt upplöst.

Kyl kolven kraftigt med en blandning av is och salt (-10 °C), ersätt dropptratten med ett gasrör och skicka under 3-4 timmar en inte alltför stark ström av torr koldioxid från en cylinder eller Kipps apparat, torka gasen genom att skicka den genom två Wolfe-flaskor med koncentrerad svavelsyra (du kan få ett högre utbyte av fenylättiksyra genom att införa fast koldioxid i reaktionen).

Byt sedan ut gasröret mot en dropptratt och tillsätt droppvis, under stark kylning och omrörning, en lösning av 10 g HCl (d 1,19) i 20 ml vatten. När reaktionsblandningen har delats upp i två genomskinliga skikt överförs kolvens innehåll till en separeringstratt, skakas väl och efter sedimentering separeras vattenskiktet. Det senare extraheras två gånger med eter (20 ml portioner). De kombinerade eterlösningarna av fenylättiksyra skakas på nytt med en utspädd natriumhydroxidlösning, den alkaliska lösningen separeras, surgörs med 10% saltsyra och kyls. Den erhållna fenylättiksyran filtreras under vakuum, tvättas med kallt vatten, vrids väl ur och omkristalliseras från varmt vatten. m.p. 75 °C, utbyte 8 g (60% teoretiskt).