[предыдущий раздел] [содержание] [следующий раздел]

Практические работы по органической химии

Р Е А К Ц И И    А Р О М А Т И Ч Е С К И Х  Д И А З О С О Е Д И Н Е Н И Й

Общие замечания к реакции диазотирования :

  1. Все синтезы выполняются в вытяжном шкафу.
  2. На 1 моль амина рекомендуется брать не менее 3-х молей минеральной кислоты.
  3. Нитроанилины диазотируют в 50% -ной H2SO4.
    Антраниловую и сульфаниловую кислоты лучше диазотировать обратным способом, прибавляя раствор кислоты в рассчитанном количестве 2н раствора NaOH, к которому прибавлено рассчитанное количество NaNO2, к 3-4 –х кратному избытку минеральной кислоты.
  4. Диазораствор всегда следует прибавлять ко второму компоненту реакции, а не наоборот.
  5. Конец диазотирования определяют по йодкрахмальной бумажке через 5 мин, после прибавления раствора нитрита и независимо – триазеновой пробой. Избыток HNO2 рекомендуется во всех случаях убрать сухой мочевиной.
  6. Перед обработкой реакционной смеси необходимо обязательно проверить полноту разложения соли диазония пробой с - нафтолом. Для этого на фильтровальную бумагу наносят рядом каплю диазораствора и каплю раствора -нафтола в 2н растворе NaOH. При наличии соли диазония в месте соприкосновения пятен нанесенных растворов появляется яркая полоска азокрасителя.

1.Йодбензол. ЛАБ с. 200
Анилин 9,3 г
HCl конц. 25 мл
NaNO2 8 г
KI 20 г
По этой методике можно получать изомерные йодтолуолы, йоданизолы и йоддифениловые эфиры.

2.о-Йодбензойная кислота.
Прямое диазотирование. 
Антраниловая кислота 6,3 г
H2SO4 50% 60мл
NaNO2 3,4 г в 6 мл воды

В стакан емкостью 100 мл, снабженный механической мешалкой и капельной воронкой, вносят 6,3 г антраниловой кислоты и 60 мл 50% H2SO4. Растворяют при нагревании, а затем при перемешивании охлаждают до 0оС. При перемешивании и внешнем охлаждении из капельной воронки медленно добавляют раствор 3,4 г NaNO2 в 6 мл воды. Добавление ведут с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше 5оС и не выделялись окислы азота. Избыток HNO2 удаляют добавлением мочевины (до отрицательной пробы по йодкрахмальной бумажке). Профильтрованный при наружном охлаждении диазораствор прибавляют к холодному раствору 9 г KI в 50 мл 3% -ной H2SO4, разбавляют вдвое холодной водой и оставляют на ночь. На следующий день реакционную смесь при перемешивании нагревают на кипящей водяной бане с обратным холодильником до отрицательной пробы с -нафтолом. Нагревание проводят примерно в течение 2-х часов. По охлаждении выпавшую о-йодбензойную кислоту отфильтровывают, полученный осадок растворяют в минимальном количестве раствора Na2SO3, полученный раствор профильтровывают и выливают при перемешивании в большой объем разбавленной (10%-ной) HCl. Выпавший осадок отфильтровывают, сушат на воздухе. Выход о-йодбензойной кислоты 10,2 г (89% ), т. пл. 160-161оС.

3.п-Бромтолуол.СОП ч. 3 с. 137
а)Бромистая медь. СОП ч.3 с. 468 ; ПОХ с. 169
Медный купорос 30 г
Калия бромид 20,2 г
Натрий сернистокислый 7,6 г

30 г Медного купороса и 20,2 г бромида калия растворяют в 100 мл теплой воды, к этому раствору при перемешивании прибавляют порциями 7,6 г сернистокислого натрия ( до обесцвечивания раствора ), затем смесь охлаждают. Бесцветный тяжелый осадок бромистой меди отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой, тщательно отжимают и высушивают на воздухе в течение ночи. Выход 16 г ( 90% ).

б) п-Бромтолуол. СОП ч. 3 с. 137
п-Толуидин 10,75 г
H2SO4 конц. 10,75 мл
Вода 100 мл
NaNO2 7г в 12,5 мл воды

В стакане емкостью 250 мл к 100 мл воды прибавляют при перемешивании 10,75 мл конц. H2SO4, а затем, не охлаждая, 10,75 г п-толуидина и нагревают смесь, если нужно, до полного растворения амина. Полученный раствор быстро охлаждают в ледяной бане при интенсивном перемешивании ( чтобы выпали мелкие кристаллы соли амина ) до 5-10оС, диазотируют раствором 7 г NaNO2 в 12,5 мл воды, поддерживая температуру реакционной смеси в интервале 10-15оС, и оставляют при охлаждении на 15-20 мин. Затем полученный диазораствор обрабатывают сухой мочевиной (осторожно, вскипание!) до отрицательной пробы по йодкрахмальной бумажке, и вносят его порциями по 10-15 мл при перемешивании в раствор 8 г бромистой меди ( Cu2Br2), 2,5 г KBr и 0,1 г порошкообразной меди ( приготовление см. ЛАБ с. 186) в 10 - 15 мл 48%-ной HBr и оставляют на ночь. На другой день, если проба на диазоний с -нафтолом положительная, реакционную смесь нагревают с обратным холодильником до отрицательной пробы с -нафтолом, подщелачивают раствором NaOH и отгоняют п-бромтолуол с паром. п-Бромтолуол отделяют, водный слой экстрагируют бензолом и вытяжки объединяют с основной порцией вещества. Бензольный раствор п-бромтолуола промывают несколько раз конц. H2SO4 (пока она не перестанет темнеть ), затем водой и высушивают над CaCl2. Бензол отгоняют на роторном испарителе, а остаток перегоняют в вакууме.

Выход 12 – 12,5 г ( 70% ), т. кип. 183-185о/755 мм рт. ст., т. пл. 25-26оС.

4.о-Бромхлорбензол.СОП ч.3 с. 467
о-Хлоранилин 12,75 г
HBr 48%-ная 38 мл
Нитрит натрия 7 г
Медь бромистая (CuBr) 7,9 г

В колбу на 250 мл помещают смесь 12,75 г о-хлоранилина и 30 мл 48%-ной HBr. Колбу устанавливают в бане со льдом и, прибавляя к содержимому колбы лед, охлаждают его до 0оС. Затем к смеси быстро при перемешивании приливают раствор 7 г нитрита натрия в 12,5 мл воды, следя за тем, чтобы температура реакционной смеси не превышала 10оС, и при необходимости добавляя кусочки льда. Последние 2-3 мл раствора нитрита натрия в воде прибавляют с осторожностью и до тех пор, пока в растворе не будет обнаружен избыток HNO2 (контроль по йодкрахмальной бумажке). Одновременно смесь 7,9 г CuBr и 8 мл 48%-ной HBr нагревают до кипения в круглодонной 3-х горлой колбе на 500 мл, снабженной обращенным вниз холодильником, к которому в качестве приемника присоединена колба на 200 мл, трубкой для ввода пара, которая перекрывается винтовым зажимом и делительной воронкой. Примерно ? часть раствора диазония переносят не фильтруя в делительную воронку и немедленно приливают к раствору CuBr в HBr, который нагревают до кипения на пламени горелки. Приливание ведут с такой скоростью, чтобы кипение было непрерывным. Следующую порцию охлажденной соли диазония добавляют в капельную воронку, не прерывая прибавления его к CuBr. Весь раствор добавляют за 15-20 мин, в течение этого времени большая часть вещества перегоняется с водяным паром. Когда прибавление закончено, кран на воронке перекрывают, открывают зажим на паропроводе и в смесь пропускают сильную струю пара (Очки!) до тех пор, пока не перестанет перегоняться органическое вещество. Всего собирают примерно 100 – 150 мл дистиллята. Органический слой отделяют от дистиллята и промывают конц. H2SO4 порциями по 2 – 5 мл до тех пор, пока кислота не начнет при этом лишь слабо окрашиваться ( обычно промывают 3 – 4 раза). Затем полученную маслянистую жидкость промывают 1 раз водой ( 10 мл), 2 раза 5%-ным раствором NaOH ( 2 х 5 мл) и наконец еще 1 раз водой (10 мл). Высушивают над прокаленным CaCl2 и перегоняют. Выход о-бромхлорбензола 17 – 18,5 г (89 – 95% от теорет.), т. кип. 199 – 201 оС / 742 мм.

Примечания : а) Дистиллят, полученный при перегонке с паром, подщелачивают и перегоняют с паром еще раз. о-Бромхлорбензол отделяют от воды и разбавляют в 2-3 раза бензолом. Дальнейшая очистка по методике. б) По этой методике можно получить м-хлорбромбензол, м-дибромбензол с выходом 80-87%, а также о-броманизол. Последний нельзя промывать конц. H2SO4. в) Приготовление бромистой меди приведено в синтезе п-бромтолуола.

5.п-Нитройодбензол. Лабораторные методики вып. 3 с. 49
п-Нитроанилин 1 г
H2SO4 конц. 1,5 г (0,9 мл)
NaNO2 0,5 г
KI 2 г

В стакан емкостью 50 мл помещают 1 г п-нитроанилина, 1,5 г (0,9 мл) концентрированной H2SO4 и 6 мл воды. В течение 15 мин перемешивают смесь термометром, шарик которого защищен муфтой из каучуковой трубки. Затем помещают стакан в баню со льдом и , поддерживая температуру реакционной смеси в интервале 0-5оС, начинают осторожно, по каплям, прибавлять раствор 0,5 г NaNO2 в 2 мл воды. Охлажденный раствор диазосоединения фильтруют и фильтрат добавляют при перемешивании к раствору 2 г KI в 6 мл воды (температура 20оС). Через час выделившийся осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают на фильтре 3 мл насыщенного раствора тиосульфата натрия, дважды водой ( порциями по 5 мл) и перекристаллизовывают из спирта. После высушивания на воздухе получают 1 г п-нитройодбензола (64% от теор.) с т. пл. 171оС.

Г Е Т Е Р О Ц И К Л Ы

1. Хинолин. ЛАБ с. 222
Синтез рекомендуется проводить в 3-х горлой колбе с мешалкой.
Синтез проводится в вытяжном шкафу.
Нитробензол 10 г
Анилин 15,5 г
Глицерин 50 г
H2SO4 конц. 24 мл
Добавить в реакционную смесь FeSO4 на кончике шпателя.
NaOH (40%-ный раствор)
NaOH твердый
Эфир 90 мл
HCl конц. 25 мл
ZnCl2 15 г

2. 2,3 - Диметилиндол.
Фенилгидразин солянокислый 7,5 г
Метилэтилкетон 4,5г
CH3COOH лед. 25 мл

В 3-х горлую колбу с обратным холодильником и термометром помещают 4,5 г метилэтилкетона, 25 мл ледяной CH3COOH и 7,5 г солянокислого фенилгидразина и нагревают до 90оС. Через 15-20 мин смесь саморазогревается и вскипает CH3COOH. После того как самопроизвольное вскипание прекращается, нагревают еще 30 мин при 90оС. Смесь охлаждают, выливают в лед (75 г), осадок промывают 125 мл воды, растворяют в 75 мл эфира. Эфирный раствор промывают 20 мл 10% -ной HCl, двумя порциями по 20 мл 5%-ного NaOH и двумя порциями воды по 20 мл. Эфирный экстракт высушивают Na2SO4, эфир отгоняют на роторном испарителе. Получают 6,3 г ( 90% ) 2,3-диметилиндола с т. пл. 101 – 104 оС. Перекристаллизовывают из петролейного эфира. Получают 5,7 г ( 80% ) 2,3-диметилиндола с т. пл. 102 – 106 оС.

3.2 - Фенилиндол.
а) Гат. С. 10
Ацетофенон 6 г (5,6 мл)
Фенилгидразин 5,4 г
Фосфорная кислота 20 мл
Фосфорный ангидрид 40 г

Приготовление фенилгидразона ацетофенона.
В круглодонную колбу на 100 мл помещают 6 г ацетофенона и 5,4 г свежеперегнанного фенилгидразина. Смесь нагревают на водяной бане при 100оС 1 час, охлаждают и растирают до тех пор, пока она не затвердеет. Затвердевшую массу растирают с 10 мл этанола, продукт отфильтровывают, промывают на фильтре охлажденным до 0о этанолом ( 10 мл). Фенилгидразон ацетофенона имеет т. пл. 105оС. Выход 9,5 - 10 г.

Приготовление полифосфорной кислоты.
В 3-х горлую колбу с мешалкой и термометром приливают 20 мл фосфорной кислоты. При перемешивании добавляют порциями 40 г фосфорного ангидрида. После внесения всего фосфорного ангидрида нагревают смесь при перемешивании 30 мин при 80оС.

Получение 2-фенилиндола.
К полученной полифосфорной кислоте прибавляют фенилгидразон ацетофенона ( ~ 10г ) и перемешивают смесь 1 час при 100оС. По охлаждении до 80оС выливают на лед ( 400 г ) и отфильтровывают выпавший осадок серого цвета, промывают на фильтре водой, перекристаллизовывают из этанола, применяя активированный уголь ( расход этанола 4 мл на 1 г вещества ).
Выход 5,4 г , т. пл. 185 – 186 оС.

б) Органикум, 1965 г, с. 562

В маленькую широкогорлую колбу Эрленмейера к смеси 0,05 моля ацетофенона и 0,055 моля фенилгидразина прибавляют 20 г полифосфорной кислоты *. Перемешивая термометром смесь медленно нагревают, пока не заметят резкого повышения температуры, вызванного началом реакции. Теперь температуру поддерживают в пределах 175-190оС, охлаждая колбу при необходимости на кипящей водяной бане. После окончания реакции дают смеси охладиться и разбавляют 50 мл холодной воды. Экстрагируют эфиром раствор, высушивают Na2SO4 и растворитель отгоняют. Остаток очищают кристаллизацией из этанола. Выход 76 % , т. пл. 188оС.

*) Полифосфорная кислота. К 8 мл 85% - ной H3РO4 нагретой на плитке в конической колбе, порциями добавляют 16 г P2O5 при перемешивании до образования прозрачной, желтоватой сиропообразной массы. Это количество все использовать для реакции.

4. 2-Фенилбензимидазол. Гет. С. 82
о-Фенилендиамин (студ.) 10,8 г
Бензойная кислота 12,2 г
Фосфорная кислота 20 мл
Фосфорный ангидрид 30 г

Смешивают 10,8 г о-фенилендиамина и 12,2 г бензойной кислоты с 50 г полифосфорной кислоты ( получение ПФК дано в предыдущем синтезе 2-фенилиндола). Образовавшуюся пасту медленно нагревают при перемешивании до 190-200оС и полученный раствор при этой температуре выдерживают 2-3 часа. Затем массу охлаждают до 100оС и выливают тонкой струйкой в 50 мл энергично перемешиваемой воды. Осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством воды и обрабатывают избытком 10%-ного раствора Na2CO3. Осадок отфильтровывают, промывают водой и сушат при 100оС. Выход сырого продукта 18,5 г ( 95% ). После перекристаллизации из спирта получают 15,5 г продукта с т. пл. 294 - 295,5оС.

5. 2-Метилбензоксазол. ЛАБ с. 218
о-Аминофенол 5 г
Уксусный ангидрид 12,5 г
Примечание : 1) 2-метилбензоксазол имеет nD20 = 1,5500 и т. кип. ~ 85о/20 мм.

6. Бензоксазол. Гет. с. 90
о-Аминофенол 18 г
HCOOH 99,5 % 10 мл

В круглодонной колбе емкостью 50 мл кипятят с обратным холодильником в течение 1 часа смесь 18 г о-аминофенола и 10 мл 99,5 % HCOOH. Затем, заменив обратный холодильник насадкой Вюрца с нисходящим холодильником, реакционную смесь перегоняют, собирая фракцию с т. кип. 140-210оС. Дистиллят встряхивают с насыщенным раствором поташа для нейтрализации избытка кислоты. Бензоксазол экстрагируют эфиром (25 мл), вытяжку сушат поташом, растворитель отгоняют и остаток перегоняют, собирая фракцию с т. кип. 181-183оС. Бензоксазол перегоняется в виде почти бесцветной жидкости (d420=1,17), при желании его можно перегнать в вакууме. Выход 8,1 г (41%). При длительном хранении бензоксазол образует крупные бесцветные призмы с т. пл. 30 - 31оС.

7. Бензотриазол. Гет. с. 87
о-Фенилендиамин 5,4 г
CH3COOH 12 мл
NaNO2 3,5 г

К раствору 5,4 г о-фенилендиамина в смеси 12 мл CH3COOH и 25 мл воды, помещенному в стакане емкостью 250 мл, добавляют при перемешивании раствор 3,5 г NaNO2 в 10 мл воды. Происходит самопроизвольное разогревание реакционной смеси, температура ее достигает ~ 70оС и окраска становится оранжево-красной. Раствор охлаждают на ледяной бане и нейтрализуют добавлением 2н NH4OH до рН 7, продолжая перемешивать смесь до выпадения кристаллического осадка. Коричневый осадок отфильтровывают, промывают ледяной водой ( 4 х 25 мл) и сушат при 70-80оС, а затем перекристаллизовывают из бензола ( на 1 г вещества расходуется около 5 мл бензола) с применением активированного угля. Выход 4 – 4,6 г (67 – 77%). Бесцветные иглы с т. пл. 98 – 99оС. Бензотриазол можно также очистить перегонкой в вакууме, собирая фракцию с т. кип. 156–159 о (2 мм рт. ст.).

8.2-Метилбензимидазол.Гет. с. 78
о-Фенилендиамин 10,8 г
CH3COOH 9 мл
Смесь 10,8 г о-фенилендиамина, 9 мл CH3COOH и 1-2 мл конц. HCl, помещенную в круглодонную колбу емкостью 50 мл, кипятят с обратным холодильником 1,5-2 часа , разбавляют 12 мл воды, добавляют 1 г активированного угля и кипятят еще 15-20 минут. Уголь отфильтровывают, а фильтрат осторожно подщелачивают при энергичном перемешивании и охлаждении 20 % -ным раствором NH4OH до появления в реакционной смеси слабого запаха аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают, тщательно промывают ледяной водой (4 х 5 мл) и сушат при 100 – 110оС. Выход 10-10,6 г (75-80%), т. пл. 173-174оС. Полученный продукт слегка окрашен, его можно использовать для дальнейших синтезов без дополнительной очистки, но при необходимости 2-метилбензимидазол очищают перекристаллизацией из воды с применением активированного угля. Получают белоснежные иголочки с т. пл. 176 – 177 оС.

9.4,5-Дифенилимидазол. Гет. с. 74-75
Бензил 5,25 г
Уротропин 0,65 г
CH3COONH4 3г
CH3COOH 125 мл
Раствор 5,25 г бензила, 0,65 г уротропина и 3 г CH3COONH4 в 125 мл CH3COOH кипятят с обратным холодильником 1 час. По охлаждении реакционную массу выливают в 1,25 л воды. Полученный раствор обесцвечивают активированным углем, фильтруют, фильтрат нейтрализуют водным раствором аммиака. Выпавший осадок 4,5-дифенилимидазола отделяют фильтрованием, промывают на фильтре водой ( 4 х 30 мл), высушивают при 100 оС.
Выход 5 г ( 91%), бесцветные призмы с т. пл. 231 – 232оС (из диоксана).

10. 3,5-Диметилпиразол. Гет. с.
Гидразин сернокислый 13 г
NaOH 10%-ный раствор 80 мл
Ацетилацетон 10 г

В 3-х горлой колбе на 250 мл, снабженной мешалкой, термометром и капельной воронкой (Не допускать герметичности прибора!) готовят раствор 13 г сернокислого гидразина в 80 мл 10%-ного раствора NaOH и, поместив колбу в баню со льдом, охлаждают раствор до 15оС. Поддерживая эту температуру, к раствору в течение 30 мин прибавляют по каплям 10 г ацетилацетона, после чего смесь перемешивают при 15оС еще 1 час. Затем прибавляют 40 мл воды для растворения осадка неорганических солей и переносят в делительную воронку, экстрагируя образовавшийся пиразол один раз 25 мл эфира, а затем еще 4 раза порциями по 10 мл. Эфирные вытяжки объединяют, промывают насыщенным раствором NaCl и сушат безводным поташом. После отгонки эфира получают 3,5-диметилпиразол в виде белых или слегка желтоватых кристаллов с т. пл. 107-108оС. Выход 7,4 - 7,8 г ( 77-81%).

11. 4(5) – Фенилимидазол. Гет. с.

Синтез фенацилбромида приведен в разделе"Альдегиды и кетоны ". Лакриматор ! Синтез выполнять под тягой.
Фенацилбромид 8 г
Формамид 50 мл

Смесь 8 г фенацилбромида (Лакриматор ! Тяга!) и 50 мл формамида кипятят в колбе с обратным воздушным холодильником 2 часа. При этом сначала образуется ярко-красный раствор, который через 10-15 минут светлеет и до конца реакции остается светло-оранжевым. По охлаждении его обрабатывают 200 мл горячей разбавленной HCl ( 1: 1), при необходимости кипятят с углем, фильтруют и фильтрат подщелачивают раствором аммиака до рН 7-8. Выпавший 4(5)-фенилимидазол отделяют и очищают последовательной перекристаллизацией из воды и бензола, получая бесцветные пластинки с т. пл. 128 – 129оС.
Выход 5,2 г (90%).
[предыдущий раздел] [содержание]