Транс-Циклогександиол-1,2

Работу со щелочью проводят в защитных очках!

В трехгорлую колбу на 100 мл, снабженную обратным холодильником, капельной воронкой, термометром и магнитной мешалкой помещают 30 мл муравьиной кислоты и 7 мл 30 % пероксида водорода. К этой смеси добавляют по каплям в течение 5 минут 4,1 г циклогексена¹, при этом происходит повышение температуры, которую держат в пределах 40-45 °С, охлаждая баней с ледяной водой. Перемешивают реакционную смесь при этой температуре в течение двух часов до отрицательной пробы на перекиси (йодид калия + крахмал). При положительной пробе наблюдается синее окрашивание. В случае слабого окрашивания реакционной смеси добавляют немного гидросульфита натрия и нагревают 10-15 минут (до отрицательной пробы на перекиси). Затем воду и муравьиную кислоту отгоняют в вакууме, а остаток охлаждают ледяной водой и добавляют охлажденный до 0 °С раствор 4 г гидроксида натрия в 7,5 мл воды с такой скоростью, чтобы температура не превышала 40 °С. Продолжают перемешивание при 40 °С еще 30 минут. После нейтрализации щелочи серной кислотой теплый раствор экстрагируют этилацетатом (5 × 50 мл). Объединенные органические вытяжки промывают насыщенным раствором хлорида натрия и сушат сульфатом магния. Растворитель отгоняют, после чего закристаллизовавшийся транс‑циклогександиол-1,2 перекристал-лизовывают из этилацетата. Выход 2,8 г. Т. пл. 101-104 °С

Вопросы для самоподготовки.

1. Составьте полные уравнения реакций, протекающих в ходе синтеза, и расставьте коэффициенты.

2. Какое пространственное строение имеет полученный Вами продукт? Какое расположение (аксиальное, экваториальное) имеют гидрокси-группы в конформации кресла?

3. Какие другие реагенты можно использовать для получения транс‑циклогексан-1,2-диола из циклогексена?

Тема III. Образование связи углерод-гетероатом и углерод-углерод в ароматическом ряду (реакции электрофильного замещения)

1. Бромирование

4-БРОМБЕНЗОЛАМИН (п-броманилин)

Работу проводят в вытяжном шкафу. При работе с бромом использовать защитные перчатки. При работе с бромом кран капельной воронки смазывается фосфорной кислотой.

Работа состоит из двух синтетических стадий: бромирования N-фенилацетамида (ацетанилида) и гидролиза продукта бромирования.

Бромирование N-фенилацетамида (ацетанилида)

Метод 1

Синтез проводят в приборе, показанном на рисунке 6. Когда прибор собран, в реакционную колбу объемом 500 мл наливают 250-300 мл воды и помещают 2,0 г N-фенилацетамида (ацетанилида¹).

Рисунок 6. Прибор для бромирования ацетанилида в воде

Водоструйный насос включают так, чтобы проходящая через смесь струя воздуха вызвала энергичное перемешивание ацетанилида. При этом необходимо следить за тем, чтобы пары брома не попадали в насос.

Пластинчатые кристаллики ацетанилида постепенно превращаются в хлопья N-(4-бромфенил)ацетамида (п‑бромацетанилида). О завершении процесса бромирования свидетельствует окрашивание содержимого колбы в желтовато-оранжевый цвет, который должен сохраняться при взбалтывании колбы в течение нескольких минут после прекращения пропускания паров брома. Осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой и перекристаллизовывают из этилового спирта. Выход около 2,6 г.

Метод 2

В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную механической мешалкой и капельной воронкой, вносят 6,8 г N-фенилацетамида (ацетанилида) и 25 мл ледяной уксусной кислоты и слегка нагревают при перемешивании до полного растворения осадка. Затем при температуре, не превышающей 40 °С, медленно при перемешивании добавляют раствор 8,0 г брома в 10 мл уксусной кислоты. Через 8-10 минут реакция заканчивается и реакционную смесь (вместе с выпавшим N-фенилацетамидом) выливают в 150 мл воды, содержащей небольшое количество льда. Затем туда же добавляют раствор сульфита натрия до обесцвечивания раствора и выпадения осадка. Выпавший белый осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера. Выход окол 8,8 г.

Т. пл. 167-168 °С.

Гидролиз N-(4-бромфенил)ацетамида (п‑бромацетанилида).

8,8 г N-(4-бромфенил)ацетамида (п‑бромацетанилида) помещают в круглодонную колбу объемом 250 мл, добавляют туда 75 мл воды и 25 мл концентрированной соляной кислоты и кипятят с обратным холодильником 30 мин (работу проводят под тягой!). Затем дают остыть, добавляют 20 % раствор гидроксида натрия до щелочной среды (по фенолфталеину или универсальному индикатору) и отгоняют полученный 4-бромбензоламин (п-броманилин) с водяным паром. п‑Броманилин застывает в холодильнике, поэтому время от времени из рубашки холодильника приходится удалять воду или периодически прекращать подачу воды в холодильник. Собравшийся в приемнике п‑броманилин отфильтровывают на воронке Бюхнера и высушивают на воздухе. Выход около 5 г. Т. пл. 64-65 °С.

ЭОЗИН

При работе с бромом кран капельной воронки смазывается фосфорной кислотой. Все работы с бромом проводятся в вытяжном шкафу и защитных перчатках.

Взвесь 1,65 г мелко растертого флуоресцеина¹ в 10 мл этанола вносят в коническую колбу и при перемешивании (вручную или на магнитной мешалке) прибавляют по каплям 1,5 мл брома. После введения в реакционную смесь примерно 0,6 мл брома происходит растворение флуоресцеина с образованием хорошо растворимого в этаноле дибромфлуоресцеина. При прибавлении всего количества брома из раствора постепенно выпадает тетрабромфлуоресцеин – эозин. Содержимое колбы оставляют на 2 часа. Кристаллический осадок отделяют фильтрованием (для этого можно использовать заранее высушенный и взвешенный фильтр), промывают на фильтре небольшим количеством этанола и сушат на воздухе. При этом получают эозин, содержащий кристаллизационный спирт. Эозин представляет собой порошок красно-коричневого цвета. Спирт удаляется при высушивании в сушильном шкафу при температуре 110 °С. Высушенный фильтр с осадком взвешивают. Выход около 2,5 г. При нагревании эозин разлагается без плавления.

Для превращения эозина в натриевую соль, легко растворимую в воде, его растирают в ступке с порошком карбоната натрия (из расчета 1 г карбоната натрия или соответствующее количество его сольвата на 6 г эозина), прибавляют смесь 4 мл спирта с 8 мл воды (приведены объемы из расчета на 2,5 г эозина) и нагревают на водяной бане до прекращения выделения СО₂. К полученному раствору эозината натрия добавляют еще 8 мл спирта, смесь нагревают до 60-70 °С и фильтруют. Через несколько часов из фильтрата выделяются кристаллы натриевой соли красителя, их отфильтровывают, промывают на фильтре небольшим объемом смеси спирта и диэтилового эфира (1:1) и сушат на воздухе. Выход около 2,3 г.

2,4,6-ТРИБРОМбензоламин (2,4,6-триброманилин)

При работе с бромом кран капельной воронки смазывается фосфорной кислотой. Все работы с бромом проводятся в вытяжном шкафу и защитных перчатках.

В широкогорлой колбе объемом 250 мл, снабженной механической мешалкой и капельной воронкой, растворяют 2,5 мл свежеперегнанного анилина¹ в 75 мл воды, содержащей 2,5 мл концентрированной соляной кислоты. В отдельной колбе (или химическом стакане) в 50 мл воды растворяют 10 г бромида калия, а затем 4,8 мл брома. Полученный при этом прозрачный (но окрашенный!) раствор помещают в капельную воронку и добавляют в течение 30 минут при комнатной температуре к хорошо перемешиваемому раствору анилина. Окраска брома при этом быстро исчезает и выпадает осадок триброманилина. Его отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают разбавленным 10 % раствором гидроксида натрия и затем большим количеством воды. Для очистки еще влажный триброманилин перекристаллизовывают из этилового спирта. Для более эффективной очистки влажный продукт сушат на воздухе, после чего проводят его перекристаллизацию из толуола. Для завершения кристаллизации раствор оставляют на 1 ч в ледяной бане, затем фильтруют и сушат на воздухе. Выход около 7 г. Т. пл. 118-119 °С.

2-БРОМ-1,4-диметилБЕНЗОЛ

При работе с бромом кран капельной воронки смазывается фосфорной кислотой. Все работы с бромом проводятся в вытяжном шкафу и защитных перчатках.

В тщательно высушенную трехгорлую круглодонную колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, вносят 0,1 г иода, 14 мл п‑ксилола и по каплям, при энергичном перемешивании и охлаждении колбы (баня со льдом) 5 мл брома. Выделяющийся в ходе реакции бромистый водород отводят из холодильника через трубку, соединенную с воронкой, опрокинутой в стакане над водой. После окончания реакции смесь переносят в делительную воронку и промывают 2 М раствором гидроксида калия (2 × 5мл), затем помещают в колбу емкостью 500 мл и перегоняют с водяным паром до тех пор, пока на дне приемника не перестанет собираться тяжелая маслянистая жидкость. Ее отделяют с помощью делительной воронки и сушат безводным хлоридом кальция. Жидкость отделяют от осушителя и перегоняют из колбы Вюрца, собирая фракцию, кипящую в интервале 190-200 °С. Выход около 15 г. Т. кип. 190-200 °С; n_D²⁰ 1,5570.

Вопросы для самоподготовки.

1. Для каких субстратов реакция галогенирования ароматического ядра идет без катализатора?

2. Какие катализаторы используются в реакции галогенирования ароматических соединений по ядру? Какой механизм их действия?

3. Рассмотрите механизм реакции бромирования на примере осуществленного Вами синтеза.

4. Сравните реакции бромирования бензола и анилина.

5. В каких условиях может протекать побочная реакция галогенирования боковой цепи алкиларенов?

6. Какова роль бромида калия в приготовлении раствора брома в воде?

7. Как после окончания реакции избавляются от непрореагировавшего брома?